第3章光缆通信工程设计

第3章光缆通信工程设计3.1光缆通信工程的建设程序3.2中继段长度的确定3.3光缆线路工程的查勘3.4光缆工程的图纸绘制3.5光缆在AN中的应用3.1光缆通信工程的建设程序光缆通信工程主要包括光缆线路工程和设备安装工程两个部分。3.1.1规划阶段1．项目建议书的提出主要内容：（1）项目提出的背景、建设的必要性和主要依据；（2）建设规模、地点等初步设想；（3）工程投资估算和资金来源；（4）工程进度和经济、社会效益估计。2．可行性研究研究的主要内容如下。（1）项目提出的背景，投资的必要性和意义；（2）可行性研究的依据和范围；（3）电路容量和线路数量的预测，提出拟建规模和发展规划；（4）实施方案论证，包括通路组织方案、光缆、设备造型方案以及配套设施；（5）实施条件，对于试点性质工程尤其应阐述其理由；（6）实施进度建议；（7）投资估计及资金筹措；（8）经济及社会效果评价。3．专家评估4．设计任务书的编写包括以下主要内容。（1）建设目的、依据和建设规模；（2）预期增加的通信能力，包括线路和设备的传输容量；（3）光缆线路的走向，设备安装局、站地点及其配套情况；（4）经济效益预测、投资回收年限估计以及引进项目的用汇额、财政部门对资金来源等的审查意见。3.1.2设计阶段设计阶段的主要任务就是编制设计文件并对其进行审定。3.1.3准备阶段准备阶段的主要任务是做好工程开工前的准备工作，它包括建设准备的计划安排。3.1.4施工阶段光缆通信工程的施工包括光缆线路的施工和设备安装施工两大部分。施工组织设计的主要内容如下。（1）工程规模及主要施工项目；（2）施工现场管理机构；（3）施工管理，包括工程技术管理、器材、机具、仪表、车辆管理；（4）主要技术措施；（5）质量保证和安全措施；（6）经济技术承包责任制；（7）计划工期和施工进度。3.1.5竣工投产阶段这个阶段的主要内容包括工程初验、生产准备、工程移交和试运行以及竣工验收等几个方面。初验应由主管部门组织设计单位、档案、建设银行以及设计、施工等单位进行。生产准备是指工程交付使用前必须进行的生产、技术和生活等方面的必要准备。试运行是指工程初验后到正式验收、移交之间的设备运行。竣工验收是对整个光缆通信系统进行全面检查和指标抽测。3.2中继段长度的确定光中继段内的系统设计可分成两个步骤。第一个步骤：设计方案。第二个步骤：系统预算。3.2.1设计方案——损耗、色散限制长途光中继段的系统构成如图3.2所示。图3.2长途中继段内系统示意图（1）传输功率损耗的考虑根据图3.2，由传输功率损耗来确定的最大中继段长度为①入纤平均光功率Ps入纤平均光功率Ps，一般为–9dBm、–6dBm和–3dBm三挡（见表3-1）。②接收机灵敏度PT灵敏度总是与误码率相联系的，由于在280km或420km数字段的平均误码率（BERav）要求为1×10–9，所以，规定每个中继段内，误码率小于等于1×10–10时，测量的最低平均光功率，应不劣于表3-2所示之值。③接收机动态范围Dr④设备富余度Me⑤连接器损耗Ac⑥光缆配线架连接器损耗Ad⑦光通道功率代价Po⑧光纤损耗系数Af⑨平均每km光纤接头衰减As⑩光缆线路富余度Mc11中继段传输衰减的要求（2）传输线路色散的考虑色散主要包括线路自身（光纤色散系数D及中继距离L）和激光器的谱宽（Δ）等方面的因素。表3-3列出了S-R点间所允许的最大色散值（设为Dt），利用此值，线路和端机也可分别进行设计。3.2.2系统预算系统预算包括损耗预算和色散预算。设根据损耗预算得出的最大中继距离为Lmax，根据色散预算得出的最大中继距离为L′max若Lmax＞L′max，则称系统为色散限制系统，即系统的中继距离主要由光纤的色散来确定；若Lmax＜L′max，则称系统为损耗限制系统，即系统的中继距离主要由光纤的损耗来确定。下面举两种最为常见的设计类型来说明损耗预算和色散预算的方法。（1）确定中继距离①损耗预算如果从系统沿途功率损耗的角度考虑，则最大中继距离如式（3-2-1），即②色散预算如果从系统单模光纤色散的角度考虑，最大中继段距离为所以，实际中继距离L的范围应为3.2.3密集波分复用系统的设计密集波分复用系统（DWDM）传输线路的局站设备，分为终端站、转接站、中继站和光放站，对应的传输线路为光放段、中继段和复用段。DWDM线路传输系统设计，需根据光功率、色散和信噪比的计算结果，确定光放大器的增益类型和中继段内允许的光放段数量。1．DWDM系统的光放段设计DWDM线路传输系统的光放段一般按等增益传输进行设计。光线路放大器的增益一般为22dB，30dB，33dB等3种类型，根据光放大器的增益类型，光放段的长度一般按下式计算式中：L——光放段长度(km)；G——光放大器增益(dB)；Ac——光纤连接器衰减(dB)；r——光纤衰减系数(dB/km)；c——光缆线路余量(dB/km)；s——光纤熔接平均损耗(dB/km)。根据光纤线路衰减测试参数和光放大器的增益，计算出放大器的增益与所对应的光放段长度，如表3-6所示。2．DWDM系统中继段设计中继段的长度与容许的光放段数量需符合光通道色散和信噪比的要求。如果光纤的色散系数按光通道色散计算，容许的中继段长度如表3-7所示。3．DWDM系统单波道的信噪比DWDM系统单波道的信噪比一般要求大于或等于20dB（或22dB），信噪比的计算比较复杂。信噪比可用下式计算OSNR=58+P0–Nf–G–10lgN式中：Po——单波道输出光功率(dBm)；Nf——光放大器的噪声系数(dB)；G——光放段增益(dB)；OSNR——单波道信噪比(dB)；58——综合系数；N——光放大段数量。计算结果如表3-8所示。3.3光缆线路工程的查勘所谓查勘，即到现场进行查看和勘测，根据设计规范和现场的实际条件决定路由、施工方式及保护措施等内容的过程，是一项艰苦细致的工作。3.3.1查勘的基本要求1．光缆线路路由的选择2．敷设方式及要求3．水底光缆线路（1）水底光缆线路的过河位置（2）水底光缆的最小埋设深度4．光缆线路的防护（1）光缆线路的防雷措施（2）光缆线路防强电（3）直埋光缆防机械损伤3.3.2光缆工程方案查勘1．光缆工程方案查勘的主要任务2．光缆工程方案查勘的内容（1）向工程沿线相关部门收集资料（2）路由及站址的查勘（3）工程方案查勘的资料整理3.3.3初步设计查勘1．初步设计查勘的主要任务和要求2．初步设计查勘内容3.3.4施工图的测绘1．施工图测量的任务2．测量方法（1）现场测绘法标杆法直线的测量方法①直线段测量法②平行线测量法③直角的做法角杆的测量拉线测量①拉线方向的测定a．单方拉线方向（角杆拉线）测定法b．双方拉线方向测定法c．三方拉线方向的测定法d．四方拉线测定法②拉线出土位置的确定③拉线洞位置的确定河谷宽度与高度的测量①河谷宽度的测量②高度的测量（2）图测法（3）航测法3.4光缆工程的图纸绘制3.4.1绘图软件介绍1．AutoCAD系列2．Visio系列3.4.2施工图实例分析1．实例一：管道光缆施工图分析2．实例二：架空光缆施工图分析3．实例三：直埋光缆施工图分析3.5光缆在AN中的应用3.5.1OANOAN（光接入网）的两种主要网络结构分别是PON（无源光网络）和HFC（混合光纤同轴网）1．ATM-PON技术（见图3.30）2．ATM-PON+xDSL技术3．SCM-PON技术（见图3.31，图3.32）4．DWDM-PON技术（见图3.33）5．S－PON技术（见图3.34）3.5.2光城域网城域网一般以城市行政区为单位，跨度在100km左右的范围内。其网络结构一般为无源星型网和环型网。3.5.3光缆在LAN中的应用1．光缆在大楼中的安装（1）水平布线：水平布线是指从用户工作区（WA）的墙上插座到电信机房的水平交叉连接（HC），参见图3.37，它也包括电信机房的任何光纤跳线。（2）骨干光缆：骨干光缆布线如图3.38所示，它提供了电信机房水平交叉连接同中间交叉连接，或主交叉连接设备间或光缆入口设施之间的光纤连接，这部分布线同水平布线一样也是星形结构。（3）工作区光缆：将墙上插座上的水平光缆同桌面计算机相连，这种光缆通常是一种短的单芯或双芯的光纤跳线。（4）电信机房：它是大楼中的一个房间，用于水平交叉连接和中间交叉连接，提供骨干布线和水平布线、两个或更多的骨干光缆或入口光缆与骨干光缆之间的连接。（5）设备间：放置电信设备的房间，所有的骨干光缆都连接到这里，这里是星形拓扑的公共点，通常主交叉连接光纤分配盘也位于这里。（6）入口设施：外面光缆进入大楼并与大楼骨干光纤相连接的地方。2．10/100Mbit/SLAN对于工作在10或100Mbit/s的LAN系统，安装所用的光缆长度见表3-9。表中最大光纤长度是总长度，包括骨干光缆长度和水平光缆长度，见图3.39。3．1000Mbit/sLANIEEE802.3z标准也叫吉（千兆）以太网，其工作速率是1.25Gbit/s，见图3.40。表3-10和表3-11示出了LAN设备之间典型的最大距离，包括骨干布线和水平布线。4．其他LAN标准的光缆长度表3-12是其他类型LAN的最大光缆长度。