《光纤通信应用》PPT课件.ppt

光纤通信概述,通信业务的迅猛增长主要体现为对传输带宽的需求 光纤通信以其独特的优越性、巨大的传输带宽成为当今最主要的信息传输方式 光纤通信在所有信息传输领域均获得广泛应用,通信网与业务应用,传输网络是各种通信应用的平台 用户规模与业务需求增长推动网络技术发展 为充分利用网络资源，运营商开发的各种新（增值）业务应运而生 光纤通信是电力网通信调度信号传输的发展方向,光纤通信网络,以光波为信号载体，以光导纤维为传输介质的通信方式即为光纤通信 光纤传输具有独特的优越性、巨大的传输带宽 目前，百分之八十五以上的信息（语音、数据、图象）通过光纤传输 我国各通信运营商与各行业、部门的专用网建设的光缆骨干网、城域网及用户接入网总长度已达680万公里以上,光纤通信的特点,传输带宽达数百THz，通信容量极大。 传输衰耗低，中继距离长。 光缆重量轻、尺寸小，便于敷设与维护。 抗电磁干扰,特别有利于电力网通信. 无信号间串扰，保密性好。 材料来源广，成本相对低。,光纤传输的应用问题,光纤使用中不能弯曲过小 光纤线路的连接操作较复杂（固定、活动） 光的分路与耦合较困难,光纤通信的技术演变,大气光通信 1966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）长话（1987）八纵八横 波长应用：850nm1310nm1550nm（S、C、L） 光纤应用：MMFSMF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 使用波长:单一波长波分复用密集波分复用(DWDM) 网络技术：光分插复用（OADM）光交叉连接（OXC） 自动光交换（ASON）,光纤通信的应用类型,公用网：市话局间中继、长途干线系统 （国际、 一级、二级）、移动网 专用网：铁道、电力、军事、石油、 高速、金融、公安等 广电网：HFC图象传输（CATV） 计算机网：WAN、MAN、FRN、DDN 用户接入网：FTTC、FTTB、FTTH、FTTO,光纤通信系统涉及的产品,（1）光传输设备：光端机、中继机、波分复用机 （2）光纤、光缆及附件：接头盒、终端盒、光配线架 （3）光电器件： 有源器件：光源、光探测器、光放大器、波长转换器等 无源器件：连接器、隔离器、耦合 器、波分复用器等 （4）测试仪器与专用工具： 误码分析仪、光时域反射仪（OTDR）、光谱分析仪 光源、光功率计、光纤熔接机、米勒钳、切割器等。,光纤传输系统,单信道光传输系统,光纤数字通信系统的技术指标： （1）误码指标：平均误码率 BER 误码秒 ES 严重误码秒 SES 误码块 EB 误块秒比 ESR （2）抖动与漂移性能 （3）光发送与接收的技术指标,光端机,中继机,光端机,交换,交换,E/O,O / E,O /E/O,光纤传输扩容方式,光纤通信技术主要围绕提高传输容量与增大传输距离发展。(PDHSDHWDM） 提高传输容量的手段有： 1、SDM采用增加光纤对扩大通信容量。 2、TDM不断提高信道传输速率。 3、WDM增加光纤中信道(波长)数量。 增大传输距离的方式有： 1、进行光放大 2、采用色散补偿与前向纠 错技术 3、实现光孤子通信,光传输系统主要指标,光纤传输系统发送指标,1、工作波长（）： 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）,光纤工作波段,工作窗口 波 段 标称波长 波长范围（nm） 第一窗口 850 第二窗口 O波 段 1310 1280-1360 第三窗口 S波 段 1550 1460-1530 C波 段 1550 1530-1565 第四窗口 L波 段 1550 1565-1625 第五窗口 E波段 波长扩展 1360-1460,光纤传输系统发送指标,3、光谱特性（）： 信号脉冲包含的波长范围 4、边模抑制比（SMSR）： SMSR = Pmain/ Pside30dB 5、消光比（EXT）： EXT=P。/P1x100%10dB P。：全零码的光功率值，P1：全1码的光功率 值。,光纤传输系统接收指标,1.接收灵敏度(Pr) 在保证系统误码指标的条件下，光接收机所需要的最小光功率值： Pr = 10lg Pmin/mw （dBm） Pr值决定于系统传输速率、码型以及光探测器的类型。 2.接收动态范围(D) 在保证系统误码指标的条件下，光接收机所需最小光功率值与所允许的最大光功率值之差。 即： D = 10lg Pmax/Pmin（Pr） （dB）,不同工作条件下的接收灵敏度,速率等级 2Mb/s STM-4 STM-16 STM-64 误码指标 BER 10 10 10 接收灵敏度 -50dBm -32dBm -28dBm -20dBm Pr,-9,-10,-12,灵敏度与系统误码指标相关!,光纤与光缆,光纤结构,包层,n,纤芯,n,1,2,涂复层,n11.4672,n2 1.4647,介质折射率的差别形成光波导,包层,涂复层,原料提纯 熔炼制棒 拉丝涂覆 套塑成缆,光纤光缆制造工艺,光纤的类别,可有不同分类方式: 按传导模数分：多 模（MMF）单 模（SMF） 按折射率分布：渐变型（GI） 阶跃型（SI） 按特殊用途分： EDF、DCF、LEAF. 按ITU-T或IEC文号分： G.651（ A1 ）、 G.652（ B1 ） G.653（ B2 ）、 G.655（ B4 ）.,模的概念,纵模 指激光振荡的频谱成分，即波长成分 单纵模激光器的频率仍有一定的分布范围 横模 指电磁场的横向场分布 分为基模TEM00和高阶模TEMmn 偏振模 指同一光波模式所包含的相互正交的两个偏振态,G.651光纤(MM)多模光纤 G.652光纤(SM)标准单模光纤 G.653光纤(SM)色散位移光纤 G.654光纤(SM)截止波长位移光纤 G.655光纤(SM)非零色散位移光纤 G.656光纤(SM)宽带NZ-DSF G.657光纤(SM)抗弯曲衰减光纤,ITU-T建议文号,特殊用途光纤,1、掺铒光纤（EDF） 2、色散补偿光纤（DCF） 3、数据光纤 4、大有效面积光纤（LEAF） 5、色散平坦光纤 6、全波光纤（AWF）,常用光纤命名与标准对照,光纤名称 ITU-T标准 IEC标准 多模光纤 G.651 A1a A1b 非色散位移光纤 G.652A、B、C B1.1、B1.3 零色散位移光纤 G.653 B2 截止波长位移光纤 G.654 B1.2 非零色散位移光纤 G.655A、G.655B B4,注:G.652C(B1.3)为全波光纤,G.652B有偏振色散要求,仍归于B1.1 G.654(B1.2)为截止波长位移光纤(最低衰耗光纤),单模光纤导光原理,光的折射现象： 光的全反射：,1,3,2,2,3,1,Sin,=,=1.460/1.464,=85.8,入射角=90-85.8=4.2度，近于直线传导。,光纤的基本参数,1.几何尺寸,类别,SM,MM,EDF,数据,纤芯直径（2a）,9,50,4.5,62.5,包层外径（2b）,125,涂复层外径,约250,（m）,2 相对折射率差,= n1- n2 / n1,DCF,6,光纤的基本参数,3.数值孔径：NA=n1 =Sin,数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0.108 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。,光纤的基本参数,6.光纤截面形状误差 1、包层不圆度： 1%,2、同心度误差： 0.8m,光纤的传输特性,传输衰减 传输色散 非线性效应,光纤传输衰减,光纤传输中各种因素引起的信号能量损失 传输衰耗是系统设计、光功率分配、中继距离确定的重要参数 定义：,Pin,Pout,L,=10 L g Pin /Pout, L,（dB）,光纤衰减机理,光纤材料固有损耗： 1、 瑞利散射光纤工艺中材料结晶产生的不 均匀组织引起。其效率与光波长的四次方成反比。 2、材料吸收光纤材料（含杂质）对光信号的吸收。可分为紫外吸收与红外吸收。,附加损耗,附加损耗 主要指光纤使用中引起的损耗 接续损耗 包括： 1、光纤固定熔接损耗（一般小于0.05dB) 2、活动连接损耗(一般小于0.3dB) 弯曲损耗,光纤衰减的测量,常用测量方法： 1、剪断法 2、插入法 3、背向散射法 剪断法测量：（ITU-T建议的基准方法）,光源,光功率计,滤模器,被测光纤（L）,P1,P2,2m,= Lg,（dB/Km）,背向散射法测量,利用光传输中的背向散射与菲涅尔反射设计的光时域反射仪（OTDR）测量。 OTDR测试功能： 1、光缆线路长度 （工程施工、线路维 2、光纤衰耗分布 护中广泛应用。） 3、接头损耗 4、线路故障点的位置。,光 缆,光缆类别,缆芯结构不同分为: 中心管式 层绞式 骨架式光缆 敷设条件不同分为: 架空光缆、管道光缆、直埋光缆和水底光缆 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 使用环境与缆中材料不同可分为: 金属加强构件、非金属加强构件 阻燃、防蚁光缆、电力光缆,光缆构造与材料,套塑 1、松套多纤合成、油膏填充，适于野外 光缆(PBT) 余长控制（水温、绞合节距） 2、紧套单纤紧包、线径细，适于局内光缆。 (硅橡胶 or PVC) 填充 材料：气体、油膏、阻水纱 对油膏性能要求：无腐蚀、高低温特性、易 清除,光缆构造与材料,加强件（抗拉） 1、金属：磷化钢丝、钢绞线（野外光缆） 2、非金属：工程塑料（电力光缆用） 芳纶纤维（局内光缆用） 要求：材料杨氏模量 E 值大、不锈蚀 护层（提供侧面保护） 不同结构的光缆根据应用要求选用不同材料的护层，主要提供侧面保护。,光缆构造与材料,光缆外护套 野外用光缆：采用黑色聚乙烯（PE） 易成形、机械强度高、致密性好、耐紫外线。 局内用光缆：浅色聚氯乙烯（PVC） 挠性好、耐弯曲疲劳且具阻燃性能。,光缆型号标识,目前尚无ITU-T建议，采用 GB/T（908-2000） 完整代号分为两大部分： 光缆型式代号（左边字母或数字） 1、光缆类型：GY、GJ、GH、GT、GS 2、加强件: 无符号、F、 3、特征代号：B、T、Z、X、G、D.,光缆型式代号,光纤规格代号,光缆型号标识,4、护层代号：PE、PVC、A、S、L、Q、 W、 33、43、53 5、外护套代号：Y（或03，可略）、V 光纤规格代号（右边数字或字母） 依次为：光纤芯数、光纤类型（D、J、S模场直径/包层外径、工作波长（1、2、3）、 衰耗系数、适用温度（A、B、C、D）,光缆代号示例,GYTA3336D9/125（325）B GYDTS192D9/125（230）A GYXTW24D9/125（236）A GJFV1D9/125（325）D,GYTA,GYTS,GYXTA,3000芯,GHDT53,光无源器件,光纤连接器光路的活动连接 光耦合器光功率分配 光衰减器光功率控制与调整 光波分复用器分波与合波 光隔离器阻挡反向光 光环行器改变光方向 光纤光栅信号滤波,光无源器件常用类型与功能,光纤连接器,功能： 为光纤与器件、设备之间、设备和仪表之间或线路与测试仪表之间实现高质量活动连接 可重复插拔 对光连接器的要求： 低插损：小于0.3dB 高回损：大于50dB 重复性、互换性好：小于0.1dB 插拔寿命长：大于1000次 价格低,FC金属螺纹锁紧式 SC塑料矩形插拔式样插针：2.5mm ST金属圆柱卡口式 MT多芯带状光纤连接 LC微型连接器（美） 插针：1.25mm MU微型连接器（日） 光连接器由螺纹锁紧向直接插拔演变，可减小操作空间，增大安装密度，避免挤压,活动连接器基本类型,不同结构的 光连接器,插针端面结构与性能,FC - PC SPC - APC,光纤连接器 型号与参数,常用型号：FC/PC、FC/APC，MU/PC 1.25mm 插针直径： 2.5mm 基本参数：插入损耗 1000次 回波损耗 50dB,跳线长度：0.5、1、5、10 （m）,光衰减器,功能 对光功率进行一定量衰减的器件。 应用场合 系统调试-模拟光纤 中继站-减小富余光功率 光测试仪表-校准定标 分类 光可变衰减器 连续可变光衰减器，分档可变光衰减器 光固定衰减器,光纤线路 接续与成端,光纤接续与成端,接续光缆线路盘长之间的连接。 成端光缆线路终端与光传输设备的连接。 接续要求： 纤号确定、准确对接（色标、领示色） 接头损耗尽可能小 连接稳定可靠，满足强度要求 自动化程度高、便于操作 接续费用低,接续施工准备,光缆端部检查（运输、敷设中的损坏） 接头附件： 接头盒、终端盒、热缩管、PVC （清点数量、检查质量） 接续仪器、工具： 光纤熔接机、OTDR、专用开缆、剥线工具 施工车、蓬。,光纤熔接机,工程中均采用自动熔接机。 型号如： 藤仓: FSM - 40S(50S)、 30R（带纤） 、 住友 : TYPE-37SE、TYPE65 （带纤） 功能：自动校准、熔接参数选择、自动放 电熔接、接头质量评估、接头热缩保护。 微处理器运行，屏幕显示 供电：市电转换、蓄充电池（直流12V） 产生4000V高压电弧，温度约18002000度。,光缆接头处理步骤,分端套接头盒 开剥光缆约1m，清除油膏，去护层、套管 加强芯固定 光纤熔接与保护 余纤盘留与固定 接头盒密封与安装,光纤熔接程序,分纤对号，套热