光纖傳輸技術(shù)(GD)

1、1信息產(chǎn)業(yè)部武漢郵電科學(xué)研究院 王加強(qiáng)http:/中國(guó)的光通信從這里開(kāi)始 光纖傳輸技術(shù)2內(nèi) 容 提 要 光纖通信概述 光傳輸系統(tǒng)與指標(biāo) 光路連接與連接器 光纖參數(shù)與傳輸特性 光纜構(gòu)造與型號(hào)標(biāo)識(shí) 傳輸指標(biāo)與測(cè)量3概 述4 傳輸技術(shù)的演變5 一、一、業(yè)務(wù)類型的變化： 九十年代以來(lái)，以Internet為代表的信息技術(shù)革命正在深刻地改變傳統(tǒng)電信概念和信息傳輸體系 目前北美Internet骨干網(wǎng)的業(yè)務(wù)量幾乎每69個(gè)月翻一番，比著名的CPU性能more定律（18個(gè)月左右翻番）快23倍 世界電話業(yè) 務(wù)年增長(zhǎng) 率為 10%，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)年增長(zhǎng) 40% 中國(guó) 話音業(yè)務(wù) % 的增長(zhǎng)率，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù) % 增長(zhǎng)6 二、容量需

2、求的變化 Tbit / s 容量到骨干網(wǎng) Gbit / s 容量到局域網(wǎng) Mbit / s 容量到個(gè)人或桌面7 三、傳輸方式的變化8光纖傳輸?shù)奶攸c(diǎn)9光纖通信的發(fā)展與現(xiàn)狀1966年：高錕的論點(diǎn)1970年：光纖（康寧）、器件（貝爾）、1976（中國(guó)武漢）系統(tǒng)建設(shè)：市話（1982）、長(zhǎng)途（1987）、八縱八橫骨干專網(wǎng)部門：廣電、電力、計(jì)算機(jī)網(wǎng)、軍用網(wǎng)、高速波長(zhǎng)應(yīng)用：850nm1310nm1550nm（S、C、L）光纖應(yīng)用：MMSM新型：G.655、LEAF、EDF、DCF信號(hào)類型：模擬數(shù)字（PDHSDH）傳輸速率：8M、34M、140M、155M、622M、2.5G、10G波長(zhǎng)數(shù)目:單一波長(zhǎng)波分復(fù)用

3、 密集波分復(fù)用(DWDM)-粗波分復(fù)用(CWDM)傳輸延伸：FTTC、FTTB、FTTH10光纜傳輸?shù)牟煌瑧?yīng)用網(wǎng)絡(luò)城域光網(wǎng)絡(luò)辦公室辦公室數(shù)據(jù)光纖光纜FTTO室內(nèi)光纖光纜FTTH樓內(nèi)光纖光纜千兆以太網(wǎng)光纖光纜 多模光纖 信息化智能小區(qū)防蟻光纜接入光網(wǎng)絡(luò)大芯數(shù)帶狀光纜干線光網(wǎng)絡(luò)11 紅外 紫外 可見(jiàn)光 400nm 1550nm 1310nm 780nm CD 唱碟機(jī) 670nm 激光筆 700nm 波長(zhǎng) 光通信光通信 光的特性：光的特性： = C/f= C/f V = C/n V = C/n光信號(hào)波長(zhǎng)12光纖通信技術(shù)涉及的產(chǎn)品 光傳輸設(shè)備： 光纖.光纜及附件： 光電器件： 測(cè)試儀器與專用工具：13

4、光纖傳輸?shù)膽?yīng)用類型14光纖傳輸系統(tǒng)15CPNCPNUNIUNINNINNINNINNIUNIUNI接入接入網(wǎng)網(wǎng)接入接入網(wǎng)網(wǎng)核心網(wǎng)核心網(wǎng)（交換網(wǎng)、傳輸網(wǎng)）（交換網(wǎng)、傳輸網(wǎng)）網(wǎng)絡(luò)分層水平的觀點(diǎn)16網(wǎng)絡(luò)分層垂直的觀點(diǎn)話音話音數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)圖像圖像電子商務(wù)電子商務(wù)業(yè)務(wù)應(yīng)用層業(yè)務(wù)應(yīng)用層業(yè)務(wù)承載及交換層業(yè)務(wù)承載及交換層 IP/ATMIP/ATM層層復(fù)用層復(fù)用層SDHSDH層層 光傳送層光傳送層WDM/OTNWDM/OTN層層17光纖傳輸系統(tǒng)擴(kuò)容方式18空分復(fù)用擴(kuò)容（SDM）19時(shí)分復(fù)用擴(kuò)容（TDM）20時(shí)分復(fù)用擴(kuò)容（TDM）21波分復(fù)用擴(kuò)容（WDM）合波器合波器Tx 1Tx nEDFA分波器分波器Rx 1Rx

5、nEDFAEDFA22 OM/ OA OTU1 RM1 1 S R MPI-S MPI-R SDn SD2 SD1 S1 OTUn RMn n Sn OTU2 RM2 2 S2 G.957 OA 波波長(zhǎng)長(zhǎng)范范圍圍 波波長(zhǎng)長(zhǎng)穩(wěn)穩(wěn)定定度度 波波長(zhǎng)長(zhǎng)間間隔隔 發(fā)發(fā)射射輸輸出出光光功功率率 發(fā)發(fā)射射消消光光比比 光光纖纖衰衰減減 光光纖纖色色度度色色散散 光光纖纖 P PM MD D 光光纖纖非非線線性性效效應(yīng)應(yīng) O OA A 的的增增益益平平坦坦特特性性 O OA A 的的噪噪聲聲指指數(shù)數(shù) O OA A 自自動(dòng)動(dòng)增增益益控控制制 復(fù)復(fù)用用器器插插損損 復(fù)復(fù)用用器器插插損損差差異異 解解復(fù)復(fù)用用器器插

6、插損損 解解復(fù)復(fù)用用器器信信道道間間串串?dāng)_擾 接接收收機(jī)機(jī)的的動(dòng)動(dòng)態(tài)態(tài)范范圍圍 接接收收機(jī)機(jī)的的電電帶帶寬寬 接接收收機(jī)機(jī) O OS SN NR R 靈靈敏敏度度 接接收收機(jī)機(jī)帶帶噪噪聲聲 OA R S OA/ OD DWDM系統(tǒng)涉及的技術(shù)23OMUTX OTU1 1TX OTU2 2TX OTU32 32EMUOWUOSCODURX OTU16 2 1RX OTU16 32 31OMTOMTDWDM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖OMUTX OTU1 1TX OTU2 2TX OTU32 32EMUOWUOSCODURX OTU16 2 1RX OTU16 32 31OMTOMTEMUOWUOSCILAILA24

7、光傳輸系統(tǒng)主要指標(biāo)25光纖傳輸接口指標(biāo)（發(fā)送） 1、工作波長(zhǎng)（）： 850nm. 1310nm. 1550nm(S.C.L波段) 線路傳輸特性與系統(tǒng)工作波長(zhǎng)密切相關(guān)。 2、平均發(fā)送光功率（Ps） ： 功率單位：mw、w（制造、購(gòu)買光源用） dBm（設(shè)計(jì)、施工、測(cè)量用） dBm=10 Log Ps/1mw（毫瓦分貝值） 26衰衰減減（db/kmdb/km）0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7波長(zhǎng)（波長(zhǎng)（mm）432101243OH-OH-OH- 190THz50THz單模光纖截止波長(zhǎng)單模光纖截止波長(zhǎng)5光纖的傳輸窗口27光纖工作波段工作窗口 波 段

8、 標(biāo)稱波長(zhǎng) 波長(zhǎng)范圍（nm）第一窗口第一窗口 850第二窗口第二窗口 O波波 段段 1310 1280-1360第三窗口第三窗口 S波波 段段 1550 1460-1530 C波波 段段 1550 1530-1565第四窗口第四窗口 L波波 段段 1550 1565-1625第五窗口第五窗口 E波段波段 波長(zhǎng)擴(kuò)展波長(zhǎng)擴(kuò)展 1360-146028光纖傳輸接口指標(biāo)（發(fā)送）3、光譜特性（）： 信號(hào)脈沖包含的波長(zhǎng)范圍4、邊模抑制比（SMSR）： SMSR = Pmain/ Pside30dBSMSR = Pmain/ Pside30dB5、消光比（EXT）： EXT=PEXT=P。/P1x100%10

9、% /P1x100%10dB10dBP。：全零碼的光功率值，P1：全1碼的光功率 值。29光譜特性 121-3dB發(fā)光二極管（發(fā)光二極管（LED）121-XdB121-20dB多縱模激光器（多縱模激光器（MLM）單縱模激光器（單縱模激光器（SLM）30光纖傳輸接口指標(biāo)（接收）1.接收靈敏度(Pr)2.接收動(dòng)態(tài)范圍(D)31不同速率下的接收靈敏度-9-10-1232光有源器件基本類型33光纖傳輸線路指標(biāo) 光纖衰減（G.652） G.655 傳輸色散34 光纖與光纜3536光纖結(jié)構(gòu)包層包層n纖芯n12涂復(fù)層涂復(fù)層n11.464n2 1.460介質(zhì)折射率的差別形成光波導(dǎo)包層包層涂復(fù)層涂復(fù)層37光纖光

10、纜制造工藝38光纖的類別39模的概念 縱模 橫模 偏振模TEM00 TEM11 40特殊用途光纖1 1、摻鉺光纖（、摻鉺光纖（EDFEDF）在光纖芯部摻有微量稀土元素鉺離子（3rE），作為能量 激活物質(zhì)。其芯徑較細(xì)，專用于摻鉺光纖放大器（EDFA）。 2 2、色散補(bǔ)償光纖（、色散補(bǔ)償光纖（DCFDCF） 在1550nm采用G.652光纖進(jìn)行高速率傳輸時(shí)，色散影響很嚴(yán)重，由于G652光纖在此波長(zhǎng)為正色散，故可采取色散調(diào)節(jié)技術(shù)，應(yīng)用具有很大負(fù)色散值（約-90PS/nm.km）的DCF進(jìn)行色散補(bǔ)償。即在原G652線路中加入一段DCF光纖。 一般將DCF加在傳輸線路的尾端（接收端）較為有利。 41特殊

11、用途光纖3 3、數(shù)據(jù)光纖、數(shù)據(jù)光纖 用于數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)，其纖芯直徑較大，屬于多模光纖的一種。4 4、大有效面積光纖（、大有效面積光纖（LEAFLEAF） G655改進(jìn)型光纖，康寧公司研制。增大有效通光面積從 60 2m到802m可降低纖芯光功率密度，克服光纖非線性效應(yīng)。 LEAF主要用于DWDM系統(tǒng)，其對(duì)彎曲較敏感，使用中應(yīng)注意。42G.651光纖(MM)G.652光纖(SM)G.653光纖(SM)G.654光纖(SM)G.655光纖(SM)ITU-T建議文號(hào)43多模光纖多模光纖對(duì)應(yīng)于ITU-T G.651、或IEC A1。其芯徑較粗，衰耗較大，因多模傳輸帶寬受限。 多模光纖在數(shù)據(jù)網(wǎng)或用戶接入網(wǎng)中

12、普遍應(yīng)用，其連接損耗低、且因數(shù)字孔徑大而耦合效率高，活動(dòng)連接器件簡(jiǎn)單，工程成本低。大芯徑可允許較大光功率傳輸利于用戶網(wǎng)光功率分配。 為減小模間色散，多模光纖一般為漸變型折射率分布。由于制棒中折射率控制較復(fù)雜，目前多模光纖的市場(chǎng)價(jià)格高于G652光纖。44多模光纖45G.652 光纖G.652光纖亦稱非色散位移單模光纖,其價(jià)格低廉、技術(shù)成熟，是目前長(zhǎng)途、本地線路應(yīng)用最為廣泛的光纖。 其在1550nm窗口色散大（達(dá)17ps/nmkm）嚴(yán)重限制傳輸速率，須采用DCF進(jìn)行色散補(bǔ)償，DCF引起的衰減則由光放大器補(bǔ)償，成本較高。 2000年，ITU-T將G652細(xì)分為G.652A、G.652B、G.652C

13、其中，G.652B規(guī)定了偏振模色散，仍屬常規(guī)單模而G.652C則為低水峰全波光纖。46G.653 光纖在G.652光纖基礎(chǔ)上通過(guò)增大波導(dǎo)色散將零色散點(diǎn)從1310nm轉(zhuǎn)移到1550nm處，故稱零色散位移光纖。G.653光纖可在1550nm窗口大幅提高傳輸速率，但在多波長(zhǎng)系統(tǒng)中，則因零色散會(huì)引起嚴(yán)重四波混頻因而不能支持DWDM系統(tǒng)，而DWDM技術(shù)已成為擴(kuò)大光纖傳輸系統(tǒng)容量的主要方式，故在未來(lái)的應(yīng)用中，G.653光纖將漸遭淘汰。47G.654 光纖48G.655 光纖 為適應(yīng)DWDM傳輸要求，在G.653光纖基礎(chǔ)上改進(jìn)。在1550nm窗口保持一定色散，以利于克服非線性，故謂之“非零色散位移”。 朗訊

14、公司研制的G.655光纖零色散點(diǎn)在1550nm波長(zhǎng)以下，故其在1550nm處色散為正值（TW光纖）， 康寧公司的G655光纖則為負(fù)值且其有效通光面積較大可降低傳光功率密度，更有效減輕非線性效應(yīng)影響。此外，負(fù)色散對(duì)傳輸速率的限制可采用低成本的G.652光纖進(jìn)行補(bǔ)償（LEAF光纖）， 在大容量、高傳輸速率系統(tǒng)中，大有效面積的.G655光纖將有廣闊的應(yīng)用前景。49G.655 光纖50光纖命名與標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照注注:G.652B有偏振色散要求有偏振色散要求,仍歸于仍歸于B1.1 , G.652C(B1.3)為全波光纖為全波光纖 G.654(B1.2)為最低衰減光纖為最低衰減光纖 此類光纖的色散均無(wú)變化此類光纖

15、的色散均無(wú)變化小結(jié)一下51光纖的導(dǎo)光原理（階躍型） 光的折射：光的折射： 光的全反射：光的全反射：010112132231Sin=12=1.460/1.464=85.8入射角入射角=90-85.8=4.2度，度，近于直線傳播近于直線傳播52光纖的基本參數(shù)光纖的基本參數(shù)類別類別SMMMEDF數(shù)據(jù)光纖數(shù)據(jù)光纖纖芯直徑纖芯直徑9504.562.5包層外徑包層外徑125涂復(fù)層涂復(fù)層約約250（m）2 2、相對(duì)折射率差：、相對(duì)折射率差： = n1- n2 / nDCF6尺寸尺寸53光纖的基本參數(shù)2 數(shù)值孔徑表示光纖接收（耦合）光信號(hào)的能力 常規(guī)單模光纖的NA值約為0.1050.12 多模光纖的NA值大于

16、單模光纖，故光耦合效 率高。 NA值與折射率差有關(guān)，太大會(huì)形成多模傳輸。54光纖的基本參數(shù)12n12 模場(chǎng)直徑表示光纖中傳導(dǎo)的光信號(hào)能量的集中程度。 信號(hào)波長(zhǎng)越長(zhǎng)，則d值越大。 模場(chǎng)直徑大的光纖對(duì)彎曲越敏感，但接續(xù)損耗小。c6 6、光纖截面形狀誤差、光纖截面形狀誤差 包層不圓度： 1% 同心度誤差： 0.8mV Vc =2.40556光纖傳輸特性57光纖傳輸衰減PinPoutL= 10 L g Pin /Pout L（dB）58光纖衰減機(jī)理59光纖衰減曲線dB/Km瑞利散射紫外吸收紅外吸收13101550（nm）OH吸收峰吸收峰85060光纖衰減機(jī)理輻射模傳導(dǎo)模61光纖衰減機(jī)理62衰減對(duì)中繼距

17、離的限制cSfrsMAAMeAcpp2=LPs：光源發(fā)光功率（：光源發(fā)光功率（dBm），），Pr：接收靈敏度（：接收靈敏度（dBm），），Me：設(shè)備裕量（：設(shè)備裕量（dB），）， Ac：活動(dòng)連接損耗（：活動(dòng)連接損耗（dB），），Af：光纖衰耗系數(shù)（：光纖衰耗系數(shù)（dB/Km），），Mc：線路裕量（：線路裕量（dB/Km） As：線路熔接損耗平均值（：線路熔接損耗平均值（dB/Km） 2.5Gb/s及以下速率系統(tǒng)一般為衰減限制系統(tǒng)。（Km）63 光纖傳輸色散紅紫白光.64光纖傳輸色散脈沖展寬量: = D () x x L （ps）65光纖傳輸色散示意 D ( ) 單位：?jiǎn)挝唬篜S / nm .

18、km66光纖色散機(jī)理67光纖色散機(jī)理68常規(guī)單模光纖色散曲線Ps/nm Km（nm）材料色散材料色散波導(dǎo)色散波導(dǎo)色散1310總色散總色散069幾種改進(jìn)型光纖的色散曲線Ps/nm Km（nm）013101550G.652G.655G.653（G.654）70偏振模色散（PMD）ZXY 對(duì)于截面圓理想、且不受彎、擠、扭等應(yīng)力作用的光纖對(duì)于截面圓理想、且不受彎、擠、扭等應(yīng)力作用的光纖則不存在則不存在PMD。單位：?jiǎn)挝唬篜S/ km 71PMD的影響標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定:無(wú)電再生傳輸距離內(nèi),PMD的最大展寬量即應(yīng)小于或等于信號(hào)脈沖時(shí)隙的10%,以保證系統(tǒng)功率代價(jià)不超出1dB. 不同傳輸速率的脈沖時(shí)隙寬度: 64K

19、 2.M 622M 2.5G 10G 40G (b/s )64K 2.M 622M 2.5G 10G 40G (b/s ) 15.6S 488ns 1.6ns 400ps 100ps 25ps 15.6S 488ns 1.6ns 400ps 100ps 25ps 故PMD限制距離為:L = (/ PMD) （km）272PMD的影響功率代價(jià)為功率代價(jià)為1dB1dB的的PMDPMD系數(shù)系數(shù) 速率速率 最大最大 PMD 系數(shù)系數(shù) (Gb/s) (ps) (ps/km) (400 km 光纖鏈路光纖鏈路) 2.5 40 2.0 10 10 0.5 20 5 0.25 40 2.5 0.12573色散

20、對(duì)光傳輸?shù)挠绊?10Gb/s及以上速率系統(tǒng)一般為色散限制系統(tǒng)。610BDB：線路速率：線路速率 ：光源系數(shù)，：光源系數(shù)，單縱模單縱模0.31多縱模多縱模0.12D: 光纖色散系數(shù)光纖色散系數(shù):光源譜線寬度光源譜線寬度74 G.652： 占現(xiàn)有敷設(shè)線路85%以上 在1550nm處，衰減低而色散大，對(duì)速率提高有限制： 傳輸速率提高4倍，則色散受限距離縮短為1/16。 如：如：2.5Gb/s2.5Gb/s928Km 10Gb/s928Km 10Gb/s58Km58Km G.655 ： 在1550 nm處保持較小色散，以克服四波混頻。適于 10Gb/s及以上DWDM系統(tǒng)。(郎訊G655:TW,康寧G6

21、55:LEAF)光纖的選用75光纖的選用76光纖的選用城域網(wǎng)光傳輸線路：城域網(wǎng)光傳輸線路： 除常規(guī)單模（G.652）外，為適應(yīng)多種業(yè)務(wù)與多種速率信號(hào)傳送，采用粗波分復(fù)用(CWDM)傳輸，需擴(kuò)展可用光波長(zhǎng)范圍： =12801625 nm 大容量城域網(wǎng)可選低水峰全波光纖（G.652C）全波光纖與G652光纖的色散并無(wú)區(qū)別。77 光纖的選用光纖數(shù)據(jù)網(wǎng)與用戶接入網(wǎng)光纖數(shù)據(jù)網(wǎng)與用戶接入網(wǎng) 速率低、距離短，一般采用多模光纖（A1.b）。其芯徑粗、便于接續(xù)，活動(dòng)連接器件簡(jiǎn)單，可降低系統(tǒng)成本（接頭多、分支復(fù)雜）。通光面積大允許大功率光信號(hào)傳輸，不會(huì)產(chǎn)生非線性。 以前多模光纖系統(tǒng)采用發(fā)光管，帶寬窄，目前，新型垂

22、直腔面發(fā)射激光器（VCSEL）已進(jìn)入實(shí)用，帶寬達(dá)數(shù)GHZ7879成纜要求80 光纜基本類型 纜芯結(jié)構(gòu)不同分為:中心管式、層絞式、骨架式敷設(shè)條件不同分為:架空光纜、管道光纜、直埋光纜、水底光纜 光纜中光纖的松緊狀態(tài)不同分為:緊結(jié)構(gòu)、松結(jié)構(gòu)、半松半緊結(jié)構(gòu)光纜 使用環(huán)境不同分為:室內(nèi)、室外、金屬加強(qiáng)件、非金屬加強(qiáng)件、阻燃和防蟻光纜按照：81層絞式光纜經(jīng)過(guò)套塑的光纖單元（管）螺旋絞合在中心加強(qiáng)構(gòu)件上在纜芯周圍加裝各種護(hù)層并填充纜膏。光纜中光纖芯數(shù)最大可做到200芯以上適用于架空、管道、直埋、水下等各種方式82中心束管式光纜裝有多根光纖的松套管置于光纜截面的中心位置。單根高炭鋼絲作為加強(qiáng)構(gòu)件平行置于中心

23、管的兩邊或周圍光纜中光纖芯數(shù)最大為36芯光纜結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕便且對(duì)光纖保護(hù)有利。適用于架空、管道或直埋方式83疊帶式光纜帶狀光纖纜結(jié)構(gòu)類同于非帶狀光纖纜，可分為中心管式、松套層絞式和骨架式三大類84光纜構(gòu)造與材料85光纜構(gòu)造與材料86光纜構(gòu)造與材料87光纜型號(hào)命名光纜型式代號(hào)光纜型式代號(hào)光纖規(guī)格代號(hào)光纖規(guī)格代號(hào)88光纜型號(hào)標(biāo)識(shí)89光纜代號(hào)示例小結(jié)一下90特種光纜91光纖光纜的應(yīng)用條件光纖與涂覆層材料膨脹系數(shù)不一致引起光纖受拉，影響光纖強(qiáng)度。涂覆層材料的收縮迫使光纖產(chǎn)生微彎，傳輸衰耗增大。單根光纖抗拉強(qiáng)度大于 7 Kg92光纖光纜的應(yīng)用條件93光纜出廠檢驗(yàn)項(xiàng)目94工程特性項(xiàng)目95光纜產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀96國(guó)內(nèi)主要光纜制造商97成品光纜盤裝標(biāo)識(shí)： 20032003 GYTS 36B1 GYTS 36B1 *M 中國(guó)移動(dòng)98光傳輸指標(biāo)測(cè)試 接收靈敏度與動(dòng)態(tài)范圍測(cè)試 光纖性能測(cè)試