光纤设备通信原理及其光纤布线技术

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随着互联网业务和通信业的飞速发展，信息化给世界人类社会的发展带来了极大的推动。当今社会更是一个信息爆炸的社会。信息量的急剧增加。显然传统的通信技术显的力不从心。当下最具有吸引力的当然是光纤通信技术。信息化是实现四个现代化的基础。光纤通信技术和计算机技术是信息化的两大核心支柱，计算机负责把信息数字化，输入网络中去；光纤则是担负着信息传输的任务。光纤通信被广泛的应用于信息化的发展，成为继微电子技术之后信息领域中的重要技术。本文在简单介绍光通信的基本原理的基础上谈一下光纤的布线技术：

　　光学通信原理

　　基本的光纤通信系统是由数据源、光发送端、光学信道和光接收机组成。数据是数字，声音，图象等各种信号的数字化。光发送机和调制器则负责将信号转变成适合于在光纤上传输的光信号，先后用过的光波窗口有0.85、1.31和1.55。光学信道包括最基本的光纤，还有中继放大器EDFA等；而光学接收机则接收光信号，并从中提取信息，然后转变成电信号，最后得到对应的话音、图象、数据等信息。

　　PCM电端机

　　在光纤通信系统中，光纤中传输的是二进制光脉冲"0"码和"1"码，它由二进制数字信号对光源进行通断调制而产生。而数字信号是对连续变化的模拟信号进行抽样、量化和编码产生的，称为P（pulse code modulation），即脉冲编码调制。这种电的数字信号称为数字基带信号，由PCM电端机产生。

　　光发送端组成

　　从PCM设备（电端机）送来的电信号是适合PCM传输的码型，为HDB3码或CMI码。信号进入光发送机后，首先进入输入接口电路，进行信道编码，变成由"0"和"1"码组成的不归零码（NRZ）。然后在码型变换电路中进行码型变换，变换成适合于光线路传输的mBnB码或插入码，再送入光发送电路，将电信号变换成光信号，送入光纤传输。

　　光中继器

　　传统的光中继器采用的是光－电－光(O-E-O)的模式，光电检测器先将光纤送来的非常微弱的并失真了的光信号转换成电信号，再通过放大、整形、再定时，还原成与原来的信号一样的电脉冲信号。然后用这一电脉冲信号驱动激光器发光，又将电信号变换成光信号，向下一段光纤发送出光脉冲信号。通常把有再放大(re-amplifying)、再整形（re-shaping）、再定时（re-timing）这三种功能的中继器称为"3R"中继器。
　
　　光接收机

　　从光纤传来的光信号进入光接收电路，将光信号变成电信号并放大后，进行定时再生，又恢复成数字信号。由于发送端有码型变换，因此，在接收端要进行码型反变换，然后将信号送入输出接口电路，变成适合PCM传输的HDB3码或CMI码，送给PCM。

　　上述也是电信号转化成光信号然后经过传输最终又由光信号变为电信号的过程。然而在光纤技术的发展过程中经历了一系列的规范。从最初的准同步数字体系到现在最先进的SDH光纤通信方式。下面将简单介绍一下这些规范的发展过程。从而以便更好的了解光纤通信技术的发展及其走向。

　　光纤通信传输体制

　　下面是光纤通信传输体制的发展历程：

　　1972 年ITU-T前身CCITT提出第一批PDH建议
　　1976和1988年又提出两批建议--形成完整的PDH体系
　　1984年美国贝尔实验室开始同步信号光传输体系的研究
　　1985年美国国家标准协会(ANSI)根据贝尔实验室提出的全同步网的构想,委托T1X1委员会起草光同步网标准,并命名为SONET(Synchronous Optical NETwork)
　　1986年CCITT开始以SONET为基础制订SDH
　　1988年通过了第一批SDH建议
　　1990以后,SDH已成为光纤通信基本传输方式；目前,SDH不仅是一套新的国际标准,又是一个组网原则,也是一种复用方法。

　　下面列出了几种传输技术（既包括电又包括光）的实现方式：

　　明线技术，FDM模拟技术，每路电话4kHz；
　　小同轴电缆6O路FDM模拟技术，每路电话4kHz；
　　中同轴电缆1800路FDM模拟技术，每路电话4kHz；
　　光纤通信140Mb／s PDH系统，TDM数字技术，每路电话64kb／ｓ；
　　光纤通信2.5Gb／s SDH系统，TDM数字技术，每路电话64kb／s；
　　光纤通信N×2.5Gb／s WDM系统，TDM数字技术+光频域FDM模拟技术，每路电话64kb／s。

　　光导纤维

　　光纤为光导纤维的简称，由直径大约为0.1mm的细玻璃丝构成。它透明、纤细，虽比头发丝还细，却具有把光封闭在其中并沿轴向进行传播的导波结构。 目前，光通信使用的光波波长范围是在近红外区内，波长为0.8至1.8um。可分为短波长段（0.85um）和长波长段（1.31um和1.55um）。光纤通信有以下优点：传输频带宽，通信容量大；损耗低；不受电磁干扰；线径细，重量轻；资源丰富。

　　光纤布线

　　当今，国际上流行的布线标准主要有两个，一个是北美的标准EIA/TIA－568A；一个是国际标准ISO/IECIS 11801。EIA/TIA－568A和ISO/IECIS 11801推荐使用62.5/125um多模光缆、50/125um多模光缆和8.3/125um多模光缆。

　　单模光纤和多模光纤可以从纤芯的尺寸大小来简单地判别。单模光纤的纤芯很小,约4～10um,只传输主模态。这样可完全避免了模态色散，使得传输频带很宽，传输容量很大。这种光纤适用于大容量、长距离的光纤通信。它是未来光纤通信与光波技术发展的必然趋势。

　　多模光纤又分为多模突变型光纤和多模渐变型光纤。前者纤芯直径较大，传输模态较多，因而带宽较窄，传输容量较小；后者纤芯中折射率随着半径的增加而减少，可获得比较小的模态色散，因而频带较宽，传输容量较大，目前一般都应用后者。

　　光纤的连接和检测

　　一. 光缆的连接：

　　方法主要有永久性连接、应急连接、活动连接。

　　1. 永久性光纤连接(又叫热熔)：

　　这种连接是用放电的方法将连根光纤的连接点熔化并连接在一起。一般用在长途接续、永久或半永久固定连接。其主要特点是连接衰减在所有的连接方法中最低，典型值为0.01~0.03dB/点。但连接时，需要专用设备(熔接机)和专业人员进行操作，而且 连接点也需要专用容器保护起来。

　　2. 应急连接(又叫)冷熔：

　　应急连接主要是用机械和化学的方法,将两根光纤固定并粘接在一起。这种方法的主要特点是连接迅速可靠,连接典型衰减为0.1~0.3dB/点。但连接点长期使用会不稳定，衰减也会大幅度增加，所以只能短时间内应急用。

　　3. 活动连接：

　　活动连接是利用各种光纤连接器件(插头和插座)，将站点与站点或站点与光缆连接 起来的一种方法。这种方法灵活、简单、方便、可靠，多用在建筑物内的计算机网络布线中。其典型衰减为1dB/接头。

　　二. 光纤检测：

　　光纤检测的主要目的是保证系统连接的质量，减少故障因素以及故障时找出光纤的故障点。检测方法很多，主要分为人工简易测量和精密仪器测量。

　　1. 人工简易测量：

　　这种方法一般用于快速检测光纤的通断和施工时用来分辨所做的光纤。它是用一个简易光源从光纤的一端打入可见光，从另一端观察哪一根发光来实现。这种方法虽然简便，但它不能定量测量光纤的衰减和光纤的断点。

　　2. 精密仪器测量：

　　使用光功率计或光时域反射图示仪(OTDR)对光纤进行定量测量，可测出光纤的衰减和接头的衰减，甚至可测出光纤的断点位置。这种测量可用来定量分析光纤网络出现故障的原因和对光纤网络产品进行评价。

　　上述简单介绍了，光纤通信技术的基本原理和基本的布线技术，当下已硬件技术发展一日千里，作为通信技术的发展方向的光纤通信设备更是发展迅速。中国也是非常重视光纤通信技术的研发。中国目前出现的三个光谷也说明了中国致力于光电子通信的决心。东有长春“光谷”，南有广东“光谷”，中有“武汉•中国光谷”以及上海和重庆。几个“光谷”各有优势：长春“光谷”侧重发展液晶大屏幕；重庆“光谷”主要研究和开发仪表和器械；广东“光谷”大多是生产系统；而武汉“光谷”则把重点放在了光纤通信技术的发展。特别是武汉光通信光纤的产量在世界排名前列，系统和器件技术也在全国排名第一，相信在不久武汉可以成为武汉可以成为中国最先进，具有国际先进水平的光电子信息产业基地。