光纤通信基本知识

一、光纤通信的基本知识（一）光纤通信的概念1870年的一天，英国物理学家丁达尔到皇家学会的演讲厅讲光的全反射原理，他做了一个简单的实验：在装满水的木桶上钻个孔，然后用灯从桶上边把水照亮。结果使观众们大吃一惊。人们看到，放光的水从水桶的小孔里流了出来，水流弯曲，光线也跟着弯曲，光居然被弯弯曲曲的水俘获了。这些现象引起了丁达尔的注意，经过他的研究，发现这是由于全反射的作用，由于水等介质密度由于比周围的物质（如空气）大，即光从水中射向空气，当入射角大于某一角度时，折射光线消失，全部光线都反射回水中。表面上看，光好像在水流中弯曲前进。后来人们造出一种透明度很高、粗细像蜘蛛丝一样的玻璃丝──玻璃纤维，当光线以合适的角度射入玻璃纤维时，光就沿着弯弯曲曲的玻璃纤维前进。由于这种纤维能够用来传输光线，所以称它为光导纤维。（视频）光纤通信的原理是：在发送端首先要把传送的信息(如话音)变成电信号，然后调制到激光器发出的激光束上，使光的强度随电信号的幅度(频率)变化而变化，并通过光纤发送出去；在接收端，检测器收到光信号后把它变换成电信号，经解调后恢复原信息。（视频）（二）光纤通信的发展光纤通信是现代通信网的主要传输手段，它的发展历史只有一二十年，已经历三代：短波长多模光纤、长波长多模光纤和长波长单模光纤。采用光纤通信是通信史上的重大变革，美、日、英、法等20多个国家已宣布不再建设电缆通信线路，而致力于发展光纤通信。中国光纤通信已进入实用阶段。（三）光纤通信的优缺点1、光纤通信的优点现代通信网的三大支柱是光纤通信、卫星通信和无线电通信，而其中光纤通信是主体，这是因为光纤通信本身具有许多突出的优点：①频带宽，通信容量大。光纤可利用的带宽约为50000GHz，1987年投入使用的1.7Gb/s光纤通信系统，一对光纤能同时传输24192路电话，2.4Gb/s系统，能同时传输30000多路电话。频带宽，对于传输各种宽频带信息具有十分重要的意义，否则，无法满足未来宽带综合业务数字网(B-ISDN)发展的需要。②损耗低，中继距离长。目前实用石英光纤的损耗可低于0.2dB/km，比其它任何传输介质的损耗都低，若将来采用非石英系极低损耗光纤，其理论分析损耗可下降至10-9dB/km。由于光纤的损耗低，所以能实现中继距离长，由石英光纤组成的光纤通信系统最大中继距离可达200多千米，由非石英系极低损耗光纤组成的通信系统，其最大中继距离则可达数千甚至数万千米，这对于降低海底通信的成本、提高可靠性和稳定性具有特别的意义。③抗电磁干扰。光纤是绝缘体材料，它不受自然界的雷电干扰、电离层的变化和太阳黑子活动的干扰，也不受电气化铁路馈电线和高压设备等工业电器的干扰，还可用它与高压输电线平行架设或与电力导体复合构成复合光缆。④无串音干扰，保密性好。光波在光缆中传输，很难从光纤中泄漏出来，即使在转弯处，弯曲半径很小时，漏出的光波也十分微弱，若在光纤或光缆的表面涂上一层消光剂效果更好，这样，即使光缆内光纤总数很多，也可实现无串音干扰，在光缆外面，也无法窃听到光纤中传输的信息。⑤光纤线径细、重量轻、柔软。光纤的芯径很细，约为0.1mm，它只有单管同轴电缆的百分之一；光缆的直径也很小，8芯光缆的横截面直径约为10mm，而标准同轴电缆为47mm。利用光纤这一特点，使传输系统所占空间小，解决地下管道拥挤的问题，节约地下管道建设投资。此外，光纤的重量轻，光缆的重要比电缆轻得多，例如18管同轴电缆1m的重量为11kg，而同等容量的光缆1m重只有90g，这对于在飞机、宇宙飞船和人造卫星上使用光纤通信更具有重要意义。还有，光纤柔软可挠，容易成束，能得到直径小的高密度光缆。⑥光纤的原材料资源丰富，用光纤可节约金属材料。光纤的材料主要是石英(二气化硅)，地球上有取之不尽用之不竭的原材料，而电缆的主要材料是铜，世界上铜的储藏量并不多，用光纤取代电缆，则可节约大量的金属材料，具有合理使用地球资源的重大意义。光纤除具有以上突出的优点外，还具有耐腐蚀力强、抗核幅射、能源消耗小等优点，其缺点是质地脆、机械强度低，连接比较困难，分路、耦合不方便，弯曲半径不宜太小等。这些缺点在技术上都是可以克服的，它不影响光纤通信的实用。近年来，光纤通信发展很快，它已深刻地改变了电信网的面貌，成为现代信息社会最坚实的基础，并向我们展现了无限美好的未来。2、光纤通信的缺点事物都是一分为二的，光纤通信也存在以下缺点：①抗拉强度低。光纤的理论抗拉强度大于钢的抗拉强度。但是，由于光纤在生产过程中表面存在或产生微裂痕，光纤受拉时应力全都加于此，从而使光纤的实际抗拉强度非常低，这就是裸光纤很容易折断的原因。②光纤连接困难。要使光纤的连接损耗小，两根光纤的纤芯必须严格对准。由于光纤的纤芯很细，加之石英的熔点很高，因此连接很困难，需要有昂贵的专门工具。③光纤怕水。水进入光缆后主要会产生三个方面的问题：I水进入光纤后，会增加光纤的OH-吸收损耗，使信道总损耗增大，甚至使通信中断；II水进入光缆后，会造成光缆中的金属构件氧化，使金属构件腐蚀，导致光缆强度降低；III进入光缆中的水遇冷后，水结冰体积增大有可能压坏光纤。为了保持光纤的特性不致劣化，在光纤和光缆的结构设计、生产、运输、施工、维护中应采取针对性的防水措施。二、光缆的组成结构（一）光纤和光缆的构成通常光纤与光缆两个名词会被混淆。多数光纤在使用前必须由几层保护结构包覆，包覆后的缆线即被称为光缆。光纤外层的保护层和绝缘层可防止周围环境对光纤的伤害，如水、火、电击等。光缆分为：缆皮、芳纶丝、缓冲层和光纤。光纤和同轴电缆相似，只是没有网状屏蔽层。中心是光传播的玻璃芯。1、光纤光纤由纤芯，包层和涂层组成，内芯一般为几十微米或几微米，中间层称为包层，通过纤芯和包层的折射率不同，从而实现光信号在纤芯内的全反射也就是光信号的传输，涂层的作用就是增加光纤的韧性保护光纤。单模光纤这是指在工作波长中，只能传输一个传播模式的光纤，通常简称为单模光纤（SMF：SingleModeFiber）。目前，在有线电视和光通信中，是应用最广泛的光纤。多模光纤将光纤按工作波长以其传播可能的模式为多个模式的光纤称作多模光纤（MMF：MUltiModeFiber）。纤芯直径为50μm，由于传输模式可达几百个，与SMF相比传输带宽主要受模式色散支配。在历史上曾用于有线电视和通信系统的短距离传输，自从出现SMF光纤后，似乎形成历史产品。2、光缆光缆(opticalfibercable)是为了满足光学、机械或环境的性能规范而制造的，它是利用置于包覆护套中的一根或多根光纤作为传输媒质并可以单独或成组使用的通信线缆组件。光缆主要是由光导纤维（细如头发的玻璃丝）和塑料保护套管及塑料外皮构成，光缆内没有金、银、铜铝等金属，一般无回收价值。光缆是一定数量的光纤按照一定方式组成缆心，外包有护套，有的还包覆外护层，用以实现光信号传输的一种通信线路。即：由光纤（光传输载体）经过一定的工艺而形成的线缆。光缆的基本结构一般是由缆芯、加强钢丝、填充物和护套等几部分组成，另外根据需要还有防水层、缓冲层、绝缘金属导线等构件。3、光纤连接器光纤连接器，也就是接入光模块的光纤接头，种类较多，且相互之间不可以互用。下面对网络工程中几种常用的光纤连接器进行详细的说明：①FC型光纤连接器：外部加强方式是采用金属套，紧固方式为螺丝扣。一般在ODF侧采用(配线架上用的最多)②SC型光纤连接器：连接GBIC光模块的连接器，它的外壳呈矩形，紧固方式是采用插拔销闩式，不须旋转。(路由器交换机上用的最多)③ST型光纤连接器：常用于光纤配线架，外壳呈圆形，紧固方式为螺丝扣。(对于10Base-F连接来说，连接器通常是ST类型。常用于光纤配线架)ST、SC连接器接头常用于一般网络。ST头插入后旋转半周有一卡口固定，缺点是容易折断;SC连接头直接插拔，使用很方便，缺点是容易掉出来;FC连接头一般电信网络采用，有一螺帽拧到适配器上，优点是牢靠、防灰尘，缺点是安装时间稍长。三、康迈尔综合复用设备介绍（一）设备介绍CMR-155TB-4LS超级综合业务接入设备采用1.25G光链路接口，提供超大容量传输通道，在传统的综合业务光传输设备基础上增加了4路完全隔离的线速100M网络接口，最大提供30路音频/低速数据业务，并提供4路E1接口，对于光纤资源特别紧张,需要提供更多独立、高带宽以太网通道的场合，充分保证数据通道的带宽和安全，具有良好的稳定性和可靠性。为综合接入提供了一种低成本、高效、简洁的解决方案。（二）典型组网方式（三）简单故障的排除1、光口报警当我们连接好光缆时，发现光口报警，有以下四种情况：一是将光纤的收发对调，一方对调即可，不能双方同时对调，确保收队发，发对收。二是在收发正确的情况下，检查光口是否有较脏的情况，如有用医用酒精擦拭干净。三是上述情况都正常，我们的光端机使用的FC接口，要确保接口的突出位置插入珐琅的缺口处，如果没有连接紧密，可能会出现由于光损失较大而导致告警的情况。四是在上述情况都解决的情况下，仍然报警，及时派出有线兵对光缆路由进行排查，确保没有断点。光缆由于较为脆弱，可能出现暗断的情况，这是需要使用OTDR光时域反射仪进行测试，找出断点具体位置。2、网络不通CMR-155TB综合复用设备提供了4路完全隔离的线速100M网络接口，这4路网络口互不相同，是独立、透明的以太网传输通道，在光缆一切正常的情况下，检查本地网络接口是否和上级下业务的网络口是否一致，避免出现上级接1口，本地接2口类似情况发生。如果在接口一致的情况下，本级网络仍不通，可以采用两边直接接笔记本，ip地址设同一网段，互ping，检查以太网通道是否正常。3、电话故障在光缆线路正常的情况下，电话业务自动开通，如果没有拨号音，联系上级单位，询问电话业务是否加载，如果已加载，并且1-20路都不通，考虑是否自动板是否故障，另外不可使用磁石电话接入1-20路自动号接口，以免磁石电流击穿自动板，甚至烧毁上级程控交换局；21-30为磁石线路。4、2M告警在光缆线路正常的情况下，可以使用设备环回的方式检测，看上级单位是否收环，如收环则正常，同样，2M线有收发之分，确保连接正确。