電信網絡需求和氣送光纜系統的研究

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　　一、系統概述
　　目前，中國電信網絡已經實現了基于光纖的骨干網的傳輸和交換、本地網的中繼及交換數字化，但接入網仍以模擬銅線為主要傳送媒體，這已成為制約現代電信網進一步發展和完善的“瓶頸”，因此，要建設完善國家信息基礎結構（NII），接入網是關鍵，

接入網技術的發展，將導致通信信息網的巨大變化，即語音、數據、圖片、視像等各種信息業務綜合一起傳送，實現資源共享，逐步優化通信網絡，大大提高網絡效益。
　　
　　另一方面，隨著個人交往范圍的擴大和交往方式的改變，用戶需求已開始從單一的電話業務向多種數據業務（包括并行計算機數據、幀中繼、EDI分組數據業務）、靜止（圖文）、半靜止（包括Internet）、活動視像等全業務綜合通信信息網方向發展，計算機局域網和Internet的普及對通信業務網的接入能力也提出了強有力的挑戰，特別是寬帶通信業務和多媒體通信的發展推動了我國用戶接入網的建設進入一個新的階段。光纖到大樓（FTTB）、光纖到路邊（FTTC）、光纖到小區（FTTZ）直至光纖到戶（FTTH）的最終目標促使市場對光纖的需求日新月異。目前各通信運營商為了在新一輪寬帶業務競爭中占據優勢，在建設大規模的光纜網時面臨著這樣兩個現實的問題：一是地下管孔資源嚴重缺乏。雖然政府出臺多種辦法，但通信運營商為了實現管道資源的共享付出了很大的代價，這就使得通信運營商的初期投資成本加大。二是光纜纖芯利用率低。由于市場對光纖的需求是一個漸進的過程，而運營商在組建光纜網時考慮到今后的寬帶需求，一次性埋設的光纜芯數較大，這就導致光纜纖芯的利用率在很長一段時間內都非常低。根據對國內光纜纖芯使用情況的調查，國內干線光纜纖芯總的利用率不到20%，城域網中纖芯利用率也只有55%左右。通過這些事實，我們可以看出光纜網建設存在著兩個矛盾：一是管道資源緊張，對現有管道資源不能重復利用。二是初期投資成本高，而投資利用率低。因此研制一種既能降低初始投資，又能隨著客戶的需求增長同步投資，而且能把現有的管道資源重復運用、放大容量，實現增值服務的夢想的產品迫不及待。有關資料顯示，北美及歐州等地區早在二十世紀九十年代中期采用的氣送光纜系統就能解決這樣的矛盾。國內，目前只有江蘇亨通光電股份有限公司等少數企業開展相關技術服務，而亨通光電則是其中的佼佼者。
　　
　　自從20世紀80年代由英國電信（British Telecom）首先提出氣送光纖單元的概念至今，氣送光纜系統的技術日趨完善，目前已臻成熟。氣送光纜系統是一種利用來自空氣壓縮機的壓縮空氣（約10kg/cm2），通過吹氣頭將光纖單元吹入已安裝的空心光纜管中的光纜敷設技術，其具備以下四個顯著優點：
　　
　　1、可以降低初期投資成本并減少光纖閑置，一旦光纖數需要增加，即可在所需處吹入相應所需的光纖數；
　　
　　2、由于光纖單元是由壓縮空氣輸送，整個光纖單元長度上由吹氣壓力分布引起的拉伸應力是十分微小的；
　　
　　3、可以在所需的光纜長度內持續敷設，所安裝的是連續的光纖單元，從而明顯減少了光纖的接頭數；
　　
　　4、與傳統管道光纜相比，結構簡單，制造容易，因而系統成本低廉，價格便宜。
　　
　　氣送光纜的常用氣吹安裝方法是用一個吹氣頭實現幾十米至十幾公里的敷設距離，典型的氣送光纜敷設系統如圖1所示。
　　　
　　二、氣送光纜的主要結構
　　目前，氣送光纜主要有中心不銹鋼管型、中心全介質型和EPFU （Enhanced Performance Fiber Unit，高性能光纖單元)型三種，目前亨通光電已經全部領先開發完成，并已全面進入市場，銷售業績十分理想，三種氣送光纜結構如圖2所示。
　　　
　　隨著世界光纖通信發展的潮流，亨通光電在不斷吸收和消化國外先進技術基礎上積極探索追求，目前氣送光纜的外徑可以做到相當的小，2～48芯a、b型氣送光纜的外徑在3～5mm，即使是96芯的氣送光纜，也可以控制在6mm以下，而2~12芯c型氣送光纜的外徑則甚至連2mm都不到，如此微小的光纜外徑，大大提高了光纖密度，從而有效地節省城市地下空間，提高了管道的利用率。
　　
　　氣送光纜結構的設計目標是保護光纜中光纖在光纜敷設與運行時不受張力和徑向應力，并提供適當的彎曲性能，同時還要在光纜的使用壽命內給光纖提供長期的環境保護。
　　
　　光纜敷設運行后，能影響光纖傳輸性能的因素有很多，主要有：
　　
　　光纖的宏彎與微彎損耗；
　　
　　光纖的應力腐蝕；
　　
　　吸氫；
　　
　　這些因素會在光纖應力、濕氣和其他污染物、光纖材料和環境溫度變化的作用下相互影響。
　　
　　二、空心光纜管
　　空心光纜管由微管與母管兩部分組成，如圖3、圖4所示。
　　　
　　微管是由低密度聚乙烯擠出形成，同步還將摩擦系數最低的固體潤滑劑硅膠質擠壓進管道內壁，微管的直徑相當小，通�？梢詾�6mm甚至更低（主要為與氣送光纜相匹配）。微管的內壁平滑，硅芯層具與微管材料高密度聚乙烯具有相同的物理和機械性能，有較低的摩擦導氣性能（摩擦系數≤0.15），不與水反應。有時采用縱向導氣槽（凹槽）結構，以進一步降低摩擦系數。
　　
　　幾根微管捆扎在一起形成微管束（一般為2、4、7），在管束外表面覆以PE（室外場合）管或PVC（有阻燃需求的室內場合）管，即母管。母管一般為硅心管，其芯層也是硅膠質，也可在母管內放置一層鋁帶，硅芯層或鋁帶層的目的并非阻水，而是使得微管能很容易地從母管中分離。這樣，不同芯數的氣送光纜根據不同時期不同需要（如圖3所示）而分批吹入微管內后，在光纜管內可以獲得足夠的抗側壓、抗拉伸強度。
　　
　　空心光纜管采用傳統光纜技術牽引到城市管道內或直埋于城市地下，但其操作簡易性則遠遠優于傳統光纜的施工。只要客戶需要，單根微管可以隨時從母管中分離出來，還可以通過使用相應的光纜管連接件（如圖5所示），很輕松的進行連接，以獲得任意的連續的無漏通道。
　　　
　　三、吹纜機
　　吹纜機是氣送光纜系統中一個核心部分之一（如圖1所示）。氣送光纜被導入吹纜機之后，由吹纜機的兩個橡皮驅動輪進行驅動牽引。橡皮輪具備足夠的扭矩，足以能將氣送光纜從饋送輪上牽引下來并克服因氣送機氣密性而產生在纜上的壓力。
　　
　　氣送光纜進入微管以后，就開始受到管內強大的壓縮空氣流的影響，分布于氣送光纜所通過長度的管內的空氣動力和流體靜力的相互作用，共同將纜向前推進！光纜敷設速度一般約為30米每分鐘，如圖6所示。
　　　
　　四、氣送光纜系統敷設距離
　　氣送光纜系統采用一部吹纜機時最大的一次敷設距離直接取決于套管摩擦系數、套管和氣送光纜的直徑和系統運行的氣壓，路由內管道的彎曲也有一定的影響。根據實際操作經驗，結合以上各項影響因素，理論上在150psi的最大氣壓下，6mm的微管，最大一次氣吹距離在1000m左右，在亨通光電的部分已經實施工程中，氣吹光纜的一次敷設距離甚至已經達到了3000m（線路狀況非常良好的情況）。當然，針對接入網的實際情況而言，1000m左右的敷設距離基本上就已經能涵蓋大部分的實際應用場合。
　　
　　五、氣送光纜系統的光學性能
　　江蘇亨通光電股份有限公司對諸多已驗收運行的氣送光纜工程作過很多試驗，并正在進一步跟蹤觀測其光學性能狀態。我們對氣送光纜安裝前與安裝后的狀態進行了檢測，圖7和圖8是一個8芯的單模氣送光纜的檢測結果對比。
　　
　　從衰減記錄圖表，我們可以很清楚地看出，氣送光纜技術對光纖的傳輸性能并沒有多大的影響。此段工程自安裝到現在，一直處于被監測狀態，衰減并未產生明顯變化。
　　　
　　六、結束語
　　隨著IP技術等新型電信業務的迅猛發展和市場競爭的日趨激烈，各大網絡運營商都在尋找有效解決管道瓶頸、降低網絡成本、增加業務收入的最佳方案。江蘇亨通光電股份有限公司推行的氣送光纜系統，為基于網絡技術的運營商提供了全新的光纜網建設思路，使得運營商不再為越來越凸現的管道資源緊張所困擾，并在根本上解決了光纜網建設中普遍存在的一次性成本高、投資回報周期長的根本性難題。
　　
　　采用氣送光纜系統技術之后，既便于光纜維護和光纖更新；同時又便于今后通過調整光纖芯數來達到容量要求，因為光纖需要不斷地更新換代，以適應用戶對通信容量和通信速率的要求。采用氣送光纜系統技術之后可以很方便地通過更換管道內的光纖來達到光纖升級的目的，而不需要更換整根光纜。另外，在敷設微型氣送管道的同時，根據需要適當預留一些空管道，當需要時再吹入光纖，這樣既保證了使用，又不造成浪費，而且還機動靈活，在我國光纖通信高速發展的過程中，不可預見性時有發生，因而這種氣送光纜系統技術不失為一種上佳的選擇。
　　
　　綜上所述，微纜系統技術將是一場光纜網建設的全新革命，而不僅僅是局部的技術改進或更新。該技術的供應商不再是單純的光纜生產廠商，而要為運營商提供從網絡設計到工程施工的光纜網建設的整體解決方案�？梢灶A見的是，氣送光纜系統技術的不斷發展和成熟，必將推動我國網絡建設的良性發展。

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