光纤、电缆通信及基础知识

光纤、电缆通信及基础知识工程管理部2019/8/162一、光纤通信概述（一）光纤通信的发展与现状（二）光纤通信的基本组成（三）光纤通信的特点二、光缆的性能及特性（一）常用光纤的种类（二）光纤的传输特性（三）光缆的性能及特性（四）光缆类型的选型（五）光缆敷设方式的分类（六）光缆型号命名原则三、常用的几种光缆四、电缆通信概述五、电缆结构及技术要求六、电缆基本单位中线对及色谱七、全塑市话电缆分类基础知识目录2019/8/163通信按传输途径分类：无线传输•卫星通信•微波通信有线传输•电缆通信•光纤通信目前国内国际通信网以光纤通信为主，微波、卫星通信为辅。2019/8/164一、光纤通信概述2019/8/165一、光纤通信概述光纤通信是以激光光波作为信号载体，以光纤（SiO2）作为传输媒介的通信方式。80年代以来，光纤通信在电信网中获得了大规模应用。其应用场合已逐步从长途通信、市话局间中继通信转向接入网。光纤通信的廉价、优良的带宽特性正使之成为电信网的主要传输手段。目前美国、欧盟以及日本等国家都已开展了基于波分复用（WDM）的光网络技术的研究，WDM全光网是光传输网的发展方向。2019/8/166传输网•有线传输网_光纤通信:波长：0.8μm-1.6μm,频率:1014-1015Hz_电缆通信：大同轴、中同轴、小同轴•无线传输网–数字微波–卫星通信传输网交换网DDN分组交换ISDN7号信令2019/8/167我国传输网分类国家一级干线（连接国内各个省之间的电信线路）国家二级干线（或称省级干线，连接省内地区或市的电信线路）本地线路（或称本地网，地区内或市内连接各电信局的电信线路）19.8.168频率（Hz）1021041061081012101410161018102010221061041021101010-210-410-610-810-1010-1210-14波长名称长波中波短波超短波微波毫米波红外线可见光紫外线X射线10mm1mm100μm10μm1μm100nm10nm1nm红外线可见光紫外线光电磁波谱2019/8/169(一)光纤通信的发展与现状1、早期的光通信•到了1880年，贝尔发明了第一个光电话，这一大胆的尝试，可以说是现代光通信的开端。证实光波可以携带信息。•在这里，将弧光灯的恒定光束投射在话筒的音膜上，随声音的振动而得到强弱变化的反射光束，这个过程就是调制。•贝尔光电话和我国古代烽火报警一样，都是利用大气作为光通道，光波传播易受气候的影响，在大雾天气，它的可见度距离很短，遇到下雨下雪天也有影响。2019/8/1610图1.1贝尔电话系统2019/8/16112、光纤通信的发展及现状•在大气光通信受阻之后，人们将研究的重点转入到地下光波通信的实验，先后出现过反射波导和透镜波导等地下通信的实验，如图1.2所示。•1960年发明了新光源激光器后，极大的促进了光波通信的研究。激光器特性：单色性、强方向性、高亮度发展过程：•60年固体红宝石激光器•61年氦-氖气体激光器•70年半导体激光器（体积小、耗电少、调制速度高、使用方便）2019/8/1612图1.2反射波导和透镜波导2019/8/16131966年，英籍华人高锟(K.C.Kao，当时工作于英国标准电信研究所)博士深入研究了光在石英玻璃纤维中的严重损耗问题，发现这种玻璃纤维引起光损耗的主要原因是其中含有过量的铬、铜、铁与锰等金属离子和其他杂质，其次是拉制光纤时工艺技术造成了芯、包层分界面不均匀及其所引起的折射率不均匀，他还发现一些玻璃纤维在红外光区的损耗较小。英籍华人高锟“光纤之父”，1933年生于中国上海，高锟教授曾任香港中文大学校长。目前担任香港高科桥集团有限公司主席兼行政总裁，并致力于开发电信与信息。2009年获得诺贝尔物理学奖，高锟是继李政道、杨振宁、丁肇中、李远哲、朱棣文、崔琦及钱永健之后，第八位获得诺贝尔科学奖的华裔科学家。2019/8/1614在高锟理论的指导下，1970年美国的康宁公司拉出了第一根损耗为20dB/km的光纤。1977年美国在芝加哥进行了44.736Mbit/s的现场实验，1978年，日本开始了32.064Mbit/s和97.728Mbit/s的光纤通信实验；1979年，美国AT&T和日本NTT均研制出了波长为1.35μm的半导体激光器日本也做出了超低损耗的光纤(损耗为0.2dB/km，波长为1.55μm)，同时进行了多模光纤(同时允许多个方向的光线在其中传送的光纤)1.31μm的长波长传输系统的现场试验。到如今，光纤通信已经发展到以采用光放大器(OpticalAmplifier，OA)增加中继距离和采用波分复用(WavelengthDivisionMultiplexing，WDM)增加传输容量为特征的第四代系统。2019/8/1615（二）光纤通信的基本组成光纤通信系统由数据源、光发送端、光学信道和光接收机基本组成。光纤通信系统基本构成•光发信机——光发信机是实现电/光转换的光端机。它由光源、驱动器和调制器组成。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。电端机就是常规的电子通信设备。•光收信机——光收信机是实现光/电转换的光端机。它由光检测器和光放大器组成。其功能是将光纤或光缆传输来的光信号，经光检测器转变为电信号，然后，再将这微弱的电信号经放大电路放大到足够的电平，送到接收端的电端汲去。2019/8/1616光纤或光缆——光纤或光缆构成光的传输通路。其功能是将发信端发出的已调光信号，经过光纤或光缆的远距离传输后，耦合到收信端的光检测器上去，完成传送信息任务。•中继器——中继器由光检测器、光源和判决再生电路组成。它的作用有两个：一个是补偿光信号在光纤中传输时受到的衰减；另一个是对波形失真的脉冲近行政性。•光纤连接器——耦合器等无源器件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，且光纤的拉制长度也是有限度的。因此一条光纤线路可能存在多根光纤相连接的问题。于是，光纤间的连接、光纤与光端机的连接及耦合，对光纤连接器、耦合器等无源器件的使用是必不可少的。2019/8/1617（三）光纤通信的特点频带宽,通信容量大•理论上讲一根单模光纤可利用的带宽达20THz(1THz=1012Hz)以上,现在最先进的光纤通信系统达960GHz,而一路电话带宽约占4KHz频带,一路彩色电视约占6MHz频带损耗低,中继距离长•铜缆的损耗特性与缆的结构尺寸及所传输信号的频率有关,光缆的损耗特性仅与玻璃的纯度(或者说透明度)有关,高质量望远镜的镜头其损耗超过500dB/km,目前通信用光纤的最低损耗达0.2dB/km2019/8/1618具有抗电磁干扰能力•光导纤维是绝缘体材料,不受输电线,电气化铁路及高压设备等电器干扰,可以与高压电线平行架设,还可制成复合光缆无串话,保密性好•通信质量高线径细,重量轻,柔软•可制成大芯数高密度光缆•单芯光缆可安装在飞机,火箭,潜艇及航天飞机上节约有色金属,原材料资源丰富•可节约大量铜金属2019/8/1619缺点质地脆,机械强度低光纤切断和接续需要一定的工具,设备和技术分路,耦合不灵活光纤,光缆弯曲半径不能过小在偏僻地区存在有供电困难问题要求比较好的切断、连接技术，分路、耦合麻烦。2019/8/1620二、光缆的性能及特性2019/8/1621什么是光纤？什么是光缆？光纤是光导纤维的简写，是一种利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理而达成的光传导工具。其主要成分是SiO2。光缆是由光纤及赋予光纤良好的机械性能和环境保护性能的各种各样材料组合而成。2019/8/1622（一）常用光纤的种类常用的光纤类型包括如下：•G651光纤•G652光纤•G653光纤•G654光纤•G655光纤•数据光纤•特种光纤2019/8/1623G651多模光纤G651多模光纤：芯径、外径为50/125μm的梯度折射率多模光纤。多模光纤（MMF，G.651光纤）•光收发机便宜，熔接比单模容易•为光纤局域网系统（LAN）设计的•62.5/125μm，北美较多采用•1000M以太网（GE）可传550m•50/125μm，日本西欧较多采用•已经纳入IEEE10G以太网标准尾纤颜色为桔黄色。2019/8/1624G652单模光纤G652光纤：即常规单模光纤，在1310nm波长工作时，理论色散值为零；在1550nm波长工作时，传输损耗最低，但色散系数较大。单通路速率达到STM-64时，需要采取色散调节手段。目前应用最多的光纤，尾纤颜色为黄色。2019/8/1625G.652（非色散位移）光纤的特点特点：低损耗大色散分布大有效面积色散受限距离短•2.5Gb/s系统色散受限距离约600km•10Gb/s系统色散受限距离约34km结论:不适用于10Gb/s以上速率直接传输，但可应用于2.5Gb/s以下速率的DWDM半径R折射率N2019/8/1626G653光纤G653光纤：零色散波长在1.55m窗口的单模光纤。称为色散位移单模光纤。在1550nm波长工作时性能最佳，又称为色散移位光纤。零色散点从1310nm移至1550nm波长区。2019/8/1627G654光纤G654光纤：零色散波长仍在1.310m窗口的单模光纤,而1.550m窗口的衰耗减少至最低的单模光纤。称为最低衰耗单模光纤。截止波长移位的单模光纤，它的设计重点是降低1550nm波长处的衷减。主要应用于需要很长再生段距离的海底光纤通信。2019/8/1628G655光纤G655光纤（NZ-DSF）：在1550nm窗口给定波长区间内色散不为零的色散位移单模光纤。称为非零色散位移光纤。零色散点移至1570nm或1510…1520nm附近，使1550nm处具有一定的色散值。色散受限距离达数百公里。可以有效的减少波分复用系统的四波混频的影响。尾纤颜色一般为蓝色。2019/8/1629G.655（非零色散位移）光纤的特点有几种类型的光纤可以使用（TruewaveTM、LSTM、LEAFTM、大保实光纤等）在1530－1565nm窗口有较低的色散可以有正的或负的色散为DWDM系统的应用而设计的结论:适用于10Gb/s以上速率DWDM传输，是未来大容量传输，DWDM系统用光纤的理想选择。0.00.10.20.30.40.50.60.70.8-20-15-10-5051015202019/8/1630常用光纤选用技术建议干线网城域网本地网接入网A1a、A1b√适用G.652B√可用√适用√适用√可用G.652C√适用G.655B√适用√可用2019/8/1631（二）光纤的传输特性光纤特性有光学特性,传输特性,机械特性,温度特性等九项,其中传输特性有两个•损耗特性•色散特性2019/8/16321.损耗特性LA(P1)B(P0)α=log10LP1P0α为损耗系数2019/8/1633损耗特性与光的工作波长有关,在三个工作窗口有相对小的损耗:第一窗口光工作波长0.85μm,损耗稍大第二窗口光工作波长1.31μm,损耗中等第三窗口光工作波长1.55μm,损耗最小2019/8/16342.色散特性由于光纤所传输信号中不同模式或不同频率成分因传输速度的不同而引起传输信号发生畸变的一种物理现象.色散与光的工作波长有关,1.31μm处是色散的最小点.1.01.21.41.6色散2019/8/1635光纤种类与尺寸多模单模纤芯直径65/50μm10μm左右包层直径125μm125μm包层纤芯包层与纤芯的主要材料均为玻璃，但它们掺杂不同的杂质，使包层与纤芯具有不同的折射率。包层的外面还有一层保护层保护光纤即涂层。简单说模式就是指电磁场的“波形”（三）光缆的性能及特性2019/8/1636（三）光缆的性能及特性光缆的种类•按敷设方式分类架空光缆（抗强拉强度和电磁干扰）埋式光缆（耐腐蚀）室内光缆（阻燃、柔软、轻便）