光通信基础知识介绍(光纤光缆)

16
光通信系统
——通信光纤
(6)光纤的机械特性 拉力强度：由光纤表面的微裂纹决定筛选应力：0.69GPa 静态疲劳：微裂纹、水分和一定的应力 (7)光纤的非线性效应 在带有掺铒放大器密集波分复用大容量、超高速的光纤通信系统中， 由于大的光功率引起信号与光纤的相互作用而产生各种非线性效应。
非线性效应种类： 自相位调制效应(SPM) 受激拉曼散射(SRS) 四波混频(FWM)
6
光通信系统光纤知识
7
光通信系统
——通信光纤
1、光纤 (1)光纤的结构 光纤由两种不同折射率的玻璃材料拉制而成。 多模纤芯的标称直径为50μ m或62.5μ m，单模光纤纤芯的标称模称直径为 9～10μ m。
包层（n2） 纤芯（n1）
D
D为光纤纤芯直径或模场直径
光纤的基本结构
8
光通信系统
——通信光纤
15
光通信系统
——通信光纤
(5)截止波长： λ cc 单模光纤通常存在某一波长，当所传输的光波长超过该波长时，光纤就 只能传播一种模式(基模)的光，而在该波长之下，光纤可传输多种模式 (包含高阶模)的光。 规定截止波长的目的：确保单模传输条件，防止模式噪声的影响。
参考数据： ITU-T G.652光纤在长2m光纤上的截止波长控制范围：1100～1280nm， 在长22m光缆上小于1260nm(满足一种指标即可)，G.655光纤未作规定， 但应小于1480nm。
光通信系统
——通信光纤
（4）单模光纤的光波段划分：
工作波段区别： 1、 G.652A：O+C 2、 G.652B：O+C+L
波段 O E S
波长范围（nm） 1260-1360 1360-1460 1460-1530
3、 G.652C：O+E+S+C+L
4、 G.652D：O+E+S+C+L
C
L U
10
光通信系统
——通信光纤
阶跃型光纤、渐变型光纤
n2
n1 （a）阶跃型单模光纤
n2
n1 （b）阶跃型多模光纤
n2
N(r) （c）渐变型多模光纤
11
光通信系统
——通信光纤
2、光纤的导光原理 n1为纤芯折射率 n2为包层折射率
n2 n1
1
2
阶跃型光纤的导光原理
12
光通信系统
——通信光纤
3、单模光纤的主要参数 (1)几何特性：模场直径9～10μ m，偏差小于10％；模场同心度误差不 得大于1μ m，实际商用小于0.5μ m。 (2)弯曲损耗：宏弯损耗G.652在1550nm,100圈直径为60mm的光纤所增 加的损耗不得大于1dB，G.655光纤不应大于0.5dB。 (3)衰减：表明了光纤对光能的传输损耗，是对光纤质量评定和确定光 纤通信系统中继距离的重要依据。 产生衰减的原因：光吸收、光散射 常用光纤平均衰减： G.652光纤（B1） 1310nm波长: 衰减平均值≤0.36 dB/km 1550nm波长: 衰减平均值≤0.22 dB/km G.655光纤（B4） 1550nm波长: 衰减平均值≤0.22 dB/km
1530-1565
1565-1625 1625-1675
21
光通信系统
——通信光纤
（5）、G652D光纤的应用 G.652D光纤在CWDW系统中的应用 1、城域网中“G.652D光纤+CWDM”非常具有吸引力。由于G.652D光纤开 通了全波段使用，因此适合于信道间隔大的CWDM，能显著降低系统成本。 目前，一些主流光传输设备供应商纷纷推出了商用的CWDM系统，支持8波 并可升级到18波系统。只有低水峰光纤（G.652D）才能支持18波CWDM系 统。 2、G.652D光纤在DWDM系统中的应用 低水峰光纤为城域DWDM系统提供了更高的灵活性，优化波段分配。比如 将2.5Gb/s光通道安排在S、C及L波段，而将10Gb/s光通道安排在E波段。 由于E波段的色度色散较小（相当于C波段色散的一半左右），10Gb/s光 通道的色散受限距离将延长一倍，即160公里以上，这样系统不需要色散 补偿，保证系统的透明性。 3、G.652D光纤在用户接入网中的应用 G.652D光纤在“最后一公里”的用户接入网中同样大有可为，如基于PON 技术系统。 目前，国外运营商已经普遍采用G.652D光纤。并逐步淘汰G.652（A、 B、C）光纤。而国内市场，目前已经有部分运营商开始指定使用G.652D 光纤，但用量还不是很大。 22
24
光通信系统
——通信光纤
城域网 目前城域网的主流光纤是常规单模（G.652A/B）光钎， 1383nm区的衰减峰（即水峰）使其在E波段运用不理想。 为了打开光传输的E波段，可采用低水峰（G.652C/D）光纤， 其在1260nm到1625nm区所有的波段都具有可用性。由于G.652 光纤的色散系数较高，10Gb/s系数的色散距离限制在70Km左右， 较长的环网将需要色散补偿块（DCM），当这种模块用于超长距 离时，他们会导致系统价格的上升和具有较大的衰减。色散的限 制使G.652光纤适用于70Km以下的传输距离。 G.655光纤对于超过70Km的传输应用是一个较好的选择。新 一代的G.655光纤将在城域网中具有理想的工作性能，提供了从 1440nm到1625nm包括C、S、L波段的DWDM可用性，由于其色 散系统数比G.652光纤小于一半，所以可能提供两倍于G.652光纤 的色散受限距离。
光发射机 输入 电信号
光纤光缆
光接收机
调制
光源
光电 检测
放大 恢复
输出 电信号
Hale Waihona Puke Baidu
光纤通信系统的基本构成
4
光通信系统
——概述
1、光纤通信 光波为载波，光导纤维为传输介质的通信方式 2、光纤通信的特点 (1)优点：

传输频带极宽，通信容量很大 传输衰减小，距离远 信号串扰小，传输质量高 抗电磁干扰，保密性好 光纤尺寸小，重量轻，便于运输和敷设 耐化学腐蚀，适用于特殊环境 原材料资源丰富,节约有色金属
19
光通信系统
——通信光纤
[dB/km]
0.45 0.40 0.35 0.30 0.25 0.20 0.15 0.10 0.05 0.00
G.652D光纤的衰减光谱曲线
20
1230 1250 1270 1290 1320 1340 1370 1382 1385 1400 1430 1460 1480 1510 1530 1560 1575 1600
18
光通信系统
——通信光纤
（3）G.652D光纤的发展与应用 G.652光纤可细分为A、B、C、D四个子类。其中G.652A和 G.652B为常规单模光纤，其水峰处衰减未作优化；G.652C 和G.652D为低水峰单模光纤，永久地降低水峰的衰减。
几种G.652光纤的主要性能区别： 1、G.652C/D规定了1383NM衰减特性，并经氢老化试验， 使OH漂移出长波长，大于1700nm，不在光通信系统的工作 波长范围内 2、G.652B相对于G.652A，PMDQ链路值由0.5降低至0.2 3、G.652D相对于G.652B，降低了水峰衰减，相对于 G.652C降低了偏振模色散。
光通信系统
——通信光纤
（6）、关于在传输网络建设中的光纤选择等方面的相关建议 （一）G.652和G.655光纤的传输应用选择
目前，应用于长途骨干和城域网的光纤主要是G.652和G.655两种光纤。 对于基于2.5Gb/s及其以下速率的WDM系统，G.652光纤是最佳选择； G.652B/C/D和G.655光纤均能支持基于10Gb/s及更高速率的WDM系统； G.652C/D光纤在城域网中的优势明显。 通常G.652单模光纤在C波段1530~1565nm和L波段1565~1625nm的色散较大， 一般为17~22ps/nm·km。在开通高速率系统及基于单通路高速率的WDM系 统时，可采用色散补偿光纤（DCF）来进行色散补偿。但DCF同时引入较 大的衰减，因此它常与光放大器一起工作，DWDM波长范围越宽，补偿困 难越大。 G.655光纤的基本设计思想是在1550nm窗口工作波长区具有合理的较低的 色散，足以支持10Gb/s的长距离传输而无需色散补偿，同时，其色散值 又保持非零特性，具有一个起码的最小数值，足以抑制非线性影响，适 宜开通具有足够多波长的WDM系统。
光通信基础知识
——光纤、光缆
主要内容
光通信系统概述 光通信系统光纤知识 光通信系统光缆知识
2
光通信系统概述
3
光通信系统
通信传输网常用的物理媒体——光纤、微波、电缆 以光纤为通信载体，可提供高速往外通道的光纤传输网已成为目前通 信传输网的主要部分。 一个基本的光纤通信系统由三大部分构成：光发射设备、光纤光缆、 光接收设备。
(1)光纤的结构
光纤 一次涂覆层 缓冲层 二次涂覆层 松套管(PBT) 油膏 一次涂覆层 光纤
紧套光纤
松套光纤
9
光通信系统
——通信光纤
(2)光纤的分类 按光纤的材料分：石英光纤、塑料光纤(正在研究、试用阶段) 按光纤剖面折射率分布分：阶跃型光纤、渐变型光纤见下图
按传输的模式分：多模光纤、单模光纤 按ITU-T建议分：G.651(渐变型多模光纤)、G.652(普通单模光纤)、 G.653(色散位移光纤)、G.654(1550nm性能最佳光纤)、G.655 光纤(非零色散位移光纤)
13
光通信系统
——通信光纤
14
光通信系统
——通信光纤
（4）色散 光纤数字通信中，由于光纤中的信号是由不同的频率成分和不同的模式成 分来携带的，这些不同的频率成分和不同的模式成分的传输速率不同，从 而引起色散。是影响光纤带宽，限制光纤传输容量的参数。采用色散补偿 光纤来降低。 色散种类：模间色散（单模光纤无模间色散） 波长色散（材料色散、波导色散、折射剖面色散） 色散表示方法：群时延差 常用光纤色散(系数) G.652光纤（B1）: （1）在1288～1339nm范围内色散系数不大于3.5 ps/nm.km （2）1550nm波长的色散系数不大于18 ps/nm.km G.655光纤（B4）:0.1ps/（nm.km）≤D（λ ）≤10.0ps/（nm.km）
(2)缺点：
光纤弯曲半径不宜过小 光纤的切断和连接操作技术要求较高 分路、耦合操作繁琐
5
光通信系统
——概述
3、光缆线路特点：
(1)光缆线路的中继距离长。 (2)光缆线路一般无需进行充气维护，因为绝大部分光缆均为 充油光缆，即缆芯中均充满了石油膏。 (3)光缆接头装置及剩余光缆的放置必须按规定方法进行，以 保证光纤应有的曲率半径，尽可能地减少光信号衰减。 (4)在水泥管孔中布放多条光缆时均需加塑料子管保护。 (5)光纤的接续方法与接续设备均比电缆线路复杂，技术含量 更高。
17
光通信系统
——通信光纤
4、单模光纤的选用 选用原则： （1）工作波长因素 G.652光纤在1550nm窗口衰减小，但其在1550nm窗口色散大，不利于 高速系统的长距离传输。 G.653光纤在1550nm窗口色散为零，但其在波分复用时会出现四波混 频效应，故被限用于单信道高速系统。 G.655光纤在1550nm窗口衰减小、色散低，大大减少四波混频效应， 故其可用于远距离、波分复用、高速系统。 新建系统在传输速率和价格允许的条件下，应优选G.655光纤。扩容 系统将原系统的G.652光纤的工作波长选择到1550nm波长，可用色散 补偿光纤来解决色散问题。 （2）衰减和非线性因素 对采用波分复用和光纤放大器的高速系统较优先选用G.655光纤和 G.652D光纤。
23
光通信系统
——通信光纤
（二）后续传输网络建设中的光纤选择建议 1、中国移动传输网络光纤应用现状 经过多年不懈努力，目前中国移动的省际传输网络及绝大多数省 （市）内的传输网络均已具备相当的规模。 现有的省际传输网络按城域可分为东部环及西部环。其中东部环 传输网络的光纤以G.655光纤为主，西部环传输网络的光纤以 G.652B光纤为主；省（市）内的传输网络则大多以G.652B光纤为 主，只有部分省（市）采用G.655光纤。 2、后续传输网络建设中的光纤选择建议 根据现有传输网络中的光纤使用情况，以及目前的光纤技术发展 水平和其所使用的范围等方面因素，提出以下光纤选择建议： 干线传输网 省际传输网络：东部环传输网络的后续建设，建议仍以G.655光纤 为主；西部环传输网络的后续建设，建议以G.652D或G.652B光纤 为主，在主干层面上可适当考虑采用G.655光纤。 各省（市）内的传输网络：可根据现有的网络所使用的光纤种类， 优先采用G.652D或G.652B光纤及G.655光纤。