抗弯光纤的可靠性分析

11/6/2012,在FTTH建设中，由于入户光缆被安装在拥挤的管道中，或者经过多次弯曲后被固定在接线盒和插座等狭小空间的线路终端设备中，为了满足弯曲附加损耗的要求，入户光缆主要采用满足G.657的抗弯曲单模光纤。

　　除了对弯曲附加损耗的要求之外，G.657光纤在小弯曲半径下的机械性能也是其在实际使用过程中必须关注的一个问题。一般情况下，光纤的弯曲半径越小，其所受的张应力和压应力也就越大，长期处于小弯曲半径状态下的光纤，如果其机械性能无法得到保证，那么光纤将会在使用过程中出现断裂的情况，这将会给系统带来严重的后果。

　　1. 网络和网络故障

　　对于网络可靠性的分析，我们假设一个简单的网络，如图1所示，这个网络由1000 芯的配线光缆采用树形结构组成。

　　按照运营商的安装和客户接续模式，各个光纤或各个光纤组存放在主配线光缆或分配线光缆的存放盒内。为了简化并考虑一种最坏情况，假定全部1000 条光纤在每个独立的光纤链路内，并经过5个有光纤存放盒的光配线箱。


      　　图1 简化的FTTH网络结构

　　在这个特定网络结构中，每个单个光纤存放盒20 年的故障率0.001%会引起20 年内整个网络内有一次单个自发中断的概率为5%。这个概率与在20 年运行寿命期内网可能出现的其他故障的概率相当。它的根据是由于链路重新配置或者由于光缆或分线盒损坏等其他原因引发的故障。对于大部分接入网的情况，可以假定由于自发的光纤断裂引起的确定故障概率大大低于其他原因引起的故障概率。每个运营商要根据更精确的计划外故障率统计数据确定可接受的故障率。

　　2.光纤可靠性的考虑

　　不考虑光纤固有强度特性和光纤所处环境，确定每个存放盒故障率的主要参数是所存放光纤的长度和存放的弯曲半径R。缩短存放光纤长度对降低故障率有正的效应，而减小存放弯曲半径对降低故障率有负的效应。对具有标准设定的筛选应力和常规筛选测试性能的光纤，采用具有更详细的IEC/TR 62048寿命模型得出20年寿命的最大存放长度是光纤弯曲半径的函数，对不同静态应力侵蚀敏感系数n(疲劳参数)值的结果如图2 所示。


　　图2 对各种疲劳参数n，抗弯曲光纤的最大存放长度

　　如IEC 60793-2-50和Telcordia通用要求GR-20-CORE所述，n = 18的值是最小值。例如，每个存放盒的存放长度是100 cm，即每一条单个光纤为2 × 50 cm，按照保证的n值，弯曲半径能够从现行的30 mm降低到15 mm甚至9 mm 而不会降低20 年内每个存放盒0.001%故障率。

　　另一个存放点在光纤处理系统的入口和出口。要求小容积的光纤接入网部件不仅与存放面积有关，也与入口和出口的最小弯曲半径有关。这种影响可从几个方面考虑。假定为了将光纤引入和导出存放区，每个存放盒需要有四个附加的90 度弯曲。另外假定这些附加弯曲引起的附加故障率应限制在每个存放盒可接受的0.001%故障率的10%以下，在表1的中间列指明由此产生的最小值。


       　　表1 非存放弯曲半径的最小值

　　在右边一列，给出单个180 度不正确的弯曲的最小半径。还有对于这种情况，假定每个单独存放盒的最大附加故障率为0.1 × 0.001%。所有的数值与单个光纤处理相关，给出了对应三种不同疲劳参数n之值。

3. 康宁ZBL抗弯光纤的可靠性分析

　　在FTTH安装中，4个90度转弯认为是盘绕一圈。表2是不同半径下康宁ZBL抗弯光纤工作20年的可靠性分析。


     　　表2  不同半径下康宁ZBL抗弯光纤工作20年的可靠性

　　表2显示即使在5mm的弯曲半径，光纤的故障率仍然低于10ppm。对于完成安装的FTTH项目，可以从这张表格来估算系统的可靠性：

　　例如整个链路有20个90度转弯，转弯半径为5mm，则相当于5圈的盘绕，每圈的故障率为3 ppm，则转弯的故障率为15(5x3)ppm。在光分纤箱和终端插座盒内有30个360度盘绕，盘绕半径为15mm，每圈的故障率为0.1 ppm，则盘绕的故障率为3 (30x0.1) ppm。

　　在整个链路的光纤转弯总故障率为18 ppm，在100，000个家庭的FTTH网络中，在20年的使用寿命中，由于光纤小弯曲导致的故障不到2次。和其他的原因引起的故障比，可以忽略不计。

　　4. 结论

　　通过对康宁ZBL抗弯光纤的可靠性分析，说明抗弯曲光纤在FTTH的应用，既满足对弯曲附加损耗的要求，也满足机械性能可靠性的要求。