光纤光缆与通信电缆

浅谈光纤光缆和通信电缆

摘要

光纤通信与光缆通信在我国近年来发展迅速，前景可观，由其是光纤通信有着长远的发展价值，进入21世纪，光纤通信成为一种发展迅速，技术更新快，技术不断涌现的领域，21世纪人类会进入一个前所未有的信息爆炸时代，IP业务呈指数式增长，信息传递量不断扩大，这也就带动光纤通信的飞速发展，传输率成百倍增长，三网的合并，必将成为现实。从信息技术发展来看,由于电缆通信的不足，与光纤通信的优势，因此，决定的光纤通信发展的必要，为适应信息技术革命发展的需求，随着光纤技术的不断提高，生产成本的降低，光纤通信将逐渐代替光缆通信。

光纤通信质量小、体积小、传输质量高，而电缆通讯远逊于光纤通信。其次两者的发展现状、区别，光纤通信有着较好的发展优势，最后为两者的发展趋势与未来，光纤通信以它独特的优点将会为通信史上一次革命性的变革，必将会主导未来信息网，通信电缆行业的发展趋势，由于需求下降，线缆产业产能相对过剩，企业竞争加剧，使得电缆通信发展举步维艰甚至于退出市场，会逐步形成少数巨头垄断的竞争格局。

目录

第一章：光纤光缆与通信电缆概述

1.光纤光缆与通信电缆各自特点

2.光纤光缆种类

3.通信电缆种类

4.光纤光缆种类

5.通信电缆种类

6.光纤光缆优缺点

7.光纤通信与电缆通信相比具有哪些优势第二章：光纤光缆与通信电缆区别

1. 光纤光缆适用条件和范围

2. 通信电缆使用条件和范围

第三章：目前主要通信方式

第四章：总结

1 光纤光缆与通信电缆概述

1.1 光纤光缆与通信电缆各自特点

光纤光缆特点:

光纤通信是现代信息传输的重要方式之一。它具有容量大、中继距离长、保密性好、不受电磁干扰和节省铜材等优点。

通信电缆特点:

通信电缆传输频带较宽，通信容量较大，受外界干扰小，但不易检修。可传输电话、电报、数据和图像等。

1.2 光纤光缆种类

光纤的种类按使用的材料分，有石英光纤、多组分玻璃光纤、塑料包层光纤和塑料光纤等几大类。其中石英光纤以高纯SiO2玻璃作光纤材料，具有衰减低、频带宽等优点，在研究及应用中占主要地位。如按纤芯折射率分类主要有突变型光纤和渐变型光纤。按传输光的模式分，有多模光纤和单模光纤。

突变型

纤芯部分折射率不变,而在芯-包界面折射率突变。纤芯中光线轨迹呈锯齿形折线。这种光纤模间色散大，带宽只有几十兆赫·公里。常做成大芯径，大数值孔径

（例如芯径为100微米，NA为0.30）光纤,以提高与光源的耦合效率，适用于短距离、小容量的通信系统。渐变型

纤芯折射率分布如图4。纤芯中心折射率最高，沿径向按下式渐变：

n(r)=n1【1-2墹(r/ɑ)α】1/2(2)

式中α为折射率分布指数。可以把这种光纤的纤芯分割成多层突变型光纤来分析

光纤光缆

其传输原理。在分析中可近似地认为各层内折射率均匀。当入射角为θ0的光线入射纤芯后，在各层界面依次折射。按折射定律，折射角θ1逐渐增大，直到大于全反射临界角θc；发生全反射后，即折向纤芯中心。然后，经各层时折射角又逐渐减小，到达中心时仍为θ0。结果光线呈正弦形轨迹。高次模即入射角较大的光线处于靠近包层的区域，这里折射率较小，光速较大，因此虽然路程较长，传输时间仍有可能与处于中心区的低次模接近或一致，即各模式的光线轨迹可聚焦于一点，使模间色散大大减小。当折射率分布接近抛物线(α=2)时，模间色散最小，带宽可达吉赫·公里的水平。

单模光纤

当光纤的归一化频率ν<2.41时,光纤中只允许单一模式（基模）传输，就成为单模光纤。根据式(2)，这种光纤芯径和数值孔径必然很小,一般芯径只有数微米，因此连接耦合难度大。由于是单模传输，消除了模间色散,在波长1.3微米附近材料色散又趋近于零，因此带宽极大（可达数百吉赫·公里）。单模光纤被视为今后大容量长途干线通信的主要传输线。

玻璃光纤

组成光纤的玻璃成分以SiO2为主，约占百分之几十，此外还含有碱金

光纤光缆

属、碱土金属、铅硼等的氧化物。它的特点是熔点低（1400摄氏度以下），可用传统的坩埚法拉丝，适于制做大芯径、大数值孔径光纤。这种光纤尚处于研制阶段，故应用不多。

包层光纤

这是一种以高纯石英作纤芯、塑料（如有机硅）作包层的突变型多模光纤。芯径和数值孔径较大，例如芯径大于200微米，NA大于0.3。这种光纤便于连接和耦合，适于短距离小容量系统使用。

塑料光纤

光纤材料主要是特制的高透明度的有机玻璃、聚苯乙烯等塑料，可做成突变型或渐变型多模光纤，光纤衰减已从初期的500～1000分贝/公里降低到数十分贝/公里,但仍须进一步降低。它的特点是柔软、加工方便、芯径和数值孔径大。

被覆光纤

裸光纤脆而易断，这是因为玻璃光纤表面总是存在随机分布的微裂纹，在潮气、尘

光纤光缆

埃和应力作用下迅速增殖而导致破坏。在光纤拉丝的同时立即涂覆一层塑料护层，制成一次被覆光纤，可保证光纤的高强度和长寿命。但为了进一步提高其耐压和抗弯折等机械性能，便于成缆和使用，往往在表面上再挤覆一层较厚的塑料层，这就是二次被覆光纤,也称被覆光纤。它的外径一般为1毫米左右。按照光纤在二次被覆护层中的松动状态，还可分为松包光纤和紧包光纤两类。

1.3 通信电缆种类

⑴、市内通信电缆产品型号：

HYA HYV HYAV HYAC（自承式）HYAT（冲油）CPEV CPEV-S

⑵、煤矿专用通信电缆产品型号：

MHYA(PUYA) MHYV(PUYV) MHYAV(PUYAV) MHYVR(PUYVR)

⑶、屏蔽通信电缆：

HYVP HYAP MHYVP MHYVP MHYVRP RVSP（屏蔽双绞线）

⑷、铠装通信电缆：

HYA53 MHYA32 MHYV22 MHYAV22 MHYAV32 HYAT53 HYV22 HYV32 HYA32

HYV53 HYVP22 HYAP22 HYAP32 MHYVP22 MHYVP32 MHYVRP22 MHYVRP32

⑸、阻燃通信电缆：

ZR-HYA ZRA-HYA ZA-HYA ZRC-HYA WDZ-HYA ZR-YJYR

如果按照线缆的型式，通信电缆分类如下：

1、单导线：是指最原始的通信电缆，单导线回路，以大地作为回归线。

2、对称电缆：由两根在理想条件下完全相同的导线组成回路。

3、同轴电缆：将在同一轴线上的内、外两根导体组成回路，外导体包围着内导体，同时两者绝缘。

单导线

应用场合分类

如果按照应用场合，通信电缆又可分为如下三类：1、长途电缆：传输距离长，一般进行复用，多数直接埋在地下，少数情况下采用架空安装的方式，或者安装在管道中。

2、市内电缆：电缆内的导线“成双成对”，而且对数多。一般安装在管道中，少量的市内电缆附挂在建筑物上或架空安装。

3、局用电缆：主要指在电信局内使用的通信电缆，一般安装在配线架上，也有的安装在走线槽中；局用电缆用于电信局内传输设备与交换设备之间，以及其它局内设备的内部。在电信局内部为了防火，有时候还需要给局用电缆加上阻燃护套。

按上面的这种分类方法，通信电缆可以是对称电缆，也可以是同轴电缆。

对称线缆

通信电缆

由二根对称排列的导线组成通信回路。分高频和低频两种。前者最高传输频率可达800千赫，相应为在一个回路中可开通180路电话；后者最高传输频率一般小于252千赫，相当于一个回路中可开通60路电话。对称通信电缆的电磁场呈开放状态（图1），在高频下回路的衰减和损耗较大，回路间相互干扰和外界干扰都较大，难于提高传输频率和容量。

长途对称通信电缆由不同数量和不同绝缘结构的四线组构成。四线组的常用形式为星绞组，也有的采用复对绞形式（图2）。绝缘有纸带绝缘、纸-绳（纸带和纸绳）绝缘、聚乙烯绳-带绝缘、聚苯乙烯绳－带绝缘和泡沫聚乙烯绝缘等多种。高频长途对称通信电缆传输频率高，所以对电缆的结构性能要求较高。一般采用绳－带绝缘的星绞四线组结构。绝缘材料常用聚苯乙烯、聚乙烯。纸带纸绳绝缘一般用于252千赫以下的低频对称通信电缆。

电话电缆是用于市内、近郊和工矿企业等较小范围的区域电话连接的对称通信电缆，常称市内电话电缆。其主要特点为对数多（最多可达数千对，一般为数百或数十对）。由于使用频率低，通信距离近，因此线径较长途通信电缆细，一般为0.5毫米。电话电缆的线组结构有对绞组、星绞组和复对绞组3种。按其线心绝

缘和护层材料可分为纸绝缘铅护套电缆、聚乙烯绝缘组合护层电缆、油膏充填防水电缆、全塑电缆等。电话电缆中二根绝缘导线心按一定节距绞合成对构成一个绝缘线对。线对中二根绝缘导线心的颜色不同（一般为红色和白色），以便接线时区分。电话电缆的缆心结构一般分为同心式和单位式两种（图3）。同一层中相邻线对的绞合节距应不相同，以减小通话时的相互影响。在每一层中都设有一个标志对（分别为蓝色和白色），便于接线时辨认。在80对以上的电缆中往往臵有预备线对以替换不合格线对。单位式电缆以50对或100对及相应的预备对绞合成一个基本单位，再由若干个基本单位绞合成电缆心。经干燥后挤压上护套制成电缆（见图）。

架空敷设的电话电缆需用自承式，由钢索承受整个电缆的重力。20世纪60年代以来，研制出在塑料电缆中填充油膏以防止潮气和水分的防水型电缆。

为了提高通信电缆的防潮性、稳定性，20世纪70年代以来，在市内电话电缆中广泛采用综合型电缆护层。其基本类型有3种。①Alpeth：缆心外挤压一层聚乙烯护层，再搭接地纵向包裹0.2毫米皱纹铝带，充以聚异丁烯绝缘复合物后外敷一层热塑性胶粘层，最外面挤

压一层聚乙烯护套。②Stalpeth：皱纹铝带外纵包一层皱纹钢带，外覆一层热塑性材料，最外层再挤压一层聚乙烯护套。③Lepeth：缆心上包覆一层聚乙烯护套，其外敷一层粘性热塑性材料，最外面挤压一层铅管。

同轴线缆

通信电缆

由二根相互绝缘的同轴心的内外导体组成通信回路（同轴对），再由一个或多个同轴对绞合而成。同轴电缆多用作长途通信干线，开通多路载波通信或传输电视节目，也用作高效率的数据信息传输。

同轴对中两导体完全同心，在外导体以外不存在电磁场（图4）。因此，传输信号的衰减以及各同轴对之间的相互干扰小，抗外界干扰的性能也高于对称电缆。它的传输频率可达10～100兆赫以上。同轴通信电缆的型号根据同轴对的尺寸划分，有微同轴电缆内导体直径n/外导体直径D为0.6mm/2mm、0.9mm/3.2mm 等）、小同轴电缆（n/D=1.2mm/4.4mm等）、中同轴

电缆（n/D=2.6mm/9.5mm等）、大同轴电缆

（n/D=5mm/18mm、11mm/41mm等）。

同轴通信电缆中同轴对的内导体为铜，断面为圆柱形，实心。为提高机械强度（例如作海底电缆时），也有采用钢心铜外层的双金属内导体。外导体一般用铜带制成，常用形式有皱边式、压痕式、锁齿式等。外导体需柔顺性好，稳定性高，加工工艺简单。同轴对内外导体的绝缘应具有低的介电系数和低的介质损耗，还应有一定的机械强度以支撑外导体，使其与内导体保持同心。为消除同轴对不完全同心而在同轴对间产生干扰，外导

1.4 光纤光缆结构：

按照被覆光纤在光缆中所处的状态，光缆有紧结构与松结构两类。骨架型光缆是一种

光纤光缆

典型的松结构。光纤埋在骨架外周螺旋槽中，有活动余地。这种光缆隔离外力和防止微弯损耗的特性较好。图2b的绞合型光缆当使用紧包光纤时是一种典型的

紧结构，被覆光纤被紧包于缆结构中，但绞合型光缆使用松包光纤时，由于光纤在二次被覆塑料管中可以活动，仍属松结构。绞合型光缆的成缆工艺较为简单，性能良好。此外，还有带状光缆、单芯光缆等结构类型。

各种光缆中都有增强件，用以承载拉力。它由具有高弹性模量的高强度材料制成，常用的有钢丝、高强度玻璃纤维和高模量合成纤维芳纶等。增强件使光缆在使用应力下只产生极低的伸长形变（例如小于0.5%）,以保护光纤免受应力或只承受极低的应力，以防光纤断裂。

光缆的护套结构和材料视使用环境和要求而定，与同样使用条件下的电缆基本相同。按照光缆的使用环境分，有架空光缆、直埋光缆、海底光缆、野战光缆等。

1.5 通信电缆种类

看似简简单单的通信线缆，如果剖开电缆仔细观察，会发现科技人员是用了不少“心思”的。从结构上看，通信电缆一般分为缆心和护层两大部分。而护层又可以分为护套和外护层。缆心由被绝缘保护的导电心线

和必要的屏蔽、填充和绑扎带（丝）等组成。从外形上看，缆心的横截面一般都是圆形。

缆心是承担信息传输的主要部分，为了保护缆心不受潮，不受外界机械损伤和电气干扰，在缆心的外面加上了护套，在需要的情况下还需要再加外护层。

开始大家通常用铅作护套，这是因为铅比较软，制造安装方便，还能起到中等屏蔽的效果。但技术人员最终还选择了铝。这是因为铅太重了。运输非常难。而铝的屏蔽效果优于铅，又轻许多。当然，任何事情都是有利有弊的。铝在制造上相对铅困难些，而且容易受到腐蚀。

在干燥的环境中，也可以采用不含金属的聚乙烯或聚氯乙烯护套。

敷设于水底的通信电缆外面，会采用钢丝铠装外护层，在金属铠装层的外面还需要加上防蚀层。

体上需包覆屏蔽层，然后再绞合成缆。屏蔽层多为双层绕包钢带。

1.6 光纤光缆优缺点

优点:(1)通信容量大、传输距离远;一根光纤的潜在带宽可达20THz。采用这样的带宽，只需一秒钟左右，即可将人类古今中外全部文字资料传送完毕。目前

400Gbit/s系统已经投入商业使用。光纤的损耗极低，在光波长为1.55μm附近，石英光纤损耗可低于

0.2dB/km，这比目前任何传输媒质的损耗都低。因此，无中继传输距离可达几十、甚至上百公里。

(2)信号串扰小、保密性能好;

(3)抗电磁干扰、传输质量佳,电通信不能解决各种电磁干扰问题，唯有光纤通信不受各种电磁干扰。

(4)光纤尺寸小、重量轻,便于敷设和运输;

(5)材料来源丰富,环境保护好，有利于节约有色金属铜。

(6)无辐射,难于窃听,因为光纤传输的光波不能跑出光纤以外。

(7)光缆适应性强,寿命长。

缺点:(1)质地脆，机械强度差。

(2)光纤的切断和接续需要一定的工具、设备和技术。

(3)分路、耦合不灵活。

(4)光纤光缆的弯曲半径不能过小（>20cm）

(5)有供电困难问题。

1.7 光纤通信与常用的电缆通信相比具有哪些优势(1)通信容量大、传输距离远;一根光纤的潜在带宽可达20THz。采用这样的带宽，只需一秒钟左右，即可将

人类古今中外全部文字资料传送完毕。目前400Gbit/s 系统已经投入商业使用。光纤的损耗极低，在光波长为1.55μm附近，石英光纤损耗可低于0.2dB/km，这比目前任何传输媒质的损耗都低。因此，无中继传输距离可达几十、甚至上百公里。(2)信号串扰小、保密性能好; (3)抗电磁干扰、传输质量佳,电通信不能解决各种电磁干扰问题，唯有光纤通信不受各种电磁干扰。

(4)光纤尺寸小、重量轻,便于敷设和运输; (5)材料来源丰富,环境保护好，有利于节约有色金属铜。(6)无辐射,难于窃听,因为光纤传输的光波不能跑出光纤以外。(7)光缆适应性强,寿命长。

2 光纤光缆与通信电缆区别

2.1 光纤光缆适用条件和范围

光纤光缆的运用

用于长途通信的新型大容量长距离光纤光缆

主要是一些大有效面积、低色散维护的新型G.655光纤光缆，其PMD值极低，可以使现有传输系统的容量方便地升级至10～40Gbit/s，并便于在光纤光缆

上采用分布式拉曼效应放大，使光信号的传输距离大大延长。

用于城域网通信的新型低水峰光纤光缆

城域网设计中须要考虑简化设备和降低成本，还须要考虑非波分复用技能（CWDM）运用的可能性。低水峰光纤光缆在1360～1460nm的延伸波段使带宽被大大扩展，使CWDM系统被极大地优化，增大了传输信道、增长了传输距离。一些城域网的设计可能不仅要求光纤光缆的水峰低，还要求光纤光缆具有负色散值，一方面可以抵消光源光器件的正色散，另一方面可以组合运用这种负色散光纤光缆与G.652光纤光缆或G.655标准光纤光缆，运用它来做色散补偿，从而防止复杂的色散补偿设计，节约成本。如果将来在城域网光纤光缆中采用拉曼放大技能，这种网络也将具有明显的优势。但是毕竟城域网的规范还不是很成熟，所以城域网光纤光缆的规格将会随着城域网模式的变化而不断变化。

用于局域网的新型多模光纤光缆

由于局域网和用户驻地网的高速发展，大量的综合布线系统也采用了多模光纤光缆来代替数字电缆，因此多模光纤光缆的市场份额会逐渐加大。之所以选用

多模光纤光缆，是因为局域网传输距离较短，虽然多模光纤光缆比单模光纤光缆价格贵50%～100%，但是它所配套的光器件可选用发光二极管，价格则比激光管便宜很多，而且多模光纤光缆有较大的芯径与数值孔径，容易连接与耦合，相应的连接器、耦合器等元器件价格也低得多。ITU-T至今未接受62.5/125μm 型多模光纤光缆标准，但由于局域网发展的须要，它仍然得到了广泛运用。而ITU-T推选的G.651光纤光缆，即50/125μm的标准型多模光纤光缆，其芯径较小、耦合与连接相应困难一些，虽然在部分欧洲国家和日本有一些运用，但在北美及欧洲大多数国家很少采用。针对这些疑问，目前有的公司已执行了改良，研制出新型的5O/125μm光纤光缆渐变型（G1）光纤光缆，区别于传统的50/125μm光纤光缆纤芯的梯度折射率分布，它将带宽的正态分布执行了调整，以配合850nm和1300nm两个窗口的运用，这种改良可能会为50/125pm光纤光缆在局域网运用找到新的市场。

前途未卜的空芯光纤光缆

据报道，美国一些公司及大学研究所正在开发一种新的空芯光纤光缆，即光是在光纤光缆的空气够传输。

从理论上讲，这种光纤光缆没有纤芯，减小了衰耗，增长了通信距离，防止了色散导致的干扰现象，可以支持更多的波段，并且它允许较强的光功率注入，估计其通信能力可达到光纤光缆的100倍。欧洲和日本的一些业界人士也十分关注这一技能的发展，越来越多的研究证明空芯光纤光缆似有可能。如果真能实用，就能处理现有光纤光缆系统长距离传输的疑问，并大大降低光通信的成本。但是，这种光纤光缆运用起来还会遇到许多棘手的疑问，比如光纤光缆的稳定性、侧压性能及弯曲损耗的增大等。因此，对于这种光纤光缆的现场运用还需做进一步的探讨。

光缆的应用区分,可分为3种:专业用途,一般屋外,一般屋内.在专业用途上包括海底光缆,高压电塔上之空架光缆,核能电厂之抗辐射光缆,化工业之抗腐蚀光缆等.而一般屋内及一般屋外的分类差异,依各型光缆依制造设计时之特质,其所适用之范围各有不同.

光缆从屋外至屋内的过程中可分为空架,地下道,直接埋设,管道间铺设,室内用。

2.2 通信电缆使用条件和范围

通信电缆（英文名称：communication cable）是指用于近距音频通信和远距的高频载波和数字通信及信号传输的电缆，是中国五大电缆产品之一。根据通信电缆的用途和使用范围，可分为六大系列产品，即市内通信电缆（包括纸绝缘市内话缆、聚烯烃绝缘聚烯烃护套市内话缆）、长途对称电缆（包括纸绝缘高低频长途对称电缆、铜芯泡沫聚乙烯高低频长途对称电缆以及数字传输长途对称电缆）、同轴电缆（包括小同轴电缆、中同轴和微小同轴电缆）、海底电缆（可分对称海底和同轴海底电缆）、光纤电缆（包括传统的电缆型、带状列阵型和骨架型三种）、射频电缆（包括对称射频和同轴射频）。

通信电缆生产厂分布全国各地。中国除生产长途型通信电缆和市内话缆外，光纤电缆和聚烯烃绝缘综合护层全塑市内话缆也有了长足的发展，国内不少厂家和科研单位从国外引进技术和设备开始生产。中国每年有少量的聚烯烃绝缘聚烯烃护套全塑市话电缆销往港澳、东南亚及中东等地。

4 目前主要通信方式

在3G网络建设、FTTH(光纤到户)实施、三网融合试点、西部村村通工程、“光进铜退”等多重利好驱动