情景一：光传输系统设备安装(光纤通信基础知识)

1、光传输系统运行与维护光传输系统运行与维护- -绪论绪论通信与信息工程系2013年3月课程前言l 课程以就业为导向，以光传输设备为主线，以维护任务为载体，传授光传输设备运行与维护工作岗位的基础知识和关键知识，掌握光传输网络开通和维护技能。l 本课程学习方式，以5-6位学生组成小组为单位，以团队合作的方式在学习中学会工作，在工作中学会学习。学习内容l 光传输网开通 光传输网业务配置（SDH光传输设备的组网配置）l 光传输网维护 光传输设备基础维护 光传输设备配置维护 光传输设备故障处理维护知识学习储备1光纤通信、光纤与光缆l 光纤结构与导光原理l 光纤通信系统基础知识l 光缆类型及应用场景光通信发

2、展历史l 探索时期的光通信 烽火台 旗语 1880年美国人贝尔（Bell）发明的光电话 黄旗黄旗黄旗代表前方车道上有障碍物，比如一辆撞坏的或者出现故障的赛车。提醒车手要小心驾驶。如果障碍赛车停在赛道一侧，或者障碍物不在赛道上，那么黄旗会静止不动。如果障碍物在赛道上，那么黄旗就会来回摇动，以提醒车手做好准备改变方向。如果赛道被彻底堵赛，那么会摇动两面黄旗。出现黄旗的时候不允许超车。如果一名车手没有认真读取黄旗的信息，而仍旧以比赛速度开车来到赛道的事故发生地段，那么这名车手将会受到严厉的处罚，甚至会被取消比赛资格。 红黄条纹旗红黄条纹旗 红黄条纹旗代表赛到前方路面有油，或者路面较滑，车手应该小心驾

3、驶，直到信号旗收回为止。 如果比赛官员挥动红黄旗帜，代表着前方不远处就有所谓的湿滑地带。 白旗白旗当出现白旗的时候，表示前方有慢速行驶的车辆。可能是一辆救护车，或者一辆拖车，或者是赛会安全车辆。当看到白旗的时候，车手应该小心驾驶，甚至应该适当减速。 红旗红旗红旗表示比赛或者试车因故提前结束。红旗会在整个赛道各个位置同时出示，这个时候车手应该回到赛道末端的检修车道，并在那里原地待命，以得知是否恢复比赛，并何时恢复比赛。 蓝旗蓝旗 蓝旗表示后方有速度更快的车辆正在接近，并且准备超车。那么车手就应该往 - 侧靠拢，为后来居上的赛车让路。 在F1比赛中，如果一名车手经过3次摇动蓝旗还没能够及时为后来的

4、赛车让出超车路线的话，这名车手将会被处以10分的处罚。 绿旗绿旗 绿旗表示前方存在的障碍已经得到清除，车手可以重新加速以比赛速度前进，而且还可以超车。 黑旗黑旗如果车手的号码显示在出发线，同时旁边有黑旗出现，这表示车手在跑完这一圈之后需要向检修站汇报。当一名车手因为比赛行为不当而需要对其进行管教的时候，或者当车手在比赛中犯规的时候，需要向车手出示黑旗。出现这种信号时，一般来说车手有可能被取消比赛资格，或者受到时间上的处罚。 黑底红圈旗帜黑底红圈旗帜 如果车手的号码显示在出发线，同时旁边有黑底红圈旗出现，这表示车手需要立即与检修站取得联系。当比赛官员怀疑车手的赛车存在机械问题而需要检修的时候，会

5、出示黑底红圈旗帜。 花色方格旗花色方格旗当出现花色方格旗的时候，表示比赛或者练习赛结束了。这个时候所有车手都要返回检修车道或者集中到出发区。从这里车手们需要将他们的赛车开到赛前检录处，赛车在这里需要被检测以确保符合比赛的各项规章制度。对于每次比赛的冠军，将会为他挥舞花色方格旗；对于亚军以及后来的车手，花色方格旗将会静止的出示。光通信发展历史l 光通信三要素： 光源 传输介质 光检测 光通信发展历史l 难题之一：传输介质 理想光传输介质的寻找透明度很高的石英玻璃丝叫做光学纤维，简称“光纤光纤”。 1966年7月英藉华人高锟（K.C.Kao)博士和霍克哈姆（C.A.Hockham）发表关于传输介质

6、新概念的论文，指出利用光纤进行信息传输的可能性和技术途径，奠定了现代光通信光纤通信的基础。 1970年美国康宁玻璃公司世界上第一根低损耗的石英光纤 光通信发展历史l 难题之二：光源 1960年美国梅曼（T.H.Maiman）发明红宝石激光器 1970年贝尔研究所的林严雄等人研制出能够在室温下连续工作的半导体激光器。 1977年贝尔研究所和日本的电报电话公司几乎同时研制出寿命达100万小时的半导体激光器，从而有了真正实用的激光器。光通信发展历史l 1976 年，美国在亚特兰大(Atlanta)进行了世界上第一个实用光纤通信系统的现场试验。l 1983年敷设了纵贯日本南北的光缆长途干线。l 198

7、8年第一条横跨大西洋 TAT-8海底光缆通信系统建成。l 1989年第一条横跨太平洋 TPC-3/HAW-4 海底光缆通信系统建成。构成Internet局域网 有线电视网的干线和分配网构成Internet广域网综合业务光纤接入网通信网光纤通信应用光纤通信应用光纤通信典型应用作为校园骨干传输网光纤通信典型应用光纤接入互联网光纤通信的优点l 容许频带很宽，传输容量很大l 损耗很小，中继距离很长且误码率很小l 重量轻、体积小l 抗电磁干扰性能好l 泄漏小，保密性能好l 节约金属材料，有利于资源合理使用 光纤导光原理 l 折射率 光线在不同的介质中以不同的速度传播，看起来就好像不同的介质以不同的阻力阻

8、碍光的传播，描述介质这一特征的参数就是折射率。所以如果v是光在某种介质中的速度，c是光在真空中的速度，那么折射率可由下式确定： n=c/v 光纤导光原理 l 菲涅耳定律： 1 入射角 n1sin 1 = n2sin 2 ， 1 = 3n1n2n1 n21当n1n2 1 c时发生全反射（c：临界角）只要满足全内反射条件连续改变入射角的任何光射线都能在光纤纤芯内传输光纤导光原理l 满足全反射条件和相位一致条件： 光纤就是利用纤芯折射率高于包层折射率的特点，使光线束缚在光纤中，并在芯边界形成全反射，这样循环往复使光信号从一端传送到另一端。 n1n2光纤导光原理 P21l只有端面入射角小于 角的光线才

9、在光纤中以全反射的形式向前传播。此 角称为光纤波导的孔径角，通常用 max表示，而把其正弦函数定义为光纤的数值孔径，用NA表示，即 max=arcsin(NA)l光纤的数值孔径表示光纤接收入射光的能力。NA越大，光纤接收光的能力也越越大，光纤接收光的能力也越强。强。 nnnNA212221光纤结构l 光纤由中心的纤芯和外围的包层同轴组成的圆柱形细丝。（裸光纤）包层纤芯包层包层：为光传输提供反射面和光隔离，并起一定的机械保护。纤芯纤芯：光能量在纤芯中传输；折射率比包层稍高，损耗比包层更低。多 模单 模纤 芯 直 径 65/50 m 10 m左 右包 层 直 径 125 m125 m光纤结构纤 芯

10、包 层涂敷层护 套涂覆层涂覆层：保护光纤不受水汽的侵蚀和机械擦伤，同时增加了光纤的机械强度和可弯曲性，延长光纤的寿命。光纤结构光纤分类阶跃光纤与渐变光纤阶跃光纤与渐变光纤多模光纤与单模光纤多模光纤与单模光纤多模光纤与单模光纤知识学习储备1光纤通信、光纤与光缆l 光纤结构与导光原理l 光纤通信系统基础知识l 光缆类型及应用场景光纤通信系统 P 5l 典型光纤通信系统的原理框图光接收机信源电端机光发射机电端机信宿光纤模数转换数模转换模拟信号模拟信号光纤传输系统光接收机信源电端机光发射机电端机信宿光纤电信号输入光信号输出光信号输入电信号输出 发送端把信息进行模/数转换，用转换后的数字信号去调制光发射

11、机中的光源器件，输出携带信息的光波，光波经光纤传输后达到接收端，光接收机把数字信号从光波中检测出来送到电端机，电端机进行数/模转换，恢复原来的信息。光纤通信系统各部分作用l光发射机作用： 进行电/光转换，并把转换成的光脉冲信号码流输入到光纤中进行传输。l光纤作用： 完成光波的传输。l光接收机作用： 进行光/电转换。 光发射机l 基本组成框图：光源LD LED驱动电路直接调制：输出光随电信号变化，技术简单，成本低，调制速率由激光器频率限制。通道耦合器电信号输入光输出光发射机l 基本组成框图：光源LD LED驱动电路间接调制：调制速率高，技术复杂，成本高。波分复用和相干光通信系统中使用。通道耦合器

12、电信号输入光输出调制器光纤线路 P2427l 把来自光发射机的光信号，尽可能的减少失真和衰减地传到光接收机。l光纤、 光纤接头、光纤连接器。普通石英光纤在近红外波段，除杂质吸收峰外，其损耗随波长的增加而减小，在0.85m、1.31m和1.55m有三个损耗很小的波长“窗口”。光纤线路0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5衰减（衰减（dB/km）第一窗口第一窗口第二窗口第二窗口波长波长（m）普通单模光纤的衰减随波长变化示意图6 5 4 3 2 10。40。2第三窗口第三窗口 C 波段波段15251565nm 1.57 1.62 L波段波段光接收机l 把从光纤线路输出

13、、产生畸变和衰减的 微弱光信号转换为电信号，并经放大和 处理后恢复成发射前的电信号l 组成框图：光接收机知识学习储备1光纤通信、光纤与光缆l 光纤结构与导光原理l 光纤通信系统基础知识l 光缆类型及应用场景光缆结构 P34l 经过涂覆后的光纤虽然具有一定的抗张强度，但还是比较脆弱，经不起弯曲，扭曲和侧压力的作用，因而只能用于机房中做跳线。为了能够使光纤用于复杂环境条件下的通信，又便于敷设施工，需要给光纤提供一定的保护结构，这种保护结构就称为光缆 。l 光缆一般由缆芯、加强元件、填充物和护层等几部分组成，另外根据需要还有防水，缓冲、绝缘金属导线等构件。 光缆结构l 缆芯：缆芯的作用是妥善安置光纤

14、，使光纤在一定外力下仍能保持优良的传输性能。 l 加强元件：加强元件用来增强光缆的抗拉强度，提高光缆的机械性能。 l 护层：进一步保护光纤，使光纤能适应于各种场合敷设(如架空、管道、直埋、室内等)。 l填充物：提高光缆的防潮性能 。缆芯l 当前缆芯的基本结构主要有层绞式、骨架式、束管式和带状式4种。我国当前用的最多的为层绞式和束管式 。缆芯l 层绞式结构光缆将单模或多模光纤套入由高模量的塑料做成的松套管中，缆芯的中心是一根金属加强芯，松套管（和填充绳）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。缆芯l 层绞式结构光缆层绞式光缆目前应用最为广泛 缆芯l 骨架式结构光缆光纤置

15、放于塑料骨架的槽中，槽的横截面可以是V型、U型或其他合理的形状、槽纵向呈螺旋形或正弦形。缆芯l 束管式结构光缆相当于把松套管扩大为整个缆芯，成为一管腔，将光纤集中存放于其中。管内填充有油膏 缆芯l 带状式结构光缆先将经过一次涂覆的光纤放入塑料带内做成光纤带，然后将几层光纤带放在一起构成光缆芯 。光缆结构l整个光缆的结构都是为了保护光纤不受外力的损坏，不使光纤的传输特性恶化，保证光缆有足够的使用寿命等，因而光缆设有多重护层。l一般直埋光缆从外到内有PE外护套-金属护套-PE内护套-防水填充物-光纤松套管-油膏-光纤。光缆分类 P40 l 按结构、按敷设方式、按光纤的套塑方法、按使用环境分类、按加

16、强件配置方法、按光纤种类分类、若按光纤芯数多少分类、若按护层材料性质分类。l 目前工程中常用的光缆有下面类别：室（野）外光缆用于室外直埋、管道、架空及水底敷设的光缆。 室（局）内光缆用于室内布放的光缆。 软光缆具有优良的曲绕性能的可移动光缆。 设备内光缆- 用于设备类布放的光缆。 海底光缆用于跨海洋敷设的光缆。 光缆型号 P41l 型号由产品型式和规格两大部分组成。 l 型式有五部分组成：光缆型式l分类代号 GY通信用室（野）外光缆 G J通信用室（局）内光缆 GH通信用海底光缆l加强构件代号 无符号金属加强构件 F 非金属加强构件 G 金属重型加强构件 H 非金属重型加强构件光缆型式l结构特

17、征代号（缆芯和光缆的派生结构特征代号 ） 无符号光纤松套被覆结构、层绞结构 J光纤紧套被覆结构 D光纤带结构 T填充式结构 Z自承式结构 B扁平式形状 G骨架槽结构l护层代号 Y普通聚乙烯 V 聚氯乙烯 U聚氨酯 A 铝-聚乙烯粘结 S 钢-铝-聚乙烯粘结 L 铝 G 钢 Q 铅光缆型式l外护层代号：例：23双钢带铠装聚乙外护套 光缆规格l光缆规格有五部分7项组成：l光纤数目： 用1、2表示实际光纤数量光缆规格l光纤类别： J二氧化硅多模渐变型光纤 T二氧化硅多模突变型光纤 Z二氧化硅多模准突变型光纤 D二氧化硅单模光纤 X二氧化硅纤芯塑料包层光纤 S塑料光纤l光纤主要尺寸参数： 用阿拉伯数字

18、及单位m表示光缆规格l波长：a 数字代号规定：10.85 m 21.31 m 31.55 m 损耗：bb 两位数字表示光纤损耗常数值个、十位，单位dB/km 带宽：cc 两位数字表示带宽分类数值千、百位，单位MHz.kml适应温度： A(-40 +40 ) B(-30 +50 ) C(-20 +60 ) D(-5 +60 )光缆规格l附加金属导线（对、组）编号： + 导线（对组）数目 导线组内数目 导线线径 导线材料（T表示铝线，无表示铜线） l例： +2 1 0.5 表示2个线径为0.5mm的铜导线单线光缆型号举例l GYGZL03-12T50/125（21008）C+5 4 0.9光缆型号

19、举例l GYGZL03-12T50/125（21008）C+5 4 0.9l GY通信用室外光缆 G金属重型加强构件l Z自承式 L铝护套l 03无铠装层聚乙烯护层l 1212根光纤 T 二氧化硅多模突变型光纤l 50/125芯径/包层直径50/125 ml 2 波长1.31 m 10 损耗10 dB/kml 08 带宽800 MHz.km C 温度-20 +60 l +5 4 0.9 5根，四线组，铜质线径0.9mm。 FC :外部加强件采用金属套，紧固方式为螺丝扣. 光纤连接器接头:常用的有FC，SC，ST，LC。 SC 型：型：其外壳采用模塑工艺，用铸模玻璃纤维塑料制成，呈矩形,紧固方式采用插拔销式，不需要旋转。 光纤连接器接头:SC LC 型：型：套管外径为1.25mm，是通常采用的FC、SC、ST 套管外径2.5mm 的一半。提高连接器的应用密度。 光纤连接器接头:LC ST型：型：外部加强件采用金属套，紧固方式为卡接扣。 光纤连接