光纤通信知识.doc

1、数字通信系统中的PDH和SDH 在数字通信系统中，传送的信号都是数字化的脉冲序列。这些数字信号流在数字交换设备之间传输时，其速率必须完全保持一致，才能保证信息传送的准确无误，这就叫做“同步”。 在数字传输系统中，有两种数字传输系列，一种叫“准同步数字系列”（Plesiochronous Digital Hierarchy），简称PDH；另一种叫“同步数字系列”（Synchronous Digital Hierarchy），简称SDH。采用准同步数字系列（PDH）的系统，是在数字通信网的每个节点上都分别设置高精度的时钟，这些时钟的信号都具有统一的标准速率。尽管每个时钟的精度都很高，但总还是有一些微小的差别。为了保证通信的质量，要求这些时钟的差别不能超过规定的范围。因此，这种同步方式严格来说不是真正的同步，所以叫做“准同步”。 在以往的电信网中，多使用PDH设备。这种系列对传统的点到点通信有较好的适应性。而随着数字通信的迅速发展，点到点的直接传输越来越少，而大部分数字传输都要经过转接，因而PDH系列便不能适合现代电信业务开发的需要，以及现代化电信网管理的需要。SDH就是适应这种新的需要而出现的传输体系。 最早提出SDH概念的是美国贝尔通信研究所，称为光同步网络（SONET）。它是高速、大容量光纤传输技术和高度灵活、又便于管理控制的智能网技术的有机结合。最初的目的是在光路上实现标准化，便于不同厂家的产品能在光路上互通，从而提高网络的灵活性。 1988年，国际电报电话咨询委员会（CCITT）接受了SONET的概念，重新命名为“同步数字系列（SDH）”，使它不仅适用于光纤，也适用于微波和卫星传输的技术体制，并且使其网络管理功能大大增强。 SDH技术与PDH技术相比，有如下明显优点： 1、统一的比特率，统一的接口标准，为不同厂家设备间的互联提供了可能。附图是SDH和PDH在复用等级及标准上的比较。 2、网络管理能力大大加强。 3、提出了自愈网的新概念。用SDH设备组成的带有自愈保护能力的环网形式，可以在传输媒体主信号被切断时，自动通过自愈网恢复正常通信。 4、采用字节复接技术，使网络中上下支路信号变得十分简单。 由于SDH具有上述显著优点，它将成为实现信息高速公路的基础技术之一。但是在与信息高速公路相连接的支路和叉路上，PDH设备仍将有用武之地。 如同散装列车，各种货物(业务)堆在车厢内，若想把某一包特定货物(某一项传输业务)在某一站取下，即需把车上的所有货物先全部卸下，找到你所需要的货物，然后再把剩下的货物及该站新装货物一一堆到车上，运走。因此，PDH技术在凡是需上下电路的地方都需要配备大量各次群的复接设备。而SDH技术就好比集装箱列车，各种货物(业务)贴上标签(各种开销：Overhead)后装入集装箱。然后小箱子装入大箱子，一级套一级，这样通过各级标签，就可以在高速行驶的列车上准确地将某一包货物取下，而不需将整个列车“翻箱倒柜”(通过标签可准确地知道某一包货物在第几车厢及第几级箱子内)，因此，只有在SDH中，才可以实现简单地上下电路。 因此，可以肯定地说，即将实现的信息高速公路将基本上由SDH设备构成，只有同高速公路(SDH)相连的支路、叉路将仍保留部分PDH设备。 据统计目前世界上共有17家电讯厂商掌握SDH技术。随着中国邮电工业总公司及所属四家工厂与邮电部第五研究所合作研制的ATM-1/STM-4级别的SDH设备的推出，该公司成为了世界上第18家能够提供SDH设备的企业。 2、光纤线路的检测 1.光纤的日常维护和测试 1)光纤的日常维护工作很重要，它是保证光纤安全、稳定可靠运行的根本保证； 2)每年或半年应对各条光纤的技术数据定测一遍，并和原始数据比较。发现问题尽快的分析讨论疑点，尽早把问题和故障排除，避免突发性事故发生； 3)定期对光缆线路进行巡视，对巡视中发现电缆、护套、电缆接头、线路垂度等问题要作详细记录，便于尽早发现和处理问题，这是维护中很重要的一个环节； 4)定期测试光收机入口光功率和出口RF电平，发现与原记录相差较大时，应分析故障是来自光缆还是光接收机，是来自活插接件部位还是光发射机本身原因所造成。 2.光时域反射仪的工作原理 光时域反射计（OTDR3000)是通过被测光纤中产生的背向瑞利散射信号来工作的,测试的项目是光纤的长度，光纤衰耗，光纤故障点和光纤的接头损耗,是检测光纤性能和故障的必备仪器由于光纤自身的缺陷和掺杂成份的均匀性,使之它们在光子的作用下产生散射,如果光纤中(或接头时)有几何缺陷或断裂面,将产生菲涅尔反射,反射强弱与通过该点的光功率成正比,也反映了光纤各点的衰耗大小,因散射是向四面八方发射的,反射光也将形成比较大的反射角,散射和反射光就是极少部份,它也能进入光纤的孔径角而反向传到输入端,假如光纤中断,即会从该点以后的背向散射光功率降到零。根据反向传输回来的散射光的情况来断定光纤的断点位置和光纤长度。这就是时域反射计的基本工作原理。 3.光纤衰耗的测量 用背向散射原理来检测下图各点的情况 纵轴是信号强度，横轴是时间，光线沿光纤轴向传输有一定的强度，故入点A端面有一菲涅尔反射光最先被收到，而且信号最强，紧接着B.C.D二段传输距离不同，回到入点A的时间也不同，有先有后。由于它们受到的衰耗各不相同，故在纵轴上反应出t的幅度，单位是光功率单位。因为光纤沿轴向的每一点均有散射光（或反射光）传回。所以上图曲线是连续的。 曲线B点有一突降。说明光纤在该点有一接点或者缺陷而引起对光信号较大的衰减，B点到C点衰减也是均匀的，且下降变缓，证明这段光纤比前段光纤衰减系数小，C点有一个突然上升的脉冲，证明该处有一断裂面（不是完全中断）或缺陷引起的菲涅尔反射，C-D段不是直线，说明该段光纤轴向结构不太均匀。也就是讲与瑞利散射系数有关的结构参数如芯径，数值孔径。折射率等沿轴向分布不是均匀的。 D点信号突然消失，说明光纤的一个断或者终点，如果D点断面平整，此时反射系数R0。这样会出现一个反射脉冲信息，若D点为粉碎性不规则断面，反射系数R很小甚至为零，它的反射信号很弱无明显反射脉冲。 我们利用背向散射仪可测出光纤沿线任意两点间及至全程的衰耗情况，还能看到光纤结构是否均匀，使用起来非常方便。 4.光缆的测试 光缆的接头和测试仪器是专用的，与普通的电缆接头工具和检测仪器是完全不一样。光缆接头用的自动融接机和测距离、损耗用的光时域反射仪价格昂贵，但接头质量好损耗特别小，检测距离误差小，准确速度快。还有一种掌上使用的光功率、光电平测试仪非常轻巧方便。除此之外，还有几种专用仪器。下面主要介绍用光时域反射计测试光纤电缆的情况。 在光纤施工时，光纤的长度，传输损耗是主要测量指标，用光时域反射计测量上述指标操作方便，测量数据准确，TFS3031微型光时域反射计是一个结构坚固，易于使用的微型光时域反射计（OTDR），非常适应野外现场施工用，同时还提供对单模或多模光纤系统的精确测量。 对电缆中每一个连接处的位置，反射极损耗可快捷并清晰地显示在一个7英寸的大屏幕上。Tekranger是唯一微型光时域反射计，只要按单键，它就会告诉您在5米-100公里远的接头情况。光时域反射计（Mini-OTDR）可自动地调整捕获参数以提供最佳可能的分辨率，同时保持精确测量所必需的动态范围。在捕获时采用各种不同的脉冲宽度，这将获得极为精确的波形。非常容易在显示屏上读出曲线，同时显示一张事件表，表明有关连接处的所有情况。 1)光纤长度的测试 该仪器对线路障碍进行测试、判断、定点。在测试判断障碍前，仪器光标应设在线路曲线末端裂断点菲涅尔反射峰上升沿的始点。测试的精度与选用的纤蕊折射率n值和测试选用的脉冲宽度有关。由于测试长度的推导公式D=ct/2n（式中C为真空时的光速，C=310m/s,t为一个光脉冲从发射到经线路末端菲涅尔反射后OTDR接收到这个光脉冲的时间）n值越准所测结果越真实，所以测试时一定要以生产厂给定的n值设定，例如：在施工瓜子坪马家湾光缆时，全线四个接头施工完后，用光时域反射计检查每根光纤的技术指标时，发现一根纤蕊距离缩短一半，证明这根光纤中断，经查原始资料，是第二个接头4.2KM处光缆接头中有一根光纤中断。位置判断准确后，打开接头盒,发现是施工时，光纤在接头盒内，接头融接点弯曲半径小，受力较大，因此断开，重新接头后，指标均正常。 2)光纤线路损耗的测试 光缆施工完毕，若用光时域反射计所测的某根光纤接头损耗特别大，在确定距离后，一定要打开接头盒，重新接头，这种情况一般是施工时遗留下来的问题。 运行中的光缆出现问题，如所测几根光纤的衰减曲线出现台阶，在距离测定后，根据原始资料找到故障点，结果是火药枪射击打伤光纤但未完全断开所致。 3)光纤接续损耗的测试。 测接头损耗的方法之一是，用FSM-30s融接机将两根光纤连接在一起，接头完毕，在显示屏上立即显示刚接头的衰减损耗值，操作人员可根据显示的数据确定该头是否合格，若损耗太大，要断开重新融接。 方法之二是用光时域计测接头损耗，一般采用五点平均法，即把光标设置在光纤接点上，光标左边的两个点分别置于靠近测试端那根光缆的曲线平滑处，使两点所成的直线与曲线尽量重合，光标右边两点置于下一根光纤的曲线平滑位置，也让两点所成的直线与曲线尽量重合。这样通过光标两侧直线形成的“台阶”高低来表示光纤接续损耗的大小。 为了准确测定故障点，维修检测技术人员要熟悉OTDR仪表的固有误差，掌握仪表折射率的随机变化和光速取近似值产生的偏差，还要注意仪器操作不当的误差。在使用OTDR测线路时，一定要根据实际情况调好量程，选取合适的脉宽（pw），设定纤蕊折射率n值，在两种波长(1310nm、1550nm）的激光器选择中，根据线路将来传输使用的光波长，选取合适的波长值。设定好以上几项参数后，方可进行线路光特性测试工作。 以上三种误差都会影响测量线路故障的准确性。仪器本身的误差反映在距离分辨率上，它是由抽样频率和抽样脉宽所决定，抽样脉宽越小误差越小，反之则误差越大。而折射率的随机性和检修人员的操作方法则是直接影响距离误差的主要原因，不同型号的光纤具有不同的折射率，所以对光纤进行测量时应首先了解被测光纤的折射率，让测试误差降到最低。 4)光功率的测量 光缆施工完毕投入使用后，要对光发射功率和光接收功率以及线路损耗进行测量，并调整到设计最佳输入功率，常用的光纤万用表有国产便携式PMS-1A型光功率计它是带微机控制的智能化光功率计，专用于光纤电缆施工和其它大功率测量领域，该仪表可测量40dbm+20dbm光信号。该型号光功率计精巧探头置于机身内部，受到良好的保护，操作简单、方便、另外还有AQ2150进口型，它们都可直接测出要知道的光功率和光电。3、基本光纤通信系统1基本光纤通信系统最基本的光纤通信系统由数据源、光发送端、光学信道和光接收机组成。其中数据源包括所有的信号源，它们是话音、图象、数据等业务经过信源编码所得到的信号；光发送机和调制器则负责将信号转变成适合于在光纤上传输的光信号，先后用过的光波窗口有0.85、1.31和1.55。光学信道包括最基本的光纤，还有中继放大器EDFA等；而光学接收机则接收光信号，并从中提取信息，然后转变成电信号，最后得到对应的话音、图象、数据等信息。数字光纤通信系统光纤传输系统是数字通信的理想通道。与模拟通信相比较，数字通信有很多的优点，灵敏度高、传输质量好。因此，大容量长距离的光纤通信系统大多采用数字传输方式。 电发射端机主要任务是PCM编码和信号的多路复用。多路复用是指将多路信号组合在一条物理信道上进行传输，到接收端再用专门的设备将各路信号分离出来，多路复用可以极大地提高通信线路的利用率。在光纤通信系统中，光纤中传输的是二进制光脉冲0码和1码，它由二进制数字信号对光源进行通断调制而产生。而数字信号是对连续变化的模拟信号进行抽样、量化和编码产生的，称为PCM（pulse code modulation），即脉冲编码调制。这种电的数字信号称为数字基带信号，由PCM电端机产生。抽样是指从原始的时间和幅度连续的模拟信号中离散地抽取一部分样值，变换成时间和幅度都是离散的数字信号的过程。（此处添加FLASH ,见sampling.jpg）抽样所得的信号幅度是无限多的，让这些幅度无限多的连续样值信号通过一个量化器，四舍五入，使这些幅度变为有限的M种（M为整数），这就是量化。由于在量化的过程中幅度取了整数，所以量化后的信号与抽样信号之间有一个差值（称为量化误差），使接收端的信号与原信号间有一定的误差，这种误差表现为接收噪声，称为量化噪声。码位数M越多，分级就越细，误差越小，量化噪声也越小。编码是指按照一定的规则将抽样所得的M种信号用一组二进制或者其它进制的数来表示，每种信号都可以由N个2二进制数来表示，M和N满足M=2N。例如如果量化后的幅值有8种，则编码时每个幅值都需要用3个二进制的序列来表示。需要注意的是，此处的编码仅指信源编码，这和后面提到的信道编码是有所区别的。现以话音为例来说明这个过程。我们知道话音的频率范围是3003,400Hz，在抽样的时候，要遵循所谓的奈奎斯特抽样率，实际中按8,000Hz的速率进行抽样。为了保证通话的质量，在长途干线话路中采用的是8位码（28=256个码组）。这样量化值有256种，每一种量化值都需要用8位二进制码编码，那么每一个话路的话音信号速率为8864kbps。奈奎斯特抽样定理：要从抽样信号中无失真地恢复原信号，抽样频率应大于2倍信号最高频率。多路复用技术包括：频分多路复用（FDM）、时分多路复用（TDM）、波分多路复用（WDM）、码分多址（CDMA）和空分多址（SDMA）。时分多路复用：当信道达到的数据传输率大于各路信号的数据传输率总和时，可以将使用信道的时间分成一个个的时间片（时隙），按一定规则将这些时间片分配给各路信号，每一路信号只能在自己的时间片内独占信道进行传输，所以信号之间不会互相干扰。频分多路复用：当信道带宽大于各路信号的总带宽时，可以将信道分割成若干个子信道，每个子信道用来传输一路信号。或者说是将频率划分成不同的频率段，不同路的信号在不同的频段内传送，各个频段之间不会相互影响，所以不同路的信号可以同时传送。这就是频分多路复用（FDM）。TDM和FDM波分多路复用：是FDM应用于光纤信道的一个变例。码分多址（CDMA）：这种技术多用于移动通信，不同的移动台（或手机）可以使用同一个频率，但是每个移动台（或手机）都被分配带有一个独特的码序列，该序列码与所有别的码序列都不相同，所以各个用户相互之间也没有干扰。因为是靠不同的码序列来区分不同的移动台（或手机），所以叫做码分多址（CDMA）技术。空分多址（SDMA）：这种技术是利用空间分割构成不同的信道。举例来说，在一颗卫星上使用多个天线，各个天线的波束射向地球表面的不同区域。地面上不同地区的地球站，它们在同一时间、即使使用相同的频率进行工作，它们之间也不会形成干扰。空分多址（SDMA）是一种信道增容的方式，可以实现频率的重复使用，充分利用频率资源。空分多址还可以和其它多址方式相互兼容，从而实现组合的多址技术，例如空分码分多址（SD-CDMA）。光发送端机组成从PCM设备（电端机）送来的电信号是适合PCM传输的码型，为HDB3码或CMI码。信号进入光发送机后，首先进入输入接口电路，进行信道编码，变成由0和1码组成的不归零码（NRZ）。然后在码型变换电路中进行码型变换，变换成适合于光线路传输的mBnB码或插入码，再送入光发送电路，将电信号变换成光信号，送入光纤传输。 线路编码：又称信道编码，其作用是消除或减少数字电信号中的直流和低频分量，以便于在光纤中传输、接收及监测。大体可归纳为三类：扰码二进制、字变换码、插入型码。我们知道将一种数据形式转换成适合于在信道上传输的某种电信号形式，这类技术统称为调制/解调技术。码名 单极性脉冲 双极性脉冲 不归零码（NRZ） 归零码(RZ) 曼彻斯特编码 特点 用电压的有、无表示两个二进制数。 用正、负电压分别表示两个二进制数。 是指在一个码元时间内，电压保持恒定，这种码又称为全宽码。 是指在一个码元的时间内，非零电压的持续时间小于一个码元的时间即在一个码元的后半部分时间内，电压总是要归于零。 利用电平的跳跃来表示0或1 优缺点 积累直流分量，会损坏电镀层。 可有效抑制直流分量。 续1或0时，码元不易区分。 带宽较大 便于提取时钟信号，常用于局域网中。 调制方式：模拟通信可采用调幅、调频、调相等多种调制方式，采用数字调制时，相应地称为幅移键控（ASK）、频移键控（FSK）、相移键控（PSK）；信号只有两种状态的ASK称为通断键控（OOK），当前的数字通信系统使用OOK-PCM格式，属于强度调制-直接检测（IM-DD）通信方式，是通信方式中最简单、最初级的方式。而相干通信系统则可使用ASK、FSK或PSK-PCM格式，是复杂、高级的通信方式光发射机包括以下参数：发送光功率（dBm） 光谱特性 最大均方根宽度 最大20dB跌落宽度 最小边模抑制比（SMSR） 光中继器目前，实用的光纤数字通信系统都是用二进制PCM信号对光源进行直接强度调制的。光发送机输出的经过强度调制的光脉冲信号通过光纤传输到接收端。由于受发送光功率、接收机灵敏度、光纤线路损耗、甚至色散等因素的影响及限制，光端机之间的最大传输距离是有限的。例如，在1.31m工作区34Mbs光端机的最大传输距离一般在5070km，140Mbs光端机的最大传输距离一般在4060km。如果要超过这个最大传输距离，通常考虑增加光中继器，以放大和处理经衰减和变形了的光脉冲。目前的光中继器常采用光电再生中继器，即光一电光中继器，这相当于光纤传输的接力站。如此，就可以把传输距离大大延长。传统的光中继器采用的是光电光(O-E-O)的模式，光电检测器先将光纤送来的非常微弱的并失真了的光信号转换成电信号，再通过放大、整形、再定时，还原成与原来的信号一样的电脉冲信号。然后用这一电脉冲信号驱动激光器发光，又将电信号变换成光信号，向下一段光纤发送出光脉冲信号。通常把有再放大(re-amplifying)、再整形（re-shaping）、再定时（re-timing）这三种功能的中继器称为3R中继器。这种方式过程繁琐，很不利于光纤的高速传输。自从掺铒光纤放大器问世以后，光中继实现了全光中继，通常又称为1R（re-amplifying）再生。此技术目前仍然是通信领域的研究热点。3R再生向1R再生的转变 光接收机从光纤传来的光信号进入光接收电路，将光信号变成电信号并放大后，进行定时再生，又恢复成数字信号。由于发送端有码型变换，因此，在接收端要进行码型反变换，然后将信号送入输出接口电路，变成适合PCM传输的HDB3码或CMI码，送给PCM。在数字通信系统中，光接收机的性能用误码率来衡量。接收机主要性能参数：接收灵敏度、光接收机的动态范围。接收机灵敏度接收机的灵敏度是表征光接收机调整到最佳工作状态时，光接收机接收微弱光信号的能力。在数字接收机中，允许脉冲判决有一定的误差范围。如果接收机将1码误判为0码，或者将0码误判为1码，这就叫1个错误比特。如果在100个比特中判错了一个比特，则称误比特率为1100，即10-2。数字通信要求，如果误比特率小于10-6，则基本上可以恢复原来的数字信号。如果误比特率大于10-3，则基本上不能进行正常的电话通信。对于数字光通信系统来说，一般要求系统的误比特率小于10-9，即10亿个脉冲中只容许发生一个误码。因此，光接收机灵敏度定义为：在保证达到所要求的误比特率的条件下，接收机所需要的最小输入光功率。接收灵敏度一般用dBm来表示，它是以lmW光功率为基础的绝对功率.其中，Pmin指在给定误比特率的条件下，接收机能接收的最小平均光功率。例如，在给定的误比特率为10-9时，接收机能接收的最小平均光功率为InW（即10-9W），光接收机灵敏度为-60dBm。影响接收机灵敏度的主要因素是噪声，表现为信噪比。信噪比越大，表明接收电路的噪声越小，对灵敏度影响越小。光接收机灵敏度是系统性能的综合反映，除了上述接收机本身的特性以外，接收信号的波形也对灵敏度产生影响，而接收信号的波形主要由光发送机的消光比和光纤的色散来决定。光接收机灵敏度还与传输信号的码速有关，码速越高，接收灵敏度就越差。这就影响了高速传输系统的中继距离。速率越高，接收机灵敏度越差，中继距离就越短。接收机的动态范围光接收机前置放大器输出的信号一般较弱，不能满足幅度判决的要求，因此还必须加以放大。在实际光纤通信系统中，光接收机的输入信号将随具体的使用条件而变化。造成这种变化的原因，可能是由于温度变化引起了光纤损耗的变化，也可能是由于一个标准化设计的光接收机，使用在不同的系统中，光源的强弱不同，光纤的传输距离也不同。这样，传给光接收机的光功率就不可能一样。为了使光接收机正常工作，接收信号不能太弱，否则会造成过大的误码。但接收信号也不能太强，否则会使接收机放大器过载，而造成失真。因此光接收机正常工作时，接收光信号的强度应该有一个范围。把光接收机在保证一定的误比特率条件下，所能接收的最大光功率与最小光功率之差，称作光接收机的动态范围。一般希望光接收机的动态范围越大越好，实际中一般为1620dB。备用系统与辅助设备为了确保系统的畅通，通常设置备用系统。正常情况下只有主系统工作，一旦主要系统出现故障，就可以立即切换到备用系统，这样就可以保障通信的正确无误。辅助设备是对系统的完善，它包括监控管理系统、公务通信系统、自动倒换系统、告警处理系统、电源供给系统等。其中，监控管理系统可对组成光纤传输系统的各种设备自动进行性能和工作状态的监测，发生故障时会自动告警并予以处理，对保护倒换系统实行自动控制。对于设有多个中继站的长途通信线路及装有通达多方向、多系统的线路维护中心局来说，集中监控是必须采用的维护手段。公务电话为各中继站与终端站之间提供业务联络。输入分配和输出倒换组成了自动保护倒换装置。它是为提高线路的可靠性和可利用率而准备的热备用系统。主用系统出现故障时，会自动切换到备用系统工作。备用的方式是多种多样的，可以是一个主系统配备一个备用系统，也可以是多个主系统共用一个备用系统。是采用一主一备还是多主一备系统工作，要根据使用要求和使用条件而定。我国省内通信和本地网中采用一主一备方式较多，这主要是因为前期建设的系统数较少，又要设保护系统的缘故。而长途干线中主要采用多主一备系统，以提高机线设备的利用率。评价光纤数字通信误码特性和抖动特性是评价光纤数字通信系统的重要指标。误码特性什么是误码？误码的基本概念是：在数字通信系统中，当发送端发送1码时，接收端收到的却是0码；而当发送端发送0码时，接收端却接收到了1码，这种接收码与发送码不一致的情况就叫做误码。产生误码的主要原因是传输系统的噪声和脉冲抖动。在数字光纤通信系统中，误码性能用误比特率BER来衡量。BER错误比特数/传输总的比特数对于数字光通信系统来说，一般要求系统的误比特率小于10-9。抖动特性 抖动，又称为相位抖动，是指数字脉冲信号的相位摆动,或时间上的前后摆动。在系统测量中，描述抖动程度的单位是单位间隔，简写为UI，其意义是指一个码元的时间长度。对于不同的群次，、不同码速率的相应1UI的时间是不相同的。例如，对于PCM一次群信号，1UI=1/(2.048*106)ns122ns ；而对于PCM二次群信号，依此类推。另外，抖动还可以用度为单位来表示，并规定1UI=360。在光前数字通信系统中，必须把抖动限制在一定的范围之内，否则，会导致定时脉冲的相位偏离最佳判决位置，结果造成误判概率的增加和引起再生脉冲流的时间间隔不规则，码间距不一致。铁腕高压，直接检测强度调制直接检测系统（Intensity Modulation/Direct Detection）是最简单的一种传输方式，目前大多数的光纤通信系统都采用这种传输技术。强度调制是指在发送端，用电的脉冲信号来控制光源，使其按照信号的强弱发光或者不发光；直接检测是指在接收端用光电检测器直接检测光的有无，再转化为电信号。从历史的眼光来看，这仅相当于无线电技术发展初期的马可尼时代。系统的中继距离我们知道，光纤数字通信系统是适于远距离、大容量通信的。在长距离传输中，需要使用中继器来放大经过长距离传输而减弱了的信号，就像接力赛跑一样，一个人累了的时候需要换一个人继续向前传递。在通信系统中，中继距离越长，中继站数目越少，系统的成本就越低，可靠性也越高。延长系统的中继距离是科技工作者的奋斗目标之一。光纤数字传输系统的最大中继距离是指在光发射机和光接收机之间不设中继器时能传输的最远距离，在设计一个光纤通信系统时，计算最大中继距离是十分重要的。 光纤传输系统的最大中继距离由四个因素决定。1发送机输出耦合进光纤的平均光功率。耦合进光纤的功率越大，中继距离越长。2光纤的色散，若光纤的色散大，则经过一定距离传输后出现的波形失真就严重。传输的距离越长，波形失真就越严重。在数字通信系统中，波形失真将引起码间干扰，使光接收灵敏度降低，影响系统的中继距离。3光纤的损耗。光纤线路的损耗包括光纤活动连接器损耗和光纤的熔接损耗，当然主要是光纤的每公里损耗。如果光纤每公里损耗越小，则信号光功率在光纤上的损失就越小,光信号在光纤中的传输距离就越远。4满足一定误比特率要求的光接收机灵敏度。接收灵敏度越高，即满足系统误比特率要求的最低接收光功率越小，中继距离就越长。对于某一光纤通信系统来说，发送光功率和光接收灵敏度一般都是已知的，影响其中继距离的因素主要是损耗限制和色散限制。对于单模光纤通信系统来说，传输速率在140Mb/s以下的系统一般只受损耗限制，色散对其影响不大；而传输速率在565Mbs以上的系统，由于光源有一定的谱线宽度，可能会给中继距离带来较大影响。现在，采用动态单纵模激光器，特别是多量子阱激光器（MQW）后，连传输速率为2.5Gbs的系统也几乎不受色散限制了。 同步数字序列在数字通信发展的初期，为了适应点到点通信的需要，大量的数字传输系统都是准同步数字体系（PDH），准同步是指各级的比特率相对于其标准值有一个规定的容量偏差，而且定时用的时钟信号并不是由一个标准时钟发出来的，通常采用正码速调整法实现准同步复用。随着数字交换的引入，由光通信技术的发展带动的长距离大容量数字电路的建设，以及网络控制和宽带综合业务数字网（B-ISDN）的发展需要，暴露了现有的准同步数字序列存在的一些固有弱点。主要是：北美、日本、欧洲三种数字体制互不兼容；没有世界性的标准光接口规范，在光路上无法互通和调配；难以上、下话路；网络维护管理复杂，缺乏灵活性，无法适应不断演变的电信网的要求。 随着光纤通信技术和大规模集成电路的高速发展，1986年美国提出了一种以光纤通信为基础的同步光纤网（SONET）概念，作为现代化通信网的基本结构。1988年ITU-T对SONET概念进行了修改，重新命名为同步数字序列，简称SDH，使之成为不仅适用于光纤通信，也适合于微波和卫星传输的体制。现在SDH已经成为国际上公认的新一代的理想传输网体制。在电信网中所运载的种类繁多的信息首先必须规范化，然后再纳入数字序列的某一级的一种速率信号之中，即成为电信网所传输的异步或同步数字序列信号的内容。SDH的最低分级是155.520Mb/s，称为基本传送模块，用STM-1表示。STM-N则表示速率为N155.520Mb/s的传送模块，其中N一般取1、4、16、64、256。下面是光纤通信传输体制的发展历程：1972 年ITU-T前身CCITT提出第一批PDH建议1976和1988年又提出两批建议-形成完整的PDH体系1984年美国贝尔实验室开始同步信号光传输体系的研究1985年美国国家标准协会(ANSI)根据贝尔实验室提出的全同步网的构想,委托T1X1委员会起草光同步网标准,并命名为SONET(Synchronous Optical NETwork)1986年CCITT开始以SONET为基础制订SDH1988年通过了第一批SDH建议1990以后,SDH已成为光纤通信基本传输方式；目前,SDH不仅是一套新的国际标准,又是一个组网原则,也是一种复用方法。下面列出了几种传输技术（既包括电又包括光）的实现方式：明线技术，FDM模拟技术，每路电话4kHz；小同轴电缆6O路FDM模拟技术，每路电话4kHz；中同轴电缆1800路FDM模拟技术，每路电话4kHz；光纤通信140Mbs PDH系统，TDM数字技术，每路电话64kb；光纤通信2.5Gbs SDH系统，TDM数字技术，每路电话64kbs；4、光纤网络故障排除方法 1、首先看光纤收发器或光模块的指示灯和双绞线端口指示灯是否已亮？a、 如收发器的光口（FX）指示灯不亮，请确定光纤链路是否已交叉链接？A端的光纤跳线是平行方式连接；B端是交叉方式连接。b、 如A端收发器的光口（FX）指示灯亮、B端收发器的光口（FX）指示灯不亮，则故障在A收发器端：一种可能是：A端收发器（TX）光发送口已坏，因为B端收发器的光口（RX）接收不到光信号；另一种可能是：A端收发器（TX）光发送口的这条光纤链路有问题（光缆或光线跳线可能断了）。c、双绞线（TP）指示灯不亮，请确定双绞线连线是否有错或连接有误？请用通断测试仪检测；d、有的收发器有两个RJ45端口：（To HUB）表示连接交换机的连接线是直通线；（To Node）表示表示连接交换机的连接线是交叉线；e、有的收发器侧面有MPR开关：表示连接交换机的连接线是直通线方式；DTE开关：连接交换机的连接线是交叉线方式。2、光缆、光纤跳线是否已断？a、光缆通断检测：用激光手电、太阳光、发光体对着光缆接头或偶合器的一端照光；在另一端看是否有可见光？如有可见光则表明光缆没有断。b、光纤连线通断检测：用激光手电、太阳光、发光体对着光纤跳线的一端照光；在另一端看是否有可见光？如有可见光则表明光纤跳线没有断。3、 半/全双工方式是否有误？有的收发器侧面有FDX开关：表示全双工；HDX开关：表示半双工.5、光纤施工验收标准光纤光缆在工程中施工及验收的标准，目前，在局域网综合布线中光纤验收标准信息产业部还没有公布统一的标准。 新光公司已经从事了四年光纤光缆施工及验收，对这方面有着丰富的经验，在这里和大家交流一下。 光纤光缆施工： 1，根据施工环境选购具有各种特性的光缆，如果施工环境为架空， 光缆为GYXTW型；若为地下管道则选择GYSTS或GYTA型；若为直埋则应选择GYTA53型；水中则选择海底光缆；智能大厦则应选择室内软光缆； 芯数的多少则要根据用户的需求量来确定（一般要预留2芯备用）。 2，局域网中光缆布线指导思想：要求有隐蔽性和美观，因为客户多为学校、企业、机关大楼等，同时不能破环各建筑物的结构等，在利用现有空间避开电源线路和其他线路，现场情况下的对光缆的必要和有效的保护； 和甲方负责人一道勘察现场，包括走线路由并得到甲方认同后确定光纤路线及长度。 3，光缆施工，具体分为布线，光纤熔接，测试。 布线由专业施工人员组织完成，布线中应当注意的问题:a,当光缆的长度只有几百米时，一定要毁劲，不然光缆拉不直，而且不美观；b,拐弯处不能折成小于等于90度，以免造成纤芯损伤；c, 光缆两头要制作标记，尤其是光缆段数较多时，布线的标记系统要遵循TIA-606标准，标记要有十年以上的保用期；d, 当电缆在两个终端有多余的光缆时，应该按照需要的长度将其剪断，而不应将其卷起并捆绑起来。E,布线中，不应有硬物撞击和重物挤压； 光纤熔接是光纤施工中重要的一环，也是控制损耗一个最关键环节；第一要选择很好的光纤熔接机及测试仪器；目前市场上所采用的研磨已经逐渐被淘汰。第二，要有专业的有经验的操作人员，进行精细熔接。 光纤链路损耗主要来源于以下四个方面：本征，光缆本身的特征，损耗为0.34db/KM；熔接，光纤熔接电信公布标准为0.3db以下；布线，布线工程的质量也将影响到光纤的损耗，光是以正弦波形式来传播的，弯曲程度将直接影响光的色散，造成损耗变大；插入损耗，光纤终端做好以后，需要用光纤跳线及耦合器连接，在这个插入过程中，各个器件的紧密程度将直接影响链路损耗。 光纤链路测试，形成文档。 光纤测试仪分为两种，一种是测长距离（超过1公里）的光时域反射计（就是我们通常所说的OTDR），另一种则是在较短距离的光功率计，在局域网中应用比较普遍。 光纤测试的结果必须符合以下的标准： 1000M的链路损耗必须为3.2db以下；100M的链路损耗必须为13db以下。 若达不到以上要求，网络速度将受到影响如下载慢、丢包、时断时续，忽快忽慢等现象。6、收发器的检测方法测试设备 两台PC机，各装一个10/100自适应、半/全双工的以太网卡， 两台收发器(分单/多模,10/100M),两根光跳线,绞接双绞线 - 安装设置 将网卡装在计算机上,做好设置,如收发器是10M的,可将网卡一个设成自适应,一个设成10M。给收发器接上电源，应严格按照说明书的要求接电源。用双绞线把计算机和收发器连接起来，两根双绞线均应为绞接线；用光跳线把两个收发器连接起来，如收发器为单模，跳线也应用单模的。光跳线连接时，一端接RX，另一端接TX，如此交叉连接。 从指示灯的状态来看，接上电源，电源灯（POWER）应该亮，接上双绞线，线路灯（LINK）应该亮，接上光纤，输入输出光信号灯（RX、TX）应该亮。如果只有电源灯亮，说明网卡设置不对，查设置软件。 线路灯不亮，可能是接上了直通线（直通线用于收发器和HUB之间的连接）或未插牢，光信号灯不亮，可能是光纤接反了，随便调换两口即可；或是光纤接口太脏，用酒精擦干净；或是没接牢，重新插拔。 CISCO的100MHUB使用时需设成全双工，否则灯正常但是不通， LANCAST 6318-75、6318-76有重新插拔电源后不通的现象， 10M/100M自适应HUB（或交换机）有网管口，可用专用的连线和计算机连接，可通过WIN95的直接电缆连接和超级终端进行控制（由客户自行设置） 此时收发器应接通，否则是收发器有故障。7、什么是多模光纤电缆多模光纤电缆容许不同光束于一条电缆上传输，由于多模光缆的芯径较大，故可使用较为廉宜的偶合器及接线器，多模光缆的光纤直径为50至100米。 基本上有两种多模光缆，一种是梯度型（graded）另一种是引导型（stepped），对于梯度型（graded）光缆来说，芯的折光系数（refraction index)于芯的外围最小而逐渐向中心点不断增加，从而减少讯号的振模色散，而对引导型（SteppedInder）光缆来说，折光系数基本上是平均不变，而只有在色层（cladding）表面上才会突然降低引导型（stepped）光缆一般较梯度型（graded）光缆的频宽为低。在网络应用上，最受欢迎的多模光缆为62.5/125米，62.5/125米意指光缆芯径为62.5米而色层（cladding）直径为125米，其他较为普通的为50/125及100/140。相对于双绞线，多模光纤能够支持较长的传输距离，在10mbps及100mbps的以太网中，多模光纤最长可支持2000米的传输距离，而于1GpS千兆网中，多模光纤最高可支持550米的传输距离。业界一般认为当传输距离超过295尺，电磁干扰非常严重，或频宽需要超过350MHz，那便应考虑采用多模光纤代替双绞线作为传输载体。8、光纤熔接与测试 、光纤接续（1）光纤接续。光纤接续应遵循的原则是：芯数相等时，要同束管内的对应色光纤对接，芯数不同时，按顺序先接芯数大的，再接芯数小的。（2）光纤接续的方法有：熔接、活动连接、机械连接三种。在工程中大都采用熔接法。采用这种熔接方法的接点损耗小，反射损耗大，可靠性高。（3）光纤接续的过程和步骤：开剥光缆，并将光缆固定到接续盒内。注意不要伤到束管,开剥长度取1m左右，用卫生纸将油膏擦拭干净,将光缆穿入接续盒,固定钢丝时一定要压紧,不能有松动。否则,有可能造成光缆打滚折断纤芯。分纤将光纤穿过热缩管。将不同束管，不同颜色的光纤分开，穿过热缩管。剥去涂覆层的光纤很脆弱，使用热缩管，可以保护光纤熔接头。打开古河S176熔接机电源，采用预置的42种程式进行熔接，并在使用中和使用后及时去除熔接机中的灰尘，特别是夹具，各镜面和V型槽内的粉尘和光纤碎未。CATV使用的光纤有常规型单模光纤和色散位移单模光纤，工作波长也有1310nm和1550nm两种。所以，熔接前要根据系统使用的光纤和工作波长来选择合适的熔接程序。如没有特殊情况，一般都选用自动熔接程序。制作光纤端面。光纤端面制作的好坏将直接影响接续质量，所以在熔接前一定要做好合格的端面。用专用的剥线钳剥去涂覆层，再用沾酒精的清洁棉在裸纤上擦拭几次，用力要适度，然后用精密光纤切割刀切割光纤，对0.25mm（外涂层）光纤，切割长度为8mm-16mm，对0.9mm（外涂层）光纤，切割长度只能是16mm。放置光纤。将光纤放在熔接机的V形槽中，小心压上光纤压板和光纤夹具，要根据光纤切割长度设置光纤在压板中的位置，关上防风罩，即可自动完成熔接，只需11秒。移出光纤用加热炉加热热缩管。打开防风罩，把光纤从熔接机上取出，再将热缩管放在裸纤中心，放到加热炉中加热。加热器可使用20mm微型热缩套管和40mm及60mm一般热缩套管，20mm热缩管需40秒，60mm热缩管为85秒。盘纤固定。将接续好的光纤盘到光纤收容盘上，在盘纤时，盘圈的半径越大，弧度越大，整个线路的损耗越小。所以一定要保持一定的半径，使激光在纤芯里传输时，避免产生一些不必要的损耗。密封和挂起。野外接续盒一定要密封好，防止进水。熔接盒进水后，由于光纤及光纤熔接点长期浸泡在水中，可能会先出现部分光纤衰减增加。套上不锈钢挂钩并挂在吊线上。至此，光纤熔接完成。2、光纤测试光纤在架设，熔接完工后就是测试工作，使用的仪器主要是OTDR测试仪，用加拿大EXFO公司的FTB-100B便携式中文彩色触摸屏OTDR测试仪（动态范围有32/31、37.5/35、40/38、45/43db）,可以测试，光纤断点的位置；光纤链路的全程损耗；了解沿光纤长度的损耗分布；光纤接续点的接头损耗。为了测试准确，OTDR测试仪的脉冲大小和宽度要适当选择，按照厂方给出的折射率n值的指标设定。在判断故障点时，如果光缆长度预先不知道，可先放在自动OTDR，找出故障点的大体地点，然后放在高级OTDR。将脉冲大小和宽度选择小一点，但要与光缆长度相对应，盲区减小直至与坐标线重合，脉宽越小越精确，当然脉冲太小后曲线显示出现噪波，要恰到好处。再就是加接探纤盘，目的是为了防止近处有盲区不易发觉。关于判断断点时，如果断点不在接续盒处，将就近处接续盒打开，接上OTDR测试仪，测试故障点距离测试点的准确距离，利用光缆上的米标就很容易找出故障点。利用米标查找故障时,对层绞式光缆还有一个绞合率问题,那就是光缆的长度和光纤的长度并不相等,光纤的长度大约是光缆长度的1.005倍,利用上述方法可成功排除多处断点和高损耗点。9、光通信系统的参数测量1一、光纤参数的测量1.单模光纤模场直径的测量从理论上讲单模光纤中只有基模(LP0l)传输，基模场强在光纤横截面的存在与光纤的结构有关，而模场直径就是衡量光纤模截面上一定场强范围的物理量。对于均匀单模光纤，基模场强在光纤横截面上近似为高斯分布，通常将纤芯中场强分布曲线最大值1e处所对应的宽度定义为模场直径。简单说来它是描述光纤中光功率沿光纤半径的分布状态，或者说是描述光纤所传输的光能的集中程度的参量。因此测量单模光纤模场直径的核心就是要测出这种分布。测量单模光纤模场直径的方法有：横向位移法和传输功率法。下面介绍传输功率法。测量系统的原理方框示意如图1所示。取一段2米长的被测光纤，将端面处理后放入测量系统中，测量系统主要由光源和角度可以转动的光电检测器构成。光纤的输入端应与光源对准。另外为了保证只测主模(LP01)而没有高次模，在系统中加了一只滤模器，最简单的办法是将光纤打一个直径60mm的小圆圈。当光源所发的光通过被测光纤，在光纤末端得到远场辐射图，用检测器沿极坐标作测量，即可测得输出光功率与扫描角度间的关系，P线如图2所示。然后，按模场直径的定义公式输入P和值，由计算机按计算程序算出模场直径。2.光纤损耗的测量光纤损耗是光纤的一个重要传输参数。由于光纤有衰减，光纤中光功率随距离是按指数的规律减小的。但是，对于单模光纤或近似稳态的模式分布的多模光纤衰减系数a是一个与位置无关的常数。若设P(Z1)为ZZ1处的光功率，即输入光功率。若设P(Z2)为Z2处的光功率，即这段光纤的输出功率。因此，光纤的衰减系数a定义为因此，只要知道了光纤长度Z2-Z1和Z2、Z1处的光功率P(Z1)、P(Z2)，就可算出这段光纤的衰减系数a。测量光纤的损耗有很多种办法