浅谈海底光缆

浅谈海底光缆光缆做为通信系统的载体，其应用的历史已经超过30年。按照不同的应用环境光缆又分为很多种类，大多数通信设计者对陆地光缆的种类都很熟悉，但是海底光缆却了解较少，另一方面，随着我国经济的快速发展，海底光缆的建设越来越多，因此通讯设计者有必要对海底光缆进行一定的了解，本文将简要的介绍海底光缆系统。一、海底光缆的现状随着我国通信需求的高速增长，国际间早期的卫星通信早沦为海底光缆通信的配角，海底光缆自上世纪八十年代光缆传输系统商用成熟之后就蓬勃发展，现在我国大陆的国际电路，尤其是跨洋国际电路更是绝大多数容量都承载在TPE、APCN2等国际海缆系统上。随着我国对海洋的开发，我国的国内海缆系统建设近年来也日渐增多，近十年来除了烟台－大连海缆、徐闻—海口海缆等较大的国内海缆外，我国至沿海岛屿的海缆建设也逐渐增多，大大的完善了我国通信网的结构。二、海底光缆系统的技术特点海底光缆系统与陆地光缆系统相比既有很多相似之处，也有很多独特之处。与陆缆相比，海底光缆内使用的光纤除了陆缆常采用的G.652和G.655外，还有海缆专用的G.654光纤，以上三种光纤的主要指标如下表：表1海底光缆主要光纤类型及主要指标光纤类型衰减(dB/km)色散(ps/nm∙km)偏振模色散(ps/km)G.6520.26-180.15G.6540.186-180.15G.6550.21-60.15从上表可以看出，G.654光纤与G.652光纤类似，只是衰减略小，需要注意的是G.654光纤是纯硅光纤，一般1个跨段内不与其它光纤混用，这是因为G.654光纤与其它光纤的接头衰耗很大，但需要注意的是G.654光纤最好在水中存放，若长时间暴露在空气中，衰耗会逐渐增大，这就是G.654光纤基本上只在海缆中得到应用的原因。海底光缆可按照海底光缆传输系统是否有中继器分为有中继型海底光缆和无中继型海缆。二者最主要的区别就是中继型海缆内有海缆远供系统专用的铜导体，无中继型海底光缆则无需此铜导体。中继型海缆系统光放之间的距离多按照事先测算的系统设计施工。一般我国近海的岛屿与大陆的海缆多为无中继型海缆系统，而跨洋国际海缆则必须是中继型海缆系统。大长度海缆系统采用统计值设计法，有别于陆缆系统和短距海缆系统的最坏值设计法。目前国内陆上光缆传输系统中继段长度和陆缆+局部无中继海缆传输系统的计算一般采用最坏值设计法，即将所有的参数值都按最坏值选取，而不管其具体分布和组合如何。有中继海缆传输系统，通常按统计法进行系统设计，即按预先确定要求足够小的系统先期失效概率根据相关的统计分布概率取定的参数进行系统设计。海缆系统独有的跨洋保护倒换技术大长度的海底光缆系统基本上都采用了跨洋保护倒换技术，即发生故障保护倒换时，不在故障点前原路迂回，而是在业务点附近倒换。对于跨洋长度达到1万公里以上的跨洋海缆，这个保护倒换技术可以大大缩短保护倒换的时间，具体方式区别如下图1：图1：海缆的跨洋保护倒换与陆缆的保护倒换比较图三、海底光缆的分类按照海底光缆的应用范围主要可分为；海底轻型光缆、海底轻型保护光缆、海底轻型铠装光缆、海底单层铠装光缆和海底双层铠装光缆，其各自特点如下：(1)海底轻型光缆(LW)：一般适用于1000米水深以上，至少达到8000米水深的区域布放、施工和回收使用。(2)海底轻型保护光缆(LWP)：一般适用于1000米水深以上，至少达到8000米水深的区域布放、施工和回收使用，但是具有一定抗磨损和防鱼咬的能力。(3)海底轻型铠装光缆(LWA)：一般适用于20米水深以上，至少达到1500米水深的区域布放、埋设、施工和回收使用，假如没有埋设而只是敷设于海底表明，则可以适用于达到2000米水深的区域布放、施工和回收使用。(4)海底单层铠装光缆(SA)：一般适用于20米水深以上，至少达到1500米水深的区域布放、埋设、施工和回收使用。(5)海底双层铠装光缆(DA)：一般适用于达到500米水深的区域布放、埋设、施工和回收使用，并提供此深度内所需的保护，应拥有一定的重量来防止潮汐波浪移动海底光缆。以上5种海缆的典型适用环境及特点和断面图见下表1.1：表1.1海底光缆类型及特点光缆类型典型适用环境特点典型的的海缆断面图结构海底轻型光缆(LW)1000米－8000米水深、良好稳定的沙质海底轻度保护，中心为松套管结构，外裹金属加强钢丝，最外层中密度聚乙烯护套结构CDEBASteering(海缆保护倒换方式)在每个节点进行保护倒换CDEBAWrapping(普通陆缆保护倒换方式)在故障链路的端点节点进行保护倒换正常工作路由保护倒换路由海底轻型保护光缆(LWP)1000米－8000米水深、粗糙表面的海床、中度磨损环境或有可能被海洋食物撕咬的环境比海底轻型光缆增加金属带和第二层聚乙烯护层，增加抗磨损能力和防硫化氢腐蚀海底轻型铠装光缆(LWA)20米－1500米水深、岩石地形、中度拖船的危害区域，不埋设时可适用于2000米水深比海底轻型光缆增加轻型铠装钢丝海底单层铠装光缆(SA)20米－1500米水深，复杂岩石地形、高危险拖船危害区域比海底轻型光缆增加一层重型铠装钢丝海底双层铠装光缆(DA)0米－500米水深，复杂岩石地形、高危险拖船危害区域和高磨损区域比海底轻型光缆增加两层重型铠装钢丝以上海底光缆主要按使用环境分类的，不同的使用环境对应不同的海底光缆结构，光缆结构体现在常规永久张力(NPTS)、常规工作张力(NOTS)、常规短时张力(NTTS)、光纤断裂张力(FBL)和光缆断裂张力(CBL)等几个重要指标，有时也用最大光缆张力(UTS)代替光缆断裂张力(CBL)，各指标的含义如下：a)常规永久张力(NPTS)：光缆/光纤在寿命期内可承受的张力；b)常规工作张力(NOTS)：海缆船完成3次正常接头周期内，海缆可承受的张力，即使在海缆回收之后，常规工作张力也不应该有显著变化；c)常规短时张力(NTTS)：累计1小时内，海缆在不影响NPTS/NOTS情况下，可承受的张力，主要是在回收时典型张力；d)光纤断裂张力(FBL)：可使光纤立刻断裂的张力；e)光缆断裂张力(CBL)：可使光缆立刻断裂的张力。需要特别说明的是，由于全球可生产海底光缆的厂家较少，目前国际和国内的海底光缆规范没有对常规永久张力(NPTS)、常规工作张力(NOTS)、常规短时张力(NTTS)、光纤断裂张力(FBL)和光缆断裂张力(CBL)或最大光缆张力(UTS)做准确的规范建议值。下表是国际上三个主流海底光缆生产商的光缆技术指标。表1.2主流海底光缆厂商海缆张力指标海缆张力指标NPTSNOTSNTTSUTS(CBL)UnitkNkNkNkNA厂商LW/LWP20305070LWA100150200280SA150200250370DA200300400545B厂商LW/LWP19415879LWA79141199306SA106187262396DA1160282394608DA2228401559846C厂商LW/LWP23638098LWA90160205310SA115190250380DA245360480800通过以上指标可以看出海底光缆要比陆地光缆的张力大很多，即使是海底轻型光缆(LW)的NTTS最低也有50kN，某些厂家海底轻型光缆(LW)的NTTS甚至达到了80kN，而陆地光缆使用的水缆的最大NTTS就是80kN，也就是过长江时才选用的8吨水线。海缆光缆的张力比陆地光缆大很多的原因主要是海底光缆的施工、回收和再利用均需要船上机械操作，对张力要求较高。海底光缆与陆地光缆相比既有很多相似之处，也有很多独特之处，通过本文只能对海底光缆窥豹一斑，要对海底光缆详细了解，还需我们在海底光缆建设和设计之中不断总结与体会。