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 2 3 概 述 4 5 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 6 7 8 9 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

2、）、长途（1987）、八纵八横骨干 专网部门：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、FTTH 10 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

3、 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 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/n 12 13 14 15 CPNCPN UNIUNINNINNINNINNIUNIUNI 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

4、层光传送层 WDM/OTNWDM/OTN层层 17 18 19 20 21 合波器合波器 Tx 1 Tx n EDFA 分波器分波器 Rx 1 Rx n EDFAEDFA 22 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

5、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 23 O M U TX OTU1 1 TX OTU2 2 TX OTU32 32 EMU OWU OSC O D U RX OTU16 2 1 RX OTU16 32 31 OMTOMT DWDM系统结构图 O M U TX

6、OTU1 1 TX OTU2 2 TX OTU32 32 EMU OWU OSC O D U RX OTU16 2 1 RX OTU16 32 31 OMTOMT EMUOWU OSC ILAILA 24 25 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） 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

7、1.6 1.7 波长（波长（mm） 4 3 2 1 0 1 2 43 OH- OH- OH- 190THz 50THz 单模光纤截止波长单模光纤截止波长 5 27 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 1360-1460 28 3、光谱特性（）： 信号脉冲包含的波长范围 4、边模抑制比（

8、SMSR）： SMSR = Pmain/ Pside30dBSMSR = Pmain/ Pside30dB 5、消光比（EXT）： EXT=PEXT=P。/P1x100%10% /P1x100%10dB10dB P。：全零码的光功率值，P1：全1码的光功率 值。 29 光谱特性 12 1 -3dB发光二极管（发光二极管（LED） 12 1 -XdB 12 1 -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） 30 31 -9 -10-12 32 33 34 35 36 包层包层 n 纤芯 n1 2 涂复层涂复层 n11.464n2 1.460 介质折射率的差

9、别形成光波导 包层包层 涂复层涂复层 37 38 39 TEM00 TEM11 40 1 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（ 3 r E），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。 41

10、 3 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 2 m到80 2 m 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。 42 G.651光纤(MM) G.652光纤(SM) 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

11、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。 44 45 G.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。 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

12、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。 46 G.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，故在未来的应用中， G.653光纤将渐遭淘汰。 47 48 G.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

13、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。 49 50 注注:G.652B有偏振色散要求有偏振色散要求,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

14、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： 0 1 0 1 1 2 1 3 2 2 3 1 Sin = 1 2 =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 9 504.5 62.5 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 / n DCF 6 尺寸尺寸 53 2 数值孔径表示光纤接收（耦合）光信号的能力 常规单模光

15、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。 54 1 2 n 12 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。 c 6 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： 0.8m V Vc =2.405 56 57 Pin Pout L = 10 L g Pin /Pout L （dB） 58 59 dB/Km 瑞利散射 紫外吸收红外吸收 13101550 （nm） OH吸收峰吸收峰 850 60 辐射模 传导

16、模 61 62 cSf rs MAA MeAcpp 2 = L Ps：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

17、. km 66 67 68 Ps/nm Km （nm） 材料色散材料色散 波导色散波导色散 1310 总色散总色散 0 69 Ps/nm Km （nm） 0 1310 1550 G.652 G.655 G.653 （G.654） 70 Z X Y 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

18、40G (b/s )64K 2.M 622M 2.5G 10G 40G (b/s ) 15.6S 488ns 1.6ns 400ps 100ps 25ps 15.6S 488ns 1.6ns 400ps 100ps 25ps 故PMD限制距离为:L = (/ PMD) （km） 2 72 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 0.125 73 6 10 BD B：线路速率：线路速率 ：光

19、源系数，：光源系数， 单纵模单纵模0.31 多纵模多纵模0.12 D: 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 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) 75 76 城域网光传输线路：城域网光传输线路： 除常规单模（G.652）

20、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GHZ 78 79 80 光缆基本类型 缆芯结构不同分为

21、: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: 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 84 85 86 87 光缆型式代号光缆型式代号光纤规格代号光纤规格代号 88 89 小结一下 90 91 92 93 光缆出厂检验项目 94 工程特性项目 95 光缆产业现状 96 97 成品光缆盘装标识 ： 20032003 GYTS 36B1 GYTS 36B