光纤通信的发展及后续维护设计通信专业毕业论文(编辑修改稿)

光纤通信的发展及后续维护设计通信专业毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

逐渐取代多模光纤成为当前光纤的主流产品时，阶跃光纤结构又作为单模光纤的结构形式之一。 ② 渐变光纤 渐变光纤是指：光纤轴心处的折射率最大（ n1），而沿剖面径向的增加而逐渐变小，其变化规律一般符合抛物线规律，到了纤芯与包层的分界处，正好降到与包层区域的折射率 n2 相等的数值；在包层区域中其折射率的分布是均匀的即为 n2。 ──多模光纤与单模光纤 多模光纤是指能够同时传输多种模式的光纤，而单模光纤则只能传输单一的基模模式。 ──短波长光纤与长波长光纤 ① 短波长光纤 在光纤通信发展的初期，人们使用的光波波长在 ～ 微米范围内（典型值为 微米），习惯上把在此波长范围内呈现低衰耗的光纤称作短波长光纤。 ② 长波长光纤 把工作在 ～ 微米波长范围的光纤称之为长波长光纤。 长波长光纤因具有衰耗低、带宽宽等优点，特别适用于长距离、大容量的光纤通信。 ──紧套光纤与松套光纤 2． 3 光纤的基本参数 光纤的各种参数很多，最重要的参数有：光纤芯径、光纤数值孔径 NA 以及归一化频率。 1．光纤芯径：这是光波导的几何尺寸，一般说芯径越大，集光效应越好， 11 越有利于远距离传输。 然而，过大的芯径也会带来一些不利的影响，如增加成本，模式不容易控制等。 2．光纤的数值孔径：为了保证在光纤的芯包界面上能发生全反 射，在光纤端面上的入射角必须小于孔径角，即小于光纤的最大光接收角。 这个最大的光接收角记作 max。 光纤的数值孔径 NA 定义为：  2s in 12221m a x nnnNA  （ ） NA 的物理意义表示光纤接收入射光的能力， NA 越大，表示接收有用光的本领越大。 3．光纤中传播的模式及归一化频率：光纤中传播的模式就是光纤中存在的电磁场场形，或者说是光纤中存在的光场场形。 因为光波是一种频率很高的电磁波。 各 种场形都是光波导中经过许许多多次的反射和干涉的结果。 而且各种模式是不连续的离散的。 光纤中能够存在（即能够传播）的模式不是无限多的，只能是既满足全反射条件又能够满足相位一致条件的模式才能存在，而其它模式则被截止。 设 Nmax为光纤中最大的模式数，它可表示为：  TVN 221m a x  （ ） 其中参数 V 定义为：  2/2 102221 anknnaV  （ ） 这 里的 V是光纤的重要参数之一，它一方面与波导宽度 a 成正比，被称为归一化波导宽度；另一方面又与 Ck /0  （ C 为光速）成正比，因而又称为归一化频率。 12 三、光 缆 3． 1 光缆特点 光导纤维是一种传输光束的细微而柔韧的媒质。 光导纤维电缆由一捆纤维组成 ,简称为光缆。 光缆是数据传输中最有效的一种传输介质 ,它的优点包括 : (1)频带较宽。 (2)电磁绝缘性能好。 光纤电缆中传输的是光束 ,由于光束不受外界电磁干扰与影响 ,而且本身也不向外辐射信号 , 因此它适用于长距离的信息传输以及 要求高度安全的场合。 (3)衰减较小。 可以说在较长距离和范围内信号是一个常数。 (4)中继器的间隔较大 ,因此可以减少整个通道中继器的数目 ,可降低成本。 根据贝尔实验室的测试 , 当数据的传输速率为 420Mbps且距离为 119公里无中继器时 ,其误码率为 10— 8,可见其传输质量很好。 而同轴电缆和双绞线每隔几千米就需要接一个中继器。 3． 2 光缆分类 1．按光纤状态 光纤的二次被覆方式和光纤在光缆中的松紧自由状态不同，可将光缆分为紧结构光缆、松结构光缆和半松半紧结构光缆。 2．按缆芯结构 按缆芯结构不同光缆分为中心 管式、层绞式和骨架式三大类。 3．按敷设方式 按光缆敷设方式，光缆可分为架空光缆、管道光缆、直埋光缆和水底光缆。 4．按光缆使用环境 按光缆使用环境又可将光缆分为室外光缆和室内光缆。 3． 3 光缆技术的发展特点 光缆的结构总是随着光网络的发展、使用环境的要求而发展的。 新一代的全 13 光网络要求光缆提供更宽的带宽、容纳更多的波长、传送更高的速率、便于安装维护、使用寿命更长等。 近年来，光缆结构的发展可归纳为以下一些特点。 ，如干线网光纤、城域网光纤、接入网光纤、 局域网光纤等，这决定了大范围内光缆光纤传输特性的要求，具体运用的条件还有可依据的细分的标准及指标。 ，越来越多的与其施工方法、维护方法有关，必须统一考虑，配套设计。 ，促进了光缆结构的改进，使光缆性能有明显改进。 不同的场合和不同的要求造成了光缆的多结构的发展趋势，新的光缆结构以及在现有结构上不断改进的各种结构也在不断涌现，出现了许多类型，包括： ① .“干缆芯”式光缆：所谓“干缆芯”即区别于常用的填充管型的光缆 缆芯。 这种缆的阻水功能主要靠阻水带、阻水纱和涂层组合来完成。 这种光缆具有方便，重量轻、易接续、易搬运，设备投资小、成本低，生产使用中干净卫生，在长期使用中还可减少缆芯中各种元件之间的相对移动等优点。 特别是在接入网室内缆和用户缆中，好处更加明显。 ② .生态光缆：一些公司从环境保护及阻燃性能的要求出发，开发了生态光缆，应用于室内、楼房及家庭。 ③ .海底光缆：海底光缆近年来有根快的发展，它要求长距离、低衰减的传输，而且要适应海底的环境，对抗水压、抗气损、抗拉伸、抗冲击的要求都特别严格。 ④ .浅水光缆：浅水光缆 是区别于海底光缆而提出来的另一类结构的水下光缆，适合于在海岸边上、浅水中安装，无需中继、通信距离比较短的水下（如岛屿间、沿海岸边上的城市）敷设使用。 这种光缆要求结构简单、成本较低，易于安装和运输，便于修复和维护。 ⑤ .微型光缆：为了配合气压安装（或水压安装）施工系统的运用，各种微型的光缆结构已在设计和使用中。 对于气压安装的微型光缆，要求光缆与管道之间有一定的系数，光缆重量要准确，具有一定的硬度等。 这种微型光缆和自动安装的方式是未来接入网，特别是用户驻地网络中综合布线系统很有潜力的一种方式，如在智能建筑中运用 的智能管道中就非常适合这种安装。 14 ⑥ .采用了纳米材料的光缆：采用纳米材料的光缆，利用了纳米材料所具有的许多优异性能，对光缆的抗机械冲击性能、阻水、阻气性都有一定的改善，并可延长光缆的使用寿命。 ⑦ .全介质自承式光缆（ ADSS）：全介质光缆对防止电磁影响及防雷电都有优良的特性，而且重量轻、外径小，架空使用非常方便，在 电力 通信网中已得到大量的应用。 ADSS 同时也是电信部门在对抗电磁干扰及雷暴日高的敷设环境中 一种很好的光缆类型的选择。 ⑧ .架空地线光缆（ OPGW）： OPGW 已出现了很长一段时间，近年来一直在改进和提高之中。 OPGW 的光纤单元中采用 PBT，于套管外面再加上一层不锈钢管，有的还在塑料套管与不锈钢管之间加上一层热塑胶，不锈钢管用激光焊接长度可达数十公里，光纤在这样的多层保护管中得到了充分的机械保护。 15 四、光缆线路工程设计 4． 1 光缆线路设计的原则和内容 基本 原则 ，合理利用土地，重视环境保护。 ，做到技术先进，经济合理，安全适用，能够满足施工，生产和使用要求。 ，兼顾近期与远期通信发展的需求，合理利用已有的网络设施和装备，以保证建设项目的经济效益，不断降低工程造价和维护费用。 ，未经试验和鉴定合格的产品不得在工程中使用。 ，广泛采用适合我国国情的国内外成熟的先进技术。 设计内 容包括：通信需求的预测，包括近期和远期；光缆线路路由选择；光缆线路敷设方式选择；光缆接续及接头保护措施；光缆线路的防护要求；中继站站址选择与建筑方式；光缆施工注意事项。 光缆线路路由选择原理 光缆路由的选择应以设计任务书为依据在保证传输质量的前提下，使线路安全可靠、经济合理、施工维护方便。 光缆路由沿公路敷设应做到顺路取直，不要随弯取线，以免增加线路长度。 在一些地形复杂、障碍较多的地段，应考虑施工维护的方便，不要强求长距离的大直线，其隔距要求应根据规范或设计要求确定。 光缆路由应选择在地质稳固、地 形平坦、自然危害少的地方。 在平原地区应避开湖泊、沼泽、水塘、沟渠及排涝积洪等地带；山区路由应尽量避免翻山越岭，选择地质稳固、坡度较平、石方工作量少，便于维护施工的地带，避开沟渠和水土 流失的地方等。 山区选择路由时还应进行防雷调查，尽量避开落雷较多的地段。 16 进入市区的光缆路由，应符合城市发展规划，避免选择在规划的建筑红线范围以内，防止设于待拓宽或变动的街道，未定型的街道，远期规划的工业区及城市发展区，在市区应尽量利用配合市话管线路由一并考虑。 光缆线路敷设方式选择原理 市话光缆线路或长途光缆线路进入 市区的部分，应尽可能采用管道敷设方式，只有在没有管道又无条件新建管道时，可采用直埋敷设方式。 当直埋敷设也困难时，可采用架空方式作短期过渡。 长途光缆线路在郊外一般采用直埋，遇到下列情况可以采用架空敷设方式： ①．穿越河沟，峡谷直埋特别困难的地段； ②．施工特别困难或赔偿费用过高的地段； ③．市区暂时无条件建设管道的地段； ④．已有杆路并可以利用架挂的地段； 农村本地网光缆线路，县城地段应采用管道敷设，其余采用现有的农话杆路加挂。 跨越河流的光缆线路，尽可能利用固定在桥梁上的管道或槽道敷设，如没有管道和槽道时 ，可与有关部门协商，在桥上加装支架敷设。 当上述条件无法满足，或命名线路迂回距离太长时，则采用水线敷设。 4． 1． 3 光缆选型 ①．在市话管道或长途硬塑料管道敷设的条件下，一般采用 PE 或 PVC 护套、层绞式或中心管式结构光缆，缆中以镀锌钢丝绳作加强芯，通常在护套和缆芯之间加 A/PE 防水层。 ②．在架空敷设条件下，一般采用与管道敷设条件下结构相同的光缆，而在农村本地网架空光缆线路建设中也可以选用束管式光缆或自承式光缆，以降低工程造价。 ③．在直埋敷设条件下，选用光缆结构除满足管道敷设条件外，还应 加钢带铠装或钢线铠装层，也有的是加皱纹钢管层，以增加光缆的抗侧压力等机械强度。 17 ④．在水线敷设条件下的光缆，选用钢丝铠装层光缆，以更好地保证机械强度。 ⑤．电力部门选用的光缆可选用复合光缆，它是把光纤置于缆中间，外面是满足强电输送条件的金属构件，即架空复合地线光缆（ OPGW），亦可采用全介质自承式光缆（ ADSS）。 ⑥．在强电场区域或雷击特别严重的地段可选用无金属光缆，即全介质自承式光缆（ ADSS）。 它能有效地防止电磁感应。 ⑦．在计算机房及数据通信或用户光通信网中可选用带状光缆或室内光缆。 ⑧．室内光缆宜 采用具有阻燃性能的外护层结构，如聚氯乙烯外护层或无卤阻燃外护层等。 不论采用哪种敷设方式和选用哪种结构的光缆，凡在野外敷设条件下的光缆都必须使光纤防水、防潮，所以光缆中应该填充防水油膏或具有其他防潮层，以阻挡水分或潮气进入光缆，保证光缆常年使用，传输性能不致劣化。 光纤是传输网络的基础，在光纤系统设计中，必须要考虑未来 15～ 20 年受命期仍能满足传输容量和速率的发展需要。 从我国国情与未来发展需要看，我国东部发达地区的新干线建设多采用以 10Gbit/s 速率为基础的波分复用系统。 在这种情况下，对于 新敷设的大容量光缆线路采用 （或部分 ）光纤是合适的。 另一方面，我国又是一个经济发展高度不平衡的国家，我国西部地区的通信业务需求在很长时间内都难以赶上东部地区，因而采用以 的 WDM 系统将足以满足相当长时间的干线业务量需求。 在这一速率前提下，采用 光纤的必要性和急迫性没有那么强。 除非 光纤的价格有较大幅度的降低，心敷光缆线路继续采用 光纤是符合地区与网络具体情况的合理选择。 从城域网角度 看，为了适应未来多业务、多速率的环境需求，需扩大可用光谱的范围，心敷光纤逐渐转向价格适宜、工作波长范围扩大的低水峰光纤（波长扩展的非色散位移单模光纤），即全波光纤。 这样可以大大拓宽城域网波分复用的光波长范围（约 1280～ 1620nm），利于采用 CWDM（粗波分复用）技术，可使用更多的光信道以满足城域网传输的多业务、多信道要求。 18 4． 1． 4 传输设计 光传输再生段距离由光纤衰减和色散等因素决定。 不同的系统，由于各种因素的影响程度不同，再生段距离的设计方式也不同。 在实际的工程应用中，设计方式分为两种情况，第一种 情况是衰减受限系统，即再生段距离根据 S 和 R点之间的光通道衰减决定。 第二种是色散受限系统，即再生段距离根据 S和 R点之间的光通道色散决定。 光纤数字传输系统的再生段长度计算应首选最坏值设计法计算，即在设计时，将所有光参数指标都按最坏值进行计算，而不是设备出厂或系统验收指标。 优点是可以为工程设计人员及设备生产厂家，分别提供简单的设计指导和明确的元部件指标，不仅能够实现基本光缆段上设备的横向兼容，而且能在系统受命终了，所有系统和光缆富余度都用尽，且处于允许的最恶劣的环境条件下仍能满足系统指标。 （ 1）衰减受限系统再 生段距离的确定 [3] 光缆线路衰减受限系统的再生段距离传统上一般用下试计算： )(2 kmMAA AMPPL ccf cersa  。