抗彎光纖的可靠性分析

文｜美國康寧公司 盛國慶

在FTTH建設中，由于入戶光纜被安裝在擁擠的管道中，或者經過多次彎曲后被固定在接線盒和插座等狹小空間的線路終端設備中，為了滿足彎曲附加損耗的要求，入戶光纜主要采用滿足G.657的抗彎曲單模光纖。

除了對彎曲附加損耗的要求之外，G.657光纖在小彎曲半徑下的機械性能也是其在實際使用過程中必須關注的一個問題。一般情況下，光纖的彎曲半徑越小，其所受的張應力和壓應力也就越大，長期處于小彎曲半徑狀態下的光纖，如果其機械性能無法得到保證，那么光纖將會在使用過程中出現斷裂的情況，這將會給系統帶來嚴重的后果。

1 網絡和網絡故障

對于網絡可靠性的分析，我們假設一個簡單的網絡，如圖1所示，這個網絡由1000芯的配線光纜采用樹型結構組成。

圖1 簡化的FTTH網絡結構

按照運營商的安裝和客戶接續模式，各個光纖或各個光纖組存放在主配線光纜或分配線光纜的存放盒內。為了簡化并考慮最壞情況，假定1000條光纖全部在每個獨立的光纖鏈路內，并經過5個有光纖存放盒的光配線箱。

在這個特定網絡結構中，每單個光纖存放盒20年的故障率0.001%會引起20年內整個網絡內有一次單個自發中斷的概率為5%。這個概率與在20年運行壽命期內網可能出現的其他故障的概率相當。它的依據是由于鏈路重新配置或者由于光纜或分線盒損壞等其他原因引發的故障。對于大部分接入網的情況，可以假定由于自發的光纖斷裂引起的確定故障概率大大低于其他原因引起的故障概率。每個運營商要根據更精確的計劃外故障率統計數據，確定可接受的故障率。

2 光纖可靠性的考慮

不考慮光纖固有強度特性和光纖所處環境，確定每個存放盒故障率的主要參數是所存放光纖的長度和存放的彎曲半徑R。縮短存放光纖長度對降低故障率有正的效應，而減小存放彎曲半徑對降低故障率有負的效應。對具有標準設定的篩選應力和常規篩選測試性能的光纖，采用具有更詳細的IEC/TR 62048壽命模型得出20年壽命的最大存放長度是光纖彎曲半徑的函數，對不同靜態應力侵蝕敏感系數n（疲勞參數）值的結果如圖2所示。

圖2 對各種疲勞參數n，抗彎曲光纖的最大存放長度

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，每個存放盒的存放長度是100cm，即每一條單個光纖為2×50cm，按照保證的n值，彎曲半徑能夠從現行的30mm降低到15mm甚至9mm，而不會降低20年內每個存放盒0.001%故障率。

另一個存放點在光纖處理系統的入口和出口。要求小容積的光纖接入網部件不僅與存放面積有關，也與入口和出口的最小彎曲半徑有關。這種影響可從幾個方面考慮：假定為了將光纖引入和導出存放區，每個存放盒需要有四個附加的90°彎曲。另外假定這些附加彎曲引起的附加故障率應限制在每個存放盒可接受的0.001%故障率的10%以下，在表1的中間列指明由此產生的最小值。

表1 非存放彎曲半徑的最小值

在右邊一列，給出單個180°不正確的彎曲的最小半徑。還有對于這種情況，假定每個單獨存放盒的最大附加故障率為0.1 ×0.001%。所有的數值與單個光纖處理相關，給出了對應三種不同疲勞參數n之值。

3 康寧ZBL抗彎光纖的可靠性分析

在FTTH安裝中，4個90°轉彎認為是盤繞一圈。表2是不同半徑下康寧ZBL抗彎光纖工作20年的可靠性分析。

表2

表2顯示即使在5mm的彎曲半徑，光纖的故障率仍然低于10ppm。對于完成安裝的FTTH項目，可以從這張表格來估算系統的可靠性。

例如整個鏈路有20個90°轉彎，轉彎半徑為5mm，則相當于5圈的盤繞，每圈的故障率為3ppm，則轉彎的故障率為（5×3）＝15ppm。在光分纖箱和終端插座盒內有30個360°盤繞，盤繞半徑為15mm，每圈的故障率為0.1ppm，則盤繞的故障率為（30×0.1）＝3ppm。

在整個鏈路的光纖轉彎總故障率為18ppm，在100000個家庭的FTTH網絡中，在20年的使用壽命中，由于光纖小彎曲導致的故障不到2次。和其他的原因引起的故障比，可以忽略不計。

4 結束語

通過對康寧ZBL抗彎光纖的可靠性分析，說明抗彎曲光纖在FTTH的應用，既滿足對彎曲附加損耗的要求，也滿足機械性能可靠性的要求。