光纖設(shè)備通信原理及其光纖布線技術(shù)
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光學(xué)通信原理
基本的光纖通信系統(tǒng)是由數(shù)據(jù)源、光發(fā)送端、光學(xué)信道和光接收機(jī)組成。數(shù)據(jù)是數(shù)字，聲音，圖象等各種信號的數(shù)字化。光發(fā)送機(jī)和調(diào)制器則負(fù)責(zé)將信號轉(zhuǎn)變成適合于在光纖上傳輸?shù)墓庑盘枺群笥眠^的光波窗口有0.85、1.31和1.55。光學(xué)信道包括最基本的光纖，還有中繼放大器EDFA等；而光學(xué)接收機(jī)則接收光信號，并從中提取信息，然后轉(zhuǎn)變成電信號，最后得到對應(yīng)的話音、圖象、數(shù)據(jù)等信息。
PCM電端機(jī)
在光纖通信系統(tǒng)中，光纖中傳輸?shù)氖嵌M(jìn)制光脈沖0碼和1碼，它由二進(jìn)制數(shù)字信號對光源進(jìn)行通斷調(diào)制而產(chǎn)生。而數(shù)字信號是對連續(xù)變化的模擬信號進(jìn)行抽樣、量化和編碼產(chǎn)生的，稱為P（pulse code modulation），即脈沖編碼調(diào)制。這種電的數(shù)字信號稱為數(shù)字基帶信號，由PCM電端機(jī)產(chǎn)生。
光發(fā)送端組成
從PCM設(shè)備（電端機(jī)）送來的電信號是適合PCM傳輸?shù)拇a型，為HDB3碼或CMI碼。信號進(jìn)入光發(fā)送機(jī)后，首先進(jìn)入輸入接口電路，進(jìn)行信道編碼，變成由0和1碼組成的不歸零碼（NRZ）。然后在碼型變換電路中進(jìn)行碼型變換，變換成適合于光線路傳輸?shù)膍BnB碼或插入碼，再送入光發(fā)送電路，將電信號變換成光信號，送入光纖傳輸。
光中繼器
傳統(tǒng)的光中繼器采用的是光－電－光(O-E-O)的模式，光電檢測器先將光纖送來的非常微弱的并失真了的光信號轉(zhuǎn)換成電信號，再通過放大、整形、再定時，還原成與原來的信號一樣的電脈沖信號。然后用這一電脈沖信號驅(qū)動激光器發(fā)光，又將電信號變換成光信號，向下一段光纖發(fā)送出光脈沖信號。通常把有再放大(re-amplifying)、再整形（re-shaping）、再定時（re-timing）這三種功能的中繼器稱為3R中繼器。
光接收機(jī)
從光纖傳來的光信號進(jìn)入光接收電路，將光信號變成電信號并放大后，進(jìn)行定時再生，又恢復(fù)成數(shù)字信號。由于發(fā)送端有碼型變換，因此，在接收端要進(jìn)行碼型反變換，然后將信號送入輸出接口電路，變成適合PCM傳輸?shù)腍DB3碼或CMI碼，送給PCM。
上述也是電信號轉(zhuǎn)化成光信號然后經(jīng)過傳輸最終又由光信號變?yōu)殡娦盘柕倪^程。然而在光纖技術(shù)的發(fā)展過程中經(jīng)歷了一系列的規(guī)范。從最初的準(zhǔn)同步數(shù)字體系到現(xiàn)在最先進(jìn)的SDH光纖通信方式。下面將簡單介紹一下這些規(guī)范的發(fā)展過程。從而以便更好的了解光纖通信技術(shù)的發(fā)展及其走向。
光纖通信傳輸體制
下面是光纖通信傳輸體制的發(fā)展歷程：
1972 年ITU-T前身CCITT提出第一批PDH建議
1976和1988年又提出兩批建議--形成完整的PDH體系
1984年美國貝爾實(shí)驗(yàn)室開始同步信號光傳輸體系的研究
1985年美國國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(ANSI)根據(jù)貝爾實(shí)驗(yàn)室提出的全同步網(wǎng)的構(gòu)想,委托T1X1委員會起草光同步網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn),并命名為SONET(Synchronous Optical NETwork)
1986年CCITT開始以SONET為基礎(chǔ)制訂SDH
1988年通過了第一批SDH建議
1990以后,SDH已成為光纖通信基本傳輸方式；目前,SDH不僅是一套新的國際標(biāo)準(zhǔn),又是一個組網(wǎng)原則,也是一種復(fù)用方法。
下面列出了幾種傳輸技術(shù)（既包括電又包括光）的實(shí)現(xiàn)方式：
明線技術(shù)，F(xiàn)DM模擬技術(shù)，每路電話4kHz；
小同軸電纜6O路FDM模擬技術(shù)，每路電話4kHz；
中同軸電纜1800路FDM模擬技術(shù)，每路電話4kHz；
光纖通信140Mb／s PDH系統(tǒng)，TDM數(shù)字技術(shù)，每路電話64kb／ｓ；
光纖通信2.5Gb／s SDH系統(tǒng)，TDM數(shù)字技術(shù)，每路電話64kb／s；
光纖通信N×2.5Gb／s WDM系統(tǒng)，TDM數(shù)字技術(shù)+光頻域FDM模擬技術(shù)，每路電話64kb／s。
光導(dǎo)纖維
光纖為光導(dǎo)纖維的簡稱，由直徑大約為0.1mm的細(xì)玻璃絲構(gòu)成。它透明、纖細(xì)，雖比頭發(fā)絲還細(xì)，卻具有把光封閉在其中并沿軸向進(jìn)行傳播的導(dǎo)波結(jié)構(gòu)。 目前，光通信使用的光波波長范圍是在近紅外區(qū)內(nèi)，波長為0.8至1.8um?？煞譃槎滩ㄩL段（0.85um）和長波長段（1.31um和1.55um）。光纖通信有以下優(yōu)點(diǎn)：傳輸頻帶寬，通信容量大；損耗低；不受電磁干擾；線徑細(xì)，重量輕；資源豐富。
光纖布線
當(dāng)今，國際上流行的布線標(biāo)準(zhǔn)主要有兩個，一個是北美的標(biāo)準(zhǔn)EIA/TIA－568A；一個是國際標(biāo)準(zhǔn)ISO/IECIS 11801。EIA/TIA－568A和ISO/IECIS 11801推薦使用62.5/125um多模光纜、50/125um多模光纜和8.3/125um多模光纜。
單模光纖和多模光纖可以從纖芯的尺寸大小來簡單地判別。單模光纖的纖芯很小,約4～10um,只傳輸主模態(tài)。這樣可完全避免了模態(tài)色散，使得傳輸頻帶很寬，傳輸容量很大。這種光纖適用于大容量、長距離的光纖通信。它是未來光纖通信與光波技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。
多模光纖又分為多模突變型光纖和多模漸變型光纖。前者纖芯直徑較大，傳輸模態(tài)較多，因而帶寬較窄，傳輸容量較小；后者纖芯中折射率隨著半徑的增加而減少，可獲得比較小的模態(tài)色散，因而頻帶較寬，傳輸容量較大，目前一般都應(yīng)用后者。
光纖的連接和檢測
一. 光纜的連接：
方法主要有永久性連接、應(yīng)急連接、活動連接。
1. 永久性光纖連接(又叫熱熔)：
這種連接是用放電的方法將連根光纖的連接點(diǎn)熔化并連接在一起。一般用在長途接續(xù)、永久或半永久固定連接。其主要特點(diǎn)是連接衰減在所有的連接方法中最低，典型值為0.01~0.03dB/點(diǎn)。但連接時，需要專用設(shè)備(熔接機(jī))和專業(yè)人員進(jìn)行操作，而且 連接點(diǎn)也需要專用容器保護(hù)起來。
2. 應(yīng)急連接(又叫)冷熔：
應(yīng)急連接主要是用機(jī)械和化學(xué)的方法,將兩根光纖固定并粘接在一起。這種方法的主要特點(diǎn)是連接迅速可靠,連接典型衰減為0.1~0.3dB/點(diǎn)。但連接點(diǎn)長期使用會不穩(wěn)定，衰減也會大幅度增加，所以只能短時間內(nèi)應(yīng)急用。
3. 活動連接：
活動連接是利用各種光纖連接器件(插頭和插座)，將站點(diǎn)與站點(diǎn)或站點(diǎn)與光纜連接 起來的一種方法。這種方法靈活、簡單、方便、可靠，多用在建筑物內(nèi)的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)布線中。其典型衰減為1dB/接頭。
二. 光纖檢測：
光纖檢測的主要目的是保證系統(tǒng)連接的質(zhì)量，減少故障因素以及故障時找出光纖的故障點(diǎn)。檢測方法很多，主要分為人工簡易測量和精密儀器測量。
1. 人工簡易測量：
這種方法一般用于快速檢測光纖的通斷和施工時用來分辨所做的光纖。它是用一個簡易光源從光纖的一端打入可見光，從另一端觀察哪一根發(fā)光來實(shí)現(xiàn)。這種方法雖然簡便，但它不能定量測量光纖的衰減和光纖的斷點(diǎn)。
2. 精密儀器測量：
使用光功率計或光時域反射圖示儀(OTDR)對光纖進(jìn)行定量測量，可測出光纖的衰減和接頭的衰減，甚至可測出光纖的斷點(diǎn)位置。這種測量可用來定量分析光纖網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障的原因和對光纖網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品進(jìn)行評價。
上述簡單介紹了，光纖通信技術(shù)的基本原理和基本的布線技術(shù)，當(dāng)下已硬件技術(shù)發(fā)展一日千里，作為通信技術(shù)的發(fā)展方向的光纖通信設(shè)備更是發(fā)展迅速。中國也是非常重視光纖通信技術(shù)的研發(fā)。中國目前出現(xiàn)的三個光谷也說明了中國致力于光電子通信的決心。東有長春“光谷”，南有廣東“光谷”，中有“武漢•中國光谷”以及上海和重慶。幾個“光谷”各有優(yōu)勢：長春“光谷”側(cè)重發(fā)展液晶大屏幕；重慶“光谷”主要研究和開發(fā)儀表和器械；廣東“光谷”大多是生產(chǎn)系統(tǒng)；而武漢“光谷”則把重點(diǎn)放在了光纖通信技術(shù)的發(fā)展。特別是武漢光通信光纖的產(chǎn)量在世界排名前列，系統(tǒng)和器件技術(shù)也在全國排名第一，相信在不久武漢可以成為武漢可以成為中國最先進(jìn)，具有國際先進(jìn)水平的光電子信息產(chǎn)業(yè)基地。
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