光纖設(shè)備通信原理及其光纖布線技術(shù)
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光學(xué)通信原理
基本的光纖通信系統(tǒng)是由數(shù)據(jù)源、光發(fā)送端、光學(xué)信道和光接收機(jī)組成。數(shù)據(jù)是數(shù)字，聲音，圖象等各種信號(hào)的數(shù)字化。光發(fā)送機(jī)和調(diào)制器則負(fù)責(zé)將信號(hào)轉(zhuǎn)變成適合于在光纖上傳輸?shù)墓庑盘?hào)，先后用過的光波窗口有0.85、1.31和1.55。光學(xué)信道包括最基本的光纖，還有中繼放大器EDFA等；而光學(xué)接收機(jī)則接收光信號(hào)，并從中提取信息，然后轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，最后得到對(duì)應(yīng)的話音、圖象、數(shù)據(jù)等信息。
PCM電端機(jī)
在光纖通信系統(tǒng)中，光纖中傳輸?shù)氖嵌M(jìn)制光脈沖0碼和1碼，它由二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)對(duì)光源進(jìn)行通斷調(diào)制而產(chǎn)生。而數(shù)字信號(hào)是對(duì)連續(xù)變化的模擬信號(hào)進(jìn)行抽樣、量化和編碼產(chǎn)生的，稱為P（pulse code modulation），即脈沖編碼調(diào)制。這種電的數(shù)字信號(hào)稱為數(shù)字基帶信號(hào)，由PCM電端機(jī)產(chǎn)生。
光發(fā)送端組成
從PCM設(shè)備（電端機(jī)）送來的電信號(hào)是適合PCM傳輸?shù)拇a型，為HDB3碼或CMI碼。信號(hào)進(jìn)入光發(fā)送機(jī)后，首先進(jìn)入輸入接口電路，進(jìn)行信道編碼，變成由0和1碼組成的不歸零碼（NRZ）。然后在碼型變換電路中進(jìn)行碼型變換，變換成適合于光線路傳輸?shù)膍BnB碼或插入碼，再送入光發(fā)送電路，將電信號(hào)變換成光信號(hào)，送入光纖傳輸。
光中繼器
傳統(tǒng)的光中繼器采用的是光－電－光(O-E-O)的模式，光電檢測器先將光纖送來的非常微弱的并失真了的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再通過放大、整形、再定時(shí)，還原成與原來的信號(hào)一樣的電脈沖信號(hào)。然后用這一電脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)激光器發(fā)光，又將電信號(hào)變換成光信號(hào)，向下一段光纖發(fā)送出光脈沖信號(hào)。通常把有再放大(re-amplifying)、再整形（re-shaping）、再定時(shí)（re-timing）這三種功能的中繼器稱為3R中繼器。
光接收機(jī)
從光纖傳來的光信號(hào)進(jìn)入光接收電路，將光信號(hào)變成電信號(hào)并放大后，進(jìn)行定時(shí)再生，又恢復(fù)成數(shù)字信號(hào)。由于發(fā)送端有碼型變換，因此，在接收端要進(jìn)行碼型反變換，然后將信號(hào)送入輸出接口電路，變成適合PCM傳輸?shù)腍DB3碼或CMI碼，送給PCM。
上述也是電信號(hào)轉(zhuǎn)化成光信號(hào)然后經(jīng)過傳輸最終又由光信號(hào)變?yōu)殡娦盘?hào)的過程。然而在光纖技術(shù)的發(fā)展過程中經(jīng)歷了一系列的規(guī)范。從最初的準(zhǔn)同步數(shù)字體系到現(xiàn)在最先進(jìn)的SDH光纖通信方式。下面將簡單介紹一下這些規(guī)范的發(fā)展過程。從而以便更好的了解光纖通信技術(shù)的發(fā)展及其走向。
光纖通信傳輸體制
下面是光纖通信傳輸體制的發(fā)展歷程：
1972 年ITU-T前身CCITT提出第一批PDH建議
1976和1988年又提出兩批建議--形成完整的PDH體系
1984年美國貝爾實(shí)驗(yàn)室開始同步信號(hào)光傳輸體系的研究
1985年美國國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)(ANSI)根據(jù)貝爾實(shí)驗(yàn)室提出的全同步網(wǎng)的構(gòu)想,委托T1X1委員會(huì)起草光同步網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn),并命名為SONET(Synchronous Optical NETwork)
1986年CCITT開始以SONET為基礎(chǔ)制訂SDH
1988年通過了第一批SDH建議
1990以后,SDH已成為光纖通信基本傳輸方式；目前,SDH不僅是一套新的國際標(biāo)準(zhǔn),又是一個(gè)組網(wǎng)原則,也是一種復(fù)用方法。
下面列出了幾種傳輸技術(shù)（既包括電又包括光）的實(shí)現(xiàn)方式：
明線技術(shù)，F(xiàn)DM模擬技術(shù)，每路電話4kHz；
小同軸電纜6O路FDM模擬技術(shù)，每路電話4kHz；
中同軸電纜1800路FDM模擬技術(shù)，每路電話4kHz；
光纖通信140Mb／s PDH系統(tǒng)，TDM數(shù)字技術(shù)，每路電話64kb／ｓ；
光纖通信2.5Gb／s SDH系統(tǒng)，TDM數(shù)字技術(shù)，每路電話64kb／s；
光纖通信N×2.5Gb／s WDM系統(tǒng)，TDM數(shù)字技術(shù)+光頻域FDM模擬技術(shù)，每路電話64kb／s。
光導(dǎo)纖維
光纖為光導(dǎo)纖維的簡稱，由直徑大約為0.1mm的細(xì)玻璃絲構(gòu)成。它透明、纖細(xì)，雖比頭發(fā)絲還細(xì)，卻具有把光封閉在其中并沿軸向進(jìn)行傳播的導(dǎo)波結(jié)構(gòu)。 目前，光通信使用的光波波長范圍是在近紅外區(qū)內(nèi)，波長為0.8至1.8um?？煞譃槎滩ㄩL段（0.85um）和長波長段（1.31um和1.55um）。光纖通信有以下優(yōu)點(diǎn)：傳輸頻帶寬，通信容量大；損耗低；不受電磁干擾；線徑細(xì)，重量輕；資源豐富。
光纖布線
當(dāng)今，國際上流行的布線標(biāo)準(zhǔn)主要有兩個(gè)，一個(gè)是北美的標(biāo)準(zhǔn)EIA/TIA－568A；一個(gè)是國際標(biāo)準(zhǔn)ISO/IECIS 11801。EIA/TIA－568A和ISO/IECIS 11801推薦使用62.5/125um多模光纜、50/125um多模光纜和8.3/125um多模光纜。
單模光纖和多模光纖可以從纖芯的尺寸大小來簡單地判別。單模光纖的纖芯很小,約4～10um,只傳輸主模態(tài)。這樣可完全避免了模態(tài)色散，使得傳輸頻帶很寬，傳輸容量很大。這種光纖適用于大容量、長距離的光纖通信。它是未來光纖通信與光波技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。
多模光纖又分為多模突變型光纖和多模漸變型光纖。前者纖芯直徑較大，傳輸模態(tài)較多，因而帶寬較窄，傳輸容量較??；后者纖芯中折射率隨著半徑的增加而減少，可獲得比較小的模態(tài)色散，因而頻帶較寬，傳輸容量較大，目前一般都應(yīng)用后者。
光纖的連接和檢測
一. 光纜的連接：
方法主要有永久性連接、應(yīng)急連接、活動(dòng)連接。
1. 永久性光纖連接(又叫熱熔)：
這種連接是用放電的方法將連根光纖的連接點(diǎn)熔化并連接在一起。一般用在長途接續(xù)、永久或半永久固定連接。其主要特點(diǎn)是連接衰減在所有的連接方法中最低，典型值為0.01~0.03dB/點(diǎn)。但連接時(shí)，需要專用設(shè)備(熔接機(jī))和專業(yè)人員進(jìn)行操作，而且 連接點(diǎn)也需要專用容器保護(hù)起來。
2. 應(yīng)急連接(又叫)冷熔：
應(yīng)急連接主要是用機(jī)械和化學(xué)的方法,將兩根光纖固定并粘接在一起。這種方法的主要特點(diǎn)是連接迅速可靠,連接典型衰減為0.1~0.3dB/點(diǎn)。但連接點(diǎn)長期使用會(huì)不穩(wěn)定，衰減也會(huì)大幅度增加，所以只能短時(shí)間內(nèi)應(yīng)急用。
3. 活動(dòng)連接：
活動(dòng)連接是利用各種光纖連接器件(插頭和插座)，將站點(diǎn)與站點(diǎn)或站點(diǎn)與光纜連接 起來的一種方法。這種方法靈活、簡單、方便、可靠，多用在建筑物內(nèi)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)布線中。其典型衰減為1dB/接頭。
二. 光纖檢測：
光纖檢測的主要目的是保證系統(tǒng)連接的質(zhì)量，減少故障因素以及故障時(shí)找出光纖的故障點(diǎn)。檢測方法很多，主要分為人工簡易測量和精密儀器測量。
1. 人工簡易測量：
這種方法一般用于快速檢測光纖的通斷和施工時(shí)用來分辨所做的光纖。它是用一個(gè)簡易光源從光纖的一端打入可見光，從另一端觀察哪一根發(fā)光來實(shí)現(xiàn)。這種方法雖然簡便，但它不能定量測量光纖的衰減和光纖的斷點(diǎn)。
2. 精密儀器測量：
使用光功率計(jì)或光時(shí)域反射圖示儀(OTDR)對(duì)光纖進(jìn)行定量測量，可測出光纖的衰減和接頭的衰減，甚至可測出光纖的斷點(diǎn)位置。這種測量可用來定量分析光纖網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障的原因和對(duì)光纖網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品進(jìn)行評(píng)價(jià)。
上述簡單介紹了，光纖通信技術(shù)的基本原理和基本的布線技術(shù)，當(dāng)下已硬件技術(shù)發(fā)展一日千里，作為通信技術(shù)的發(fā)展方向的光纖通信設(shè)備更是發(fā)展迅速。中國也是非常重視光纖通信技術(shù)的研發(fā)。中國目前出現(xiàn)的三個(gè)光谷也說明了中國致力于光電子通信的決心。東有長春“光谷”，南有廣東“光谷”，中有“武漢•中國光谷”以及上海和重慶。幾個(gè)“光谷”各有優(yōu)勢(shì)：長春“光谷”側(cè)重發(fā)展液晶大屏幕；重慶“光谷”主要研究和開發(fā)儀表和器械；廣東“光谷”大多是生產(chǎn)系統(tǒng)；而武漢“光谷”則把重點(diǎn)放在了光纖通信技術(shù)的發(fā)展。特別是武漢光通信光纖的產(chǎn)量在世界排名前列，系統(tǒng)和器件技術(shù)也在全國排名第一，相信在不久武漢可以成為武漢可以成為中國最先進(jìn)，具有國際先進(jìn)水平的光電子信息產(chǎn)業(yè)基地。
評(píng)論