G.654.E微型光缆在骨干光缆网中的应用研究
摘 要
G.654.E微型光缆作为一种全新的光缆类型，尚未在国内各大运营商干线光缆网中规模应用。为了验证G.654.E微型光缆的可用性，中国联通组织了相关厂商制作样品并进行测试。深入分析了测试数据，从结构尺寸、PMD参数、机械性能、温度循环特性等7个方面论证了G.654.E微型光缆的性能指标，为该型光缆在中国联通骨干光缆网中的应用提供试验基础，同时也为其他运营商的使用提供参考。
研究背景
非线性和链路损耗成为400G及更高速系统传输能力的主要限制因素。增大光纤的有效面积和降低损耗是提升系统传输能力，延长传输距离的主要手段，也是当前光纤技术发展的趋势。由于G.654光纤具有低衰减系数、大有效面积和低非线性效应等特性，它可以很好地延长无电中继传输距离，满足干线传输的需求。因此，适用于陆地传输系统的G.654光纤已成为骨干光缆网的主要选择。
与此同时，我国高速公路路网日趋完善，在路由方面与骨干光缆网契合度较高。高速公路管道光缆具有高安全、低时延、维护便利等优势，已成为当前骨干光缆网的主要建设方式。高速公路管道通常位于高速公路中间隔离带内，主要使用Φ40/33 mm硅芯塑料管道。管道光缆一般使用GYTA光缆，使用气流法吹放进行铺设。
然而，在近年的工程实践中发现，甘肃、四川等省在新竣工的高速公路管道中，更多采用微管、集束管等小孔径管材来增加高速公路管道资源，这使得利用微管敷设G.654.E微型光缆不可避免。而现有的通信行业标准《通信用气吹微型光缆及光纤单元第4部分微型光缆》（YD/T 1460.4-2019）尚未对G.654.E微型光缆的性能要求作出明确规定。由于G.654.E光纤有效面积大，抗弯曲性能及温度特性相较于G.652光纤有天然劣势，在成缆时，如果微型光缆松套管过小，光纤在松套管内的自由空间受限，这可能带来光缆性能指标的劣化。因此，作为一种全新型号的光缆，G.654.E微型光缆是否适用于骨干光缆网［1］，尚需进行验证。
本研究的主要思路是针对G.654.E微型光缆样品，测试在不同环境条件下，其传输指标能否满足骨干光缆网的指标要求，从而为工程应用提供指导。
测试要求及过程
2.1 G.654.E微型光缆样品选型
微管穿放在外保护管内，外保护管用于为微管及微缆提供机械防护。高速公路常用的外保护管为Φ40/33 mm硅芯管，微管为Φ10/8mm，其材质一般为高密度聚乙烯塑料管。1根Φ40/33 mm的硅芯管可穿放5~7孔Φ10/8 mm的微管。
由于骨干光缆芯数较大，微型光缆应选用层绞式气吹微缆。对于Φ10/8 mm规格的微管，最大微型光缆外径应在6.2 mm左右。为了更贴近实际工程情况，本次试验要求微型光缆的外径平均值控制在6.3 mm以内，光纤型号选用G.654.E光纤，芯数选择6.3 mm外径下的最大芯数量96芯，结构为8管×12芯。外保护管、微管与微型光缆间的关系如图1所示。
图1 外保护管、微管与微缆断面示意
为便于与已有规格型号的光缆做对比，同期额外准备了一盘同规格的G.652微缆进行同步测试。
测试采用自愿参加的方式，对参加测试的厂家提供的样品要求如下：需提交2盘96芯G.654.E纤芯的微型光缆，型号为GYCFHTY-96B1.2，外径控制在6.3 mm以内，长度为1.2 km。
2.2 测试项目及指标要求
本次测试按照通信行业标准《通信用气吹微型光缆及光纤单元第4部分微型光缆》（YD/T 1460.4-2019）对光缆的要求执行，光纤指标参照中国联通骨干光缆网普通G.654.E光缆指标要求，重点加强了低温性能测试。与普通光缆测试相比，本次测试的温度循环台阶变更为+20℃、-20℃、-30℃、-40℃、+20℃、+70℃，增加了10天的-30℃低温下的光纤附加衰减测试。测试项目及指标如表1所示。
表1 测试项目及指标要求
2.3 测试过程
本次测试由厂商A提供测试场地、仪表及人员，进行统一测试。参加测试的企业有厂商A、厂商B、厂商C、厂商D共4家。在2023年10月23日之前，各厂家将符合测试要求的样品运至测试场地。10月23日—10月24日，对除温循、长期低温以外的其他项目进行现场试验，10月24日—11月10日，完成温循及长期低温的测试项目。
测试数据分析
3.1 结构尺寸
微型光缆结构尺寸对于是否可以顺利敷设光缆有着关键影响。由于微型光缆尺寸较小，为了提高数据的准确性，使用了专用投影放大仪表进行测试。结构尺寸测试结果如表2所示。
表2 结构尺寸参数
从表2可以看出，微缆外PE厚度最小值为0.40 mm，最大值为0.60 mm，为普通光缆2 mm以上的外护PE厚度的25%，缆皮较薄，在敷设安装时应注意不得划伤外皮。微缆外径尺寸最小值为5.86 mm，最大值为6.28 mm，对于内径为8 mm的微管而言，其占空比为73.3%～78.5%，符合工程实际应用需要，也在随后的吹缆测试中得到验证。
3.2 单盘偏振模色散（PMD）系数
光纤的PMD系数对光纤受应力影响较敏感，而成缆过程中及静态时，光纤余长会产生一定的光纤应力，PMD系数在一定程度上可反映光缆的成缆水平。PMD系数测试结果如表3所示。
表3 PMD系数测试指标
指标要求成缆后的光纤在1 550 nm波长下光缆PMD系数≤0.15 ps/√km。试验结果显示，G.654.E光纤的PMD均≤0.15 ps/√km，满足测试指标要求。
3.3 渗水
由于微型光缆所采用的半干式结构未曾在骨干光缆网中得到应用，需在本次测试中进行验证。渗水测试结果如表4所示。
表4 渗水测试结果
渗水指标要求为不超过3 m，本次测试的结果均满足规范的要求。
3.4 机械性能
光缆的机械性能是光缆的核心能力。由于结构原因，微型光缆的机械性能指标与普通光缆有较大差距。本次测试按照通信行业标准《通信用气吹微型光缆及光纤单元第4部分微型光缆》（YD/T 1460.4-2019）的要求执行，主要测试了拉伸、压扁、扭转、反复弯曲等4个项目，测试结果如表5所示。
表5 机械测试结果
在拉伸测试中，短期拉力下光纤的应变均在0.02%以下，远小于标准要求的0.15%，说明几个厂家的光纤余长控制均很优秀。测试过程中的光纤衰减变化值均小于0.03 dB，满足“光纤衰减无变化”的标准要求，机械测试性能均合格。
3.5 气吹性能
4个厂家的8个样品均在厂商A的气吹测试场地进行了气吹性能测试，测试速度设定为100 m/min，气吹后测试每根光纤的附加衰减值。经测试，8个样品均可顺利吹放，最大附加衰减情况如表6所示。
表6 气吹性能测试附加衰减
光缆气吹后的衰减系数变化值最大为0.015 dB/km，满足“光纤衰减无变化”的标准要求，光缆的吹放测试性能均合格。
3.6 温度循环测试
温度循环测试包含2个循环，每个循环的温度台阶为+20℃、-20℃、-30℃、-40℃、+20℃、+70℃、+20℃，保持时间为每一台阶12 h。测试衰减系数变化如表7所示。
表7 温度循环测试衰减系数变化
结果显示，-40℃时1 625 nm波长的附加衰减最大值为0.021 dB/km，+70℃时1 550 nm波长的附加衰减最大值为0.023 dB/km，1 625 nm波长的附加衰减最大值为0.029 dB/km，这些值均远小于0.15 dB/km的行标要求。在所有温循数据中，仅有1个数据超出0.02 dB/km，即+70℃时1 625 nm波长的附加衰减（共有768个数据），经研判可认为上述数据为测试误差数据。
试验前比较担心的低温指标全部满足要求。温度循环测试结果显示，试验后1 550 nm 波长的附加衰减最大值不超过0.02 dB/km，据此可判为衰减无明显变化，温度循环测试结果满足指标要求。
3.7 长期低温测试
长期低温测试是在-30℃下将光纤放置240 h（10天），每隔48 h对试验中的每一芯光纤进行一次测试。测试衰减系数变化如表8所示。
表8 长期低温测试衰减系数变化
在测试过程中，1 550 nm波长上最大的附加衰减值为0.018 dB/km，1 625 nm波长上最大的附加衰减值为0.015 dB/km，附加衰减最大值均不超过0.02 dB/km，可判断为衰减无明显变化。
研究结论
G.654.E微型光缆作为一种全新的缆型，本次接受了全面且严苛的测试。光纤指标的评判是参照普通G.654.E光缆的标准，且与G.652.D微型光缆相比，各项指标没有出现明显偏差。本测试可得出以下结论。
a）测试方法按照通信行业标准《通信用气吹微型光缆及光纤单元 第 4 部分 微型光缆》（YD/T 1460.4-2019）的要求执行。所测 G.654.E 光纤的性能指标满足省际干线普通光缆 G.654.E 光纤的指标要求。因 此，该型号光纤可在省际干线光缆线路工程中使用。
b）本次参与测试的 4 个光缆厂家分别为厂商 A、厂商B、厂商C和厂商D，它们生产的G.654.E微缆的性能均达到中国联通省际干线光缆线路工程的要求［2］。
参
考
文
献
［1］ 吕洪涛，张曜晖，金飙.中国联通省际干线光缆网光纤技术和建设方式研究［J］.邮电设计技术，2018，（6）：38-44.
［2］ 沈世奎，王光全 . 应对超高速传输需求中国联通将逐步建设G.654.E光缆［J］.通信世界，2017（24）：46.
作者简介
张曜晖，高级工程师，主要从事传输网规划、设计、研究等工作；
赵璋卓，高级工程师，主要从事传输网规划、设计、研究等工作；
王浩，毕业于西南交通大学，工程师、学士，主要从事骨干传输线路运营维护及管理等工作；
黄劲松，高级工程师，主要从事传输网规划、设计、研究等工作。
