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1通信线路建设施工与运行维护专项技术工业信息化部中国电子信息产业发展研究院培训中心二零一一年十一月2序言随着我国通信事业的飞速发展，光纤通信网的工程建设与维护进入了全新的时代。由于通信容量的变化，为了满足通信的发展和用户对通信的高质量需求，工业信息化部对光缆线路工程安装与维护质量标准提出了新的要求，同时各通信运营商对工程安装质量和维护指标的考核将更加严格。为此，我中心组织从事线路安装、维护人员对通信光缆线路安装与维护技术进行系统的培训认证。其目的在于规范通信领域线路工程安装质量与维护标准，更好地为通信运营提供优质的网络服务。3第一部分综述第二部分光纤和光缆第三部分通信光缆线路的建设程序及施工准备第四部分光缆线路的敷设安装与防护第五部分光缆接续与测试第六部分光缆线路的维护第七部分光缆线路维护与工程安全生产技术第八部分光缆线路常用仪表、机具第九部分操作技能介绍目录4㈠光纤通信的发展历史和现状㈡现代通信网络㈢光纤通信的特点有哪些㈣光纤通信系统第一部分综述5光纤通信发展的历史和现状⒈光纤通信发展历史所谓光纤通信，就是利用光纤来传输携带信息的光波以达到通信之目的。伴随社会的进步与发展，以及人们日益增长的物质与信息文化需求，通信向大容量，长距离的目标迈进，并已成为必然的发展趋势。由于光波具有极高的频率（大约3亿兆赫兹），也就是说是具有极高的宽带从而可以容纳巨大的通信信息，所以用光波作为载体来进行通信一直是人们几百年来追求的目标所在。1966年，英藉华裔学者高锟博士（C.K.Kao）预见玻璃可以制成衰减为20dB/km的光导纤维（简称光纤），它可以引导光波转弯，实现光通信。当时世界上最优良的光学玻璃衰减达1000dB/km左右，所以对于制造衰耗在20dB/km以下的光纤，被认为是可望不可及的。1970年美国康宁玻璃公司根据高锟文章的设想，用改进型化学相沉积法（MCVD法）首先制造出衰减20dB/km超低损光纤。随后，6并取得巨大突破。世界各发达国家纷纷开始对光纤通信的研究倾注了大量的人力与物力，从而使光纤通信技术取得了极其惊人的进展。从光纤的损耗看，1970年光纤衰减降到20dB/km，1974年光纤衰减又降到了2dB/km，1976年降到0.5dB/km，1980年使光纤衰减降到了0.20dB/km（1550μm），1990年降到了0.14dB/km（1550μm），基本接近石英光纤的理论衰耗极限值0.1dB/km。从光器件看，1970年美国贝尔实验室研制出世界上第一只在室温下连续工作的砷化镓铝(GaAlAs)半导体激光器，为光纤通信找到了合适的光源器件。后来逐渐发展到性能更好、寿命达几万小时的异质结条形激光器和现在的分布反馈式单纵模激光器（DFB）以及多量子阱激光器（MQW）。光接收器件也从简单的硅PIN光二极管发展到量子效率达90％的Ⅲ-Ⅴ族雪崩光二极管（APD）。从光纤通信系统看，正是光纤制造技术和光电器件制造技术的飞速发展，以及大规模、超大规模集成电路技术和微处理机技术的发展，带动了光纤通信系统从小容量到大容量、从短距离到长距离、从低水平到高水平、从旧体制（PDH）到新体制（SDH）的迅猛发展。71976年，美国在亚特兰大开通了世界上第一个实用化光纤通信系统。码速为45Mb/s，中继长度为10km。1980年，多模光纤通信系统商用化（140Mb/s），并着手单模光纤通信系统的现场试验工作。1990年单模光纤通信系统进入商用化阶段（565Mb/s），并着手进行零色散移位光纤和波分复用及相干光通信的现场试验，而且陆续制定数字同步体系（SDH）的技术标准。1993年，SDH产品开始商用化（622Mb/s以下）。1995年，2.5Gb/s的SDH产品进入商用化阶段。1996年，10Gb/s的SDH产品进入商用化阶段。1997年采用波分复用技术（WDM）的20Gb/s和40Gb/s的SDH产品试验取得重大突破。此外，在光孤子通信、超长波长通信和相干光通信方面也正在取得巨大进展。8⒉光纤通信的发展现状1976年美国在亚特兰大进行的现场试验，标志着光纤通信从基础研究发展到了商用的新阶段。此后，光纤通信技术不断创新,从多模发展到单模，从80年代末的PDH系统，90年代中期的SDH系统，以及近来的WDM系统。工作波长从0.85μm发展到1.31μm和1.55μm，传输速率从几十Mb/s发展到几十Gb/s。另一方面，随着技术的进步和大规模产业的形成，光纤价格不断下降，应用范围不断扩大，从初期的市话局间中继到长途干线进一步延伸到用户接入网，从数字电话到有线电视(CATV)，从单一类型的信息传输到多种业务的传输。目前光纤已成为信息宽带传输的主要媒质，光纤通信系统将成为未来国家信息基础设施的支柱。9光纤传输速率在过去10年中提高了100倍左右，预计未来10年中仍将再提高100倍左右。单波长光通信系统速率已达40Gbit/s，再提高比较困难。目前充分挖掘光纤带宽潜力的最好办法是采用波分复用（WDM）技术。WDM本质上是光域上的频分复用（FDM）技术，因为在光域上一般用波长代替频率，故光的频分复用一般称为波分复用。WDM在发送端采用合波器将不同波长的光载波合并起来送入一根光纤进行传输；在接收端再由分波器将不同波长的光载波分开，这样在一根光纤中可实现多路光信号的复用传输。理论上讲，WDM技术可利用的单模光纤带宽达可到200nm，即25THz带宽。即使按照波长间隔为0.8nm计算，一根光纤上可开通200多个波长的ＷＤＭ系统，故WDM技术的出现，有可能充分利用光纤的带宽资源。光纤波分复用技术的出现，为通信基础网带宽的迅速展宽创造了条件。10在模拟载波通信系统中，通常采用频分复用方法提高系统的传输容量，充分利用电缆的带宽资源，即在同一根电缆中同时传输若干个信道的信号，接收端根据各载波频率的不同，利用带通滤波器就可滤出每一个信道的信号。同样，在光纤通信系统中也可以采用光的频分复用的方法来提高系统的传输容量，在接收端采用解复用器（等效于光带通滤波器）将各信号光载波分开。由于在光的频域上信号频率差别比较大，一般采用波长来定义频率上的差别，该复用方法称为波分复用。WDM技术就是为了充分利用单模光纤低损耗区带来的巨大带宽资源，根据每一信道光波的频率（或波长）不同可以将光纤的低损耗窗口划分成若干个信道，把光波作为信号的载波，在发送端采用波分复用器（合波器）将不同规定波长的信号光载波合并起来送入一根光纤进行传输。在接收端，再由一波分复用器（分波器）将这些不同波长承载不同信号的光载波分开的复用方式。11由于不同波长的光载波信号可以看作互相独立（不考虑光纤非线性时），从而在一根光纤中可实现多路光信号的复用传输。将两个方向的信号分别安排在不同波长传输即可实现双向传输。根据波分复用器的不同，可以复用的波长数也不同，从2个至几十个到上百个不等，一般商用化是8波长和64波长乃至128波长系统，这取决于所允许的光载波波长的间隔大小，下图给出了其系统组成。12总之，从1970年到现在虽然只有短短40多年的时间，但光纤通信技术却取得了极其惊人的进展。用高带宽的光波作为传送信息的载体以实现通信，这一几百年来人们梦寐以求的幻想在今天已成为活生生的现实。然而就目前的光纤通信而言，其实际应用仅是其潜在能力的2％左右，尚有巨大的潜力等待人们去开发利用。因此，光纤通信技术并未停滞不前，而是向更高水平、更高阶段方向发展。13现代通信网络1.通信系统的基本组成通信的基本形式是在信源与信宿之间建立一个传输（转移）信息的通道（信道），实现信息的传输。通信系统可以概括为一个统一的模型，如下图所示。这一模型包括有：信源、变换器、信道、噪声源、反变换器和信宿6个部分。模型中各部分的功能如下：（1）信源：是指发出信息的信息源，或者说是信息的发出者。（2）变换器：变换器的功能是把信源发出的信息变换成适合在信道上传输的信号。（3）信道：信道是信号传输媒介的总称。（4）反变换器：反变换器是变换器的逆变换。（5）信宿：是指信息传送的终点，也就是信息接收者。（6）噪声源：噪声源并不是一个人为实现的实体，但在实际通信系统中又是客观存在的。14下图所示的通信系统只能实现两个用户间的单向通信，要实现双向通信还需要另外一个通信系统完成相反方向的信息传递工作。而要实现多个用户间的通信，则需要将多个通信系统有机地组成一个整体，使它们能协同工作，即形成通信网。信息信号信号信息信源变换器信道交换设备信道反变换器信宿干扰源基本通信系统模型信息：包括声音、图形、图像、文字等。信号：随信息做相应变化的电压或电流（也可以是光）。15⒉通信系统的一般结构实际通信系统的一般结构如下图中的话机、移动台等是用户终端设备。它的作用是将话音信号转换成电信号，或者进行反变换。交换设备的作用除了实现局内用户间的信号交换，还能同其它局的用户实现连接或转接。多路复用设备的作用是实现多路信号的汇接(复用)，可采用频分、时分、码分多址形式的复用，用以提高信道的传输容量。传输终端设备(如地球站、微波设备、终端增音设备等)的主要作用是将待传输的信号转换成适合信道传输的信号，或进行反变换等。电缆、光缆、微波、卫星是不同形式的传输媒质或信号载体。16当通信系统采用电缆作传输媒质时，此时传输终端设备为电缆传输终端设备，相应的通信系统为电缆通信系统。若采用光缆作传输媒质时，此时的传输终端设备就为光端机，相应的通信系统就称为光纤通信系统，或称为光缆传输系统。若采用微波作载体，用微波中继站作信号转接，此时传输终端设备就是微波端站，相应的通信系统就称为微波通信系统。若仍采用微波作载体，用卫星作中继站，此时传输终端设备是卫星地面站(地球站)，相应的通信系统就称为卫星通信系统。由此可见，无论是电缆通信系统、光纤(缆)通信系统，还是微波通信系统、卫星通信系统，它们的基本结构形式都很类似。不同通信系统之间的差异仅在于电信号载体、传输媒质和传输终端设备不同。17⒊通信网的构成和分类⑴通信网的构成一个完整的通信网包括硬件和软件。通信网的硬件通常是由用户终端设备、传输系统、交换系统三大部分组成。如下图所示。为了使全网协调合理地工作，还要有各种规定，如信令方案、各种协议、网路结构、路由方案、编号方案、资费制度与质量标准等，这些均属于软件。18⑵通信网的分类按电信业务的种类分为：电话网、数据通信网、图像通信网、有线电视网等。按服务区域范围分为：本地电信网、长途电信网、移动通信网、国际电信网等。按传输媒介种类分为：架空明线网、电缆通信网、光缆通信网、卫星通信网、用户光纤网等。按交换方式分为：电路交换网、分组交换网等。按结构形式分为：网状网、星形网、环形网、栅格网、总线网等。按信息信号形式分为：模拟通信网、数字通信网、数字/模拟混合网等。按信息传递方式分为：同步转移模式（STM）的综合业务数字网（ISDN）和异步转移模式（ATM）的宽带综合业务数字网（B-ISDN）等。19⒋通信网的基本拓扑结构通信网的基本拓扑结构，有的称物理结构，基本可分为：星状、总线状和环状三类。如下图所示。中心局（b）总线型20⑴星状网其形状似星因此而得名，也可以看作是中心向四周辐射，又称辐射形。中心局（站）到四周各局（站）都有直达路由，电路利用率高，但周围各局（站）之间没有直达路，必须经过中心站转接，若中心站故障，有可能引起整个网通信中断。同时业务量大时，无法迅速疏导。⑵总线形网。各局（站）都挂在中心局发出的总线上。这种结构的网便于管理适于广播式的分配业务，中心局之外的各站间通信比较困难。⑶环状网。中心局与各站串成环形。这种网的传输线路最短，生存能力强，但在各局业务量大时，需要的线路传输带宽（或传输速率）比星形网高得多。总线形和环形网在计算机通信中应用较多，在这种网中一般传输速率较高。它要求各节点和总线终端节点有较强的信息识别和处理能力。21除了上图的基本拓扑结构外，还有链形拓扑和栅格拓扑等，如下图所示。在不同的应用条件下将选择合适的拓扑结构，并在上述拓扑结构的基础上组合、演变成新的拓扑结构。22⒌现代通信网的构成及发展传统通信系