光纤传输技术(GD)

1、1信息产业部武汉邮电科学研究院 王加强http:/中国的光通信从这里开始 光纤传输技术23概 述45 一、一、业务类型的变化： 九十年代以来，以Internet为代表的信息技术革命正在深刻地改变传统电信概念和信息传输体系 目前北美Internet骨干网的业务量几乎每69个月翻一番，比著名的CPU性能more定律（18个月左右翻番）快23倍 世界电话业 务年增长 率为 10%，数据业务年增长 40% 中国 话音业务 % 的增长率，数据业务 % 增长67891966年：高锟的论点1970年：光纤（康宁）、器件（贝尔）、1976（中国武汉）系统建设：市话（1982）、长途（1987）、八纵八横骨干专

2、网部门：广电、电力、计算机网、军用网、高速波长应用：850nm1310nm1550nm（S、C、L）光纤应用：MMSM新型：G.655、LEAF、EDF、DCF信号类型：模拟数字（PDHSDH）传输速率：8M、34M、140M、155M、622M、2.5G、10G波长数目:单一波长波分复用 密集波分复用(DWDM)-粗波分复用(CWDM)传输延伸：FTTC、FTTB、FTTH10光缆传输的不同应用网络城域光网络办公室办公室数据光纤光缆FTTO室内光纤光缆FTTH楼内光纤光缆千兆以太网光纤光缆 多模光纤 信息化智能小区防蚁光缆接入光网络大芯数带状光缆干线光网络11 红外 紫外 可见光 400nm

3、 1550nm 1310nm 780nm CD 唱碟机 670nm 激光笔 700nm 波长 光通信光通信 光的特性：光的特性： = C/f= C/f V = C/n V = C/n12131415CPNCPNUNIUNINNINNINNINNIUNIUNI核心网核心网（交换网、传输网）（交换网、传输网）网络分层水平的观点16话音话音数据数据图像图像电子商务电子商务业务应用层业务应用层业务承载及交换层业务承载及交换层 IP/ATMIP/ATM层层复用层复用层SDHSDH层层 光传送层光传送层WDM/OTNWDM/OTN层层1718192021合波器合波器Tx 1Tx nEDFA分波器分波器Rx

4、 1Rx nEDFAEDFA22 OM/ OA OTU1 RM1 1 S R MPI-S MPI-R SDn SD2 SD1 S1 OTUn RMn n Sn OTU2 RM2 2 S2 G.957 OA 波波长长范范围围 波波长长稳稳定定度度 波波长长间间隔隔 发发射射输输出出光光功功率率 发发射射消消光光比比 光光纤纤衰衰减减 光光纤纤色色度度色色散散 光光纤纤 P PM MD D 光光纤纤非非线线性性效效应应 O OA A 的的增增益益平平坦坦特特性性 O OA A 的的噪噪声声指指数数 O OA A 自自动动增增益益控控制制 复复用用器器插插损损 复复用用器器插插损损差差异异 解解复复

5、用用器器插插损损 解解复复用用器器信信道道间间串串扰扰 接接收收机机的的动动态态范范围围 接接收收机机的的电电带带宽宽 接接收收机机 O OS SN NR R 灵灵敏敏度度 接接收收机机带带噪噪声声 OA R S OA/ OD 23OMUTX OTU1 1TX OTU2 2TX OTU32 32EMUOWUOSCODURX OTU16 2 1RX OTU16 32 31OMTOMTDWDM系统结构图OMUTX OTU1 1TX OTU2 2TX OTU32 32EMUOWUOSCODURX OTU16 2 1RX OTU16 32 31OMTOMTEMUOWUOSCILAILA2425 1、工

6、作波长（）： 850nm. 1310nm. 1550nm(S.C.L波段) 线路传输特性与系统工作波长密切相关。 2、平均发送光功率（Ps） ： 功率单位：mw、w（制造、购买光源用） dBm（设计、施工、测量用） dBm=10 Log Ps/1mw（毫瓦分贝值） 26衰衰减减（db/kmdb/km）0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7波长（波长（mm）432101243OH-OH-OH- 190THz50THz单模光纤截止波长单模光纤截止波长527工作窗口 波 段 标称波长 波长范围（nm）第一窗口第一窗口 850第二窗口第二窗口 O波波 段

7、段 1310 1280-1360第三窗口第三窗口 S波波 段段 1550 1460-1530 C波波 段段 1550 1530-1565第四窗口第四窗口 L波波 段段 1550 1565-1625第五窗口第五窗口 E波段波段 波长扩展波长扩展 1360-1460283、光谱特性（）： 信号脉冲包含的波长范围4、边模抑制比（SMSR）： SMSR = Pmain/ Pside30dBSMSR = Pmain/ Pside30dB5、消光比（EXT）： EXT=PEXT=P。/P1x100%10% /P1x100%10dB10dBP。：全零码的光功率值，P1：全1码的光功率 值。29光谱特性 12

8、1-3dB发光二极管（发光二极管（LED）121-XdB121-20dB多纵模激光器（多纵模激光器（MLM）单纵模激光器（单纵模激光器（SLM）3031-9-10-123233343536包层包层n纤芯n12涂复层涂复层n11.464n2 1.460介质折射率的差别形成光波导包层包层涂复层涂复层373839TEM00 TEM11 401 1、掺铒光纤（、掺铒光纤（EDFEDF）在光纤芯部掺有微量稀土元素铒离子（3rE），作为能量 激活物质。其芯径较细，专用于掺铒光纤放大器（EDFA）。 2 2、色散补偿光纤（、色散补偿光纤（DCFDCF） 在1550nm采用G.652光纤进行高速率传输时，色散

9、影响很严重，由于G652光纤在此波长为正色散，故可采取色散调节技术，应用具有很大负色散值（约-90PS/nm.km）的DCF进行色散补偿。即在原G652线路中加入一段DCF光纤。 一般将DCF加在传输线路的尾端（接收端）较为有利。 413 3、数据光纤、数据光纤 用于数据传输网，其纤芯直径较大，属于多模光纤的一种。4 4、大有效面积光纤（、大有效面积光纤（LEAFLEAF） G655改进型光纤，康宁公司研制。增大有效通光面积从 60 2m到802m可降低纤芯光功率密度，克服光纤非线性效应。 LEAF主要用于DWDM系统，其对弯曲较敏感，使用中应注意。42G.651光纤(MM)G.652光纤(S

10、M)G.653光纤(SM)G.654光纤(SM)G.655光纤(SM)ITU-T建议文号43多模光纤多模光纤对应于ITU-T G.651、或IEC A1。其芯径较粗，衰耗较大，因多模传输带宽受限。 多模光纤在数据网或用户接入网中普遍应用，其连接损耗低、且因数字孔径大而耦合效率高，活动连接器件简单，工程成本低。大芯径可允许较大光功率传输利于用户网光功率分配。 为减小模间色散，多模光纤一般为渐变型折射率分布。由于制棒中折射率控制较复杂，目前多模光纤的市场价格高于G652光纤。4445G.652 光纤G.652光纤亦称非色散位移单模光纤,其价格低廉、技术成熟，是目前长途、本地线路应用最为广泛的光纤。

11、 其在1550nm窗口色散大（达17ps/nmkm）严重限制传输速率，须采用DCF进行色散补偿，DCF引起的衰减则由光放大器补偿，成本较高。 2000年，ITU-T将G652细分为G.652A、G.652B、G.652C其中，G.652B规定了偏振模色散，仍属常规单模而G.652C则为低水峰全波光纤。46G.653 光纤在G.652光纤基础上通过增大波导色散将零色散点从1310nm转移到1550nm处，故称零色散位移光纤。G.653光纤可在1550nm窗口大幅提高传输速率，但在多波长系统中，则因零色散会引起严重四波混频因而不能支持DWDM系统，而DWDM技术已成为扩大光纤传输系统容量的主要方式

12、，故在未来的应用中，G.653光纤将渐遭淘汰。4748G.655 光纤 为适应DWDM传输要求，在G.653光纤基础上改进。在1550nm窗口保持一定色散，以利于克服非线性，故谓之“非零色散位移”。 朗讯公司研制的G.655光纤零色散点在1550nm波长以下，故其在1550nm处色散为正值（TW光纤）， 康宁公司的G655光纤则为负值且其有效通光面积较大可降低传光功率密度，更有效减轻非线性效应影响。此外，负色散对传输速率的限制可采用低成本的G.652光纤进行补偿（LEAF光纤）， 在大容量、高传输速率系统中，大有效面积的.G655光纤将有广阔的应用前景。4950注注:G.652B有偏振色散要求

13、有偏振色散要求,仍归于仍归于B1.1 , G.652C(B1.3)为全波光纤为全波光纤 G.654(B1.2)为最低衰减光纤为最低衰减光纤 此类光纤的色散均无变化此类光纤的色散均无变化小结一下51 光的折射：光的折射： 光的全反射：光的全反射：010112132231Sin=12=1.460/1.464=85.8入射角入射角=90-85.8=4.2度，度，近于直线传播近于直线传播52类别类别SMMMEDF数据光纤数据光纤纤芯直径纤芯直径9504.562.5包层外径包层外径125涂复层涂复层约约250（m）2 2、相对折射率差：、相对折射率差： = n1- n2 / nDCF6尺寸尺寸532 数

14、值孔径表示光纤接收（耦合）光信号的能力 常规单模光纤的NA值约为0.1050.12 多模光纤的NA值大于单模光纤，故光耦合效 率高。 NA值与折射率差有关，太大会形成多模传输。5412n12 模场直径表示光纤中传导的光信号能量的集中程度。 信号波长越长，则d值越大。 模场直径大的光纤对弯曲越敏感，但接续损耗小。c6 6、光纤截面形状误差、光纤截面形状误差 包层不圆度： 1% 同心度误差： 0.8mV Vc =2.4055657PinPoutL= 10 L g Pin /Pout L（dB）5859dB/Km瑞利散射紫外吸收红外吸收13101550（nm）OH吸收峰吸收峰85060辐射模传导模6

15、162cSfrsMAAMeAcpp2=LPs：光源发光功率（：光源发光功率（dBm），），Pr：接收灵敏度（：接收灵敏度（dBm），），Me：设备裕量（：设备裕量（dB），）， Ac：活动连接损耗（：活动连接损耗（dB），），Af：光纤衰耗系数（：光纤衰耗系数（dB/Km），），Mc：线路裕量（：线路裕量（dB/Km） As：线路熔接损耗平均值（：线路熔接损耗平均值（dB/Km） 2.5Gb/s及以下速率系统一般为衰减限制系统。（Km）63红紫白光.64脉冲展宽量: = D () x x L （ps）65 D ( ) 单位：单位：PS / nm . km666768Ps/nm Km（nm）材料

16、色散材料色散波导色散波导色散1310总色散总色散069Ps/nm Km（nm）013101550G.652G.655G.653（G.654）70ZXY 对于截面圆理想、且不受弯、挤、扭等应力作用的光纤对于截面圆理想、且不受弯、挤、扭等应力作用的光纤则不存在则不存在PMD。单位：单位：PS/ km 71标准规定:无电再生传输距离内,PMD的最大展宽量即应小于或等于信号脉冲时隙的10%,以保证系统功率代价不超出1dB. 不同传输速率的脉冲时隙宽度: 64K 2.M 622M 2.5G 10G 40G (b/s )64K 2.M 622M 2.5G 10G 40G (b/s ) 15.6S 488n

17、s 1.6ns 400ps 100ps 25ps 15.6S 488ns 1.6ns 400ps 100ps 25ps 故PMD限制距离为:L = (/ PMD) （km）272功率代价为功率代价为1dB1dB的的PMDPMD系数系数 速率速率 最大最大 PMD 系数系数 (Gb/s) (ps) (ps/km) (400 km 光纤链路光纤链路) 2.5 40 2.0 10 10 0.5 20 5 0.25 40 2.5 0.12573610BDB：线路速率：线路速率 ：光源系数，：光源系数，单纵模单纵模0.31多纵模多纵模0.12D: 光纤色散系数光纤色散系数:光源谱线宽度光源谱线宽度74

18、G.652： 占现有敷设线路85%以上 在1550nm处，衰减低而色散大，对速率提高有限制： 传输速率提高4倍，则色散受限距离缩短为1/16。 如：如：2.5Gb/s2.5Gb/s928Km 10Gb/s928Km 10Gb/s58Km58Km G.655 ： 在1550 nm处保持较小色散，以克服四波混频。适于 10Gb/s及以上DWDM系统。(郎讯G655:TW,康宁G655:LEAF)7576城域网光传输线路：城域网光传输线路： 除常规单模（G.652）外，为适应多种业务与多种速率信号传送，采用粗波分复用(CWDM)传输，需扩展可用光波长范围： =12801625 nm 大容量城域网可选

19、低水峰全波光纤（G.652C）全波光纤与G652光纤的色散并无区别。77光纤数据网与用户接入网光纤数据网与用户接入网 速率低、距离短，一般采用多模光纤（A1.b）。其芯径粗、便于接续，活动连接器件简单，可降低系统成本（接头多、分支复杂）。通光面积大允许大功率光信号传输，不会产生非线性。 以前多模光纤系统采用发光管，带宽窄，目前，新型垂直腔面发射激光器（VCSEL）已进入实用，带宽达数GHZ787980 光缆基本类型 缆芯结构不同分为:中心管式、层绞式、骨架式敷设条件不同分为:架空光缆、管道光缆、直埋光缆、水底光缆 光缆中光纤的松紧状态不同分为:紧结构、松结构、半松半紧结构光缆 使用环境不同分为

20、:室内、室外、金属加强件、非金属加强件、阻燃和防蚁光缆按照：81层绞式光缆经过套塑的光纤单元（管）螺旋绞合在中心加强构件上在缆芯周围加装各种护层并填充缆膏。光缆中光纤芯数最大可做到200芯以上适用于架空、管道、直埋、水下等各种方式82中心束管式光缆装有多根光纤的松套管置于光缆截面的中心位置。单根高炭钢丝作为加强构件平行置于中心管的两边或周围光缆中光纤芯数最大为36芯光缆结构简单、轻便且对光纤保护有利。适用于架空、管道或直埋方式83叠带式光缆带状光纤缆结构类同于非带状光纤缆，可分为中心管式、松套层绞式和骨架式三大类84858687光缆型式代号光缆型式代号光纤规格代号光纤规格代号8889小结一下90919293光缆出厂检验项目94工程特性项目95光缆产业现状9697成品光缆盘装标识： 20032003 GY