УДК 621.315
ББК 32.889
П60
Портнов Э. Л.
П60 Оптические кабели связи их монтаж и измерение. Учебное
пособие для вузов. – М: Горячая линия–Телеком, 2012. – 448 с: ил.
ISBN 978-5-9912-0219-0.
На современном уровне рассмотрены теоретические и практические
вопросы, связанные с использованием оптических кабелей и пассивных
компонентов волоконно-оптических линий связи. Представлена классификация
оптических кабелей связи (ОКС) и их основные конструктивные
элементы, в том числе приведены конструкции оптических кабелей
для грозозащитных тросов, для пневмозадувки, комбинированные конструкции
оптических кабелей, подводных оптических кабелей. Рассмотрены
оптические волокна (ОВ) – как применяемые на сети России, так и
разрабатываемые для будущей реализации. Описаны основные передаточные
характеристики ОВ и нелинейные эффекты, возникающие в ОВ
при передаче сигналов по пассивным оптическим компонентам, куда по
определению МСЭ-Т входят оптические соединители, разветвители, аттенюаторы,
адаптеры, соединительные шнуры, коммутаторы, изоляторы,
циркуляторы, фильтры, мультиплексоры и волновые конверторы,
соединительные муфты различного назначения, кабельные вставки,
компенсаторы дисперсии. Приведены основные методики монтажа и
измерений оптических волокон и кабелей как при строительстве ВОЛС,
так и при монтаже и в процессе эксплуатации.
Для студентов, обучающихся по специальности 210401 – «Физика и
техника оптической связи» и другим телекоммуникационным специальностям,
может быть использовано для повышения квалификации работниками
предприятий связи.
ББК 32.889
Учебное издание
Портнов Эдуард Львович
Оптические кабели связи их монтаж и измерение
Учебное пособие
Редактор Ю. Н. Чернышов
Компьютерная верстка Ю. Н. Чернышова
Обложка художника В. Г. Ситникова
Подписано к печати 30.06.2011. Формат 60x88 1/16. Усл. печ. л. 26. Изд. № 110219. Тираж 1000 экз.
ISBN 978-5-9912-0219-0
© Э. Л. Портнов, 2012
© Издательство «Горячая линия–Телеком», 2012
Адрес
издател
ь
с
т
ва в Интерн
ет www.techb
o
ok.ru
Стр.2
Предисловие
Учебное пособие «Оптические кабели связи и пассивные компоненты
волоконно-оптических линий связи» (Э.Л. Портнов) было опубликовано в
2007 году. В книге были рассмотрены конструкции оптических кабелей связи,
их передаточные характеристики и пассивные компоненты волоконнооптических
линий связи. Однако за прошедший период разработаны и внедрены
новые конструкции оптических кабелей связи, новые технологические
решения по монтажу муфт и оптических волокон; в изданной книге не рассматривались
измерения оптических волокон и кабелей как при строительстве,
так и при монтаже и эксплуатации.
Книга «Оптические кабели связи, их монтаж и измерения» посвящена
тематике построения линий связи (волоконно-оптических) независимо от
принципов коммутации и передачи различных видов информации. В настоящее
время построена Единая первичная сеть России на симметричных, коаксиальных
и волоконно-оптических кабелях связи, которые используются
как на магистральных участках сети, так и на внутризоновых, городских и
сельских. Волоконно-оптические линии вытесняют с магистральных, внутризоновых
и местных сетей симметричные и коаксиальные кабели, оставляя
им только возможности развития на городских абонентских участках,
на распределительных коаксиальных участках кабельного телевидения и
на локальных сетях внутри зданий, при этом волоконно-оптические линии
гармонично вписываются в существующую структуру сети на медных кабельных
линиях, постепенно вытесняя их с различных участков сети. На
базе волоконно-оптических линий связи созданы и внедрены в эксплуатацию
кабельные магистрали протяженностью в несколько тысяч километров,
в том числе и кабельные магистрали, проложенные через океаны и
морские глубины.
В 3-й главе дополнительно рассмотрены модовое двулучепреломление
и поляризационная модовая дисперсия в оптических кварцевых волокнах.
В 4-й главе дано расширенное описание нелинейных эффектов в оптическом
волокне. В 5-й главе более широко рассмотрены конструкции оптических
кабелей для грозозащитных тросов, для пневмозадувки, комбинированные
конструкции оптических кабелей, подводных оптических кабелей. В 9-й
главе и в приложениях 1–5 широко представлен монтаж оптических кабелей
с учетом новых технологий. Главы 10–12 посвящены измерениям на
оптическом волокне и оптическом кабеле как в процессе монтажа, так и в
процессе строительства и эксплуатации.
Э.Л. Портновым написаны 1–12 главы, Приложения 1–3 подготовлены
А.Л. Зубилевичем, а приложения 4–5 — С.А. Чижановым.
Книга предназначена для студентов и аспирантов, обучающихся по
направлению подготовки 210700 «Инфокоммуникационннные технологии и
системы связи». Книга может быть также полезна для повышения квалификации
работников предприятий связи.
Стр.3
Введение
В третьем тысячелетии стоит цель создания единой сети электросвязи
на основе волоконно-оптических линий связи [1]. В настоящее
время первичная сеть электросвязи базируется на симметричных,
коаксиальных и волоконно-оптических линиях связи. На магистральных
и внутризоновых первичных сетях всех министерств и ведомств
преобладают симметричные и коаксиальные кабели связи, однако все
новое строительство в настоящее время выполняется на оптических
кабелях связи. Другими словами, транспортный участок сети (междугородный,
внутризоновый и городской) базируется на волоконнооптических
технологиях. Строительство и модернизация сетей доступа
(городская и сельская связь) также планируется выполнять на
волоконно-оптических кабелях (волокно в кабельный шкаф, волокно
к дому, волокно к абоненту, волокно на рабочий стол).
Технология «волокно в кабельный шкаф» предполагает, что к
абоненту от шкафа идет кабель с медными жилами; при «волокне
к дому» распределительный и абонентский участки здания выполнены
кабелем с медными жилами (симметричным или коаксиальным);
при «волокне к абоненту» от распределительной коробки будет идти
медный кабель к компъютеру, а к телевизору — коаксиальный радиочастотный
кабель; при «волокне на стол» реализуется волоконнооптическая
технология при сохранении медной абонентской проводки
и радиочастотного коаксиального кабеля к телевизору.
До 2015 года в России предполагается полная интеграция существующих
сетей (включая сети подвижной связи, вещания и Интернета)
в единую федеральную сеть. Интернет-трафик в мире уже в 2007
году составил 6 Петабайт в день, при этом суммарная скорость по одному
оптическому волокну достигла 4 Тбит/с, а по медному кабелю
1 Гбит/с.
Согласно международному стандарту (рекомендации G.65x) Международного
союза электросвязи (МСЭ) выпускается большое количество
видов одномодовых оптических кварцевых волокон.
Появление систем с расстоянием между каналами в 100 и 50 ГГц
привело к увеличению допустимого диапазона дисперсии.
При создании ВОЛС применяются различные виды передатчиков.
Для улучшения характеристик хроматической дисперсии наибо
Стр.4
Введение
Обозначение
O-диапазон
E-диапазон
S-диапазон
C-диапазон
L-диапазон
U-диапазон
Оптические диапазоны одномодовых оптических кварцевых волокон
Диапазон длин
Название
волн, нм
Основной
Расширенный
Коротковолновый
Стандартный
Длинноволновый
Сверхдлинноволновый
1260...1360
1360...1460
1460...1530
1530...1565
1565...1625
1625...1675
Итого 1260...1675= 415 нм
5
Таблица В.1
Ширина
полосы, ТГц
17,5
15,1
9,4
4,4
7,1
5,5
59,0
лее совершенным является применение DFB-лазеров с внешней модуляцией.
Согласно
рекомендациям МСЭ-Т проведено уточнение или расширение
числа окон прозрачности по применяемым диапазонам для
одномодовых оптических волокон от трех до шести (табл. В.1).
Спектральное уплотнение, увеличение числа каналов в оптическом
волокне, появление систем с расстоянием между каналами 100 и
50 ГГц привели к необходимости увеличения спектрального диапазона
ОВ. Полоса пропускания ОВ достигает 59 ТГц.
В настоящее время по оптическому волокну получены суммарные
рекордные скорости передачи 14 Тбит/с, при этом в одном канале
была достигнута скорость передачи 1 Тбит/с; количество каналов
в одном волокне составило 1000 при скорости передачи 3,25 Гбит/с.
Однако для коммерческого применения используется не более 100 каналов
при скорости передачи 40 Гбит/с.
Учитывая рост потребностей в телекоммуникационных и мультисервисных
услугах, спрос на оптическое волокно (и, следовательно,
на оптический кабель) не уменьшается и составляет 70 млн км при
ежегодном приросте в 15 %. Оптические волокна применяются для
кабелей дальней наземной и подводной связи, сетей доступа, внутризоновых,
городских, сельских и локальных сетей и структурированных
кабельных систем. Потребности на данные кабели возрастают,
в том числе:
• для кабелей магистральных (наземных и подводных) сетей связи
— на 30 %;
• для кабелей сетей доступа — на 25 %;
• для кабелей внутризоновых, городских и сельских сетей — на
40 %;
• для кабелей локальных и структурированных кабельных сетей —
на 5 %.
Стр.5
6
Введение
Несомненно, приоритетным направлением является широкое
внедрение волоконно-оптических кабелей на всех уровнях первичных
сетей: транспортных и доступа, дальнейшее развитие медных кабелей
на сети общего пользования, на сети доступа, кабелей структурированных
кабельных систем, радиочастотных коаксиальных кабелей
для сети кабельного телевидения.
Россия является самой большой страной по территории — она
занимает 12,5 % земной суши, а проживает на этой территории всего
2 % населения Земли, т. е. плотность населения составляет всего
8,1 человек на квадратный километр∗. Следовательно, для обеспечения
населения средствами и услугами связи необходимо строить очень
длинные линии связи, что требует больших капитальных затрат.
Суровый климат России, демографическая и экономическая неоднородность
усугубляют трудности в развитии связи в России в целом.
С начала 90-х годов прошлого века на магистральной и внутризоновой
сетях общего пользования прекратилось строительство новых
линий связи на кабелях с медными жилами, однако огромная
сеть, создаваемая десятилетиями на кабелях с медными жилами, в
2...3 раза превышает современную сеть на оптических кабелях связи.
Транспортная сеть на медном кабеле не может конкурировать с оптической
транспортной сетью ни по пропускной способности, ни по
качеству цифрового сигнала, ни по протяженности и по ряду других
характеристик.
Поэтому первоочередной задачей на транспортной сети является
замена кабельных линий с медными жилами на оптические кабельные
линии. За десятилетний период времени на магистральных и внутризоновых
сетях общего пользования и технологических сетях было
построено 140 тыс. км оптических линий связи. При сохранении темпов
строительства заменить кабельные линии с медными жилами на
оптические на указанных выше сетях удастся только к 2030 году. Но
есть еще большая группа кабельных линий на сети доступа общего
пользования с медными жилами, и их протяженность тоже немалая.
Другими словами, к 2030 году может быть решена транспортная
инфраструктура оптических кабельных линий, которая по протяженности
к этому времени будет составлять 1260 тыс. км.
Cуществующая транспортная и технологическая инфраструктура
Россия без учета ее развития и замены отслуживших свой срок
кабелей представлена ниже и в табл. B.2.
∗ По данным сайта www.iformatsiya.ru на 2010 год. — Прим. ред.
Стр.6
Оглавление
Предисловие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Введение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1. Оптические кабельные линии связи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3
4
8
1.1. Передача сигналов по волоконно-оптическим линиям
связи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2. Классификация оптических кабелей связи . . . . . . . . . . . . . 11
8
2. Оптические волокна . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.1. Классификация оптических волокон . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.2. Многомодовое оптическое волокно . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2.3. Одномодовое оптическое волокно . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.4. Оптическое волокно с кварцевой сердцевиной и кварцевой
оптической оболочкой . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
2.5. Оптическое волокно с кварцевой сердцевиной и полимерной
кварцевой оболочкой . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
2.6. Оптические волокна для компенсации дисперсии . . . . . . 59
2.7. Оптическое волокно с кварцевой сердцевиной и полимерной
оптической оболочкой . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
2.8. Оптическое волокно с сердцевиной и оптической оболочкой
из многокомпонентного стекла . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
2.9. Оптическое волокно с сердцевиной и оптической оболочкой
из полимерного материала . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
2.10. Оптическое волокно на основе фотонных кристаллов . . 73
2.11. Оптическое волокно для усилителей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
2.12. Оптические волокна, работающие в средней и дальней
инфракрасных областях. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
2.13. Изготовление оптических волокон. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
3. Передаточные характеристики ÎÂ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
3.1. Полное внутреннее отражение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
3.2. Числовая апертура и нормированная частота . . . . . . . . . . 97
3.3. Затухание. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
3.4. Дисперсия и полоса пропускания. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
4. Нелинейные ýôôåêòû. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
5. Типы ïîêðûòèé, элементов и конструкции ÎÊ. . . . . . . 149
Стр.446
Оглавление
447
5.1. Типы покрытий ОВ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
5.2. Гидрофобные материалы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
5.3. Оболочки ОКС . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
5.4. Типы и конструкции ОКС. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
6. Цветовая кодировка и маркировка ÎÊÑ. . . . . . . . . . . . . . . 217
7. Пассивные оптические компоненты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229
7.1. Оптические соединители . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229
7.2. Другие типы соединителей, розетки, адаптеры . . . . . . . . 261
8. Соединительные муфты для оптических кабелей
ñâÿçè. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264
8.1. Конструкции соединительных муфт . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269
8.2. Отечественное производство кабельных муфт. . . . . . . . . . 271
8.3. Кабельные муфты разных производителей . . . . . . . . . . . . 274
8.4. Методы испытаний . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276
8.5. Комплекты КДЗС. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277
8.6. Надёжность муфт . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278
8.7. Эксплуатационная надёжность муфт. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280
8.8. Настенные распределительные муфты . . . . . . . . . . . . . . . . . 281
8.9. Организаторы волокон . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284
8.10. Кабельная ремонтная вставка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290
9. Монтаж оптических кабелей и ìóôò. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295
9.1. Неразъёмные соединения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295
9.2. Соединения плавлением . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296
9.3. Стандартная сварная технология. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300
9.4. Современные технологии монтажа оптических разъемов 307
9.5. Стандартная клеевая технология монтажа оптических
разъемов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313
9.6. Соединители оптических волокон . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 320
10. Измерения волоконно-оптических кабельных линий. 331
10.1. Измерение затухания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 337
10.2. Измерение полосы пропускания и дисперсии оптических
волокон . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 350
10.3. Измерение числовой апертуры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352
10.4. Измерение профиля показателя преломления. . . . . . . . . . 353
11. Измерения в процессе строительства ÂÎËÑ. . . . . . . . . . 355
11.1. Входной контроль оптических волокон. . . . . . . . . . . . . . . . . 356
11.2. Измерения в процессе прокладки ОК . . . . . . . . . . . . . . . . . . 357
11.3. Измерения в процессе монтажа ОК . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 360
Стр.447
448
Оглавление
11.4. Измерения на смонтированном регенерационном участке
ВОЛС. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 363
11.5. Приемосдаточные измерения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 364
12. Измерения при технической эксплуатации ÂÎËÑ. . . . 368
12.1. Классификация измерений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 368
12.2. Состав измерений на ВОЛС. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 370
12.3. Измерение характеристик наружных покровов оптических
кабелей. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 373
12.4. Поиск трассы прокладки оптических кабелей. . . . . . . . . . 379
12.5. Система автоматического мониторинга линейно-кабельных
сооружений ВОЛС. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 380
Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 385
Приложения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 389
Стр.448