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光纖光纜產(chǎn)品由摻雜的二氧化硅光纖玻璃層、高分子機械緩沖涂層、PBT套管、阻水特種纖膏和纜膏、抗機械應(yīng)力結(jié)構(gòu)裝置等構(gòu)成，產(chǎn)品要點集中在原材料選擇、光傳輸性能測試分析、高速成纜工藝等領(lǐng)域。在極低溫度下，光纖的原材料選擇和光纜設(shè)計參數(shù)、加工工藝等方面的限制因素會被放大，出現(xiàn)衰減增大、材料不相容和維護性能變差的問題，直接影響了傳輸質(zhì)量。
我國東北和西北等廣大地區(qū)冬季漫長而寒冷，存在較大面積的高寒、晝夜溫差大的區(qū)域。針對此類高寒區(qū)域，此前業(yè)界通常以普通材料和結(jié)構(gòu)的光纜及接續(xù)器材完成實際網(wǎng)絡(luò)的部署，經(jīng)過長期使用，一部分光纜出現(xiàn)了傳輸性能降低、溫度特性變化等問題，嚴(yán)重制約了先進(jìn)光纖傳輸系統(tǒng)的部署和使用，也成為光纖光纜研發(fā)與制造領(lǐng)域內(nèi)的突出問題。
因此，業(yè)界亟需開展高寒區(qū)域光纖光纜長期耐受性研究，盡快填補該項空白，為運營商、設(shè)計單位及光纖光纜廠商提供參考，提升傳輸網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量水平和可用度，促進(jìn)我國光纖光纜產(chǎn)業(yè)和通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。
黑河沿江地區(qū)建立長期觀測和研究平臺
中國聯(lián)通網(wǎng)研院/中訊設(shè)計院聯(lián)合長飛公司自2013年啟動了寒區(qū)光纖光纜長期性能研究項目，在黑龍江聯(lián)通運維部大力支持下，在黑龍江省黑河市沿黑龍江地區(qū)建立了高寒區(qū)域光纖光纜性能長期觀測和研究平臺，開展了相關(guān)研究。
黑河市地處黑龍江省西北部，氣候條件非常惡劣，年平均氣溫為-1.3℃～-0.4℃。一月份最冷，平均氣溫為-25.4～-23.8℃，最低溫度可達(dá)零下40℃；七月份最熱，平均氣溫為19.4～21.3℃；年溫差為44.2～46.7℃，在國內(nèi)其它地區(qū)少有，是該項目實施的理想?yún)^(qū)域。
寒區(qū)光纜長期觀測和研究平臺依托黑河聯(lián)通分公司現(xiàn)有無人值守模塊局傳輸機房，如圖1所示，光纜利用現(xiàn)網(wǎng)已有桿路，以架空方式敷設(shè)，保證環(huán)境氣溫變化可以直接作用于光纜本身，獲取最直接數(shù)據(jù)資料。桿路路由長度為1.4km，光纜至遠(yuǎn)端后環(huán)回至機房，總長度約2.8km。
圖1 黑河寒區(qū)光纜性能長期觀測和研究平臺
長期觀測和研究平臺中建立了兩套遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)，其中溫度監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)測記錄光纜敷設(shè)當(dāng)?shù)氐臍鉁刈兓⒛軌驅(qū)崟r進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)查詢和保存；光學(xué)監(jiān)控系統(tǒng)能夠定時監(jiān)測記錄光纜中光纖的衰減值，并能夠?qū)崟r進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)查詢和保存。光學(xué)監(jiān)測系統(tǒng)基于EXFO公司OTDR模塊以及光開關(guān)，所有新敷設(shè)測試光纜在機房內(nèi)成端后分別與光監(jiān)控系統(tǒng)上的32路光開關(guān)接口連接，自動監(jiān)測光纖鏈路性能。通過長期觀測站對光纜衰減進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)控系統(tǒng)獲取光纖光纜性能變化數(shù)據(jù)資料，并遠(yuǎn)程傳送到中國聯(lián)通網(wǎng)研院。中國聯(lián)通網(wǎng)研院進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析（圖2為監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測其中一芯光纖的實時測試曲線），探討不同因素對于光纜產(chǎn)品在低溫下的影響。
圖2 光纖衰減系數(shù)實時監(jiān)測曲線
為了研究光纜結(jié)構(gòu)、光纖類型等因素對惡劣環(huán)境的耐受程度，中國聯(lián)通結(jié)合研究需求，對現(xiàn)網(wǎng)部署的光纖光纜型號進(jìn)行分析，采用了充分反映不同結(jié)構(gòu)類型、不同加工工藝、不同材料標(biāo)準(zhǔn)的光纖光纜產(chǎn)品，實際共布放了4種類型共8根光纜（GYTA、GYA、皮線和氣吹微纜），涉及3種型號光纖（外徑245μm G.657.A2和G.652.D，外徑200μm G.657.A2），兩種類型的纖膏（-40℃，-60℃），以及三種套管尺寸（1.7mm、1.9mm和2.1mm）。通過對比不同溫度環(huán)境下光纜衰減性能的變化，觀測記錄了不同因素（光纖類型、纖膏溫度、纜膏溫度、光纖外徑、套管尺寸等）對于光纜性能的影響。
后續(xù)研究期完成后，中國聯(lián)通還將回收樣品進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶嶒炇曳治�，研究其微觀結(jié)構(gòu)變化、材料相容性和機械性能數(shù)據(jù)，全面檢測樣本的溫度性能指標(biāo)。
初步研究結(jié)果
氣吹微纜在低溫下具有明顯優(yōu)勢
目前國內(nèi)常規(guī)光纜的施工已經(jīng)成熟，但氣吹技術(shù)使用較少。氣吹光纜具有光纖密度大、施工方便、占用管道資源少等優(yōu)點，在國際上已經(jīng)被廣泛使用。該項目中，中國聯(lián)通于2013年10月，在7℃環(huán)境下完成了氣吹微纜的敷設(shè)，單向氣吹距離達(dá)到2km，充分驗證了氣吹技術(shù)在低溫環(huán)境中的可行性，圖3為氣吹光纜敷設(shè)現(xiàn)場圖。
圖3 氣吹光纜敷設(shè)現(xiàn)場圖
2013-2017年觀測和研究期結(jié)果即將完成
自2013年冬季完成平臺建設(shè)后開始收集數(shù)據(jù)，至今已初步完成第一研究期，近4年的數(shù)據(jù)采集。全部光纜運行正常，溫度和光學(xué)監(jiān)測系統(tǒng)運行正常。
根據(jù)截至最近光纖光纜運行監(jiān)測情況，跟蹤不同光纜中光纖衰減系數(shù)隨溫度的變化，可得到如下初步結(jié)論：通過對衰減和溫度數(shù)據(jù)的監(jiān)測，可以觀察到衰減隨溫度的變化，光纜類型GYA和GYTA中1.7mm、1.9mm及2.1mm套管尺寸中光纖衰減變化隨溫度變化區(qū)別不明顯，圖4給出了GYTA光纜部分時間段的監(jiān)測數(shù)據(jù)。2013-2017年第一觀測和研究期的詳細(xì)結(jié)果即將整理分析完成，并將進(jìn)行研討和推廣。
圖4 GYTA光纜性能變化
研究預(yù)期及展望
該研究項目全面完成后，其研究成果將直接服務(wù)于我國通信運營商的光纜產(chǎn)品應(yīng)用選擇，促進(jìn)中國光纖光纜行業(yè)的發(fā)展。相應(yīng)的產(chǎn)品優(yōu)先使用在東北三省的高寒區(qū)域、內(nèi)蒙古和新疆北部、青藏高原地區(qū)，全面提升上述地區(qū)通信網(wǎng)絡(luò)在冬季嚴(yán)寒下的傳輸質(zhì)量，填補國內(nèi)技術(shù)空白，為我國社會的全面信息化建設(shè)、邊遠(yuǎn)少數(shù)民族地區(qū)的經(jīng)濟社會發(fā)展做出突出貢獻(xiàn)。
中國聯(lián)通掌握寒區(qū)光纖光纜相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)后，將提升高寒區(qū)域光纜網(wǎng)絡(luò)維護能力，以優(yōu)質(zhì)的耐低溫光纖光纜進(jìn)行工程建設(shè)，可以長期保持傳輸性能的穩(wěn)定性，減輕高寒地區(qū)光纜網(wǎng)絡(luò)維護工作量，降低傳輸設(shè)備的投入；同時還可以幫助中國光纖光纜產(chǎn)品可以獲得寒區(qū)應(yīng)用條件下的核心競爭力，促進(jìn)對于北歐、北美、俄羅斯等寒冷地區(qū)的光纜出口。
來源：（《通信世界》雜志2017年第33期）
