光纤链路（精选6篇）
光纤链路 篇1
从事网管工作多年, 遇到的各种网络故障疑难杂症也不乏百例, 下述的故障案例虽具有一定的特殊性, 却也能带给我们关于网络故障排查的一些启示。
故障发生
2008年12月, 某钢铁集团公司, 网络采用星型拓扑, 总部信息中心机房核心交换机连接到下属子公司的汇聚交换机, 然后通过约2.5km的单模光纤与子公司的操作室进行连接, 两端通过光电转化器传输数据。某日, 操作室人员告知不能上网。
初步排查
中心机房的网管人员立即用排查的方式检查二层链路, 汇聚交换机Ping核心交换机正常, 因此, 很有可能是外线的光纤链路出现了问题。分别看子公司和操作室的收发器指示灯信息, 子公司的光纤收发器RX (收光) 灯亮, TX (发光) 灯不亮, ACT灯偶尔闪, 操作室一侧的光纤收发器RX (收光) 灯不亮, TX (发光) 灯亮, ACT灯不亮, 表示操作室只有发信号没收信号。接下来, 在两端把收发光纤都互相交换, 现象是子公司RX灯不亮, TX灯亮, 操作室RX灯亮, TX灯不亮。因此, 初步判定有一芯光纤出现故障。
进一步排查
由于该段光缆走的是地下管道, 两端作引上, 人为损坏可能性不大, 因此, 判断两端光终端盒或尾纤出问题的可能性较大, 于是重新熔接尾纤, 做两端的终端盒。然后用红光笔测试, 两芯都能够收到光, 表示终端盒、尾纤、光缆均正常。接上光收发器后, 两端的光收发器的收光灯都不亮。用Fluke Networks公司的光源和光功率计测试两芯光纤也都不通, 这样的结果比较奇怪。因为一般来说, 红光笔能够测通, 光缆肯定没有问题, 而现在红光笔能够测通, 但光表却不通, 反复测试了几次, 结果依旧。为了解决这个故障, 借来了Fluke Networks公司的单/多模光纤故障分析仪, 采用OTDR (光时域反射器) 进行深度测试。结果是从子公司一端测试故障点在2.4km处, 从操作室用户端测, 故障点在50m处, 于是顺着光缆检查, 发现暗井中光缆引上的部分结有冰块, 敲开冰块后发现光缆有裂痕, 推测有水渗入光缆后冻成了冰, 冰把缆芯挤裂, 因为有冰, 红光笔发出的650nm的荧光可以穿过, 而光源和光功率计1310nm的激光被折射, 所以导致用红光笔可测通, 用光表却测不通的现象。
故障解决
将暗井内被挤裂的缆芯熔接上, 又经过了光功率计的测试, 光纤链路恢复了正常。
启示
只有用得当的方法, 才能发现问题的本质, 好的工具可以真正做到“兵来将挡, 水来土掩”。
宽带微波信号光纤传输链路的设计 篇2
随着信息时代的到来,人们对信息传送的媒质也提出了更高的要求。目前,在微波信号的传送中,基本上都是以电缆传送为主,但是电缆传送存在一些问题,
比如传送距离相对较近,外界信号容易干扰传输信息等。为了解决这些问题, 人们开始利用光缆进行信号传送。光缆的传送距离非常远,可以达到一百多千米, 在传送的过程中,信号的衰减系数非常小,能够保证信号的高质量传送。光缆传送的稳定性好,不容易受到外界环境的干扰,而且具有相关设备质量小以及应用成本低等特点。所以,光纤传输在各个领域都得到了越来越广泛的应用。本文先介绍宽带微波信号光纤传输链路的主要组成部分,然后探讨相关的重要参数。
1宽带微波信号光纤传输链路的组成
光纤传输链路主要可以分为三个部分:发射装置、接收装置和光纤。光发射装置的主要功能是将输入的电信号进行调制,将其转化成为光信号,光源的调制方式可以分为直接调制和外调制两种,直接调制所能达到的带宽是26.5GHz,要想增加带宽,可以利用外调制,最大可以达到70GHz。光纤在快带微波通信中的主要作用是运输作用,处于信号发射装置到终端接受装置之间。,这也是光纤输送优于电缆输送的关键所在。光接收装置的功能和光发射机的相反,它是将光纤传送过光信号恢复为最初的电信号,从而实现信号的重新读取。
根据电信号形式的不同,光纤传送可以分为两类:模拟传输和数字传输。模拟光纤传输的传送距离相对较短,应用成本低,容易受到宽带的限制,但是其损耗比较低,常用的场合有雷达信号处理、天线遥测等。数字光纤传输的传送距离比较长,应用的成本也比较高,但是不受到宽带的限制,能够对大容量的信息进行传送,所以一些超级望远镜的宽带微波信号的传输就可以选用数字光纤传输。
2宽带微波信号光纤传输链路的重要参数
借助一些重要的参数,我们可以检验宽带微波信号光纤传输链路性能优劣,下面将对光纤传输链路的性能参数和传输参数进行探讨。
2.1宽带微波信号光纤传输链路的性能参数
宽带微波信号光纤传输链路的性能参数主要有四个,包括增益、带宽、噪声系数以及动态范围等。
增益是指信号功率在输出端与输入端的比值,它跟整个系统的一些设备性能相关联,包括光纤的衰减特性以及光发射机、光接收机的增益Glink等。Glink=G-A增益可表示为:
式中G表示光反射机、光接收机的增益,A为光纤内的信号损耗。光纤内的信号损耗A越小,或者光反射机、光接收机的增益G越大,则整个光纤传输的增益就越大。
带宽主要是衡量信号失真传输的可用带宽范围,它是增益下降3dB所对应的频带宽度。在该带宽内,信号的抗干扰能力极强,信号不容易失真。光纤的带宽大小主要跟色散效应相关,而在单模光纤中是不存在模间色散的,所以单模光纤的带宽非常大。所以整个光纤传输链路的带宽主要受限制于光反射机、光接收机的频率响应。
噪声系数是指系统输入端信噪比与输出端信噪比的比值。系统的信噪比可以定义为接受信号功率S与噪声功率Np的比值 :
式中,RL为光检测器负载电阻, i2S表示均方信号电流, i2N表示均方噪声电流。暗电流、前置放大器以及负载电阻等都会产生噪声,这些噪声对信号的传输会产生干扰的作用,所以需要严格的控制噪声。
在光纤传输系统中,信号在一定范围发生变化时,信号的能否进行有效传输是一个重要的研究点。动态范围就是用来衡量信号能够进行变化的有限范围。在动态范围中,最小的信号值叫做灵敏度,它跟整个系统的背景噪声有关。当信号值不断的增大时,系统会因为非线性而发生信号失真。动态范围给了人们一个信号高质、高效传输的标准,从而可以避免信号受到干扰以及失真现象发生。
2.2光纤的传输参数
在光纤的传输中,光纤的相关参数主要有衰减和色散两个。
光纤的衰减是光纤的一个重要参数, 它是指在光纤传输过程中信号会产生一定的损失。在一般情况下,光纤的衰减特性在决定了整个光纤传输链路的最大距离。宽带微波在光纤中传输时,随着距离z的增加,光功率P存在以下关系式:
式中, p(0)为起始处的光信号功率,αp为损耗常数。光纤的衰减特性可以用衰减系数α表示,它可以用单位长度的分贝数来表示,定义如下 :
光纤衰减产生的原因有很多,主要是光纤材料质量以及设计问题,光纤发生一定的弯曲时,会产生信号损失,所以要避免光纤的弯曲。散射损耗则是光的散射效应造成的,它主要跟光纤的结构缺陷有关。有的光纤自身还能对一定量的信号进行吸收,造成信号的衰减。
色散是光纤的另一个重要参数,因为光纤传输中的信号会具有不同的类型,它们的传送速度会存在一定的差别。这就导致了整个信号不同部分不能够在同一时间到达光纤终端,最终会导致输出信号出现失真现象,不能够顺利读取信号。可以用时延差来衡量色散的严重程度,时延差越大,则色散程度越严重。信号的时延差与光源的相对带宽、温度有关。
综上所述,在整个光纤传输链路设计过程中,需要考虑传输的实际情况,根据不同参数对整个系统的影响,选择最佳的参数值,从而实现宽带微波信号光纤传输链路的最佳设计。
3结语
光纤链路 篇3
关键词：光纤通信,链路设计
随着广播电视技术日新月异的发展和“三网”融合步伐的加快, 有线广播电视网络不论是从用户数, 还是所开展的业务种类、提供的服务质量等方面, 都证明广电已经逐渐成为第四大运营商。而广电系统由于其传输内容的特殊性以及信号质量的稳定性, 对整个网络的设计提出更高的要求。
1、广电光纤通信网络设计理论及步骤
1.1 确定光节点位置
光纤有线电视传输网络的设计, 首先要对该系统的覆盖范围、用户数、用户分布、原有杆路、发展规划等方面进行详细的调研和勘察, 以掌握第一手资料, 并以此作为设计的依据。
1.2 确定光缆路由及选择光缆
光节点选定以后, 应按照本系统服务区内的地理情况和原有杆路情况确定光缆走向。在不同地段, 要根据不同的实际情况确立光缆的施工方式。
1.3 确定网络结构
根据地理环境和光节点的分布情况, 科学合理地选择网络结构, 对一个系统来说是至关重要的。常用的光纤传输干线可分为星形网、树形网和星树结合网3种。
1.4 了解光设备有关技术资料
在光链路设计中, 最主要的是根据系统设计指标选用光端机。各个光端机生产厂家都有各自光发射机链路指标及C/N曲线, 收集掌握这类链路指标及C/N曲线对设计和选型都会带来极大的方便。
1.5 确定光接收机输入光功率d Bm
确定光接收机输入光功率有两种方法:第一种方法是根据C/N分配指标和调制系数计算光接收机输入光功率。第二种方法是在选取光接收机型号后, 根据厂家给出的光链路性能参数表或光链路特性曲线, 在满足系统指标分配的C/N指标条件下, 确定输入光功率。
1.6 选择光发射机的光功率分配形式
HFC传输网络在光纤传输部分一般都以星形为主, 在光节点数量和位置确定以后, 从前端到每一个光节点都有若干条光纤通路, 因此光发射输出端需要有若干光分路器来对这若干个光节点进行功率分配。
1.7 计算光链路损耗及光发射机功率
光缆链路的总损耗包括光纤损耗、分光损耗、附加损耗、光连接器损耗, 另外还需加上系统设计裕量。其计算公式为:
Z=aL+10lgKi+附加损耗+光连接器损耗
Z:光链路损耗;
a:光纤损耗常数 (对于1310nm, a=0.4dB/km;对于1550nm, a=0.25dB/km包括熔接损耗) 。
L:光缆长度;
光连接器损耗设计值一般为0.5dBm。
根据计算出的光发射机或光放大器输出功率和系统对载噪比的要求, 查厂家光端机链路指标参数表, 选择光发射机或光放大器的型号。
2、XX县小区光纤网络设计实例
2011年, XX县城先后有小区A、小区B新建住宅项目竣工, 其中小区A共有20幢住宅, 小区B有9幢住宅, 每幢住宅均有3~4个单元, 个别住宅有6个单元, 楼层数均为6层。甲方要求在用户入住之前对小区通过光缆传输实现有线电视联网, 并要求采用FTTB设计。
根据FTTB原则, 小区A每幢楼设计为1个光节点, 共计20个光节点, 3个单元的住宅光节点位置在2单元, 4个单元的住宅光节点在2单元或3单元;小区B内6个单元的住宅设计为2个光节点, 共计10个光节点。
因为每一幢楼至少有1个光节点, 节点数比较多, 且小区中心至前端机房的光缆路由均不超过10km, 所以在选择光分路器时选择1×2或1×n标准型产品。其中, 部分光分路器需加工成SC/APC接头, 以备前端机房使用。其余光分路器不需要加工接口, 直接在小区中熔接使用。
根据有关技术资料, 光分路器附加损耗如表1:
计算公式:
分光器损耗 (dB) =10lg K K为分光比
mw转换为dBm dBm=10lg X (mw)
mw可直接相加
分光器的插入损耗包括分光损耗和附加损耗两部分, 即插入损耗 (dBm) =10lg K+附加损耗。
通过计算得如下光分路器插入损耗表: (如表2)
根据光链路损耗计算公式:
Z=aL+10lgKi+附加损耗+光连接器损耗
Z:光链路损耗;
a:光纤损耗常数 (对于1310nm, a=0.4dB/km;对于1550nm a=0.25dB/km包括熔接损耗) 。
L:光缆长度;
光连接器损耗设计值一般为0.5dBm。
前端系统采用1550nm, 故根据系统图可知小区A、B光链路总损耗如下:
为确保网络的长期安全平稳运行, 多数情况光链路应留有1dBm余量, 故小区A、B的光链路总损耗应为23.16dBm和2 228dBm。由此可见, 系统前端应选择22dBm光放大器。
系统竣工后通过实测终端光功率均在-1~-2dBm左右, 完全满足系统指标要求。该系统最多可带4×2×2×5=80个光节点。其中小区B有一个1×2的光分路器留在了前端机房, 为以后系统增加光节点提供了方便。
3、结语
光纤通信技术作为信息技术的重要支撑平台, 在未来信息社会中将起到重要作用。而随着光纤通信新技术的不断发展和“三网”融合的新形势, 广电系统既面临机遇, 又面临严竣挑战。所以在系统的设计中, 要坚持“扁平化”原则, 为以后系统的升级换代奠定必要的网络基础。
参考文献
光纤链路 篇4
根据工业和信息化部联通 (600050) [2010]105号文的要求:“推进光纤宽带网络建设, 以需求为导向, 以光纤尽量靠近用户为原则, 加快光纤宽带接入网络部署。新建区域直接部署光纤宽带网络, 已建区域加快光进铜退的网络改造。”“有条件的住宅小区直接实施光纤到楼、光纤到户。优先采用光纤宽带方式加快农村信息基础设施建设, 推进光纤到村。”针对“光纤到户”工程中住宅区与住宅建筑内相关通信设施的技术要求, 由住房和城乡建设部与工业和信息化部负责管理, 中国移动通信集团设计院有限公司主持编制了《住宅区和住宅建筑内光纤到户通信设施工程设计规范》 (以下简称:《设计规范》) 和《住宅区和住宅建筑内光纤到户通信设施工程施工及验收规范》 (以下简称:《验收规范》) 。
《设计规范》与《验收规范》中规定:“通信设施作为住宅建筑的基础设施, 工程建设由电信业务经营者与房地产开发企业共同承建。为了保障通信设施工程质量, 由房地产开发企业承担的工程建设部分, 在工程建设前期应与土建工程统一规划、设计, 在施工、验收阶段做到同步实施。”其中工程验收部分, 尤其是光链路性能指标的测试数据, 成为重要的工程交接文件之一。本文依据《设计规范》与《验收规范》中的要求, 并结合相关测试仪表特性, 就光链路工程测试进行简要介绍。
2 工程界面划分
“通信设施作为住宅建筑的基础设施, 工程建设由电信业务经营者与房地产开发企业共同承建。”为便于质量控制、明确责任与义务, 《设计规范》增加并定义了术语——“用户接入点”, 即:“为多家电信业务经营者的电信业务共同引入及居住者选择电信业务经营者的部位, 为电信业务经营者与房地产开发商的工程界面点。”图1a、1b、1c描述了三种典型场景下的“用户接入点”的位置与工程界面两侧的施工内容。
《设计规范》第3.1.2条第2款规定:“用户接入点交换局侧以外的配线设备及配线光缆由电信业务经营者负责建设, 用户接入点用户侧以内配线设备、用户光缆及户内家居配线箱、终端盒、信息插座、用户线缆由房地产开发企业负责建设。”《验收规范》中规定的光链路指标测试, 特指“用户接入点用户侧以内”的, 由房地产开发企业负责建设的那部分光纤链路。
3 开发商负责验收的光链路
(1) 光链路构成
为了便于施工和日后运维管理, 房地产开发商负责施工的光链路, 即:“用户接入点用户侧以内”的光缆 (纤) , 分别由:进入建筑物的主干光缆 (G.652) 、分配到各楼层的光缆 (G.652) 、接入住户的入户光纤 (G.657A) 构成。各区段光纤通过熔接 (特殊情况也可用冷接方式) 进行接续, 光链路两端采用带连接器的尾纤熔接方式进行成端。图2显示了这部分光链路的构成环节, 即:图中的5 (尾纤连接器) 、6、7、8、9、10、11 (尾纤连接器) 部分。
1为配线光缆;2、3、5、11为活动连接器对;4为运营商与用户ODF之间的跳纤;6、8、10为用户光缆/入户光纤;7、9为配线设备内的熔接点。
(2) 传输指标
FTTH工程中所采用的PON技术, 在单根光纤上通过分时复用实现全双工通信, 其下行链路采用1490nm波长 (数据) 和1550nm (模拟电视) , 上行链路采用1310nm波长。根据光纤传输特性, 同一传输方向上, 如果1550nm波长衰减合格, 1490nm波长衰减必然合格 (如表1所示) 。由于光纤本身缺陷、熔接点、连接器等在上下行方向上可能存在差异, 对反向传输的1310nm波长需单独测试。
为避免现场计算和简化操作, 《设计规范》第8.0.1条规定:“用户接入点用户侧配线设备至家居配线箱光纤链路长度不大于300m时, 光纤链路全程衰减不应超过0.4d B。”其“条文说明”中指出:“不同波长的光信号在同一条光纤中传输的衰耗是不一样的, ……0.4d B是指分别采用1310nm及1550nm波长进行测试的全程衰减值。
对于超过300m的光链路, 《设计规范》第8.0.2条给出了计算公式:
其中:
β:用户接入点用户侧配线设备至家居配线箱光纤链路衰减 (d B) ;
Lmax:用户接入点用户侧配线设备至家居配线箱光纤链路最大长度 (km) ;
αf:光纤衰减常数 (d B/km) ;
N:用户接入点用户侧配线设备至家居配线箱光纤链路中熔接的接头数量;
2:光纤通道成端接头数, 每端1个;
αj:光纤接头损耗系数, 按0.1d B/个取定。
4 测试仪表
根据PON技术的光传输模式, 并考虑工程现场操作和实际应用情况, 上下行两个波长的衰减测试应分别在两个方向上进行, 即:用户ODF至用户ONU方向采用1550nm测试, 反方向用1310nm测试。如果测试链路光衰减时, 同时得到链路长度数据, 则更便于判断测试结果的优劣。因此测试FTTH光链路的仪表应具备以下功能:
(1) 在单根光纤上完成测试。
(2) 用两个波长:1550nm和1310nm测试。
(3) 模拟上下行两个方向进行测试。
(4) 获得光纤长度数据。
(5) 自动判断链路衰减是否符合设计要求。
IDEAL公司配有SM光纤测试模块的LANTEKII线缆认证测试仪 (如图3所示) , 可满足单纤、双波长、双向测试, 来获得链路长度数据的要求, 并能自动判断链路衰减指标是否合格 (300m内, 小于0.4d B) , 测试时间约为5s。
测试数据可存储在仪表内, 也可转存至U盘, 上传计算机后可生成详细测试报告 (如图4所示) 。
5 连接器端面检查
与熔接和冷接相比, 光纤活动连接器 (或称“活接头”) 导致的插入损耗更显著 (如表2所示) , 而且易受人为和自然条件影响, 导致光链路整体衰减指标下降。为最大限度降低此类影响, 《设计规范》规定:除光链路两端出现活动连接器外, 尽可能减少“活接头”的使用, 而多采用熔接方式。在光链路随工检查和竣工验收时, 如果衰减显示不合格, 应重点检查链路两端连接器情况。
通常使用放大倍数不低于200倍、带照明和红外线过滤的专用光纤显微镜, 对单模光纤连接器端面进行检查。
除不得有明显污染外, 连接器端面应符合《光纤布线测试》ISO 14763-3要求, 即:光纤连接器的内包覆层区域内不应出现裂纹, 外内包覆层区域内不应出现延伸超过包覆层25%的裂纹 (如图5所示) , 在纤芯区域内的擦伤与疤痕数量不应超过表3中规定的数值, 纤芯与包覆层区域内不应有裂纹。
6 结束语
“光纤到户”工程用户接入侧是由房地产开发企业负责施工的, 但业务开通及运行维护仍由电信运营商负责, 这就使得作为工程交接文件之一的光纤链路的传输性能数据变得尤为重要。正确选择测试仪表与测试方法, 快速准确地获得相关数据, 有利于工程施工、验收和交接工作的顺利进行。
光纤链路 篇5
关键词：光纤链路,调制技术,色散补偿,比较
1 色散对光通信系统比特速率的限制影响
1.1 光源谱宽较宽
在光源谱宽较宽的系统中, V>>1, 又考虑系统远离色散波长, 因此β3项可以不考虑。假如我们进一步忽略频率啁啾 (C=0) 式1表示的色散引起脉冲展宽的系数可进一步简化为
式中的σλ是用波长单位表示的光源均方根谱宽, D=- (2πc/λ2) β2是光纤的色散系数。输出宽度为
式中的σD=|D|Lσλ是色散引入的脉冲展宽。
受限的比特速率应满足4Bσ≤1, 此时至少95%的高斯脉冲能量在比特时隙内。对于窄脉冲, 此时, 色散对比特速率的限制应满足BL|D|σλ≤1/4。
对于工作在零色散波长的光纤系统
这里的β3已用色散斜率S代替。于是输出脉冲展宽为
式中。当σ0<<σD时, 色散对零色散波长光纤系统比特速率的限制是
1.2 光源谱宽较窄
在光源谱较窄的系统中V<<1, 因为光源谱宽σω比1/σ0更小, 假如我们忽略β3项, 并置C=0, 此时有
当时, σ最小, 其值为σ= (|β2|L) 1/2。使用4Bσ≤1就可以得到受限的比特率
对于工作在光纤零色散系统, 当β2=0, 并使用V<<1和C<<1, 此时脉冲展宽为
当σ0= (|β3|L/4) 1/3时, σ最小, 其值为
使用4Bσ≤1就可以得到受限的比特率
此时色散的影响最小, 对于典型值β3=0.1ps3/km, L=100km时, 比特速率可达150Gb/s.
因此使光纤工作在接近零色散波长, 并使用窄线宽的光源, 就可以使系统的性能的到提高。
2 光纤色散的种类
2.1 模式色散
在多模光纤中存在许多传输模式, 即使在同一波长, 不同模式沿光纤轴向的传输速度也不同, 到达接受端所用的时间不同, 而产生了模式色散。
2.2 材料色散
光纤材料的折射率的波长是一个非线性函数, 从而使光的传输速度随波长的变化, 得到的分散体的分散材料称为。光源的光谱宽度的主要原因是材料色散。由于在光纤通信使用的光源是不是单色光, 具有一定的频谱宽度, 使不同波长的光以不同的速度传播, 导致延迟差异和脉冲展宽。材料脉冲展宽, 由于色散的光源的谱宽和材料色散系数成正比, 所以该系统是在使用中作为一个选择的光源的谱线宽度。石英纤维材料的零色散系数波长1270nm附近。
2.3 波导色散
相位常数与波长的群速度随波长而改变相同的图案的变化, 所得到的分散体被称为波导色散。波导色散是主要谱宽的光源和光纤的几何形状引起的。材料色散与波导色散一般小于。在1310nm左右的波长的普通石英光纤的波导色散和材料色散, 可以相互抵消, 因此, 无论是总色散为零。因此, 普通的石英光纤在此频段内是低色散区。在多模光纤的色散在所有三个都存在。对于阶跃折射率多模光纤, 模态色散占主导地位, 其次是材料色散, 波导色散是比较小的, 可以忽略不计。对于多模光纤, 模态色散小, 波导色散也可以忽略不计。对于单模光纤, 存在三个, 只有材料色散与波导色散的色散。
2.4 偏振模色散
偏振模色散是由于实际的光纤总是存在一定的不完善性, 使得沿着不同方向偏振的同一模式的相位常数不同, 从而导致这两个模式传输不同步, 形成色散。
偏振模色散通常较小, 在速率不高的光纤通信系统中可以忽略不计。对于工作在零色散波长的单模光纤, 偏振模色散将成为最后的极限。
3 色散补偿光纤 (DCF) 在色散补偿方案中的应用
3.1 基模设计
基模设计成使用在光纤芯有一个较小的直径和高的折射率的底模, 实现了大的负色散和色散斜率。设计的色散补偿光纤的模场直径和有效面积是非常小的, 有效面积一般为15~20μm*μm。这种结构的特点是一个简单的和易于实现, 但是拥有较强的非线性效应。
3.2 高阶模设计
由高阶模截止波长色散LP模式色散补偿附近的设计工作。从设计的基模色散补偿光纤, 这种光纤可以是更大的分散性和较大的有效面积, 从而可以减少纤维损失和非线性效应。然而, 由于基模传输光纤和高阶模之间的模场分布的不匹配, 该应用程序是需要追加模式转换器。因此, 虽然这种结构有效地补偿光纤中, 但实施起来十分复杂, 同时造成的损耗也十分大大。
图1可以看出纤芯的折射率较高, 两个下陷区的折射率较低, 这样才会产生大的负波导色散。两个肩膀层的折射率的高低以及宽窄可以调节色散曲线的形状, 使之产生负色散斜率并促使场的更大部分分布于下陷层, 达到更大的波导效应。但过低、过窄的肩膀层将使截止波长远离1550nm, 而过高的肩膀层又会使光纤成为多模光纤。在进行实验时, 无论是开展哪一类动作, 都要事先进行校准工作, 以方便更好地为之后的陀螺仪数据计算做出参考, 一切DCF动作都要开展校准工作, 而纤芯仅需要做一次校准。通常校准方式的是:实验对象保持3秒站立不动, 并对相关数据进行记录。如果算上校准动作, 那么每一个实验对象都要完成的动作有22个, 实验系统总共记录22组数据。在实验当中, 我们首先用绑带把纤芯固定在需要进行模拟实验的对象上, 接着在海绵垫空余地方开展DCF实验。DCF实验中各地物设备都是根据点、线、面的几何集合构成, 对象较为复杂, 因此有必要对复杂光纤类的属性特征和几何特征作出详细的分类与定义。通常我们都可以将具备集合特征的数据分类为层次数据与几何数据。层次数据可以带有属性, 是把各采集到的图形按照各自的特征、需求归类分层, 最终得到的结果, 同时也是属性与图形的关键结合点。几何数据则是对地物形状大小、空间位置及其拓扑关系进行描述表达的基础数据。对结构参数如图2所示。
3.3 数据交换机在光纤色散补偿的应用
为达到网络光纤链路的预定要求, 在色散补偿系统的设计中采取分层数据交换转发、本地局域网组播的设计方案, 也就是在每个网络层构设数据交换转发服务端口, 并且在现场、区县市局成立监控管理中心, 完善各部门数据交换解码器、电视播放墙等设施。该联网设计借助已知网的部分节点, 经上级授权之后连接并登录数据交换流管理服务端口, 就可以轻松观看该服务器的数据交换, 且不会增加前端带宽负荷, 可同时向多个用户共享图像信息。通过监控工作站或D1单画面轮巡, 将画面进行分割并上传到数据交换流管理服务端口, 然后统一由数据交换流管理服务端口对数据交换信号进行存储和发布, 这样有效地避免工作人员直接访问客户端而导致网络拥塞现象。开展数据交换监控工作时, 前端摄像机数据交换线依次对前端画面处理器、数据交换服务器和光端机实施连接, 通过光缆把接受到的数据交换信号传输到监控中心。在这个时候, 其他用户很容易不会根据已经规定好的操作流程来对系统进行操作和数据处理, 而且由于不受时间、地域的限制, 他们还可能会通过输入地址直接对数据库实施访问。如此一来, 就很容易造成客户肆意操作, 最终致使后台数据库随时都有崩溃的威胁。所以说, 我们应该采取一些可运用的技术对色散补偿系统进行尽可能全面的安全防范, 比如说系统加密、防火墙、真实身份认证、授权控制技术等等。光纤链路在接收数据交换信息后, 第一时间想远端的数据交换服务器发出云台控制信号, 最终传输到摄像机云台控制线, 并直接上传到系统客户端。
4 结束语
伴随着高速光纤通信系统与技术的向前发展, 如今高速光纤色散补偿技术更多的是朝着高效率、高可靠性、低成本、小型化、易于操作结与升级等方向发展。现阶段, 光纤光栅色散补偿技术已在原有的基础上取得了一定进步, 尽管如此, 但它仍然缺乏一定的理论探搜, 因此在开发和实验研究阶段, 我们都应该不断完善现有的补偿方法, 同时寻找更加优化, 更实用的色散补偿设备方法。
参考文献
[1]贾嘉.啁啾光纤光栅在光纤色散补偿中的分析[D].广州:中山大学研究生学刊, 2006, 27 (3) :122-127.
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光纤链路 篇6
多模光纤(MMF) 广泛应用于短距离光纤通信中,是以太网标准规定的传输介质之一,也是“最后一公里”通信的理想传输介质之一,它与光源的耦合效率高,光纤间的连接操作简单方便,与之配套的器件相对便宜,因而系统成本较低。但是MMF的模式色散会导致码间干扰(ISI),大大限制了系统带宽和传输容量[1]。将正交频分复用(OFDM)技术应用于光纤通信领域成为近年来研究的热点之一,该技术广泛应用在超长距离单模光纤(SMF)[2]和短距离MMF通信系统中[3],体现了它在高速通信和抗链路色散方面的优势。
OFDM技术可以将高速率信息码流通过子载波复用的方式转换成较低速率的码流,从而实现电信号对激光器的直接调制,这样既可以减少所需设备,降低系统成本,又可以在一定限度内克服由MMF的模式色散所带来的ISI,从而实现短距离的高速、大容量通信。本文提出利用光学角谱方法分析对于给定折射率分布的MMF模式色散,计算其模式功率分配系数和各模式时延,进而模拟光纤传输中的响应特性;再应用OFDM技术构建激光器直接调制、直接探测的理论模型,数值分析了二相相移键控(BPSK)、四相相移键控(QPSK)和正交幅度调制(QAM)3种调制方式下系统的传输速率、传输距离和误码率等典型性能。
1 OFDM MMF链路工作原理
激光器直接调制型OFDM MMF通信链路原理如图1所示。系统由OFDM信号调制、解调,光发送、接收和光传输等部分组成。图中S/P、P/S分别为串/并、并/串变化,CP、RCP分别为循环前缀和去循环前缀,D/A、A/D分别为数/模和模/数转换,PD为光电二极管,IFFT、FFT分别为快速傅里叶逆变换和快速傅里叶变换,LD为半导体激光器。
由于模型中采用激光器直接调制型,要求OFDM的调制输出为实值信号。在OFDM信号的调制部分,发送端通过不同数字调制方式将二进制信元映射成复数信号,由IFFT原理可知,必须使IFFT输入信号序列的正负频率部分满足共轭对称,输出才能为实数序列,因而在OFDM调制的子信道中最多只有一半的信道可以加载调制信息。这样得到了实值的时域OFDM信号,经D/A转换后,便可以直接调制LD。
渐变型MMF(GI-MMF)作为光传输介质,存在许多传输模式,在短距离通信中,光纤中的模式色散是造成传输性能下降的最主要因素。当光脉冲从光纤轴向z=0处注入时,具有不同功率的传输模式在光纤中的传输速度不同,到达接收端时就会造成光脉冲的展宽。MMF信道单位脉冲响应模型h(z,t)可表示为[4]
式中,wi为第i个传输模式的功率分配系数;αi为传输损耗系数;vi为模式传输速度;z为传输距离;t为传输时间。利用该响应模型可以模拟光脉冲在MMF中的传播情况。
为得到式(1)的脉冲响应模型,需计算各模式的功率分配系数和传输时延。这里我们采用光学角谱法进行分析。LD的输出可认为是高斯型脉冲G(x,y),这里假设沿光纤z轴向传播,通常在MMF前会放置一个透镜,使光脉冲会聚,提高光源与MMF的耦合效率,薄透镜在近傍轴的情况下的相位转移函数可表示为[5]
式中,f为透镜的焦距。对会聚后的脉冲进行空间FFT,得到其角谱为[6]
这里设平面波的波矢为[5]
式中,α、β、γ为其方向余弦;λ为波长。通过计算出的角谱可以得到光以不同的入射角度耦合进入MMF,即各个传输模式的光功率归一化分配情况,如图2所示。
这里模式数设为25,MMF轴心处折射率n1=1.5,相对折射率差Δ=0.01,通过计算可知耦合效率能够达到90%以上。当光纤长度选为1 km时,分别计算了折射率为平方率分布的渐变型(GI)和阶跃型(SI)MMF的模式时延分布,如图3所示。结果表明,GI-MMF的最大模式时延Δτm=0.248 ns/km,而同样参数的SI-MMF的最大模式时延大约为50 ns/km,可见采用50/125 μm GI-MMF其模式色散降低了很多,更适用于短距离光纤通信。
2 数值结果及分析
根据上述建立的链路模型,数值计算中系统的二进制信元分别采用BPSK、QPSK和16 QAM等调制方式,OFDM共使用128路子信道,每路子载波的符号数为6,IFFT/FFT长度为128,保护间隔长度为其1/4,并考虑了接收端的电器件所带来的热噪声和散弹噪声。由于传输距离相对较短,在数值计算中忽略光纤非线性的影响。
通过研究信号传输速率、传输距离和误码率(BER)等光网络中的重要技术指标,对系统性能进行分析。光通信中通常采用前向纠错(FEC)技术来降低系统BER,所以在链路模拟中,只计算到FEC编译码前的BER。首先设定接收端BER为10-3,调制方式分别为BPSK、QPSK和16 QAM,传输速率为40~160 Gbit/s时,计算系统最大传输距离,如图4所示。
对于40 Gbit/s信号,其传输距离可分别达到2.5、3.5和4 km;160 Gbit/s信号的传输距离也能达到500 m以上,能够满足10 G以太网标准中规定的300 m传输距离。对于同样的传输比特率,采用高阶调制方式能够使系统传输距离更远。
图5描述了3种调制方式下传输速率为160 Gbit/s时链路的BER与传输距离的关系,在BER从10-4到10-1过程中,16QAM调制的系统传输距离达到900 m时BER最低,这说明对于同样传输速率的MMF链路,高阶调制方式抗色散性能更好。因为每个传输码可以携带更多比特信息,符号宽度更大,抵抗由色散引起的ISI的能力更强,所以表现出更好的传输性能。对于带宽有限的MMF介质来说,OFDM 技术可以实现MMF的高速通信。
图6所示为QPSK调制下系统BER与传输距离的关系曲线。采用同步光纤网络(SONET)中信
号带宽标准OC-768、OC-1536和OC-3072[6],其传输速率分别为40、80和160 Gbit/s。由曲线可看出,传输速率越高, BER恶化越严重。其原因是系统调制方式相同时,传输速率越高,信道中传输码宽度越小,在色散影响下,更容易引起ISI。
图7和图8均为系统BER与信噪比(SNR)的关系曲线。图7采用QPSK调制方式,传输距离为300 m,传输速率分别为40、80和160 Gbit/s。可以看出BER随SNR增加而得到改善,在相同SNR的情况下,传输速率越高,BER越大,因为在发射功率一定时,传输速率越高,每比特占有的功率越小,更容易造成误码。
图8中,系统分别采用BPSK、QPSK和16 QAM调制方式,其相应的传输速率分别为40、80和160 Gbit/s,这时通过OFDM多路子载波复用,使得光纤中的传送速率相同,约为156 Mbit/s。可以看出在相同SNR的情况下,BPSK调制系统的性能最好,而16 QAM调制系统最差。这说明虽然高阶调制方式可以使传输码携带的比特信息更多,更有效地利用信道带宽,但在相同误码情况下,系统所需的发射功率也将更大。
3 结束语
本文利用光学角谱方法分析了给定折射率分布
的MMF模式色散,给出了模式功率分配系数和模式时延分布情况。将OFDM技术应用于MMF系统,可以实现短距离、高速、大容量信息通信,对于40 Gbit/s信号,其传输距离可达2.5 km以上。不同数字调制方式对系统性能有很大的影响,采用高阶调制方式能够使系统获得更好的传输性能。
参考文献
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