【文章內容簡介】 50 7． 2 心得體會 ...................................................................................................... 50 致謝 51 參考文獻： 52 附錄：英文文獻翻譯 53 重慶郵電大學計算機科學與技術學院本科畢業(yè)設計（論文） 1 緒論 光纖通信技術是近三十幾年迅猛發(fā)展起來的高新技術，它的誕生和發(fā)展，給世界通信技術帶來了劃時代的革命。 隨著國際互連網等信息技術的廣泛普及應用，光纖通信技術也取得了很大的發(fā)展。光纜技術的發(fā)展，使得光纜的種類更加多樣化，通信質量得到了很大的提升，特種光纜的產生更是在很大程度上解決了一些光纜敷設上面的技術難題。對于我國來 說，進幾年政府對通信行業(yè)的大力支持，特別是西部大開發(fā)以后偏遠落后地區(qū)人們對移動通信的需求，對通信質量的要求，都促進了通信事業(yè)的迅猛發(fā)展。因此，光纜工程設計在當今社會也就顯得格外重要。 本文詳細闡述了光纖光纜技術以及如何進行光纜線路工程設計。文章總共分為六部分：第一部分介紹光纖通信概論，包括光纖通信的發(fā)展史等；第二部分闡述了光纖，即光纖的分類及光纖的傳輸特性、光纖的參數及測量等問題；第三部分介紹光纜的分類及特點；第四部分詳細介紹了光纖通信系統(tǒng)的相關知識；第五部分詳細闡述如何進行光纜線路工程設計，包括需求分析， 光纜的敷設，防護等；第六部分為工程設計的概預算。最后是致謝以及參考書籍。附錄是中英文翻譯。 重慶郵電大學計算機科學與技術學院本科畢業(yè)設計（論文） 2 1 光纖通信概論 1． 1 光纖通信簡史 光纖通信是以激光作為信息載體，以光纖作為傳輸媒介的通信方式。由于光纖的傳光性能優(yōu)異， 傳輸損耗小、傳輸距離遠、工作頻帶寬、抗干擾能力強等優(yōu)點， 因此，在當今的通信方式中已經形成了一個以光纖通信為主，微波 、 衛(wèi)星通信為輔的格局。 光纖通信技術是近三十幾年迅猛發(fā)展起來的高新技術。它的誕生和發(fā)展，給世界通信技術帶來了劃時代的革命。光纖的發(fā)展的歷程包括： 1． 1966 年，英籍華人高錕 (C178。K178。Kao) 預見利用玻璃可以制成衰減為 20dB／ km 的通信光導纖維 (簡稱光纖 )。 [1]當時，世界上最優(yōu)秀的光學玻璃衰減達l000dB／ km 左右。 2． 1970 年，美國康寧公司首先研制成衰減為 20dB／ km 的光纖。從此，光纖就進入了實用化的發(fā)展階段，世界各國紛紛開展光纖通信的研究。 3． 為了實現長距離的光纖通信，必須減小光纖的衰減。 C178。K178。Kao 早就指出降低玻璃內的過渡金屬雜質離子是降低光纖衰減的主要因素。另一方面，玻璃內的 OH 離子對衰減也有嚴重的影響。到了 1976 年，人們設法降 低 OH含量后發(fā)現低衰減的長波長窗口有： 、 。 1980 年，光纖衰減已降低到 ／ km () ，接近理論值。這樣，使得進行長距離的光纖通信成為可能。 4． 1981 年以后，世界各發(fā)達國家才將光纖通信技術大規(guī)模的推入了商用。歷經近 20年的突飛猛進的發(fā)展，光纖通信速率已經由 1978 年的 45Mbit/s 提高到目前的 40Gbit/s。 1． 2 光纖通信的特點 與電纜或微波等電通信方式相比，光纖 具有自己獨特的優(yōu)點 ： 傳輸頻帶極寬，通信容量很大；由于光纖衰減小，無中繼設備，故傳輸距離遠； 串擾小，信號傳輸質量高；光纖抗電磁干擾，保密性好；光纖尺寸小，重量輕，便于傳輸和鋪設；耐化學腐蝕；光纖是石英玻璃拉制成形 ,原材料來源豐富，并節(jié)約了大量有色金屬。 重慶郵電大學計算機科學與技術學院本科畢業(yè)設計（論文） 3 光纖通信同時 也具有一些 缺點： 光纖彎曲半徑不宜過小；光纖的切斷和連接操作技術復雜 ； 分路、耦合麻煩。 由于光纖具備一系列優(yōu)點，所以廣泛應用于公用通信、有線電視圖像傳輸、計算機、 航空 、航天、船艦內的通信控制、電力及鐵道通信交通控制信號、核電站通信、油田、煉油廠、礦井等區(qū)域內的通信。 1． 3 光纖通信發(fā)展趨勢 光纖通信的誕生與發(fā)展是電信史上的一次重要革命。 近幾年來，隨著技術的進步，電信管理體制的改革以及電信市場的逐步全面開放，光纖通信的發(fā)展又一次呈現了蓬勃發(fā)展的新局面 。下面列舉幾點光纖通信的發(fā)展趨勢： 1． 向超高速系統(tǒng)的發(fā)展 從過去 幾十年 的電信發(fā)展史看，網絡容量的需求和傳輸速率的提高一直是一對主要矛盾。傳統(tǒng)光纖通信的發(fā)展始終按照電的時分復用（ TDM）方式進行，每當傳輸速率提高 4 倍，傳輸每比特的成本大約下降 30％～ 40％；因而高比特率系統(tǒng)的經濟效益大致按指數規(guī)律增長，這就是為什么光纖通信系統(tǒng)的傳輸速率在過去 幾十 年來一直在持續(xù)增加的根本原因。高速系統(tǒng)的出現不僅增 加了業(yè)務傳輸容量，而且也為各種各樣的新業(yè)務，特別是寬帶業(yè)務和多媒體提供了實現的可能。在理論上，基于時分復用的高速系統(tǒng)的速率還有望進一步提高，然而，采用電的時分復用來提高傳輸容量的作法已經接沒有太多潛力可挖了，因而更現實的出路是轉向光的復用方式。 2． 向超大容量 WDM 系統(tǒng)的演進 采用電的時分復用系統(tǒng)的擴容潛力已盡，然而光纖的 200nm 可用帶寬 99％的資源尚待發(fā)掘。采用波分復用系統(tǒng)的主要好處是：（ 1）可以充分利用光纖的巨大帶寬資源，使容量可以迅速擴大幾倍至上百倍；（ 2）在大容量長途傳輸時可以節(jié)約大量光纖和再生器 ，從而大大降低了傳輸成本；（ 3）與信號速率及電調制方式無關，是引入寬帶新業(yè)務的方便手段；（ 4）利用 WDM 網絡實現網絡交換和恢復可望實現未來透明的、具有高度生存性的光聯(lián)網。 3 ． 新一代的光纖 近幾年來隨著 IP業(yè)務量的爆炸式增長，電信網正開始向下一代可持續(xù)發(fā)展的方向發(fā)展，而構筑具有巨大傳輸容量的光纖基礎設施是下一代網絡的物理基重慶郵電大學計算機科學與技術學院本科畢業(yè)設計（論文） 4 礎。目前，為了適應干線網和城域網的不同發(fā)展需要，已出現了兩種不同的新型光纖，即非零色散光纖（ 光纖）和無水吸收峰光纖（全波光纖）。 4． IP over SDH 與 IP over Optical 目前， ATM 和 SDH 均能支持 IP，分別稱為 IP over ATM 和 IP over SDH。 由于 IP over ATM 有一些缺點如： 網絡體系結構復雜、傳輸效率低、開銷損失大 等，而 SDH 與 IP 的結合 則 恰好能彌補 IP overATM 的弱點。 IP over SDH 可以省掉 ATM方式所不可缺少的信頭開銷和 IP overATM 封裝和分段組裝功能 ，減化了層次。 但從長遠看，當 IP 業(yè)務量逐漸增加，需要高于 的鏈路容量時，則最終會省掉中間的 SDH 層， IP 直接在光路上跑，形成十分簡單統(tǒng)一的 IP 網結構（ IP over Optical）。這 種 簡單直接的體系結構，減化了層次，減少了網絡設備；減少了功能重疊，簡化了設備，減輕了網管復雜性，特別是網絡配置的復雜性；通過業(yè)務量工程設計，可以與 IP 的不對稱業(yè)務量特性相匹配；還可利用光纖環(huán)路的保護光纖吸收突發(fā)業(yè)務，盡量避免緩存，減少延時 。 IP over Optical 將是最具長遠生命力的技術。 但 在相當長的時期， IP over ATM， IP overSDH 和 IP over Optical 將會共存互補，各有其最佳應用場合和領域。 從 前面 光纖通信的幾個方面的發(fā)展現狀與趨勢 來看，完全有理由認為光纖通信進入了又一次蓬勃發(fā)展的新高潮 ，這次高潮也 勢必對整個電信網和信息業(yè)產生更加深遠的影響。它的演變和發(fā)展結果將在很大程度上決定電信網和信息業(yè)的未來大格局，也將對 本 世紀的社會經濟發(fā)展產生巨大影響。 重慶郵電大學計算機科學與技術學院本科畢業(yè)設計（論文） 5 2 光纖及光纖的測量 2． 1 光纖的傳輸特性 2． 衰減是光纖的一個重要的傳輸參數。它表明了光纖對光能的傳輸損耗，對光纖質量的評定和對光纖通信系統(tǒng)的中繼距離的確定起著十分重要的作用。 光纖中的傳輸光能衰減的起因是材料本身、制造缺陷、彎曲、接續(xù)等對光 能的吸收、散射損 耗。 ①．吸收損耗 吸收損耗是由于光纖對光能的固有吸收并轉換成損耗。光纖中的損耗主要有：本征吸收、雜質吸收和結構缺陷吸收。 ②．散射損耗 散射損耗是以散射的形式將光能輻射出光纖外的損耗。散射損耗主要有：瑞利散射、米氏散射、受激布里淵散射、受激拉曼散射、附加結構缺陷和彎曲散射、泄漏。 2． 1．色散 由于光纖中的信號是由不同的頻率成分和不同的模式成分來攜帶的，這些不同的頻率成分和不同的模式成分的傳輸速度不同，從而引起色散。 光纖色散主要有：模間色散，材料色散，波導色散等。 2．群時延差 在光纖中，不 同速度的信號傳過的距離所需的時延不同。時延差越大，色散就越嚴重。因此，常用時延差表示色散程度。 3．光纖的色散 單模光纖中只傳輸基模 LP01,總色散由材料色散、波導色散和折射剖面色散組成。這三個色散都與波長有關，所以單模光纖的總色散也稱為波長色散。 公式： D(λ )＝ Dm ＋ Dw＋ Dp （ ） 4．色散特性 重慶郵電大學計算機科學與技術學院本科畢業(yè)設計（論文） 6 純石英玻璃材料色散與波長的 關系。 2． 偏振是與光的振動方向有關的性能。光纖中的光傳輸可描述完全是沿 X 軸振動和完全是沿 Y 軸上的振動或一些光在兩個軸上的振動。每個軸代表一個偏振“?！薄蓚€偏振模的到達時間差稱為偏振模色散 PMD。造成單模光纖中的 PMD的內在原因是纖芯的橢圓度和殘余內應力。它們改變了光纖折射率分布，引起相互垂直的本征偏振以不同的速度傳輸，進而造成脈沖展寬；外因則是成纜和敷設時的各種作用力，即壓力、彎曲、扭轉及光纜連接等都會引起 PMD。 2． 1．當光功率增加到一定程度時，光信號與光 纖傳輸媒介間的非線性交互現象將會呈現。光纖的非線性可分為兩類：受激散射效應和折射率擾動。 2．受激散射效應也分為兩種形式：由于聲光子振動而產生的受激布里淵散射（ SBS）和由于分子振動而產生的受激拉曼散射。 3．折射率擾動引起的五種非線性效應為：自相位調制、光孤子形成、交叉相位調制、調制不穩(wěn)定和四波混頻。 [2] 2． 2 光纖類型 光纖的分類 目前光纖的種類繁多，但 根據 分類方法 的不同可以分為 四種，即按光纖剖面折射率分布分類，按傳播模式分類、按工作波長分類和按套塑類型分類等。 此外按光纖的組成成份分類，除目前最常 應用的石英光纖之外，還有含氟光纖與塑料光纖等 。 ──階躍光纖與漸變光纖 ① 階躍光纖 階躍光纖是指：在纖芯與包層區(qū)域內，其折射率分布分別是均勻的，其值分別為 n1 與 n2，但在纖芯與包層的分界處，其折射率的變化是階躍的 。 階躍光纖是早期光纖的結構方式，后來在多模光纖中逐漸被漸變光纖所取代（因漸變光纖能大大降低多模光纖所特有的模式色散），但用它來解釋光波在光纖中的傳播還是比較形象的。而現在當單模光纖逐漸取代多模光纖成為當前光纖的主流產品時，階躍光纖結構又作為單模光纖的結構形式之一。 重慶郵電大學計算機科學與技術學院本科畢業(yè)設計（論文） 7 ② 漸變光 纖 漸變光纖是指：光纖軸心處的折射率最大（ n1），而沿剖面徑向的增加而逐漸變小，其變化規(guī)律一般符合拋物線規(guī)律，到了纖芯與包層的分界處，正好降到與包層區(qū)域的折射率 n2 相等的數值；在包層區(qū)域中其折射率的分布是均勻的即為 n2。 ──多模光纖與單模光纖 多模光纖是指能夠同時傳輸多種模式的光纖，而單模光纖則只能傳輸單一的基模模式。 ──短波長光纖與長波長光纖 ① 短波長光纖 在光纖通信發(fā)展的初期，人們使用的光波波長在 ～ 微米范圍內（典型值為 微米），習慣上把在 此波長范圍內呈現低衰耗的光纖稱作短波長光纖。 ② 長波長光纖 把工作在 ～ 微米波長范圍的光纖稱之為長波長光纖。長波長光纖因具有衰耗低、帶寬寬等優(yōu)點，特別適用于長距離、大容量的光纖通信。 ── 緊套光纖與松套光纖 2． 3 光纖的基本參數 光纖的各種參數