光纖通信講義

光纖通信講義第1頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一1.1光纖通信發(fā)展的歷史和現(xiàn)狀

1.1.1探索時(shí)期的光通信

?在這個(gè)時(shí)期，美國(guó)麻省理工學(xué)院利用He-Ne激光器和CO2激光器進(jìn)行了大氣激光通信試驗(yàn)。由于沒(méi)有找到穩(wěn)定可靠和低損耗的傳輸介質(zhì)，對(duì)光通信的研究曾一度走入了低潮。?1960年，美國(guó)人梅曼(Maiman)發(fā)明了第一臺(tái)紅寶石激光器，給光通信帶來(lái)了新的希望。激光器的發(fā)明和應(yīng)用，使沉睡了80年的光通信進(jìn)入一個(gè)嶄新的階段。?1880年，美國(guó)人貝爾(Bell)發(fā)明了用光波作載波傳送話(huà)音的“光電話(huà)”。貝爾光電話(huà)是現(xiàn)代光通信的雛型。?原始形式的光通信:中國(guó)古代用“烽火臺(tái)”報(bào)警，歐洲人用旗語(yǔ)傳送信息。

第2頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

1.1.2現(xiàn)代光纖通信

1966年，英籍華裔學(xué)者高錕(C.K.Kao)和霍克哈姆(C.A.Hockham)發(fā)表了關(guān)于傳輸介質(zhì)新概念的論文，指出了利用光纖(OpticalFiber)進(jìn)行信息傳輸?shù)目赡苄院图夹g(shù)途徑，奠定了現(xiàn)代光通信——光纖通信的基礎(chǔ)。

指明通過(guò)“原材料的提純制造出適合于長(zhǎng)距離通信使用的低損耗光纖”這一發(fā)展方向第3頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一光纖通信發(fā)明家高錕(左)

1998年在英國(guó)接受IEE授予的獎(jiǎng)?wù)碌?頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一1970年，光纖研制取得了重大突破

?1970年，美國(guó)康寧(Corning)公司研制成功損耗20dB/km的石英光纖。把光纖通信的研究開(kāi)發(fā)推向一個(gè)新階段。

?1972年，康寧公司高純石英多模光纖損耗降低到4dB/km。

?1973年，美國(guó)貝爾(Bell)實(shí)驗(yàn)室的光纖損耗降低到2.5dB/km。1974年降低到1.1dB/km。

?1976年，日本電報(bào)電話(huà)(NTT)公司將光纖損耗降低到0.47dB/km(波長(zhǎng)1.2μm)。

?在以后的10年中，波長(zhǎng)為1.55μm的光纖損耗：

1979年是0.20dB/km，1984年是0.157dB/km，1986年是0.154dB/km，接近了光纖最低損耗的理論極限。第5頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

1970年，光纖通信用光源取得了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展

?1970年，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室、日本電氣公司(NEC)和前蘇聯(lián)先后，研制成功室溫下連續(xù)振蕩的鎵鋁砷(GaAlAs)雙異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器(短波長(zhǎng))。雖然壽命只有幾個(gè)小時(shí)，但它為半導(dǎo)體激光器的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

?1973年，半導(dǎo)體激光器壽命達(dá)到7000小時(shí)。

?1976年，日本電報(bào)電話(huà)公司研制成功發(fā)射波長(zhǎng)為1.3μm的銦鎵砷磷(InGaAsP)激光器。

?1977年，貝爾實(shí)驗(yàn)室研制的半導(dǎo)體激光器壽命達(dá)到10萬(wàn)小時(shí)。

?1979年美國(guó)電報(bào)電話(huà)(AT&T)公司和日本電報(bào)電話(huà)公司研制成功發(fā)射波長(zhǎng)為1.55μm的連續(xù)振蕩半導(dǎo)體激光器。由于光纖和半導(dǎo)體激光器的技術(shù)進(jìn)步，使1970年成為光纖通信發(fā)展的一個(gè)重要里程碑第6頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

實(shí)用光纖通信系統(tǒng)的發(fā)展

?1976年，美國(guó)在亞特蘭大(Atlanta)進(jìn)行了世界上第一個(gè)實(shí)用光纖通信系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。

?1980年，美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化FT-3光纖通信系統(tǒng)投入商業(yè)應(yīng)用。

?1976年和1978年，日本先后進(jìn)行了速率為34Mb/s的突變型多模光纖通信系統(tǒng)，以及速率為100Mb/s的漸變型多模光纖通信系統(tǒng)的試驗(yàn)。

?1983年敷設(shè)了縱貫日本南北的光纜長(zhǎng)途干線(xiàn)。

?

隨后，由美、日、英、法發(fā)起的第一條橫跨大西洋TAT-8海底光纜通信系統(tǒng)于1988年建成。

?第一條橫跨太平洋TPC-3/HAW-4海底光纜通信系統(tǒng)于1989年建成。從此，海底光纜通信系統(tǒng)的建設(shè)得到了全面展開(kāi)，促進(jìn)了全球通信網(wǎng)的發(fā)展。第7頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一光纖通信的發(fā)展可以粗略地分為三個(gè)階段：

?第一階段(1966~1976年)，這是從基礎(chǔ)研究到商業(yè)應(yīng)用的開(kāi)發(fā)時(shí)期。?第二階段(1976~1986年)，這是以提高傳輸速率和增加傳輸距離為研究目標(biāo)和大力推廣應(yīng)用的大發(fā)展時(shí)期。

?第三階段(1986~1996年)，這是以超大容量超長(zhǎng)距離為目標(biāo)、全面深入開(kāi)展新技術(shù)研究的時(shí)期。第8頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

1.1.3國(guó)內(nèi)外光纖通信發(fā)展的現(xiàn)狀

1976年美國(guó)在亞特蘭大進(jìn)行的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，標(biāo)志著光纖通信從基礎(chǔ)研究發(fā)展到了商業(yè)應(yīng)用的新階段。此后，光纖通信技術(shù)不斷創(chuàng)新：光纖從多模發(fā)展到單模，工作波長(zhǎng)從0.85μm發(fā)展到1.31μm和1.55μm(短波長(zhǎng)向長(zhǎng)波長(zhǎng)），傳輸速率從幾十Mb/s發(fā)展到幾十Gb/s。隨著技術(shù)的進(jìn)步和大規(guī)模產(chǎn)業(yè)的形成，光纖價(jià)格不斷下降，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。目前光纖已成為信息寬帶傳輸?shù)闹饕劫|(zhì)，光纖通信系統(tǒng)將成為未來(lái)國(guó)家信息基礎(chǔ)設(shè)施的支柱。在許多發(fā)達(dá)國(guó)家，生產(chǎn)光纖通信產(chǎn)品的行業(yè)已在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占重要地位。第9頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一光纖通信整體發(fā)展時(shí)間表1974197619781980198219841986198819901992

100000

1000010001001010.1

0.8μm多模1.3μm單模1.55μm直接檢測(cè)光孤子光放大器1.55μm相干檢測(cè)系統(tǒng)性能(Gb/s?Km）第10頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一1.2光纖通信的優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用

1.2.1光通信與電通信

通信系統(tǒng)的傳輸容量取決于對(duì)載波調(diào)制的頻帶寬度，載波頻率越高，頻帶寬度越寬。光通信的主要特點(diǎn)載波頻率高；頻帶寬度寬（圖1.1）光通信利用的傳輸媒質(zhì)-光纖，可以在寬波長(zhǎng)范圍內(nèi)獲得很小的損耗。（圖1.2）第11頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一圖1.1部分電磁波頻譜第12頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一圖1.2各種傳輸線(xiàn)路的損耗特性第13頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

1.2.2光纖通信的優(yōu)點(diǎn)

?容許頻帶很寬，傳輸容量很大

?損耗很小，中繼距離很長(zhǎng)且誤碼率很小

?重量輕、體積小

?抗電磁干擾性能好

?泄漏小，保密性能好

?節(jié)約金屬材料，有利于資源合理使用第14頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

1.2.3光纖通信的應(yīng)用光纖可以傳輸數(shù)字信號(hào)，也可以傳輸模擬信號(hào)。光纖在通信網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)，以及在其它數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中，都得到了廣泛應(yīng)用。光纖寬帶干線(xiàn)傳送網(wǎng)和接入網(wǎng)發(fā)展迅速，是當(dāng)前研究開(kāi)發(fā)應(yīng)用的主要目標(biāo)。光纖通信的各種應(yīng)用可概括如下：①通信網(wǎng)②構(gòu)成因特網(wǎng)的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)③有線(xiàn)電視網(wǎng)的干線(xiàn)和分配網(wǎng)④綜合業(yè)務(wù)光纖接入網(wǎng)第15頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

ATMInternet骨干網(wǎng)DDN/FRPSTN/ISDNTV業(yè)務(wù)分配節(jié)點(diǎn)(COT)業(yè)務(wù)接入節(jié)點(diǎn)（RT）網(wǎng)管SNMP與電信網(wǎng)管中心相連Q3100/1000ME1/BRA/PRA155M622MSDH典型應(yīng)用之一：寬帶綜合業(yè)務(wù)光纖接入系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)第16頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一典型應(yīng)用之二：作為校園網(wǎng)的骨干傳輸網(wǎng)第17頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一1.3光纖通信系統(tǒng)的基本組成下圖示出單向傳輸?shù)墓饫w通信系統(tǒng)，包括發(fā)射、接收和作為廣義信道的基本光纖傳輸系統(tǒng)。第18頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一基本光纖傳輸系統(tǒng)的三個(gè)組成部分1、光發(fā)送機(jī)組成框圖：

光源調(diào)制器通道耦合器電信號(hào)輸入光輸出驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)參數(shù)：發(fā)送功率，dbm概念光源光譜特性：輸出光功率足夠大，調(diào)制頻率足夠高，譜線(xiàn)寬度和光束發(fā)散角盡可能小，輸出功率和波長(zhǎng)穩(wěn)定，器件壽命長(zhǎng)第19頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一電信號(hào)對(duì)光的調(diào)制的實(shí)現(xiàn)方式

直接調(diào)制用電信號(hào)直接調(diào)制半導(dǎo)體激光器或發(fā)光二極管的驅(qū)動(dòng)電流，使輸出光隨電信號(hào)變化而實(shí)現(xiàn)的。這種方案技術(shù)簡(jiǎn)單，成本較低，容易實(shí)現(xiàn)，但調(diào)制速率受激光器的頻率特性所限制。

外調(diào)制把激光的產(chǎn)生和調(diào)制分開(kāi)，用獨(dú)立的調(diào)制器調(diào)制激光器的輸出光而實(shí)現(xiàn)的。外調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)是調(diào)制速率高，缺點(diǎn)是技術(shù)復(fù)雜，成本較高，因此只有在大容量的波分復(fù)用和相干光通信系統(tǒng)中使用。第20頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

圖1.5兩種調(diào)制方案

(a)直接調(diào)制；(b)間接調(diào)制(外調(diào)制)第21頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.光纖線(xiàn)路

功能：是把來(lái)自光發(fā)射機(jī)的光信號(hào)，以盡可能小的畸變(失真)和衰減傳輸?shù)焦饨邮諜C(jī)

組成:光纖、光纖接頭和光纖連接器

低損耗“窗口”：普通石英光纖在近紅外波段，除雜質(zhì)吸收峰外，其損耗隨波長(zhǎng)的增加而減小，在0.85μm、1.31μm和1.55μm有三個(gè)損耗很小的波長(zhǎng)“窗口”，見(jiàn)后圖。

光源激光器的發(fā)射波長(zhǎng)和光檢測(cè)器光電二極管的波長(zhǎng)響應(yīng)，都要和光纖這三個(gè)波長(zhǎng)窗口相一致。目前在實(shí)驗(yàn)室條件下，1.55μm的損耗已達(dá)到0.154dB/km，接近石英光纖損耗的理論極限。第22頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一1.01.41.5衰減（dB/km）第一窗口第二窗口波長(zhǎng)——λ（μm）普通單模光纖的衰減隨波長(zhǎng)變化示意圖6543210。40。2第三窗口

C波段1525~1565nm

1.571.62L波段第23頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3、光接收機(jī)功能：是把從光纖線(xiàn)路輸出、產(chǎn)生畸變和衰減的微弱光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并經(jīng)放大和處理后恢復(fù)成發(fā)射前的電信號(hào)組成部分：耦合器，光電檢測(cè)器，解調(diào)器組成框圖：電子電路光輸入耦合器光電檢測(cè)器解調(diào)器電信號(hào)輸出結(jié)構(gòu)參數(shù)：接收機(jī)靈敏度，定為BER≤10-9條件下，所要求的最小平無(wú)接收功率。檢測(cè)方式：直接檢測(cè)和外差檢測(cè)第24頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

1.3.3數(shù)字通信系統(tǒng)和模擬通信系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng)用參數(shù)取值離散的信號(hào)(如脈沖的有和無(wú)、電平的高和低等)代表信息，強(qiáng)調(diào)的是信號(hào)和信息之間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系；

模擬通信系統(tǒng)則用參數(shù)取值連續(xù)的信號(hào)代表信息，強(qiáng)調(diào)的是變換過(guò)程中信號(hào)和信息之間的線(xiàn)性關(guān)系。這種基本特征決定著兩種通信方式的優(yōu)缺點(diǎn)和不同時(shí)期的發(fā)展趨勢(shì)。第25頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一數(shù)字通信系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)如下：①抗干擾能力強(qiáng)，傳輸質(zhì)量好。②可以用再生中繼，傳輸距離長(zhǎng)。③適用各種業(yè)務(wù)的傳輸，靈活性大。④容易實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度的保密通信。⑤數(shù)字通信系統(tǒng)大量采用數(shù)字電路，易于集成，從而實(shí)現(xiàn)小型化、微型化，增強(qiáng)設(shè)備可靠性，有利于降低成本。

模擬通信系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)占用帶寬較窄外，電路簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)、價(jià)格便宜等。第26頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.1光纖結(jié)構(gòu)和類(lèi)型

2.1.1光纖結(jié)構(gòu)

2.1.2光纖類(lèi)型2.2光纖傳輸原理

2.2.1幾何光學(xué)方法

2.2.2光纖傳輸?shù)牟▌?dòng)理論2.3光纖傳輸特性

2.3.1光纖色散

2.3.2光纖損耗

2.3.3光纖標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用2.4光纜

2.4.1光纜基本要求

2.4.2光纜結(jié)構(gòu)和類(lèi)型

2.4.3光纜特性2.5光纖特性測(cè)量方法

2.5.1損耗測(cè)量

2.5.2帶寬測(cè)量

2.5.3色散測(cè)量

2.5.4截止波長(zhǎng)測(cè)量第2章光纖和光纜返回主目錄第27頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.1光纖結(jié)構(gòu)和類(lèi)型

2.1.1光纖結(jié)構(gòu)

光纖（OpticalFiber）是由中心的纖芯和外圍的包層同軸組成的圓柱形細(xì)絲。

纖芯的折射率比包層稍高，損耗比包層更低，光能量主要在纖芯內(nèi)傳輸。

包層為光的傳輸提供反射面和光隔離，并起一定的機(jī)械保護(hù)作用。設(shè)纖芯和包層的折射率分別為n1和n2，光能量在光纖中傳輸?shù)谋匾獥l件是n1>n2。第28頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一圖2.1光纖的外形第29頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

2.1.2光纖類(lèi)型光纖種類(lèi)很多，這里只討論作為信息傳輸波導(dǎo)用的由高純度石英（SiO2）制成的光纖。實(shí)用光纖主要有三種基本類(lèi)型，

突變型多模光纖（Step-IndexFiber,SIF）

漸變型多模光纖（Graded-IndexFiber,GIF）

單模光纖（Single-ModeFiber,SMF）相對(duì)于單模光纖而言，突變型光纖和漸變型光纖的纖芯直徑都很大，可以容納數(shù)百個(gè)模式，所以稱(chēng)為多模光纖第30頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

圖2.2三種基本類(lèi)型的光纖(a)突變型多模光纖；(b)漸變型多模光纖；（c）單模光纖第31頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

圖2.3典型特種單模光纖

(a)雙包層；(b)三角芯；(c)橢圓芯

特種單模光纖最有用的若干典型特種單模光纖的橫截面結(jié)構(gòu)和折射率分布示于圖2.3，這些光纖的特征如下。

雙包層光纖

色散平坦光纖（DispersionFlattenedFiber,DFF）

色散移位光纖（DispersionShiftedFiber,DSF）

三角芯光纖

橢圓芯光纖

雙折射光纖或偏振保持光纖。第32頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一主要用途：

突變型多模光纖只能用于小容量短距離系統(tǒng)。

漸變型多模光纖適用于中等容量中等距離系統(tǒng)。

單模光纖用在大容量長(zhǎng)距離的系統(tǒng)。特種單模光纖大幅度提高光纖通信系統(tǒng)的水平

1.55μm色散移位光纖實(shí)現(xiàn)了10Gb/s容量的100km的超大容量超長(zhǎng)距離系統(tǒng)。

色散平坦光纖適用于波分復(fù)用系統(tǒng)，這種系統(tǒng)可以把傳輸容量提高幾倍到幾十倍。

三角芯光纖有效面積較大，有利于提高輸入光纖的光功率，增加傳輸距離。

偏振保持光纖用在外差接收方式的相干光系統(tǒng)，這種系統(tǒng)最大優(yōu)點(diǎn)是提高接收靈敏度，增加傳輸距離。第33頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.2光纖傳輸原理分析光纖傳輸原理的常用方法：

幾何光學(xué)法

麥克斯韋波動(dòng)方程法第34頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

2.2.1幾何光學(xué)方法

幾何光學(xué)法分析問(wèn)題的兩個(gè)出發(fā)點(diǎn)

?數(shù)值孔徑

?時(shí)間延遲

通過(guò)分析光束在光纖中傳播的空間分布和時(shí)間分布

幾何光學(xué)法分析問(wèn)題的兩個(gè)角度

?突變型多模光纖

?漸變型多模光纖第35頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

圖2.4突變型多模光纖的光線(xiàn)傳播原理1.突變型多模光纖

數(shù)值孔徑

為簡(jiǎn)便起見(jiàn)，以突變型多模光纖的交軸(子午)光線(xiàn)為例，進(jìn)一步討論光纖的傳輸條件。設(shè)纖芯和包層折射率分別為n1和n2，空氣的折射率n0=1，纖芯中心軸線(xiàn)與z軸一致，如圖2.4。光線(xiàn)在光纖端面以小角度θ從空氣入射到纖芯(n0<n1)，折射角為θ1，折射后的光線(xiàn)在纖芯直線(xiàn)傳播，并在纖芯與包層交界面以角度ψ1入射到包層(n1>n2)。第36頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一改變角度θ，不同θ相應(yīng)的光線(xiàn)將在纖芯與包層交界面發(fā)生反射或折射。根據(jù)全反射原理，存在一個(gè)臨界角θc。

?當(dāng)θ<θc時(shí)，相應(yīng)的光線(xiàn)將在交界面發(fā)生全反射而返回纖芯，并以折線(xiàn)的形狀向前傳播，如光線(xiàn)1。根據(jù)斯奈爾(Snell)定律得到n0sinθ=n1sinθ1=n1cosψ1(2.1)

?當(dāng)θ=θc時(shí)，相應(yīng)的光線(xiàn)將以ψc入射到交界面，并沿交界面向前傳播(折射角為90°)，如光線(xiàn)2，

?當(dāng)θ>θc時(shí)，相應(yīng)的光線(xiàn)將在交界面折射進(jìn)入包層并逐漸消失，如光線(xiàn)3。由此可見(jiàn)，只有在半錐角為θ≤θc的圓錐內(nèi)入射的光束才能在光纖中傳播。第37頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一根據(jù)這個(gè)傳播條件，定義臨界角θc的正弦為數(shù)值孔徑(NumericalAperture,NA)。根據(jù)定義和斯奈爾定律

NA=n0sinθc=n1cosψc，

n1sinψc=n2sin90°(2.2)n0=1，由式（2.2）經(jīng)簡(jiǎn)單計(jì)算得到式中Δ=(n1-n2)/n1為纖芯與包層相對(duì)折射率差。

NA表示光纖接收和傳輸光的能力，NA(或θc)越大，光纖接收光的能力越強(qiáng)，從光源到光纖的耦合效率越高。對(duì)于無(wú)損耗光纖，在θc內(nèi)的入射光都能在光纖中傳輸。

NA越大，纖芯對(duì)光能量的束縛越強(qiáng)，光纖抗彎曲性能越好;但NA越大，經(jīng)光纖傳輸后產(chǎn)生的信號(hào)畸變?cè)酱螅蚨拗屏诵畔鬏斎萘?。所以要根?jù)實(shí)際使用場(chǎng)合，選擇適當(dāng)?shù)腘A。(2.3)第38頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一時(shí)間延遲根據(jù)圖2.4，入射角為θ的光線(xiàn)在長(zhǎng)度為L(zhǎng)(ox)的光纖中傳輸，所經(jīng)歷的路程為l(oy)，在θ不大的條件下，其傳播時(shí)間即時(shí)間延遲為式中c為真空中的光速。由式(2.4)得到最大入射角(θ=θc)和最小入射角(θ=0)的光線(xiàn)之間時(shí)間延遲差近似為(2.4)(2.5)這種時(shí)間延遲差在時(shí)域產(chǎn)生脈沖展寬，或稱(chēng)為信號(hào)畸變。由此可見(jiàn)，突變型多模光纖的信號(hào)畸變是由于不同入射角的光線(xiàn)經(jīng)光纖傳輸后，其時(shí)間延遲不同而產(chǎn)生的。第39頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.3光纖傳輸特性產(chǎn)生信號(hào)畸變的主要原因是光纖中存在色散，損耗和色散是光纖最重要的傳輸特性：

損耗限制系統(tǒng)的傳輸距離色散則限制系統(tǒng)的傳輸容量第40頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

2.3.1光纖色散

1.色散、帶寬和脈沖展寬

色散(Dispersion)是在光纖中傳輸?shù)墓庑盘?hào)，由于不同成分的光的時(shí)間延遲不同而產(chǎn)生的一種物理效應(yīng)。色散的種類(lèi)：

模式色散材料色散波導(dǎo)色散第41頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

1.損耗的機(jī)理圖2.15是單模光纖的損耗譜，圖中示出各種機(jī)理產(chǎn)生的損耗與波長(zhǎng)的關(guān)系，這些機(jī)理包括吸收損耗和散射損耗兩部分。

吸收損耗是由SiO2材料引起的固有吸收和由雜質(zhì)引起的吸收產(chǎn)生的。

散射損耗主要由材料微觀密度不均勻引起的瑞利(Rayleigh)散射和由光纖結(jié)構(gòu)缺陷(如氣泡)引起的散射產(chǎn)生的。

瑞利散射損耗是光纖的固有損耗，它決定著光纖損耗的最低理論極限。第42頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一圖2.15單模光纖損耗譜，示出各種損耗機(jī)理第43頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一由圖2.16看到：從多模突變型(SIF)、漸變型(GIF)光纖到單模(SMF)光纖，損耗依次減小。從色散的討論中看到：從多模SIF、GIF光纖到SMF光纖，色散依次減小(帶寬依次增大)。

單模石英光纖的零色散波長(zhǎng)在1.31μm，還可以把零色散波長(zhǎng)從1.31μm移到1.55μm，實(shí)現(xiàn)帶寬最大損耗最小的傳輸。正因?yàn)檫@些特性，使光纖通信從SIF、GIF光纖發(fā)展到SMF光纖，從短波長(zhǎng)(0.85μm)“窗口”發(fā)展到長(zhǎng)波長(zhǎng)(1.31μm和1.55μm)“窗口”，使系統(tǒng)技術(shù)水平不斷提高。第44頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一圖2.16光纖損耗譜(a)三種實(shí)用光纖；(b)優(yōu)質(zhì)單模光纖第45頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.3.3光纖標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用

G.651多模漸變型(GIF)光纖應(yīng)用于中小容量、中短距離的通信系統(tǒng)。

G.652常規(guī)單模光纖是第一代單模光纖，其特點(diǎn)是在波長(zhǎng)1.31μm色散為零，系統(tǒng)的傳輸距離只受損耗的限制。

G.653色散移位光纖是第二代單模光纖，其特點(diǎn)是在波長(zhǎng)1.55μm色散為零，損耗又最小。這種光纖適用于大容量長(zhǎng)距離通信系統(tǒng)。

G.6541.55μm損耗最小的單模光纖其特點(diǎn)是在波長(zhǎng)1.31μm色散為零，在1.55μm色散為17~20ps/(nm·km)，和常規(guī)單模光纖相同，但損耗更低，可達(dá)0.20dB/km以下。

色散補(bǔ)償光纖其特點(diǎn)是在波長(zhǎng)1.55μm具有大的負(fù)色散。

G.655非零色散光纖是一種改進(jìn)的色散移位光纖。第46頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一表2.3光纖特性的標(biāo)準(zhǔn)第47頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第48頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.4光纜

2.4.1光纜基本要求保護(hù)光纖固有機(jī)械強(qiáng)度的方法，通常是采用塑料被覆和應(yīng)力篩選。光纖從高溫拉制出來(lái)后，要立即用軟塑料進(jìn)行一次被覆和應(yīng)力篩選，除去斷裂光纖，并對(duì)成品光纖用硬塑料進(jìn)行二次被覆。二次被覆光纖有緊套、松套、大套管和帶狀線(xiàn)光纖四種，見(jiàn)圖2.18。

應(yīng)力篩選條件直接影響光纖的使用壽命。設(shè)對(duì)光纖進(jìn)行拉伸應(yīng)力篩選時(shí)，施加的應(yīng)力為σp，作用時(shí)間為tp(設(shè)為1s)；長(zhǎng)期使用時(shí)，容許施加的應(yīng)力為σr，作用時(shí)間為tr，斷裂概率為106km一個(gè)斷裂點(diǎn)。理論推算得到的容許作用時(shí)間(光纖使用壽命)tr和應(yīng)力比σr/σp的關(guān)系示于圖2.17。第49頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一圖2.17光纖使用壽命和應(yīng)力比的關(guān)系第50頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

圖2.18二次被覆光纖(芯線(xiàn))簡(jiǎn)圖

(a)緊套；(b)松套；(c)大套管；(d)帶狀線(xiàn)第51頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

2.4.2光纜結(jié)構(gòu)和類(lèi)型光纜一般由纜芯和護(hù)套兩部分組成，有時(shí)在護(hù)套外面加有鎧裝。

1.纜芯纜芯通常包括被覆光纖(或稱(chēng)芯線(xiàn))和加強(qiáng)件兩部分。

被覆光纖是光纜的核心，決定著光纜的傳輸特性。

加強(qiáng)件起著承受光纜拉力的作用，通常處在纜芯中心，有時(shí)配置在護(hù)套中。第52頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一圖2.20光纜類(lèi)型的典型實(shí)例

(a)6芯緊套層絞式光纜(架空、管道)；(b)12芯松套層絞式光纜(直埋防蟻)；(c)12芯骨架式光纜(直埋)；(d)6~48芯束管式光纜(直埋)；(e)108芯帶狀光纜；(f)LXE束管式光纜(架空、管道、直埋)；(g)淺海光纜；(h)架空地線(xiàn)復(fù)合光纜(OPGW)第53頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一光纜的基本型式層絞式

把松套光纖繞在中心加強(qiáng)件周?chē)g合而構(gòu)成。骨架式

把緊套光纖或一次被覆光纖放入中心加強(qiáng)件周?chē)穆菪嗡芰瞎羌馨疾蹆?nèi)而構(gòu)成。

中心束管式

把一次被覆光纖或光纖束放入大套管中，加強(qiáng)件配置在套管周?chē)鴺?gòu)成。帶狀式

把帶狀光纖單元放入大套管內(nèi)，形成中心束管式結(jié)構(gòu)，也可以把帶狀光纖單元放入骨架凹槽內(nèi)或松套管內(nèi)，形成骨架式或?qū)咏g式結(jié)構(gòu)。第54頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

2.護(hù)套

護(hù)套起著對(duì)纜芯的機(jī)械保護(hù)和環(huán)境保護(hù)作用，要求具有良好的抗側(cè)壓力性能及密封防潮和耐腐蝕的能力。護(hù)套通常由聚乙烯或聚氯乙烯(PE或PVC)和鋁帶或鋼帶構(gòu)成。

根據(jù)使用條件光纜可以分為：

室內(nèi)光纜、架空光纜、埋地光纜和管道光纜等。特種光纜常見(jiàn)的有：電力網(wǎng)使用的架空地線(xiàn)復(fù)合光纜(OPGW)，跨越海洋的海底光纜，易燃易爆環(huán)境使用的阻燃光纜以及各種不同條件下使用的軍用光纜等。第55頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

2.4.3光纜特性拉力特性壓力特性彎曲特性溫度特性第56頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.5光纖特性測(cè)量方法光纖的特性參數(shù)很多，基本上可分為幾何特性、光學(xué)特性和傳輸特性三類(lèi)。

幾何特性包括纖芯與包層的直徑、偏心度和不圓度；

光學(xué)特性主要有折射率分布、數(shù)值孔徑、模場(chǎng)直徑和截止波長(zhǎng)；

傳輸特性主要有損耗、帶寬和色散。第57頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

損耗測(cè)量光纖損耗測(cè)量有兩種基本方法：一種是測(cè)量通過(guò)光纖的傳輸光功率，稱(chēng)剪斷法和插入法；另一種是測(cè)量光纖的后向散射光功率，稱(chēng)后向散射法。

帶寬測(cè)量光纖帶寬測(cè)量有時(shí)域和頻域兩種基本方法。

時(shí)域法是測(cè)量通過(guò)光纖的光脈沖產(chǎn)生的脈沖展寬，又稱(chēng)脈沖法；

頻域法是測(cè)量通過(guò)光纖的頻率響應(yīng)，又稱(chēng)掃頻法。

色散測(cè)量光纖色散測(cè)量有相移法、脈沖時(shí)延法和干涉法等。第58頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第3章光波分復(fù)用技術(shù)隨著人類(lèi)社會(huì)信息時(shí)代的到來(lái)，對(duì)通信的需求呈現(xiàn)加速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。發(fā)展迅速的各種新型業(yè)務(wù)(特別是高速數(shù)據(jù)和視頻業(yè)務(wù))對(duì)通信網(wǎng)的帶寬(或容量)提出了更高的要求。為了適應(yīng)通信網(wǎng)傳輸容量的不斷增長(zhǎng)和滿(mǎn)足網(wǎng)絡(luò)交互性、靈活性的要求，產(chǎn)生了各種復(fù)用技術(shù)。在光纖通信系統(tǒng)中除了大家熟知的時(shí)分復(fù)用(TDM)技術(shù)外，還出現(xiàn)了其他的復(fù)用技術(shù)，例如光時(shí)分復(fù)用(OTDM)、光波分復(fù)用(WDM)、光頻分復(fù)用(OFDM)以及副載波復(fù)用(SCM)技術(shù)。第59頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

3.1光波分復(fù)用原理

1.WDM的概念

光波分復(fù)用(WDM：WavelengthDivisionMultiplexing)技術(shù)是在一根光纖中同時(shí)傳輸多個(gè)波長(zhǎng)光信號(hào)的一項(xiàng)技術(shù)。光波分復(fù)用（WDM）的基本原理是：在發(fā)送端將不同波長(zhǎng)的光信號(hào)組合起來(lái)(復(fù)用)，并耦合到光纜線(xiàn)路上的同一根光纖中進(jìn)行傳輸，在接收端又將組合波長(zhǎng)的光信號(hào)分開(kāi)(解復(fù)用)，并作進(jìn)一步處理，恢復(fù)出原信號(hào)后送入不同的終端，因此將此項(xiàng)技術(shù)稱(chēng)為光波長(zhǎng)分割復(fù)用，簡(jiǎn)稱(chēng)光波分復(fù)用技術(shù)。第60頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

圖7.6中心波長(zhǎng)在1.3μm和1.55μm的硅光纖低損耗傳輸窗口

(插圖表示1.55μm傳輸窗口的多信道復(fù)用)第61頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一光纖的帶寬有多寬？

如圖7.6所示，在光纖的兩個(gè)低損耗傳輸窗口：波長(zhǎng)為1.31μm(1.25～1.35μm)的窗口，相應(yīng)的帶寬(|Δf|=|-Δλc/λ2|,λ和Δλ分別為中心波長(zhǎng)和相應(yīng)的波段寬度，c為真空中光速)為17700GHz；波長(zhǎng)為1.55μm(1.50～1.60μm)的窗口，相應(yīng)的帶寬為12500GHz。兩個(gè)窗口合在一起，總帶寬超過(guò)30THz。如果信道頻率間隔為10GHz，在理想情況下，一根光纖可以容納3000個(gè)信道。由于目前一些光器件與技術(shù)還不十分成熟，因此要實(shí)現(xiàn)光信道十分密集的光頻分復(fù)用(OFDM)還較為困難。在這種情況下，人們把在同一窗口中信道間隔較小的波分復(fù)用稱(chēng)為密集波分復(fù)用(DWDM：DenseWavelengthDivisionMultiplexing)。第62頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一目前該系統(tǒng)是在1550nm波長(zhǎng)區(qū)段內(nèi)，同時(shí)用8，16或更多個(gè)波長(zhǎng)在一對(duì)光纖上(也可采用單光纖)構(gòu)成的光通信系統(tǒng)，其中各個(gè)波長(zhǎng)之間的間隔為1.6nm、0.8nm或更低，約對(duì)應(yīng)于200GHz,100GHz或更窄的帶寬。

WDM、DWDM和OFDM在本質(zhì)上沒(méi)有多大區(qū)別以往技術(shù)人員習(xí)慣采用WDM和DWDM來(lái)區(qū)分是1310/1550nm簡(jiǎn)單復(fù)用還是在1550nm波長(zhǎng)區(qū)段內(nèi)密集復(fù)用，但目前在電信界應(yīng)用時(shí)，都采用DWDM技術(shù)。由于1310/1550nm的復(fù)用超出了EDFA的增益范圍，只在一些專(zhuān)門(mén)場(chǎng)合應(yīng)用，所以經(jīng)常用WDM這個(gè)更廣義的名稱(chēng)來(lái)代替DWDM。第63頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

WDM技術(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)升級(jí)、發(fā)展寬帶業(yè)務(wù)(如CATV，HDTV和IPoverWDM等)、充分挖掘光纖帶寬潛力、實(shí)現(xiàn)超高速光纖通信等具有十分重要意義，尤其是WDM加上EDFA更是對(duì)現(xiàn)代信息網(wǎng)絡(luò)具有強(qiáng)大的吸引力。目前，“摻鉺光纖放大器(EDFA)+密集波分復(fù)用(WDM)+非零色散光纖(NZDSF，即G.655光纖)+光子集成(PIC)”正成為國(guó)際上長(zhǎng)途高速光纖通信線(xiàn)路的主要技術(shù)方向。第64頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一如果一個(gè)區(qū)域內(nèi)所有的光纖傳輸鏈路都升級(jí)為WDM傳輸，我們就可以在這些WDM鏈路的交叉(結(jié)點(diǎn))處設(shè)置以波長(zhǎng)為單位對(duì)光信號(hào)進(jìn)行交叉連接的光交叉連接設(shè)備(OXC)，或進(jìn)行光上下路的光分插復(fù)用器(OADM)，則在原來(lái)由光纖鏈路組成的物理層上面就會(huì)形成一個(gè)新的光層。在這個(gè)光層中，相鄰光纖鏈路中的波長(zhǎng)通道可以連接起來(lái)，形成一個(gè)跨越多個(gè)OXC和OADM的光通路，完成端到端的信息傳送，并且這種光通路可以根據(jù)需要靈活、動(dòng)態(tài)地建立和釋放，這就是目前引人注目的、新一代的WDM全光網(wǎng)絡(luò)。第65頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

2.WDM系統(tǒng)的基本形式光波分復(fù)用器和解復(fù)用器是WDM技術(shù)中的關(guān)鍵部件，將不同波長(zhǎng)的信號(hào)結(jié)合在一起經(jīng)一根光纖輸出的器件稱(chēng)為復(fù)用器(也叫合波器)。反之，經(jīng)同一傳輸光纖送來(lái)的多波長(zhǎng)信號(hào)分解為各個(gè)波長(zhǎng)分別輸出的器件稱(chēng)為解復(fù)用器(也叫分波器)。從原理上講，這種器件是互易的(雙向可逆)，即只要將解復(fù)用器的輸出端和輸入端反過(guò)來(lái)使用，就是復(fù)用器。

因此復(fù)用器和解復(fù)用器是相同的(除非有特殊的要求)。第66頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

WDM系統(tǒng)的基本構(gòu)成主要有以下兩種形式：雙纖單向傳輸和單纖雙向傳輸。

(1)雙纖單向傳輸。

單向WDM傳輸是指所有光通路同時(shí)在一根光纖上沿同一方向傳送。如圖7.7所示，在發(fā)送端將載有各種信息的、具有不同波長(zhǎng)的已調(diào)光信號(hào)λ1,λ2,…,λn通過(guò)光復(fù)用器組合在一起，并在一根光纖中單向傳輸。由于各信號(hào)是通過(guò)不同光波長(zhǎng)攜帶的，因而彼此之間不會(huì)混淆。在接收端通過(guò)光解復(fù)用器將不同波長(zhǎng)的信號(hào)分開(kāi)，完成多路光信號(hào)傳輸?shù)娜蝿?wù)。反方向通過(guò)另一根光纖傳輸?shù)脑砼c此相同。第67頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

圖7.7雙纖單向WDM傳輸?shù)?8頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

(2)單纖雙向傳輸。雙向WDM傳輸是指光通路在一根光纖上同時(shí)向兩個(gè)不同的方向傳輸。如圖7.8所示，所用波長(zhǎng)相互分開(kāi)，以實(shí)現(xiàn)雙向全雙工的通信。圖7.8單纖雙向WDM傳輸?shù)?9頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一4.1通信網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)4.2光接入網(wǎng)第4章光纖通信網(wǎng)絡(luò)返回主目錄第70頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一4.1通信網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)

通信網(wǎng)總的發(fā)展趨勢(shì)是數(shù)字化、綜合化和寬帶化。與光纖通信關(guān)系最為密切的是寬帶化，這是人類(lèi)社會(huì)發(fā)展到信息時(shí)代的迫切需求，也是科技進(jìn)步的必然產(chǎn)物。

數(shù)字化就是在通信網(wǎng)的各個(gè)部分(核心網(wǎng)和接入網(wǎng))及各個(gè)環(huán)節(jié)(傳輸、交換、接入、終端等)全面采用數(shù)字技術(shù)。目前核心網(wǎng)(或稱(chēng)骨干網(wǎng))已實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化，采用了數(shù)字傳輸和數(shù)字交換技術(shù)，其優(yōu)越性已十分明顯。第71頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一接入網(wǎng)的情況比較復(fù)雜，模擬的東西還大量存在，如電話(huà)網(wǎng)從核心網(wǎng)邊緣的端局交換機(jī)到用戶(hù)終端的用戶(hù)環(huán)路，大量使用的還是模擬二線(xiàn)；有線(xiàn)電視系統(tǒng)也基本上是模擬的；新近采用的非對(duì)稱(chēng)數(shù)字用戶(hù)線(xiàn)(ADSL)實(shí)際上是模數(shù)混合體制。

綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(包括窄帶和寬帶)的主要目的是：要實(shí)現(xiàn)接入部分的數(shù)字化，提供端到端數(shù)字連接，從而支持綜合業(yè)務(wù)，但由于種種原因，并沒(méi)有普遍推廣應(yīng)用。所以現(xiàn)在只能說(shuō)接入網(wǎng)正處于數(shù)字化的過(guò)程中，還不能說(shuō)已實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化。第72頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

綜合化，主要指業(yè)務(wù)的綜合，即通信網(wǎng)要由原來(lái)的單一業(yè)務(wù)網(wǎng)(如電話(huà)網(wǎng)、分組數(shù)據(jù)網(wǎng))發(fā)展為能同時(shí)提供多種業(yè)務(wù)(包括話(huà)音、數(shù)據(jù)、圖像等)，特別是多媒體業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)。

數(shù)字化是綜合化的前提。當(dāng)各種類(lèi)型的消息都用統(tǒng)一的數(shù)字符號(hào)表示時(shí)，通過(guò)端到端的數(shù)字傳輸，便能實(shí)現(xiàn)綜合業(yè)務(wù)。長(zhǎng)期以來(lái)，通信網(wǎng)的主要業(yè)務(wù)是話(huà)音，所以電信網(wǎng)基本上等同于電話(huà)網(wǎng)；電信網(wǎng)中還有一種業(yè)務(wù)是電報(bào)，相當(dāng)于原始的低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。第73頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)和發(fā)展，特別是因特網(wǎng)(Internet)擴(kuò)展到全世界，對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量的需求不斷增長(zhǎng)，近十年來(lái)，幾乎每半年翻一番。數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量猛增的主要推動(dòng)力是因特網(wǎng)的WWW業(yè)務(wù)和高速多媒體業(yè)務(wù)。因此，用不了多少時(shí)間，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的總量將超過(guò)電話(huà)業(yè)務(wù)。此外，電視會(huì)議、遠(yuǎn)程教育、電子商務(wù)等應(yīng)用都要求通信網(wǎng)提供高速數(shù)據(jù)和視頻業(yè)務(wù)，而這些業(yè)務(wù)所需的帶寬都遠(yuǎn)大于電話(huà)業(yè)務(wù)。因此業(yè)務(wù)綜合化必將導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的寬帶化。通信網(wǎng)絡(luò)從電話(huà)業(yè)務(wù)為主演進(jìn)到多媒體業(yè)務(wù)為主，每個(gè)用戶(hù)占用的帶寬由64kb/s要提高到6Mb/s左右，由此估計(jì)總業(yè)務(wù)量約增加100倍。第74頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一如果考慮到今后要支持高清晰度電視等更寬帶寬的業(yè)務(wù)，則總業(yè)務(wù)量還會(huì)不斷增加。所以網(wǎng)絡(luò)寬帶化首先是人們的迫切需求。另一方面，由于光纖通信技術(shù)的成就，特別是密集波分復(fù)用(DWDM)技術(shù)的發(fā)展，使得網(wǎng)絡(luò)的傳輸帶寬大大增加。如果雙絞銅線(xiàn)的傳輸帶寬按2Mb/s估計(jì)，一根光纖采用DWDM技術(shù)，傳輸容量可達(dá)到20～200Gb/s，也就是說(shuō)，光纖的傳輸容量是銅線(xiàn)的一萬(wàn)至十萬(wàn)倍。因此寬帶化意味著光纖將成為主要的傳輸媒質(zhì)。今天，在核心網(wǎng)內(nèi)以光纖為傳輸媒質(zhì)，采用DWDM技術(shù)實(shí)現(xiàn)寬帶傳輸，同時(shí)采用光交換技術(shù)構(gòu)成全光通信網(wǎng)，已成為現(xiàn)實(shí)。第75頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一在接入網(wǎng)中，光纖正在伸向用戶(hù)，從光纖到路邊(FTTC)、光纖到大樓(FTTB)發(fā)展到光纖到交接箱(FTTCab)，最后將實(shí)現(xiàn)光纖到家(FTTH)。當(dāng)然，從帶寬需求和經(jīng)濟(jì)性考慮，接入網(wǎng)采用光纖沒(méi)有必要也不可能如同核心網(wǎng)那樣采用DWDM技術(shù)，而是采用比較簡(jiǎn)單和廉價(jià)的光纖通信設(shè)備。因此接入網(wǎng)和核心網(wǎng)實(shí)現(xiàn)寬帶化的技術(shù)途徑是不同的。本章將分別予以介紹。第76頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一4.2光接入網(wǎng)

4.2.1光接入網(wǎng)概述

1.接入網(wǎng)的概念

電信網(wǎng)包含了為在不同地方的用戶(hù)提供各種電信業(yè)務(wù)的所有傳輸及復(fù)用設(shè)備、交換設(shè)備及各種線(xiàn)路設(shè)施等。接入網(wǎng)是電信網(wǎng)的重要組成部分，負(fù)責(zé)將電信業(yè)務(wù)透明地傳送到用戶(hù)。

ITUT的G.902建議(參看圖8.23)對(duì)接入網(wǎng)給出如下定義：接入網(wǎng)由業(yè)務(wù)結(jié)點(diǎn)接口(SNI)和用戶(hù)網(wǎng)絡(luò)接口(UNI)之間的一系列傳送實(shí)體(如線(xiàn)路設(shè)施和傳輸設(shè)施)組成，為供給電信業(yè)務(wù)而提供所需的傳送承載能力，可經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)管理接口(Q3)配置和管理。原則上對(duì)接入網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)的UNI和SNI的類(lèi)型和數(shù)目沒(méi)有限制。接入網(wǎng)不解釋信令。第77頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一圖8.23接入網(wǎng)的界定電信管理網(wǎng)(TMN)接入網(wǎng)(AN)業(yè)務(wù)結(jié)點(diǎn)接口(SNI)業(yè)務(wù)結(jié)點(diǎn)(SN)Q3接口Q3接口用戶(hù)網(wǎng)絡(luò)接口(UNI)第78頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.光接入網(wǎng)的參考配置

光接入網(wǎng)(OAN)為共享相同網(wǎng)絡(luò)側(cè)接口并由光傳輸系統(tǒng)所支持的接入鏈路群，有時(shí)稱(chēng)之為光纖環(huán)路系統(tǒng)(FITL)。從系統(tǒng)配置上可以分為無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)(PON)和有源光網(wǎng)絡(luò)(AON)，如圖8.24所示。

?ODN:

光分配網(wǎng)絡(luò)，是OLT和ONU之間的光傳輸媒質(zhì)，由無(wú)源光器件組成。

?OLT：光線(xiàn)路終端，提供OAN網(wǎng)絡(luò)側(cè)接口，并且連接一個(gè)或多個(gè)ODN。

?

ODT：光遠(yuǎn)程終端，由光有源設(shè)備組成。

?ONU：光網(wǎng)絡(luò)單元，提供OAN用戶(hù)側(cè)接口，并且連接到一個(gè)ODN或ODT。第79頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一圖8.24光接入網(wǎng)的參考配置ONU…ONUODNOLT…AFaS/RR/ST業(yè)務(wù)結(jié)點(diǎn)功能ONU…ONUODTOLT…AF業(yè)務(wù)結(jié)點(diǎn)功能(AON)UNI(PON)SNI接入網(wǎng)系統(tǒng)管理功能Q3用戶(hù)側(cè)接入鏈路群網(wǎng)絡(luò)側(cè)V第80頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

?

ONU：光網(wǎng)絡(luò)單元，提供OAN用戶(hù)側(cè)接口，并且連接到一個(gè)ODN或ODT。

?UNI：用戶(hù)網(wǎng)絡(luò)接口。

?

SNI：業(yè)務(wù)結(jié)點(diǎn)接口。

?

S：光發(fā)送參考點(diǎn)。

?R：光接收參考點(diǎn)。

?AF：適配功能。

?V：與業(yè)務(wù)結(jié)點(diǎn)間的參考點(diǎn)。

?

T：與用戶(hù)終端間的參考點(diǎn)。

?

a:AF與ONU之間的參考點(diǎn)。第81頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一在OLT和ONU之間沒(méi)有任何有源電子設(shè)備的光接入網(wǎng)稱(chēng)為無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)(PON)。

PON對(duì)各種業(yè)務(wù)是透明的，易于升級(jí)擴(kuò)容，便于維護(hù)管理，缺點(diǎn)是OLT和ONU之間的距離和容量受到限制。用有源設(shè)備或有源網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(如SDH環(huán)網(wǎng))的ODT代替無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)中的ODN，便構(gòu)成有源光網(wǎng)絡(luò)(AON)。

AON的傳輸距離和容量大大增加，易于擴(kuò)展帶寬，運(yùn)行和網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的靈活性大，不足之處是有源設(shè)備需要供電、機(jī)房等。如果綜合使用兩種網(wǎng)絡(luò)，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，就能接入不同容量的用戶(hù)第82頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一目前，用戶(hù)網(wǎng)光纖化的途徑主要有兩個(gè)：

?在現(xiàn)有電話(huà)銅纜用戶(hù)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，引入光纖傳輸技術(shù)改造成光接入網(wǎng)

?在現(xiàn)有有線(xiàn)電視(CATV)同軸電纜網(wǎng)的基礎(chǔ)上，引入光纖傳輸技術(shù)使之成為光纖/同軸混合網(wǎng)(HFC)。第83頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3.光接入網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)光接入網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)一般有4種：?jiǎn)涡切巍㈦p星形、總線(xiàn)形和環(huán)形，如圖8.25所示。OLTONUONUONU單星形網(wǎng)OLTODNONUONUONU雙星形網(wǎng)OLTONUONUONUONUONU總線(xiàn)形網(wǎng)OLTONUONUONUONUONUONU環(huán)形網(wǎng)圖8.25光接入網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)第84頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一4.光接入網(wǎng)的應(yīng)用類(lèi)型根據(jù)ONU的位置不同，光接入網(wǎng)有4種基本應(yīng)用類(lèi)型：

?光纖到路邊(FTTC)

?光纖到大樓(FTTB)

?光纖到辦公室(FTTO)

?光纖到家(FTTH)。在FTTC結(jié)構(gòu)中，ONU設(shè)置在路邊的人孔或電線(xiàn)桿上的分線(xiàn)盒處，有時(shí)也可以設(shè)置在交接箱處。FTTC一般采用雙星形結(jié)構(gòu)，從ONU到用戶(hù)之間采用雙絞線(xiàn)銅纜，若要傳送寬帶業(yè)務(wù)則要用高頻電纜或同軸電纜。第85頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

FTTB是將ONU直接放在大樓內(nèi)(如企業(yè)、事業(yè)單位辦公樓或居民住宅公寓內(nèi))，再由銅纜將業(yè)務(wù)分配到各個(gè)用戶(hù)。FTTB比FTTC的光纖化程度更進(jìn)一步，更適合高密度用戶(hù)區(qū)，也更容易滿(mǎn)足未來(lái)寬帶業(yè)務(wù)傳輸?shù)男枰?。如果將FTTC結(jié)構(gòu)中設(shè)置在路邊的ONU換成無(wú)源光分路器，將ONU移到大企業(yè)事業(yè)單位(如公司、政府機(jī)關(guān)、大學(xué)或研究所)的辦公室內(nèi)就成了FTTO。將ONU移到用戶(hù)家里就成了FTTH。

FTTH是一種全透明全光纖的光接入網(wǎng)，適于引入新業(yè)務(wù)，對(duì)傳輸制式、帶寬和波長(zhǎng)等基本上沒(méi)有限制，并且ONU安裝在用戶(hù)處，供電、安裝維護(hù)等都比較方便。第86頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

4.1.2無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)

1.網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)由端局和電視節(jié)目中心通過(guò)光纖和光分路器直接分送到用戶(hù)，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖8.26所示。其下行業(yè)務(wù)由光功率分配器以廣播方式發(fā)送給用戶(hù)，在靠近用戶(hù)接口處的過(guò)濾器讓每個(gè)用戶(hù)接收發(fā)給它的信號(hào)。在上行方向，用戶(hù)業(yè)務(wù)是在預(yù)定的時(shí)間發(fā)送，目的是讓它們分時(shí)地發(fā)送光信號(hào)，因此要定期測(cè)定端局與每個(gè)用戶(hù)的延時(shí)，以便上行傳輸同步，這是PON技術(shù)的難點(diǎn)。由于光信號(hào)經(jīng)過(guò)分路器分路后，損耗較大，因而傳輸距離不能很遠(yuǎn)。第87頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

PON的一個(gè)重要應(yīng)用是來(lái)傳送寬帶圖像業(yè)務(wù)(特別是廣播電視)。這方面尚無(wú)任何國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)可用，但已形成一種趨勢(shì)，即使用1310nm波長(zhǎng)區(qū)傳送窄帶業(yè)務(wù)，而使用1550nm波長(zhǎng)區(qū)傳送寬帶圖像業(yè)務(wù)(主要是廣播電視業(yè)務(wù))。原因是1310/1550nm波分復(fù)用(WDM)器件已很便宜，而目前1310nm波長(zhǎng)區(qū)的激光器也很成熟，價(jià)格便宜，適于經(jīng)濟(jì)地傳送急需的窄帶業(yè)務(wù)；另一方面，1550nm波長(zhǎng)區(qū)的光纖損耗低，又能結(jié)合使用光纖放大器，因而適于傳送帶寬要求較高的寬帶圖像業(yè)務(wù)。第88頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一具體的傳輸技術(shù)主要是：

?頻分復(fù)用(FDM)、

?時(shí)分復(fù)用(TDM)和

?密集波分復(fù)用(DWDM)圖8.26(a)使用1310/1550兩波長(zhǎng)WDM器件來(lái)分離寬帶和窄帶業(yè)務(wù)，其中1310nm波長(zhǎng)區(qū)傳送TDM方式的窄帶業(yè)務(wù)信號(hào)，1550nm波長(zhǎng)區(qū)傳送FDM方式的圖像業(yè)務(wù)信號(hào)(主要是CATV信號(hào))。第89頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一圖8.26(a)PON結(jié)構(gòu)：采用TDM+FDM+WDM的PON；TV1TV2TVn…FDMOLT(B)1550nm(電視)交換機(jī)G.703或G.708或V.5OLT(N)1310nm光纖電視1:2分路電話(huà)1:8分路端局1:16分路WDM1310nmONU(N)ONU(B)電話(huà)電視用戶(hù)電話(huà)1:128分路(數(shù)字)電視1:32分路(數(shù)字)電視節(jié)目中心(a)(0.4～2.5)GHz1550nm第90頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一圖8.26(b)PON結(jié)構(gòu)：采用TDM+WDM的PONTV1編碼TV2編碼TVn編碼……TDMOLT(B)1550nm(電視)交換機(jī)G.703或G.708或V.5OLT(N)1310nm光纖電視1:2分路電話(huà)1:8分路端局1:16分路WDM1310nmONU(N)ONU(B)解碼電話(huà)電視用戶(hù)電話(huà)1:128分路(數(shù)字)電視1:32分路(數(shù)字)電視節(jié)目中心(b)2.5Gb/s1550nm圖8.26(b)也使用1310/1550兩波長(zhǎng)WDM器件來(lái)分離寬帶和窄帶業(yè)務(wù)，與圖8.26(a)不同之處在于先將電視信號(hào)編碼為數(shù)字信號(hào)，再用TDM方式傳輸。第91頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一EPON技術(shù)簡(jiǎn)介隨著Internet的迅速普及，網(wǎng)上內(nèi)容的爆炸性擴(kuò)充，一個(gè)巨大的網(wǎng)絡(luò)社會(huì)已然形成，人們的生活、學(xué)習(xí)和工作越來(lái)越離不開(kāi)網(wǎng)絡(luò)。正如在現(xiàn)實(shí)生活中美好生活離不開(kāi)高速暢捷的交通一樣，人們對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求也在不斷提高。毫無(wú)疑問(wèn)，光纖在傳輸帶寬方面具有無(wú)與倫比的優(yōu)勢(shì)。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，長(zhǎng)途干線(xiàn)光纖通信網(wǎng)絡(luò)幾乎已經(jīng)鋪滿(mǎn)全球。此時(shí)，接入網(wǎng)帶寬成為整個(gè)傳輸網(wǎng)絡(luò)的瓶頸，并開(kāi)始迎接光通信時(shí)代的到來(lái)。無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（PON）的概念由來(lái)已久，它具有節(jié)省光纖資源、對(duì)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議透明的的特點(diǎn)，在光接入網(wǎng)中扮演著越來(lái)越重要的角色。第92頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一同時(shí)，以太網(wǎng)（Ethernet）技術(shù)經(jīng)過(guò)二十年的發(fā)展，以其簡(jiǎn)便實(shí)用，價(jià)格低廉的特性，幾乎已經(jīng)完全統(tǒng)治了局域網(wǎng)，并在事實(shí)上被證明是承載IP數(shù)據(jù)包的最佳載體。隨著IP業(yè)務(wù)在城域和干線(xiàn)傳輸中所占的比例不斷攀升，以太網(wǎng)也在通過(guò)傳輸速率、可管理性等方面的改進(jìn)，逐漸向接入、城域甚至骨干網(wǎng)上滲透。而以太網(wǎng)與PON的結(jié)合，便產(chǎn)生了以太網(wǎng)無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（EPON）。它同時(shí)具備了以太網(wǎng)和PON的優(yōu)點(diǎn)，正成為光接入網(wǎng)領(lǐng)域中的熱門(mén)技術(shù)。第93頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一EPON接入系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：局端（OLT）與用戶(hù)（ONU）之間僅有光纖、光分路器等光無(wú)源器件，無(wú)需租用機(jī)房、無(wú)需配備電源、無(wú)需有源設(shè)備維護(hù)人員，因此，可有效節(jié)省建設(shè)和運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本；

EPON采用以太網(wǎng)的傳輸格式同時(shí)也是用戶(hù)局域網(wǎng)/駐地網(wǎng)的主流技術(shù)，二者具有天然的融合性，消除了復(fù)雜的傳輸協(xié)議轉(zhuǎn)換帶來(lái)的成本因素；采用單纖波分復(fù)用技術(shù)（下行1490nm，上行1310nm），僅需一根主干光纖和一個(gè)OLT，傳輸距離可達(dá)20公里。在ONU側(cè)通過(guò)光分路器分送給最多32個(gè)用戶(hù)，因此可大大降低OLT和主干光纖的成本壓力；第94頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一上下行均為千兆速率，下行采用針對(duì)不同用戶(hù)加密廣播傳輸?shù)姆绞焦蚕韼?，上行利用時(shí)分復(fù)用（TDMA）共享帶寬。高速寬帶，充分滿(mǎn)足接入網(wǎng)客戶(hù)的帶寬需求，并可方便靈活的根據(jù)用戶(hù)需求的變化動(dòng)態(tài)分配帶寬；點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的結(jié)構(gòu)，只需增加ONU數(shù)量和少量用戶(hù)側(cè)光纖即可方便地對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)容升級(jí)，充分保護(hù)運(yùn)營(yíng)商的投資；EPON具有同時(shí)傳輸TDM、IP數(shù)據(jù)和視頻廣播的能力，其中TDM和IP數(shù)據(jù)采用IEEE802.3以太網(wǎng)的格式進(jìn)行傳輸，輔以電信級(jí)的網(wǎng)管系統(tǒng)，足以保證傳輸質(zhì)量。通過(guò)擴(kuò)展第三個(gè)波長(zhǎng)（通常為1550nm）即可實(shí)現(xiàn)視頻業(yè)務(wù)廣播傳輸。第95頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第5章光纜線(xiàn)路施工技術(shù)5.1光纜線(xiàn)路路由復(fù)測(cè)5.1.1光纜線(xiàn)路路由復(fù)測(cè)的主要任務(wù)5.1.2路由復(fù)測(cè)的原則5.1.3路由復(fù)測(cè)的工作內(nèi)容5.2光纜的單盤(pán)檢驗(yàn)與配盤(pán)5.2.1光纜的單盤(pán)檢驗(yàn)5.2.2光纜配盤(pán)5.3光纜接續(xù)、測(cè)試5.3.1光纜的接續(xù)5.3.2光纜測(cè)試5.4直埋線(xiàn)路工程施工技術(shù)5.4.1挖填光纜溝5.4.2直埋光纜敷設(shè)安裝及保護(hù)5.4.3光纜線(xiàn)路標(biāo)石的埋設(shè)5.4.4光纜線(xiàn)路對(duì)地絕緣第96頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一5.1光纜線(xiàn)路路由復(fù)測(cè)5.1.1光纜線(xiàn)路路由復(fù)測(cè)的主要任務(wù)

根據(jù)設(shè)計(jì)核定光纜路由走向及敷設(shè)方式、敷設(shè)位置、環(huán)境條件及配套設(shè)施（包括中繼站站址）的安裝地點(diǎn)；核定丈量各種敷設(shè)方式的地面距離，核定光纜穿越鐵路、公路、河流、湖泊及大型水渠、地下管線(xiàn)以及其他障礙物的具體位置及技術(shù)措施；核定三防（防機(jī)械損傷、防雷、防白蟻）地段的長(zhǎng)度、措施及實(shí)施的可能性；核定溝坎保護(hù)的地點(diǎn)和數(shù)量；核定管道光纜占用管孔位置；根據(jù)環(huán)境條件，初步確定接頭位置；為光纜的配盤(pán)、光纜分屯及敷設(shè)提供必要的數(shù)據(jù)資料；修改、補(bǔ)充施工圖。第97頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一5.1.2路由復(fù)測(cè)的原則復(fù)測(cè)時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照經(jīng)批準(zhǔn)的施工圖設(shè)計(jì)進(jìn)行；如遇特殊情況或由于現(xiàn)場(chǎng)條件發(fā)生變化等其他原因，必須變更施工圖設(shè)計(jì)選定的路由方案或需要進(jìn)行較大范圍變動(dòng)時(shí)應(yīng)與設(shè)計(jì)、建設(shè)（或監(jiān)理）單位協(xié)商確定并按建設(shè)程序辦理變更手續(xù)。5.1.3路由復(fù)測(cè)的工作內(nèi)容路由復(fù)測(cè)由施工單位組織，監(jiān)理、建設(shè)（維護(hù)）和設(shè)計(jì)單位人員參加。實(shí)施過(guò)程中完成定線(xiàn)、測(cè)距、打標(biāo)樁、劃線(xiàn)。繪圖、登記等工作。繪圖時(shí)應(yīng)核實(shí)復(fù)測(cè)的路由與設(shè)計(jì)施工圖有無(wú)差異，路由變動(dòng)部分應(yīng)按施工圖的比例繪出路由位置及路由兩側(cè)50M以?xún)?nèi)的地形和主要建筑物。繪出“三防”設(shè)施位置、保護(hù)措施、具體長(zhǎng)度等。穿越較大的障礙物時(shí)，如位置變更應(yīng)測(cè)繪出新的斷面圖。登記工作主要包括沿路由統(tǒng)計(jì)各測(cè)量點(diǎn)累計(jì)長(zhǎng)度、局站位置、沿線(xiàn)土質(zhì)、河流、渠塘、公路、鐵路、樹(shù)林、經(jīng)濟(jì)作物、通信設(shè)施和溝坎加固等范圍、長(zhǎng)度和累計(jì)數(shù)量。同時(shí)記錄光纜運(yùn)輸、施工車(chē)輛進(jìn)入通路的資料。第98頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一5.2光纜的單盤(pán)檢驗(yàn)與配盤(pán)5.2.1光纜的單盤(pán)檢驗(yàn)

單盤(pán)光纜檢驗(yàn)應(yīng)在光纜運(yùn)達(dá)現(xiàn)場(chǎng)分屯點(diǎn)后進(jìn)行。主要進(jìn)行外觀檢查和光特性測(cè)試。

1、外觀檢查：檢查光纜盤(pán)有無(wú)變形，護(hù)板有無(wú)損傷，請(qǐng)供應(yīng)單位一起開(kāi)盤(pán)檢查。開(kāi)盤(pán)后應(yīng)先檢查光纜外表有無(wú)損傷；對(duì)經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)的光纜應(yīng)做記錄，并在纜盤(pán)上做好標(biāo)識(shí)。

2、光纜的光電性能檢驗(yàn)：光纜的光電特性檢驗(yàn)包括光纜長(zhǎng)度的復(fù)測(cè)、光纜單盤(pán)損耗測(cè)量、光纖后向散射信號(hào)曲線(xiàn)觀察和光纜護(hù)層的絕緣檢查等內(nèi)容。（1）光纜長(zhǎng)度復(fù)測(cè)100%抽樣，一般規(guī)定廠家出廠長(zhǎng)度只允許正偏差，當(dāng)發(fā)現(xiàn)負(fù)偏差時(shí)應(yīng)重點(diǎn)測(cè)量，以得出光纜的實(shí)際長(zhǎng)度。（2）光纜單盤(pán)損耗用后向散射法（OTDR法）測(cè)試，應(yīng)加1~2Km標(biāo)準(zhǔn)光纖（尾纖），以消除OTDR的盲區(qū)，作好記錄。（3）光纖后向散射信號(hào)曲線(xiàn)觀察判斷光纜在成纜或運(yùn)輸過(guò)程中是否被壓傷、斷裂或輕微裂傷，同時(shí)還觀察光纖歲長(zhǎng)度的損耗是否均勻，光纖是否存在缺陷。（4）對(duì)纜盤(pán)的包裝、光纜的外護(hù)層進(jìn)行目視檢查。

第99頁(yè)，共107頁(yè)，2023年，2月20日，星期一5.2.2