有線傳輸技術(shù)課件

第2章有線傳輸技術(shù)568372.5

光纖和光纜2.6

光端機2.7

光放大器·2.8

光波分復(fù)用技術(shù)返回上一頁第2章有線傳輸技術(shù)568372.5光纖和光纜2.62.1傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)是連接通信設(shè)備，并為通信設(shè)備之間提供信息傳輸?shù)奈锢硗ǖ?，是信息傳輸?shù)膶嶋H載體。從本質(zhì)上講，有線通信與無線通信中的信號傳輸，都是電磁波在不同介質(zhì)中的傳播過程，在這一過程中對電磁波頻譜的使用從根本上決定了通信過程的信息傳輸能力。理論上，任何頻率的信號都可以用作通信，但實際上，我們?nèi)匀皇歉鶕?jù)業(yè)務(wù)要求、傳播特性等因索來有選擇地使用電磁波的頻段。本章將介紹雙絞線、同軸電纜、光纖、光纜等常見的有線傳輸技術(shù)。2.1.1傳輸介質(zhì)的分類很多介質(zhì)都可以作為通信中使用的傳輸介質(zhì)，但這些介質(zhì)本身有著不同的屬性，適用于不同的環(huán)境條件。同時通信業(yè)務(wù)本身也會對傳輸介質(zhì)的使用提出不同的要求。下一頁返回2.1傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)是連接通信設(shè)備，并為通信設(shè)備之間提供2.1傳輸介質(zhì)因此，在實際環(huán)境中存在著多種多樣的傳輸介質(zhì)，以下是3類常見的傳輸介質(zhì)。(1)有線電纜:通信中常見的有線電纜包括非屏蔽雙絞線、屏蔽雙絞線和同軸電纜等。有線電纜的優(yōu)點是成本低、安裝簡單;缺點是頻譜有限，而且安裝之后不便移動。電纜是有線通信中(例如接入網(wǎng)絡(luò)中)最常見的傳輸介質(zhì)。另外一方面，使用無線介質(zhì)的顯著優(yōu)點是建網(wǎng)快捷且移動性、支持好，其缺點是頻譜寬度還要低于電纜。此外，使用無線介質(zhì)的成本有時要遠高于使用有線介質(zhì)。

(2)無線介質(zhì):無線介質(zhì)在使用中可以劃分為可見光、微波、紫外、紅外等頻段。上一頁下一頁返回2.1傳輸介質(zhì)因此，在實際環(huán)境中存在著多種多樣的傳輸介質(zhì)，2.1傳輸介質(zhì)雖然存在部分不授權(quán)就可以使用的頻段，如340／433MHz,2.4GHz等，但大多數(shù)無線頻段是需要經(jīng)過授權(quán)甚至是購買之后才可以使用的。例如，在目前的第三代移動通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，很多網(wǎng)絡(luò)運營商花費了數(shù)百億元來購買運營牌照，即是購買相應(yīng)頻段的使用權(quán)，而最終這些成本都是要由用戶來承擔(dān)的。

(3)光纖:光纖也是一種有線介質(zhì)，它可以提供高達太赫茲級別的帶寬，而且誤碼率非常低，但缺點是安裝復(fù)雜，需要專業(yè)的人員和專業(yè)的設(shè)備。目前，光纖主要應(yīng)用于骨干網(wǎng)絡(luò)中。表2.1給出了不同通信技術(shù)對電磁波頻譜的使用，以及不同電磁波頻譜所對應(yīng)的傳輸介質(zhì)和典型應(yīng)用。上一頁下一頁返回2.1傳輸介質(zhì)雖然存在部分不授權(quán)就可以使用的頻段，如3402.1傳輸介質(zhì)

2.1.2傳輸介質(zhì)與傳輸技術(shù)的設(shè)計傳輸介質(zhì)只有被相應(yīng)的傳輸技術(shù)所使用，才能夠體現(xiàn)為可供上層業(yè)務(wù)所使用的信道，由于傳輸介質(zhì)是與傳輸技術(shù)緊密結(jié)合的，因此，設(shè)計傳輸技術(shù)就必須考慮并充分利用傳輸介質(zhì)本身固有的特點，傳輸介質(zhì)的各種特征對設(shè)計傳輸技術(shù)會有不同的影響，以下分別說明。

(1)帶寬:也就是可供使用的頻譜寬度。高帶寬的傳輸介質(zhì)可以承載較高的比特率，例如光纖。如果傳輸介質(zhì)的帶寬會受到其他因素的影響而改變，那么還必須針對這些情況，設(shè)計不同的傳輸技術(shù)。

(2)誤碼率:高誤碼率的傳輸環(huán)境下，肯定會要求使用更為復(fù)雜、更為有效的檢糾錯技術(shù)。上一頁下一頁返回2.1傳輸介質(zhì)2.1.2傳輸介質(zhì)與傳輸技術(shù)的設(shè)計上一2.1傳輸介質(zhì)

(3)信號的傳輸距離:不同的傳輸介質(zhì)對信號傳輸具有不同的衰減，當(dāng)有用信號的強度衰減至一定水平之下時，就必須以某種形式進行信號的再生與放大，以保證接收端的正常工作。光纖通信中的光中繼器、微波通信中的中繼站，都是為了完成這一目的而設(shè)立的。(4)安全:不同的傳輸介質(zhì)有不同的安全等級，通信中的加密和認(rèn)證都是必不可少的，但不同復(fù)雜度的加密與認(rèn)證技術(shù)在傳輸代價、時間代價等方面有很大差異，因此必須為各種傳輸介質(zhì)選用最為合適的安全保證技術(shù)。需要說明的是，以上幾方面的影響不是獨立存在的，它們經(jīng)常互相作用。例如，更可靠的檢糾錯技術(shù)會占用更多的比特位，因此也就會減少可供有用信號使用的帶寬。因此，在設(shè)計傳輸技術(shù)時必須綜合考慮各種因索的影響，實用的傳輸技術(shù)常常是考慮各種因索影響的折中體現(xiàn)。上一頁返回2.1傳輸介質(zhì)(3)信號的傳輸距離:不同的傳輸介質(zhì)對信號2.2雙絞線概述2.2.1雙絞線的結(jié)構(gòu)雙絞線是由一對帶有絕緣層的銅線，以螺旋的方式纏繞在一起所構(gòu)成的。通常的雙絞線電纜是由一對或多對這樣的雙絞線對所組成的，如圖2.1所示。絕緣材料使兩根線中的金屬導(dǎo)體不會因為互碰而導(dǎo)致電路短路。雙絞線通常用于傳輸平衡信號，也就是說，在兩條導(dǎo)線上同時傳輸信號，它們分別攜帶的信號的相位相差1800。外界的電磁干擾給兩條導(dǎo)線帶來的影響將相互抵消，從而使信號不至于迅速衰減。螺旋狀的結(jié)構(gòu)也有助于抵消電流流經(jīng)導(dǎo)線過程中有可能增大的電容。而如果是兩根平行的導(dǎo)線就會形成一副天線，不存在這種抵消效應(yīng)。多對雙絞線通常被捆扎起來，并外敷保護層。這樣，成捆的電纜就可以被掩埋起來。下一頁返回2.2雙絞線概述2.2.1雙絞線的結(jié)構(gòu)下一頁返回2.2雙絞線概述與其他傳輸介質(zhì)相比，雙絞線在傳輸距離、信道寬度和數(shù)據(jù)傳輸速度等方面均受到一定限制，但價格較為低廉。很長一段時間以來，雙絞線一直被廣泛用于電話通信以及局域網(wǎng)建設(shè)中，是綜合布線工程中最常用的一種傳輸介質(zhì)。雖然雙絞線主要是用來傳輸模擬聲b信息的，但同樣適用于數(shù)字信號的傳輸，特}!1適用于較短距離的信息傳輸。但是在傳輸期間，信號的衰減比較大，并且產(chǎn)生波形畸變。采用雙絞線的局域網(wǎng)的帶寬取決于所用導(dǎo)線的質(zhì)量及傳輸技術(shù)。2.2.2雙絞線的特征對于各種類型雙絞線，區(qū)分和評價的特征主要包括:導(dǎo)線直徑、含銅量、導(dǎo)線單位長度繞數(shù)、屏蔽措施等。上一頁下一頁返回2.2雙絞線概述與其他傳輸介質(zhì)相比，雙絞線在傳輸距離、信道2.2雙絞線概述這些因索的綜合作用決定了雙絞線的傳輸速率和傳輸距離。

(1)導(dǎo)線直徑:即銅導(dǎo)線的直徑，一般直徑越大，傳輸能力越強。

(2)含銅量:直觀的表現(xiàn)就是導(dǎo)線的柔軟程度，越柔軟的導(dǎo)線含銅量越高，傳輸能力越強。(3)導(dǎo)線單位長度繞數(shù):表示了導(dǎo)線螺旋纏繞的緊密程度，單位長度內(nèi)的繞數(shù)越多，對干擾的抵消作用就越強。(4)屏蔽措施:屏蔽措施越好，抗干擾的能力就越強。根據(jù)雙絞線是否帶有金屬封條的屏蔽層可以把雙絞線分為非屏蔽雙絞線(UTP)和屏蔽雙絞線(STP)，如圖2.2所示。上一頁下一頁返回2.2雙絞線概述這些因索的綜合作用決定了雙絞線的傳輸速率和2.2雙絞線概述理論上，屏蔽雙絞線的傳輸性能更好，但在實際的使用中，屏蔽雙絞線對于工程安裝的要求較高，而且如果金屬屏蔽層的接地不好，有些條件下其性能甚至還不如非屏蔽雙絞線。因此，被廣泛使用的實際上是非屏蔽雙絞線。2.2.3雙絞線的分類雙絞線傳輸模擬信號的帶寬可以達到250kHz，而傳輸數(shù)字信號的數(shù)據(jù)速率隨距離的變化而不同。美國電子工業(yè)協(xié)會/美國電信工業(yè)協(xié)會(EIA/TIA)為雙絞線電纜定義了不同的規(guī)格型號，根據(jù)雙絞線所支持的傳輸速率，主要可以分為以下幾類。(1)一類線:由兩對雙絞線組成的非屏蔽雙絞線。其頻譜范圍窄，主要用于傳輸語音，而較少用于數(shù)據(jù)傳輸，最高只能支持20kb/s的數(shù)據(jù)速率。上一頁下一頁返回2.2雙絞線概述理論上，屏蔽雙絞線的傳輸性能更好，但在實際2.2雙絞線概述(2)二類線:由四對雙絞線組成的非屏蔽雙絞線，主要用于語音傳輸和最高可達4Mb/s的數(shù)據(jù)傳輸。

(3)三類線:由四對雙絞線組成的非屏蔽雙絞線，主要用于語音傳輸和最高可達10Mb/的數(shù)據(jù)傳輸。10base-T的以太網(wǎng)，即是采用三類線。(4)四類線:由四對雙絞線組成的非屏蔽雙絞線，用于語音傳輸和最高可達16Mb/s的數(shù)據(jù)傳輸。(5)五類線:由四對雙絞線組成的非屏蔽雙絞線。該類電纜增加了繞線密度，用于語音傳輸和高于100Mb/s的數(shù)據(jù)傳輸。它主要用于百兆以太網(wǎng)，如用在100base-T的以太網(wǎng)中。上一頁下一頁返回2.2雙絞線概述(2)二類線:由四對雙絞線組成的非屏蔽雙絞2.2雙絞線概述(6)超五類線:由四對雙絞線組成的非屏蔽雙絞線。與五類線相比，超五類線所使用的銅導(dǎo)線質(zhì)量更高、單位長度繞數(shù)也更多，因而衰減更小、信號串?dāng)_更小，具有更小的時延誤差，在使用四對雙絞線同時用于傳輸?shù)那闆r下，可以用于1000base-T的千兆以太網(wǎng)。

(7)六類線、七類線:作為傳輸能力更強的雙絞線，它們的標(biāo)準(zhǔn)還處于進一步的發(fā)展之中。以最常見的三類線和五類線為例，它們之所以具有不同的傳輸能力，差別主要在于導(dǎo)線單位長度繞數(shù)和屏蔽材料。與三類線相比，五類線的單位長度繞數(shù)更多，同時也采用了更好的屏蔽材料。上一頁下一頁返回2.2雙絞線概述(6)超五類線:由四對雙絞線組成的非屏蔽雙2.2雙絞線概述2.2.4雙絞線的特點雙絞線具有以下的優(yōu)點:(1)低成本，易于安裝。相對于各種同軸電纜，雙絞線是比較容易制作的，它的材料成本與安裝成本也都比較低，這使得雙絞線得到了廣泛的應(yīng)用。(2)應(yīng)用廣泛。目前在世界范圍內(nèi)已經(jīng)安裝了大量的雙絞線，絕大多數(shù)以太網(wǎng)線和用戶電話線都是雙絞線，這對于接入網(wǎng)的建設(shè)產(chǎn)生了巨大的影響，因為短時間內(nèi)全部替換這些雙絞線的可能性幾乎是不存在的。同時雙絞線還具有很多的缺點:(1)帶寬有限。由于材料與本身結(jié)構(gòu)的特點，雙絞線的頻帶寬度是有限的。例如，在千兆以太網(wǎng)中就不得不使用四對導(dǎo)線同時進行傳輸，此時單對導(dǎo)線已無法滿足要求。上一頁下一頁返回2.2雙絞線概述2.2.4雙絞線的特點上一頁下一頁返回2.2雙絞線概述(2)信號傳輸距離短。雙絞線的傳輸距離只能達到1000m左右，這對于很多應(yīng)用場合的布線存在著比較大的限制，而且傳輸距離的增長往往伴隨著傳輸性能的下降。

(3)抗干擾能力不強。雙絞線對于外部干擾很敏感，特}!1是外來的電磁干擾，而且濕氣、腐蝕以及相鄰的其他電纜等這些環(huán)境因索都會對雙絞線產(chǎn)生干擾。在實際的布線中雙絞線一般不應(yīng)與電源線平行布置，否則就會引人干擾;而且對于需要埋人建筑物的雙絞線，還應(yīng)套人其他防腐防潮的管材中，以消除濕氣的影響。2.2.5雙絞線的應(yīng)用(1)ISDN。窄帶ISDN中的基本速率接口(YRI)和基群速率接口(PRI)常使用雙絞線作為傳輸介質(zhì)。上一頁下一頁返回2.2雙絞線概述(2)信號傳輸距離短。雙絞線的傳輸距離只能2.2雙絞線概述BRI:提供2B+D(2X64kb/s+16kb/s)共122kb/s的接入速率;PRI:提供3013+D(30X64kb/s+16kb/s)共約2Mb/s的接入速率。ISDN用于接入網(wǎng)時常采用YRI接口，此時就可以直接利用原先的電話線路作為接入線路。(2)xDSL。基于數(shù)字用戶線路(DSL)技術(shù)存在著多種接入網(wǎng)的解決方案，如ADSL,SDSL,VDSL等，它們共同的特點是通過使用調(diào)制和編碼技術(shù)在雙絞線上實現(xiàn)了數(shù)字傳輸，達到了較高的接入速率。但這些DSL技術(shù)又在通信距離、是否對稱傳輸、最高速率、使用雙絞線對數(shù)等很多方面存在著不同。根據(jù)本地網(wǎng)絡(luò)狀況、帶寬需求、用戶使用習(xí)慣等不同，它們有著不同的應(yīng)用場合。上一頁下一頁返回2.2雙絞線概述BRI:提供2B+D(2X64kb有線傳輸技術(shù)課件2.2雙絞線概述目前在我國，非對稱數(shù)字用戶線路(ADSL)技術(shù)被大規(guī)模地用于接入網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中。在我國的電話網(wǎng)絡(luò)中，特別是公共電話網(wǎng)絡(luò)用戶線路的布線中還存在著大量的平行線，在電話通信中使用平行線代替雙絞線的影響不大，但當(dāng)利用這樣的接入線路作ADSL接入時，就會產(chǎn)生較大的影響。ADSL下行的最大速率可以達到8Mb/s，而采用平行線替代雙絞線一般只能達到數(shù)百千比特每秒的下行速率。(3)以太網(wǎng)。目前十兆/百兆/千兆以太網(wǎng)的主要傳輸介質(zhì)都是雙絞線，其中，十兆或百兆以太網(wǎng)使用了2對雙絞線，千兆以太網(wǎng)使用了生對雙絞線，一般的以太網(wǎng)線都包含生對雙絞線。部分以太網(wǎng)線也采用平行線或同軸電纜作為傳輸介質(zhì)。上一頁返回2.2雙絞線概述目前在我國，非對稱數(shù)字用戶線路(ADSL)2.3同軸電纜的概述2.3.1同軸電纜的概述同軸電纜由中心的銅質(zhì)或鋁質(zhì)的導(dǎo)體、中間的絕緣塑料層、金屬屏蔽層以及主要起保護作用的外套層組成，如圖2.3所示。其中，同軸電纜的銅導(dǎo)體要比雙絞線中的銅導(dǎo)體更粗，而接地的金屬屏蔽層則可以有效地提高抗干擾性能。因此，同軸電纜具有比雙絞線更高的傳輸帶寬。同軸電纜中的屏蔽層可以是銅質(zhì)網(wǎng)狀的，也可以是鋁質(zhì)薄膜狀的，它的另外一個作用是防止尋找食物的嚙齒類動物破壞裸線。絕緣塑料層和外套層均可以有不同的形狀、結(jié)構(gòu)和強度，這一般取決于電纜使用時的安裝條件和使用環(huán)境等因素。例如，應(yīng)用于室外環(huán)境的架空電纜由于會工作于強風(fēng)以及雨雪等惡劣環(huán)境，因此需要強度較高的外套層。下一頁返回2.3同軸電纜的概述2.3.1同軸電纜的概述下一頁返回2.3同軸電纜的概述同軸電纜的傳輸特性優(yōu)于雙絞線，這主要是緣于同軸電纜使用更粗的銅導(dǎo)體和更好的屏蔽層。更粗的銅導(dǎo)體可以提供更寬的頻譜，一般可達數(shù)百兆赫茲。另外信號傳輸時的衰減更小，也可以提供更長的傳輸距離。普通的非屏蔽雙絞線是沒有接地屏蔽的，因此同軸電纜的誤碼率大大優(yōu)于雙絞線，可以達到10-的水平。同軸電纜的這種結(jié)構(gòu)，使它具有高帶寬和極好的噪聲抑制特性。實際應(yīng)用中，同軸電纜的可用帶寬取決于電纜長度。1km的電纜最高可以達到1~2Gb/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。也可以使用更長的電纜，但是傳輸速率就要降低或需要使用信號放大器。常見的同軸電纜有兩種:一種是50Ω阻抗的同軸電纜，用于數(shù)字傳輸，由于多用于基帶傳輸，也叫基帶同軸電纜;另一種是75Ω阻抗的同軸電纜，用于模擬傳輸，也被稱為寬帶同軸電纜。上一頁下一頁返回2.3同軸電纜的概述同軸電纜的傳輸特性優(yōu)于雙絞線，這主要是2.3同軸電纜的概述寬帶同軸電纜在使用中其帶寬可以被劃分成幾個范圍。通常每一個頻率范圍都攜帶著各自的編碼信息，這樣就可以在一根電纜上同時復(fù)用地傳輸多個數(shù)據(jù)流。同軸電纜的常見規(guī)格如表2.2所示。2.3.2同軸電纜的特點(1)可用頻帶寬。同軸電纜可供傳輸?shù)念l譜寬度最高可達吉赫茲，比雙絞線更適于提供視頻或是寬帶接入業(yè)務(wù)，也可以采用調(diào)制和復(fù)用技術(shù)來支持多信道傳輸。

(2)抗干擾能力強。誤碼率低，但這會受到屏蔽層接地質(zhì)量的影響。上一頁下一頁返回2.3同軸電纜的概述寬帶同軸電纜在使用中其帶寬可以被劃分成2.3同軸電纜的概述(3)性能價格比高。雖然同軸電纜的成本要高于雙絞線，但是它也有著明顯優(yōu)于雙絞線的傳輸性能，而且絕對成本并不很高，因此其性能價格比還是比較理想的。

(4)安裝較復(fù)雜。同軸電纜和雙絞線一樣，線纜都是制作好的，我們使用時需要的是截取相應(yīng)的長度并與相應(yīng)的連接件相連。在這一環(huán)節(jié)中，由于同軸電纜的銅導(dǎo)體較粗，因此一般需要通過焊接與連接件相連。其安裝比雙絞線更為復(fù)雜。2.3.3同軸電纜的應(yīng)用同軸電纜以其良好的性能在很多方面得到了應(yīng)用。上一頁下一頁返回2.3同軸電纜的概述(3)性能價格比高。雖然同軸電纜的成本2.3同軸電纜的概述(1)局域網(wǎng)。目前仍有相當(dāng)數(shù)量的以太網(wǎng)采用同軸電纜作為傳輸介質(zhì)，當(dāng)用于10Mb/、以太網(wǎng)時，傳輸距離可以達到1000m。很多生產(chǎn)年份較旱的網(wǎng)卡均同時提供連接同軸電纜和雙絞線的兩種接口。(2)局間中繼線路。同軸電纜也被廣泛地用于電話通信網(wǎng)中局端設(shè)備之間的連接，特別是作為PCMEI鏈路的傳輸介質(zhì)。(3)有線電視(CATV)系統(tǒng)的信號線。直接與用戶電視機相連的電視電纜多是采用同軸電纜。這一電纜一般既可以用于模擬傳輸，也可以用于數(shù)字傳輸。在傳輸電視信號時一般是利用調(diào)制和頻分復(fù)用技術(shù)將聲音和視頻信號在不同的信道上分別傳送。上一頁下一頁返回2.3同軸電纜的概述(1)局域網(wǎng)。目前仍有相當(dāng)數(shù)量的以太網(wǎng)2.3同軸電纜的概述(2)射頻信號線。同軸電纜也經(jīng)常在通信設(shè)備中被用作射頻信號線，例如基站設(shè)備中功率放大器與天線之間的連接線。相對于用作基帶信號傳輸?shù)耐S電纜(如以太網(wǎng)線)，用于射頻信號傳輸?shù)耐S電纜對于屏蔽層接地的要求更為嚴(yán)格。上一頁返回2.3同軸電纜的概述(2)射頻信號線。同軸電纜也經(jīng)常在通信2.4光纖通信系統(tǒng)概述從本節(jié)開始，系統(tǒng)介紹光纖通信技術(shù)方面的基本概念、原理及系統(tǒng)。主要包括光纖通信的基本模型及其特點、光纖的傳輸特性、常用的光器件、光放大器、光纖通信系統(tǒng)、WDM,SDH傳輸網(wǎng)絡(luò)等。通過學(xué)習(xí)相關(guān)章節(jié)的內(nèi)容，讀者對光纖通信的發(fā)展和現(xiàn)狀、基本原理、特性、組成以及今后的發(fā)展方向有一個較為全面的認(rèn)識。2.4.1光波的波段劃分光波是電磁波，其波長在微米級，頻率為1012~1016GHz數(shù)量級。光波范圍包括紅外線、可見光、紫外線，其波長范圍為300~6X10-3μm?？梢姽庥杉t、橙、黃、綠、藍、靛、紫七種顏色的連續(xù)光波組成，其中紅光的波長最長，紫光的波長最短。波長再短就是X射線、γ射線了。下一頁返回2.4光纖通信系統(tǒng)概述從本節(jié)開始，系統(tǒng)介紹光纖通信技術(shù)方面2.4光纖通信系統(tǒng)概述光纖通信的波譜在1.67X1014~3.75X1014Hz范圍內(nèi)，即波長在0.8~1.8μm范圍內(nèi)，屬于紅外波段，將0.8~0.9μm稱為短波長，1.0~1.8μm稱為長波長，2.0μm以上稱為超長波長，其在電磁波波譜中的位置如圖2.4所示。目前光纖通信使用的波長選擇在兩個波段的低損耗點，即短波長波段的0.85pm，長波長波段的1.31μm和1.55μm，這是目前所采用的3個通信窗口。2.4.2光纖通信的發(fā)展和現(xiàn)狀早期的光通信，如用烽火臺的狼煙傳遞簡短的消息，如圖2.5所示，貝爾的光電話利用光來傳遞語音信號，如圖2.6所示。它們只能傳送簡單的信息，且距離短、可靠性低，究其原因是沒有低損耗的傳輸介質(zhì)和高質(zhì)量的通信光源。上一頁下一頁返回2.4光纖通信系統(tǒng)概述光纖通信的波譜在1.67X1014~有線傳輸技術(shù)課件2.4光纖通信系統(tǒng)概述1966年英籍華人高餛博士發(fā)表了一篇劃時代性的論文，他提出利用帶有包層材料的石英玻璃光學(xué)纖維，作為通信媒質(zhì)。從此，開創(chuàng)了光纖通信領(lǐng)域的研究工作。1977年美國在芝加哥相距7000米的兩電話局之間，首次用多模光纖成功地進行了光纖通信試驗。使用0.85微米波段的多模光纖的通信系統(tǒng)為第一代光纖通信系統(tǒng)。1981年又實現(xiàn)了兩電話局間使用1.3微米多模光纖的通信系統(tǒng)，為第二代光纖通信系統(tǒng)。1982年實現(xiàn)了使用1.3微米單模光纖的通信系統(tǒng)，即第三代光纖通信系統(tǒng)。20世紀(jì)80年代中后期又實現(xiàn)了1.55微米單模光纖通信系統(tǒng)，即第四代光纖通信系統(tǒng)。用光波分復(fù)用提高速率、用光波放大增長傳輸距離的系統(tǒng)，為第五代光纖通信系統(tǒng)。新系統(tǒng)中，相干光纖通信系統(tǒng)，已達現(xiàn)場實驗水平，已經(jīng)得到應(yīng)用。圖2.7中左邊為高餛先生。上一頁下一頁返回2.4光纖通信系統(tǒng)概述1966年英籍華人高餛博士發(fā)表了一篇2.4光纖通信系統(tǒng)概述光纖通信是以光波為載體，以光纖為傳輸介質(zhì)的一種通信方式。光纖通信系統(tǒng)首先要在發(fā)射端將需傳送的電話、電報、圖像和數(shù)據(jù)等信號進行電光轉(zhuǎn)換，即將電信號變成光信號，再經(jīng)光纖傳輸?shù)浇邮斩?，接收端將接收到的光信號轉(zhuǎn)變成電信號，最后還原成消息。由于光纖通信具有傳輸頻帶寬、通信容量大、損耗低、不受電磁干擾等一系列優(yōu)點，光纖通信技術(shù)近年來發(fā)展速度之快、應(yīng)用范圍之廣是通信史上罕見的Al一以說光纖通信技術(shù)是世界新技術(shù)革命的重要標(biāo)志，是末來信息社會中各種信息網(wǎng)的主要傳輸工具。光纖通信以其獨特的優(yōu)越性，已經(jīng)成為現(xiàn)代通信發(fā)展的主流方向之一，現(xiàn)在世界上大部分的通信業(yè)務(wù)都是采用光纖通信方式傳送的。光纖通信所能實現(xiàn)的功能旱已大大超過基于銅纜傳輸?shù)南到y(tǒng)。上一頁下一頁返回2.4光纖通信系統(tǒng)概述光纖通信是以光波為載體，以光纖為傳2.4光纖通信系統(tǒng)概述光纖通信與尚存的銅線應(yīng)用以及正在快速增長的無線通信系統(tǒng)共同組成了信息傳輸基礎(chǔ)架構(gòu)。可以這樣說，沒有光纖通信，就沒有因特網(wǎng)的規(guī)?；l(fā)展，現(xiàn)代信息社會的發(fā)展更不可能這樣快速。信息論認(rèn)為，波長越短，載波頻率越高，通信容量就越大?，F(xiàn)在，各種通信方式所用的電磁波頻譜的分布情況為:無線電通信使用的電磁波頻率范圍是3kHz-300MHz，微波通信使用的電磁波頻率范圍是3~300GHz，光纖通信使用的電磁波頻率范圍是1~50000THz。因此，僅就所用的電磁波頻率而言，光纖的通信容量是最大的。光纖通信的發(fā)展可以粗略地分為以下3個階段。第一階段(1966-1976年)，這是從基礎(chǔ)研究到商業(yè)應(yīng)用的開發(fā)時期:上一頁下一頁返回2.4光纖通信系統(tǒng)概述光纖通信與尚存的銅線應(yīng)用以及正在快速2.4光纖通信系統(tǒng)概述1960年，美國人梅曼(Maiman)發(fā)明了第一臺紅寶石激光器;1970年，實現(xiàn)室溫下連續(xù)運行的GaAs半導(dǎo)體激光器和光纖損耗降低至20dB/km,促進了光纖通信系統(tǒng)的大力發(fā)展。第二階段(1976-1986年)，這是以提高傳輸速率和增加傳輸距離為主要研究目標(biāo)和大力推廣應(yīng)用的大發(fā)展時期:1978年，第一代光通信系統(tǒng)投入使用，0.8μm波段，速率達100Mb/s，中繼距離為10km;1987年，第三代單模光纖系統(tǒng)商用化，1.3μm波段，速率達1.7Gb/s，中繼距離為50km;1985年，實驗室實現(xiàn)第四代光通信系統(tǒng)，1.55μm波段，速率達2.4Gb/s，中繼距離為100km。上一頁下一頁返回2.4光纖通信系統(tǒng)概述1960年，美國人梅曼(Maiman2.4光纖通信系統(tǒng)概述第三階段(1986-1996年)，這是以超大容量超長距離為目標(biāo)、全面深人開展新技術(shù)研究的時期:1990年，第五代光纖通信系統(tǒng)以頻分復(fù)用倍增速率和使用光放大器增加中繼距離為標(biāo)志，實現(xiàn)在2.5Gb/s上傳輸4500km和10Gb/s傳輸1500km。當(dāng)前光纖已成為信息寬帶傳輸?shù)闹饕劫|(zhì)，光纖通信系統(tǒng)已成為國家信息基礎(chǔ)設(shè)施的支柱。在許多發(fā)達國家，生產(chǎn)光纖通信產(chǎn)品的行業(yè)已在國民經(jīng)濟中占據(jù)重要地位。由于目前使用光纖在1.55μm波長其損耗值已接近SiO2光纖的理論極限值，要想進一步降低損耗，必須選擇合適的光纖材料，因此氟化物光纖的研制得到普遍重視，在光波長超過2μm時，其損耗值可降到0.001dB/km，中繼距離可延長至上千千米。上一頁下一頁返回2.4光纖通信系統(tǒng)概述第三階段(1986-1996年)，這2.4光纖通信系統(tǒng)概述2.4.3光纖通信系統(tǒng)的基本組成由于光纖具有價格低廉、帶寬資源豐富等特點，光纖通信系統(tǒng)作為傳輸網(wǎng)優(yōu)勢明顯，在通信網(wǎng)中得到了廣泛的應(yīng)用。目前，骨干網(wǎng)、城域網(wǎng)均采用光纖通信技術(shù)，其應(yīng)用面已進入接入網(wǎng)，從光纖到小區(qū)(FTTC)，光纖到路邊(FTTR)，已開始光纖到家(FTTH)，構(gòu)造真正意義上的寬帶通信網(wǎng)絡(luò)。與一般通信系統(tǒng)一樣，光纖通信系統(tǒng)由發(fā)送設(shè)備、傳輸信道和接收設(shè)備三大部分構(gòu)成。在發(fā)送設(shè)備中，有源器件把數(shù)字脈沖電信號轉(zhuǎn)換為光信號(E/O變換)送到光纖中進行傳輸;在接收設(shè)備中，光檢測器件將接收到的光信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字脈沖信號(O/E變換);上一頁下一頁返回2.4光纖通信系統(tǒng)概述2.4.3光纖通信系統(tǒng)的基本組成2.4光纖通信系統(tǒng)概述在其傳輸過程中，當(dāng)距離較遠時，需采用光中繼設(shè)備，把信號經(jīng)過中繼再生處理后傳輸。實用系統(tǒng)是雙方向的，其結(jié)構(gòu)圖如圖2.8所示。下面簡要介紹基本光纖傳輸系統(tǒng)的3個組成部分。1.光發(fā)射機光發(fā)射機的功能是把輸入電信號轉(zhuǎn)換為光信號，并用藕合技術(shù)把光信號最大限度地注入光纖線路。光發(fā)射機由光源、驅(qū)動器和調(diào)制器組成，光源是光發(fā)射機的核心。光發(fā)射機的性能基本上取決于光源的特性，對光源的要求是輸出光功率足夠大，調(diào)制頻率足夠高，譜線寬度和光束發(fā)散角盡可能小，輸出功率和波長穩(wěn)定，器件壽命長。目前廣泛使用的光源有半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)和半導(dǎo)體激光二極管或稱激光器(CLD)，以及譜線寬度很小的動態(tài)單縱模分布反饋(DFB)激光器。上一頁下一頁返回2.4光纖通信系統(tǒng)概述在其傳輸過程中，當(dāng)距離較遠時，需采用2.4光纖通信系統(tǒng)概述有些場合也使用固體激光器，例如大功率的摻欽記鋁石榴石(YAG)激光器。目前有直接調(diào)制和間接調(diào)制(或稱外調(diào)制)兩種調(diào)制方案，如圖2.9所示。直接調(diào)制是用電信號直接調(diào)制半導(dǎo)體激光器或發(fā)光二極管的驅(qū)動電流，使輸出光強度隨電信號變化而變化。這種方案技術(shù)簡單，成本較低，容易實現(xiàn)，但調(diào)制速率受激光器的頻率特性所限制。間接調(diào)制是把激光的產(chǎn)生和調(diào)制分開，用獨立的調(diào)制器調(diào)制激光器的輸出光而實現(xiàn)的。目前有多種調(diào)制器可供選擇，最常用的是電光調(diào)制器，這種調(diào)制器是利用電信號改變電光晶體的折射率，使通過調(diào)制器的光參數(shù)隨電信號變化而實現(xiàn)調(diào)制的。間接調(diào)制的優(yōu)點是調(diào)制速率高，缺點是技術(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。上一頁下一頁返回2.4光纖通信系統(tǒng)概述有些場合也使用固體激光器，例如大功率有線傳輸技術(shù)課件2.4光纖通信系統(tǒng)概述對光參數(shù)的調(diào)制，原理上可以是光強(功率)、幅度、頻率或相位調(diào)制，但實際上目前大多數(shù)光纖通信系統(tǒng)都采用直接光強調(diào)制。因為幅度、頻率或相位調(diào)制，需要幅度和頻率非常穩(wěn)定、相位和偏振方向可以控制、譜線寬度很窄的單模激光源，并采用外調(diào)制方案，所以這些調(diào)制方式只在新技術(shù)系統(tǒng)中使用。2.光纖線路光纖線路的功能是把來自光發(fā)射機的光信號，以盡可能小的畸變(失真)和衰減傳輸?shù)焦饨邮諜C。光纖線路由光纖、光纖接頭和光纖連接器組成。光纖是光纖線路的主體，接頭和連接器是不可缺少的器件。實際工程中使用的是容納許多根光纖的光纜。上一頁下一頁返回2.4光纖通信系統(tǒng)概述對光參數(shù)的調(diào)制，原理上可以是光強(功2.4光纖通信系統(tǒng)概述光纖線路的性能主要由纜內(nèi)光纖的傳輸特性決定。要求光纖的損耗和色散這兩個傳輸特性參數(shù)都盡可能地小，而且有足夠好的機械特性和環(huán)境特性。例如，在不可避免的應(yīng)力作用下和環(huán)境溫度改變時，保持傳輸特性穩(wěn)定。目前使用的石英光纖有多模光纖和單模光纖，單模光纖的傳輸特性比多模光纖好，價格比多模光纖便宜，因而得到更廣泛的應(yīng)用。單模光纖配合半導(dǎo)體激光器，適合大容量長距離光纖傳輸系統(tǒng)，而小容量短距離系統(tǒng)用多模光纖配合半導(dǎo)體發(fā)光二極管更加合適。為適應(yīng)不同通信系統(tǒng)的需要，已經(jīng)設(shè)計了多種結(jié)構(gòu)不同、特性優(yōu)良的單模光纖，并成功地投入實際應(yīng)用。作為光源的激光器的發(fā)射波長和作為光檢測器的光電二極管的波長響應(yīng)，都要和光纖的三個波長窗口相一致。上一頁下一頁返回2.4光纖通信系統(tǒng)概述光纖線路的性能主要由纜內(nèi)光纖的傳輸特2.4光纖通信系統(tǒng)概述

3.光接收機光接收機的功能是把從光纖線路輸出、產(chǎn)生畸變和衰減的微弱光信號轉(zhuǎn)換為電信號，并經(jīng)放大和處理后恢復(fù)成發(fā)射前的電信號。光接收機由光檢測器、放大器和相關(guān)電路組成。光檢測器是光接收機的核心。對光檢測器的要求是響應(yīng)度高、噪聲低和響應(yīng)速度快。目前廣泛使用的光檢測器有兩種類型:在半導(dǎo)體PN結(jié)中加入本征層的PIN光電二極管(PIN-PD)和雪崩光電二極管(APD)。光接收機把光信號轉(zhuǎn)換為電信號的過程(常簡稱為光/電或O/E轉(zhuǎn)換)，是通過光檢測器的檢測實現(xiàn)的。檢測方式有直接檢測和外差檢測兩種。直接檢測是用檢測器直接把光信號轉(zhuǎn)換為電信號。這種檢測方式設(shè)備簡單、經(jīng)濟實用，是當(dāng)前光纖通信系統(tǒng)普遍采用的方式。上一頁下一頁返回2.4光纖通信系統(tǒng)概述3.光接收機上一頁下一頁返回2.4光纖通信系統(tǒng)概述外差檢測要設(shè)置一個本地振蕩器和一個光混頻器，使本地振蕩光和光纖輸出的信號光在混頻器中產(chǎn)生差拍而輸出中頻光信號，再由光檢測器把中頻光信號轉(zhuǎn)換為電信號。外差檢測方式的難點是需要頻率非常穩(wěn)定、相位和偏振方向可控制、譜線寬度很窄的單模激光源;優(yōu)點是有很高的接收靈敏度。目前，實用光纖通信系統(tǒng)普遍采用直接調(diào)制一直接檢測方式。外調(diào)制一外差檢測方式雖然技術(shù)復(fù)雜，但是傳輸速率和接收靈敏度很高，是主干光纖通信網(wǎng)采用且很有發(fā)展前途的通信方式。光接收機最重要的特性參數(shù)是靈敏度和動態(tài)范圍。靈敏度是衡量光接收機質(zhì)量的綜合指標(biāo)，它反映接收機調(diào)整到最佳狀態(tài)時，接收微弱光信號的能力。上一頁下一頁返回2.4光纖通信系統(tǒng)概述外差檢測要設(shè)置一個本地振蕩器和一個2.4光纖通信系統(tǒng)概述靈敏度主要取決于組成光接收機的光電二極管和放大器的噪聲，并受傳輸速率、光發(fā)射機的參數(shù)和光纖線路的色散的影響，還與系統(tǒng)要求的誤碼率或信噪比有密切關(guān)系。所以靈敏度也是反映光纖通信系統(tǒng)質(zhì)量的重要指標(biāo)。光接收機的動態(tài)范圍用D表示，是在保證系統(tǒng)的誤碼率指標(biāo)要求下，接收機的最低輸入光功率(用dBm來描述)和最大允許輸入光功率(用dBm來描述)之差((dB)?；竟饫w傳輸系統(tǒng)作為獨立的“光信道”單元，若配置適當(dāng)?shù)慕涌谠O(shè)備，則可以加入到現(xiàn)有的數(shù)字通信系統(tǒng)或模擬通信系統(tǒng)，以及有線通信系統(tǒng)或無線通信系統(tǒng)的發(fā)射與接收之間。上一頁下一頁返回2.4光纖通信系統(tǒng)概述靈敏度主要取決于組成光接收機的光電二有線傳輸技術(shù)課件2.4光纖通信系統(tǒng)概述光發(fā)射機、光纖線路和光接收機，若配置適當(dāng)?shù)墓馄骷梢越M成傳輸能力更強、功能更完善的光纖通信系統(tǒng)。例如，在光纖線路中插入光纖放大器組成光中繼長途系統(tǒng)，配置波分復(fù)用器和解復(fù)用器組成大容量波分復(fù)用系統(tǒng)，使用藕合器或光開關(guān)組成無源光網(wǎng)絡(luò)等。2.4.4光纖通信系統(tǒng)的傳輸碼型在光纖通信系統(tǒng)中，傳輸碼型是必須考慮的。由數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的基本組成可知，首先要將PCM多路復(fù)用設(shè)備送出的電信號，轉(zhuǎn)化為光信號然后再進行傳輸。在數(shù)字通信中，傳輸碼型的選擇是一個必須考慮的問題。在數(shù)字光纖通信系統(tǒng)中，因為使用的信號源是光源，傳輸手段是光導(dǎo)纖維，由此帶來的新問題就是，光纖通信系統(tǒng)中傳輸哪種碼型最合適。上一頁下一頁返回2.4光纖通信系統(tǒng)概述光發(fā)射機、光纖線路和光接收機，若配置2.4光纖通信系統(tǒng)概述對于數(shù)字端機的接口碼型，一般采用雙極性碼，因為對電脈沖信號，以0伏為中心，無論產(chǎn)生正脈沖還是負脈沖都是比較容易的。目前常用的雙極性碼有HDB3碼和CMI碼。HDB3碼適用于2~34Mb/s(1~3次群)的數(shù)字信號接口，而CMI碼適用于140Mb/s數(shù)字信號接口。另一種是CMI—傳號反轉(zhuǎn)碼，它是一種兩電平不歸零碼，這種碼型的特點，即將原來二進制碼的“0"，編為01;將原來二進制的“1"，編為00或11。若前一次用00，則后一次用11，即00和11是交替出現(xiàn)的，從而使“0""1”在碼流中是平衡的，并且10不準(zhǔn)出現(xiàn)，作為禁字使用。因此，一旦碼流中出現(xiàn)10就知道前面產(chǎn)生了誤碼，因而具有誤碼監(jiān)測功能。在PCM中所采用的數(shù)字信號并不適于在光纖中傳輸，其原因是如下。上一頁下一頁返回2.4光纖通信系統(tǒng)概述對于數(shù)字端機的接口碼型，一般采用雙極2.4光纖通信系統(tǒng)概述(1)CCITT建議，PCM通信系統(tǒng)與光纖通信系統(tǒng)的接口碼型是HDB3碼或CMI碼。HDB3碼有+1,0和-1三種狀態(tài)，光纖通信系統(tǒng)中，光源只有發(fā)光和不發(fā)光兩種狀態(tài)，沒有發(fā)負光的狀態(tài)，HDB3碼不適于在光纖通信系統(tǒng)中傳輸，必須將HDB3碼變換為單極性0,1碼，要保證解碼后的碼型仍具有誤碼檢測等能力必須重新編碼。

(2)在光線路中，除傳送主信號外，還需傳送許多輔助信號，如監(jiān)控信號、區(qū)間通信信號、公務(wù)通信信號、數(shù)據(jù)通信信號等，為此就要在原碼速基礎(chǔ)上提高碼速，增加信息元余度。具體做法是在原有碼流中插入脈沖，這也需要重新編碼。在光纖通信中常用的線路碼型很多，大體上可分為兩類，即分組碼和插入比特碼。上一頁下一頁返回2.4光纖通信系統(tǒng)概述(1)CCITT建議，PCM通信系2.4光纖通信系統(tǒng)概述

1.分組碼最典型的分組碼為mBnB碼，它是把輸入碼流中每m比特碼分為一組，然后變換為n比特。m,n均為正整數(shù)，且n>m，一般n=m+1。這樣，變換之后，碼組的比特數(shù)比變換前大，即輸入碼字共有2種，輸出碼字可能組成2”種，使變換后的碼流有了“富余”(少已余)。有了它，在碼流中除了可以傳輸原來的信息外，還可以傳輸與誤碼檢測等有關(guān)的信息。另外，經(jīng)過適當(dāng)?shù)木幋a之后可以改善定時信號的提取和直流分量的起伏等問題。mBnB碼型中有1B2B,2B3B,3B2B,5B6B等。其中，5B6B碼被認(rèn)為在編碼復(fù)雜性和比特元余度之間是最合理的折中，因此使用較為普遍。5Y6Y的編碼表如表2.3所示。上一頁下一頁返回2.4光纖通信系統(tǒng)概述1.分組碼上一頁下一頁返回2.4光纖通信系統(tǒng)概述編碼的情況:5B6B碼使碼流中每5位碼元分為一組，然后再將這5位碼變換為6位碼。按照數(shù)學(xué)排列組合的理論可知，由“0”“1”這兩種二元信號組成的5位和6位碼，有如下排列:5位碼的排列數(shù):25=32種

6位碼的排列數(shù):26=64種碼流平衡情況的分析:(1)通過觀察表2.3可發(fā)現(xiàn)，6位碼中含有3個“1”和3個“0”的平衡碼組共有20個。所謂平衡碼是指在一個碼組中，"0”和“1”的個數(shù)相等。顯然，這樣的碼型有利于保持信碼流中直流分量的穩(wěn)定性。(2)而6位碼組中，四個“1”和兩個“0”或四個“0”和兩個“1”的非平衡碼組共有30個。我們只選用其中的12組。上一頁下一頁返回2.4光纖通信系統(tǒng)概述編碼的情況:5B6B碼使碼流中每5位2.4光纖通信系統(tǒng)概述

(3)除上述兩種碼組外，還有14組。這14組6位碼中，“0”和“1”的個數(shù)懸殊太大，不利于穩(wěn)定碼流中的直流分量，因此不選用。碼組的選用:從上面的分析可以看出碼組的選用原則如下。(1)首先選取碼組中含有3個“0”和“1”的20個平衡碼組。(2)再選含有4個“0”或4個“1”的30個非平衡碼組中的24個。其中正模式中“1”的個數(shù)多，負模式中“1”的個數(shù)少。當(dāng)信碼流中出現(xiàn)上述某個模式后，隨后的一組碼應(yīng)選用另一種模式。這樣，正、負碼交替使用，就保持了信碼流中“0""1”出現(xiàn)的總概率相等。(3)對于“0""1”出現(xiàn)概率懸殊的14種碼組不予選用，以保持信碼流分量的穩(wěn)定。上一頁下一頁返回2.4光纖通信系統(tǒng)概述(3)除上述兩種碼組外，還有14組有線傳輸技術(shù)課件2.4光纖通信系統(tǒng)概述

(4)綜上所述，在5B6B的64個碼組中，有20個碼組未用。這樣，接收端一旦收到這20個碼組中的任意一個，必定是在傳輸中出現(xiàn)了誤碼。所以，可以用這種編碼方式對系統(tǒng)進行誤碼檢測。一般把這種不使用的碼字稱為禁字。(5)5B6B碼的碼速提高率為H，即:

5B6B碼的輔助信息的傳送主要有以下幾種方法:(1)5B6B碼傳送輔助信號采用輔助信號對主信號調(diào)制的方式。輔助信號本身用基帶傳送或移頻鍵控的方法。上一頁下一頁返回2.4光纖通信系統(tǒng)概述(4)綜上所述，在5B6B的64個2.4光纖通信系統(tǒng)概述輔助信號的碼率為64kb/s，調(diào)制以后其占用的頻帶在128kb/s以下，而主信號5B6B碼的功率譜密度在128kHz點已降到最大值的2%。以下，因此相互干擾很小。

(2)5B6B碼另一種傳送輔助信號的方式是將輸入碼字經(jīng)過5B6B碼變換之后，再進行一次輔助信息比特的插入。這相當(dāng)于進行了兩次碼型變換，提高了碼速，同時破壞了5B6B碼良好的傳輸性能。

(3)還有一種是利用5B6B碼的冗余信息來承載輔助信號的方法。2.插入比特碼這種碼型是將信碼流中每。比特劃分為一組，然后在這組的末尾一位之后插入1個比特碼。由于插入的比特碼的功能不同，這種碼型又可分為3種形式。上一頁下一頁返回2.4光纖通信系統(tǒng)概述輔助信號的碼率為64kb/s，調(diào)制2.4光纖通信系統(tǒng)概述

(1)mB1P碼。

mB1P碼是將輸入的二進制碼每m比特分為一組，檢查每組中傳號(即“1”碼)的奇偶性，根據(jù)校驗的結(jié)果，在m比特之后插入一比特奇偶校正位(1P)，故稱為mB1P碼。若mB中的傳號為奇數(shù)個，則1P為傳號(“1”);若mB中的傳號為偶數(shù)個，則1P為空號(+0。例如，8個碼元為一組的碼組為11011001;編為8B1P碼時的碼組為110110011。根據(jù)碼格式的不同，mB1P碼有多種派生情況，如間隔插入幀碼的mB1P碼(1FmB1P)、周期性插入傳號和空號的mB1P碼(PMSImB1P)等。但是單純性mB1P碼使用最普遍。常見的是7鎮(zhèn)。鎮(zhèn)17構(gòu)成的碼。在實際使用中，mB1P碼往往和擾碼結(jié)合在一起使用。上一頁下一頁返回2.4光纖通信系統(tǒng)概述(1)mB1P碼。上一頁下一頁返回2.4光纖通信系統(tǒng)概述(2)mB1C碼。這種碼型是將信碼流每m比特分為一組，然后在其末位之后再插入一個反碼(又稱補碼)，即C碼。C碼的作用是:如果第m位碼為“1”碼，則反碼為“0”，反之則為“1”。例如，8個碼元為一組的碼組為:11011001;編為8B1C碼時的碼組為:110110010。因此插入C碼可進行誤碼檢測，此外，還可減少連“0”或連“1”的不良影響。(3)mB1H碼。這種碼是將信碼流中每刀，比特碼分為一組，然后在其末位之后插入一個混合碼，稱為H碼。上一頁下一頁返回2.4光纖通信系統(tǒng)概述(2)mB1C碼。上一頁下一頁返回2.4光纖通信系統(tǒng)概述這種碼型具有多種功能，除可完成mB1P和mB1C碼的功能外，還可同時用來完成區(qū)間通信、公務(wù)聯(lián)絡(luò)、數(shù)據(jù)傳輸以及誤碼檢測等功能。下面，以8B1H碼為例說明插入混合碼的功能，如圖2.10所示。3.其他線路碼型在光纖通信中，有時利用電纜傳送數(shù)字信號。因此可用ITU一TG.703建議的物理/電氣接口碼型。如偽雙極性碼即CMI和I->MI碼，其變換規(guī)則如表2.4所示。CMI碼由于結(jié)構(gòu)均勻，傳輸性能好可以用游動數(shù)字和的方法檢測誤碼，因此誤碼檢測性能好。由于它是一種電接口碼型，因此139.262kb/s光纖傳輸系統(tǒng)就用CMI碼作為光線路碼型。上一頁下一頁返回2.4光纖通信系統(tǒng)概述這種碼型具有多種功能，除可完成mB12.4光纖通信系統(tǒng)概述另外，它還不需重新變換，直接用四次群復(fù)用設(shè)備送來的CMI信號調(diào)制光源。接收端也可直接將再生還原的CMI碼直接送給四次群復(fù)用設(shè)備，而不需線路碼型的變換和反變換設(shè)備。CMI碼的缺點是:碼速提高率(等于100%)太大以及傳送輔助信息的性能較差。2.4.5光纖通信系統(tǒng)的特點光纖通信與其他通信手段的主要區(qū)別有兩點，一是光纖通信用光波作為載波傳輸信號;二是用光導(dǎo)纖維構(gòu)成的光纜作為傳輸線路。其優(yōu)勢具體體現(xiàn)在以下幾個方面。1.信道帶寬極寬，傳輸容量大上一頁下一頁返回2.4光纖通信系統(tǒng)概述另外，它還不需重新變換，直接用四次群2.4光纖通信系統(tǒng)概述隨著社會信息化進程的發(fā)展，人們對通信的依賴程度越來越高，對通信系統(tǒng)運載信息能力的要求也日趨增強，有線通信從明線發(fā)展到電纜，無線通信從短波發(fā)展到微波和毫米波，都是試圖通過提高載波頻率來提高信道容量，而光纖中傳輸?shù)墓獠ㄊ瞧駷橹故褂妙l率最高的載波，其傳輸容量無疑是最高的。限于器件等技術(shù)因素的制約，目前光纖通信應(yīng)有的通信能力并沒有完全發(fā)揮出來。例如，理論上一根光纖可以同時傳輸近100億路電話和1000萬路電視節(jié)目，而現(xiàn)有的實用水平為每對光纖傳輸48萬多路電話信號。在實際使用中，常使用組合光纖數(shù)不等的光纜，加之一些新技術(shù)的應(yīng)用，如密集波分復(fù)用技術(shù)(DWDM)，其傳輸容量可以滿足任何條件下信息傳輸?shù)男枰Ｉ弦豁撓乱豁摲祷?.4光纖通信系統(tǒng)概述隨著社會信息化進程的發(fā)展，人們對通信有線傳輸技術(shù)課件2.4光纖通信系統(tǒng)概述

2.中繼距離長中繼距離是指傳輸線路上不加放大器時信號所能傳輸?shù)淖畲缶嚯x。當(dāng)信號在傳輸線上傳輸時，由于傳輸線的損耗會使信號不斷衰減，信號傳輸?shù)木嚯x越長，其衰減程度就越多，當(dāng)信號衰減到一定程度后，對方就收不到信號。為了延長通信的距離往往要在傳輸線路上設(shè)置一些放大器，也稱為中繼器，將衰減了的信號放大后再繼續(xù)傳輸以延長通信距離，顯然，中繼器越多，傳輸線的成本就越高，通信的可靠性也會降低，若某一中繼器出現(xiàn)故障，就會影響整個線路的正常通信。在通信系統(tǒng)設(shè)計中，傳輸線路的損耗是要考慮的基本因素，光纖的傳輸損耗較之電纜要小得多，所以能實現(xiàn)長距離的無中繼傳輸，在1550nm波長區(qū)，光纖的衰減系數(shù)可低至0.2dB/km，這對降低通信成本，提高通信的可靠性及穩(wěn)定性具有特別重大的意義。上一頁下一頁返回2.4光纖通信系統(tǒng)概述2.中繼距離長上一頁下一頁返回2.4光纖通信系統(tǒng)概述目前，采用低損耗光纖組成的光纖通信系統(tǒng)最大中繼距離可達200多千米，而同軸電纜系統(tǒng)的最大中繼距離僅為6千米。

3.抗電磁干擾性能好干擾是影響通信質(zhì)量的重要因素，干擾對通信系統(tǒng)的影響是通過干擾信號頻譜落在通信系統(tǒng)工作頻譜范圍內(nèi)產(chǎn)生的，對通信系統(tǒng)形成干擾的干擾源很多。有天然干擾源，如雷電、電離層的變化和太陽黑子活動等;有工業(yè)干擾源，如電動機和高壓電力線;還有無線通信的相互干擾等。為了降低干擾的影響，人們采取了數(shù)字通信、差錯控制編碼等措施，但并不能完全消除干擾對通信指標(biāo)的劣化。而光纖中傳輸?shù)墓庑盘柧哂刑囟ǖ念l率范圍，使它不易受各種電磁干擾的影響。上一頁下一頁返回2.4光纖通信系統(tǒng)概述目前，采用低損耗光纖組成的光纖通信系2.4光纖通信系統(tǒng)概述同時光纖是由高純度的二氧化硅材料制成的，不導(dǎo)電，也無電感效應(yīng)，所以光纖通信系統(tǒng)可以從根本上解決多年來困擾人們的干擾問題。

4.保密性能好保密性好是通信系統(tǒng)又一重要要求。對信息的竊取通常有3個途徑:一是直接接入式竊聽;二是竊聽計算機和終端設(shè)備輻射的電磁場;三是竊聽電纜源輻射的電磁場。對于第一種竊聽可以采取保密口令，信息加密等技術(shù);對于第二種竊聽可以采取加強電磁屏蔽等措施，但電纜系統(tǒng)的完全屏蔽通常是比較困難的，現(xiàn)代偵聽技術(shù)已能做到在離同軸電纜幾千米的地方竊聽電纜中傳輸?shù)男盘?。但光波在光纖中傳輸，幾乎不產(chǎn)生泄漏，難于用傳統(tǒng)的方法竊聽其中的信息，同時，它也不會干擾其他通信設(shè)備的正常工作。上一頁下一頁返回2.4光纖通信系統(tǒng)概述同時光纖是由高純度的二氧化硅材料制成2.4光纖通信系統(tǒng)概述5.節(jié)約有色金屬，有利于資源合理使用光纖的主要原材料是來源豐富的二氧化硅。據(jù)測量，從天津至南京鋪設(shè)一條電纜線路需要用銅800噸，鉛300噸。如果用光纖代替銅、鉛等有色金屬。在保持相同的傳輸容量下，僅需要10千克石英。因此，光纖通信技術(shù)的推廣將節(jié)約大量的金屬材料，具有合理使用地球資源進行可持續(xù)發(fā)展的重要意義。6.壽命長盡管還沒有得到證實，但可以斷言，光纖通信系統(tǒng)遠比金屬設(shè)施的使用壽命長，因為光纜具有更強的適應(yīng)環(huán)境變化和抗腐蝕的性能。上一頁下一頁返回2.4光纖通信系統(tǒng)概述5.節(jié)約有色金屬，有利于資源合理使用2.4光纖通信系統(tǒng)概述除上述列舉的優(yōu)勢外，光纖還具有線徑細、重量輕等優(yōu)點。光纜的直徑很小，122芯光纜橫截面直徑不到18mm，而標(biāo)準(zhǔn)同軸電纜為27mm，利用光纖這個特點可以解決地下管道擁擠問題。由于光纖的重量輕，它被應(yīng)用于飛機制造上，不但降低了通信設(shè)備的成本和飛機制造的成本，而且提高了通信系統(tǒng)的抗干擾能力和飛機設(shè)計的靈活性。由于光纖通信的諸多優(yōu)點，除了在公用通信系統(tǒng)和專用通信系統(tǒng)中使用外，它還在其他許多領(lǐng)域，如測量、傳感、自動控制及醫(yī)療衛(wèi)生等方面得到了廣泛的應(yīng)用。光纖本身也存在一些缺陷。光纖在生產(chǎn)過程中光纖表面存在微裂紋，從而使光纖的抗拉強度低，光纖的連接必須使用專門的工具和儀表，光分路、禍合不是十分方便，光纖彎曲半徑不能太小等，這些缺陷的影響在實際工程和維護工作中都可以采取相應(yīng)措施避免或解決。上一頁返回2.4光纖通信系統(tǒng)概述除上述列舉的優(yōu)勢外，光纖還具有線徑細2.5光纖和光纜2.5.1光纖的結(jié)構(gòu)和類型1.光纖的結(jié)構(gòu)光纖的結(jié)構(gòu)和同軸電纜很相似，只是沒有網(wǎng)狀屏蔽層。纖芯通常是由石英玻璃制成的橫截面積很小的雙層同心圓柱體，它質(zhì)地脆，易斷裂，因此需要外加一保護涂層。芯外面包圍著一層折射率比纖芯低的玻璃封套，簡稱包層，以使光線保持在芯內(nèi)。再外面的是一層薄的塑料外套，用來保護封套。光纖通常被扎成束，外面有護套保護。其結(jié)構(gòu)如圖2.11所示。下一頁返回2.5光纖和光纜2.5.1光纖的結(jié)構(gòu)和類型下一頁返回2.5光纖和光纜現(xiàn)在，國際電信聯(lián)盟ITU-T)和國際電工委員會(IEC)都對大多數(shù)單模光纖和多模光纖產(chǎn)品的幾何尺寸、傳輸性能和測量方法做了詳細的技術(shù)規(guī)范。例如，各種光纖的幾何尺寸要求中所規(guī)定的光纖包層直徑都是125μm，單模光纖纖芯的直徑為8~10μm，而在多模光纖中，纖芯的直徑是15~50μm，大致與人的頭發(fā)的粗細相當(dāng)。光纖主要是由二氧化硅(SiO2)或硅酸鹽玻璃制造而成?，F(xiàn)在經(jīng)常用的光纖有石英光纖(SiO2),塑料光纖和肉化物光纖。(1)玻璃光纖。這種光纖的纖芯和包層是由高純度的Si0:摻有適當(dāng)?shù)碾s質(zhì)制成的，例如GeO2.SiO2和P2O5.SiO2作芯子，用B2O3.SiO2作包層。目前，這種光纖的損耗最低、強度和可靠性最高、應(yīng)用最廣泛，但價格也較高。上一頁下一頁返回2.5光纖和光纜現(xiàn)在，國際電信聯(lián)盟ITU-T)和國際電工2.5光纖和光纜(2)鹵化物玻璃纖維。1975年Renees大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)氯化物玻璃在光波頻譜的中段直到紅外波段(0.2~8μm)有極低的傳輸損耗，其最低損耗窗口在2.55μm附近。氯化物玻璃是鹵化物玻璃家族中的一員，鹵化物中的負離子來自于元素周期表中的第VII組元素，例如氟、氯、嗅、碘。(3)塑料光纖。伴隨著高速業(yè)務(wù)需求的日益增長，促使光纖研發(fā)人員去研發(fā)高帶寬的用于用戶接入的梯度折射率聚合物光纖(POF)。這類光纖的纖芯，既可以是有機玻璃，也可以是加氯的聚合物，這兩類物質(zhì)構(gòu)成纖芯的光纖分別稱為PMMAPOF和PFPPOF。盡管塑料光纖與玻璃光纖相比有更大的光信號衰減，但它們具有更好的韌性，更加耐用。上一頁下一頁返回2.5光纖和光纜(2)鹵化物玻璃纖維。1975年Renee2.5光纖和光纜2.光的傳播特性屬電磁能量，在空氣中的傳播速度大約為3X108m/s。所有頻率的光波在空氣中的傳播速率都是一樣的。光在均勻介質(zhì)中沿直線傳播。光從光疏介質(zhì)到光密介質(zhì)傳播時，電磁波速度會降低，光線向法線方向折射;相反，光從光密介質(zhì)到光疏介質(zhì)傳播時，電磁波速度提高，光線偏離法線方向折射。發(fā)生在兩種不同介質(zhì)的光的折射程度可用折射率描述。簡單地說，光的折射率就是光在空氣中與給定介質(zhì)中的傳播速率的比值，數(shù)學(xué)上表示為:n=C/V(2.2)式中C—空氣中光的傳播速率，C=3X105km/s;

V—給定介質(zhì)中光的傳播速率。上一頁下一頁返回2.5光纖和光纜2.光的傳播特性上一頁下一頁返回2.5光纖和光纜幾種常見介質(zhì)的折射率列于表2.5中。光在兩種可透射，且具有不同折射率的介質(zhì)界面發(fā)生折射的情況可用斯涅爾定律(Snell'slaw)表示。斯涅爾定律的關(guān)系式為:n1sinθ1=n2sinθ2(2.3)式中n1—介質(zhì)1的折射率;

n2—介質(zhì)2的折射率;

θ1—入射角;

θ2—折射角。在截面上入射光線發(fā)生折射，折射路徑是向法線方向偏斜還是遠離法線方向，取決于n1是小于還是大于n2。上一頁下一頁返回2.5光纖和光纜幾種常見介質(zhì)的折射率列于表2.5中。上一頁有線傳輸技術(shù)課件2.5光纖和光纜圖2.12表示的是當(dāng)入射光線以某一角度射入而折射角正好等于90o，使折射光線與界面重合的情況。注意，此時光線是由光密介質(zhì)向光疏介質(zhì)傳播的。由式(2.3)可知:當(dāng)θ2=90。時，由n1sinθ1=n2sinθ2;則:

θc=θ1=sin-1(n2/n1)其中，θc就是臨界角，是指當(dāng)光由光密介質(zhì)到光疏介質(zhì)傳播時，使折射光與界面重合，即折射角等于90o或者更大的最小入射角。當(dāng)折射角大于或等于90o，光線就不會進入光疏介質(zhì)，而在界面上發(fā)生全反射，反射角等于入射角。3.光線在光纖中的傳播所謂光纖就是工作在光頻的介質(zhì)波導(dǎo)，光纖波導(dǎo)通常是做成圓柱形的。上一頁下一頁返回2.5光纖和光纜圖2.12表示的是當(dāng)入射光線以某一角度射2.5光纖和光纜光可按照反射和折射兩種方式沿光纖波導(dǎo)傳播，傳播方式主要取決于光纖的傳播和折射率分布。光纖可以約束光波的電磁能量位于波導(dǎo)表面以內(nèi)，并引導(dǎo)電磁能量沿光纖軸方向傳播。光波導(dǎo)的傳播特性取決于它的結(jié)構(gòu)參數(shù)，這些結(jié)構(gòu)參數(shù)將決定光信號在光纖中傳播時所受到的影響。光纖的結(jié)構(gòu)基本確定了它的信息承載容量。光纖波導(dǎo)最常用的結(jié)構(gòu)是單一固體電介質(zhì)圓柱.如圖2.13所示。這個介質(zhì)圓柱就是通常所說的纖芯.折射率是n1纖芯周圍是折射率為n2的電介質(zhì)包層.而且n1<n2。從原理上分析.當(dāng)光在纖芯中傳播時.包層并不是必需的.之所以采用包層結(jié)構(gòu)是基于以下幾種考慮.首先包層可以減少散射損耗.而散射損耗則是由纖芯表面電介質(zhì)的不連續(xù)性造成的;其次包層可以增加光纖的機械強度.還可以防止纖芯受污染。上一頁下一頁返回2.5光纖和光纜光可按照反射和折射兩種方式沿光纖波導(dǎo)傳播，2.5光纖和光纜低損耗和中損耗光纖一般使用玻璃作為纖芯材料.而包層則可以是另一種玻璃或是塑料。高損耗的塑料芯光纖其包層也為塑料.這種光纖同樣有廣泛的用途。另外.大多數(shù)光纖都密封在一層富有彈性、耐腐蝕的塑料護套中。這一層材料可以進一步增加光纖的強度.保護或減緩因小的幾何不規(guī)則、變形和表面粗糙所造成的機械損傷。如果一種光纖的纖芯折射率是均勻的.在纖芯與包層的界面有一個折射率突變(或階躍).此類光纖稱為階躍折射率光纖;如果纖芯折射率作為從光纖中心向外的徑向距離的函數(shù)而漸變.這類光纖稱為梯度折射率光纖。4.光纖的分類在光纖技術(shù)中.“?！钡母拍詈唵握f就是“路徑”。如果只有一條光徑沿光纜傳播.則稱為單模;如果多于一條.則稱為多模。上一頁下一頁返回2.5光纖和光纜低損耗和中損耗光纖一般使用玻璃作為纖芯材料2.5光纖和光纜無論是階躍型還是梯度型折射率光纖.均可分為單模光纖和多模光纖兩類。圖2.14給出了單模光纖和多模光纖的幾個典型尺寸。下面分別來講述單模光纖和多模光纖的特點。(1)單模階躍型光纖。①優(yōu)點:·在這三種光纖中，單模階躍型光纖色散最小。由于光線幾乎沿同一路徑傳播，具有相同的軸向速度，因此系統(tǒng)消除了模間色散干擾，適用于高速率長距離系統(tǒng)?！そ邮斩诉€原光信號的高精確度，使單模階躍型光纖比其他光纖具有更寬的可用帶寬和更高的傳輸速率。

上一頁下一頁返回2.5光纖和光纜無論是階躍型還是梯度型折射率光纖.均可分為2.5光纖和光纜

②缺點:·由于纖芯極細，使光進出光纖的耦合十分困難，耦合效率低，光源的入射孔徑也最小?！ね瑯佑捎诶w芯極細，在使用單模階躍型光纖時，對光源的要求較高?！ぴ靸r高，制造相對困難。(2)多模階躍型光纖。①優(yōu)點:·造價低，制造相對容易。·有較大的射入孔徑，光耦合容易。②缺點:上一頁下一頁返回2.5光纖和光纜②缺點:上一頁下一頁返回2.5光纖和光纜·由于光纖中接收端到達光有不同的傳播路徑，存在模間色散，對系統(tǒng)性能影響比較嚴(yán)重?！た捎脦捄蛡鬏斔俾示陀谄渌墓饫w。(3)多模漸變型光纖。多模漸變型光纖性能介于單模和多模階躍型光纖之間。它比單模階躍型光纖更易于光的藕合，但比多模階躍型光纖困難;受多條傳播路徑的影響，其色散比單模階躍型光纖大，但小于多模階躍型光纖;比單模階躍型光纖容易制造，但又難于多模階躍型光纖。2.5.2光纖的損耗傳輸損耗是光纖的另一個重要性能指標(biāo)，它會造成光能的減弱，引起系統(tǒng)帶寬、傳輸速率、有效性以及整個系統(tǒng)通信能力的下降。上一頁下一頁返回2.5光纖和光纜·由于光纖中接收端到達光有不同的傳播路徑，2.5光纖和光纜主要損耗有:吸收損耗、瑞利散射、輻射損耗、連接器損耗。1.吸收損耗光纖中的吸收損耗與金屬電纜的功率損耗相似.其中的雜質(zhì)吸收光能并將它轉(zhuǎn)換成熱能。造成吸收損耗的因索主要有3個:紫外吸收、紅外吸收和離子諧振吸收。圖2.15表示了由紫外吸收、紅外吸收和離子諧振吸收造成的典型的光纖損耗。(1)紫外吸收。紫外吸收是因制造光纖的硅材料中的價電子引起的。光將這些價電子電離.而電離作用本身在光學(xué)領(lǐng)域就相當(dāng)于一種損耗.因而造成光纖傳輸?shù)膿p耗。(2)紅外吸收。紅外吸收是因玻璃纖芯中的原子吸收光子引起的。被吸收的光子產(chǎn)生無規(guī)則的機械振動.通常這就是熱能。上一頁下一頁返回2.5光纖和光纜主要損耗有:吸收損耗、瑞利散射、輻射損耗、2.5光纖和光纜(3)離子諧振吸收。離子諧振吸收是因光纖制造過程中含有OH-離子的水分子滲入光纖材料而引起的。此外.鐵、銅、鉻等金屬離子也會造成離子吸收。2.瑞利散射(材料散射)損耗在光纖制造過程中.玻璃經(jīng)過熱壓(拉伸成細長的光纖)處在一種可塑狀態(tài)(既非液態(tài)也非固態(tài)).作用其上的拉力引起逐漸冷卻的玻璃內(nèi)部發(fā)生亞微觀的形變.而且永久地固化在光纖中。當(dāng)沿光纖傳播的光遇到這些不規(guī)則的地方時.就會向不同的方向折射.發(fā)生散射。散射光有的繼續(xù)沿光纖傳播.但有的折射入包層.這就是光能的損失.即是通常所稱的瑞利散射損耗。上一頁下一頁返回2.5光纖和光纜(3)離子諧振吸收。離子諧振吸收是因光纖制2.5光纖和光纜3.輻射損耗輻射損耗是因為光纖的微小彎曲和缺陷引起的。彎曲有兩種形式:微彎曲和固定曲率半徑彎曲。纖芯與包層材料之間熱收縮率不同造成的彎曲稱為微彎曲.它即是光纖中發(fā)生瑞利散射的間斷點;固定曲率半徑彎曲是光纖在成纜或安裝過程中發(fā)生的彎曲。4.連接器損耗光纖的連接器損耗發(fā)生在這樣幾個光轉(zhuǎn)接處:光源一光纖的連接、光纖一光纖的連接、光纖光電檢波器的連接。連接沒對準(zhǔn)是造成連接損耗的主要原因一般有這樣幾種情況:橫向位移、連接位移、連接間隙、傾斜位移、截面不平整.這些損耗如圖2.16所示。上一頁下一頁返回2.5光纖和光纜3.輻射損耗上一頁下一頁返回2.5光纖和光纜2.5.3光纖的色散光的折射率與波長有關(guān)，如光源采用復(fù)色光，則不同波長的光有不同的光速。因此，由光源同時發(fā)出的光線經(jīng)光纖傳輸后不會同時到達遠端，接收到的信號會發(fā)生畸變，這種畸變就稱為色度畸變，它可用單色光源來消除。光纖的色散可以分為材料色散、波導(dǎo)色散、模間色散和偏振模色散。1.材料色散材料色散的產(chǎn)生是因為折射率是光波長的函數(shù)。如圖2.17所示為石英的折射率隨波長變化的曲線。又因為模式的群速率Vg是折射率的函數(shù)，所以模式中不同頻譜分量的傳播速率也是波長的函數(shù)。上一頁下一頁返回2.5光纖和光纜2.5.3光纖的色散上一頁下一頁返回2.5光纖和光纜因此，材料色散作為一種模內(nèi)色散，其影響對于單模波導(dǎo)和LED系統(tǒng)(因為LED的發(fā)射頻譜比半波導(dǎo)體激光器寬得多)顯得尤為突出。2.波導(dǎo)色散當(dāng)一個光脈沖進入光纖后，它的能量被分散到許多種導(dǎo)波模上，這些不同的模式以各自的群時延在不同的時刻到達光纖的另一端，從而使光脈沖發(fā)生展寬。對于多模光纖，波導(dǎo)色散與材料色散相比要小得多，因而可以忽略。3.偏振模色散光信號中不同偏振狀態(tài)的雙折射現(xiàn)象是導(dǎo)致脈沖展寬的另一個因素。這種因素對于長途大容量的光纖鏈路(例如以10Gb/s的速率傳輸數(shù)十千米)的影響尤為嚴(yán)重。上一頁下一頁返回2.5光纖和光纜因此，材料色散作為一種模內(nèi)色散，其影響對于2.5光纖和光纜這種鏈路系統(tǒng)一般工作在光纖的零色散波長附近。雙折射的產(chǎn)生是因為光纖本身的缺陷.如纖芯的幾何形狀不規(guī)則、內(nèi)部應(yīng)力不均勻等。哪怕纖芯的非圓程度還不到1%.可在高速系統(tǒng)中的影響就很明顯了。另外.外部的因索如彎曲、扭曲、擠壓光纖時.也會導(dǎo)致雙折射。在任何野外鋪設(shè)的光纖中.上述這些影響都會不同程度地存在.所以在光纖線路上雙折射的大小是不斷變化的。光信號的一個基本特性是它的偏振狀態(tài)。所謂偏振是指光信號中的電場矢量的取向.它會沿著光纖的長度顯著變化。如圖2.18所示.信號的能量在給定的波長處分解成兩個正交的偏振模。由于沿著光纖方向的雙折射程度不斷變化.因此兩個偏振模傳播的速率稍有差別.而且偏振方向也會發(fā)生旋轉(zhuǎn)。上一頁下一頁返回2.5光纖和光纜這種鏈路系統(tǒng)一般工作在光纖的零色散波長附近2.5光纖和光纜這兩個正交的偏振模最終所產(chǎn)生的時延差就會導(dǎo)致脈沖的展寬.這就是所謂的偏振模色散(PMD)。4.模間色散最后一個導(dǎo)致信號劣化的原因是模間色散，它的產(chǎn)生是因為在同一頻率點上不同模式具有不同的群時延。由圖2.19中所示的階躍折射率光纖的子午光線，我們可以得到很直觀的印象:模式階數(shù)越高，與光纖軸線之間的夾角越大，因而它的軸向群速率就越慢。模式之間的群速率差導(dǎo)致了群時延差，由此產(chǎn)生模間色散。這種色散對單模光纖沒有影響，但對多模光纖卻是至關(guān)重要的。上一頁下一頁返回2.5光纖和光纜這兩個正交的偏振模最終所產(chǎn)生的時延差就會導(dǎo)2.5光纖和光纜2.5.4光纜簡介1.光纜的結(jié)構(gòu)為了使光纖能在工程中實用化，能承受工程中拉伸、側(cè)壓和各種外力作用，還要具有一定的機械強度才能使性能穩(wěn)定，因此，將光纖制成不同結(jié)構(gòu)、不同形狀和不同種類的光纜以適應(yīng)光纖通信的需要。根據(jù)不同的用途和條件，制成的光纜種類很多，但其基本結(jié)構(gòu)是相同的，光纜主要由纜芯、加強元件和護層組成。(1)纜芯。纜芯是光纜結(jié)構(gòu)中的主體，其作用主要是妥善地安置光纖的位置，使光纖在各種外力影響下仍能保持優(yōu)良的傳輸性能。上一頁下一頁返回2.5光纖和光纜2.5.4光纜簡介上一頁下一頁返回2.5光纖和光纜纜芯可以分為單芯和多芯兩種。多芯光纜還要對光纖進行著色以便于識別。另外，為防止氣體和水分子浸入，光纖中應(yīng)具有各種防潮層并填充油膏。(2)強度元件。由于光纖的材料比較脆，容易斷裂，為了使光纜便于承受敷設(shè)安裝時所加的外力等，在光纜內(nèi)中心或四周要加一根或多根加強元件，加強元件的材料可用鋼絲或非金屬的纖維—增強塑料(FRP)等。(3)護層。光纜的護層主要是對已形成的光纖芯線起保護作用，避免受外部機械力和環(huán)境損壞。上一頁下一頁返回2.5光纖和光纜纜芯可以分為單芯和多芯兩種。多芯光纜還要對2.5光纖和光纜因此，要求護層具有耐壓力、防潮、濕度特性好、重量輕、耐化學(xué)侵蝕、阻燃等特點。光纜的護層又分內(nèi)護層和外護層:內(nèi)護層一般采用聚乙烯或聚氯乙烯等;外護層可根據(jù)敷設(shè)條件而定，采用由鉆帶和聚乙烯組成的LA外護套加鋼絲銷裝等。2.光纜的種類(1)層絞式光纜。層絞式光纜是將若干根光纖芯線以強度元件為中心絞合在一起的一種結(jié)構(gòu)，如圖2.20

(a)所示。特點是成本低，芯線數(shù)不超過10根。上一頁下一頁返回2.5光纖和光纜因此，要求護層具有耐壓力、防潮、濕度特性好2.5光纖和光纜(2)骨架式光纜。這種結(jié)構(gòu)是將單根或多根光纖放入骨架的螺旋槽內(nèi).骨架中心是強度元件.骨架上的溝槽可以是V形、U形或凹形.如圖2.20(b)所示。由于光纖在骨架溝槽內(nèi)具有較大空間.因此當(dāng)光纖受到張力時.可在槽內(nèi)作一定的位移從而減少了光纖c,線的應(yīng)力應(yīng)變和微變.這種光纖具有耐側(cè)壓、抗彎曲、抗拉的特點。(3)帶狀式光纜。帶狀式光纜是指將2~12根光纖芯線排列成行構(gòu)成帶狀光纖單元.再將多個帶單元按一定方式排列成纜.如圖2.20(c)所示。這種光纜結(jié)構(gòu)緊湊.采用此種結(jié)構(gòu)可做成千毖的高密度用戶光纜。上一頁下一頁返回2.5光纖和光纜(2)骨架式光纜。上一頁下一頁返回2.5光纖和光纜(2)束管式光纜。束管式光纜的特點是中心無加強元件.纜芯為一充油管一次涂覆的光纖浮在油中。加強件置于管外.既能作加強用.又能作為機械保護層。由于構(gòu)成纜芯的束管是一個空腔.因此又稱為空腔式光纜.如圖2.20(d)所示。上一頁返回2.5光纖和光纜(2)束管式光纜。上一頁返回2.6光端機構(gòu)成一個光纖通信系統(tǒng).可分為三大部分.即光發(fā)射部分、傳輸部分及光接收部分。上面一節(jié)介紹了光傳輸部分.包括光纖的傳光原理以及光纜.本節(jié)主要介紹光發(fā)射部分和光接收部分。光端機是光發(fā)射機和光接收機的總稱.因為在雙向通信系統(tǒng)中.每端都必須有光發(fā)射機和光接收機.故通稱為光端機。光發(fā)射機的作用是在發(fā)射端將電信號轉(zhuǎn)變成適合于在光纖中傳輸?shù)墓庑盘?光接收機的作用是在接收端將接收到的光信號轉(zhuǎn)變成電信號.再經(jīng)放大和處理。在光端機中實現(xiàn)電光和光電變換的主要部件是光電器件.即光發(fā)射機的光源、光接收機的光電檢測器。在光纖通信中最常采用的是半導(dǎo)體光源和檢測器.它們具有體積小、效率高、可靠性好、工作波長與光纖低損耗窗口相對應(yīng)、便于與光纖藕合、調(diào)制(或響應(yīng))速率高等優(yōu)點。下一頁返回2.6光端