光缆线路工程设计

光缆线路工程设计内容摘要：

50 7． 2 心得体会 ...................................................................................................... 50 致谢 51 参考文献： 52 附录：英文文献翻译 53 重庆邮电大学计算机科学与技术学院本科毕业设计（论文） 1 绪论 光纤通信技术是近三十几年迅猛发展起来的高新技术，它的诞生和发展，给世界通信技术带来了划时代的革命。 随着国际互连网等信息技术的广泛普及应用，光纤通信技术也取得了很大的发展。 光缆技术的发展，使得光缆的种类更加多样化，通信质量得到了很大的提升，特种光缆的产生更是在很大程度上解决了一些光缆敷设上面的技术难题。 对于我国来 说，进几年政府对通信行业的大力支持，特别是西部大开发以后偏远落后地区人们对移动通信的需求，对通信质量的要求，都促进了通信事业的迅猛发展。 因此，光缆工程设计在当今社会也就显得格外重要。 本文详细阐述了光纤光缆技术以及如何进行光缆线路工程设计。 文章总共分为六部分：第一部分介绍光纤通信概论，包括光纤通信的发展史等；第二部分阐述了光纤，即光纤的分类及光纤的传输特性、光纤的参数及测量等问题；第三部分介绍光缆的分类及特点；第四部分详细介绍了光纤通信系统的相关知识；第五部分详细阐述如何进行光缆线路工程设计，包括需求分析， 光缆的敷设，防护等；第六部分为工程设计的概预算。 最后是致谢以及参考书籍。 附录是中英文翻译。 重庆邮电大学计算机科学与技术学院本科毕业设计（论文） 2 1 光纤通信概论 1． 1 光纤通信简史 光纤通信是以激光作为信息载体，以光纤作为传输媒介的通信方式。 由于光纤的传光性能优异， 传输损耗小、传输距离远、工作频带宽、抗干扰能力强等优点， 因此，在当今的通信方式中已经形成了一个以光纤通信为主，微波 、 卫星通信为辅的格局。 光纤通信技术是近三十几年迅猛发展起来的高新技术。 它的诞生和发展，给世界通信技术带来了划时代的革命。 光纤的发展的历程包括： 1． 1966 年，英籍华人高锟 (C178。 K178。 Kao) 预见利用玻璃可以制成衰减为 20dB／ km 的通信光导纤维 (简称光纤 )。 [1]当时，世界上最优秀的光学玻璃衰减达l000dB／ km 左右。 2． 1970 年，美国康宁公司首先研制成衰减为 20dB／ km 的光纤。 从此，光纤就进入了实用化的发展阶段，世界各国纷纷开展光纤通信的研究。 3． 为了实现长距离的光纤通信，必须减小光纤的衰减。 C178。 K178。 Kao 早就指出降低玻璃内的过渡金属杂质离子是降低光纤衰减的主要因素。 另一方面，玻璃内的 OH 离子对衰减也有严重的影响。 到了 1976 年，人们设法降 低 OH含量后发现低衰减的长波长窗口有： 、。 1980 年，光纤衰减已降低到 ／ km () ，接近理论值。 这样，使得进行长距离的光纤通信成为可能。 4． 1981 年以后，世界各发达国家才将光纤通信技术大规模的推入了商用。 历经近 20年的突飞猛进的发展，光纤通信速率已经由 1978 年的 45Mbit/s 提高到目前的 40Gbit/s。 1． 2 光纤通信的特点 与电缆或微波等电通信方式相比，光纤 具有自己独特的优点 ： 传输频带极宽，通信容量很大；由于光纤衰减小，无中继设备，故传输距离远； 串扰小，信号传输质量高；光纤抗电磁干扰，保密性好；光纤尺寸小，重量轻，便于传输和铺设；耐化学腐蚀；光纤是石英玻璃拉制成形 ,原材料来源丰富，并节约了大量有色金属。 重庆邮电大学计算机科学与技术学院本科毕业设计（论文） 3 光纤通信同时 也具有一些 缺点： 光纤弯曲半径不宜过小；光纤的切断和连接操作技术复杂 ； 分路、耦合麻烦。 由于光纤具备一系列优点，所以广泛应用于公用通信、有线电视图像传输、计算机、 航空 、航天、船舰内的通信控制、电力及铁道通信交通控制信号、核电站通信、油田、炼油厂、矿井等区域内的通信。 1． 3 光纤通信发展趋势 光纤通信的诞生与发展是电信史上的一次重要革命。 近几年来，随着技术的进步，电信管理体制的改革以及电信市场的逐步全面开放，光纤通信的发展又一次呈现了蓬勃发展的新局面。 下面列举几点光纤通信的发展趋势： 1． 向超高速系统的发展 从过去 几十年 的电信发展史看，网络容量的需求和传输速率的提高一直是一对主要矛盾。 传统光纤通信的发展始终按照电的时分复用（ TDM）方式进行，每当传输速率提高 4 倍，传输每比特的成本大约下降 30％～ 40％；因而高比特率系统的经济效益大致按指数规律增长，这就是为什么光纤通信系统的传输速率在过去 几十 年来一直在持续增加的根本原因。 高速系统的出现不仅增 加了业务传输容量，而且也为各种各样的新业务，特别是宽带业务和多媒体提供了实现的可能。 在理论上，基于时分复用的高速系统的速率还有望进一步提高，然而，采用电的时分复用来提高传输容量的作法已经接没有太多潜力可挖了，因而更现实的出路是转向光的复用方式。 2． 向超大容量 WDM 系统的演进 采用电的时分复用系统的扩容潜力已尽，然而光纤的 200nm 可用带宽 99％的资源尚待发掘。 采用波分复用系统的主要好处是：（ 1）可以充分利用光纤的巨大带宽资源，使容量可以迅速扩大几倍至上百倍；（ 2）在大容量长途传输时可以节约大量光纤和再生器 ，从而大大降低了传输成本；（ 3）与信号速率及电调制方式无关，是引入宽带新业务的方便手段；（ 4）利用 WDM 网络实现网络交换和恢复可望实现未来透明的、具有高度生存性的光联网。 3 ． 新一代的光纤 近几年来随着 IP业务量的爆炸式增长，电信网正开始向下一代可持续发展的方向发展，而构筑具有巨大传输容量的光纤基础设施是下一代网络的物理基重庆邮电大学计算机科学与技术学院本科毕业设计（论文） 4 础。 目前，为了适应干线网和城域网的不同发展需要，已出现了两种不同的新型光纤，即非零色散光纤（ 光纤）和无水吸收峰光纤（全波光纤）。 4． IP over SDH 与 IP over Optical 目前， ATM 和 SDH 均能支持 IP，分别称为 IP over ATM 和 IP over SDH。 由于 IP over ATM 有一些缺点如： 网络体系结构复杂、传输效率低、开销损失大 等，而 SDH 与 IP 的结合 则 恰好能弥补 IP overATM 的弱点。 IP over SDH 可以省掉 ATM方式所不可缺少的信头开销和 IP overATM 封装和分段组装功能 ，减化了层次。 但从长远看，当 IP 业务量逐渐增加，需要高于 的链路容量时，则最终会省掉中间的 SDH 层， IP 直接在光路上跑，形成十分简单统一的 IP 网结构（ IP over Optical）。 这 种 简单直接的体系结构，减化了层次，减少了网络设备；减少了功能重叠，简化了设备，减轻了网管复杂性，特别是网络配置的复杂性；通过业务量工程设计，可以与 IP 的不对称业务量特性相匹配；还可利用光纤环路的保护光纤吸收突发业务，尽量避免缓存，减少延时。 IP over Optical 将是最具长远生命力的技术。 但 在相当长的时期， IP over ATM， IP overSDH 和 IP over Optical 将会共存互补，各有其最佳应用场合和领域。 从 前面 光纤通信的几个方面的发展现状与趋势 来看，完全有理由认为光纤通信进入了又一次蓬勃发展的新高潮 ，这次高潮也 势必对整个电信网和信息业产生更加深远的影响。 它的演变和发展结果将在很大程度上决定电信网和信息业的未来大格局，也将对 本 世纪的社会经济发展产生巨大影响。 重庆邮电大学计算机科学与技术学院本科毕业设计（论文） 5 2 光纤及光纤的测量 2． 1 光纤的传输特性 2． 衰减是光纤的一个重要的传输参数。 它表明了光纤对光能的传输损耗，对光纤质量的评定和对光纤通信系统的中继距离的确定起着十分重要的作用。 光纤中的传输光能衰减的起因是材料本身、制造缺陷、弯曲、接续等对光 能的吸收、散射损 耗。 ①．吸收损耗 吸收损耗是由于光纤对光能的固有吸收并转换成损耗。 光纤中的损耗主要有：本征吸收、杂质吸收和结构缺陷吸收。 ②．散射损耗 散射损耗是以散射的形式将光能辐射出光纤外的损耗。 散射损耗主要有：瑞利散射、米氏散射、受激布里渊散射、受激拉曼散射、附加结构缺陷和弯曲散射、泄漏。 2． 1．色散 由于光纤中的信号是由不同的频率成分和不同的模式成分来携带的，这些不同的频率成分和不同的模式成分的传输速度不同，从而引起色散。 光纤色散主要有：模间色散，材料色散，波导色散等。 2．群时延差 在光纤中，不 同速度的信号传过的距离所需的时延不同。 时延差越大，色散就越严重。 因此，常用时延差表示色散程度。 3．光纤的色散 单模光纤中只传输基模 LP01,总色散由材料色散、波导色散和折射剖面色散组成。 这三个色散都与波长有关，所以单模光纤的总色散也称为波长色散。 公式： D(λ )＝ Dm ＋ Dw＋ Dp （ ） 4．色散特性 重庆邮电大学计算机科学与技术学院本科毕业设计（论文） 6 纯石英玻璃材料色散与波长的 关系。 2． 偏振是与光的振动方向有关的性能。 光纤中的光传输可描述完全是沿 X 轴振动和完全是沿 Y 轴上的振动或一些光在两个轴上的振动。 每个轴代表一个偏振“模”。 两个偏振模的到达时间差称为偏振模色散 PMD。 造成单模光纤中的 PMD的内在原因是纤芯的椭圆度和残余内应力。 它们改变了光纤折射率分布，引起相互垂直的本征偏振以不同的速度传输，进而造成脉冲展宽；外因则是成缆和敷设时的各种作用力，即压力、弯曲、扭转及光缆连接等都会引起 PMD。 2． 1．当光功率增加到一定程度时，光信号与光 纤传输媒介间的非线性交互现象将会呈现。 光纤的非线性可分为两类：受激散射效应和折射率扰动。 2．受激散射效应也分为两种形式：由于声光子振动而产生的受激布里渊散射（ SBS）和由于分子振动而产生的受激拉曼散射。 3．折射率扰动引起的五种非线性效应为：自相位调制、光孤子形成、交叉相位调制、调制不稳定和四波混频。 [2] 2． 2 光纤类型 光纤的分类 目前光纤的种类繁多，但 根据 分类方法 的不同可以分为 四种，即按光纤剖面折射率分布分类，按传播模式分类、按工作波长分类和按套塑类型分类等。 此外按光纤的组成成份分类，除目前最常 应用的石英光纤之外，还有含氟光纤与塑料光纤等。 ──阶跃光纤与渐变光纤 ① 阶跃光纤 阶跃光纤是指：在纤芯与包层区域内，其折射率分布分别是均匀的，其值分别为 n1 与 n2，但在纤芯与包层的分界处，其折射率的变化是阶跃的。 阶跃光纤是早期光纤的结构方式，后来在多模光纤中逐渐被渐变光纤所取代（因渐变光纤能大大降低多模光纤所特有的模式色散），但用它来解释光波在光纤中的传播还是比较形象的。 而现在当单模光纤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。 重庆邮电大学计算机科学与技术学院本科毕业设计（论文） 7 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。