武汉到西安光纤通信系统设计

1、课程：武汉到西安光纤通信系统姓名： 罗星 学号：2013040461038 学院： 武汉东湖学院 专业： 光电信息科学与工程 2016年10月22日摘要目前在我国，长途通信传输网是承载电信网和信息网最基本的基础网络，光缆传输网是长途通信传输网中的主体骨干网络，是我国主要建设和发展的通信网络，所以长途光缆传输网的质量好坏，直接关系到通信质量和信息传输质量，从而也关系到我国经济发展的速度。影响长途光缆传输网的质量有很多因素，工程的建设质量是影响传输网质量的最重要最直接的因素之一。下面是武汉西安的光纤通信系统设计方案。目录第1章3第一节 手绘系统框图3第2章4第一节 光纤元器件4第3章12第一节 系

2、统总体设计方案13第二节 预算13第4章14第一节 光纤通信整体方案可行性14第5章15第一节 总结15第一章 手绘系统框图第二章 器件选用光纤熔锥波分复用器：光纤熔融拉锥波分复用器实质为耦合功率对波长具有悬着性的光纤耦合器。光首先进入两根熔融拉锥光纤的顶部光纤。在传输过程中，光逐渐移动到底部光纤。只有熔融拉锥区足够长，所有的光都位移置低部光纤，而且这个光移动过程反复发生，这次光移动式从下向上。 反射光栅型波分复用器：  反射光栅利用不同角度衍射将复用光信号分成不同波长的光信号，在通过一个透镜将这些不同波长的光信号聚焦输入不同的光纤。由于两类波分复用器的结构存在差异，所以他

3、们的工作原理略有不同。 多层介质膜型波分复用器：  多层介质膜型波分复用器可以分为干涉滤波器型波分复用器和吸收滤波器型波分复用器。两种滤波器都是与多层介质膜构成的。多层介质膜干涉滤波器的工作原理是利用200多层不同材料、不同折射率和不同厚度的介质膜按照设计要求组合成为一个介质膜系，对各个特定波长那个进行选择干涉滤波，即只允许特定波长的光通过，而其他所有波长的光被反射，以实现不同波长的光波分复用功能。 半导体激光器：  SLA尽量不使谐振发生，其两端涂增透膜将反射率控制的极小，直接利用激光器的有源层的辐射和放大作用，使输入的弱光信号经过SLA的有源层变为强

4、光信号，即通过受激辐射使光信号放大。这种放大方式的SLA又被称为行波型半导体激光放大器。色散补偿器：色散补偿方法有色散补偿光纤和光纤光栅。常用的是由色散补偿光纤组成的色散补偿器（模块）。色散补偿模块的补偿原理是，在一段具有正色散的传输光纤后插入一段具有负色散的补偿光纤，以达到整个传输线路的总色散为零的目的。描述色散补偿模块性能的主要指标是品质因数和色散斜率。品质因数表示的是在给定的波长上光纤色散与光纤衰减系数之比。色散斜率表示的是色散系数随波长的变化。色散补偿光纤模块：  工作原理是将正色散系数传输光纤与负色散系数补偿光纤间插，以达到减小整个光纤传输线路的总色散的目的。啁啾

5、光栅色散补偿模块：  是用啁啾光纤光栅而制成的色散补偿器。啁啾光纤光栅是利用不同频率光波在啁啾光栅中的不同位置发生反射使光脉冲被压缩，从而实现色散补偿的。 高阶模光纤色散补偿模块：  高阶模色散补偿光纤是一种可以同时减小非线性和光损耗的方法。利用色散补偿光纤构成色散补偿模块的基本想法来源于高阶模具有高的色散，采用非常短的一小段HOM色散补偿光纤就可以获得所需要的色散补偿能量。啁啾光纤光栅可调色散补偿器：  啁啾光纤光栅是通过改变光纤轴向的光栅周期、平均折射率或者同时改变两者来改变其色散特性。与色散补偿光纤相比，啁啾光纤光栅具有插入损耗

6、小、色散补偿数量大等优点、啁啾光纤光栅可调色散补偿器的工作原理是，通过改变环境温度或者施加机械应力的方法使啁啾光纤光栅响应波长发生漂移，从而达到动态调整色散目的。虚像相位阵列可调色散补偿器：  虚像相位阵列是一种自由空间可调色散补偿器其工作原理类似角衍射光栅。可调虚像相位阵列是有固定准直透镜、固定聚焦透镜、可移动反射镜、可调聚焦透镜和玻璃板共同组成、为了获得良好的模耦合，玻璃板被镀上全反射膜。 非色散位移单模光纤（G.652光纤）：（1）：标准单模光纤（G.652A和G.652B）:1：在1310nm波长的射散为零；2：在波长为1550nm附近衰减洗漱最小，约为0.22dB

7、km，但再1550nm附近其具有最大色散系数，为18-20ps/(nm.km)，传输距离被限制再70-80千米；3：这种光纤工作波长既可以选在1310nm波长区域，又可选在1550nm波长区域，它的最佳工作波长再1310nm区域。优点：工作波长较宽比较适合通用；缺点：2.5Gbit/s一下的系统传输距离受限与衰减，10Gbit/s以上的系统传输距离受限与色散。（2）：波长扩展单模光纤（G.652C和G.652D）：相比较与标准单模光纤的优点：波段宽、色散小、改进网管、系统成本低；色散位移单模光纤（G.653光纤）：工作波长：1550nm优点：G.653光纤非常适合于单波长、高速、长距离光纤通信

8、系统，如可以在这种光纤上直接开通20Gbit/s系统，不需要任何色散补偿措施。缺点：G.653光纤再1550nm的零色散使其再DWDM系统中使用时产生四波混频等非线性效应。原因：产生非线性效益的原因是G.653光纤子啊1550nm窗口的色散太小。G.653光纤其因在DWDM系统中出现的严重非线性效应限制了其在DWDM系统中的使用。分类：G.653A和G.653B类比：G.653B和G.653A的性能基本相同，但是G.653B的偏振模色散系数小于G.653A，故其支持10Gbit/s传输距离大于400km系统，而且支持带光放大器的单信道40Gbit/s系统。（3）截止波长位移单模光纤（G.654

9、光纤）：工作波长：G.654光纤的零色散波长在1310nm附近，其在1550nm的最小衰减已经达到0.15Db/km，截止波长移到了1310nm波长区域，最佳工作范围为1530-1625nm本质：G.654光纤本质上仍属于G.652光纤。优点：衰减极小、截止波长位移的单模光纤主要应用与长距离光纤通信系统数字传输。（4）：非零色散位移单模光纤（G.655光纤）： 针对色散位移光纤在1.55m色散为零会产生四波混频导致信道间发生串扰不利于多信道的WDM系统的问题如果有微量色散FWM干扰反而还会减小。针对这一特点人们研制了非零色散光纤NZ、DSF。非零色散光纤实质上是一种改进的色散位移光纤其零色散波

10、长不在1.55m而是在1.525m或1.585m处。非零色散光纤削减了色散效应和四波混频效应而标准光纤和色散移位光纤都只能克服这两种缺陷中的一种。优点：所以非零色散光纤综合了标准光纤和色散位移光纤最好的传输特性既能用于新的陆上网络又可对现有系统进行升级改造它特别适合于高密度WDM系统的传输所以非零色散光纤是新一代光纤通信系统的最佳传输介质。缺点：当光纤传输速率较低、距离较短时，采用G.655光纤进行传输的办法是可行的，但是G.655光纤并没有解决色散问题，高速长距离的传输中仍然需要色散补偿。（5）宽带光传输用非零色散位移单模光纤（G.656光纤）：优点：工作波长更宽1460-1625nm、更大

11、的正色散值、更小的色散频率。相比较于G.655光纤，G.656光纤是一种比G.655光纤工作波长更宽、色散特性更好的光纤。因此G.656光纤既可以显著降低系统的色散补偿成本，又可进一步发掘石英玻璃光纤潜在的巨大带宽。且G.656光纤可保证通道间隔100GHz(0.8nm)。偏振模色散系数要求，传输速率为10Gbit/s系统的传输距离可以达到400km，而且其也支持40Gbit/s波分复用传输系统。（6）：弯曲不敏感的单模光纤（G.657光纤）：G.657光纤相比较与其他光想最具显著的特点就是有优异的抗弯曲性能，其原理是通过减小光纤的模场直径和提高截止波长来提高光纤的抗弯曲性能的。用途：应其具有

12、极好的抗弯曲性能，使得其适用与光网络，包括位于接入光网络终端的建筑物内的各种布线。分类：G.657A：工作波长范围：1260nm-1625nm。 G.657B：工作波长范围：1310nm、1550nm、1625nm光隔离器：光隔离器是一种只允许光信号单向传输的无源器件，即只允许光波沿着一个方向传输，而禁止另一个方向的光波传输。 光隔离器的基本设计要求是对正向传输光信号呈现出非常小的插入损耗，对反向反射光信号则具有非常大的隔离度。在无源光器件中，隔离器是由应该被阻断的光通路中输出的光功率与输入光功率之比来表示的。因此，对于光隔离器而言，隔离度的数值应该是越大越好。光衰减器：光衰减器是对光功率进行

13、预订量衰减的无源器件。光衰减器的品种和类型很多，不同类型的光衰减器工作原理各不相同。波分复用器：光纤具有巨大的带宽，借助波分复用器可以使传输系统的容量提高数十乃至上百倍，从而大幅度地降低系统成本。波分复用器的发明是以技术创新来赢得巨大的经济效益。波分复用器是波分复用系统的重要组成部分。波分复用器的性能直接决定着波分复用系统的性能。波分复用器的基本设计要求是插入损耗小、隔离度大且串扰小。光分插复用器：随着光网络中光节点波长数的迅速增长、光节点之间的传输距离的延长、中间站节点上下业务量的需求的增加，人们可以选择具有重配置功能的光分插复用器OADM进行灵活的组网。因此，OADM已经成为光网络重要的组

14、网器件之一。WDM网络具有简单的光层联网功能，WDM系统中以波长为传输信道，利用OADM可以在WDM网络的中间站节点根据组网要求灵活地上、下一个或者一组以波长为单位的信道。OADM以波长为基本单位进行分出插入操作，用户可以方便地在节点处上、下信道，从而提高了光网络的吞吐数量，增强了网络的灵活组网能力。光纤连接器：光纤连接器是光纤通信系统最基本的无源器件，其功能是实现光纤与系统设备、器件、仪表、光纤之间的连接。光纤连接的主要方法有端面对接和透镜扩束。光纤端面对接又可以分为固定连接和活动连接。固定连接器是永久性的连接，如光缆线路中的接头。活动连接器的连接动作可以重复进行，如光纤与设备的连接。 光纤

15、活动连接器的基本设计要求是插入损耗小、重复性与互换性好、性能稳定、安装方便、价格便宜等。光纤放大器：光纤放大器是指运用于光纤通信线路中，实现信号放大的一种新型全光放大器。根据它在光纤线路中的位置和作用，一般分为中继放大、前置放大和功率放大三种。同传统的半导体激光放大器（SOA）相比较，OFA不需要经过光电转换、电光转换和信号再生等复杂过程，可直接对信号进行全光放大，具有很好的“透明性”，特别适用于长途光通信的中继放大。适用的设备有掺铒光纤放大器（EDFA）、掺镨光纤放大器（PDFA）、掺铌光纤放大器（NDFA）。目前光放大技术主要是采用EDFA。光电检测器：光电检测器是光接收机的核心器件，主要

16、作用是利用光电效应将光信号转换为电信号，转换后的电信号再经过电放大器放大或解调成为进入发射机的原始电信号。光电检测器完成光电信号转换任务的性能与输入光电检测器的光信号强弱有关。由于光源的功率和光纤本身的衰减限制，在光信号接收端的光电检测器探测到的从光纤纤芯输出的一般都非常弱、畸变的调制光信号，所以光电检测器完成光探测任务的性能与输入光信号质量有关。所以光纤通信系统的传输质量不仅与光源、光纤的性能有关，而且与光电检测器的性能直接相关。光纤通信中对光电检测器的最重要的要求可以概括为：（1）搞得光电转换效率，即以一定的入射光信号功率就能够输出大的光电流；（2）在光源的工作波长范围内有极快的响应速度或

17、者大的宽带，即光电检测器输出的电信号能够不失真的反映出接收的光信号；（3）应有高的灵敏度；（4）功率消耗尽可能的低；（5）为了便于耦合，应与光纤尺寸匹配；（6）光电检测器应稳定、可靠、便宜。雪崩光电二极管：  APD结构的主要啊差别是，在PIN基本结构上增加了一个I附加层组成了npp多层拉通型结构。工作原理是借助雪崩倍增过程来放大信号电流，即当APD加上足够搞得反向偏置电压时，在耗尽区内运动的光剩载流子从耗尽区强电场中获得高于带隙的能量，通过与晶格原子的碰撞能够将一个束缚介电子激发为自由电子，产生新的电子-空穴对。 光开关：光开关是一种具有多个可提供选择的输入、输出端口，可

18、以将任意输入端口的光信号快速转换到任意输出端口的光通路转换器件。其作用是使光信号能够在光网络中实现不同光通路上的快速倒换。依据不同的光开关原理!光开关的实现方法有多种，目前应用最为广泛的仍是传统的1×2和2×2机械式光开关。传统机械式光开关可通过移动光纤将光直接耦合到输出端，采用棱镜、反射镜切换光路，将光直接送到或反射到输出端。机械光开关的工作原理是利用步进电动机、压电变化元件或伺服电动机等机械机构移动光纤、自由空间棱镜或反射镜等来改变光电信号的传播方向实现光信号的通路倒换。 微电子机械系统开关是一种光学机械机构和电子器件集成在一个硅基片上的微电子机械系统。这个集电、机械和

19、光为一体的微小电子机械系统可以一个独立器件形式用作光开关。 热光开关是利用热光材料具有的热光特性制成的光开关。在热光开关中，以向加热器通电方式，通过温度变化引起波导折射率变化，使光信号产生相对位移，实现光信号的开关功能。半导体放大器光开关是由SOA门阵列和耦合器共同组成的，半导体光开关是利用在不同泵浦状态下，SOA对入射光信号的吸收或放大特性而构成的基本门型光开关单元。半导体光开关的工作原理是利用SOA的放大和吸收状态实现光信号的开关。 气泡开关是结合喷墨打印机驱动原理开发出的一种新型光开关。工作原理，利用液体通道中移动的气泡能够使入射平面波导的光信号发生全反射来实现光信号的痛断。液晶光开关通

20、过对液晶施加一个电场，以改变液晶材料分子取向来控制光通过通路的通或断。光交叉连接器：光交叉连接器是光波网络中的一个重要网络单元，其功能可以与时分复用网络中的交换机类比，主要用来完成多波长环网间的交叉连接，作为网格状光网络的结点，目的是实现光波网的自动配置、保护/恢复和重构。波长转换交叉连接（WIXC）是具有波长转换能力的波长选择交叉连接。WIXC能够将任意一根输入光纤中的任意波长交叉连接到使用不同波长的任意一根输出光纤上。这一特点减少了由于波长竞争所导致的输入光纤与输出光纤间波长选路失败的可能，因而在组网、业务提供和保护恢复能力方面具有最大的灵活性。光波长转换器：光波长转换器就是利用光-电转换

21、技术实现光信号的波长转换功能的光-电器件。具有的功能是：（1）波长转换，输入波长任选，输出波长任定。（2）输入、输出光纤（多模光纤或单模光纤）类型任选，输入、输出光信号模式任选。简言之，利用光波长转换器可以实现光网络上的光信号任意波长和任意模式的转换。其赋予了光网络灵活性和扩容性。光混频原理的波长转换器，光混频原理主要包括差频和四波混频，其转换的有点有转换频率高、对信号格式透明、能同时转换多个波长，混频产生的光波保留了信号的相位和幅度信息，是目前唯一能够实现严格透明的波长转换的技术。利用该技术可以将DWDM系统中的一组信号同时进行频率搬移实现全波长转换。光调制原理的波长转换器： &#

22、160;广天之原理的波长转换器的工作原理是利用交叉增益调制和交叉相位调制（XPM）。它实质上是通过光信号和连续光（探测光）信号的交叉调制，将输入信号所携带的信息转移到另一个波长上在输出。非线性光线环境性全光波长转换器：  非线性光线环境性全光波长转换器是利用光线的Sagnac干涉原理和光纤中的交叉相位调制产生的非线性相移实现波长转换的。光环形器：光环形器是将光按照顺序通过所有的中间端口。在一个光环形器中，光进入第一个端口必须继续进入第二个端口，而且任何进入第二个端口的光要继续进入第三端口，如此反复直至光进入最后端口，再从第一端口输出为止。现在光纤通信网络商用的光环形器一般是

23、具有三或四个端口的无源光器件。可以带来附加的灵活性能够用于测量系统、全双工传输系统、波分复用传输系统等。光耦合器：光耦合器件就是将传输中的光信号在特殊结构耦合去耦合，并进行再分配的光无源器件，光耦合器是对光信号实现分路、合路、插入和分配的光无源器件，其可以将输入的光信号分配到两个或更多的输出端口或者将两个或更多的输入的光信号耦合到一个输出端口。光耦合器件的有点有：信号单向传输，输入端与输出端完全实现了电气隔离，输出信号对输入端无影响，抗干扰能力强，工作稳定，无触点，使用寿命长，传输效率高。第三章 系统总体设计方案介绍光缆路由方案的选择，应以工程设计任务书和通信网路规划为依据，进行多方案多路由比

24、较，保证通信质量，使线路安全可靠，经济合理，维护和施工方便，在满足干线通信要求下，应考虑沿线区间通信需求。因根据现有地形、地物、建筑设施来设置，还要了解沿线城市及乡镇规划建设情况。光纤武汉到西安的铺设经由武汉-信阳-驻马店-漯河-许昌-郑州-洛阳-三门峡-渭南-西安。沿途以铁路为主铺设大大降低人力投入及成本，节约预算。光纤基站在武汉、漯河、郑州、洛阳、西安均建立大型基站以满足人们需求。长途通信省际干线光缆线路在非市区地段敷设时应以采用管道或直埋方式为主。省内干线光缆线路除管道和直埋方式外也可采用架空方式。一般来说，从光缆线路的安全、使用寿命、工程造价等方面综合考虑，宜采用直埋方式。长途干线光缆

25、线路在市区内敷设应以采用管道方式为主。对不具备管道敷设条件的地段，可采用简易塑料管道、槽道或其他适宜的敷设方式 。长途干线光缆应采用无金属线对的光缆。根据工程需要，在雷害或强电危害严重地段可选用非金属构件的光缆，在蚁害严重地段可采用防蚁光缆。光缆护层结构的选择应符合下列规定直埋式光缆：PE内护层+防潮铠装层+PE外护层，或防潮层+ PE内护层+铠装层+PE外护层，宜选用GYTA53、GYTA33、GYTS、GYTY53或其他更为优良的结构； 管道或采用塑料管道保护的光缆：防潮层+PE外护层，宜选用GYTA、GYTS、GYTY53、GYFTY 或其他更为优

26、良的结构。 3)防蚁光缆：直埋光缆结构+防蚁外护层。预算大型基站 2武汉、西安120万240万中型基站3漯河、郑州、洛阳、80万240万小基站5信阳、驻马店、许昌、三门峡、渭南45万225万中继站433万132万 大型基站的搭建，总人数200人，工程师与工人按1：9比例，工程师平均工资8000/月，工人300/天。中型基站搭建，总人数150，工程师1：14。小型基站搭建，总人数100人，人数比例1：9。中继站预算，总人数80人，工程师5人。光纤铺设100人预计一年铺设完成。其中工程师10人。工人工作时间按12月计算。光缆2.4元/米1500千米360万人工7206万运费100万材料费845万占地费1150万总预算= 360+7206+100+845+1150+837=11489万第四章 光纤通信整体设计的可行性光纤的质量轻、体积小，既能有效节省空间又能保证安装方便。而且，制作光纤的原始材料来源丰富，成本低廉，温度稳定度高、稳定性能好，所以使用寿命一般都很长。光纤通信优势明显，促成了光纤通信技术在现代生活中的广泛应用，并且这个应用过的范围还在不断的拓展。随着因特网的迅速普及以