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光纤光缆产品由掺杂的二氧化硅光纤玻璃层、高分子机械缓冲涂层、PBT套管、阻水特种纤膏和缆膏、抗机械应力结构装置等构成，产品要点集中在原材料选择、光传输性能测试分析、高速成缆工艺等领域。在极低温度下，光纤的原材料选择和光缆设计参数、加工工艺等方面的限制因素会被放大，出现衰减增大、材料不相容和维护性能变差的问题，直接影响了传输质量。
我国东北和西北等广大地区冬季漫长而寒冷，存在较大面积的高寒、昼夜温差大的区域。针对此类高寒区域，此前业界通常以普通材料和结构的光缆及接续器材完成实际网络的部署，经过长期使用，一部分光缆出现了传输性能降低、温度特性变化等问题，严重制约了先进光纤传输系统的部署和使用，也成为光纤光缆研发与制造领域内的突出问题。
因此，业界亟需开展高寒区域光纤光缆长期耐受性研究，尽快填补该项空白，为运营商、设计单位及光纤光缆厂商提供参考，提升传输网络的质量水平和可用度，促进我国光纤光缆产业和通信网络的发展。
黑河沿江地区建立长期观测和研究平台
中国联通网研院/中讯设计院联合长飞公司自2013年启动了寒区光纤光缆长期性能研究项目，在黑龙江联通运维部大力支持下，在黑龙江省黑河市沿黑龙江地区建立了高寒区域光纤光缆性能长期观测和研究平台，开展了相关研究。
黑河市地处黑龙江省西北部，气候条件非常恶劣，年平均气温为-1.3℃～-0.4℃。一月份最冷，平均气温为-25.4～-23.8℃，最低温度可达零下40℃；七月份最热，平均气温为19.4～21.3℃；年温差为44.2～46.7℃，在国内其它地区少有，是该项目实施的理想区域。
寒区光缆长期观测和研究平台依托黑河联通分公司现有无人值守模块局传输机房，如图1所示，光缆利用现网已有杆路，以架空方式敷设，保证环境气温变化可以直接作用于光缆本身，获取最直接数据资料。杆路路由长度为1.4km，光缆至远端后环回至机房，总长度约2.8km。
图1 黑河寒区光缆性能长期观测和研究平台
长期观测和研究平台中建立了两套远程监测系统，其中温度监控系统能够实时监测记录光缆敷设当地的气温变化，并能够实时进行远程数据查询和保存；光学监控系统能够定时监测记录光缆中光纤的衰减值，并能够实时进行远程数据查询和保存。光学监测系统基于EXFO公司OTDR模块以及光开关，所有新敷设测试光缆在机房内成端后分别与光监控系统上的32路光开关接口连接，自动监测光纤链路性能。通过长期观测站对光缆衰减进行监测，监控系统获取光纤光缆性能变化数据资料，并远程传送到中国联通网研院。中国联通网研院进行数据处理分析（图2为监测系统监测其中一芯光纤的实时测试曲线），探讨不同因素对于光缆产品在低温下的影响。
图2 光纤衰减系数实时监测曲线
为了研究光缆结构、光纤类型等因素对恶劣环境的耐受程度，中国联通结合研究需求，对现网部署的光纤光缆型号进行分析，采用了充分反映不同结构类型、不同加工工艺、不同材料标准的光纤光缆产品，实际共布放了4种类型共8根光缆（GYTA、GYA、皮线和气吹微缆），涉及3种型号光纤（外径245μm G.657.A2和G.652.D，外径200μm G.657.A2），两种类型的纤膏（-40℃，-60℃），以及三种套管尺寸（1.7mm、1.9mm和2.1mm）。通过对比不同温度环境下光缆衰减性能的变化，观测记录了不同因素（光纤类型、纤膏温度、缆膏温度、光纤外径、套管尺寸等）对于光缆性能的影响。
后续研究期完成后，中国联通还将回收样品进行严谨的实验室分析，研究其微观结构变化、材料相容性和机械性能数据，全面检测样本的温度性能指标。
初步研究结果
气吹微缆在低温下具有明显优势
目前国内常规光缆的施工已经成熟，但气吹技术使用较少。气吹光缆具有光纤密度大、施工方便、占用管道资源少等优点，在国际上已经被广泛使用。该项目中，中国联通于2013年10月，在7℃环境下完成了气吹微缆的敷设，单向气吹距离达到2km，充分验证了气吹技术在低温环境中的可行性，图3为气吹光缆敷设现场图。
图3 气吹光缆敷设现场图
2013-2017年观测和研究期结果即将完成
自2013年冬季完成平台建设后开始收集数据，至今已初步完成第一研究期，近4年的数据采集。全部光缆运行正常，温度和光学监测系统运行正常。
根据截至最近光纤光缆运行监测情况，跟踪不同光缆中光纤衰减系数随温度的变化，可得到如下初步结论：通过对衰减和温度数据的监测，可以观察到衰减随温度的变化，光缆类型GYA和GYTA中1.7mm、1.9mm及2.1mm套管尺寸中光纤衰减变化随温度变化区别不明显，图4给出了GYTA光缆部分时间段的监测数据。2013-2017年第一观测和研究期的详细结果即将整理分析完成，并将进行研讨和推广。
图4 GYTA光缆性能变化
研究预期及展望
该研究项目全面完成后，其研究成果将直接服务于我国通信运营商的光缆产品应用选择，促进中国光纤光缆行业的发展。相应的产品优先使用在东北三省的高寒区域、内蒙古和新疆北部、青藏高原地区，全面提升上述地区通信网络在冬季严寒下的传输质量，填补国内技术空白，为我国社会的全面信息化建设、边远少数民族地区的经济社会发展做出突出贡献。
中国联通掌握寒区光纤光缆相关关键技术后，将提升高寒区域光缆网络维护能力，以优质的耐低温光纤光缆进行工程建设，可以长期保持传输性能的稳定性，减轻高寒地区光缆网络维护工作量，降低传输设备的投入；同时还可以帮助中国光纤光缆产品可以获得寒区应用条件下的核心竞争力，促进对于北欧、北美、俄罗斯等寒冷地区的光缆出口。
来源：（《通信世界》杂志2017年第33期）
