光纤通信系统设计

兰州工业高等专科学校毕业设计论文毕业设计（论文）任务书I毕业设计（论文）题目天水-兰州段光纤通信系统设计

兰州工业高等专科学校毕业设计论文毕业设计（论文）任务书I毕业设计（论文）题目天水-兰州段光纤通信系统设计兰州工业高等专科学校毕业设计论文摘要I摘要随着国民经济和社会的发展，信息高速公路作为拉动经济发展的大动脉已处于高速建设和发展的时期。高速公路通信系统可为道路的安全运行、高效运输、科学管理、优质服务提供可靠、快速的信息传输手段，最大限度地发挥信息高速公路安全、畅通、经济、便捷、舒适的特点，从而确保高速公路获得最佳的规模效益和社会效益，故应科学合理地利用高速公路的通信资源，以在实现国家信息高速公路网规划的同时，也形成一个具有规模的通信系统。该论文首先对光纤的概念及其历史发展做了简单的介绍，其次对光纤通信系统现况和未来发展趋势做了概述，最后对该设计：天水－兰州高速公路通信系统做了详细的计算和估价明确了论文所要研究与设计的内容。本设计为天水－兰州高速公路通信系统设计。本通信系统的几个主要构成部分：光纤数字传输系统、接入网传输系统、程控数字交换系统,然后分别对各个系统进行设计。关键词：光纤；信息高速公路；通信系统兰州工业高等专科学校毕业设计论文摘要I摘要随着国民经济和社会的发展，信息高速公路作为拉动经济发展的大动脉已处于高速建设和发展的时期。高速公路通信系统可为道路的安全运行、高效运输、科学管理、优质服务提供可靠、快速的信息传输手段，最大限度地发挥信息高速公路安全、畅通、经济、便捷、舒适的特点，从而确保高速公路获得最佳的规模效益和社会效益，故应科学合理地利用高速公路的通信资源，以在实现国家信息高速公路网规划的同时，也形成一个具有规模的通信系统。该论文首先对光纤的概念及其历史发展做了简单的介绍，其次对光纤通信系统现况和未来发展趋势做了概述，最后对该设计：天水－兰州高速公路通信系统做了详细的计算和估价明确了论文所要研究与设计的内容。本设计为天水－兰州高速公路通信系统设计。本通信系统的几个主要构成部分：光纤数字传输系统、接入网传输系统、程控数字交换系统,然后分别对各个系统进行设计。关键词：光纤；信息高速公路；通信系统兰州工业高等专科学校毕业设计论文AbstractIIAbstractWiththedevelopmentofnationaleconomyandsociety,informitionhighwayisconstructinganddevelopingrapidlywhichisamainforcetopulltheeconomicgrowth.Theexpresshighwaycommunicationsystemisacredible兰州工业高等专科学校毕业设计论文AbstractIIAbstractWiththedevelopmentofnationaleconomyandsociety,informitionhighwayisconstructinganddevelopingrapidlywhichisamainforcetopulltheeconomicgrowth.Theexpresshighwaycommunicationsystemisacredibleandquickinformationtransmissionmethodforsecurityrunning，effectivetransportationandscientificmanagement.Ithasthecharacteristicofmaximumexertionexpresshighway′ssecurity，quickness，economics,convenientandcomfort，Whenitrealizesexpresshighwaynetplanning,itisalsoalarge-scalecommunicationsystem.ThepaperclearlydiscussedtheFiber-optic,Fristly,introducedtheFiber-opticdevelopmentofthecommunicationsysteminexpresshighway，Secondlythecharacterofthecommunicationsysteminexpresshighway，Inthispaperthereareseveraltechniqueprojectproposedandcompared，wechoosetheStore-ProgramControlSwitching，thancrystallizethecontentoftheresearchandthedesigninthispaper.ThedesignisacommunicationsystemdesignforTianshui–Lanzhouexpresshighway，Expresshighwaycommunicationsystemiscomposedofseveralpartsofthefollowingmainly：OpticalFibreDigitaltransmissionsystem，kilomegaEthernettransmissionsystem，Store-ProgramControlDigitalSwitchingSystem，Thendesigneachsystemseparately.Keywords:Fiber-optic;Informitioncommunicationhighway;Informitionsystem.兰州工业高等专科学校毕业设计论文目录III目录毕业设计（论文）任务书.......................................................................................错误!未定义书签。摘要......................................................................................................................................................IABSTRACT...........................................................................................................................................II1概论......................................................................................................................................................11.1光纤通信发展的历史.......................................................................................................................11.2光纤通信发展的现状和趋势......................................................................................................12光通信系统..........................................................................................................................................32.1光纤的介绍...............................................................................................................................32.1.1光纤概念.............................................................................................................................32.1.2光纤传输原理和特性..........................................................................................................32.1.3光纤的型号介绍..................................................................................................................42.2光缆的介绍...................................................................................................................................52.2.1光缆历史...............................................................................................................................52.2.2光缆的种类..........................................................................................................................62.3光端机的介绍..............................................................................................................................62.3.1模拟光端机..........................................................................................................................6兰州工业高等专科学校毕业设计论文目录III目录毕业设计（论文）任务书.......................................................................................错误!未定义书签。摘要......................................................................................................................................................IABSTRACT...........................................................................................................................................II1概论......................................................................................................................................................11.1光纤通信发展的历史.......................................................................................................................11.2光纤通信发展的现状和趋势......................................................................................................12光通信系统..........................................................................................................................................32.1光纤的介绍...............................................................................................................................32.1.1光纤概念.............................................................................................................................32.1.2光纤传输原理和特性..........................................................................................................32.1.3光纤的型号介绍..................................................................................................................42.2光缆的介绍...................................................................................................................................52.2.1光缆历史...............................................................................................................................52.2.2光缆的种类..........................................................................................................................62.3光端机的介绍..............................................................................................................................62.3.1模拟光端机..........................................................................................................................62.3.2数字光端机..........................................................................................................................72.4光纤通信的介绍..........................................................................................................................73光纤通信系统中器件介绍和选择..................................................................................................93.1光纤通信系统中器件介绍..........................................................................................................93.1.1光纤通信系统中各个器件的基本功能..............................................................................93.1.2光纤通信系统中各个器件的性能指标............................................................................103.2光纤通信系统中器件的选择.....................................................................................................193.2.1光纤、光缆选择................................................................................................................193.2.2光端机选择........................................................................................................................204兰州-天水段的光纤通信系统设计....................................................................................................224.1光纤通信系统中存在的严重问题.............................................................................................224.1.1光纤通信系统中关于色散问题........................................................................................224.1.2光纤通信系统中关于损耗问题.......................................................................................234.2中继距离的估算........................................................................................................................244.2.1距离测量...........................................................................................................................254.2.2最大中继距离的估算............................................................................................................264.3天水——兰州光纤通信系统中光纤的选择............................................................................274.4STM-16系统的光接口规范参数...............................................................................................284.5应用代码的选择........................................................................................................................304.6衰耗预算....................................................................................................................................315光纤通信系统的构成模型及其维护管理........................................................................................345.1光纤通信系统的构成模型..............................................................................................................34兰州工业高等专科学校毕业设计论文目录IV5.2系统维护与管理........................................................................................................................35总结........................................................................................................................................................36致兰州工业高等专科学校毕业设计论文目录IV5.2系统维护与管理........................................................................................................................35总结........................................................................................................................................................36致谢....................................................................................................................................................37参考文献................................................................................................................................................38兰州工业高等专科学校毕业设计论文1概论11概论1.1光纤通信发展的历史信息从一地传送到另一地，均可称为通信。古代的通信方式有烽火台、击鼓、驿站快马接力、信鸽、旗语等。古代的通信对远距离来说，最快也要几天的时间，而现代通信以电信方式，如电报电话、快信、短信、E-MAIL等，实现了即时通信。而光波具有极高的频率，也就是说是具有极高的宽带从而可以容纳巨大的通信信息，所以用光波作为载体来进行通信是人们几百年来追求的目标。1970年，美国康宁玻璃公司根据高锟文章的设想，用改进型化学汽相沉积法制造出当时世界上第一根超低损耗光纤，成为使光纤通信爆炸性竞相发展的导火索。虽然当时康宁玻璃公司制造出的光纤只有几米长，衰耗约20dB/km，而且几个小时之后便损坏了。但它证明了用当时的科学技术与工艺方法制造通信用的超低损耗光纤是完全有可能的。1970年以后，世界各发达国家对光纤通信的研究倾注了大量的人力与物力，其来势之凶、规模之大、速度之快远远超出了人们的意料，使光纤通信技术取得了极其惊人的进展。从光纤的损耗来看，1970年是20dB/km，1972年是4dB/km，1974年是1.1dB/km，1976年是0.5dB/km，1979年是0.2dB/km，1990年是0.14dB/km，已经接近石英光纤的理论衰耗极限值0.1dB/km。从光器件看，1970年，美国贝尔公司研制出世界上第一只在室温下连续波工作的砷化镓铝半导体激光器，为光纤通信找到了合适的光源器件。后来逐渐发展到性能更好、寿命达几万小时的异质结条形激光器和现在的分布反馈式单纵模激光器以及多量子极激光器。光接收器件也从简单的硅PIN光二极管发展到量子兰州工业高等专科学校毕业设计论文1概论11概论1.1光纤通信发展的历史信息从一地传送到另一地，均可称为通信。古代的通信方式有烽火台、击鼓、驿站快马接力、信鸽、旗语等。古代的通信对远距离来说，最快也要几天的时间，而现代通信以电信方式，如电报电话、快信、短信、E-MAIL等，实现了即时通信。而光波具有极高的频率，也就是说是具有极高的宽带从而可以容纳巨大的通信信息，所以用光波作为载体来进行通信是人们几百年来追求的目标。1970年，美国康宁玻璃公司根据高锟文章的设想，用改进型化学汽相沉积法制造出当时世界上第一根超低损耗光纤，成为使光纤通信爆炸性竞相发展的导火索。虽然当时康宁玻璃公司制造出的光纤只有几米长，衰耗约20dB/km，而且几个小时之后便损坏了。但它证明了用当时的科学技术与工艺方法制造通信用的超低损耗光纤是完全有可能的。1970年以后，世界各发达国家对光纤通信的研究倾注了大量的人力与物力，其来势之凶、规模之大、速度之快远远超出了人们的意料，使光纤通信技术取得了极其惊人的进展。从光纤的损耗来看，1970年是20dB/km，1972年是4dB/km，1974年是1.1dB/km，1976年是0.5dB/km，1979年是0.2dB/km，1990年是0.14dB/km，已经接近石英光纤的理论衰耗极限值0.1dB/km。从光器件看，1970年，美国贝尔公司研制出世界上第一只在室温下连续波工作的砷化镓铝半导体激光器，为光纤通信找到了合适的光源器件。后来逐渐发展到性能更好、寿命达几万小时的异质结条形激光器和现在的分布反馈式单纵模激光器以及多量子极激光器。光接收器件也从简单的硅PIN光二极管发展到量子效率达90%的雪崩光二极管APD。从光纤通信系统看，正是光纤制造技术和光电器件制造技术的飞速发展，以及大规模、超大规模集成电路技术和微处理机技术的发展，带动了光纤通信系统从小容量到大容量、从短距离刀长距离、从低水平到高水平、从旧体制到新体制的迅猛发展。1.2光纤通信发展的现状和趋势1976年美国在亚特兰大进行的现场试验，标志着光纤通信基础研究发展到了商业应用的新阶段。此后，光纤通信技术不断创新；光纤从多模发展到单模，工作波长从0.85um发展到1.31um和1.55um，传输速率从几十比特每秒发展到几十千兆比特每秒。另一方面，随着技术的进步和大规模产业的形成，光纤价格不断下降，应用范围不断扩大；从初期的单一类型信息的传输到多种业务的传输。目前光纤已成为信息宽带传输的主要媒质，光纤通信系统将成为未来国家信息基础设施的支柱。总之，从1970年到现在虽然只有短短30多年的时间，但光纤通信技术却取得了极其惊人的进展。用带宽极其惊人的进展。用带宽极其宽的光波作为传送信息的载体以实现通信，这一百年来人们梦寐以求的幻想在今天已成为活生生的现兰州工业高等专科学校毕业设计论文1概论2实。然而就目前的光纤通信而言，其实际应用的仅是其潜在能力的2%左右，尚有巨大的潜力等待人们去开发和利用。因此，光纤通信技术并未停滞不前，而是向高水平、更高阶段方向发展。光纤通信从1970年真正起步，乃今为止仅有30多年的时间，但光纤通信的技术无论是光纤制造技术还是光电器件的制造技术，以及光纤通行系统的水平都取得了极其惊人的进展，它以成为现代通信最主要的传输手段。兰州工业高等专科学校毕业设计论文1概论2实。然而就目前的光纤通信而言，其实际应用的仅是其潜在能力的2%左右，尚有巨大的潜力等待人们去开发和利用。因此，光纤通信技术并未停滞不前，而是向高水平、更高阶段方向发展。光纤通信从1970年真正起步，乃今为止仅有30多年的时间，但光纤通信的技术无论是光纤制造技术还是光电器件的制造技术，以及光纤通行系统的水平都取得了极其惊人的进展，它以成为现代通信最主要的传输手段。光纤通信的潜力是巨大的，目前的光纤通信应用水平据分析仅仅是其能力的1%~2%左右。光纤通信作为现代通信的主要支柱，在现代通信网中起着重要的作用。兰州工业高等专科学校毕业设计论文2光通信系统32光通信系统2.1光纤的介绍2.1.1光纤概念光纤，是由纤芯和包层两部分组成的。纤芯区域完成光信号的传输,包层则是将光封闭在纤芯内，并保护纤芯,增加光纤的机械强度目前，通信光纤的纤芯和包层的主体材料都是石英玻璃，但两区域中掺杂情况不同，因而折射率也不同。纤芯的折射率一般是1.463～1.467，包层的折射率是1.45～1.46左右。也就是说，纤芯的折射率比包层的折射率稍微大一些。这就满足了全反射的一个条件。当纤芯内的光线入射到纤芯与包层的交界面时，只要其入射角大于临界角，就会在纤芯内发生全反射，光就会全部由交界面偏向中心。当碰到对面交界面时，又全反射回来，光纤中的光就是这样在包层和芯层的交界面上，不断地来回全反射，传向远方，而不会漏射到包层中去。2.1.2光纤传输原理和特性1）原理：光传播定律认为，从不同光源发出的光线，以不同的方向通过介质某点时，各光线彼此互不影响，好像其他光线不存在似的。光的直线传播和折射、反射定律认为，光在各向同性的均匀介质（折射率n不变）中，光线按直线传播。光在传播中遇到两种不同介质的光滑界面时，光发生反射和折射现象。光在均匀介质中的传播速度为：V=c/n(式中c是光在真空中的传播速度,n是介质的折射率)反射定律为反射线位于入射线和法线所决定的平面内，反射线和入射线处于法线的两侧，反射角等于入射角。折射定律为折射线位于入射线和法线所决定的平面内，折射线和入射线位于法线的两侧。光在传播过程中，若从一种介质传播到另一种介质的交界面时，因两种介质的折射率不等，将会在交界面上发生反射和折射现象。一般将折射率较大的介质称为光密媒质，折射率小的称为光疏媒质。为了保证光信号在光纤中能进行远距离传输，一定要使光信号在光纤中反复进行全反射，才能保证衰减最小，色散最小，到达远端。实现全反射的两个条件兰州工业高等专科学校毕业设计论文2光通信系统32光通信系统2.1光纤的介绍2.1.1光纤概念光纤，是由纤芯和包层两部分组成的。纤芯区域完成光信号的传输,包层则是将光封闭在纤芯内，并保护纤芯,增加光纤的机械强度目前，通信光纤的纤芯和包层的主体材料都是石英玻璃，但两区域中掺杂情况不同，因而折射率也不同。纤芯的折射率一般是1.463～1.467，包层的折射率是1.45～1.46左右。也就是说，纤芯的折射率比包层的折射率稍微大一些。这就满足了全反射的一个条件。当纤芯内的光线入射到纤芯与包层的交界面时，只要其入射角大于临界角，就会在纤芯内发生全反射，光就会全部由交界面偏向中心。当碰到对面交界面时，又全反射回来，光纤中的光就是这样在包层和芯层的交界面上，不断地来回全反射，传向远方，而不会漏射到包层中去。2.1.2光纤传输原理和特性1）原理：光传播定律认为，从不同光源发出的光线，以不同的方向通过介质某点时，各光线彼此互不影响，好像其他光线不存在似的。光的直线传播和折射、反射定律认为，光在各向同性的均匀介质（折射率n不变）中，光线按直线传播。光在传播中遇到两种不同介质的光滑界面时，光发生反射和折射现象。光在均匀介质中的传播速度为：V=c/n(式中c是光在真空中的传播速度,n是介质的折射率)反射定律为反射线位于入射线和法线所决定的平面内，反射线和入射线处于法线的两侧，反射角等于入射角。折射定律为折射线位于入射线和法线所决定的平面内，折射线和入射线位于法线的两侧。光在传播过程中，若从一种介质传播到另一种介质的交界面时，因两种介质的折射率不等，将会在交界面上发生反射和折射现象。一般将折射率较大的介质称为光密媒质，折射率小的称为光疏媒质。为了保证光信号在光纤中能进行远距离传输，一定要使光信号在光纤中反复进行全反射，才能保证衰减最小，色散最小，到达远端。实现全反射的两个条件为:一定要使光纤纤芯的折射率n大于光纤包层的折射率n;光入光纤的光线向纤芯一包层界面入射时，入射角应1大于临界角。22)特性：损耗特性由于损耗的存在，在光纤中传输的光信号不管是模拟信号还是脉冲信号，其幅度都要减小。衰减是光纤的一个重要的传输参数。它表明了光纤对光能的传愉损耗、光纤每单位长度的损耗，直接关系到光纤通信系统传输距离的长短，对光纤质量的评定和对光纤通信系统的中继距离的确定都起着十分重要的作用。形成光纤损耗的原因很多，既有来自光纤本身的损耗，也有光纤与光源的藕合损耗以及光纤之间的连接损耗。光纤本身损耗的原因主要有吸收损耗和散射损耗两类。兰州工业高等专科学校毕业设计论文2光通信系统4吸收损耗是光波通过光纤的材料时，有一部分光能变成热能，从而造成光功率的损失。造成吸收损耗的原因很多，主要有本征吸收和杂质吸收。本征吸收是指光纤基本材料固有的吸收。本征吸收是不可避免的，所以本征吸收基本上确定了任何特定材料的吸收下限。对于石英光纤，本征吸收有两个吸收带;一个是紫外吸收带，一个是红外吸收带。光纤中的杂质吸收有铁、铬、铜等过渡金属离子和氢氧根离子吸收。目前过渡金属离子含量可以降低到0.4ppb以下，1ppb表示质量的十亿分之一，吸收峰损耗也可降低到1dB/km以下。由氢氧根离子产生吸收峰出现在950mm、1240mm和1390mm波和附近。其中以1390mm的吸收峰影响最为严重。一般氢氧根离子的含量可降低到l0.5dB/km以下。目前采用特殊的生产工艺几乎可以完全消除光纤内部的氢氧根离子，从而可以制成一个无水峰光纤，也称全波光纤。散射损耗是由于光纤的材料、形状、折射率分布等的缺陷或不均匀，使光纤中传导的光发生散射而产生的损耗。色散特性光纤色散是光纤通信的最重要的传输特性之一。在光纤中由于不同成分的光信号有不同的传输速度。因而有不同的时间延时而产生的一种物理效应。在光纤中，不同速率的信号传过同样的距离需要不同的时间，从而产生时延差.时延差越大，色散越严重，因此可用时延差来表示色散的程度。由干光纤中色散的存在，将直接导致光信号在光纤传输过程中的畸变，会使输入脉冲在传输过程中展宽，产生码间干扰.增加误码率，从而限制了通信容量和传愉距离。因此制造优质的、色散小的光纤，对于通信系统容量和加大传输距离是非常重要的。从光纤色散产生的机理来看，它包括模式色散、材料色散和波导色散3种。模式色散：在多模光纤中由于各传输模式的传输路径不同，各模式到达出射端的时间不同，从而引起光脉冲展宽，由此产生的色散称为模式色散。材料色散：光纤材料石英玻璃的折射率对不同的传输光波长有不同的值，包含有许多波长的太阳光通过棱镜以后可分成7种不同颜色就是一个证明。由于上述原因，材料折射率随光波长而变化从而引起脉冲展宽的现象称为材料色散。波导色散：由于光纤的纤芯与包层的折射率差别很小，因而在界面产生全反射现象时，有一部分光进入到包层之内。由于出现在包层内的这部分光，大小与兰州工业高等专科学校毕业设计论文2光通信系统4吸收损耗是光波通过光纤的材料时，有一部分光能变成热能，从而造成光功率的损失。造成吸收损耗的原因很多，主要有本征吸收和杂质吸收。本征吸收是指光纤基本材料固有的吸收。本征吸收是不可避免的，所以本征吸收基本上确定了任何特定材料的吸收下限。对于石英光纤，本征吸收有两个吸收带;一个是紫外吸收带，一个是红外吸收带。光纤中的杂质吸收有铁、铬、铜等过渡金属离子和氢氧根离子吸收。目前过渡金属离子含量可以降低到0.4ppb以下，1ppb表示质量的十亿分之一，吸收峰损耗也可降低到1dB/km以下。由氢氧根离子产生吸收峰出现在950mm、1240mm和1390mm波和附近。其中以1390mm的吸收峰影响最为严重。一般氢氧根离子的含量可降低到l0.5dB/km以下。目前采用特殊的生产工艺几乎可以完全消除光纤内部的氢氧根离子，从而可以制成一个无水峰光纤，也称全波光纤。散射损耗是由于光纤的材料、形状、折射率分布等的缺陷或不均匀，使光纤中传导的光发生散射而产生的损耗。色散特性光纤色散是光纤通信的最重要的传输特性之一。在光纤中由于不同成分的光信号有不同的传输速度。因而有不同的时间延时而产生的一种物理效应。在光纤中，不同速率的信号传过同样的距离需要不同的时间，从而产生时延差.时延差越大，色散越严重，因此可用时延差来表示色散的程度。由干光纤中色散的存在，将直接导致光信号在光纤传输过程中的畸变，会使输入脉冲在传输过程中展宽，产生码间干扰.增加误码率，从而限制了通信容量和传愉距离。因此制造优质的、色散小的光纤，对于通信系统容量和加大传输距离是非常重要的。从光纤色散产生的机理来看，它包括模式色散、材料色散和波导色散3种。模式色散：在多模光纤中由于各传输模式的传输路径不同，各模式到达出射端的时间不同，从而引起光脉冲展宽，由此产生的色散称为模式色散。材料色散：光纤材料石英玻璃的折射率对不同的传输光波长有不同的值，包含有许多波长的太阳光通过棱镜以后可分成7种不同颜色就是一个证明。由于上述原因，材料折射率随光波长而变化从而引起脉冲展宽的现象称为材料色散。波导色散：由于光纤的纤芯与包层的折射率差别很小，因而在界面产生全反射现象时，有一部分光进入到包层之内。由于出现在包层内的这部分光，大小与光波长有关，这就相当于光传输路径长度随光波波长的不同而异。具有一定波谱线宽的光源所发出的光脉冲射入到光纤后，由于不同波长的光其传输路程不完全相同，所以到达光纤出射端的时间也不相同，从而使脉冲展宽。具体说入射光的波长越长，进入到包层的光强比例就越大，传输路径距离越长。由上述原因所形成的脉冲展宽现象叫做波导色散。材料色散和波导色散都与光波长有关，所以又统称为波长色散。模式色散仅在多模光纤中存在，在单模光纤中不产生模式色散，而只有材料色散和波导色散。通常各种色散的大小顺序是模式色散>材料色散>波导色散，因此多模光纤的传输带宽几乎仅由模式色散所制约。在单模光纤中由于没有模式色散，所以它具有非常宽的带宽。色散的单位是指单位光源光谱宽度、单位光纤长度所对应的光脉冲的展宽。2.1.3光纤的型号介绍在这里主要介绍GYTA单模光纤。GYTA光缆的结构是将250µm光纤套入高模量材料制成的松套管中，松套管兰州工业高等专科学校毕业设计论文2光通信系统5内填充防水化合物。缆芯的中心是一根金属加强芯，对于某些芯数的光缆来说，金属加强芯外还需挤上一层聚乙烯（PE）。松套管围绕中心加强芯绞合成紧凑和圆形的缆芯，缆芯内的缝隙充以阻水填充物。涂塑铝带（APL）纵包后挤制聚乙烯护套成缆。8、12代表是8芯和12芯，B1代表G.652类是常规单模光纤。通信光纤具体分为G.651、G.652、G.653、G.654、G.655和G.656六个大类和若干子类。(1)G.651类是多模光纤，IEC和GB/T又进一步按它们的纤芯直径、包层直径、数值孔径的参数细分为A1a、A1b、A1c和A1d四个子类。(2)G.652类是常规单模光纤，目前分为G.652A、G.652B、G.652C和G.652D四个子类,IEC和GB/T把兰州工业高等专科学校毕业设计论文2光通信系统5内填充防水化合物。缆芯的中心是一根金属加强芯，对于某些芯数的光缆来说，金属加强芯外还需挤上一层聚乙烯（PE）。松套管围绕中心加强芯绞合成紧凑和圆形的缆芯，缆芯内的缝隙充以阻水填充物。涂塑铝带（APL）纵包后挤制聚乙烯护套成缆。8、12代表是8芯和12芯，B1代表G.652类是常规单模光纤。通信光纤具体分为G.651、G.652、G.653、G.654、G.655和G.656六个大类和若干子类。(1)G.651类是多模光纤，IEC和GB/T又进一步按它们的纤芯直径、包层直径、数值孔径的参数细分为A1a、A1b、A1c和A1d四个子类。(2)G.652类是常规单模光纤，目前分为G.652A、G.652B、G.652C和G.652D四个子类,IEC和GB/T把G.652C命名为B1.3外，其余的则命名为B1.1。(3)G.653光纤是色散位移单模光纤，IEC和GB/T把G.653光纤分类命名为B2型光纤。(4)G.654光纤是截止波长位移单模光纤，也称为1550nm性能最佳光纤，IEC和GB/T把G.654光纤分类命名为B1.2型光纤。(5)G.655类光纤是非零色色散位移单模光纤，目前分为G.655A、G.655B和G.655C三个子类，IEC和GB/T把G.655类光纤分类命名为B4类光纤。2.2光缆的介绍光缆(opticalfibercable)主要是由光导纤维（细如头发的玻璃丝）和塑料保护套管及塑料外皮构成，光缆内没有金、银、铜铝等金属，一般无回收价值。光缆是一定数量的光纤按照一定方式组成缆心，外包有护套，有的还包覆外护层，用以实现光信号传输的一种通信线路。即由光纤(光传输载体)经过一定的工艺而形成的线缆。图2-1光缆2.2.1光缆历史1976年，美国贝尔研究所在亚特兰大建成第一条光纤通信实验系统，采用了西方电气公司制造的含有144根光纤的光缆。1980年，由多模光纤制成的商用光缆开始在市内局间中继线和少数长途线路上采用。单模光纤制成的商用光缆于1983年开始在长途线路上采用。1988年，连接美国与英法之间的第一条横跨大西洋海底光缆敷设成功，不久又建成了第一条横跨太平洋的海底光缆。中国于1978年自行研制出通信光缆，采用的是多模光纤，缆心结构为层绞式。曾先后在上海、北京、武汉等地开展了现场试验。后不久便在市内电话网内作为局间中继线试用，1984年以后，逐渐用于长途线路，并开始采用单模光纤。通信光缆比铜线电缆具有更大的传输容量，中继段距离长、体积小，重量轻，无电磁干扰，自1976年以后已发展成长途干线、市内中继、近海及跨洋海底通信、以及局域网、专用网等的有线传输线路骨干，并开始向市内用户环路配线网的领域发展，为光纤到户、兰州工业高等专科学校毕业设计论文2光通信系统6宽代综合业务数字提供传输线路。2.2.2光缆的种类光缆的种类很多，其分类的方法就更多，下面介绍一些习惯的分类：(1)按敷设方式分有：自承重架空光缆、管道光缆、海底光缆。(2)按光缆结构分有：束管式光缆、紧抱式光缆、带式光缆、非金属光缆和可分支光缆。(3)按用途分有：长途通讯用光缆、短途室外光缆、混合光缆和建筑物内用光缆。2.3光端机的介绍当今社会,光纤通信已成为通信的主要手段之一。同时，光纤通讯技术也在飞速的发展，使得光纤传输系统以其众多的优点，赢得了大家的青睐。光纤传输系统具有以下显著优点：1）容量大2）传输距离远3）抗干扰能力强等。光传输系统由光发送机、传输介质、光接收机三部分组成。其中，光发送机与光接收机统称为光端机。光端机是光纤通信系统中的光纤传输中断设备，它们位于电端机和光纤传输线路之间。光端机的作用主要就是实现电-光和光-电转换。一般最小的光端机可以传输4个E1，目前最大的光端机可以传输4032个E1。图2-2光端机由于光纤传输的种种优点，光端机应用的场合非常广泛。例如可以应用于企业内部部门之间长距离局域网络之间的数据通信、移动网络中无线基站间传输系统，公共交换电话网中远端线路单元，商业网中提供专线及PABX群路的网络终端，校园网中的点对点链路和接入网中用于通常的信号传输等等。目前光端机应用最多的方面就是长距离视频和数据的传输。在高速公路、银行、电力、电信等的监控领域都要求对视频信号进行远程的传输，目前主要的解决方法是利用光端机将视频信号转化为数字信号通过光纤进行传输。此外光端机在远程视频会议、远程教学、远程医疗、通讯等诸多领域都有很广阔的用武之地，未来的光端机将向着数字化、网络化的方向发展。下图是光端机的工作原理：电光电转换信号兰州工业高等专科学校毕业设计论文2光通信系统6宽代综合业务数字提供传输线路。2.2.2光缆的种类光缆的种类很多，其分类的方法就更多，下面介绍一些习惯的分类：(1)按敷设方式分有：自承重架空光缆、管道光缆、海底光缆。(2)按光缆结构分有：束管式光缆、紧抱式光缆、带式光缆、非金属光缆和可分支光缆。(3)按用途分有：长途通讯用光缆、短途室外光缆、混合光缆和建筑物内用光缆。2.3光端机的介绍当今社会,光纤通信已成为通信的主要手段之一。同时，光纤通讯技术也在飞速的发展，使得光纤传输系统以其众多的优点，赢得了大家的青睐。光纤传输系统具有以下显著优点：1）容量大2）传输距离远3）抗干扰能力强等。光传输系统由光发送机、传输介质、光接收机三部分组成。其中，光发送机与光接收机统称为光端机。光端机是光纤通信系统中的光纤传输中断设备，它们位于电端机和光纤传输线路之间。光端机的作用主要就是实现电-光和光-电转换。一般最小的光端机可以传输4个E1，目前最大的光端机可以传输4032个E1。图2-2光端机由于光纤传输的种种优点，光端机应用的场合非常广泛。例如可以应用于企业内部部门之间长距离局域网络之间的数据通信、移动网络中无线基站间传输系统，公共交换电话网中远端线路单元，商业网中提供专线及PABX群路的网络终端，校园网中的点对点链路和接入网中用于通常的信号传输等等。目前光端机应用最多的方面就是长距离视频和数据的传输。在高速公路、银行、电力、电信等的监控领域都要求对视频信号进行远程的传输，目前主要的解决方法是利用光端机将视频信号转化为数字信号通过光纤进行传输。此外光端机在远程视频会议、远程教学、远程医疗、通讯等诸多领域都有很广阔的用武之地，未来的光端机将向着数字化、网络化的方向发展。下图是光端机的工作原理：电光电转换信号电信号电信号模拟接收机2.3.1模拟光端机模拟光端机采用了PFM调制技术实时传输图像信号，是目前使用较多的一种。发射端将模拟视频信号先进行PFM调制后(一般有调频、调相、调幅几种方前置放大处理调制电光转换解调放大输出兰州工业高等专科学校毕业设计论文2光通信系统7式，从而把模拟光端机分成调频、调相、调幅等几种光端机)，再进行电-光转换，光信号传到接收端后，进行光-电转换，然后进行PFM解调，恢复出视频信号。由于采用了PFM调制技术，其传输距离很容易就能达到30Km左右，有些产品的传输距离可以达到60Km，甚至上百公里。并且，图像信号经过传输后失真很小，具有很高的信噪比和很小的非线性失真。通过使用波分复用技术，还可以在一根光纤上实现图像和数据信号的双向传输。2.3.2数字光端机由于数字技术与传统的模拟技术相比在很多方面都具有明显的优势，所以正如数字技术在许多领域取代了模拟技术一样，光端机的数字化也是一种必然趋势。目前，数字图像光端机主要有两种技术方式：一种是MPEGII图像压缩数字光端机，另一种是非压缩数字图像光端机。图像压缩数字光端机一般采用MPEGII图像压缩技术，它能将活动图像压缩成N×2Mbps的数据流通过标准电信通信接口传输或者直接通过光纤传输。由于采用了图像压缩技术，它能大大降低信号传输带宽。图像压缩数字光端机一般采用MPEGII图像压缩技术，它能将活动图像压缩成N×2Mbps的数据流通过标准电信通信接口传输或者直接通过光纤传输。由于采用了图像压缩技术，它能大大降低信号传输带宽，以利于占用较少的资源就能传送图像信号。同时，由于采用了N×2Mbps的标准接口，可以利用现有的电信传输设备的富裕通道传输监控图像，为工程应用带来了方便。不过，图像压缩数字光端机也有其固有的缺点。其致命的弱点就是不能保证图像传输的实时性。因为图像压缩与解压缩需要一定的时间，所以一般会对所传输的图像产生1-2s的延时。因此，这种设备只适合于用在对实时性要求不高的场所，在工程使用上受到一些限制。另外，经过压缩后图像会产生一定的失真，并且这种光端机的价格兰州工业高等专科学校毕业设计论文2光通信系统7式，从而把模拟光端机分成调频、调相、调幅等几种光端机)，再进行电-光转换，光信号传到接收端后，进行光-电转换，然后进行PFM解调，恢复出视频信号。由于采用了PFM调制技术，其传输距离很容易就能达到30Km左右，有些产品的传输距离可以达到60Km，甚至上百公里。并且，图像信号经过传输后失真很小，具有很高的信噪比和很小的非线性失真。通过使用波分复用技术，还可以在一根光纤上实现图像和数据信号的双向传输。2.3.2数字光端机由于数字技术与传统的模拟技术相比在很多方面都具有明显的优势，所以正如数字技术在许多领域取代了模拟技术一样，光端机的数字化也是一种必然趋势。目前，数字图像光端机主要有两种技术方式：一种是MPEGII图像压缩数字光端机，另一种是非压缩数字图像光端机。图像压缩数字光端机一般采用MPEGII图像压缩技术，它能将活动图像压缩成N×2Mbps的数据流通过标准电信通信接口传输或者直接通过光纤传输。由于采用了图像压缩技术，它能大大降低信号传输带宽。图像压缩数字光端机一般采用MPEGII图像压缩技术，它能将活动图像压缩成N×2Mbps的数据流通过标准电信通信接口传输或者直接通过光纤传输。由于采用了图像压缩技术，它能大大降低信号传输带宽，以利于占用较少的资源就能传送图像信号。同时，由于采用了N×2Mbps的标准接口，可以利用现有的电信传输设备的富裕通道传输监控图像，为工程应用带来了方便。不过，图像压缩数字光端机也有其固有的缺点。其致命的弱点就是不能保证图像传输的实时性。因为图像压缩与解压缩需要一定的时间，所以一般会对所传输的图像产生1-2s的延时。因此，这种设备只适合于用在对实时性要求不高的场所，在工程使用上受到一些限制。另外，经过压缩后图像会产生一定的失真，并且这种光端机的价格也偏高。非压缩数字图像光端机的原理就是将模拟视频信号进行A/D变换后和语音、音频、数据等信号进行复接，再通过光纤传输。它用高的数据速率来保证视频信号的传输质量和实时性，由于光纤的带宽非常大，所以这种高数据速率也并没有对传输通道提出过高要求。非压缩数字图像光端机能提供很好的图像传输质量(信噪比大于60dB，微分相位失真小于2°，微分增益失真小于2%)，达到了广播级的传输质量，并且图像传输是全实时的。由于采用数字化技术，在设备中可以利用已经很成熟的通信技术比如复接技术、光收发技术等，提高了设备的可靠性，也降低了成本。2.4光纤通信的优点光纤即为光导纤维的简称。光纤通信是以光波作为信息载体,以光纤作为传输媒介的一种通信方式。从原理上看，构成光纤通信的基本物质要素是光纤、光源和光检测器。光纤通信的原理是在发送端首先要把传送的信息(如话音)变成电信号，然后调制到激光器发出的激光束上，使光的强度随电信号的幅度(频率)变化而变化，并通过光纤发送出去。在接收端，检测器收到光信号后把它变换成电信号，经解调后恢复原信息。光纤通信之所以发展迅猛，主要源于它具有以下特点：(1)通信容量大、传输距离远。兰州工业高等专科学校毕业设计论文2光通信系统8(2)信号串扰小、保密性能好。(3)抗电磁干扰、传输质量好。(4)光纤尺寸小、重量轻、便于敷设和运输。(5)材料来源丰富，环境保护好，有利于节约有色金属铜。(6)无辐射,难于窃听。（7）光缆适应性强，寿命长。

兰州工业高等专科学校毕业设计论文2光通信系统8(2)信号串扰小、保密性能好。(3)抗电磁干扰、传输质量好。(4)光纤尺寸小、重量轻、便于敷设和运输。(5)材料来源丰富，环境保护好，有利于节约有色金属铜。(6)无辐射,难于窃听。（7）光缆适应性强，寿命长。兰州工业高等专科学校毕业设计论文3光纤通信系统中器件介绍和选择93光纤通信系统中器件介绍和选择3.1光纤通信系统中器件介绍光纤通信系统可以传送数字信号或模拟信号，传送的信息可以是语音、数据、图像、视频等多媒体业务。在光纤通信系统中所用到的器件有，半导体激光器、光发送机、光纤、光纤连接器、光纤耦合器、光衰减器、光隔离器与光环形器、波分复用器、光检测器、光放大器和光接收机。3.1.1光纤通信系统中各个器件的基本功能（1）半导体激光器半导体激光器（LD），是用半导体材料作为工作物质的激光器。它产生的输出光具有强单色性，而且光束具有很好的方向性，并且它的典型响应时间小于1ns，光谱带宽小于或等于2nm，它们可以和具有小芯径和小模场直径的光纤实现耦合，注入光纤的功率可达到几十毫瓦。在光纤通信系统中常将半导体激光器用来做光源。(2)光发送机光发送机是光纤通信系统基本组成部分之一，其作用是将电端机送来的电信号变换为光信号，并耦合进光纤线路中进行传输。光发送机中的光源是整个系统的核心器件，它的性能直接关系到光纤通信系统的性能和质量指标。它对光源的要求：光谱特性单色要好，即谱线要窄；电/光转换效率要高，方向性要好；调制速度要高；温度稳定性好，可靠性高，寿命长；期间体积小，质量轻，安装使用方便，价格便宜。光发送机对于光源有两种调制方式，即直接调制（内调制）和间接调制（外调制），直接调制是通过信息流直接控制激光器的驱动电流，从而通过输出功率的变化来实现调制，也称为是强制调制。直接调制具有简单方便等优点，但调制速率受到载流子寿命及高速下的性能劣化的限制。间接调制是指激光形成之后，在激光器外的光路上放置光调制器，用调制信号改变调制器的物理特性，当激光通过调制器时，就会使光波的某参量受到调制。（3）光纤光纤（OF，OpticalFiber）就是用来导光的透明介质纤维，是石英玻璃丝，是一种新的光导波。光纤由纤芯和包层两部分组成的，而纤芯区域完成光信号的传输,包层则是将光封闭在纤芯内，并保护纤芯,增加光纤的机械强度。（4）光纤连接器光纤连接器（OpticalLinker），又称光纤活动连接器，俗称活接头，常用于光纤与光端机的连接，光纤线路与光测试仪器仪表的连接，光纤与光无源器件的连接，是一种可拆卸重复使用的光无源器件，在光纤通信系统、光信息处理系统、光学仪器仪表中，广泛大量使用。兰州工业高等专科学校毕业设计论文3光纤通信系统中器件介绍和选择93光纤通信系统中器件介绍和选择3.1光纤通信系统中器件介绍光纤通信系统可以传送数字信号或模拟信号，传送的信息可以是语音、数据、图像、视频等多媒体业务。在光纤通信系统中所用到的器件有，半导体激光器、光发送机、光纤、光纤连接器、光纤耦合器、光衰减器、光隔离器与光环形器、波分复用器、光检测器、光放大器和光接收机。3.1.1光纤通信系统中各个器件的基本功能（1）半导体激光器半导体激光器（LD），是用半导体材料作为工作物质的激光器。它产生的输出光具有强单色性，而且光束具有很好的方向性，并且它的典型响应时间小于1ns，光谱带宽小于或等于2nm，它们可以和具有小芯径和小模场直径的光纤实现耦合，注入光纤的功率可达到几十毫瓦。在光纤通信系统中常将半导体激光器用来做光源。(2)光发送机光发送机是光纤通信系统基本组成部分之一，其作用是将电端机送来的电信号变换为光信号，并耦合进光纤线路中进行传输。光发送机中的光源是整个系统的核心器件，它的性能直接关系到光纤通信系统的性能和质量指标。它对光源的要求：光谱特性单色要好，即谱线要窄；电/光转换效率要高，方向性要好；调制速度要高；温度稳定性好，可靠性高，寿命长；期间体积小，质量轻，安装使用方便，价格便宜。光发送机对于光源有两种调制方式，即直接调制（内调制）和间接调制（外调制），直接调制是通过信息流直接控制激光器的驱动电流，从而通过输出功率的变化来实现调制，也称为是强制调制。直接调制具有简单方便等优点，但调制速率受到载流子寿命及高速下的性能劣化的限制。间接调制是指激光形成之后，在激光器外的光路上放置光调制器，用调制信号改变调制器的物理特性，当激光通过调制器时，就会使光波的某参量受到调制。（3）光纤光纤（OF，OpticalFiber）就是用来导光的透明介质纤维，是石英玻璃丝，是一种新的光导波。光纤由纤芯和包层两部分组成的，而纤芯区域完成光信号的传输,包层则是将光封闭在纤芯内，并保护纤芯,增加光纤的机械强度。（4）光纤连接器光纤连接器（OpticalLinker），又称光纤活动连接器，俗称活接头，常用于光纤与光端机的连接，光纤线路与光测试仪器仪表的连接，光纤与光无源器件的连接，是一种可拆卸重复使用的光无源器件，在光纤通信系统、光信息处理系统、光学仪器仪表中，广泛大量使用。一个好的光纤连接器设计的主要要求有：插入损耗低；互换性好；易于装配；环境敏感性好；成本低和可靠的结构；以及易于连。兰州工业高等专科学校毕业设计论文3光纤通信系统中器件介绍和选择10（5）光纤耦合器光线耦合器（OpticalCouplor）的功能是将一个端口输入的光信号分配给多个端口输出（光分路），或把多个输入的光信号组合成一个输出（光合路），是具有多个输入端和多个输出端的光纤汇接器件，它是光纤链路中最重要的无源器件之一。（6）光衰减器光衰减器（OpticalAttenuator）是插入光链路中控制光能摔耗的一种无源器件。它是光纤通信系统和光纤测试链路中不可或缺的一类光器件，常用来评价光路系统的灵敏度，校正光功率计，等效代替相应衰减量长度光纤等场合，主要在光链路中对光信号功率进行定量或不定量的衰减，以满足用户的各种要求。用户对光衰减器的要求主要有：衰减精度高、工作范围宽、回波损耗高、与传输光波模式无关和环境稳定性好等。（7）波分复用器波分复用器/解复用器是一种波长选择型耦合器，其功能就是把多个不同波长的光波复合后，注入到同一根光纤中传输，或将输入光口多个不同波长的光波分开，输出到不同的光端口输出。（8）光检测器光检测器能检测出入射其光敏面的光功率，并转换为相应变化的电流信号。由于光信号在光纤传输中会产生损耗和失真，所以对光检测器的要求很高。具体要求如下：1）在系统的工作波长上要有足够的响应度，即对一定的入射光功率，光检测器能输出尽可能大的光电流；2）波长响应要和光纤的三个低损耗窗口兼容；3）有足够高的响应速度和足够的工作带宽；4）产生的附加噪声要尽可能低，能够接收极微弱的光信号；5）光电转换线性好，保真度高；6）工作性能稳定，可靠性高，寿命长；7）功耗和体积小，使用简便。（9）光放大器光放大器是一种可以不经过任何光电、电光的内部转换而直接放大光信号的放大器，光放大器不能解决重构信号的问题，但是可以解决因为功率导致的传输距离限制问题。在通信系统中广泛使用的光放大器有两类，其一是半导体激光放大器（SOA），其二是光纤放大器。而光纤放大器有可分为：掺饵光纤放大器（EDFA）和光纤拉曼放大器。（10）光接收机光接收机是光纤通信系统的主要组成部分，它的性能是整个光纤通信系统性能的综合反映。光纤接收是由光纤检测器、放大器和信号处理电路组成。光接收机的主要作用是经光纤喜欢书后幅度被衰减，波形被展宽的微弱光信号转变为电信号，并经放大处理，恢复为原来的信号。3.1.2光纤通信系统中各个器件的性能指标1.半导体激光器的特性（1）激光器的P特性I兰州工业高等专科学校毕业设计论文3光纤通信系统中器件介绍和选择10（5）光纤耦合器光线耦合器（OpticalCouplor）的功能是将一个端口输入的光信号分配给多个端口输出（光分路），或把多个输入的光信号组合成一个输出（光合路），是具有多个输入端和多个输出端的光纤汇接器件，它是光纤链路中最重要的无源器件之一。（6）光衰减器光衰减器（OpticalAttenuator）是插入光链路中控制光能摔耗的一种无源器件。它是光纤通信系统和光纤测试链路中不可或缺的一类光器件，常用来评价光路系统的灵敏度，校正光功率计，等效代替相应衰减量长度光纤等场合，主要在光链路中对光信号功率进行定量或不定量的衰减，以满足用户的各种要求。用户对光衰减器的要求主要有：衰减精度高、工作范围宽、回波损耗高、与传输光波模式无关和环境稳定性好等。（7）波分复用器波分复用器/解复用器是一种波长选择型耦合器，其功能就是把多个不同波长的光波复合后，注入到同一根光纤中传输，或将输入光口多个不同波长的光波分开，输出到不同的光端口输出。（8）光检测器光检测器能检测出入射其光敏面的光功率，并转换为相应变化的电流信号。由于光信号在光纤传输中会产生损耗和失真，所以对光检测器的要求很高。具体要求如下：1）在系统的工作波长上要有足够的响应度，即对一定的入射光功率，光检测器能输出尽可能大的光电流；2）波长响应要和光纤的三个低损耗窗口兼容；3）有足够高的响应速度和足够的工作带宽；4）产生的附加噪声要尽可能低，能够接收极微弱的光信号；5）光电转换线性好，保真度高；6）工作性能稳定，可靠性高，寿命长；7）功耗和体积小，使用简便。（9）光放大器光放大器是一种可以不经过任何光电、电光的内部转换而直接放大光信号的放大器，光放大器不能解决重构信号的问题，但是可以解决因为功率导致的传输距离限制问题。在通信系统中广泛使用的光放大器有两类，其一是半导体激光放大器（SOA），其二是光纤放大器。而光纤放大器有可分为：掺饵光纤放大器（EDFA）和光纤拉曼放大器。（10）光接收机光接收机是光纤通信系统的主要组成部分，它的性能是整个光纤通信系统性能的综合反映。光纤接收是由光纤检测器、放大器和信号处理电路组成。光接收机的主要作用是经光纤喜欢书后幅度被衰减，波形被展宽的微弱光信号转变为电信号，并经放大处理，恢复为原来的信号。3.1.2光纤通信系统中各个器件的性能指标1.半导体激光器的特性（1）激光器的P特性I激光器的PI特性曲线表明激光器输出光功率（输出）与注入电流（输入）兰州工业高等专科学校毕业设计论文3光纤通信系统中器件介绍和选择11变化的关系。当注入电流小于某一值时，激光器输出荧光（自发辐射光），功率小且随电流增加缓慢；当注入电流大道某一值时，激光器开始振荡，光功率急剧增加，输出激光，这个使激光器发生振荡的电流值称为阈值电流。（2）激光器功率外微分量子效率是用啦衡量激光器的电/光转换效率高低的一个参量，其d定义为：激光器输出光子数的增量与注入电子数的增量之比，即d•I（3—1）PhfeIePhf功率转换效率是用来衡量激光器的电/光转换效率高低的另一个参数，其p定义为：激光器的输出光功率与器件消耗的电功率之比，即2SIVIRpP0（3—2）式中，PO是在注入电流为I时的发射光功率；V是PN结的正向电压；Rs是激光器的串联电阻。通常，半导体激光器的功率转换效率为40%—50%。（3）光谱特性所谓光谱特性是指激光器输出的光功率随波长的变化情况一，般用光源谱线宽度来表示，激光器的越小越好。一般要求多纵模激光器光谱特性包络含有3—5个纵模，对应的线宽为兰州工业高等专科