光纤通信（精选12篇）
光纤通信 篇1
光纤通信通过30多年的发展, 在扩大网络传输容量方面起到了其他方式不可替代的作用。目前, 中国已经形成了较完整的光纤通信产业体系, 涵盖了光纤光缆、光传输设备、光器件、光模块等领域, 受移动互联网、三网融合等新型应用对于带宽需求推动, 中国光通信市场开始进入高速成长期。
一.我国光纤光缆发展的基本情况
中国光通信技术发展总体上与世界保持了同步。如表1所示。
2009年我国单模光纤需求达到了7880万芯公里, 占世界总需求的46.8%, 中国已形成了世界上最大的光纤光缆产业, 并形成了完整的光棒、光纤、光缆产业链;2009年我国光缆的产量达8042万芯公里, 占世界总产量的46.8%, 并且产能仍在不断扩大中;2009年, 我国光纤连接器的年产量约为4000万件, 与去年同期相比增长11%;2009年完成FTTx覆盖2300万线, 同比增长4.75倍, 市场规模200亿元, 同比增长5.6倍。
2010年, 在光纤网络、智能电网以及3G网络建设的推动下, 上半年中国光器件市场需求旺盛约实现收入37亿元, 同比增长约12%;上半年国内光纤市场需求量约达3 6 0 0万芯公里, 同比增长约1 0%。
国内光通信产业重点发展地区分别有北京、武汉、长春、浙江、成都、深圳、西安、上海等。根据这些地区的发展情况将其发展现状、发展重点领域、代表企业等作对比分析, 如表2所示。
二.影响产业发展的环境因素
1. 国家相关政策
工业和信息化部等部门相继发布的《关于推进第三代移动通信网络建设的意见》、《关于推进光纤宽带网络建设的意见》等相关文件, 推动了光纤产业的发展。
2. 运营商政策
中国电信:要求南方城市地区2010年20M接入带宽覆盖率达到52%, 2011年达到70%, 2012年达到90%, 基本具备2 0 M接入带宽能力。三网融合试点城市和宽带竞争激烈城市2010年20M接入带宽覆盖比例比南方城市平均值提高10个百分点, 达到62%;2011年20M接入带宽覆盖率达到8 0%。
中国联通:针对1.1亿个EPON端口的联合招标工作已在2009年完成, 2010年PON (无光源网络) 设备集采招标总量达到1500万线, 预计2010年光纤宽带用户将达到1170万个, 比2009年增长570万个。
中国移动:中国移动将首先为企业用户部署PON设备, 利用无线基站的回程线路开展城域无线网络计划。移动2008年首先开展了EPON和GPON设备测试, 一共测试了大约20万个端口。
3.社会文化
随着互联网的迅速普及以及宽带综合业务数字网的快速发展, 人们对信息的需求呈现出爆炸性的增长, 几乎是每半年翻一番。在这样的背景下, 信息高速公路建设已然成为世界性热潮, 而作为信息高速公路的核心和支柱的光纤通信技术更是成为重中之重。很多国家和地区不遗余力地斥巨资发展光纤通信技术及其相关产业。此外, 由于信息的生产、传播、交换以及应用对国民经济和国家安全有着决定性的影响, 所以, 与其他行业相比, 光纤通信更具有特殊意义。
4.生态环境
光通信所用的光纤原材料极大丰富, 生产材料是二氧化硅。目前光缆的市场价格已低于普通铜质缆线的价格, 光缆不需要定期更换和再敷设, 光纤到户 (FTTH) 更可以一步到位, 光进铜退已成趋势。同时, 宽带生活也影响到我们的生活和工作方式, 诸如家庭办公、网上办公/交易、不出家门的购物、学习、医疗、支付、娱乐等容易实现, 从而大大减少出行频次, 节约出行能源, 减少汽车废气污染, 缓解日益增长的各城市交通堵塞和能源的紧缺状况。
三.光纤通信的发展趋势
1.收发模块
光纤通信——现代信息网络的主要传输手段, 光收发模块作为光纤接入网的核心器件推动了干线光传输系统向低成本方向发展, 使得光网络的配置更加完备合理。通信设备的体积越小, 接口板包含的接口密度越来越高, 要求光电器件向低成本、低功耗的方向发展。光收发模块还需朝着超高频、超高速和超大容量以及远距离、热插拔等方向不断发展。
2.真正实现光纤接入 (FTTx)
在FTTx领域, 中国地区的建设处于起步阶段, 但由于三网融合、光电子器件的进步, 光收发模块和光纤的价格大大降低, 加上宽带内容有所缓解, 都加速了F T T H的实用化进程。F T T x将是光通信市场的主要需求之一, 在“加快光进铜退、推进接入网战略转型”的指导思路下, 城市新区实现光纤到办公大楼 (FTTB) , 高端住宅及商务客户实现光纤到户 (F T T H) , 城市老城区实现光纤到路边/楼 (FTTC/F T T B) , 农村地区实现光纤到节点 (FTTN) 将全面展开。
接入网采用无线是趋势, 但无线接入网仍需要密布于用户临近的光纤网来支撑, 与F T T H相差无几。F T T H+无线接入是未来的发展趋势。
3.新型光纤光缆
构筑具有巨大传输容量的光纤基础设施是下一代网络的物理基础。为了适应干线网和城域网的不同发展需要, 已出现了两种不同的新型光纤, 即非零色散光 (G.655光纤) 和无水吸收峰光纤 (全波光纤) 。从长远来看, XPON技术将是未来宽带接入技术的发展方向。但从当前技术发展、成本及应用需求的实际状况看, 它距离实现广泛应用于电信接入网络这一最终目标还会有一个较长的发展过程。开发新型光纤已成为历史的必然。
4. 光互连产品
光互联网指的是网络链路层的连接为直接连到高性能路由器的光纤波分复用 (WDM) “专用”波长的互联网。光互联网能够满足用户日益增长的带宽需求和预期的Internet大发展而产生的大容量需求, 光互联产品包括:光放大器、光转发器、光分插复用器O A D M、光交叉连接器O X C、光开关、交换路由器等。使用光互联网不但拓扑结构具有更大的灵活性, 而且随着光交换和全光路由技术的成熟, 具有最终迈入全光网的巨大潜力。
5. 全光网络
未来的高速通信网将是全光网。全光网是光纤通信技术发展的最高阶段, 也是理想阶段。传统的光网络实现了节点间的全光化, 但在网络结点处仍采用电器件, 限制了目前通信网干线总容量的进一步提高, 因此真正的全光网已成为一个非常重要的课题。
全光网络以光节点代替电节点, 节点之间也是全光化, 信息始终以光的形式进行传输与交换, 交换机对用户信息的处理不再按比特进行, 而是根据其波长来决定路由。
目前, 全光网络的发展仍处于初期阶段, 但它已显示出了良好的发展前景。从发展趋势上看, 形成一个真正的、以WDM技术与光交换技术为主的光网络层, 建立纯粹的全光网络, 消除电光瓶颈已成为未来光通信发展的必然趋势, 更是未来信息网络的核心, 也是通信技术发展的最高级别, 更是理想级别。
参考文献
[1]曹琦.浅析光纤通信技术的发展趋势.中国集体经济.2009
[2]李振德, 由俊玺.光通信的发展趋势与市场.黑龙江科技信息.2009
[3]付伟明.探讨新时期光纤通信技术的发展.中国科技纵横.2001
[4]谢奇.我国光纤通信技术的发展现状与前景.科海故事博览.科技创新.2010
光纤通信 篇2
光纤通信系统可以根据系统所传输的信号形式、光波的波长和光纤的类型进行不同的分类。
按传输信号形式的不同，光纤通信系统可以分为模拟光纤通信系统和数字光纤通信系统两类。
光纤通信传输技术的应用 篇3
关键词：光纤通信；传输；技术；应用
一、光纤通信传输技术的特点
（一）频带宽，通信容量大。光纤是在传统的传输媒介的基础上发展出来的，它摒弃了传统的传输媒介带宽弊端，光纤的带宽远比传统的大。在一个单波长的光纤通信系统中传统的传输媒介也有光纤不能实现的，由于存在终端设备的不匹配，使得光纤带宽大的优点在单波长时无用武之地。光纤数据传输技术的出现，就能够将这个问题解决。光纤数据传输技术对频带宽的要求是很高的，当然频带宽的宽度对于传输各种宽频带信息具有十分重要的意义，否则，不能够满足未来宽带综合业务数字网发展的需要。
（二）损耗低，中继距离长。目前实用石英光纤的损耗可低于0.2dB/km，这种损耗率是其它任何传输介质的损耗都无法比拟的，若将来采用非石英属性的光纤，这种光纤具有极低损耗的特性，其理论分析损耗可下降至10-9dB/km。由于光纤的这种损耗低，能实现长距离中继并不是问题，这也说明建设光纤通信系统在成本方面大大的缩减了通信系统建设的成本，也对提高通信系统的可靠性和稳定性有着长远的意义。
（三）抗电磁干扰。光纤其实是一种绝缘体材料，这种绝缘材料的特性决定了它不受自然界各种现象的干扰、也不受电离层的变化对光纤的影响，更不受太阳黑子活动对光纤的干扰，更不受工业电器相关设备的干扰。它的特性还可以与高压输电线平行架设或与电力导体复合构成复合光缆。这种复合光缆在当今的军事领域和电气领域得到了广泛的应用。
（四）无串音干扰，保密性好。传统的通信系统中，窃听一直是相关技术没有解决的问题，窃听的信息一旦被泄露出去，将会对被窃听方造成难以估计的后果，所以传统的通信系统在对信息的保密工作也是一直想突破的一个难点。光波在光缆中传输就避免了上面窃听事件的发生，即便是在一些恶劣的物理环境下，光波也是很难在光纤中泄漏出去，要是利用消光剂涂在光纤或光缆上更能让密不透风。即使在传输介质的光缆内光纤总数很多，也不会出现串音干扰，在光缆外面，更不能窃听到光纤中传输的信息。
二、光纤通信传输技术的应用
（一）单纤双向传输技术。近些年来单纤双向式传输技术成为研究人员研究的焦点，使其成为创新研发的新型通讯手段，这里的单纤是有相对概念的，是相较于传统双纤双向来讲的，在过去传统的双纤双向的环境下，传播的信号是通过两根光纤进行传送的，这两根光纤彼此之间是不同的，并且两根光纤彼此不会受到影响；而单纤恰好跟双纤相反，它是在一根光纤中传送收发信号，通过不断的调整波段，防止传输的信号彼此影响。在通讯传送过程中，人们想尽办法节省光纤资源，就通过对传输光线容量的扩充来解决，理论上来讲是能实现的，但是受到传播环境的影响，光纤的容量是不能完全实现的。我国目前一些光纤通讯网络仍然面临双线双向传送方式，当有一天通信技术发展到一定阶段，全部实现了单纤双向技术，在这种情况下庞大的通讯网络在成本上大大节省了光纤资源。
（二）FTTH技术。FTTH技术作为一种接入技术，实现了光纤到户的技术。电子信息行业的快速发展促进了社会的进步，社会的进步催生了电子信息行业的发展。两者的相互发展促使高清数字电视机成为研发人员研究的主流研究方向，这种研究应运的提前就是FTTH技术的带宽的全覆盖。实现这一技术主要通过完全透明的光纤接入网络。同时用户安装ONU，这样方便设备的维护以及在某个阶段对系统进行升级更新。所以，
FTTH技术的发展推动了高清数字电视机迅猛发展，随着
FTTH技术逐渐成熟的，线电视、宽带上网在不久的将来会实现网络合并。
（三）光交换技术。在实际应用过程中，光交换技术可以通过为交换+光纤通信传输这个公式进行表示。光纤不仅面临着传输问题，而且还面临着光信号交换问题。如何解决上述两个问题，使研发人员绞尽脑汁。在从前的技术方法上，通信网络主要是由金属线缆组成的，通过金属线缆传输电子信号，电子交换机应用解决了交换的问题。而在从前技术应用的基础上，光纤基本上布满通信传输介质，光信号成为传输的主要信号，电信号在交换的过程中没有发生变化。应用光交换是现在继续投入研发的力量。但是从今天技术发展的阶段来看，光设备还不是发展很成熟的，只能使用其他的方法对光网交换问题进行解决。在实际应用中这个方法还是缺乏一定合理性，效率相对低下，还不能实现规模经济。
（四）在电力通信中的应用。据专家分析，内部需求为主，外部拓展为辅成为电力通信的发展趋势。在电网系统内部，把通信作为生命线，尤其的重要性，把降低相关成本作为悬浮的利剑；在电网系统外部，存在着很多不可控的因素，还要面对电力市场市场化的威胁。这就给电力通信工作者提出了更高的要求，不仅要不断提升自己的专业技术水平；还要积极做好各项沟通工作，才能保证电力通信的正常运行。当内外部环境良好时，电话业务与以数据业务将发生转变，逐渐形成多媒体的网络服务。电力线通信PLC在电力通信应用广泛、前景看好的宽带接入技术。
三、结束语
随着全球经济的发展，在我们的日常生活中移动通信应运的领域越来越广。当然各行各业对通信传输技术的要求也是越来越高。但是在我国，通信技术的近几年的发展，其发展速度惊人。总之，互联网络催生了社会信息化的进程，社会信息化进程推动了互联网络的发展，社会的进步迫切需要信息共享、在共享的基础上实现交流，并且获取自己想要的信息，因此网络的产生逐渐广泛的应用到各个领域，当然对网络也提出了极高的要求，在传输的过程中对光纤通信提出来更高的传输要求，随着信息爆炸时代的到来，光纤通信传输的应用势必拥有更加广阔的发展前景。
参考文献：
[1] 张一丹. 浅论光通信传输技术在专业领域的应用[J]. 中国新技术新产品. 2012（05）
[2] 姜树森，姜剑锋，高伟. 浅谈通信传输的常见问题与技术要点[J]. 数字技术与应用. 2011（03）
[3] 张伟松. 浅谈通信传输常见问题及对策[J]. 中国新通信. 2013（19）
光纤通信 篇4
随着通信网络光纤化趋势进程的加速, 我国电力专用通信网在很多地区已经基本完成了从主干线到接入网向光纤过渡的过程[1]。农网通信系统处于电力系统通信网的边缘, 属于支线通信网, 其网络布局比较分散, 且大部分仍以电力载波通信和微波通信为主要传输手段, 已难以满足日益增长的业务量的传输需求。如今, 以“农村电气化”的深入开展为契机, 大力加强农村电力光纤通信网的建设, 使其逐步覆盖电力线能够伸展到的各个区域, 将成为电力通信发展的新任务。建设农村电网的光纤通信网络已是必然。
1 长沙地区农网光纤通信系统接入工程概况
1.1 长沙电网通信现状
农村电力通信系统不仅需要传输调度电话, 还要传输远动、数据、图文及计算机信息等各种业务, 为农村电网生产运行、管理、基建等方面服务[2]。
2009年以前, 长沙地区35kV变电站多以电力载波通信方式为主, 存在话路数少、带宽窄、易受外界干扰和话音质量差等诸多不足, 不能满足农网现代化管理 (包括电能计量、远方监控、工业电视和变电站无人值班等) 对通信、信息的发展要求, 更无法为接入的供电营业所 (网点) 提供数据、语音传输通道和网络通道。
1.2 光纤通信网建设的必要性
电力通信网作为电网发展的基础设施, 在保障电网安全、经济运行, 提高电网企业信息化水平等方面发挥着重要的作用, 同步建设农村电力通信网也成为当前发展的必要条件之一。加快建设农村供电所及其营业网点光纤通信网, 是农电系统实施国网公司SG186工程、变座收电费为在线实时跨所跨区收费以及提高营销服务水平的重要前提。
(1) 满足信息化办公的需要。随着湖南省电力公司办公信息化、资源集约化理念的提出, 以及生产、营销、农电SG186系统平台和ERP系统的上线运行, 电力系统生产经营管理走进了信息化时代, 对通信信息化要求越来越高, 迫切需要加快中心供电所通信光纤及通信信息工程的建设。
(2) 提高营销优质服务水平, 降低生产成本的需要。目前长沙地区农村供电所为适用信息化办公需求, 信息通信通道采取租赁方式, 生产成本大幅增加;同时, 由于租赁网络通常采取低压线路寄挂方式, 受外力破坏风险大, 发生破坏时抢修时间长, 严重制约优质服务。
1.3 长沙农网网络基本情况
1.3.1 网络规模
2008～2009年, 湖南省全省建设直管县局35kV变电站通信站151个, 中心供电所通信站248个, 供电营业网点通信站56个, 通信中心站4个, 通信中继站5个;代管县公司35kV变电站通信站2个, 中心供电所通信站2个。其中, 长沙电业局建设35kV变电站通信站14个, 中心供电营业所通信站18个, 供电营业网点通信站3个, 光缆敷设总长度约397.5千米。
1.3.2 网络组织
长沙电业局建设1个地区级通信网络和4个县级通信网络, 分别为长沙地区级通信网络、长沙县级通信网络、望城县级通信网络、浏阳县级通信网络和宁乡县级通信网络。长沙地区级通信网络以长沙局为中心站点进行组网;各个县级通信网络以县局为中心站点进行组网。由于目前的农村电力通信网络拓扑整体上依赖于输电线走向, 故大体上呈星形或链状拓扑结构。
光缆线路按就近原则进行连接敷设, 以已有电力线路为光缆载体。
在长沙局中心站设地区级网管中心, 在县局设区域网管中心。
1.4 范围及原则
光缆线路的路由选择和敷设方式, 光缆芯数和结构型式的选择、杆塔结构校验等。
光纤通信系统, 包括确定光纤电路的系统指标, 中继段计算, 传输系统配置, 话路分配及通信设备配置、网管系统配置、通信电源系统等。
2 光缆线路
2.1 光缆的选型
ADSS光缆广泛应用于110kV及以下电压等级输电线路上, 特别是已建线路上使用较多。当输电线路已经架设有地线, 需要在避免停电作业等前提下, 尽快以低安装费用建设光缆系统时, 采用ADSS光缆有很大的优势[3]。
由于农村电网的电力线路均在110kV及以下因此考虑选用12芯的ADSS (G.652) 自承式光缆建设。
2.2 光缆的敷设
ADSS光缆沿相关电力线路架/敷设。将根据档距、路由断面和杆塔形式的不同, 选择不同档距的ADSS光缆和线路金具等以适应不同的安装条件。ADSS光缆架设在电力导线下方。光缆从龙门架采用埋管至变电站电缆沟, 然后沿电缆沟引入主控室 (或通信机房) 。
2.3 环境、气象条件
本工程光缆线路所经区域均属长沙地区范围, 属丘陵地带。环境、气象条件如下:
海拔高度:≤1000m平均气温:15℃
最高温度:+40℃最低温度:-10℃
最大风速:25m/s覆冰厚度:10mm
2.4 光缆特性参数
ADSS光缆的特性参数以表1中的参数作为参考, 其它方面必须满足IEEE P1222和YD/T 980-1998标准。
2.5 光纤技术要求
波长段扩展的非色散位移单模光纤 (G.652C, EB-SMF) :
模场直径: (8.6～9.5) ±0.7μm (1310nm波长)
10.5±1μm (1550nm波长)
包层直径:125.0±1μm
包层表面不圆度:<2%
模场同心度误差:<0.8μm
截止波长λC:1100～1280nm (在2m光纤上测得)
截止波长λCC:≤1260nm (在22m光纤上测得)
宏弯衰减:30mm半径, 100圈, ≤0.5dB (1550nm波长) , ≤0.5dB (1625nm波长)
零色散波长:1300～1324nm
零色散波长最大斜率:0.093Ps/ (nm2·km)
最大色散:<3.5ps/ (nm·km) (1285～1339nm波长) <18ps/ (nm·km) (1550nm波长)
偏振模色散 (PMD) :待定
损耗特性:≤0.35dB/km (1310nm波长) (成缆后单盘单芯平均值)
≤0.22dB/km (1550nm波长) (成缆后单盘单芯平均值)
在波长 (1383±3) nm的抽验衰减平均值应不大于按照IEC60793-2-250规定单模光纤经过氢气老化试验后在1310nm的规定值。
偏振模色散系数链路设计最大值PMDQ≤0.5ps/km1/2 (成缆后)
筛选强度:≥8N
固定接头损耗:≤0.03dB/个
活接头损耗:≤0.5dB/个
光纤必须符合ITU-T G.652C规定。
3 光纤通信系统设计
3.1 光纤数字传输系统
3.1.1 传输系统的选择
SDH是一种将复接、线路传输及交换功能融为一体, 并由统一网管系统操作的综合信息传送网络。SDH具有路由自动选择能力, 上下电路方便, 维护、控制、管理功能强, 标准统一, 便于传输更高速率的业务等优点, 能很好地适应通信网飞速发展的需要。在电力系统通信网中, 已经大规模建设了基于SDH的骨干光传输网络, 利用SDH环路承载内部的数据、远控、视频、语音以及IP等业务。在本工程中, 亦将采用SDH作为传输系统制式。
3.1.2 组网结构
长沙地区及周边四个县局的农村电力光纤通信网络, 各110kV及以上的变电站之间主干线建设STM-4光纤链路, 35kV变电站～110kV变电站、35kV变电站～35kV变电站、35kV变电站～供电营业所 (网点) 等支线建设STM-1光纤链路。
3.1.3 系统容量
长沙农网光纤通信电路采用SDH制式。
所有主干电路的传输容量为622Mb/s, 支线电路的传输容量为155Mb/s。
3.2 光纤数字系统性能指标
本光纤数字电路系统性能指标应符合YD/T5095-2000及ITU-T建议的内容和有关国家标准、规程和规范。
3.2.1 假设参考通道 (HRP) 和假设参考数字段 (HRDS)
我国国内最长HRP长度为6900km, 其中核心网最长HRP为6800 km, 本工程采用该标准。
我国干线光缆数字线路系统的HRDS分别为420km和280km。本工程HRDS采用420km。
3.2.2 数字传输系统的误码性能指标
6800km数字通道的误码性能要求见表2。420km的假设参考数字段误码性能要求见表3。本工程设计长度的误码性能指标, 按线性关系进行折算。
3.2.3 数字传输系统的抖动性能
本工程光纤通信系统抖动性能应符合YD/T5095-2000规定的SDH网络接口和PDH/SDH网络边界的抖动性能指标。
3.2.4 数字传输系统的漂移性能
SDH网络中的任何STM-N接口上的漂移限值以最大时间间隔 (MTIE) 来规范, 应符合表4的要求。
3.3 设备配置及通道组织
3.3.1 SDH设备配置
本工程光纤通信网络中的站点分为中心站、枢纽站、末端站三种情况, 设备按光方向的多少划分为A、B、C三类。县局为中心通信站点, 采用A类设备;110kV变和部分光方向较多的35kV变为枢纽通信站点, 采用B类设备;只有一至两个光方向的35kV变和供电营业所为末端通信站点, 采用C类设备。
本工程所采用的SDH光传输设备, 如无特殊说明均配155M光板, 但A类和B类设备应具备在线平滑升级622M的功能, 能形成环形网络。业务接口为2M接口和以太网口。
3.3.2 PCM设备配置
本工程终端接入设备话路按有关的调度关系配置;站点分为中心站、枢纽站、末端站三种情况。对该三类站点分别配置三种类型设备:中心站 (县局) 配置A类设备 (DXC) ;枢纽站 (110kV变或部分35kV变) 配置B类设备;末端站 (一般为供电营业所) 配置C类设备。
A类PCM设备的2M接入能力应大于等于8个, B类PCM设备的2M接入能力大于等于2个, 具备级联后续网元功能, C类PCM设备的2M接入能力大于等于1个即可。接入业务类型为语音、四线远动信号、低速数据信号。
3.4 网络管理系统
本工程所上SDH光传输设备和PCM终端设备接入新建的农网SDH光纤通信网和PCM终端通信系统。
网管系统具备为县局、地区局二级管理功能, 即地区局为整个SDH/PCM网络的管理中心, 县局为本区域内的SDH/PCM网络管理中心, 二级管理中心的网管功能应相同。SDH和PCM设备的网管信息分别由DCC通道和TS0时隙传输, 不占用其他通道。
3.5 光纤通信电路参数计算
根据邮电部YD 5095-2000规定和传输系统的中继距离, 本工程选用单模G.652光纤, 设备各传输区段工作波长为1310nm, 按STM-1/STM-4光接口参数计算。本计算采用的计算公式分别见式 (1) 、式 (2) 。
(1) 衰减受限系统再生段距离计算公式:
式 (1) 中:
L——衰减受限再生段长度, km;
Ps——S点寿命终了时的光发送功率, dBm;
Pr——R点寿命终了时的光接收灵敏度dBm, BER≤10-12;
Pp——光通道代价, d B (取1dB或2dB) ;
∑Ac—S、R点间活动连接器损耗之和, dB (取0.5dB/个) ;
Af——光纤衰减系数, dB/km;
As——光纤固定熔接头平均衰耗, dB/km;
Mc——光缆富余度, dB/km。
(2) 色散受限系统再生段距离计算公式:
式 (2) 中:
L——色散受限再生段长度, km;
Dmax—S、R点间设备允许的最大总色散值, ps/nm;
D——光纤色散系数, ps/nm·km.
3.6 设备主要性能参数要求
3.6.1 SDH光传输设备要求
本工程的传输设备主要为STM-4 ADM型, 其性能要求如下:
(1) 可提供无需分接和终结STM-4信号, 而直接接入STM-4信号内的任何STM-1支路信号的能力。
(2) 群路侧为STM-4的光接口, 支路侧应至少可提供STM-1光接口或电接口、2Mb/s电接口、FE光/电接口。
(3) 应具有灵活的SDH VC交换矩阵, 同时支持高低阶交叉类型, 并提供从E1、STM-1、STM-4的全速率的TDM业务。
(4) 高阶交叉连接能力不低于18×18 VC-4, 低阶交叉连接能力不低于756×756等效VC-12。
(5) 应至少具备群路到支路、支路到群路、群路到群路、支路到支路等交叉连接方向, 并拥有单向、双向、广播、环回等四种连接类型。
(6) 支路接口在支路侧应可以进行任意配置。在改变和增减支路口时不应对其他支路的业务产生任何影响。
(7) 必须能直接上下2Mbit/s业务, 单子架最大下落2M数不得小于64个。
(8) 所有板卡要求能支持热插拔。
3.6.2 PCM复接设备要求
(1) 系统指标:
(1) 比特率:2048kb/s±50ppm;
(2) 帧结构及复用特性:应符合ITU-TG.704建议, 在网络节点处具有汇接不少于3方向的N×64K的交叉能力;
(3) 编码方式:单路编码, A率十三折线;
(4) 时钟源:内部或外部的2048kHz和外部的64kHz;
(5) 抖动特性:应符合ITU-TG.823建议;
(6) 接口特性:应符合ITU-TG.703建议;
(7) 线路码型:HDB3;
(8) 阻抗:75Ω、不平衡。
(2) 话路特性:应符合ITU-TG.712、TG.713、TG714建议。
(3) 二线音频话路接口:
(1) 阻抗:600Ω, 平衡
(2) 发信电平:0dBr (可调范围:+7.0～-8.0 dBr)
(3) 收信电平:-2.0dBr (可调范围:-2.0～-17.0 d Br)
(4) 反射衰减:>12dB (0.3～0.6kHz, 600Ω, 平衡) >15dB (0.6～3.4kHz, 600Ω, 平衡)
(4) 四线音频话路接口:
(1) 阻抗:600Ω, 平衡
(2) 发信电平:-14dBr (可调范围:+1.0～-14.0 d Br)
(3) 收信电平:+4.0dBr (可调范围:+4.0～-11.0 dBr)
(4) 反射衰减:>20dB (600Ω, 平衡)
(5) 二线环路信令接口:
(1) 电话机接口
(2) 交换机用户线接口
(6) E/M信令接口:
(1) 音频通道类型:四线
(2) 接线类型:Ⅴ型
(7) 异步数据接口:
(1) 接口类型:V.28、RS232
(2) 接口速率:0～19.2Kbit/s
(3) 工作模式:编码变换/取样/取样滤波
(4) 失真率:<10%
(5) 输入电压:±3～±25V
(6) 输入阻抗:3～7K ohm
(7) 输出电压:+12V/-12V
(8) 输出阻抗:300 ohm
(9) 馈电类型:内置DC/DC转换器
(8) 2Mb/s接口:
(1) 速率:2048kb/s±50ppm
(2) 线路码型:HDB3
(3) 阻抗及正常脉冲:120Ω/3V, 75Ω/2.37V编码变换/取样/取样滤波
(4) 输入端允许衰减:0～6dB (1024kHz)
(9) 电源要求:DC-48V±20%
3.7 通信电源及其它
本工程每个通信站需配置1套独立通信电源系统, 本工程新上光纤通信设备和其他通信设备将共用该通信电源系统, 通信电源监控信息接入长沙电业局通信电源监控系统。根据工程需要, 各站均配置光音数综合配线架1台。
本工程安装的通信设备 (含光纤通信、通信电源、配线设备等) 统一布置在专用通信机房或主控室内。所有通信设备均安装在标准机架内, 机架应连接到机房环行接地网。
4 总结
本设计采用SDH光端设备和ADSS光缆架设光纤通信网络, 根据电力线路走向及站点分布情况, 确定光缆地理路由及系统拓扑路由, 确定系统传输速率, 组织业务传输通道。
(1) 系统接入
本设计农网35k V变电站及供电营业所采用光纤通信接入, 在已建长沙电力光缆网络的基础上, 向下延伸到35k V变电站, 然后延伸到供电所, 遵循就近接入原则。本设计根据需要选择SDH设备组建传输网络, 速率为155Mb/s和622Mb/s。
(2) 网络组织
本设计所列35k V变电站及供电营业所在管理上隶属于各县局, 因此其业务主站也是相应的县局。本工程的建设将在两个层面考虑网络的组织形式:
物理层面:通信网络的组织服从于以各级调度中心为管理中心的结构, 实现远程站的集中控制与管理, 满足通信网络管理要求。
业务层面:构建以各县局为业务主站的逻辑子网, 实现以各县局为业务中心的业务终结和信息交换。
(3) 设备配置
本工程所选用各类通信设备分别采用同一厂家产品, 统一技术体制和标准, 实现统一组网、统一管理, 方便系统的运行维护和管理。
由于长沙地区农网35kV变电站及供电营业所 (网点) 等分布较散, 基本上呈树型与星型相结合的复合型网络结构, 各通信站点大多以单支链结构接入光纤通信网, 难以构成电路的迂回, 无法实现环形网保护, 未能充分发挥SDH特有的安全性, 故该网络的稳定性和可靠性还有待进一步完善和解决。
参考文献
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[2]丁文彦, 常珍, 田婉华, 等.农村电网光纤通信系统的建设与应用[J].四川电力技术, 2007 (1) :59-62.
光纤通信 篇5
1.光纤通信是以光波为载波、光导纤维（简称光纤）为传输媒质的一种通信方式。光纤通信的特点：① 传输频带宽，通信容量大。② 传输损耗低，中继距离长。
③ 抗电磁干扰。④ 保密性强，无串话干扰。⑤ 线径细（0.1mm），重量轻。⑥ 资源丰富。光纤的分类:（1）根据光纤横截面上折射率分布的不同，分为阶跃型光纤和渐变型光纤。
（2）根据光纤中传输模式（模式是指电磁场的分布形式）数量的不同，分为单模光纤和多模光纤。
光纤的传输特性：（1.损耗：光波在光纤中传输，光功率随着传输距离的增加而减小，这种现象称为光纤的传输损耗。光纤的传输损耗是影响系统传输距离的重要因素。光纤自身的损耗主要有吸收损耗和散射损耗。此外，光源与光纤的耦合损耗、光纤之间的连接损耗等也是光纤传输损耗的因素。
（2.色散：光脉冲信号经光纤传输，到达输出端会发生时间上的展宽，这种现象称为色散。色散的大小用时延差（Δτ）表示。
光纤的色散主要有模式色散、材料色散和波导色散。
3.光纤通信系统的组成：光发射端机、光纤、光中继器、光接收端机组成。
光中继器的功能：re-amplifying 再放大（光放大器的功能）；re-timing 再定时（消除时间抖动）；re-shaping 再整形（消除波形畸变）
通过这3个R，得到接近于发射端的光信号的copy，从而延长传输距离，提高信号质量。波分复用系统的概念：WDM在一芯光纤中同时传输多波长光信号。
两种形式：
1、.双纤单向传输：单向WDM是指所有光波长同时在一根光纤上沿同一方向传送
2、.单纤双向传输：双向是指不同光波长在一根光纤上同时向两个不同的方向传输，但是两个方向所用的波长相互分开，以实现两个方向的全双工通信。
4.阶跃型光纤和渐变型的区别：阶跃型光纤：单包层光纤，纤芯和包层折射率都是均匀分布，折射率在纤芯和包层的界面上发生突变；渐变型光纤：单包层光纤，包层折射率均匀分布，纤芯折射率随着纤芯半径增加而减少，是非均匀连续变化的；
5.简述光纤的导光原理：是利用了光的全反射的原理。因光在不同物质中的传播速度是不同的，所以光从一种物质射向另一种物质时，在两种物质的交界面处会产生折射和反射。而且，折射光的角度会随入射光的角度变化而变化。当入射光的角度达到或超过某一角度时，折射光会消失，入射光全部被反射回来，这就是光的全反射。不同的物质对相同波长光的折射角度是不同的（即不同的物质有不同的光折射率），相同的物质对不同波长光的折射角度也是不同。光纤通讯就是基于以上原理而形成的。
6.EDFA：EDFA是英文“Erbium-doped Optical Fiber Amplifer”的缩写,意即掺铒光纤放大器。EDFA的应用形式
(1)中继放大器：置于光纤线路中，用于延长传输距离。
(2)前置放大器：置于光接收机前，用于放大微弱光信号。
(3)后置放大器：置于光发射机后，用于提高发射光功率
7.光发射机和光接收机的作用：
光发射机是实现电/光转换的光端机。由光源、驱动器、调制器和控制电路组成。
其功能是将来自于电端机的电信号对光源发出的光波进行调制，成为已调光波，然后再将已调的光信号耦合到光纤或光缆去传输。
光接收机是实现光/电转换的光端机。它由光检测器和光放大器组成。
论光纤通信在电力通信网中的应用 篇6
关键词：光纤通信；电力通信网
中图分类号：TN929.11 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2014） 04-0000-01
光纤通信实质上就是通过光导纤维来进行有效信息的传输。电力通信系统是由生产，输送，分配最终到消耗等等这些环节的密切配合达成的一个完整的系统。而光纤通信对于整个电力网络通信系统的稳定顺利进行有着至关重要的作用。光纤技术在电力通信中的应用已经输保证电力系统的正常运行的基础。而且，随着社会各个方面的不断完善，电力系统方面也通过光纤通信不断的走向正规的道路。同时电力通信系统的正规化，使得电力通信也能够朝各种方向。
一、电力通信网的构成
光纤，微波，卫星电路是构成电力通信网络的重要组成部分，而电力线载波，光纤通信以及其他通信方式是其分支电路的主要的通信方式。那么以下就是电力通信网中的几种重要的通信方式。
（一）电力线载波通信。电力通信载波就是一种将声音或者其他有声讯息通过载波机转换成一种弱电流，在通过电力线路迅速进行输送的现代化通信方式。同时，这种通信方式在社会的不断进步下，也逐步拥有投入少，成效高，可靠性高等优势。而这些优势也为这种通信方式赢得了广大群众的好评。其中，电力线载波的通信方式还有一个使其倍受青睐的优点那就是与其他电力线载波相比电力线载波能够利用电力线路架空底线然后进行输送载波信号这样的绝缘地线载波方法，而且这种绝缘地线载波方法不仅仅能够不受到任何检修或者障碍性故障的影响，还可以减少大量电能的损耗，这正是当时社会各种自然资源紧缺的一种最为紧迫的一种解决方式。
（二）光纤通信。光纤通信方式不仅仅具有很强的抗电磁干扰能力，还具有在传输较大容量时低消耗的有点。这种光纤通信方式刚刚诞生就受到来自广大的电力部分的大力推广与发展。这种特殊的光纤在电力系统中的大量使用，对于社会的进步有着强有力的推动作用。不仅如此，还能让会社向更尖端的技术走去。让超越于光纤通信的新技术继续深入电力通信系统，同时，加强国家对于光纤的运用。
二、电力通信网络传输中具体要求
电力通信网主要是为各种信号传输，以及电力的调度而专门设计的。因此电力通信网是具有很强的专业性可言的。但是，随着社会的不断进步，以及社会多面性的变化使得电力通信网也得应社会发展的要求，除了专业的信号传输之外。同时还应该具备较强的扩展性。使其能够应对各个方面的问题。那么，对于电信网络的传输就要有相应的要求。
（一）具备一定的可靠性。电力通信系统的可靠性西系数的高低是整个电力系统稳定安全运行的基础保障。因为 当前所有行业以及人生日常生活中的吃、喝、拉、撒都离不开电能的作用。所以，电力通信系统的可靠性是电力网络系统中的一个不可或缺的要求。尤其是对于自动化的设备来说，电力通信系统中的信号传输尤为重要，如：自动取款机，自动电梯等等这些设备都离不开电力通信系统的信号传输，那么，此时光纤通信在电力通信系统中应用，通过他的强抗干扰性，不受各种障碍的影响增强电力通信网络传输的可靠性。所以，光纤通信的应用得以完全满足电力通信网络传输的要求。
（二）对于环境能源保护性。当前，社会高速发展的状态下，对于环境的保护已经是迫在眉睫的一个问题。不论是电力通信网络还是整个电力系统对于能源的节俭是最重要的要求。那么，此时光纤通信在电力通信系统中的应用，不仅仅能够发挥光纤通信的较低的能源消耗的优势，降低对环境能源的消耗与对环境的污染，而且还能够发挥光纤通信以二氧化硅为主要材料的优势，因为我国对于二氧化硅的储备是相当丰富的。所以，光纤通信的应用正好可以弥补我国部分能源的缺失状况。同时，对于环境所起到的积极作用是国家以及社会一直所崇尚的。
三、光线技术在电力通信网中的应用
（一）光缆在电力通信系统中应用。光纤通信技术在电力通信系统中广泛应用，同时也包括一些特种的光纤的普及。如：地线复合光缆，地城缠绕光缆，全介质自承式光缆，等等特种光纤。这些特种光纤也可谓是各有千秋，每一种光纤有这自己独特的地方。像地线复合光缆具有地线的电性能和机械性，它可以不因光纤的设置而受到损害。而像地城缠绕光缆是一种芯数少，又很容易折断的一种光缆，但是它同时具有经济和简易的优势，而且，其中较高的可靠性是这种光缆的一大特点。自承式架设的光缆具备抗拉性强，适应环境能力强以及柔韧性和强抗弯曲性的特点。基于上述这些特种光缆的优势，使得光缆在电力通信系统中应用更加具有实用性。同时，光缆在电力通信系统的应用越来越重要。
（二）光纤传输组网技术。其中两个的组网技术是电力通信系统中比较重要的：密集波分复用技术和同步数字体系。
1.不同波长的光信号集合在一根光线上进行信号传输的方式就是所谓的密集波分复用技术。那么，这种组网技术又一个非常大的特点就是相邻的光波波长之间的间隔越小，相应的光纤所能复用传输的不同的波长的光信号就越强。
2.另一项较为高端的组网技术，是将传输，复接，交换等等技术融为一体同步数字体系。同步数字体系不仅仅是一个组网技术，它还是一种复用的方法，通过同步数字体系，可以建成一个全国乃至全世界都能进行的遥控管理的可靠的电信传输网。不仅如此，同步数字体系还具有一套能够满足电力通信系统可靠性要求的自我保护体系。
四、结束语
光纤通信在电力通信系统中的应用，带来了来自不同方面的便捷性和多方面的有利于社会发展的优点。如低成本，低消耗，容量大等等，不仅仅满足了来自生活中各方面对电力需求，而且电力网络通信为客户的网络通信提供充分的保障。同时，光纤通信也是电力通信系统多年以来发展的一个里程碑，使得现代化电力生产在社会中，人们的日常生活中成为不可或缺的一种工具。所以，我们应该紧随社会的发展脚步，加紧以光纤为主的电力网的建设继续深究光纤通信在电力通信系统中光电信号传输告诉通信数据技术。
参考文献：
光纤通信 篇7
光纤器件经过几十年的发展和改进, 品种越来越多。其中有些器件的发展已经相对成熟且已形成较大的市场规模, 如光纤连接器、光纤耦合器、光隔离器和光环行器等;还有一部分光纤器件虽然发展技术相对成熟并形成规模化生产, 但是其功能和性能还在不断发展和提高, 如波分复用器、光纤放大器、光开关、光纤光栅等[1]。
1.1 光纤连接器
光纤连接器是用以稳定地但非永久地连接两根或多根光纤的无源组件, 一般由两个配合插头和一个耦合管构成。主要用于实现设备间、设备与仪表间、设备与光纤间以及光纤与光纤间的非永久性固定连接。使用连接器, 使得光通道间的可拆式连接成为可能, 为光纤提供了测试入口, 方便光系统的调试与维护。光纤连接器按照光纤数量、光耦合系统、机械耦合系统、套管结构和紧固方式等可分为以下几类, 如表1所示[2]。
光纤连接器插芯常用材料有金属棒、玻璃、塑料等, 但是以精密陶瓷芯和陶瓷管的出现为标志, 光纤连接器的主流技术已经成熟[3]。目前市场上的主流连接器品种是直径2.5mm的精密陶瓷芯和陶瓷管构成的连接器 (如FC型、SC型、ST型等) 。
1.2 光纤耦合器
光纤耦合器是用于传送和分配光信号的光纤无源器件, 是光纤系统中使用最多的光无源器件之一, 可以实现光场的分波与合波的模式耦合及光信号的方向性传输。根据光的耦合机理, 已设计出多种光纤耦合器结构, 如X型、星型、双包层、光纤光栅、光电子、布拉格光纤耦合器等。随着熔融拉锥、机械抛磨、化学腐蚀等耦合器制造工艺的出现, 光纤耦合器进入高速发展阶段, 出现了各种结构丰富、功能优良的光纤耦合器。1977年, Kawasaki等将熔融技术和拉锥技术结合, 制成了熔融双锥形耦合器, 将耦合器的附加损耗降低了一个数量级, 该技术的出现使耦合器生产工艺趋于成熟, 为光纤耦合器的规模化生产提供了技术保证[4]。
1.3 波分复用器
波分复用技术 (WDM) 是指使用多数激光在同一条光纤上同时传输多个不同波长的光波技术, 无需铺设新的光纤线路, 就可极大地提高光纤传输系统的传输容量, 并且网络可以随时升级扩容, 可以不断将现有电网络叠加到光网络上。WDM按功能和应用可以分为密集波复用器 (DWDM) 、分插复用器 (OWDM) 、粗波复用器 (CWDM) 和光纤放大器 (WDM) 等。WDM常用制造技术有薄膜滤波技术、阵列波导光栅技术、光纤光栅技术、熔融拉锥技术等[1]。其中薄膜滤波技术适合我国国情, 图2为基于多层介质薄膜的波分复用/解复用器[5]。
密集波复用器技术是WDM技术中的一项重要技术。1995年以后, 为了追求超大容量、超高速率和超长中继距离的传输, DWDM技术迅猛发展, 2000年全球DWDM的市场达9.6亿美元。DWDM技术将波长应用范围从C波段扩展到L波段和S波段, 并将波长信道间隔从100GHz缩小到50GHz、25 GHz, 甚至更小。DWDM技术极大增加了每对光纤的传输容量, 目前商用最高光纤传输容量为1.6Tb/s, 并在10Tb/s传输容量上取得突破, 朗讯贝尔实验室认为商用DWDM系统容量可达到100Tb/s。DWDM系统除了波长数和传输容量增加外, 传输距离也从600Km扩展到2000Km以上[5]。
1.4 光纤放大器
采用WDM技术可以增加每根光纤的可用带宽, 从而增加其信道数量, 以实现超大容量传输。但是信号在DWDM系统中传输时, 会存在一定的损耗, 从而导致信号能量的降低。为克服能量的损耗, 信号每传输一段距离系统就要对其进行电的“再生”, 阻碍了传输系统的扩容。光放大 (OA) 技术可以直接放大光信号的功率, 不仅节省了大量的再生中继器, 降低了系统的成本, 延伸了光传输距离, 还使传输链路“透明化”, 简化了传输系统构成。在光纤通信系统中, 光放大器的成本达到系统总成本的1/3, 是系统成本预算的主要控制内容。
光放大技术目前主要有三类:掺稀土类光放大器、半导体光放大器和非线性光放大器。它们主要用于发射机后的功率放大 (BA) 、接收机前的预放大 (PA) 和线路中的中继放大 (LA) , 用于补偿线路传输衰减、节点分配衰减、传输产生的色散、降低非线性效应等。
光放大器是光纤可用带宽的增加主要光器件, 目前应用的光放大器主要是掺铒光纤放大器 (EDFA) 。EDFA以掺铒光纤为增益介质, 利用980nm和1480nmLD作为泵浦源, 使铒离子实现粒子数反转, 信号光入射使亚稳态铒离子受激辐射, 从而产生信号放大, 放大器的工作波长在1550nm波段, 原理如图3所示[6]。
EDFA的出现, 和DWDM技术一起推动了光纤通信的迅猛发展。随着骨干网、城域网和接入网络的发展, 光放大器向高端和低端两个方向发展:高端放大器向高性能、宽带、多功能、智能化方向发展;而低端放大器则向着紧凑化、低价位、低功耗、标准化方向发展。但EDFA增益带宽通常只有35nm左右, 限制了放大系统的性能, 将Raman光放大器和掺杂光纤放大器组合起来使用, 可使增益带宽覆盖光纤的全部低损耗窗口。
1.5 光开关
DWDM和EDFA技术的成熟推动了光通信的迅猛发展, 但是光纤通信网络节点上仍采用光-电-光多次转换的模式, 因为电子交换系统的处理能力有限, 严重制约了传输速率的提高, 使网络成本较高。为解决光纤通信网络交换中的电子瓶颈, 人们提出了“全光网”的概念, 以光开关盒光、开关阵列为核心器件, 在网络节点上构成光交叉连接以实现光纤网络节点在光层次上的光交换[7]。
光开关和光开关阵列是重要的光波导器件, 要求其具有插入损耗小、串音低、开关速度快、开关功耗小、重复性好、寿命长、结构小型化等特点, 目前实用化的光开关产品有聚合物开关、光微电机械开关、液晶光开关、喷墨灯光开关、声光开关等。其中液晶开关的开关能量低, 响应速度快, 可靠性好, 在C波段和L波吸收损耗低, 在未来光通讯领域占有重要的地位[7]。
光开关在DWDM传送网中得到了广泛运用, 在大容量光纤路由备份传送网中, 一旦光纤传输链路失效, 光开关可以完成快速倒换, 重新选择路由, 避免信息丢失。在光纤链路测试中, 1×n光开关可以完成n条光纤在线或远程光纤系统性能测试、监控和故障定位等。此外, 随着光微电机械开关的发展, 下一代高速光计算机中的光开关将能够连接微处理器, 实现光电子器件的集成化发展[8]。
1.6 光纤光栅
光纤光栅是利用光纤材料的光敏性, 通过紫外光曝光的方法将入射光的相干场图形写入纤芯, 在纤芯内产生沿纤芯轴向的折射率周期性变化, 从而形成永久性空间的相位光栅, 其作用实质上是在纤芯内形成一个窄带的 (透射或反射) 滤波器或反射镜。当一束宽光谱光经过光纤光栅时, 满足光纤光栅布拉格 (Bragg) 条件的波长将产生反射, 其余的波长将透过光纤光栅继续往前传输。利用光纤光栅这一特性可构成许多性能独特的光电子器件。
光纤光栅具有插入损耗低、对偏振不敏感、与普通光纤接续简便、光谱响应特性动态可控等特点。光纤光栅作为高性能的滤波元件, 在光纤光栅激光器、光纤放大器、密集波分复用器 (DWDM) 、光分插复用器 (OADM) 、光交叉连接器 (OXC) 和偏振模色散补偿器等全光网络关键元件中有重要的应用, 在全光网络的发展中起重要作用[9]。如利用光纤光栅的选频特性, 可以对光纤透射谱中的任一波长进行窄带输出, 从而制造各种性能的滤波器, 用于DWDM光网络中的波长选择器件。
2 结束语
光纤器件产业具有巨大的发展潜力, 对超大容量超长距离光纤传输起着至关重要的作用。光纤器件的发展和成熟必将推动光纤通信技术的大发展和光纤网络建设的新高潮。
参考文献
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光纤通信系统初探 篇8
1 光纤通信技术简介
光纤是光导纤维的简称, 光纤通信是以光波为载频, 以光导纤维为传输媒介的一种通信方式。它将电信号调制到光载波上, 通过光纤传输后再解调成电信号。由于作为载波的光波频率比电波频率高得多, 作为传输介质的光纤又比同轴电缆或波导管的损耗低得多, 所以相对于电缆通信或微波通信, 光纤通信具有许多独特的优点:
1.1 通信容量大
从理论上讲, 一根光纤可以同时传输1000亿个话路。虽然目前的实际应用远远未达到如此高的传输容量, 但它与传统的双绞线、同轴电缆、微波等通信技术相比, 传输容量已经高出了不止千倍、万倍。
1.2 中继距离长
由于光纤具有极低的衰耗系数, 若配以适当的光收发设备, 可使其中继距离达数百公里以上, 这是传统的电缆、微波等根本无法比拟的。
1.3 保密性能好
光波在光纤中传输时, 只在光纤的芯区内进行, 基本上没有光“泄露”出去, 因此其保密性能极好。
1.4 适应能力强
光纤通信不怕外界强电磁场的干扰, 并且具有耐腐蚀性, 对气候环境的适应能力也极强。
1.5 便于施工维护。由于光纤体积小、重量轻, 所以光缆的铺设方式灵活方便, 既可直埋、管道铺设, 又可沉到水底或架空。
1.6 价格低廉。
制造光纤的最基本原料是二氧化硅, 即砂子。砂子在自然界中几乎是取之不尽、用之不竭的, 因此光纤的潜在价格可以做到十分便宜。
2 光纤通信系统的组成
光纤通信中有三个主要的技术问题:性能优良的光源、长距离传输光信号的传输介质、灵敏接收光信号并能把光信号转化为电信号的光检测器。为解决这些问题, 光纤通信系统通常由光纤、光端机、中继器、光纤连接耦合器等四个主要部分组成。
2.1 光纤。
光纤是用高纯度的玻璃材料制造而成的, 在实际中使用的是容纳许多根光纤的光缆 (每根光纤都有自己的包层) 。光纤线路的性能主要由光缆内部的光纤的传输特性决定。目前使用的光纤有多模光纤和单模光纤之分。单模光纤只传输主模, 也就是说光线只能沿光纤的内芯进行传输。由于完全避免了模式射散, 单模光纤的传输频带很宽, 因而适用于大容量, 长距离的光纤通信。多模光纤是在一定的工作波长下, 有多个模式的光在光纤中传输。由于色散, 这种光纤的传输性能较差, 频带比较窄, 传输容量也比较小, 传输距离比较短。
2.2 光端机。
光端机是光纤通信系统的核心设备, 光端机可分为光发射机和光接收机, 它们的性能直接影响到整个通信系统的传输质量。光发射机内有光发生器件, 能将电信号调制成光信号并耦合到光纤中进行传输。光接收机内有光检测器件, 能将来自光纤的光信号还原成电信号, 经放大、整形、再生后恢复还原输出。
2.3 中继器。
对于长距离传输的光纤通信系统, 还必须使用到中继器。中继器的作用是将经过长距离光纤衰减和畸变后的微弱光信号经放大、对失真的脉冲波形进行整形、校正生成一定强度的光信号, 继续传输以保证良好的通信质量。
2.4 光纤连接耦合器。
由于光纤或光缆的长度受光纤拉制工艺和光缆施工条件的限制, 因此一条光纤线路可能存在多根光纤相连接的问题, 这就需要用到光纤连接、耦合器等无源器件。
3 光纤通信系统的结构
光纤通信系统按其规模和覆盖范围的不同一般可分为干线网、城域网和接入网, 三者采用不同的拓扑结构, 基本特点分别如下:
3.1 干线网。
拓扑结构主要是线形结构或网状结构。它由若干节点交换机以及连接这些交换机的光纤链路所组成。干线网通过节点交换机与城域网相连, 不仅可以实现相距遥远的节点之间的互相通信, 而且不同的城域网通过路节点交换机与干线网相连后也可以相互通信。干线网与城域网相比, 其网络规模大、覆盖范围广, 但传输速率相对较低、主要以传输数据为主要目的。
3.2 城域网。
拓扑结构主要是环形结构, 还有网状、星形、线形结构等。城域网将城域内各节点的信息传输到数据交换中心或者将数据交换中心的信息传输到各节点, 其主要功能是实现信息的汇聚与分配。
3.3 接入网。
拓扑结构主要是环形或星形。接入网是一种应用于小范围内的传输网络, 规模比城域网更小, 通常是在一个大中型企业内部或一个较小的区域内使用。接入网能够保证每个用户能灵活、方便地接入到城域网, 也同时实现了网络内部的资源共享。采用光纤作为传输介质的接入网, 传输速率可以高达1Gb/s。
4 光纤通信系统的维护
4.1 光纤通信系统资料的整理。
为了有效地对光纤通信系统进行维护, 对已经铺设好的光缆, 根据光缆线路的路径图、接头位置、铺设前后各盘光缆的各个通道 (或光纤芯序) 的损耗数据、带宽、色散、背向散射扫描曲线等数据资料要进行收集和整理, 以备进行检测、维护时加以对照分析。
4.2 定期巡查和检测。
对已铺设好的光缆线路, 要做定期的巡回检查, 及时发现光缆路由、光缆线路设备是否损坏, 一旦发现损坏应及时进行更换和修复。
4.3 定期对铺设好的光缆中继段进行损耗测试, 观察光缆的温度特性, 判断其工作是否正常, 并预告光缆线路今后的可靠性。
测试工作的频次, 可根据季节变化和外界环境变化来规定。铺设好的第一年和外界环境温度变化大时可多测几次, 一年以后逐渐减少。对损耗变化较大的通道, 还可用背向散射仪进行扫描, 重新绘出背向散射曲线, 与以前的资料进行对比分析。
5 光纤通信系统发展的趋势
5.1 新一代光纤:随着社会发展的需要已经出现了两种不同的新型光纤, 即非零色散光纤和全波光纤。
5.2 超高速系统:
传统光纤通信的发展始终按照电的时分复用方式进行, 而如今要满足社会发展需要, 光纤通信应该按照光的时分复用方式进行。
5.3 超大容量波分复用系统:
如果将多个发送波长适当错开的光源信号同时在一条光纤上传送, 则可大大增加光纤的信息传输容量, 这就是波分复用的基本思路。
5.4 全光网络:波分复用技术的实用化, 提供了利用光纤宽带的有效途径, 使大容量光纤传输技术取得了突破性的发展。
6 结束语
随着通信技术的飞速发展, 信息化已经给社会进步带来了极大的推动。光纤通信以其独特的优点被认为是通信史上的一次革命性的变革。在未来的信息化社会中, 交换大量数据的信息网络必将是由光纤通信系统来构成, 光纤通信也必将会成为未来通信技术应用和发展的主流。
摘要：光纤通信系统具有传输速率高、通信容量大、传输距离远、抗干扰能力强等特点。随着信息技术的不断发展, 光纤通信系统己被广泛应用于通讯、军事、生产、生活等各个领域。文章分析了光纤通信系统的组成、结构、维护及发展趋势。
关键词：光纤通信,系统,光端机
参考文献
[1]李玮.浅析光纤通信技术的发展与展望[J].科技风, 2009 (21) .[1]李玮.浅析光纤通信技术的发展与展望[J].科技风, 2009 (21) .
[2]李迪, 王龙稳.光纤通信发展与技术的探讨[J].硅谷, 2011 (17) .[2]李迪, 王龙稳.光纤通信发展与技术的探讨[J].硅谷, 2011 (17) .
光纤通信 篇9
1 G.652和G.655单模光纤简介
国际电信联盟ITU对单模光纤/光缆已经推出了6个建议,分别是G.652(单模光纤和光缆的特性)、G.653(色散位移单模光纤和光缆的特性)、G.654 (截止波长位移单模光纤和光缆的特性)、G.655(非零色散位移单模光纤和光缆的特性)、G.656 (宽带光传输使用的非零色散光纤和光缆的特性)、G.657(接入网使用的弯曲损耗不敏感的单模光纤和光缆的特性)等。
在我国的陆地长途干线通信网中,G.652和G.655两种单模光纤使用得最为广泛,以下分别简介这2种光纤。
1.1 G.652单模光纤
G.652光纤即非色散位移单模光纤,是我国本地网光缆线路使用的主要光纤。G.652光纤具有1 310 nm和1 550 nm两个工作波段,其零色散点位于1 310 nm波段;最小衰耗点位于1 550 nm波长附近,典型值为0.22 dB/km,该波段有较大的正色散,典型值为17 ps/(nm·km)。
使用G.652光纤的传输系统,速率在2.5 Gbit/s及以下的一般为衰耗限制系统,速率在10 Gbit/s及以上的一般为色散限制系统。10 Gbit/s及以上速率的系统,在光纤中的传输距离不仅受到光纤色度色散的影响,还受到偏振模色散(PMD)的限制。
2003年,国际电信联盟在ITU-T的G.652建议书中把非色散位移光纤分为4种类型,分别为G.652.A、G.652.B、G.652.C、G.652.D,并对所有类别增加了PMD要求。目前,我国使用的ITU-T G.652建议书是国际电信联盟2006年6月批准的G.652建议书第7版。
1.2 G.655单模光纤
G.655光纤即非零色散位移单模光纤,是专门为适用于密集波分复用(DWDM)传输系统设计制造的。设计思想是在1 550 nm波段保留合理的低色散,足以支持10 Gbit/s系统的长距离传输而不需要色散补偿;同时色散值保持非零,以抑制四波混频和交叉相位调制等非线性效应的影响。
国际电信联盟经过2003年和2006年的2次修改,ITU-T的G.655建议书把非零色散位移光纤分为5种类型,分别为G.655.A、G.655.B、G.655.C、G.655.D、G.655.E。
我国从2000年起开始在长途电信骨干网上大规模地引入G.655光纤,主要应用在1 550 nm波段,开通以10 Gbit/s为基础的波分复用系统。
G.655光纤1 550 nm工作区的色散既可以为正值,也可以为负值,应根据不同的应用场合,适当选用。
2 G.652和G.655光纤组合使用的分析
使用G.655光纤替代G.652光纤进行通信,与G.652和G.655光纤组合成一条光纤链路在本质上是相同的。虽然替代可以采取部分替代或全程替代,由于在传输设备光接口模块内部使用了一段G.652的尾纤,即使是在起始端都采用G.655跳纤的全程替代,仍然存在2种不同纤芯组合使用的情况。
G.652和G.655光纤组合成的光纤链路,可以从截止波长、连接损耗、衰耗受限距离、光纤色度色散受限距离、偏振模色散受限距离、宽带色散补偿、非线性特性等方面进行分析。
2.1 截止波长
光波导的截止波长,ITU将其定义为光纤中各阶模所携带的总功率和基模功率之比降到0.1dB时的波长。可以理解为光纤从多模转变为单模的临界波长点。光要进行单模传输,必须确保其工作波长大于光纤的截止波长。
ITU定义了3种截止波长。
(1) 22 m长成缆光纤的截止波长λcc (带80 mm直径环和两端各1m的裸纤)。
(2) 2～20 m长跳纤的截止波长λcj。
(3)短于2 m长跳纤中的一次性涂覆光纤的截止波长λc(带有280 mm直径的环)。
虽然通常是λcc<λcj<λc,但是不容易建立起一个通用的定量关系。在最小工作波长上,如何保证在接头之间的最小光缆长度中能够进行单模传输,是一个关键的问题。通常截止波长λc(短于2m的长跳纤)的值相对比较大,因此在用跳纤连接G.652和G.655纤芯时,应该使用G.652跳纤。
国际电信联盟在ITU-T建议书G.652,和G.655中,规定非色散位移光纤(G.652)光缆的截止波长应不大于1 260 nm,非零色散位移光纤(G.655)光缆的截止波长应不大于1 450 nm。当二者组合使用时,线路光缆的截止波长为不大于1450 nm,因此1 310 nm波段将无法确保光的单模传输。
在G.655标准的演进过程中,已经生产并投入使用的G.655光缆种类非常之多,其中,有些G.655光缆(如朗讯公司的True Wave RS光纤)的截止波长可以达到不大于1 260 nm。
综上所述,G.652和G.655光纤组合成的光纤链路,从截止波长的角度出发,应当注意以下几点。
(1)连接G.652和G.655纤芯的跳纤,应该使用G.652跳纤。
(2) 1 550 nm波段能够确保光的单模传输,应该优先选用。
(3) 1 310 nm波段通常不能保证单模传输条件。如果确认所用G.655光纤的截止波长不大于1 260 nm,可以使用1 310nm波段。如果所用G.655光纤的截止波长大于1 310 nm,应该放弃使用1 310nm波段;如果工程或应用过程中,确实需要的,必须先进行实际试验测试,试验成功后方可使用。
2.2 连接损耗
使用G.655光纤替代G.652光纤进行通信,必然会有2种不同纤芯互接的情况。
对于光纤互连,设a光纤的模场直径为Wa,b光纤的模场直径为Wb,两种光纤对接后,模场直径引起的连接损耗可以用下式进行计算。
A=20log[(Wa/Wb+Wb/Wa)/2]±10log(Wa/Wb)
式中,光从a光纤注入b光纤时取“+”号,反之取“-”号。
这意味着,只要a、b光纤的模场直径不相同,引起的连接衰耗根据光的传输方向,有2个不相等的数值。光从模场直径较大的光纤注入模场直径较小的光纤,衰耗比较大,反之则比较小。在实际的传输系统中,以上情况通常成对出现,一加一减正好抵消,所以在计算时取其平均值,即只保留表达式中的前一项,也是可以的。
2.3 衰耗受限距离
光传输系统的衰耗受限再生段距离的计算,采用ITU-T建议书G.957的最坏值设计法,公式为:
L1=(Pt-Pr-2Ac-Pp)/(Af+As/Lf+Mc)
式中:Pt——S点寿命终了时的光发送功率(dBm);
Pr——R点寿命终了时的光接收灵敏度(dBm);
Ac——光纤配线盘上的附加活动连接器损耗(dB);
Pp——光通道功率代价(dB);
Af——再生段平均光缆衰耗常数(dB/km);
As——再生段光缆固定接头平均衰耗(dB);
Lf——单盘光缆的盘长(km);
Mc——光缆富余度(dB/km)。
通常,对于2.5 Gbit/s及以下速率的SDH系统,主要考虑的是其衰耗受限距离。当衰耗受限距离过小时,可以采用激光放大器来增加传输距离。
2.4 光纤色度色散受限距离
系统的光纤色度色散受限距离,通过下式进行计算。
L2=drs/d
其中,drs为光口的色散容限,单位为ps/nm;d为光纤的平均色散系数,单位为ps/(nm·km)。
以L-16.2光接口为例,其速率为2.5 Gbit/s,工作波长范围为1 500～1580 nm,用G.652光纤作为传输介质,drs=1 200～1 600 ps/nm,d=17 ps/(nm·km),则L2=1 200/17=70.6 km。
当光纤色度色散受限距离过小时,可以采用色散补偿技术(一般是在链路中串入负色散光纤)来增加传输距离。
2.5 偏振模色散受限距离
偏振模色散PMD指的是在光纤波导中的基膜存在两个相互正交的偏振模,由于光纤的随机性双折射现象,加上光波导受外部作用(温度、压力及其变化等),使其折射率非理想匀称分布,引起两个偏振模发生耦合,并且传播速度也不相同,从而导致脉冲展宽的现象。
偏振模色散受限距离可以用下式表达。
L3=(10BΤPMDLDV)-2
其中,B为系统速率,单位为Tbit/s;PMDLDV为PMD的链路设计值,单位为
以10 Gbit/s系统和G.652.A光纤(PMD取0.5ps/)为例,L3=(10×0.01×0.5)-2=400 km。
由于影响光缆线路偏振模色散的因素较多,除了光缆本身的影响之外,和光缆施工、应用环境也有关系,而且具有一定的随机性,实测的偏振模色散值其实是一个统计数据。在开通10 Gbit/s及以上系统前,最稳妥的办法是进行实地测试。然后,采用实测的PMD系数来计算偏振模色散受限距离,公式如下:
L4=(Pr/P)2
其中,Pr为光接口的PMD容量,单位均为ps;P为光缆实测的PMD系数,单位为ps/。
我国在2003年才引入G.652光纤的PMD指标,在此之前生产光缆的PMD值根本无法估计,只能实测。实际经验表明,确有少量老光缆路由在传输10 Gbit/s信号时有误码现象,有个别路由甚至无法开通2.5 Gbit/s系统[1]。
当偏振模色散受限距离L4过小时,目前还没有非常有效的补偿办法,只能更换光缆或缩短再生段的距离。
2.6 宽带色散补偿
对于超高速的密集波分复用系统,光纤色度色散成为限制再生短距离的主要因素,加上系统的工作波长是一个波长范围,必须在整个波长范围内进行补偿。
2.6.1 方法一
对于由不同类型光纤组成的光纤链路,可以通过改变不同光纤的长度组合,调整光纤链路的色散斜率和色散系数,使其相对色散斜率RDS (定义为色散斜率与色散系数的比值)与色散补偿光纤DCF (色散系数、色散斜率均为负值色散补偿光纤)模块的RDS匹配,达到在工作波长范围内色散和色散斜率同时补偿的目的[5]。
2.6.2 方法二
进一步研究表明,RDS理论在分析宽带色散补偿时,存在一定的局限。通过把色散系数函数化成多项式进行分析,可以达到任意精度的宽带色散补偿。例如,通过多个不同的DCF和HNLF (色散系数为恒定负值的色散补偿光纤)的组合,可实现C+L波段的完全补偿[8]。
第一个方法需要调整不同光纤的长度进行组合,在陆地通信网中的适用场合很少,在超长距离的海底光缆链路中可以考虑。据报道,在中美海缆、亚欧海底光缆SEA-ME-WE3和APCN2等海缆中采用了色散位于负区的G.655光纤,它与G.652光纤结合使用,大大提高了传输距离[9]。
第二个方法通过调整色散补偿光纤进行补偿,不需要改动原有光纤链路构成,而且理论上可以实现更为完美的补偿,应用更为灵活,适用场合更广。
2.7 光纤的非线性特性
光通信系统在没有使用光放大器的情况下,光功率不大,光纤呈线性传输特性。随着光纤放大器的应用,光达到一定强度时,光纤开始呈现出非线性特性,产生多种受激散射和克尔效应,评估起来非常复杂,通常使用计算机进行仿真计算。一般的原则是,场模直径大的光纤其有效面积也大,有利于降低光能量密度,抑制非线性特性的产生,适用于靠近光放大器的输出端;场模直径小的光纤使用分布式拉曼放大器可以获得更好的放大效果;小有效面积光纤比较适用于靠近光接收器的一端。
3 实践案例
以下列举实际工作中的一个案例加以说明。
广西电网公司的A变电所一B变电所,光缆线路全长58 km,共24芯,其中有16芯是G.652光纤,8芯是G.655光纤。16芯G.652光纤已经全部占用,G.655的纤芯却都没有使用。根据工程实施情况,需要临时调整出2芯G.652光纤给其他系统使用,考虑将原有SDH STM-4光通信系统(L-4.2光接口板)改用G.655光纤进行通信。
经此改动,82 km全段G.655光纤,两端G.652跳纤各15 m,形成不同光纤混用的模式,工作在1 550 nm波段。具体分析如下。
(1)截止波长。因为L-4.2光接口板的工作波长为1 480～1 580 nm,而;.655光纤和G.652光纤组合成的光纤链路的截止波长不大于1480 nm,所以该系统可以保证单模传输。
(2)连接损耗。在ITU-T建设书G.652和G.655中,G.652光纤的模场直径为8.6μm～9.5μm±0.6μm,G.655光纤的模场直径为8μm～11μm±0.7μm (G.655.D和G.655.E的容差为0.6μm)。如果考虑最坏的情况,即G.652和G.655光纤的模场直径分别取8.0μm(8.6-0.6)和11.7μm(11+0.7),计算得平均连接损耗为0.613 dB (取值0.65dB),加上活动连接头的附加衰耗0.5 dB,取值1.15 dB,这样的连接界面共2个,连接损耗为2.3 dB。
(3)衰耗受限距离。L-4.2光接口板的发射功率Pt为-3～2 dB,最差接收灵敏度Pr为-28 dB,光纤配线盘上的附加活动连接器损耗Ac取1.15 dB,最大光通道功率代价Pp取1 dB,平均光缆衰耗常数Af取0.24 dB/km,光缆固定接头平均衰耗As为0.1 dB,单盘光缆的盘长Lf为2 km,光缆富余度Mc取0.05 dB/km。衰耗受限距离L1=(Pt-Pr-2Ac-Pp)/(Af+As/Lf+Mc)=[-3-(-28)-2.3-1]/(0.24+0.1/2+0.05)=63.8 km>58 km。因此,衰耗情况满足要求,不需要增加光放大器。
(4)光纤色度色散受限距离。在1 550 nm波段,G.655系列光纤的中G.655.D光纤的色散系数最大,为10 ps/(nm·km),L-4.2光接口的色散容限为1 600 ps/nm。光纤色度色散受限距离L2=drs/d=1 600/10=160 km>58 km。因此,光纤色度色散情况满足要求,不需要进行色散补偿。
(5)偏振模色散受限距离。对于G.655光缆,PMD链路最大值为0.5 ps/,L-4.2光接口板的速率B=622 Mbit/s=622×10-6Tbit/s。L3=(10B×PMDLDV)-2=(10×622×10-6×0.5)-2=103 390 km>58 km。计算得到L3的数值是如此之大,完全可以忽略老光缆PMD指标不良和外界因素对PMD指标的影响,不需要对PMD值进行实际测试。通常对于低速率的系统,可以不用考虑偏振模色散的影响。
(6)宽带色散补偿和光纤的非线性特性。根据前面的计算,系统不用进行色散补偿。L-4.2光接口板的发射功率Pt为-3～2dB,功率很小,光纤不会产生非线性特性。
通过上述(1)至(6)的计算和分析,A变电所—B变电所原先使用G.652光纤进行通信的SDH STM-4系统,将线路光纤改用G.655光纤是可行的。
在实际工作中,将SDH STM～4光通信系统,切换到G.655光纤上后,系统工作正常,经测试,各项技术指标满足要求。
4 结语
当使用G.652和G.655光纤组合成一条光纤链路时,应从截止波长、连接损耗、衰耗受限距离、光纤色度色散受限距离、偏振模色散受限距离、宽带色散补偿、光纤的非线性特性等几个方面进行分析和计算。对于早期的光缆,相关指标未做规范前已经生产,如无把握,应采取最稳妥的办法,即进行实地测量,计算准确后方实施。
G.652和G.655光纤组合成的光纤链路,除了某些特定场合(例如海底光缆链路),通常都是在紧急情况下的临时做法,应结合规划和改造工程,及时恢复为原来使用相同型号光纤组成的光纤链路。
参考文献
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浅析光纤通信的应用前景 篇10
在音频 (audio) 、视频 (video) 、数据 (data) 三大类信息业务中, 除了传统的电话经过数字化后仍作为基本通信方式外, 随着计算机普及, 数据联网通信的数量近年显著加大, 而图象和电视的信息业务也开始蓬勃发展和急剧增长。
二、通信扩大建设对光纤技术发展的原则性要求
2.1光纤无拘束地延长至需要的传输距离
光纤之所以被认为是理想传输媒介, 理由之一是它每公里的损耗远小于铜线。尤其是单模光纤工作于长波长1.3Lm和1.55Lm, 损耗低至0.35~0.2d B/km。对于长途光纤通信线路, 今后倾向于采用最低损耗波长1.55Lm的窗口。传统1.3Lm光纤线路为了延长传输距离, 每隔一段距离需设置再生中继机, 使电脉冲得到放大和重新整形, 并不让噪声累积。
2.2分阶段加大光纤承担传输的容量
按照信息业务增长的规律, 分阶段加大光纤承担传输的容量。在一根光纤上加大容量的传统办法, 是提高调制信号的数字速率, 即提高发送激光管输出光载波强度的调制速率。
2.3已设光纤容量的利用和新设光纤设计的选择
已经埋设光缆中未用的光纤应该发掘利用其潜在容量, 而计划新设光缆则应考虑使用适合长距离、大容量传输的新型光纤。事实表明, 10a前埋设的光缆, 包含一定数量的常规单模光纤, 其零色散波长为1.3Lm, 其中一部分已经实际运用的光纤就是工作于波1.3Lm。
2.4加快研究光子器件和光子集成技术
光子器件和光子集成技术关系到整体光纤通信系统的前进步伐, 并且对系统的成本起着决定性作用, 必须加快积极研究和开发。在光子器件中, 以有源器件为主要, 特别是激光管, 它是光发送机的核心器件。
三、光纤通信新技术近年研究实验和应用的进展趋向
进入90年代以来, 确实有几项光纤通信新技术的研究与实验得到显著的突破, 而且有些已经得到实践证明, 发挥了很大作用, 为长距离、大容量数字光纤传输系统铺平道路。
3.1光纤放大器
早期曾经研究过半导体光放大器, 取得了一定的结果, 能够对光纤通信的工作波长提供一定数量的增益, 但效果还不够理想, 未能应用于中、长途光纤线路作为沿线每隔一定距离的中间放大器以替代原有的再生中继机。
3.2密集波分多路
为了充分利用单模光纤在1.55Lm或1.3Lm窗口的潜在容量, 光的波分多路 (WDM) 也即光频分多路 (OFDM) 被认为是妥善有效的方法。即一根光纤在1.55Lm附近几个互相隔开的不同波长, 同时传输n路光载波, 总的传输速率将是一个光载波传输速率的n倍。
3.3非零色散光纤
在近年对光纤放大和波分多路结合一起进行研究实验的过程中, 发现了许多有意义的和急待解决的技术问题。
3.4
高性能光子器件与集成
四、光纤通信在各种通信网中应用
1、骨干网。
对于各种通信网的骨干网, 包括长途通信网主干线和重要分支线的骨干网, 市内通信网局间线的核心网和有线电视网台间线的核心网, 主要的沿海岸和越洋海底线路, 以及各大单位专用局域网的核心网, 按照现在通信建设趋势, 无疑地都应选用光纤光缆作为传输线路, 主要是单模光纤工作于长波长1.3Lm或1.55Lm。
2、接入网。
市内通信网中从交换局 (CO) 或远端站 (RT) 连接至它们各自周围众多用户的线路, 组成现时常称的接入网 (access network) 。使用通信的用户大致可以分为单位用户和住家用户两类。企业、工厂、机关、学校等用户属于单位用户, 单位有大有小。
3、有线电视网。
近年来, 有线电视广播业务 (CATV) 正在普遍发展, 用户收看有线电视的质量优于无线电视。现阶段有线电视仍是使用模拟电视信号, 依靠副载波频分多路 (SCM) 技术, 电视台同时播送很多频道的电视节目, 由住家用户挑选收看。不久以后, 有线电视广播将率先使用压缩编码的数字电视, 估计收看质量比前更好。
4、专用区域网。
一个单位在自己的大楼内或厂区内建立专用通信网, 称为局域网 (LAN) , 在城市或郊区内较大的自有地区建立专用通信网, 称为城域网 (MAN) 。
5、海底通信线路。
国际通信在相当程度上依靠海底线路的传送。自从光纤通信开始在陆地通信线路应用成功后, 很快就敷设海底光缆以替代过去的海底电缆。特别是太平洋和大西洋的越洋海底光缆, 光纤通信系统已有几次更新换代。
五、结论
中国现在的的光纤通信产业已经初具规模光缆光纤半导体光电子器件以及光纤通信系统都已经能够自己生产供应, 不用进口我国光纤通信主要干线已经建成, 光纤通信容量达到Tbps, 几乎用不完, 因此不要发展光纤通信技术了但由于光纤本身制造属性决定, 光纤仍然有较大的发展空间:新光纤研制, 光子晶体随着宽带业务的发展网络需要扩容等, 光纤通信仍有巨大的市场现在每年光纤通信设备和光缆的销售量是上升的。光纤无论是在通信速率还是在传输容量上都有突破性进展。本篇论文主要介绍了从现代和过去以及未来的技术方面和材料方面的研究。未来的有线电视、区域网络、海底通信等等方面都做了研究。通过一些器件以及技术来克服光纤传输时的衰减以及损耗从而达到最大容量传输, 技术主要有光纤传输技术等, 还研究新型光纤满足人们的要求。
光纤通信实验教学改革探析 篇11
【摘要】 针对光纤通信技术高速发展给人才培养及其课程教学提出的适应性要求，结合中南民族大学通信与电子信息类专业光通信方向的教改实践，对课程的实践教学方法进行了探索。在现有光纤通信实验基础上，作好基础实验，加深学生对基本概念的理解，增设仿真实验和创新性实验，开拓学生视野和知识面。实践证明，这种改进型的实验教学方式可以使学生能够更好地掌握光纤通信的基本概念，提高学生的实际动手能力，激发学生的创新能力，为学生之后从事相关专业领域的工作与学习打下了良好的基础。
【关键词】 光纤通信 实践教学 软件仿真
《光纤通信》是通信与电子信息类专业最重要的专业主干课程之一[1]，主要讲述了光纤通信的基本概念、传输理论、系统组成、新技术等内容[2]。该门课程具有理论性强、知识面广、抽象概念多的特点[3]。为了提高教学质量，很多高校开设出相应的实验课程，使得学生能够进一步消化课堂上所学的理论知识。
经过多年对光纤通信课程的讲授，我们对实践教学进行了一定的探索与研究，通过设计不同层次的实践教学内容，加深学生对光纤通信相关知识的理解，提高学生的学习积极性，培养学生的实际动手能力和创新能力，并取得了满意的教学效果。
一、以验证性实验为基础，加深学生对基本概念的理解
光纤通信实验箱是学生从理论走向实践的重要实验平台，为学生了解光纤通信系统提供了保障。在教学中，以光纤通信的基础理论为重心，按照由浅入深、由简单到综合的原则精心设计与优化实验教学。验证性实验主要是以模块化的实验箱为平台，学生利用相关测试点完成数据记录与波形观测并结合原理进行分析验证相关内容。我们学校的实验箱平台主要由光无源器件实验平台、模拟图像传输系统、计算机数据传输系统、光终端机、OTDR功能等几大部分组成。在实验系统中，系统的组成、功能电路、信息流程与实际光纤通信系统在技术上保持一致，并在此基础上增设特殊的测试环境。
学生通过实验能够较全面地掌握光纤通信的系统组成、基本原理、关键技术以及主要技术指标的测量方法。这对学生理解与掌握光纤通信理论和技术，提高实验教学质量具有重要意义。
二、引入仿真性实验，开阔学生的视野和知识面
经过几年的教学实践发现，由于实验箱封装性强、集成化程度高，在方便操作的同时，却无法让学生深入了解光纤通信系统全貌。实验尽管可以获得正确的实验结果，学生并没有真正理解系统的结构和工作原理。且对学生的实践与创新能力培养效果有限。
随着科技的进步，新的理论和技术迅速产生与发展，需要不断更新实验设备。考虑到实验建设资金限制和光通信器件成本较高等因素，对现有实验设备无法满足的实验，我们可以利用软件仿真的方式，比较直观形象地掌握各个参数对光纤线路或通信系统的性能影响，弥补试验设备的局限性，开阔学生的视野和知识面。
因此，实践教学部分我们还可利用仿真软件构建光纤通信系统模型，以提高学生的实验效率，有效地节省实验教学成本。
实验中我们引入了加拿大OptiWave生产的OptiSystem软件。利用OptiSystem软件，在硬件资源不足的情况下，使学生对传统光纤通信系统和现代光纤通信系统的理论、传输体制、系统组成，系统设计等知识有一个全面的了解。包括光网络的组成，网络拓扑，光接入网技术，光传送网技术，光交换网技术，全光网络技术等。同时学生也可系统学习光交换，全光网络，相关光通信技术及网络的新技术及发展趋势等。利用仿真软件进行系统性能分析，有利于引导学生对复杂系统进行探索，提高学生对系统性能的全面认识。
三、总结
通过不断的探索与研究，我们逐步建立了一套完整的包含验证、仿真以及设计等多种不同层次实验内容的光纤通信课程实践教学体系。在实践教学中，我们针对学生接受知识的能力因材施教；坚持理论与实践相结合、仿真平台与硬件平台相结合、验证性实验与开放性设计相结合；培养学生整体思考问题、分析问题、解决问题的能力。实践证明，通过这些教学活动的开展，学生能够更好地掌握光纤通信的基本概念，对光纤通信系统的认识进一步加深，学生的视野和知识面得到了拓展；同时学生的主观能动性得到了很好的发挥，动手能力得到了锻炼，综合运用知识的能力以及创新意识得到了有效提高，为学生之后从事相关专业领域的工作与学习打下了良好的基础。
参 考 文 献
[1] 邓大鹏.光纤通信原理 [M].北京 ： 人民邮电出版社 ，2006：5-6.
[2] 李萍，邹念育，杨轶.光纤通信实验教学改革与实践 [J].实验室科学，2010，（6）：35-36.
光纤通信未来的发展趋势 篇12
社会现在进入了信息化的时代, 日常生活中更多地使用通信来交流。各类新颖的业务高速发展, 使得通信速度和用户人数逐渐加快[1]。全世界的IP业务也迅速发展, 使得传统的电信通信运营面临大量的竞争对手, 也使电信业务的壮大充满新时机。现在信息技术的成长越来越数字化, 而且综合性增强;接收与传递信息, 电路的分组转变, 网络也变得更具智能性和集成性, 并且具有很高的稳定性和兼容性, 这也促进了它的灵活发展[2~4]。
19世纪初, 美国有公司开发除了一种新型光纤, 损耗非常低, 只有20d B/km, 后来就开始越来越多地使用光纤通信。光纤通信的带宽大, 传输速率快, 被当作高速率通信的最合适的传输介质[5]。过去, 通信依靠电路, 而现在使用光纤, 它基于一种高频的光波, 依靠光纤进行通信。光纤通信已经有将近30年的历史, 在网路方面, 其它的通信方式都达不到它的传输容量[6~8]。现在我国的光纤通信发展较为成熟, 包括了光缆和通信设备、调制光的元器件等众多行业, 移动、联通和电信三家网络的发展促进了宽带质量的提升和光通信领域的加速发展。
光纤通信领域包含的范围广阔, 不管是其影响广度还是影响深度, 都大大超过了其自身的价值, 所以它对整个电信网络和通信行业的发展有着巨大的影响力。光纤通信的改革和前进将会极大地推动电信网和信息产业的发展, 为新世纪、新时代的社会经济加速发展带来无限的动力。
1 光纤通信的特点
(1) 带宽大, 容量高。光纤比传统的电路通信具有更高的传输速率, 但是光纤通信会受到光纤的色散和光源的调制等特点的限制[9~10]。光纤通信时采用单一的波长, 电子终端仪器都具有通信瓶颈, 使得光纤的大宽带特点不能充分体现。往往使用其它技术来提高通信容量, 尤其当前采用的密集波分复用方法使得光纤通信容量增大。现在单波长方式进行的光纤通信速度最高可达10Gbps。
(2) 损耗较低, 具有较长的通信中继距离。使用石英光纤进行通信传输, 其损耗低于大多数其它传输媒体。未来使用其它具有更低损耗的光纤, 预计还可以大幅度使损耗降低[11]。这也表示, 依据光信通信体系, 会使无中继距离大大增加;而对长距离通信线路来说, 减少使用中继站, 能大幅度削减系统的成本。
(3) 对于电磁波具有很强的干扰能力。光纤是一种绝缘体, 它一般用石英制作, 所以能抵抗腐蚀, 绝缘性能高。另一个相关的主要特点是它的光波对电磁波具有较强的干扰能力, 能够抵御闪电和电离层干扰, 也不受太阳黑子影响, 更不受人工的电磁波、高压设备和复杂电路系统如光缆等的影响[12]。
(4) 信道间干扰小, 保密效果好。在传输电磁波时, 它的泄漏会使传输信道之间相互干扰, 窃听信息变得可能, 保密效果差。而使用光纤通信时, 由于光信号约束在光波导中, 不透光的光纤包层会吸收掉所有泄漏的光波。甚至在拐弯的地方, 即使存在大量光纤, 泄漏的光波总量也很少, 信道之间相互干扰也小, 使得从光纤外部窃听信息变得不太可能[13]。
除了这些, 光纤的直径小, 质量轻巧, 比较柔软和方便架设也是其主要特点。制作光纤的原料充足, 价格便宜, 能适应不同的温度, 使用时间长。因为光纤的这些特点, 在通信时, 它既用在主干线上, 也用于电力系统中, 可以监督、调控工业, 逐渐在各行业使用起来。
2 光纤通信的关键技术
2.1 运用光纤和光缆技术
有两点可以说明光纤技术得到了提高: (1) 传输信息时采用的光纤; (2) 运用于特殊用途的光纤。以前光纤仅有3个通信窗口, 第一、第二和第三串口, 波长分别为850nm、1310nm和1550nm。这几年也研发了L波段和全波光纤的第四和第五窗口, 还有S波段[14~16]。使用这些窗口的主要意义是它扩宽了光频, 在1280nm~1625nm波段内通信, 损耗较低, 色散小, 成倍地增加了传输容量。采用这项技术提高了经济产出。另外, 开发和使用特种光纤, 也是一个颇具发展前景的行业。
2.2 有源的光元件
研制和是开发有缘的光元件的行业较为活泼, 但是目前已经获得很大的成功, 所以发展前景有所减小。现在使用较多的超晶格和量子阱电子元件已经能批量制造并商业化, 像多量子阱这类激光器。
2.3 无源的光元件
无源的光元件对于光纤通信一样很重要, 光纤的接入和运用, 促进了无源光元件大量研发。普通的器件已经大规模运用, 种类和功能也逐渐得到扩展和完善。而无源的光器件由于其能耗低、品种多、性能全面等优点, 广泛运用于光通信系统中。它主要是被用来使光波导和光路得到连通, 操控光波的传输方向, 调配光波的功率, 维护光波导和元件的光耦合, 分解和合成光路, 维持光信号的交互和连接等[17]。以前开发的光无源器件品种多、数量大, 已经能批量生产并商业化, 除国内使用外也销往国外。现在能少量生产光路的分解、信号衰减和隔离元件。光纤通信促进了光无源器件的发展, 如色散补偿器、光信号连接器、环形器等的出现。虽然这些产品还在初步开发阶段, 但也能少量进行生产。根据光纤技术的发展形势可以得出, 如大量使用光纤接入网, 无源光元件的使用量将大大超过有源器件, 这也是接入网发展导致的必然趋势。在整个通信领域, 接入网占份额较大, 所以接入网有着巨大的发展前景。
2.4 光的复用技术
光的复用方式多种多样, 主要是WDM和OTDM两类。光复用技术在通信行业发展极为火热, 大大促进了光通信产业的前进, 使传输技术得到了巨大提高。波分复用目前使用较多的是273个波长, 但是研究能达到1022个, 很快就能达到几千个波长, 而在理论上可达15000个波长的极限, 包含了OPDM。多伦多在20世纪末有过报道, 使65536个光波集中于一条光纤中, 使用声光控制手段, 将数字信号显示在广告板上, 展示出了密集波分复用手段的重大作用。光时分复用指的是在不同时间, 采用相同的频率进行不同信息的传输。这项技术的传递速率能高达320Gb/s。如果结合波分复用和光时分复用, 则通信时的容量会得到大幅度提高。
2.5 光信号的放大技术
光纤通信中, 一个好的技术成果就是光放大器的研发和使用, 它使得光复用、AON和光孤子通信技术较快发展。光放大器, 简单地说, 就是只用来放大光信号的。以前, 信号的放大要依靠O/E/O的转换, 现在依靠光放大器后很方便地就能放大信号[18]。从通信行业发展形势分析, 光纤通信会成为将来通信行业发展的热门。和其它领域相比, 光纤通信的意义非凡, 会在将来的信息时代中发挥巨大功效。光纤通信技术是将会朝着大容量、长距离的方向发展, 使得光交换和全光网络的运用变得广泛。
3 光纤通信的发展趋势
3.1 光的接收和发送模块
当前网络传送的重要方式是光纤通信, 光收发模块用作接入网的主要元件, 促进了干线光传统体系成本的降低, 光网络的配置也越来越完善。通信装置的体积逐渐变小, 接口密度逐渐提高, 使得生成的光器件必须降低成本和功耗低。光收发模块的发展也应该提高频率和传送速度, 增大容量和传输距离。
3.2 实现光纤的用户到家
我国的FTTx计划还在试运行时期, 不够成熟, 但是三网的合并和光电子元件的发展, 光收发模块和光纤成本的减小, 还有较宽容量, 使得光纤到户计划加快进行。FTTx未来会在光通信市场有重大应用, 在加快信息通信的需求下, 要使光纤达到小区每个办公室、每户住宅, 解决光纤到户问题。老城区和农村要实现FTTC和FTTN。在无线通信中, 都将使用接入网, 但这需要光纤接入到每一用户来提供支持, 相当于光纤到户。将来最具发展前景的就是光纤到户和无线接入的结合。
3.3 新型的光纤光缆
新一代网络需要铺设大的传输容量的光纤设备, 而干线网和城域网对通信提出的要求不同, 因此开发了两种新型光纤来满足需要。一种叫做非零色散光纤, 另一种是无水吸收峰光纤。XPON的应用在将来宽带接入技术方面会大有前景。但是考虑到现在的技术发展和实际成本等, 电信接入网络大量运用这一技术还需要很长一段时间, 所以新型光纤的研发将是必然的发展趋势。
3.4 光通信网络产品
使网络的链路层结合, 通过高性能的路由器, 用其来实现WDM (中文称为光波复用) 这种特有波长而直接连接的互联网络, 成为光互联网络。它可以提供用户很大的宽带, 满足网络发展所需的大容量要求, 所以这就必须借助于一些光通信互联网络产品。这些产品包括:光转发仪、OADM、光开关、光放大仪、OXC等等[19]。光互联产品的广泛运用可以使得拓扑结构变得更加得自由灵活, 也使光交换和全光路由技术逐渐蓬勃发展, 最终有可能实现全光网技术的应用。
3.5 AON技术
在通信领域, 将来会依靠AON (全光网) 来提高传输速率。AON是光纤通信将来能达到的最高水平。以前的光网络采用的只是结点之间的全光化, 而节点处还是使用电器件, 使得干线总容量的增加受到制约, 所以实现真正的全光化是一个关键项目。AON用光结点替换电结点, 实现结点间的全光化, 一直通过光波的方法传输与交互信息, 用户使用交换机分析数据不用以Bit实现, 可以用波长来决定。
现在全光网络发展还不够成熟, 但是它的发展潜力具体。从长远来看, 要建立一个实用的、结合WDM和光交换方法的网络体系, 实现全光化, 解决电光瓶颈, 在将来会是广泛使用光通信的必然要求, 也是将来网络的重点, 还是通信技术提升的最理想水平。
4 结语
在光纤通信中, 损耗和色散在普通的线性系统中制约了传送容量和距离。随着光纤制作技术的逐渐加强, 光纤损耗已达极限, 所以色散问题是大容量、长距离传输信息的限制因素, 必须解决。人们为此进行了不止一个世纪的讨论, 知道了光纤有非线性行为, 它能产生光孤子, 可以解决色散问题。所以采用光孤子通信将是新世纪通信行业中, 最具发展潜力的一种新的光纤通信方式。
光纤通信从出现到现在, 使通信行业发生了大的变化, 促进了通信朝着大容量、高效率的方向发展。现在光纤通信是重要的信息传递手段, 目前暂时没有其它的技术可以代替。全世界通信领域在萧条状态时, 光纤通信前进的脚步也没终止过。对于中国, 2001年光光通信市场处于低迷状态, 但是2002年还是发展较快, 有着增长的趋势。就现在的发展情况而言, 将来光纤通信会超着两个主要特点进行发展, 即高速率地传送信息和提高传输容量, 使主干传送转变为OTN光传送, 最后使全光网技术得到实现;逐渐削减接入网成本, 以光纤到家为终极目标来进行。就目前通信业的发展形式而言, 光纤通信必然会成为将来通信行业的领导者。在不久的将来, 人们就可以真正实现光纤到户和实现全光网络[20]。
摘要：当今的时代是一个网络化、数字化的时代, 信息的获取与人们的生活息息相关, 密不可分。在使用网络时, 高的通信效率对于信息的接收和发送都有促进作用, 文章介绍了光纤通信技术的一些特点, 对其未来的发展趋势进行了一系列讨论。
关键词：互联网,光纤,通信
参考文献
[1]李超.浅谈光纤通信技术发展的现状与趋势[J].沿海企业与科技, 2007, (7) :24-25
[2]赵兴富.现代光纤通信技术的发展与趋势[J].电力系统通信, 2005, 26 (157) :27-28
[3]韦乐平.光纤通信技术的发展与展望[J].电信技术, 2006, (11) :13-17