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光通讯原理 目录 接入网基础知识 长途网和中继网合在一起称为核心网或转接网 相对于核心网的其它部分则统称为接入网 ACCESSNETWORK AN 接入网主要完成将用户接入核心网的任务 接入网是公用电信网中最大和最重要的的组成部分 接入网的拓扑结构 网络的拓扑结构是指组成网络的物理的或逻辑的布局形状和结构构成 接入网环境下的基本网络拓扑结构有5种类型 即星型结构 双星型结构 环型结构 树型结构和总线结构 接入网的拓扑结构 1 星型结构当涉及通信的所有点中有一个特殊点 即枢纽点 与其他所有点直接相连 而其余点之间不能直接相连时 就构成了星型结构 又称单星型或大星型结构 如左图所示 在接入网环境 各个用户都最终要与本地交换机相连 业务量最终都集中在本地交换机这个特殊点上 传统的电缆接入网就是星型配置 由于本地交换机成了各个用户业务量的集中点 枢纽点 因而星型结构又称枢纽结构 星型结构具有优质服务和成本高的特点 适合于传输成本相对交换成本较低的应用场合 接入网的拓扑结构 2 双星型结构在光纤接入网环境中 将传统电缆接入网的交接箱换成远端节点或远端设备 将馈线电缆改用光缆后即成为双星型结构 有人称之为分布式星型结构 如下图 双星型结构是一种经济的 演进的网络结构 很适合传输距离较远 用户密度较高的企事业用户和住宅居民用户区 特别是远端节点采用同步数字序列 SynchronousDigitalHierarchy SDH 复用器的双星型结构不仅覆盖距离远 而且容易升级至高带宽 利用SDH特点 可以灵活地向用户单元分配所需的任意带宽 接入网的拓扑结构 3 总线型结构 链型或T型结构 当涉及通信的所有点串联起来并使首末两个点开放时就形成了链型结构 当中间各个点可以有上下业务是又称为总线型结构 也称为T型结构 如图所示 接入网的拓扑结构 4 环型结构当涉及通信的所有点串联起来 而且首尾相连 没有任何点开放时就形成了环型结构 如图 该结构与T型结构很类似 但没有开放点 有其宝贵的特点 接入网的拓扑结构 5 树型结构传统的有线电视网 CATV 往往采用树型 分支结构 很适合单向广播式业务 在光纤接入网中 这种结构再次显示了很强的生命力 接入网的分类 接入网通常是按其所用传输介质的不同来进行分类 一般地 接入网可分为有线接入网和无线接入网两大类 有线接入网又分为铜线接入网和光纤接入网两类 光纤接入网 OpticalAccessNetwork OAN 是以光纤为传输介质 并利用光波作为载波传送信号的接入网 泛指本地交换机或远端交换模块与用户之间采用光纤通信或部分采用光纤通信的系统 光纤接入网 光纤最重要的特点是 它可以传输很高速率的数字信号 容量很大 并可以采用波分复用 WDM 频分复用 FDM 时分复用 TDM 空分复用 SDM 副载波复用 SCM 等各种光的复用技术 进一步提高光纤的利用率 光通讯系统 光通信是指以光作为信息载体而实现的通信方式 任何一种通信系统都是由信源 信道 信宿组成的 一个基本的光纤通信系统由光发射机 光纤光缆 光接收机组成 光通讯系统 光波有紫外光 红外光和可见光构成 目前光纤通信光源使用的波长范围在近红外区内 即波长在0 8 1 7 m之间 是一种不可见光 它象通常使用的无线电波一样 是一种不能引起视觉的电磁波 理论上一根光纤可同时传输近100亿路电话和1000万路电视节目 如果将很多束不同波长的激光加注到同一根光纤中进行传输 其通信容量更是大得惊人 人类有史以来积累的知识 用一根光纤不到5分钟就可以传完 正因为光纤具有十分诱人的前景 才不断促使人类区探索光通信的可能 光通讯系统 光纤是光信号传输信道 光纤在实际应用时 必须用适当的方式将所需根数的光纤束组合成缆 也就是通常看到的光缆 通常根据光信号在光纤中传输的模数不同 分为单模光纤和多模光纤两大类型 光纤通信特点 一 优点 1 传输频带宽 通信容量大2 传输损耗低3 不受电磁干扰4 线径细 重量轻5 资源丰富6 绕性好7 不怕潮湿 耐高压 抗腐蚀8 安全保密 二 缺点 1 光纤性质脆 需加适当涂覆予以保护 2 对切断和连接光纤时 需要高精度技术 这在电缆连接中是没有的 3 分路耦合不方便 4 不能传送中继器所需电能5 弯曲半径不宜太小 光纤通信的传输窗口 光纤通信与电通信的主要差异有两点 一是传输的是光波信号 二是传输光信号的介质是光纤 光纤传输特性研究后发现 光纤对于不同波长的光波信号呈现出不同的衰减特征 于是很自然地就会将呈低损耗的波长用于光纤通信 并将低损耗波长点称为传输窗口 光纤通信的传输窗口 短波长窗口 波长为0 85 m长波长窗口 波长为1 31 m和1 55 m在0 8 0 9 m波段内 损耗约为2dB KM 在1 31 m波长处损耗为0 5dB KM 在1 55 m处 损耗可降至0 2dB KM 这已接近光纤的理论损耗极限值 光缆基础知识 光纤的结构 光纤是光导纤维的简称 其结构如图 内层为纤芯 作用是传输光信号 外层为包层作用是使光信号封闭在纤芯中传输 光纤的种类 按光纤的材料分为石英光纤和全塑光纤按传输模式分为多模光纤和单模光纤按ITU T建议分为 G 651光纤 渐变型多模光纤 G 652光纤 普通单模光纤或1 31 m处性能最佳单模光纤 G 653光纤 色散位移光纤DSF G 654光纤 1 55 m处性能最佳单模光纤 G 655光纤 非零位色散位移光纤 G 656光纤 三波段光纤 S C L G 657光纤 弯曲不敏感光纤 G 657光纤 G 657光纤是指弯曲损耗不敏感单模光纤 按ITU T标准可分为两种子类 G 657A和G 657B G 657A不仅有优越的弯曲性能和严格的偏振模色散指标要求 而且与G 652光纤完全兼容 是FTTx的理想光纤 产品特点更小的光纤弯曲半径 更低的微弯损耗可满足特殊光缆设计要求 与所有G 652光纤完全兼容 严格的偏振模色散指标要求 支持高速率长距离传输运用 精确的几何尺寸控制确保低光纤接续损耗 G 657光纤 优化了光纤的弯曲损耗性能 降低安装成本 减少用户室内光缆故障率可以象安装铜缆一样 光缆沿着建筑物内很小的拐角安装允许把光纤用于体积较小的接线盒 配线箱以及其它线路设施内 光缆的安装更为便捷 对FTTH施工和维护带来的便利 光缆概述 虽然经过1次涂覆 套塑 的光纤具有一定的抗拉强度 但还是比较脆弱 经不起弯折 扭曲和测压力的作用 因而只能用于试验 为了能使光纤用于多种环境条件下 并顺利地完成敷设施工 必须把其它元器件组合起来构成一体 这种组合体就是光缆 光缆的结构大致可分为缆芯与护层两大部分 光缆的种类 1 按传输性能 距离和用途分为 市话光缆 长途光缆 海底光缆 用户光缆 2 按光缆套塑方法分为 紧套光缆 松套光缆 束管式光缆和带状光缆等 3 按光缆芯数分为 单芯 双芯 四芯 六芯 八芯 216芯等 4 按加强件配置方法分为 中心加强构件光缆 层绞 骨架 分散加强构件光缆 中心束管 扁平 护层加强构件光缆 5 按敷设方式分为 管道光缆 直埋光缆 架空光缆 水底光缆 6 按护层材料性质分为 聚乙烯护层普通光缆 聚氯乙稀护层阻燃光缆 尼龙防蚁 防鼠光缆 7 按传输导体 介质状况分为 无金属光缆 普通光缆和综合光缆 8 按结构方式分为 扁平结构光缆 层绞式结构光缆 骨架式结构光缆 铠装结构光缆和高密度用户光缆等 9 通信用光缆 室 野 外光缆 软光缆 室 局 内光缆 设备内光缆 海底光缆 特种光缆 皮线光缆 对入户线光缆的要求 1 结构简单小巧 且便于在楼宇内穿管布放2 具备良好的抗拉伸 抗扭曲 抗侧压性能3 户外铺设时具有柔软轻便的要求4 具备现场端接光纤功能 入户光缆的选择 光器件 光纤 缆 活动连接器光纤 缆 活动连接器是实现光纤 缆之间活动连接的无源光器件 它还具有将光纤 缆 与其他无源器件 光纤 缆 与系统 仪表进行活动连接的功能 评价连接器的主要指标有4个 插入损耗 回波损耗 重复性和互换性 光器件 常用的光纤 缆 活动连接器 FC系列 SC系列 ST型 LC型不同型号插头互相连接的转换器 FC SC型转换器 FC ST型转换器 SC ST型转换器 新型多芯光纤 缆 连接器 MT连接器 MT RJ连接器 高密度单芯连接器 3 随着光纤的发展 还会产生新的光纤 缆 连接器 在我国用得最多的是FC系列的连接器 它是一种用螺纹连接 外部采用金属材料制作的连接器 SC型连接器是光纤局域网 CATV和用户网的主要品种 它是有日本NTT研制 现在已经由国际电工委员会确定为国际标准器件 它的指针 套筒与FC完全一样 外壳采用工程塑料制作 采用矩形结构 便于密集安装 不用罗纹连接 可直接插拔 使用方便 操作空间小 可以密集安装 可以做成多芯连接器 应用前景广阔 光分路器 光分路器光分路器 OBD 根据制作工艺可分熔融拉锥型 FBT 和平面波导型 PLC 两大类 平面波导型的带宽在1260nm 1610nm较宽 能满足基于PON技术的FTTH网络中对3个波长的应用 当采用熔融拉锥型时 应选用单模光纤双窗口树型宽带分路器 在1310nm和1550nm时的带宽应不小于 40nm 其缺点是均匀性比波导型略差 但价格相对较低 光分路器的规格可表示为 N M N 表示输入光纤路数 M 表示输出光纤路数 在FTTH系统中 N可为1 2 M可为2 4 8 16 32 64 128等 光分路器可以是均分光 也可以是不均分光 FBT光分路器 熔融拉锥技术是将两根或多根光纤捆在一起 然后在拉锥机上熔融拉伸 并实时监控分光比的变化 分光比达到要求后结束熔融拉伸 其中一端保留一根或2根光纤作为输入端 另一端则作多路输出端 目前成熟拉锥工艺一次只能拉1 4以下 1 4以上器件 则用多个1 2连接在一起 再整体封装在分路器盒中 优点 拉锥耦合器技术和工艺都较成熟 开发经费低 原材料只有很容易获得的石英基板 光纤 热缩管 不锈钢管和少些胶 费用较低 机器和仪器的投资折旧费用更少 1 2 1 4等低通道分路器成本低 分光比可以根据需要实时监控 可以制作不等分分路器 缺点 损耗对光波长敏感 一般要根据波长选用器件 这在三网合一使用过程是致命缺陷 因为在三网合一传输的光信号有1310nm 1490nm 1550nm等多种波长信号 均匀性较差 1 4标称最大相差1 5dB左右 1 8以上相差更大 不能确保均匀分光 可能影响整体传输距离 插入损耗随温度变化变化量大 TDL 多路分路器 如1 16 1 32 2 32 体积和重量都比较大 可靠性也会降低 安装空间受到限制 PLC光分路器 平面光波导技术是用半导体工艺制作光波导分支器件 分路的功能在芯片上完成 可以在一只芯片上实现多达1 32以上分路 然后 在芯片两端分别耦合封装输入端和输出端多通道光纤阵列 优点 损耗对传输光波长不敏感 可以满足不同波长的传输需要 分光均匀 可以将信号均匀分配给用户 结构紧凑 体积小 不需特殊设计留出很大的安装空间 单只器件分路通道很多 可以达到32路以上 多路成本低 分路数越多 成本优势越明显 缺点 器件制作工艺复杂 技术门槛较高 目前芯片被国外几家公司垄断 国内能够大批量封装生产的企业不很多 相对于熔融拉锥式分路器成本较高 特别在低通道分路器方面更处于劣势 几种光分路器 机架安装型 尾纤型光分路器 光纤的连接技术 光纤熔接法 1 光纤熔接装置A 光纤熔接方式 法 镍烙丝熔接方式空气放电熔接方式CO2激光器熔接方式火焰加热熔接方式空气预放电熔接方式 2 光纤熔接机的种类 3 光纤熔接工艺A 光纤端面处理 去处套塑层 预涂覆层 切割 制备端面和清洗B 光纤的对准及熔接 C 连接质量的评价 外观目测检查 连接损耗估计 张力测定 连接损耗测量D 接头的增强保护 光纤的连接技术 光纤的冷接技术用途提高用户待装效率安装只需使用无源的施工工具节约工时 大幅降低施工费用减小连接保护盒体积或消除连接保护盒种类光缆成端用快速连接器适合不同结构光缆成端用的光纤插头适合不同结构光缆成端用的光纤插座机械连接器连接250 m 900 m光纤 光终端产品 光交接箱 综合配线箱 光终端产品 光分纤箱 光终端产品 86面板 信息插座 光缆在连接器内端接 光纤的冷接技术 光纤现场连接器使用机械方式将光纤直接成端施工时无需研磨 无需熔接机快速和易于操作与标准SC光纤连接器 适配器完全兼容 光缆的测试 衰减测试方法光纤衰减测量要特别注意 只有当光纤结构或材料均匀的并在稳态条件下 才能精确测量出光纤衰减系数 由各段光纤的衰减线性相加可得出串接的光缆链路的光纤总衰减 常用的光纤衰减测试方法有 截断法 后向散射法和插入损耗法 光缆的测试 插入损耗插入损耗是指光纤中的光信号通过活动连接器之后 其输出光功率相对输入光功率的比率的分贝数 回波损耗回波损耗又称为反射损耗 它是指在光纤连接处 后向反射光相对输入光的比率的分贝数 所以回波损耗愈大愈好 以减少反射光对光源和系统的影响 光源与光功 稳定光源 对光系统发射已知功率和波长的光 稳定光源与光功率计结合在一起 可以测量光纤系统的光损耗 光功率计 用于测量绝对光功率或通过一段光纤的光功率相对损耗 在光纤系统中 测量光功率是最基本的 光纤故障定位仪 发出持续或具有脉冲式的红光注入光纤 在宏弯或者光纤断裂处则会有红光漏出 可识别断裂 弯曲 连接器故障 熔接以及其它引起损耗的原因 光时域反射仪 光时域反射仪简称OTDR是光缆线路施工和维护中常用的光纤测试仪表 可测量光纤的插入损耗 反射损耗 光纤链路损耗 光纤的长度和光纤的后向散射曲线 光时域反射仪 非反射事件 光纤中的熔接头和微弯都会带来损耗 但不会引起反射 由于它们的反射较小 我们称之为非反射事件 ODN光分配网概述 一 基本术语介绍 无源光网络 由光纤 光分路器 光连接器等无源光器件组成的点对多点的网络 简称PON 无源光网络系统 由光线路终端OLT 无源光网络PON 或光分配网ODN 光网路单元ONU组成的信号传输系统 简称PON系统 根据采用的信号传输格式可简称xPON 如APON BPON EPON和GPON等 光分配网 是无源光网络的另一种称呼 由馈线光缆 光分路器 支线光缆组成的点对多点的光分配网络 简称ODN ODN光分配网概述 冷接子 一种通过机械方式快速实现裸光纤对接的光纤接续器件 光分路器 一种可以将一路光信号分成多路光信号以及完成相反过程的无源器件 简称OBD 光分路箱 框 专门为安装光分路器设计制作的箱体或机框 内部包含光纤熔接盘和光纤活动连接器等配件 具有一定的防尘功能 箱式可分成落地安装式或挂墙安装式 机框式可安装在标准19英寸机架上 ODN光分配网概述 A86接线盒 A86面板