Оптические кабели связи, их монтаж и измерение

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 

Адрес издательства в Интернет www.techbook.ru  

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 

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.

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

Введение
5

Таблица В.1
Оптические диапазоны одномодовых оптических кварцевых волокон

Обозначение
Название
Диапазон длин
Ширина

волн, нм
полосы, ТГц

O-диапазон
Основной
1260...1360
17,5

E-диапазон
Расширенный
1360...1460
15,1

S-диапазон
Коротковолновый
1460...1530
9,4

C-диапазон
Стандартный
1530...1565
4,4

L-диапазон
Длинноволновый
1565...1625
7,1

U-диапазон
Сверхдлинноволновый
1625...1675
5,5

Итого
1260...1675= 415 нм
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 %.

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.

Введение
7

Таблица B.2
Длина оптических и медных кабелей на транспортной сети России, тыс. км

Сеть
Оптический кабель
Медный кабель
Всего

Телеком
33
84
117

Региональная компания
48
125
173

Новые операторы
10
–
10

РЖД
55
84
139

ЕЭС
25
172
197

ИТОГО
171
465
636

Инфраструктура
Протяженность, тыс. км
Дороги . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 533
Железные дороги . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .86
Магистральные ВВЛ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
Магистральные нефтепроводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
Магистральные газопроводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
Итого инфраструктуры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .969
Уровень насыщения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1260
Уровень насыщения сети кабелями выбран исходя из предположения, что
длина кабельной линии должна превосходить длину соответствующей инфраструктуры на 30 %.

В России имеется около 2700 городов (до уровня райцентров включительно), в которых имеется местная сеть, что потребует также ее
замены на оптическую кабельную сеть. Существует также огромное
количество деревень и поселков, в которых либо проложены медные
кабели, либо их вообще нет. С экономической точки зрения прокладывать оптические кабели в село или в поселок невыгодно.
Более
целесообразно обеспечить сельскую инфраструктуру малоканальной
радиорелейной связью, а оптические кабельные линии использовать
для соединения базовых станций. При 100%-ной замене линий связи с медными жилами на оптические кабельные линии потребуются
также десятки лет до 2069 г. Срок службы многих типов электрических и оптических кабелей за этот период истечет, и их необходимо
будет менять как на сети доступа, так и на транспортном участке сети. Поэтому оптимистический прогноз может измениться в сторону
увеличения еще на десятки лет.

Оптические кабельные линии
связи

1.1. Передача сигналов по волоконно-оптическим
линиям связи
Широкое внедрение волоконно-оптических сетей (ВОС) на Взаимоувязанной сети России объясняется возможностью создания ВОС
в ограниченный период времени, низкой их стоимостью и высокой
надежностью.
Для передачи электрических сигналов по волоконным световодам
применяют системы оптической передачи. Ее компонентами являются элетрооптический преобразователь как передатчик света в начале
линии, собственно волоконно-оптическая линия и электрооптический
преобразователь как приемник света на конце линии. Как и в системе с металлическими проводами, имеются оконечные устройства в
начале и в конце линии. Устройства, расположенные между ними, —
это усилители для аналоговой передачи и регенераторы для цифровой передачи.
Оптические и электрические системы передачи имеют одни и те
же электрические устройства сопряжения.
Это означает, что при
внедрение волоконно-оптической технологии, прежде всего, значительно облегчает интеграцию в существующие сети.
Для передачи по волоконным световодам применяется в основном цифровая технология, так как она обеспечивает передачу битов от
источников с различной скоростью (телефонные сети, сети передачи
данных и др.). С внедрением волоконно-оптической техники аналоговая технология передачи сигналов продолжает терять свое значение
и используется лишь для специальных областей применения.
Наиболее важными функциями цифровой технологии передачи
являются аналогово-цифровое преобразование (главным образом, речи), мультиплексирование (объединение) цифровых сигналов и передача цифровых сигналов, например, по оптическим волноводам. С
внедрением цифровой технологии были созданы предпосылки для интеграции таких услуг, как телефонная связь, телекс, передача данных

Оптические кабельные линии связи
9

Таблица 1.1
Стандарты систем передачи

Плезиохронная цифровая иерархия

Количество каналов со скоростью
30
120
480
1920
7680

64 кбит/с

Скорость передачи (округлена), Мбит/с
2
8
34
140
5651

Синхронная цифровая иерархия

Уровень синхронных транспортных
STM-1 STM-4 STM-16 STM-64 STM-256

модулей

Скорость передачи (округлена), Мбит/с
155
622
2488
10000
40000

1 Уровень, не относящийся к иерархии МСЭ-Т.

и телефакс. Для этих целей в МСЭ-Т были разработаны стандарты
систем передачи с определенными скоростями передачи (табл. 1.1).
Основным преимуществом оптических и полимерных волокон в
конструкциях оптических кабелей связи является спектр электромагнитных волн, свободный от других источников сигналов (риc. 1.1).
Напомним еще раз преимущества ВОЛС по сравнению с обычными кабельными линиями.
1. Высокая помехоустойчивость, нечувствительность к внешним
электромагнитным полям и практически отсутствие перекрестных помех между отдельными волокнами, уложенными вместе в кабель.
2. Значительно б´ольшая широкополосность.
3. Уменьшение массы и габаритных размеров примерно в 10 раз
и более по сравнению с существующими кабельными линиями связи
при одинаковом числе каналов связи. Это приведет к уменьшению
стоимости и времени прокладки оптического кабеля.
4. Полная электрическая изоляция между входом и выходом системы связи, поэтому не требуется общее заземление передатчика и
приемника. Можно производить ремонт оптического кабеля, не выключая оборудования.
5. Отсутствие коротких замыканий, вследствие чего волоконные
световоды могут быть использованы для пересечения опасных зон без
боязни коротких замыканий, являющихся причиной пожара в зонах с
горючими и легковоспламеняющимися средами.
6. Потенциально низкая стоимость. Хотя волоконные световоды
изготавливаются из ультрачистого стекла, имеющего примеси меньше, чем несколько частей на миллион, при массовом производстве их
стоимость должна быть невелика. Кроме того, в производстве волоконных световодов не используются такие дорогостоящие цветные металлы, как медь и свинец, запасы которых на Земле ограничены. Сто

Р а з д е л 1