运维人员岗位培训系列丛书-通信线路专业

运维人员岗位培训系列丛书（通信线路—光缆）

目录

第一篇：

光纤通信基础

第1章光纤通信概述 (4)

1.1 光纤通信的发展概况 (5)

1.2 光波波谱 (6)

1.3 光纤通信的特点和系统分类 (7)

1.3.1 光纤通信的主要优点 (7)

1.3.2 光纤通信的主要缺点 (7)

1.3.3 光纤通信系统主要分类 (8)

1.4 光纤通信系统的基本构成 (8)

1.4.1 光纤通信过程 (8)

1.4.2 光纤通信系统工作原理 (9)

1.5 通信网的结构和特点 (14)

1.5.1 网络概述 (14)

1.5.2 光纤传输网的功能和结构 (19)

1.6 SDH与DWDM技术 (20)

1.6.1 SDH技术 (20)

1.6.2 DWDM技术 (21)

1.7 光纤通信新技术 (23)

1.7.1 光纤技术与下一代通信网的发展 (23)

1.7.2 光纤通信新技术 (24)

1.7.3 自动交换光网络（ASON）技术的发展 (25)

第2章光纤光缆 (28)

2.1 光纤 (29)

2.1.1 光纤的结构 (29)

2.1.2 光纤的种类 (30)

2.1.3 光纤的结构参数 (32)

2.1.4 带状光纤简介 (32)

2.1.5 新型光纤 (34)

2.2 光纤传输原理 (35)

中国网络通信集团公司I

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中国网络通信集团公司 II 2.2.1 阶跃型光纤传输原理 (35)

2.2.2 渐变型光纤传输原理 (37)

2.3 光纤的主要特性 (39)

2.3.1 传输特性 (39)

2.3.2 机械特性 (44)

2.3.3 温度特性 (45)

2.4 几种单模光纤标准简介 (45)

2.4.1 单模光纤标准分类 (45)

2.4.2 光纤的演进 (46)

2.5 光缆的种类与结构 (49)

2.5.1 光缆的种类 (49)

2.5.2 光缆的型号 (50)

2.5.3 几种典型的光缆结构 (53)

2.5.4 新型光缆的发展 (57)

2.6 光缆的机械物理性能 (58)

2.6.1 机械性能和试验要求 (58)

2.6.2 环境条件及试验要求 (58)

第二篇：

光缆线路施工与维护

第1章 光缆线路的施工及验收 ................................................................... 62 １.１ 光缆线路工程建设的基本步骤.. (64)

1.1.1 规划阶段 (64)

1.1.2 设计阶段 (65)

1.1.3 准备阶段 (65)

1.1.4 施工阶段 (66)

1.1.5 竣工投产阶段 (66)

1.2 光缆线路工程特点和施工工序流程 (67)

1.2.1 光缆线路施工的特点 (67)

1.2.2 光缆线路工程的施工范围 (67)

1.2.3 光缆线路工程施工主要工序流程 (68)

1.2.4 光缆施工图设计 (68)

1.3 光缆路由复测 (69)

运维人员岗位培训系列丛书（通信线路—光缆）

1.3.1 路由复测的一般要求 (69)

1.3.2 路由复测 (70)

1.4 光缆单盘检验 (74)

1.4.1 光缆单盘检验的一般要求 (74)

1.4.2 光缆单盘测量 (75)

1.5 光缆敷设一般规定 (76)

1.5.1 按中继段光缆配盘图进行敷设 (76)

1.5.2 光缆敷设长度的预算 (77)

1.5.3 光缆的弯曲半径和牵引张力 (77)

1.5.4 光缆敷设牵引方式 (78)

1.5.5 光缆敷设的牵引速度 (78)

1.5.6 光缆敷设的质量要求 (78)

1.6 架空杆路的施工作业 (78)

1.6.1 杆路常用知识 (78)

1.6.2 立水泥电杆 (83)

1.6.3 装设拉线 (86)

1.6.4 装设电杆附属设施 (96)

1.6.5 吊线、辅助吊线的架设 (99)

1.7 架空光缆的敷设施工 (108)

1.7.1 敷设架空光缆 (108)

1.7.2 架空光缆敷设方法 (110)

1.7.3 引上光缆保护管 (112)

1.7.4 敷设墙壁光缆 (113)

1.7.5 警示管、保护管的加装 (115)

1.8 直埋光缆的敷设施工 (116)

1.8.1 挖沟 (116)

1.8.2 穿越障碍物路由的准备工作 (117)

1.8.3 直埋光缆的敷设方法 (119)

1.8.4 直埋光缆的加固保护 (120)

1.8.5 直埋光缆防机械损伤设施的安装 (122)

1.8.6 光缆沟的预回土和回填 (122)

1.8.7 光缆路由标石的设置 (123)

1.9 管道光缆的敷设施工 (124)

1.9.1 清洗管道 (124)

1.9.2 预放塑料子管 (125)

1.9.3 牵引张力的计算 (126)

中国网络通信集团公司III

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中国网络通信集团公司 IV 1.9.4 光缆牵引端头的制作方法 (127)

1.9.5 管道光缆敷设的主要机具 (129)

1.9.6 管道光缆的敷设方法 (131)

1.9.7 管道光缆的敷设步骤 (132)

1.9.8 硅芯管管道光缆的“高压气流推进法” (138)

1.9.9 人孔内光缆的安装 (138)

1.10 水线光缆的敷设施工 (138)

1.10.1 水线光缆敷设条件 (138)

1.10.2 水线光缆敷设方法 (140)

1.11 进局光缆的敷设施工 (141)

1.11.1 进局光缆敷设安装的一般要求 (141)

1.11.2 进局光缆的敷设 (142)

1.11.3 进局光缆的安装、固定 (142)

1.12 光缆施工验收内容和要求 (144)

1.12.1 工程验收的依据 (144)

1.12.2 工程验收办法 (144)

1.12.3 线路初步验收 (144)

1.12.4 竣工验收 (145)

第2章 光缆接续及成端 (148)

2.1 光纤连接的方式 (149)

2.1.1 光纤连接方式的分类 (149)

2.1.2 光纤的固定连接 (149)

2.1.3 光纤的活动连接 (150)

2.1.4 光纤的临时连接 (152)

2.2 光缆接续安装的一般要求 (152)

2.2.1 光缆接续工序所包括的内容 (152)

2.2.2 光缆接续的一般要求 (153)

2.2.3 对光缆接头盒性能的要求 (153)

2.2.4 常用光缆接头盒介绍 (154)

2.3 光缆的接续方式 (155)

2.3.1 光缆外护套的接续方式 (155)

2.3.2 光缆加强芯及金属护套的接续 (155)

2.4 光缆接续的基本方法和步骤 (157)

2.4.1 光缆接续前的准备 (157)

2.4.2 光缆外护套的开剥 (158)

2.4.3 加强芯和外护套的固定、连接 (158)

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2.4.4 光纤熔接的方法和步骤 (158)

2.4.5 带状光纤的接续 (162)

2.4.6 光纤接续的现场监测 (162)

2.4.7 光纤余留的收容处理 (162)

2.4.8 光缆接头盒的封装、固定 (163)

2.5 光纤的连接损耗 (163)

2.5.1 光纤连接损耗产生的原因 (163)

2.5.2 降低接续损耗的方法 (165)

2.6 光缆接续的现场监测 (166)

2.6.1 光缆接续现场的监测方式 (166)

2.6.2 光纤接续的OTDR监测方法 (167)

2.6.3 光纤接续质量的评价 (168)

2.7 接头盒的封装及固定 (169)

2.7.1 接头盒的封装 (169)

2.7.2 接头盒的固定 (169)

2.7.3 接头盒固定应注意的事项 (172)

2.8 光缆的成端操作 (172)

2.8.1 光缆的成端方法 (172)

2.8.2 光缆成端的技术要求 (173)

第3章光缆线路的测试 (175)

3.1 光缆线路的测试项目 (175)

3.1.1 光特性测试项目 (175)

3.1.2 电特性测试项目 (176)

3.2 光传输损耗测量的基本方法 (176)

3.2.1 剪断法 (176)

3.2.2 插入法 (177)

3.2.3 后向散射法 (177)

3.2.4 测量方法的比较 (178)

第4章光缆线路割接和抢修 (179)

4.1 不中断业务割接 (180)

4.1.1 不中断业务割接的适用范围 (180)

4.1.2 不中断业务割接的种类 (180)

4.1.3 制定不中断业务割接方案 (182)

4.1.4 不中断业务割接的前期准备 (184)

中国网络通信集团公司V

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中国网络通信集团公司 VI 4.1.5 不中断业务割接的实施过程 (187)

4.1.6 不中断业务割接的善后工作 (188)

4.1.7 不中断业务割接的注意事项 (188)

4.2 光缆开天窗接续操作方法 (188)

4.2.1 光缆开天窗适用范围 (189)

4.2.2 光缆开天窗接续的前期准备 (190)

4.2.3 光缆开天窗接续的分类及操作方法 (190)

4.2.4 光缆开天窗接续的注意事项 (192)

4.3 光缆线路故障的判断和处理 (192)

4.3.1 光缆线路故障的分类 (192)

4.3.2 造成光缆线路故障的原因分析 (193)

4.3.3 制定线路应急调度预案 (194)

4.3.4 故障处理原则 (194)

4.3.5 光缆线路故障修复流程 (195)

4.3.6 光缆线路故障点的判断 (198)

4.3.7 光缆线路故障点的修复 (200)

4.3.8 光缆故障判断和处理时应该注意的事项 (201)

第5章 光缆线路常用仪表 (203)

5.1 光纤熔接机 (204)

5.2 光时域反射仪（OTDR ） (209)

5.3 光源、光功率计 (221)

5.4 光万用表 (223)

5.5 地阻仪 (223)

5.6 直埋光缆故障探测仪表 (224)

5.7 PMD （偏振模色散）测试仪 (226)

5.8 光缆线路路由探测器 (228)

第6章 长途光缆线路的防护 (233)

6.1 光缆线路防护的意义 (233)

6.2 长途光缆线路防护的种类 (234)

6.2.1 防雷 (234)

6.2.2 防强电 (234)

6.2.3 防腐蚀 (235)

6.3 直埋（含水线）光缆防护及标准 (235)

6.3.1 直埋光缆防雷 (235)

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6.3.2 直埋光缆防强电 (236)

6.3.3 直埋光缆防腐蚀 (237)

6.3.4 直埋光缆防鼠、防白蚁 (237)

6.4 架空光缆防护及标准 (238)

6.4.1 架空光缆的防雷 (238)

6.4.2 架空光缆防强电 (238)

6.5 管道（硅芯管）光缆防护标准 (239)

6.5.1 进局光缆的防护 (239)

6.5.2 管道光缆的防护 (239)

第7章光缆线路的维护 (240)

7.1光缆线路维护的目的和维护工作分类 (241)

7.1.1 光缆线路维护工作的目的 (241)

7.1.2 光缆线路维护工作分类 (241)

7.2 维护工作主要项目和周期 (242)

7.2.1 日常维护的内容及其周期 (242)

7.2.2 技术维护的测试项目、维护指标及其周期 (243)

7.2.3 季节性维护 (243)

7.2.4 故障抢修 (243)

7.3 几种常见的日常维护工作 (243)

7.3.1 路面维护的主要工作 (243)

7.3.2 管道线路的主要维护工作 (244)

7.3.3 架空光缆线路、水线和海缆的维护 (245)

7.3.4 护线宣传 (246)

7.3.5 光缆线路隐患防范 (247)

7.3.6 “三盯”工作 (248)

7.4 光缆线路故障考核指标 (249)

7.4.1 故障处理有效率 (249)

7.4.2 光缆线路故障次数 (250)

7.4.3 光缆线路故障历时 (250)

7.5 光缆日常维护常用图表 (250)

7.5.1 光缆日常维护常用图表资料的管理 (250)

7.5.2 光缆日常维护常用图表资料的分类 (250)

第8章光缆线路的维修 (252)

8.1 光缆线路维修的目的 (253)

中国网络通信集团公司VII

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中国网络通信集团公司 VIII 8.1.1 光缆线路维修的定义和范围 (253)

8.1.2 光缆线路维修工作的目的 (253)

8.2 光缆线路维修工作的分类和周期 (254)

8.2.1 光缆线路维修工作的分类 (254)

8.2.2 光缆线路维修工作的管理 (254)

8.3 架空光缆线路的日常维修操作 (255)

8.3.1 杆路的维修 (255)

8.3.2 拉线的维修 (257)

8.3.3 吊线及支持物的维修 (258)

8.3.4 光缆的维修 (259)

8.4 直埋光缆线路的维修 (260)

8.4.1 光缆线路自身存在问题的维修 (260)

8.4.2 直埋光缆线路附属设施的维修 (262)

8.4.3 光缆线路安全性能的改善和提高 (263)

8.5 管道光缆的维修 (264)

8.5.1 管道、人孔修理 (264)

8.5.2 管道光缆线路的维修 (265)

8.5.3 光缆管道的迁改 (266)

第三篇：

安全操作知识

1.1 一般安全要求 (270)

1.1.1 人身安全 (270)

1.1.2 场地及行车安全 (270)

1.1.3 器材搬运 (272)

1.1.4 挖沟立杆 (274)

1.1.5 线路架设及拆除 (278)

1.1.6 砍伐树木 (278)

1.1.7 消防设施 (279)

1.1.8 野外工作 (279)

1.1.9 其他注意事项 (280)

1.2 登高作业 (280)

1.2.1 登高作业的一般要求 (280)

1.2.2 架空杆路登高 (281)

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1.2.3 吊线作业 (282)

1.2.4 其它登高 (282)

1.3 在电力线附近工作 (282)

1.4 在人孔内工作 (284)

1.4.1 地下室内工作 (284)

1.4.2 启闭人孔盖 (284)

1.4.3 人孔内工作 (284)

1.5 工具和仪器的使用 (285)

1.5.1 一般安全规定 (285)

1.5.2 喷灯 (285)

1.5.3 梯子 (286)

1.5.4 发电机 (287)

1.5.5 电锤（电钻） (287)

1.5.6 手拉葫芦（倒链） (288)

1.5.7 对讲机 (288)

1.5.8 信号手旗 (289)

1.6 有害气体和易燃气体的预防方法 (289)

1.6.1 有害气体的知识 (289)

1.6.2 易燃气体的预防 (291)

1.7 急救常识 (291)

1.7.1 一般原则 (291)

1.7.2 出血 (291)

1.7.3 骨折 (292)

1.7.4 烫伤、烧伤 (293)

1.7.5 冻伤 (293)

1.7.6 中暑 (294)

1.7.7 触电 (294)

1.7.8 人工呼吸法 (295)

1.7.9 心脏按摩法 (296)

光缆线路维护操作手册

附录

附录1 光缆线路与其他设施隔距 (299)

中国网络通信集团公司IX

运维人员岗位培训系列丛书（通信线路—光缆）

中国网络通信集团公司 X 附录2 直埋光缆线路埋深表 ..................................................................... 303 附录3 架空杆路拉线架设标准.................................................................. 303 附录4 水泥电杆标准 .............................................................................. 305 附录5 镀锌钢绞线标准 ........................................................................... 307 附录6 水底光缆的敷设方法 ..................................................................... 309 附录7 光缆线路工程验收内容.................................................................. 310 附录8 架空光纤线路原始垂度标准 ........................................................... 313 附录9 光缆线路割接用表格 ..................................................................... 317 附录10 长途光缆线路障碍报表 ................................................................ 320 附录11 光缆线路维护报表 . (322)

运维人员岗位培训系列丛书（通信线路—光缆）

前言

本教材主要面向中国网通（集团）有限公司内部光缆线路维护、技术人员进行培训，编制工作主要是围绕光缆线路维护工作编写。编写过程中，根据近年来通信光缆线路维护管理工作的成就和通信光缆技术的发展，总结、归纳了当前国内光缆线路维护中成熟的操作技术和方法，力求内容丰富、实用。

本教材参考了中国网通（集团）有限公司《2006版运行维护规程》和其它传输线路专业相关书籍及网络资料，在综合归纳的基础上，根据实际光缆维护应用情况，经反复修改、完善编制而成。其中第二篇第4章“光缆线路割接和抢修”和第8章“光缆线路的维修”是对全国长途光缆线路维护实际经验的归纳和总结。

本教材共分为三篇（共11章、60节）。

第一篇为《光纤通信基础》，分两章：

第1章“光纤通信概述”，主要介绍光纤通信系统的发展、特点、构成和分类，以及长途和本地网光通信网的组成结构和SDH、DWDM、ASON等光通信新技术知识；第2章“光纤光缆”，主要介绍了光纤及其主要特性、光纤通信基本原理、光缆的类型、结构、种类和规格、机械物理性能等。

第二篇为《光缆线路施工与维护》，分八章：

第1章“光缆线路的施工及验收”，主要介绍光缆线路工程建设的基本步骤、特点和主要的施工作业流程，同时对不同类型线路的施工作业操作和验收要求也进行简要介绍。

第2章“光缆接续及成端”，主要介绍光缆线路施工中接续和成端制作的要求、方式、步骤、接续监测和安装；

第3章“光缆线路的测试”，主要介绍光缆线路的测试项目，同时结合实际情况介绍如何进行光传输性能测试；

第4章“光缆线路割接和抢修”，主要介绍不中断业务割接和光缆开天窗接续法的操作要点，以及光缆故障的查修程序、如何对光缆故障点进行准确定位、提高故障处理的准确率和及时率。

第5章“光缆线路维护常用仪表”，主要介绍如何对光纤熔接机、OTDR、光源光功率计等几种常用维护仪表、机具的使用和保养。

第6章“光缆线路的防护”，主要介绍光缆线路防护的意义和种类，以及不同类型线路的防护标准；

第7章“光缆线路的维护”，主要介绍光缆线路维护的任务、目的、分类和周期，以及几种常见的日常维护管理工作；

第8章“光缆线路的维修”，主要介绍长途光缆线路维修的目的、分类和不同类型中国网络通信集团公司 1

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中国网络通信集团公司 2 线路日常维修主要操作工序及要求。

第三篇是《安全操作知识》，主要介绍通信线路施工和维护中安全操作知识、规范和一般急救常识。

另外，为了方便读者阅读，编委将采用表格统一编写了附录，并列出了本教材引用的参考资料。

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第一篇

光纤通信基础

中国网络通信集团公司 3

运维人员岗位培训系列丛书（通信线路—光缆）

中国网络通信集团公司 4

第1章 光纤通信概述

课程目标：

初级

●

了解通信发展的阶段，了解光波波谱。 ● 了解光纤通信过程、光纤通信系统工作原理、光纤通信的主要优

缺点及主要分类。

●

了解通信网的基本概念及结构、光纤传输网的分类。 ● 了解目前光纤通信网的主要特点。

中级

●

了解通信发展的阶段，了解光波波谱。 ● 熟悉光纤通信的主要分类及优缺点，熟悉光纤通信过程、工作原

理。

●

熟悉通信网的基本概念、结构及功能、光纤传输网的分类。 ●

了解ＳＤＨ技术的概念和自愈网保护的类型。 ● 了解ＤＷＤＭ的概念、系统的基本形式和组成和ＤＷＤＭ技术的

主要特点。

● 了解目前光纤通信网的主要特点。

高级

● 了解通信发展的阶段、光纤通信网的主要特点、时分光交换、光

孤子通信、相干光通信技术、ＡＳＯＮ的发展现状及技术。

运维人员岗位培训系列丛书（通信线路—光缆）

●熟悉光波波谱、光纤通信的主要优缺点、系统主要分类、ＳＤＨ

技术的概念和自愈网保护的类型和主要特点。

●掌握光纤通信过程、光纤通信系统工作原理、通信网的基本概念

及结构、光纤传输网的分类、功能和结构。

光纤通信是利用光波作为载波，用光导纤维作传输媒质传递信息的有线光波通信。光纤通信除了可以用来传送声音以外，还可以传送电视图像、数据等。同时，用光导纤维传送信息容量大，质量高，保密性强，抗电磁干扰和抗辐射性能好，与传统电缆相比光纤重量较轻，占用空间少，便于敷设，原材料来源丰富，制造成本低。光纤通信中常用的光波波长在0.8～1.6μm之间。光纤通信应用的场合很多，除了通信行业外，还可以用在计算机网络、厂矿内部的通信，如广播、电视，电力、铁道系统的通信等等。

1.1 光纤通信的发展概况

利用光导纤维作为光传输媒介的光纤通信，其发展只有二三十年的历史。1966年7月，英藉、华裔学者高锟博士（K.C.Kao）和霍克哈姆（C.A.Hockham）在PIEE 杂志上发表了一篇十分著名的文章《用于光频的光纤表面波导》，该文从理论上分析证明了用光纤作为传输媒体以实现光通信的可能性，并设计了通信用光纤的波导结（即阶跃光纤）。更重要的是科学地预言了制造通信用的超低耗光纤的可能性，即加强原材料提纯，加入适当的掺杂剂，可以把光纤的衰耗系数降低到20dB/km以下。以后的事实发展雄辩地证明了高锟博士文章的理论性和科学大胆预言的正确性，所以该文被誉为光纤通信的里程碑。1970年美国康宁玻璃公司根据高锟文章的设想，用改进型化学相沉积法（MCVD 法）制造出当时世界上第一根超低耗光纤，成为使光纤通信爆炸性竞相发展的导火索。1970 年，美国贝尔实验室研制出世界上第一只在室温下连续波工作的砷化镓铝半导体激光器，为光纤通信找到了合适的光源器件。后来逐渐发展到性能更好、寿命达几万小时的异质结条形激光器和现在的分布反馈式单纵模激光器（DFB）以及多量子阱激光器（MQW）。光接收器件也从简单的硅PIN 光电二极管发展到量子效率达90％的Ⅲ-Ⅴ族雪崩光电二极管APD。从此以后，光纤通信在世界范围内得到迅猛发展，从上世纪八十年代以来，光纤通信应用已从850nm、1310nm、1550nm三个低衰耗波长窗口发展到全波段波长，同时开发出许多新型光电器件，激光器寿命已达数十万小时甚至

中国网络通信集团公司 5

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中国网络通信集团公司 6 百万小时。与此同时，世界各国均按照两步来走的方式实施光缆的应用、建设，第一步实现长途干线光缆化，第二步推进光纤入用户、到家。发达国家在上世纪八十年代已经实现长途干线的光缆化，目前正在推进光纤到用户进程。

光纤通信的发展有以下三个阶段：

第一阶段（1966～1976年），从基础研究到商业应用的开发时期，实现了短波长（0.85 μm ）低速率（45或34Mb/s ）多模光纤通信系统，无中继距离约10km ；

第二阶段（1976～1986年），大发展时期，光纤从多模发展到单模，工作波长从短波长发展到长波长（1.31和1.55 μm ）,实现了1.31μm 、传输速率140～565Mb/s 的单模光纤传输系统（PDH ） ，其无中继距离为50～100km ；

第三阶段（1986年～），全面深入开展新技术研究，实现了1.55 μm 单模光纤通信系统（SDH ），速率达2.5~10Gb/s ，无中继距离为100～150km ；1996年后，研发波分复用光纤通信系统（WDM ），每波长传输速率10或40Gb/s 及光波网络。

1.2 光波波谱

光波是电磁波，其波长在微米级、频率为1014Hz 数量级。由图1.1光电磁波波谱图中可以看出，红外线、可见光、紫外线均属于光波的范畴。目前光纤使用的波长范围是在近红外区内。光纤通信初期，根据光纤的本征特性光纤通信波长使用0.85μm 、1.31μm 和1.55μm 三个窗口。目前由于光纤技术的飞速发展，新一代光纤已突破了三个低衰耗窗口的瓶径，实现了全波段使用（1260nm-1625 nm ）。光纤通信新材料和新技术的应用，提高了光波可利用率，使光纤通信容量大幅度提高。

图1.1 光电磁波波谱图

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1.3 光纤通信的特点和系统分类

光纤通信能够飞速发展，是因为和其它通信手段相比，具有无以伦比的优越性。

1.3.1 光纤通信的主要优点

1、频带宽、通信容量大

一根光纤的带宽在理论上能容纳107路4MHZ的视频或1010路的4KHZ音频，而同轴电缆带宽为60MHZ，能传输104路4KHZ音频，光纤带宽为同轴电缆的100万倍。按话路计算一对光纤按目前的2.5Gb/s的通信系统计算，就可达到28800个话路。加上密集波分后话路将非常可观。

2、损耗低，传输距离远

目前光纤采用的SiO2玻璃介质，纯净度很高，光纤损耗极低。光纤平均损耗在0.2～0.4db/km，中继距离达几十、上百公里。

3、信号串扰小，保密性能好

由于光波具有良好的相干性，随着光器件的不断进步，不同光纤的光信号、同根光纤的不同波长间不会产生干扰，因此，光纤通信比传统的无线和其他有线通信具有更好的保密效果。

4、抗电磁干扰，传输质量佳

由于光纤是非金属的介质材料，且传输的是光信号，因此，它不受电磁干扰，传输质量较好。

5、尺寸小、重量轻，便于敷设和运输

由于光纤的纤芯直径仅125微米，经过表面涂覆后尺寸为0.25mm，制成光缆后，直径一般为十几毫米;要比电缆线径细，重量轻，这样在长途干线或市内线路上，空间利率高，且便于制造多芯光缆。

6、材料来源丰富，环境适应性强

光纤的制造材料SiO2在自然界中的含量非常丰富，这与电缆制造中大量消耗铜这种有色金属有着天壤之别。

由于光纤是由石英玻璃制成，石英玻璃的熔点在2000度以上，而一般明火的温度在1000度左右，因此，光纤耐高温，化学稳定性好，抗腐蚀能力强，不怕潮湿，可在有害气体环境下工作。

1.3.2 光纤通信的主要缺点

光纤通信与传统的电缆相比，也存在以下几个特殊问题。

1、光纤性质脆，需要涂覆加以保护。此外，为了能承受一定地敷设张力，在光纤结构上需要多加考虑。

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中国网络通信集团公司 8 2、对切断和连接光纤时，需要高精度技术和仪表器具。

3、光路的分路、耦合不方便。

4、光纤不能输送中继器所需要的电能。

5、弯曲半径不宜太小。尽管存在上述问题，但是从目前技术上来说，都可以克服的，不影响光纤的广泛应用。

1.3.3 光纤通信系统主要分类

1、按波长分类

（1）短波长光纤通信系统，工作波长在0.8－0.9 μm 范围，典型值为0.85μm 。这种系统的中继间距离较短，目前使用较少。

（2）长波长光纤通信系统，工作波长1.0－1.6μm 范围，通常采用1310nm-1550nm 两种波长。这类系统的中继距离较长，尤其是在1550nm 波长，利用单模光纤传输时，中继距离可达100km 。

（3）超长波长光纤通信系统，采用非石英系光纤。

2、按光纤的模式分类

（1）多模光纤通信系统，采用石英多模梯度光纤作为传输介质，因传输频率受到限制，一般应用于155Mbit/s 以下的系统。

（2）单模光纤通信系统，采用石英单模光纤作为传输介质，传输容量大，距离长，目前多采用这种类型。

1.4 光纤通信系统的基本构成

1.4.1 光纤通信过程

光纤通信过程：光发送端机将已调制的光波送入光导纤维，经光导纤维传送至光接收端机。光接收端机是将信号变换成电信号的光接收机。光信号经过光纤传输到达接收端，首先经光电二极管（PLN ）或雪崩光电二极管（APD ）检波变为电脉冲，然后经放大、均衡、判断等适当处理，恢复为送入发送端时的电信号，再送至接收电端机。它与一般通信过程所不同的主要两点：一是传输光信号；二是利用光纤作为媒质传输手段。基本光纤通信系统组成如图1.2所示。

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图1.2 基本光纤通信系统组成图

1.4.2 光纤通信系统工作原理

光纤传输系统是数字通信的理想通道。与模拟通信相比较，数字通信有很多的优点，如灵敏度高、传输质量好。下面简单介绍光纤通信系统的工作原理。

1、光源

光源是光发射机的关键器件，功能是把电信号转换为光信号。光源的要求是：寿命长；有足够的输出光功率；电光转换效率应不低于当前半导体电子器件的转换效率；发射波长必须在低损耗传输窗口附近；发光面积和光束的发散角要小，谱线宽度要狭窄。光纤通信广泛使用的光源主要有半导体激光二极管（又称激光器(LD)）和发光二极管(LED) ，有些场合也使用固体激光器。

（1）半导体激光器(LD)是向半导体PN 结注入电流， 实现粒子数反转分布，产生受激辐射，再利用谐振腔的正反馈，实现光放大而产生激光振荡的。输出光功率大，谱窄，波长稳定，长寿命，价高，适用于大容量、长距离传输系统。

（2）发光二极管(LED)是自发辐射光，输出光功率小，谱宽，稳定，长寿命，价低，适用于小容量、短距离传输系统。

2、光电检测器

在光纤通信系统中，光电检测器是把光纤输出的光信号转换为电信号的光电子器件。它是光接收机的关键元件，对光接收机的灵敏度和延长通信距离有着重要的影响。对光电检测器的要求是：高效率，低噪音，有足够高的响应速度和足够的带宽，在工作波长上有足够高的灵敏度，具有接收弱信号的能力；有良好的温度特性；工作电压尽量低，使用简单；体积小，寿命长。目前光纤通信常采用半导体光电检测器，如PN 结光电二极管，PIN 光电二极管和APD 雪崩光电二极管等。

（1）光电二极管(P Ｎ)是由PN 结构成，在入射光作用下，由于受激吸收过程产生电子－空穴对运动，在闭合电路中形成电流的器件。

（2）PIN 光电二极管是为改善器件的特性，在PN

结中间设置一层掺杂浓度很低

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中国网络通信集团公司 10 的本征半导体(称为I)的光电二极管。PIN 光电二极管大幅度提高了光电转换效率和响应速度

（3）雪崩光电二极管(APD)是增加电压使光入射到PN 结产生电子加速运动，高速运动的电子和晶格原子相碰撞， 使晶格原子电离，产生新的电子－空穴对。新产生的二次电子再次和原子碰撞。如此多次碰撞，产生连锁反应，致使载流子雪崩式倍增的器件。

APD 是有增益的光电二极管，适用于光接收机灵敏度要求较高的场合，APD 有利于延长系统的传输距离。灵敏度要求不高的场合，一般采用PIN 或PN 。

3、电端机

电端机将模拟的话音信号通过脉冲编码调制，变成数字信号，再通过数字复接技术，将多路PCM 信号变成一路基群信号进行传送，及将收到的PCM 基群信号通过相反的处理还原成模拟话音信号的一种设备。主要任务是PCM 编码和信号的多路复用。

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不断调制而产生。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PCM （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。

（1）抽样是指从原始的时间和幅度连续的模拟信号中离散地抽取一部分样值，变换成时间和幅度都是离散的数字信号的过程。

（2）量化是抽样所得的无限多幅度的连续样值信号通过一个量化器，把无限多幅度变为有限的M 种（M 为整数）。由于在量化的过程中幅度取了整数，所以量化后的信号与抽样信号之间有一个差值（称为量化误差），使接收端的信号与原信号间有一定的误差，这种误差表现为接收噪声，称为量化噪声。码位数M 越多，分级就越细，误差越小，量化噪声也越小。

（3）编码是指按照一定的规则将抽样所得的M 种信号用一组二进制或者其它进制的数来表示，每种信号都可以由N 个二进制数来表示，M 和N 满足M=2N 。例如如果量化后的幅值有8种，则编码时每个幅值都需要用3个二进制的序列来表示。需要注意的是，此处的编码仅指信源编码，和后面提到的信道编码是有所区别的。

（4）多路复用是指将多路信号组合在一条物理信道上进行传输，到接收端再用专门的设备将各路信号分离出来，多路复用可以极大地提高通信线路的利用率。多路复用技术包括：频分多路复用（FDM ）、时分多路复用（TDM ）、波分多路复用（WDM ）、码分多址（CDM A ）和空分多址（SDMA ）。

①频分多路复用（FDM ）：当信道带宽大于各路信号的总带宽时，可以将信道分割成若干个子信道，每个子信道用来传输一路信号。或者说是将频率划分成不同的频率段，不同路的信号在不同的频段内传送，各个频段之间不会相互影响，所以不同路的信号可以同时传送。

②时分多路复用（TDM ）：当信道达到的数据传输率大于各路信号的数据传输率总

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和时，可以将使用信道的时间分成一个个的时间片（时隙），按一定规则将这些时间片分配给各路信号，每一路信号只能在自己的时间片内独占信道进行传输，所以信号之间不会互相干扰。

③波分多路复用（WDM）：在一根光纤中同时传输几个不同波长的光信号。复用器是将若干不同波长的光信号分开或合并的器件，有熔锥型、棱镜色散型、光栅色散型、干涉滤光型等。

④码分多址（CDMA）：这种技术多用于移动通信，不同的移动台（或手机）可以使用同一个频率，但是每个移动台（或手机）都被分配带有一个独特的"码序列"，该序列码与所有别的"码序列"都不相同，所以各个用户相互之间也没有干扰。因为是靠不同的"码序列"来区分不同的移动台（或手机），所以叫做"码分多址"（CDMA）技术。

⑤空分多址（SDMA）：这种技术是利用空间分割构成不同的信道。举例来说，在一颗卫星上使用多个天线，各个天线的波束射向地球表面的不同区域。地面上不同地区的地球站，它们在同一时间、即使使用相同的频率进行工作，它们之间也不会形成干扰。

4、光发送机

光发送机的的作用是将输入的电信号变成光信号送入光纤进行传输。从PCM设备（电端机）送来的电信号是适合PCM传输的码型，如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。

光发送机主要是由光源器件和使光源器件工作的调制、驱动电路两大部分组成。光发送机组成如图1.3所示

图1.3光发送机组成图

调制/解调技术是将一种数据形式转换成适合于在信道上传输的某种电信号形式。

线路编码：又称信道编码，其作用是消除或减少数字电信号中的直流和低频分量，丰富时钟信号，以便于在光纤中传输、接收及监测。

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