光纤通信基础知识介绍

光纤接口类型1光纤接口类型2光纤接口类型在表示尾纤接头的标注中,我们常能见到"FC/PC","SC/PC"等,其含义如下:"/"前面部分表示尾纤的连接器型号;"SC"接头是标准方型接头,采用工程塑料,具有耐高温,不容易氧化优点."LC"接头与"sc"接头形状相似,较sc接头小一些."FC"接头是金属接头,一般在ODF侧采用,金属接头的可插拔次数比塑料要多."/"后面表明光纤接头截面工艺,即研磨方式."pc"在电信运营商的设备中易用的最为广泛,其接头截面是平的,pc是最普遍的.w"apc"表示尾纤头采用了带倾角的端面,斜度一般看不出来,可以改善电视信号的质量

3光纤单模与多模区别由于单模光纤具有带宽大、易于升级扩容和成本低等优点，国际通信业一致认为同步光缆数字线路系统只使用单模光纤作为传输媒质。目前，在国家光缆干线和省内干线网上大量使用是单模光纤，而多模光纤只是局限在一些速率不高的局域网中使用。光纤传输通常有3个波长范围（或称为“窗口”，即850nm、1310nm、1550nm），其中，850nm波长窗口只用于多模传输，而单模传输只有1310nm、1550nm两个波长窗口。目前，ITU-T已分别定义了G.652、G6.653、G.654、G.655四种单模光纤4同步光缆系统(一）一、光纤1、主要特性参数

.衰减系数

f

—每公里光纤对光信号的衰减（dB/km）。G.653G.652波长nm1310nm波段1550nm波段衰耗SCL石英光纤的衰耗曲线5同步光缆系统(二）

.色度色散系数D（

）

A）.

色度色散的概念

所谓色度色散是指光纤对光脉冲的展宽效应。若在发端发送一个波形整齐的光脉冲，经过一段长度的光纤传输后，在接收端会发现，不仅光脉冲被展宽，而且其形状也发生畸变。此即光纤的色度色散所致。光脉冲的展宽与畸变，会产生码间干扰，进而导致误码。

6

B）.

色度色散的种类

a).模式色散

因多种传播模式引起，仅多模光纤存在。

b).材料色散

由组成光纤的材料所产生的色散效应。因不同波长的光在光纤材料中具有不同的传播速度。

c).波导色散

因光纤的不同波导结构引起的色散效应。

同步光缆系统(三）7同步光缆系统(四）C）.

光纤的色度色散

a).多模光纤的色度色散

模式色散+材料色散+波导色散

b).单模光纤的色度色散

材料色散+波导色散D）.

色度色散系数

单位光源谱宽经1公里光纤传输后所产生的脉冲展宽值（ps/nm·km

）。8同步光缆系统(五）G.653G.652波长nm

C波段色散量G.653 0～3.5ps/nm·km G.652 17～20ps/nm·kmSCL9同步光缆系统(六）

.零色散波长

0

在某波长

0处，光纤的材料色散与波导色散相互抵消，使光纤的总色度色散为零。

色散移位人们可以通过巧妙的波导结构设计，使光纤的波导色散与材料色散在某个所希望的波长相互抵消。

.零色散斜率S0

在零色散波长处，光纤的色度色散系数随波长变化曲线的斜率。其值越小，说明光纤的色散系数随波长的变化越缓慢；越容易进行一次性补偿。

10

.偏振模色散PMDA).机理

是指因光纤的随机性双折射现象，导致对不同相位的光呈现不同的传播速度。B).原因

由于制造工艺方面的原因，光纤芯径、包层的几何尺寸会存在着一些差异；另外在施工时，光缆中的光纤会受侧压力、扭曲力、弯曲力等外部应力的作用。最后导致光纤产生随机性双折射。

同步光缆系统(七）11

C).PMD的影响

为保证由PMD产生的光功率代价<1dB，收发之间光纤通道的PMD应：<1/10B（B为码速率）

2.5G系统受PMD的影响很小，可忽略不计。

10G系统需考虑PMD的影响，如传输400km时，要求光纤的PMD<0.5

ps/km1/2

。与色度色散不同，PMD目前无法进行补偿。

目前对PMD尚无精确计算方法，需现场测量。同步光缆系统(八）12同步光缆系统(九）2、单模光纤种类

.G.652光纤

1310nm性能最佳光纤（色散未移位光纤）。

它有二个波长工作区：1310nm与1550nm。

1310nm波长：色散最小（未移位），小于3.5

ps/nm·km；但损耗较大，为0.3~0.4dB/km。

1550nm波长：色散较大，为20ps/nm·km；但损耗很小，为0.15~0.25dB/km。

13同步光缆系统(十）

.G.653光纤

1550nm性能最佳光纤（色散移位光纤）。它主要用于1550nm波长工作区。

在1550nm波长，色散较小（色散移位），为3.5

ps/nm·km；损耗也很小，为0.15~0.25dB/km。但它不能用于WDM方式，因会出现四波混频效应（FWM）。14同步光缆系统(十一）

.G.654光纤

1550nm损耗最小光纤。它主要用于1550nm波长工作区，其损耗为0.15~0.19dB/km；主要用于海缆通信。

.G.655光纤它是为克服G.653光纤的FWM效应而设计的新型光纤。其性能与G.653光纤类似，但既能用于WDM，又能传输TDM方式的10G。理想情况：A）、低色散：2～6ps/nm.km；B）、色散斜率小于0.05ps/nm2·

km，便于色散补偿；C）、大的有效面积，可避免出现非线性效应。15同步光缆系统(十二）波长nm衰耗:色散:理想G.655光纤特性SCL16同步光缆系统(十三）3、各种光纤应用状况

.G.652光纤

在我国占99%以上。虽称1310nm性能最佳光纤，但绝大部分却用于1550nm，其原因是在1310nm无实用化光放大器。它可传输2.5G或以2.5G为基群的WDM系统；但传输

TDM的10G，面临色散受限的难题（色度色散与PMD）。

.G.653光纤

因FWM效应而被冷落。17

.G.655光纤

因既可传输TDM的10G，又可传以2.5G或10G为基群的WDM系统；所以近年倍受青睐。但理想的G.655光纤无法实现，因为在光纤的有效横截面积与色散斜率二方面难以均衡。目前，G.655光纤尚无国际统一规范。—大的有效面积，会有效地避免非线性效应，但将导致色散斜率的增加。—小的色散斜率将会便于色散的补偿；但其有效面积却减小。同步光缆系统(十四）18同步光缆系统(十五）二、光接口标准与参数1、光接口类型与代码

.第一类光接口

不含光放大器以及线路速率低于10G/s的接口。

.第二类光接口

含光放大器以及线路速率达到10G/s的接口。19同步光缆系统(十六）

.光接口代码：

W—y.z

W：I-代表局内通信(2km)；

S-代表短距离通信(20km)；

L-代长距离通信(80km)；

V-代表甚长距离通信(120km)；

U-代表超长距离通信(160km)。

y

：代表STM等级，Y=1、4、16、64。

20同步光缆系统(十七）Z

：代表使用光纤类型与工作窗口；

1—G.652光纤，工作波长为1310nm；

2—G.652光纤，工作波长为1550nm；

3—G.653光纤，工作波长为1550nm；

5—G.655光纤，工作波长为1550nm。例：L-16.2：工作在G.652光纤的1550nm波长区，传输速率为2.5G的长距离光接口。

S-16.1：工作在G.652光纤的1310nm波长区，传输速率为2.5G的短距离光接口。21同步光缆系统(十八）2、第一类光接口参数

第一类系统的光接口位置发送机接收机SR连接器连接器22同步光缆系统(十九）

.光发送机A）：发送光功率Ps

在规定伪随机码序列的调制下，光发送机在参考点S的平均发光功率。如-2～

+3dBm。B）：光谱特性a）：根均方谱宽

rms

光源的峰值光功率下降到其最大值的0.607倍时所对应的谱线宽度。

该参数仅用于LED与多纵模激光器MLM。23同步光缆系统(二十）b）：-20dB谱宽

-20dB

光源的峰值光功率下降20dB时所对应的谱线全宽度。

该参数适用于单纵模激光器SLM。

rms

=

-20dB/6.07

c）：最小边模抑制比SMSR

该参数仅对SLM有意义。在最坏反射条件下，全调制时主纵模的光功率M1与最显著边模的光功率M2之比。一般要求SMSR30dB。

1.00.01

-20dB24C）：寿命

对于LD而言，当偏流值增加到其初始值的二倍时就意味着其寿命的终结。

LD的寿命最少应在30万小时以上。D）：消光比EX

在最坏反射条件下，全调制时的“1”码光脉冲的平均光功率与“0”码光脉冲的平均光功率之比。一般要求：EX8.2dB。

同步光缆系统(二十一）25同步光缆系统(二十二）

.光接收机A）：接收灵敏度Pr

在规定误码率要求的条件下（如1×10-10），光接收机在参考点R所需要的最小光功率值（dBm）。B）：过载光功率

在规定误码率要求的条件下（如1×10-10），光接收机在参考点R所能承受的最大光功率值（dBm）。C）：老化余度

在寿命开始时的灵敏度与在寿命结束时的灵敏度之差。一般规定为3dB。26同步光缆系统(二十三）3、第二类光接口参数

光接收机光放大器光发送机第二类系统的光接口位置光放大器MPI-SMPI-R27同步光缆系统(二十四）

.光发送机

除了与第一类光接口相同的参数之外，还有几项特殊的参数。A）：光源的啁啾声

采用直接调制方式时，高速率变化的电脉冲流使SLM的工作电流也高速变化，导致SLM的谐振腔光通路发生变化，最后使振荡波长动态偏移—啁啾。

SLM的啁啾现象使光传输距离大大减小（色散受限）。克服啁啾的方法是采用外调制方式。28同步光缆系统(二十五）直接调制方式PI(mA)光脉冲流IB+5V电脉冲流LD电脉冲流Ith29同步光缆系统(二十六）光脉冲流电脉冲流CW激光器外调制器外调制示意图30同步光缆系统(二十七）B）：最大光功率谱密度

在被调制信号谱内，每10MHz间隔的最大平均光功率电平。规范此参数的目的，是为了防止光在光纤中传输时出现非线形效应，如布里渊散射、自相位调制（SPM）、交叉相位调制（XPM）等。其具体规范值尚待研究。31同步光缆系统(二十八）

.光接收机

光信噪比OSNR

在主通道接收端MPI-R的光信号功率与光噪声功率之比。一般规定：>20dB或22dB（对于10G系统：>26dB）。

OSNR=Pout–L+58–NF–10

㏒N

其中：Pout：在发送端的入纤光功率（dBm）；

L：

二个光放大器间的损耗（dB）；

NF：光放大器的噪声系数（dB）；

N：收、发间的光放大器个数。32同步光缆系统(二十九）三、光传输设计1、损耗受限

—最坏值设计法

所谓最坏值设计法，就是在设计光传输距离时，所有的相关参数都采用寿命期中允许的最坏值。如发送光功率、接收灵敏度。

优点：为设计者、厂家提供简单的元器件指标，且不存在先期失效的问题。

缺点：系统富余度过大、成本较高。

33同步光缆系统(三十）

L=（PS–Pr–C–PP–MC）/（

f+

S）其中PS：光发送机在S参考点的发送光功率（dBm）；

Pr：光接收机在R参考点的接收灵敏度（dBm）；

C：

收、发间所有连接器的损耗，其中每个连接器的损耗一般取0.5dB；

PP：光通道代价，一般取1dB，但对L16.2取2dB；

MC：光缆富余度，取3dB；

f

：光纤衰减系数（dB/km

）；

S

：光纤每公里接续损耗，一般取0.025dB/km

。34同步光缆系统(三十一）例1：某2.5G系统的相关参数为:S点发送光功率PS=-2～+3dBm，R点接收灵敏度Pr=-31～

-28dBm，光纤衰减系数

f=0.22dB/km

，求其最大传输距离。其它参数取值为：因是L16.2接口，故光通道代价为PP=2

dB，光缆富余度Mc=3dB，每个连接器损耗为Ac=0.5dB，每公里光纤平均接续损耗为

s=0.05/2=0.025dB/km

。把以上数据代入公式：

L=（PS–Pr–C–PP–MC）/（

f+

S）

=[-2–（-28）–2×0.5–2–3]/（0.22+0.025）

=20/0.245=82km

35同步光缆系统(三十二）2、色散受限

.一般公式

对于2.5G以下的系统，有以下公式：

L=（

×10-6）/（

•B•D）

其中：

：光脉冲相对展宽值；对于MLM，取0.115；对于LED与SLM，取0.306；对于L1