光纖通信系統(tǒng)的施工與維護(hù)自學(xué)

第4章光纖通信系統(tǒng)4.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)4.2光纖通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)——誤碼率和抖動(dòng)4.3設(shè)計(jì)光纖通信系統(tǒng)時(shí)有關(guān)指標(biāo)的計(jì)算與分析4.4傳輸系統(tǒng)的可靠性（自學(xué)）4.5光纖通信系統(tǒng)的施工與維護(hù)（自學(xué)）1第4章光纖通信系統(tǒng)前面已分析介紹了強(qiáng)度調(diào)制一直接撿波光纖通信系統(tǒng)中的光發(fā)射機(jī)和光接收機(jī)，但為了構(gòu)成一個(gè)完整的光纖通信系統(tǒng)，還需要考慮許多有關(guān)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的性能問題．本章將以強(qiáng)度調(diào)制一直接檢波光通信系統(tǒng)為例，就系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)性能指標(biāo)以及光通信線路的施工與維護(hù)等項(xiàng)問題進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹．24.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)光纖通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可以分為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸結(jié)構(gòu)和局域網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。4.1.1點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸結(jié)構(gòu)所謂傳輸是指任何地方的兩個(gè)用戶以一定的終端設(shè)備連接方式進(jìn)行信息交流的過程。實(shí)際上這種端與端的連接情況是相當(dāng)復(fù)雜的，其中，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的信息傳輸方式是一種最簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)形式。下圖給出了以光電再生的方法作為光信號(hào)中繼的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)光傳輸示意圖34.1.1點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸結(jié)構(gòu)

圖4-1IM-DD光纖通信系統(tǒng)原理框圖44.1.1點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸結(jié)構(gòu)

1.光中繼器光脈沖信號(hào)從光發(fā)射機(jī)輸出經(jīng)光纖傳輸若干距離以后，由于光纖損耗和色散的影響，將使光脈沖信號(hào)的幅度受到衰減，波形出現(xiàn)失真，這樣就限制了光脈沖信號(hào)在光纖中做長(zhǎng)距離的傳輸。在光脈沖信號(hào)經(jīng)過一定距離傳輸之后，加一個(gè)光中繼器以放大衰減的信號(hào)，恢復(fù)失真的波形，使光脈沖得到再生。54.1.1點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸結(jié)構(gòu)

（1）中繼器的構(gòu)成方框圖圖4-2最簡(jiǎn)單的光中繼器原理方框圖64.1.1點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸結(jié)構(gòu)

一個(gè)功能最簡(jiǎn)單的中繼器，應(yīng)是由一個(gè)設(shè)有碼型變換的光接收機(jī)和設(shè)有均放和碼型變換的光發(fā)射機(jī)組成。一個(gè)實(shí)用的光中繼器，為了維護(hù)的需要，還應(yīng)具有公務(wù)通信、區(qū)間通信、監(jiān)控以及告警的功能。一個(gè)實(shí)用的光中繼器應(yīng)有兩套收發(fā)設(shè)備，一套輸出，一套輸入。圖4-3實(shí)用的中繼器方框圖74.1.1點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸結(jié)構(gòu)

(2)中繼器的結(jié)構(gòu)形式中繼器的結(jié)構(gòu)有的是機(jī)架式的，設(shè)在機(jī)房中，有的是箱式或罐式的，直埋在地下或在架空光纜中架在桿上。對(duì)于直埋或架空的中繼器需要有良好的密封性能。84.1.1點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸結(jié)構(gòu)

2.監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)為監(jiān)視、監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱。在光纖通信的監(jiān)控系統(tǒng)中，通常采用的是集中監(jiān)控方式。（1）監(jiān)控內(nèi)容監(jiān)控的內(nèi)容分別包括監(jiān)視和控制兩部分。①監(jiān)視的內(nèi)容：a.光纖通信系統(tǒng)中誤碼率是否滿足指標(biāo)要求，b.各個(gè)光中繼器是否有故障，c.接受光功率是否滿足指標(biāo)要求，d.光源的壽命，e.電源是否有故障，f.環(huán)境的溫度、濕度是否在要求的范圍內(nèi)等。94.1.1點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸結(jié)構(gòu)

②控制內(nèi)容：當(dāng)光纖通信系統(tǒng)中主用系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)即由主控站發(fā)出倒換指令，遙控裝置將備用系統(tǒng)接入，將主用系統(tǒng)退出工作；當(dāng)主用系統(tǒng)恢復(fù)正常后，監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)在發(fā)出指令，將系統(tǒng)從備用倒換主用系統(tǒng)中；另外，當(dāng)市電中斷后，監(jiān)控系統(tǒng)還要發(fā)出起動(dòng)電機(jī)的指令，如中繼站溫度過高，則應(yīng)發(fā)出啟動(dòng)風(fēng)扇或空調(diào)的指令，還可以根據(jù)需要設(shè)置其它控制內(nèi)容。104.1.1點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸結(jié)構(gòu)

（2）監(jiān)控系統(tǒng)的基本組成監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)功能不同大致有三種組成方式：第一種監(jiān)控方式是在一個(gè)數(shù)字段內(nèi)對(duì)光傳輸設(shè)備和PCM復(fù)用設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。第二種監(jiān)控方式是在具有多個(gè)方向傳輸?shù)慕K端站內(nèi)，對(duì)多個(gè)方向進(jìn)行監(jiān)控。第三種監(jiān)控方式是對(duì)跨越數(shù)字段的設(shè)備進(jìn)行集中監(jiān)控。114.1.1點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸結(jié)構(gòu)

①對(duì)一個(gè)數(shù)字段的監(jiān)控主控站、副控站、被控站都裝有微機(jī)，能迅速處理監(jiān)控信息。主控站的功能為收集本站和被控站、副控站發(fā)來的監(jiān)測(cè)信息，同時(shí)還可以向這些站發(fā)出指令，對(duì)這些站實(shí)行控制。副控站是輔助主控站工作的。它可以收集本站和其他被控站的信息并傳送給主控站，但副控站不能發(fā)控制命令。124.1.1點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸結(jié)構(gòu)

這種監(jiān)控系統(tǒng)的工作過程大致如下：首先是由主控站的監(jiān)控微機(jī)不斷地向各被控站發(fā)出各種詢問指令，被控站監(jiān)控微機(jī)收到詢問指令后就將本站設(shè)備運(yùn)行情況，編成的數(shù)字信號(hào)不斷地傳向主控站。主控站監(jiān)控微機(jī)收到各被控站發(fā)來的信息后，進(jìn)行判別處理，然后顯示在監(jiān)視器屏幕上，并同時(shí)由打印機(jī)將信息打印出來，這是監(jiān)測(cè)過程。主控站的監(jiān)控設(shè)備可根據(jù)上述處理的信息，人工或自動(dòng)發(fā)出控制指令。被控站收到指令后，由監(jiān)控設(shè)備完成所需的控制“動(dòng)作”。這是控制過程。134.1.1點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸結(jié)構(gòu)

②對(duì)多方向的監(jiān)控T-SV(Terminal-Supervisory)為端站監(jiān)控設(shè)備；R-SV(Repeator-Supervisory)為中繼器監(jiān)控設(shè)備144.1.1點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸結(jié)構(gòu)

③對(duì)跨越數(shù)字段的監(jiān)控154.1.1點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸結(jié)構(gòu)

（3）監(jiān)控信號(hào)的傳輸從目前情況來看,有兩類方式：一類是在光纜中加金屬導(dǎo)線對(duì)來傳輸監(jiān)控信號(hào)；另一類是由光纖來傳輸監(jiān)控信號(hào)。①在光纜中設(shè)專用金屬線傳監(jiān)控信號(hào)。用這種方式傳輸監(jiān)控信號(hào)的優(yōu)點(diǎn)是：讓主信號(hào)（光信號(hào)）“走”光纖，讓監(jiān)控信號(hào)“走”金屬線。這樣，主信號(hào)和監(jiān)控信號(hào)可以完全分開，互不影響，光系統(tǒng)的設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單。然而，在光纜中加設(shè)金屬導(dǎo)線對(duì)，將帶來較多的缺點(diǎn)。由于金屬線要受雷電和其他強(qiáng)電、磁場(chǎng)的干擾，從而影響傳輸?shù)谋O(jiān)控信號(hào)，使監(jiān)控的可靠性要求難以滿足。而且，一般來說，距離越長(zhǎng)干擾越嚴(yán)重，因而使監(jiān)控距離受到了限制。鑒于上述原因，在光纜中加金屬線對(duì)傳輸監(jiān)控信號(hào)不是發(fā)展方向，逐漸被淘汰。164.1.1點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸結(jié)構(gòu)

②用光纖傳輸監(jiān)控信號(hào)。這種方法又分為兩種方式：a.頻分復(fù)用傳輸方式。從對(duì)數(shù)字信號(hào)的頻域分析來看，光纖通信中的主信號(hào)（高速數(shù)字信號(hào)）的功率譜密度是處在高頻段位置上，其低頻分量很小，幾乎為零，而監(jiān)控信號(hào)（低速數(shù)字信號(hào)）的功率譜密度，則處在低頻段位置。如圖所示：174.1.1點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸結(jié)構(gòu)

這就為采用頻分復(fù)用方式傳輸監(jiān)控信號(hào)創(chuàng)造了一個(gè)可行的條件。采用頻分方式可有不同的方法，下面介紹其中一種方法——脈沖調(diào)頂方法。脈沖調(diào)頂法的實(shí)施方案是：將主信號(hào)作“載波”，用監(jiān)控電數(shù)字信號(hào)對(duì)這個(gè)主信號(hào)進(jìn)行脈沖淺調(diào)幅，即使監(jiān)控信號(hào)“載”在主信號(hào)脈沖的頂部，或者說對(duì)主信號(hào)脈沖“調(diào)頂”。最后，再將這個(gè)被“調(diào)頂”的主信號(hào)對(duì)光源進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制，變?yōu)楣庑盘?hào)耦合進(jìn)光纖。184.1.1點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸結(jié)構(gòu)

在中繼站的接收端，由光纖來的光信號(hào)經(jīng)光電檢測(cè)變?yōu)殡娦盘?hào)后，再經(jīng)前放、主放和均衡。由于主信號(hào)和監(jiān)控信號(hào)的頻率相差較大，因而，可用高通濾波器將主信號(hào)濾出，經(jīng)調(diào)制送入光纖繼續(xù)向前傳輸。而監(jiān)控信號(hào)由低通濾波器濾出，經(jīng)判決再生電路恢復(fù)出形狀規(guī)則的波形后送到微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。具有調(diào)頂功能的中繼站方框圖如圖4-9所示。194.1.1點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸結(jié)構(gòu)b．時(shí)分復(fù)用方式．這種方式就是在電的主信號(hào)碼流中插入冗余（多余）的比特，用這個(gè)冗余的比特來傳輸監(jiān)控等信號(hào)．這就是說，將主信號(hào)和監(jiān)控等信號(hào)的碼元在時(shí)間上分開傳輸，達(dá)到復(fù)用的目的．具體實(shí)施方法有：如將主信號(hào)碼流中每m個(gè)碼元之后插入一個(gè)碼元，一般稱為H碼（意思是混合碼），這種不斷插入的H碼就可傳輸監(jiān)控、區(qū)間通信、公務(wù)聯(lián)絡(luò)、數(shù)據(jù)等信號(hào)．這種插入方式就是將在后面要討論的mBIH編碼方式，這里不再仔細(xì)討論了．204.1.1點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸結(jié)構(gòu)3．脈沖插入與脈沖分離在一個(gè)實(shí)用的光纖通信系統(tǒng)中，除了要傳輸從電端機(jī)送來的多路信號(hào)之外，為了使整個(gè)系統(tǒng)完善地工作，還需傳送監(jiān)控信號(hào)、公務(wù)聯(lián)絡(luò)信號(hào)、區(qū)間通信信號(hào)以及其他信號(hào)．脈沖復(fù)接是將監(jiān)控信號(hào)、公務(wù)聯(lián)絡(luò)信號(hào)、區(qū)間通信信號(hào)等匯接后在讀脈沖的作用下，將上述信號(hào)插入信碼流經(jīng)編碼后多余的時(shí)隙中，然后在光纖中傳輸．在光纖通信系統(tǒng)的接收端設(shè)有脈沖分離電路．它的作用與脈沖插入電路相反，將插入的監(jiān)控信號(hào)、公務(wù)聯(lián)絡(luò)信號(hào)、區(qū)間通信信號(hào)分離出來，送至相應(yīng)的單元中．214.1.1點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸結(jié)構(gòu)4．保護(hù)倒換系統(tǒng)對(duì)于通信系統(tǒng)要求其具有高可靠性．光纖數(shù)字通信系統(tǒng)的各個(gè)組成部分的可靠性是技術(shù)、材料、元器件、工藝和使用維護(hù)等諸多因素的綜合，根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料分析，傳輸故障主要來源于光纜線路，且多為人為故障，因而需要設(shè)置另外一套光端機(jī)、光中繼器以及光纜線路，供一個(gè)或多個(gè)主用系統(tǒng)共同備用，當(dāng)某一個(gè)主用系統(tǒng)出現(xiàn)故障，則可以通過倒換裝置，啟用該備用系統(tǒng)，以保證信息的正常傳輸．224.1.1點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸結(jié)構(gòu)(1)保護(hù)方式實(shí)際系統(tǒng)中，主要采用rn：n的主備比方式，個(gè)別場(chǎng)合也有采用1+1的保護(hù)方式．m：n主備用方式中，以1:1為最大備用比方式，所采用的設(shè)備利用率低，投資過大，但從可靠性的角度來觀察，該方式可靠程度相當(dāng)高，為了進(jìn)一步地提高設(shè)備的利用率，往往采用多主一備，即N：l的保護(hù)方式，在正常工作狀態(tài)下，一些公務(wù)信息以及不被保護(hù)的數(shù)據(jù)信息均可以利用備用信道進(jìn)行傳輸，一旦主用信道出現(xiàn)告警故障，則啟動(dòng)倒換設(shè)備，將備用信道中所傳送的信號(hào)切斷，同時(shí)將主用信道中所傳送的信息改由備用系統(tǒng)傳送，這樣，一方面提高了設(shè)備的利用率，同時(shí)又降低了投資成本；但若主備比過大，則會(huì)造成倒換設(shè)備的復(fù)雜程度增加，投資成本加大，因而主備比不宜過大．234.1.1點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸結(jié)構(gòu)1+1保護(hù)方式是指系統(tǒng)中同時(shí)存在一個(gè)主用信道和一個(gè)備用信道，而且信息是同時(shí)在主用和備用信道中傳輸，正常情況下，接收端是提取主用信道信號(hào)作為接收信號(hào)，只有主用信道出現(xiàn)故障時(shí)，才啟動(dòng)倒換設(shè)備，這樣接收端便從備用信道中提取接收信號(hào)，從上述分析，可以看出，由于是采用了主備信道同時(shí)傳輸有效信息的雙重保險(xiǎn)方式，因此其可靠程度要高于1:1保護(hù)方式，但其使用效率卻略低一些．無論是1:1還是1+1的保護(hù)方式，其中最重要的是它們的倒換系統(tǒng)，當(dāng)然不同的保護(hù)方式，其使用的倒換系統(tǒng)的具體操作也會(huì)有所區(qū)別，在此分別進(jìn)行說明，244.1.1點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸結(jié)構(gòu)(2)1：1保護(hù)系統(tǒng)1：1保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4-10所示254.1.1點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸結(jié)構(gòu)當(dāng)主用通道出現(xiàn)故障時(shí)，則啟用備用通道將其自動(dòng)取代，以保證通信的暢通，這中間的倒換功能是自動(dòng)完成的，那么在什么情況下，才能啟動(dòng)倒換程序呢？①倒換命令的發(fā)出條件當(dāng)主用信道出現(xiàn)收無光、收失步或較大誤碼，而備用系統(tǒng)正常時(shí)；或者當(dāng)主用信道出現(xiàn)收告警顯示信號(hào)(AIS)情況下，光纖通信系統(tǒng)的保護(hù)裝置將自動(dòng)發(fā)出倒換控制命令，然后啟動(dòng)倒換設(shè)備，進(jìn)行主備用系統(tǒng)的倒換，以保證系統(tǒng)的正常工作．264.1.1點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸結(jié)構(gòu)②倒換操作當(dāng)下游方向主收端或主發(fā)存在故障時(shí)，引起主收端的接收盤產(chǎn)生即時(shí)告警，該告警信號(hào)向本端的倒換控制盤送“倒換請(qǐng)求信號(hào)”，當(dāng)?shù)箵Q控制盤收到“倒換請(qǐng)求”后，先檢查本端備用系統(tǒng)是否正常，同時(shí)通過上游方向的通道，將“聯(lián)絡(luò)信號(hào)”發(fā)往上游站點(diǎn)，當(dāng)上游站點(diǎn)收到該信號(hào)之后，一方向產(chǎn)生一個(gè)“應(yīng)答”信號(hào)，發(fā)往下游站點(diǎn)；另一方向，經(jīng)過若干的延遲之后，再向下游站點(diǎn)發(fā)送“倒發(fā)控制信號(hào)”，同時(shí)實(shí)現(xiàn)上游站點(diǎn)處的主用系統(tǒng)與備用系統(tǒng)的倒換．下游站點(diǎn)在接收到“應(yīng)答”信號(hào)后，向接收倒換盤發(fā)送“倒收控制信號(hào)”，使接收倒換盤動(dòng)作，完成主、備用系統(tǒng)的倒換，由于要求收、發(fā)丙端盡量同時(shí)進(jìn)行倒換，以免碼流的丟失，因此上游站點(diǎn)延遲發(fā)送“倒發(fā)控制信號(hào)”的時(shí)間應(yīng)該等于“應(yīng)答”信號(hào)的傳輸和處理的時(shí)間．274.1.1點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸結(jié)構(gòu)(3)l+l保護(hù)系統(tǒng)1+l保護(hù)系統(tǒng)是指，在發(fā)射端主備系統(tǒng)同時(shí)發(fā)送信息，只是在接收端選擇其中的一路信號(hào)送到復(fù)用設(shè)備，故倒換操作是在接收端進(jìn)行．284.1.1點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸結(jié)構(gòu)5．光路中的無源器件(1)光纖連接器光纖連接器的作用：光纖連接器又稱光纖活動(dòng)連接器，俗稱活動(dòng)接頭，它用于設(shè)備（如光端機(jī)、光測(cè)試儀表等）與光纖之間的連接、光纖與光纖之間的連接或光纖與其他無源器件的連接．它是組成光纖通信系統(tǒng)和測(cè)量系統(tǒng)不可缺少的一種重要無源器件．294.1.1點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸結(jié)構(gòu)光纖連接器是將需要連接起來的單根或多根光纖芯線的端面對(duì)準(zhǔn)、貼緊并能多次使用，由于光纖的芯徑很細(xì)（微米級(jí)），因此，對(duì)其加工工藝和精度都有比較高的要求．為此，光纖連接器應(yīng)滿足如下條件①連接損耗小連接損耗是評(píng)價(jià)光纖連接器的主要指標(biāo)．目前各種不同結(jié)構(gòu)的單模光纖連接器的插入損耗為0.5dB左右．②裝、拆方便．③穩(wěn)定性好連接后，插入損耗隨時(shí)間、環(huán)境的改變應(yīng)變化不大，④重復(fù)性好一般要求重復(fù)使用次數(shù)大于1000次．⑤互換性好要求同一種型號(hào)的活動(dòng)連接器可以互換．⑥保積小，成本低．304.1.1點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸結(jié)構(gòu)光纖連接器的結(jié)構(gòu)示意圖：314.1.1點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸結(jié)構(gòu)(2)光定向耦合器①光定向耦合器的結(jié)構(gòu)和工作原理a.光定向耦合器的作用：在光纖通信系統(tǒng)或光纖測(cè)試中，經(jīng)常要遇到需要從光纖的主傳輸信道中取出一部分光，作為監(jiān)測(cè)、控制等使用，也有時(shí)需要把兩個(gè)不同方向來的光信號(hào)合起來送入一根光纖中傳輸，在上述情況下，都需要光定向耦合器來完成．324.1.1點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸結(jié)構(gòu)b.光定向耦合器按其結(jié)構(gòu)不同可分為棱鏡式和光纖式兩類，如圖4-13所示．圖4-13棱鏡式和光纖式定向耦合器334.1.1點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸結(jié)構(gòu)C.光纖式定向耦合器工作原理．光纖式定向耦合器，是由兩根緊密耦合的光纖，通過光纖界面的衰減場(chǎng)相互重疊而實(shí)現(xiàn)光的耦合的一種器件，一般有四個(gè)端口，從端口l輸入的光信號(hào)（圖中實(shí)線所示）向端口2方向傳輸，可由端口3耦合出一部分光信號(hào)，端口4無光信號(hào)輸出，從端口3輸入的光信號(hào)（圖中虛線所示）向端口4方向傳輸，可由端口l耦合出一部分光信號(hào)，而端口2無光信號(hào)輸出．另外，由端口1和端口4輸入的光信號(hào)，可合并為一種光信號(hào)，由端口2和端口3輸出，或反之。344.1.1點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸結(jié)構(gòu)②光纖式定向耦合器的主要參數(shù)a．隔度度A由端口l輸入的光功率P1應(yīng)從端口2和端口3輸出，端口4理論上應(yīng)無光功率輸出．但實(shí)際上端口4還是有少量光功率輸出(P4)，其大小就表示了1,4兩個(gè)端口的隔離程度．隔離度用字母A表示，則1,4端口間的隔離度為一般情況下，要求A>20dB．

354.1.1點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸結(jié)構(gòu)b．插入損耗L它表示了定向耦合器損耗的大小，如由端口l輸入光功率P1，應(yīng)由端口2和端口3輸出光功率P2和P3，則插入損耗等于輸出光功率之和與輸入光功率之比的分貝值，用字母L表示，則為

一般情況下，要求L≤0.5dB．364.1.1點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸結(jié)構(gòu)c．分光比T它等于兩個(gè)輸出端口的光功率之比，如從端口1輸入光功率，則分光比為

一般情況下，定向耦合器的分光比為1：1~1:10，由需要來決定．374.1.1點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸結(jié)構(gòu)(3)光衰減器①光衰減器的作用和原理光衰減器的作用:當(dāng)輸入光功率超過某一范圍時(shí)，為了使光接收機(jī)不產(chǎn)生失真，或?yàn)榱藵M足光線路中某種測(cè)試的需要，就必須對(duì)輸入光信號(hào)進(jìn)行一定程度的衰減，因此，光衰減器是光纖通信線路或測(cè)試技術(shù)中不可缺少的無源光器件．目前常用的光衰減器主要采用金屬蒸發(fā)膜未吸收光能，實(shí)現(xiàn)光的衰減，故衰減量的大小與膜的厚度成正比．384.1.1點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸結(jié)構(gòu)②光衰減器的分類及基本結(jié)構(gòu)光衰減器可分為固定衰減器和可變衰減器兩種.a．固定衰減器它的衰減量是一定的，用于調(diào)節(jié)傳輸線路中某一區(qū)間的損耗．要求體積小、重量輕，具體規(guī)格有3dB，6dB，10dB，20dB，30dB，40dB的標(biāo)準(zhǔn)衰減量．要求衰減量誤差<10%．b．可變衰減器這種衰減器可分為連續(xù)可變和分擋可變兩種．前者的衰減范圍可達(dá)60dB以上，衰減量誤差小于10%．通常將這兩種可變衰減器組合起來作用．394.1.1點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸結(jié)構(gòu)光衰減器結(jié)構(gòu)如圖所示．圖4-14光衰減器的基本結(jié)構(gòu)404.1.1點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸結(jié)構(gòu)(4)光隔離器光隔離器的作用：它是保證光信號(hào)只能正向傳輸?shù)钠骷?，避免線路中由于各種因素而產(chǎn)生的反射光再次進(jìn)入激光器，而影響激光器的工作穩(wěn)定性．①光隔離器的基本原理和結(jié)構(gòu)光隔離器的基本原理是法拉第旋轉(zhuǎn)效應(yīng)，如圖4-15所示，其主要由兩個(gè)偏振器和一法拉第旋轉(zhuǎn)器組成。圖4-15光隔離器的工作原理圖414.1.1點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸結(jié)構(gòu)②光隔離器的主要參數(shù)和指標(biāo)由于光隔離器的主要作用是只允許正向光信號(hào)通過，阻止反向光返回，因此，對(duì)光隔離器的主要要求是：插入損耗低、隔離性能好．隔離衰減的大小用αi表示，為

式中，Pr——隔離方向（即與傳輸方向相反的方向）上的入射光功率，Pout——隔離方向上的輸出光功率。424.1.2光纖局域網(wǎng)結(jié)構(gòu)

所謂光纖局域網(wǎng)是指利用光纖將較為靠近的許多用戶連接起來的網(wǎng)絡(luò)，這樣網(wǎng)上的所有用戶都可以通過該網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行相互數(shù)據(jù)交流，因此在光纖局域網(wǎng)中要求用戶都具有發(fā)送/接收數(shù)據(jù)的功能，并且在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的規(guī)定下操作，不同的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議適合于不同的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，適應(yīng)于不同的場(chǎng)合。43

1.光纖局域網(wǎng)的用途光纖局域網(wǎng)可以用在大型工礦企業(yè)的公務(wù)電話、電視電話會(huì)議系統(tǒng)以及用于生產(chǎn)過程的閉路電視監(jiān)控等，也可以用于城市管理系統(tǒng)（如道路交通管理），或用于計(jì)算機(jī)網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸以及多個(gè)計(jì)算機(jī)終端共有一個(gè)高性能的專用處理器中，也可用在電力系統(tǒng)的電力調(diào)度網(wǎng)絡(luò)上等等。光纖局域網(wǎng)可用到小至一個(gè)辦公樓內(nèi)的辦公室自動(dòng)化系統(tǒng)中，賓館、商場(chǎng)的管理系統(tǒng)中，甚至可用到一架飛機(jī)或艦船上的通信、監(jiān)視系統(tǒng)中。也可以用于軍事指揮系統(tǒng)中。4.1.2光纖局域網(wǎng)結(jié)構(gòu)

44

4.1.2光纖局域網(wǎng)結(jié)構(gòu)

2.光纖局域網(wǎng)的類型光纖局域網(wǎng)常見的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有三種：總線型、環(huán)型、星型。（1）總線型結(jié)構(gòu)總線型結(jié)構(gòu)，每個(gè)分站都有光發(fā)射和光接收部分，每個(gè)終端站與光纖之間都有光分支耦合器相連，這樣用戶可以通過光分支耦合器將各終端所要傳輸?shù)墓庑盘?hào)耦合進(jìn)入傳輸光纖，或?qū)崿F(xiàn)由傳輸光纖中分取少量光信號(hào)的操作，從而在一個(gè)服務(wù)區(qū)域內(nèi)通過一條光纖傳輸多路信號(hào)，完成各終端間的數(shù)據(jù)互通．45

4.1.2光纖局域網(wǎng)結(jié)構(gòu)（2）星型結(jié)構(gòu)星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有交換的功能。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)星型結(jié)構(gòu)是利用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的光纖傳輸，將所有節(jié)點(diǎn)與一個(gè)中心節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)互連，這個(gè)中心節(jié)點(diǎn)通常采用星型耦合器。46

4.1.2光纖局域網(wǎng)結(jié)構(gòu)（3）環(huán)形結(jié)構(gòu)①拓樸結(jié)構(gòu)在環(huán)形結(jié)構(gòu)中，是通過光纖將多個(gè)節(jié)點(diǎn)依次進(jìn)行連接，從而構(gòu)成單個(gè)封閉的環(huán)路，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都是由轉(zhuǎn)發(fā)器組成，其具有發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的功能，這樣數(shù)據(jù)可似沿著各轉(zhuǎn)發(fā)器在環(huán)上一位位地串行傳輸．474.2光纖數(shù)字通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)——誤碼率和抖動(dòng)光纖通信系統(tǒng)中，誤碼性能和抖動(dòng)性能是傳輸性能中的兩個(gè)主要指標(biāo)．下面，簡(jiǎn)單進(jìn)行分析．484.2.1誤碼性能1．定義光纖數(shù)字傳輸系統(tǒng)的誤碼性能用誤碼率來描述．誤碼率BER定義為494.2.1誤碼性能2．誤碼性能的評(píng)定方法ITU-T建議在27500km假設(shè)參考連接情況下，誤碼率指標(biāo)如表4-2所示．504.2.2抖動(dòng)性能1．抖動(dòng)定義一般來說抖動(dòng)又稱相位抖動(dòng)，定時(shí)抖動(dòng)，它是數(shù)字傳輸中的一種不穩(wěn)定現(xiàn)象，即數(shù)字信號(hào)在傳輸過程中，脈沖在時(shí)間間隔上不再是等間隔的，而是隨時(shí)間變化的一種現(xiàn)象，這種現(xiàn)象就稱為抖動(dòng)．例如在圖4-26中，接收脈沖與發(fā)送脈沖之間出現(xiàn)了△t1，△t2，△t3，…的時(shí)間偏離，就是產(chǎn)生了抖動(dòng)．514.2.2抖動(dòng)性能2．抖動(dòng)的描述方法抖動(dòng)的程度原則上可以用時(shí)間、相位、數(shù)字周期來表示，現(xiàn)在多數(shù)情況是用數(shù)字周期表示．即一個(gè)碼元的時(shí)隙為一個(gè)單位間隔，用符號(hào)UI(UnitInterval)來表示。1UI的定義：一個(gè)UI就是一個(gè)比特傳輸信息所占的時(shí)間。顯然，隨著所傳碼速率的不同，lUI的時(shí)間亦不同，例如表4-3．524.2.2抖動(dòng)性能3．抖動(dòng)產(chǎn)生的原因抖動(dòng)產(chǎn)生的原因可以是以下幾種．(1)由于噪聲引起的抖動(dòng)。例如，在邏輯電路中，當(dāng)輸入信號(hào)階躍時(shí)，由于信號(hào)疊加了噪聲，輸入信號(hào)提前超過了邏輯電路的門限電平，使躍變信號(hào)提前發(fā)生，從而引起了抖動(dòng)．(2)時(shí)鐘恢復(fù)電路產(chǎn)生的抖動(dòng)。如前所述，在時(shí)鐘恢復(fù)電路中有諧振放大器，如果諧振回路元件老化，初始調(diào)諧不準(zhǔn)等因素可引起諧振頻率的變化。這樣，這種輸出信號(hào)經(jīng)時(shí)鐘恢復(fù)電路限幅整形恢復(fù)為時(shí)鐘信號(hào)時(shí)就會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)．(3)其他原因引起的抖動(dòng)．引起抖動(dòng)還有其他原因，如數(shù)字系統(tǒng)的復(fù)接、分接過程，光纜的老化等．534.2.2抖動(dòng)性能4．抖動(dòng)容限定義：在數(shù)字通信系統(tǒng)中，抖動(dòng)將引起系統(tǒng)誤碼率的增加，為了使光纖數(shù)字通信系統(tǒng)在有抖動(dòng)的情況下，仍能保證系統(tǒng)的指標(biāo)，那么抖動(dòng)就應(yīng)限制在一定范圍之內(nèi)，這就是所謂的抖動(dòng)容限．抖動(dòng)容限可分為輸入抖動(dòng)容限和輸出抖動(dòng)容限．輸入抖動(dòng)容限：是指光纖數(shù)字通信系統(tǒng)允許輸入脈沖產(chǎn)生抖動(dòng)的范圍。輸出抖動(dòng)容限：則為輸入信號(hào)無抖動(dòng)的情況下，光纖數(shù)字通信系統(tǒng)輸出信號(hào)的抖動(dòng)范圍．抖動(dòng)容限往往是用峰一峰抖動(dòng)Jp-P來描述的，它是指某個(gè)特定的抖動(dòng)比特的時(shí)間位置，相對(duì)于該比特?zé)o抖動(dòng)時(shí)的時(shí)間位置的最大部分偏離．544.3設(shè)計(jì)光纖通信系統(tǒng)時(shí)有關(guān)指標(biāo)的計(jì)算與分析光纖數(shù)字通信系統(tǒng)的中繼距離設(shè)計(jì)需要考慮兩個(gè)獨(dú)立的限制因素，即衰減限制和色散限制．后者直接與傳輸速率有關(guān)，在高速率傳輸情況下甚至成為決定因素，因此在高比特率系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，必須對(duì)這兩個(gè)因素的影響都給予考慮．554.3.1．衰減對(duì)中繼距離影響的分析一個(gè)中繼段上的傳輸衰減包括兩部分，其一是光纖本身的固有衰減，再者就是光纖的連接損耗和微彎帶來的附加損耗。構(gòu)成光纖損耗的原因很復(fù)雜，歸結(jié)起來主要包括兩大類：吸收損耗和散射損耗。引起光纖損耗的因素還有光纖彎曲和微彎產(chǎn)生的損耗以及纖芯與包層中的損耗等等。564.3.1．衰減對(duì)中繼距離影響的分析1．影響連接損耗的因素一類是固有損耗，它是由將要進(jìn)行連接的兩根光纖彼此特性上的不同或光纖自身的不完善造成的．這類損耗不能通過改善接續(xù)工藝和熔接設(shè)備來根除，因此在進(jìn)行接續(xù)時(shí)，需要特別注意選擇兩特性基本相同的光纖進(jìn)行連接．通常要考慮的因素有單模光纖的模場(chǎng)直徑偏差、纖芯與包層的同心度偏差以及不圓度等等．另一類是指由外部原因造成光纖連接損耗增大的現(xiàn)象，例如，在接續(xù)時(shí)的橫向錯(cuò)位、光纖間的間隙過大、端面傾斜等等，均屬于人為的操作工藝不良和操作中的缺陷以及熔接設(shè)備精度不高等原因所致．574.3.1．衰減對(duì)中繼距離影響的分析2．由各光纖參數(shù)失配引起的連接損耗584.3.1．衰減對(duì)中繼距離影響的分析3．傳輸衰減對(duì)中繼距離的限制中繼距離是光纖通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一項(xiàng)主要任務(wù)．中繼距離越長(zhǎng)，則光纖系統(tǒng)的成本越來越低，獲得的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益越高．因而這個(gè)問題一直受到系統(tǒng)設(shè)計(jì)者們的重視．在工程設(shè)計(jì)中，一般光纖系統(tǒng)的中繼距離L可以表示為（4-6）594.3.1．衰減對(duì)中繼距離影響的分析式中PT表示發(fā)送光功率(dBm)；PR表示接收靈敏度(dBm)，ACT和ACR分別表示線路系統(tǒng)發(fā)送端和接收端活動(dòng)連接器的接續(xù)損耗(dB)，ME是設(shè)備富余度(dB);Mc是光纜富余度(dB/km)，Lf是單盤光纜長(zhǎng)度(km)，n是中繼段內(nèi)所用光纜的盤數(shù)，αfi是單盤光纜的衰減系數(shù)(dB/km)，αsi是光纖各個(gè)接頭的損耗(dB)Af則是中繼段的平均光纜衰減系數(shù)(dB/km)，As是中繼段平均接頭損耗(dB)，Pd是由光纖色散模分配噪聲和啁啾聲所引起的色散代價(jià)(dB)（功率損耗），通常應(yīng)小于ldB．604.3.2色散對(duì)中繼距離影響的分析1．產(chǎn)生色散現(xiàn)象的原因光纖自身存在色散，即材料色散、波導(dǎo)色散和模式色散．對(duì)于單模光纖，因?yàn)閮H存在一個(gè)傳輸模，故單模光纖的色散只包括材料色散和波導(dǎo)色散．除此之外，還存在著與光纖色散有關(guān)的種種因素，其中比較重要的有三類：碼間干擾、模分配噪聲、啁啾聲。614.3.2色散對(duì)中繼距離影響的分析2.碼間干擾對(duì)中繼距離的影響(1)碼間干擾的概念由于激光器所發(fā)出的光波是由許多根線譜構(gòu)成的，而每個(gè)每根線譜所產(chǎn)生的相同波形在光纖中傳輸時(shí)，其傳輸速率不同，使得所經(jīng)歷的色散不同，而前后錯(cuò)開，導(dǎo)致所傳輸?shù)墓饷}沖的寬度展寬，出現(xiàn)“拖尾”，因而造成相鄰兩光脈沖之間的相互干擾，這種現(xiàn)象就是碼間干擾（2）碼間干擾對(duì)中繼距離的影響系統(tǒng)的傳輸速率越高，光纖的色散系數(shù)越大，光源譜寬越寬，碼間干擾就越嚴(yán)重。為了保證一定傳輸質(zhì)量，系統(tǒng)信號(hào)所能傳輸?shù)闹欣^距離也就越短。624.3.2色散對(duì)中繼距離影響的分析3.模分配噪聲對(duì)中繼距離的影響（1）激光器的光譜特性普通激光器工作在直流或低碼速情況下，它具有良好的單縱模譜線。當(dāng)工作在高碼速情況下，其譜線呈現(xiàn)多縱模譜線，各譜線功率的總和是一定的，但每根譜線的功率隨機(jī)的。圖4-32普通激光器的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)譜線圖4-33高速調(diào)制時(shí)多縱模的隨機(jī)起伏634.3.2色散對(duì)中繼距離影響的分析（2）模分配噪聲的產(chǎn)生模分配噪聲：因?yàn)閱文９饫w具有色散，所以激光器的各譜線經(jīng)過長(zhǎng)光纖傳輸后，產(chǎn)生不同的時(shí)延，在接受端造成了脈沖展寬。又因?yàn)楦髯V線的功率呈隨機(jī)分布，因此它們經(jīng)過光纖傳輸后，在接收端取樣點(diǎn)得到的取樣信號(hào)就會(huì)有強(qiáng)度起伏。引入了附加噪聲，這種噪聲就是模分配噪聲。模分配噪聲是在發(fā)送端的光源和傳輸介質(zhì)光纖中形成的噪聲，而不是接收端產(chǎn)生的噪聲，故在接收端是無法消除或減弱的．644.3.2色散對(duì)中繼距離影響的分析（3）模分配噪聲對(duì)中繼距離的影響當(dāng)隨機(jī)變化的模分配噪聲疊加在傳輸信號(hào)上時(shí)，會(huì)使信號(hào)發(fā)生畸變，嚴(yán)重時(shí)，使判決出現(xiàn)困難，造成誤碼，從而限制了通信距離。采用單縱模激光器，低碼速時(shí)不存在模分配噪聲。高碼速時(shí)存在模分配噪聲。采用多縱模激光器，存在模分配噪聲。654.3.2色散對(duì)中繼距離影響的分析4.啁啾聲對(duì)中繼距離的影響（1）啁啾聲的產(chǎn)生對(duì)于處于直接強(qiáng)度調(diào)制狀態(tài)下的單縱模激光器，其載流子密度的變化隨注入電流的變化而變化。這樣使有源區(qū)的折射率指數(shù)發(fā)生變化，從而導(dǎo)致激光器諧振腔的光通路長(zhǎng)度相應(yīng)變化，結(jié)果致使振蕩波長(zhǎng)隨時(shí)間偏移，這就是頻率啁啾現(xiàn)象。因?yàn)檫@種時(shí)間偏移是隨機(jī)的，因而當(dāng)受上述影響的光脈沖經(jīng)過光纖后，在光纖色散的作用下，可以使光脈沖波形發(fā)生展寬，因此接收取樣點(diǎn)所接收的信號(hào)中就會(huì)存在隨機(jī)成分，這就是一種噪聲——啁啾聲。664.3.2色散對(duì)中繼距離影響的分析(2)啁啾聲對(duì)靈敏度的影響由于啁啾聲的產(chǎn)生與所傳輸?shù)墓饷}沖波形和寬度有關(guān)，就其對(duì)靈敏度下降的影響程度做出精確的估算是相當(dāng)困難的．但在用近似矩形脈沖進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)結(jié)果中，表明啁啾聲主要出現(xiàn)在脈沖的上升和下降沿，其中上升沿頻率出現(xiàn)紫移（頻率升高），而下降沿頻率出現(xiàn)紅移（頻率降低），正是由于頻率的移動(dòng)，當(dāng)該脈沖經(jīng)過光纖并在光纖色散的作用之下，可以使光脈沖波形發(fā)生展寬，導(dǎo)致靈敏度下降。674.3.3．最大中繼距離的計(jì)算1．衰減的影響在傳輸速率不太高時(shí)，系統(tǒng)的中繼距離主要受系統(tǒng)中光通道衰減的影響，其中繼距離Lα可以用式(4-6