光纤通信毕业设计

因为计算机技术的广泛应用，以及社会对于将计算机结成网络以实现资源共享的要求日益增长，所以计算机和计算机之间的通信技术需求也非常高。

而光纤通信技术使得计算机与计算机之间的通信得到重大的突破，计算机光纤通信技术逐渐得到了认可和普及应用。

通过学习《光纤通信系统》课程知识，按照老师所布置的要求，完成一个光纤通信系统工程作为这门课程的毕业设计。

这次毕业设计的主要任务是设计一个方案，使得学校实训楼到学习8幢宿舍之间开通一套34MB/S光纤系统。

使得两幢大楼之间实现正常的通信。

在设计过程中首先要选择适合的走线线路，使施工过程简单化和工程造价尽量减到最低，同时也达到预期效果。

而且要计算线路的总长度和光缆的长度、光纤使用的芯数，而且要根据实际情况选择适合的光纤、光缆和光端机。

最后写出具体的实施方案、工程造价、光通保护、光端机安装后系统调测，并且说明如何对工程施工质量进行控制。

通信是指人与人之间通过某种媒体进行的信息交流与传递。

从广义上说，无论采用何种方法，使用何种媒质，只要将信息从一地传送到另一地，均可称为通信。

从古到今人类的通信就重来没有停止过一天，而且通信技术也日渐提高。

从基本语言交流开始到文字之间的信息交流。

从古代的烽火台、击鼓、驿站快马接力、信鸽、旗语等，到现代的电报、电话、电子邮件.......。

通信技术的提高拉近了人与人之间距离，使得人与人之间的信息交流越来越方便、快捷。

在新一代超高速光线通信系统中，最具代表性的成就事指在2000年，光波分复用系统使用波分复用技术在一根光纤上实现了3.28Tb/s的传输速率。

光波分复用的突出优点是可有效地利用单模光纤地损耗区所带来的巨大带宽资源，明显提高系统的传输容量，同时将相应增加的成本降到很低的程度。

目前，“掺铒光纤放大器+密集波分复用+非零色散光纤+光子集成”正成为国际上长途高速光纤通信线路的主要技术方向。

同时，光交叉链接设备和光分插复用设备以及基于波长选路的密集波分复用全光网正在大力研究和试验。

此外，新型的光器件，新兴的技术和新型的系统也都层出不穷，并获得迅速发展。

第一章概论
1.1光纤通信发展史
80年代一项最重要的技术发展是光纤通信成为一个主要的国际性产业。

用光纤敷设的总长度可以表明其发展的程度。

据估计，截止2001年底，全世界敷设的光纤总长度就达3.81亿英里。

1955年，英国科学家卡帕尼，发明了玻璃光导纤维。

1960年被称为光纤之父的华人高锟等人首先提出了用低吸收的光纤做光通信。

1970年，美国的柯林公司做出了每公里20分贝的低损耗光纤，贝尔实验室研制成功室温连续运转的半导体激光器，这奠定了光纤通信的基础。

七八年以后，美国在芝加哥市首先开辟了第一条光纤通信线路。

再过10年左右，1.55微米波长的光纤损耗率低到0.2个分贝每公里，这样低的损耗就可以传输很远。

在同年，英国的南安普敦大学，发明了掺铒光纤放大器。

1989年美国首次进行了波分复用的光通信实验，是四个频道的，四个通道。

1998年，美国实现了密集波分复用的长途光通信，它的传输速率达到每秒一个太比特，从此，我们就进入了这样一个高速的时代，太比特的时代。

中国光通信的历史是在20世纪80年代的上海首先铺设了一条1.8公里的数字光通信线路。

20世纪80年代投资的武汉邮电研究院，研制光纤的器件和光纤本身，现在也成为光纤器件的一个最大的研究单位。

1995年到1998年，上海交大完成了九五项目，四个节点的全光城域网、实验网。

20世纪90年代起，全国各地都普遍铺设和使用单路的光纤通信线路，截止到2004年底，全国敷设光纤总长度已超过350万公里。

2000年底中国网通公司建成了3400公里的波分复用的光纤通信网；2001年完成了863项目，中国高速示范网；2000年，国家自然科学基金资助了一个项目，中国高速互联研究实验网。

现在，我们国内有很多的公司可以批量生产光纤通信的系统和器件。

1.2光纤通信的优点
光纤通信之所以受到人们的极大重视，这是因为和其它通信手段相比，具有无以伦比的优越性。

1. 通信容量大
从理论上讲，一根仅有头发丝粗细的光纤可以同时传输1000 亿个话路。

虽然目前远远未达到如此高的传输容量，但用一根光纤同时传输24 万个话路的试验已经取得成功，它比传统的明线、同轴电缆、微波等要高出几十乃至上千倍以上。

一根光纤的传输容量如此巨大，而一根光缆中可以包括几十根甚至上千根光纤，如果再加上波分复用技术把一根光纤当作几根、几十根光纤使用，其通信容量之大就更加惊人了。

2. 中继距离长
由于光纤具有极低的衰耗系数（目前商用化石英光纤已达0.19dB/km 以下），若配以适当的光发送与光接收设备，可使其中继距离达数百公里以上。

这是传统的电缆（1.5km）、微波（50km）等根本无法与之相比拟的。

因此光纤通信特别适用于长途一、二级干线通信。

据报导，用一根光纤同时传输24 万个话路、100 公里无中继的试验已经取得成功。

此外，已在进行的光孤子通信试验，已达到传输120 万个话路、6000 公里无中继的水平。

因此，在不久的将来实现全球无中继的光纤通信是完全可能的。

3. 保密性能好
光波在光纤中传输时只在其芯区进行，基本上没有光“泄露”出去，因此其保密性能极好。

4. 适应能力强
适应能力强是指，不怕外界强电磁场的干扰、耐腐蚀，可挠性强（弯曲半径大于25厘米时其性能不受影响）等。

5. 体积小、重量轻、便于施工维护
光缆的敷设方式方便灵活，既可以直埋、管道敷设，又可以水底和架空。

6. 原材料来源丰富，潜在价格低廉
制造石英光纤的最基本原材料是二氧化硅，即砂子，而砂子在大自然界中几乎是取之不尽、用之不竭的。

因此其潜在价格是十分低廉的。

第二章光通信系统
2.1光纤的介绍
2.1.1光纤概念
光纤即为光导纤维的简称。

光纤通信是以光波作为信息载体，以光纤作为传输媒介的一种通信方式。

从原理上看,构成光纤通信的基本物质要素是光纤、光源和光检测器。

光纤除了按制造工艺、材料组成以及光学特性进行分类外，在应用中,光纤常按用途进行分类，可分为通信用光纤和传感用光纤。

传输介质光纤又分为通用与专用两种,而功能器件光纤则指用于完成光波的放大、整形、分频、倍频、调制以及光振荡等功能的光纤，并常以某种功能器件的形式出现。

光纤是由两大部分组成的，第一部分为纤芯，纤芯区域完成光信号的传输。

第二部分为包层，包层则是将光封闭在纤芯内，并保护纤芯,增加光纤的机械强度。

目前，通信光纤的纤芯和包层的主体材料都是石英玻璃，但两区域中掺杂情况不同，因而折射率也不同。

纤芯的折射率一般是1.463～1.467，包层的折射率是1.45～1.46左右。

也就是说，纤芯的折射率比包层的折射率稍微大一些。

这就满足了全反射的一个条件。

当纤芯内的光线入射到纤芯与包层的交界面时，只要其入射角大于临界角，就会在纤芯内发生全反射，光就会全部由交界面偏向中心。

当碰到对面交界面时，又全反射回来，光纤中的光就是这样在芯包交界面上，不断地来回全反射，传向远方，而不会漏射到包层中去
2.1.2光纤的主要特性
物理特性：在计算机网络中均采用两根光纤（各用于不同传输方向）组成传输系统。

按波长范围（近红外范围内）可分为3种，即0.85μm短波长区（0.8～0.9μm）、1.3μm长波长区（1.25～1.35μm）和1.55μm长波长区（1.53～1.58μm）。

不同的波长范围光纤损耗特性也不同，其中0.85μm波长区为多模光纤通信方式，1.55μm波长区为单模光纤通信方式，1.3μm 波长区有多模和单模两种方式。

传输特性：光纤通过内部的全反射来传输一束经过编码的光信号，内部的全反射可以在任何折射指数高于包层媒体折射指数的透明媒体中进行。

光纤的数据传输率可达Gbps级，信号损耗和衰减非常小，传输距离可达数十公里，是长距离传输的理想传输介质。

连通性：光纤普遍用于点到点的链路。

由于光纤具有功率损失和衰减小的特性，以及有较大的带宽潜力，因此一段光纤能够支持的分接头数比双绞线或同轴电缆多得多地理范围：从目前的技术来看，光纤可以在6km～8km的距离内不用中继器传输，因此光纤适合于在几个建筑物之间通过点到点的链路连接局域网络。

抗干扰性：光纤具有不受电磁干扰或噪声影响的独有特征，适宜在长距离内保持高数据传输率，而且能够提供很好的安全性。

由于光纤通信具有损耗低、频带宽、数据传输率高和抗电磁干扰强等特点，对高速率、距离较远的局域网也是很适用的。

目前采用波分复用（Wavelength Division Multiplexing，WDM）技术可以在一条光纤上复用多路传输，每路使用不同的波长。

2.1.3光纤的型号介绍。

通信光纤具体分为G.651、G.652、G.653、G.654、G.655和G.656六个大类和若干子类。

(1) G.651类是多模光纤，IEC和GB/T又进一步按它们的纤芯直径、包层直径、数值孔径的参数细分为A1a、A1b、A1c和A1d四个子类。

(2) G.652类是常规单模光纤，目前分为G.652A、G.652B、G.652C和G.652D四个子类,IEC 和GB/T把G.652C命名为B1.3外，其余的则命名为B1.1。

(3)G.653光纤是色散位移单模光纤，IEC和GB/T把G.653光纤分类命名为B2型光纤。

(4)G.654光纤是截止波长位移单模光纤，也称为1550nm性能最佳光纤，IEC和GB/T 把G.654光纤分类命名为B1.2型光纤。

(5)G.655类光纤是非零色色散位移单模光纤，目前分为G.655A、G.655B和G.655C三个子类，IEC和GB/T把G.655类光纤分类命名为B4类光纤。

2.2光端机的介绍
光端机，就是光信号传输的终端设备。

由于目前技术的提高，光纤价格的降低使它在各个领域得到很好的应用，因此各个光端机的厂家就好比是雨后春笋般发展起来。

但是这里的厂家大部分技术并不是完全成熟，开发新技术需要耗资和人力、物力等，这就产生厂家多是中小企业，各品牌也先后出现。

但是质量上还是差不多的，国外的光端机好但是价格昂贵，因此，国内厂家把生产光端机转型出路了，用来满足国内的需要。

光传输系统由光发送机、传输介质、光接收机三部分组成。

其中，光发送机与光接收机统称为光端机。

光端机是光纤通信系统中的光纤传输中断设备，它们位于电端机和光纤传输线路之间。

光端机就是将多个E1信号变成光信号并传输的设备，它的作用主要就是实现电-光和光-电转换。

光端机根据传输E1口数量的多少，价格也不同。

一般最小的光端机可以传输4个E1，前最大的光端机可以传输4032个E1。

2.2.1模拟光端机
模拟光端机采用了PFM调制技术实时传输图像信号，是目前使用较多的一种。

发射端将模拟视频信号先进行PFM调制后(一般有调频、调相、调幅几种方式，从而把模拟光端机分
成调频、调相、调幅等几种光端机)，再进行电-光转换，光信号传到接收端后，进行光-电转换，然后进行PFM解调，恢复出视频信号。

由于采用了PFM调制技术，其传输距离很容易就能达到30 Km左右，有些产品的传输距离可以达到60 Km，甚至上百公里。

并且，图像信号经过传输后失真很小，具有很高的信噪比和很小的非线性失真。

通过使用波分复用技术，还可以在一根光纤上实现图像和数据信号的双向传输。

2.2.2数字光端机
应用初期，模拟调频、调幅、调相光端机在市场上占有相当的比例，其传输方式是将基带的视频、音频、数据等信号调制在某一载频上，通过发射光端机进行光纤传输，然后通过另一端的接收光端机进行解调，恢复成相应的基带视频、音频、数据信号。

而国内、国外工程上开始大量应用的数字式光端机是将多路模拟基带的视频、音频、数据进行高分辨率数字化，形成高速数字流，然后将多路数字流进行复用，通过发射光端机进行发射，然后通过另一端的接收光端机进行接收，解复用，恢复成各路数字化信号，再通过数字模拟变换（A/D模数转换）恢复成模拟视频、音频、数据。

从目前市场情况来看，模拟光端机已逐步退出市场，而数字光端机如雨后春笋般开始在市场上普及，数字代替模拟，这也是光纤通信技术显著的历史发展趋势。

由于数字光端机具有传输信号质量高，没有模拟调频、调相、调幅光端机多路信号同传时交调干扰严重、容易受环境干扰影响、传输质量低劣、长期工作稳定性差的缺点，因此许多大型重点工程已普遍采用数字光端机。

数字图像光端机主要有两种技术方式，分别是MPEG II图像压缩数字光端机和非压缩数字图像光端机。

图像压缩数字光端机一般采用MPEG II图像压缩技术，它能将活动图像压缩成N×2Mbps的数据流通过标准电信通信接口传输或者直接通过光纤传输。

由于采用了图像压缩技术，它能大大降低信号传输带宽。

而非压缩数字图像光端机的原理就是将模拟视频信号进行A/D变换后和语音、音频、数据等信号进行复接，再通过光纤传输。

它用高的数据速率来保证视频信号的传输质量和实时性，由于光纤的带宽非常大，所以这种高数据速率也并没有对传输通道提出过高要求。

非压缩数字图像光端机能提供很好的图像传输质量(信噪比
大于60dB，微分相位失真小于2°，微分增益失真小于2%)，达到了广播级的传输质量，并且图像传输是全实时的。

由于采用数字化技术，在设备中可以利用已经很成熟的通信技术比如复接技术、光收发技术等，提高了设备的可靠性，也降低了成本。

2.2.3光缆的种类
光缆的种类很多，其分类的方法就更多，下面介绍一些习惯的分类：
(1)按敷设方式分有：自承重架空光缆、管道光缆、铠装地埋光缆和海底光缆。

(2)按光缆结构分有：束管式光缆、层绞式光缆、紧抱式光缆、带式光缆，非金属光缆和可分支光缆。

(3)按用途分有：长途通讯用光缆、短途室外光缆、混合光缆和建筑物内用光缆。

第三章材料选择
3.1距离的测量
经过我们的实地考察，大概了解了实训楼到8幢宿舍的走线距离，我们拟定了两种走线方案。

一种是从实训楼拉一条光缆到学校正门，然后再转向8幢宿舍。

而另一种是经学校南门再转向8幢宿舍。

第一种走线总长约为850米，第二种约为730米，为了便于光缆维护和线路畅通，所以计划两条线路同时铺设，合计总长1580米，同时为了避免特殊情况的发生，选择光缆的数量为1700米。

3.2光纤和光缆的选择
根据具体环境的分析，结合了自身经济的实际情况，我们选择了四芯室外多模光纤光缆，同时也细心挑选出两种相对合适的作为相对比和参照，参数如下：CommScope 4芯室内多模光缆(5200 004A MRSL) 基本规格
产品类型多模光纤
波长(nm)1300，850nm
纤芯数量 4
价格3元/ 米
规格50/125，62.5/125
CommScope 4芯室内多模光缆(5200 004A MRSL) 基本规格环境参数
工作温度(℃)-30 - 60℃
工作湿度0 - 90%
D-Link 4芯室外轻铠多模光缆(DFCAO62GST04) 基本规格
产品类型多模光缆
波长(nm)1300，850nm
纤芯数量 4
价格5元/米
规格50/125，62.5/125
D-Link 4芯室外轻铠多模光缆(DFCAO62GST04) 环境参数
工作温度(℃)-40 - 70℃
工作湿度0 - 90%
两种光缆的参数差别不大，但是前者价格比后者少了2元/米，因而决定选择CommScope 4芯室内多模光缆作为本次工程的施工光缆。

3.3光端机选择
现在简单介绍一下本次工程使用到的两种光端机，两种光端机的参数如下：
OLYCOMOM 8108-240B光端机
光端机类型PDH光端机
主
要
参
数
接口类型E1, RS232/RS485, 光接口, V.35
传输距离120Km
带宽330Hz-3400Hz
信噪比
>25dB 价格
1500元 信号阻抗
75Ω/120Ω E1口性能 速率: 2.048Mbit/s±50ppm
码型: HDB3码
阻抗: 75Ω(非平衡), 120Ω(平衡)
接口特性: 满足G.703、G.742和G.823标准
帧结构: 非成帧
光纤口性能 FC 接口
波长: 单模1310nm/1550nm, 多模850nm/1310nm
发送功率: 大于-10dBm
接收灵敏度: 优于-36dBm(误码率<10-11)
V.35口性能 速率: 2.048Mbps±30ppm
连接器: DB25
其他参数 电源电压 220VAC, -48VDC
温度(℃) 0°C - 50°C
湿度 95% (无冷凝)
外观尺寸
483×260×260mm 功能特点：
1.高度集成化设计，设备工作稳定，故障率极低。

2.E1端口采用数字式时钟恢复电路和数字式平台滑锁相电路。

3.供电电压可以选择-48V/+24V/110V/220V 提供过压、过流保护具有良好的电磁屏蔽性能。

4.抖动指标远优于通信标准。

5.利用光路带内通道监控对端设备,对端工作状态通过面版上指示灯显示
COCOM 16E1光端机
主要参数
设备类型纠错16E1光端机
接口类型纠错16路E1，1个RS232接口，1个网管接口，光接口带宽2MHz
信号阻抗75Ω/120Ω
其他参数
电源纠错220v/-48v
外观尺寸483×140×45mmmm
温度0°C ~ 50°C℃
湿度≤95%（无凝结）
功能特点：
16×E1光端机可以将16个2.048Mb/s的支路信号复接成42.224Mb/s的群路光信号，具有2个方向的光接口。

该设备集成了PDH 设备的新技术和SDH设计思想，支持最新的国际标准和国家标准。

提供三路接口类型可选的数据通道及一路公务电话，具备完善的告警和网管功能。

可组建经济、灵活的多业务混合网。

可应用于交换机局间中继、局域网数据传输、大用户出租业务2M接入、住宅小区/智能大厦宽带接入、移动基站、寻呼台站的连接等。

HM-P480 16×E1光端机可直接安装在19机架上，采用机架结构时可实现集中网管，集中供电。

第四章具体的实施方案
4.1光缆施工特点
在建筑物中凡是敷设电缆的地方均能敷设光缆。

例如干线，可敷设在弱电间内。

敷设光缆的许多工具和材料也与电缆相似。

但是，两者之间也有如下的重要
区别：
首先，光纤的纤芯是石英玻璃的，非常容易弄断。

因此在施工弯曲时决不允许超过最小的弯曲半径。

其次，光纤的抗拉强度比铜线小。

因此在操纵光缆时，不允许超过各种类型光缆的拉力强度。

如果在敷设光缆时违反了弯曲半径和抗拉强度的规定，则会引起光缆内光纤纤芯的石英玻断璃裂，致使光缆不能使用。

为了满足弯曲半径和抗拉强度，在施工的时候，光缆通常是绕在卷轴上。

为了使卷轴转动以便拉出光缆，该卷轴可装在专用的支架上。

光缆的弯曲半径至少应为光缆外径的15倍(指静态弯曲，动态弯曲要求不小于30倍)。

放线总是从卷轴的顶部去牵引光缆，而且是缓慢而平稳地牵引，而不是急促地抽拉光缆。

用线(或绳子)将光缆系在管道或线槽内的牵引绳上，再牵引光缆。

用什么方式来牵引将依赖于作业的类型、光缆的重量、布线通道的质量(在有尖拐角的管道中牵引光缆就比在直的管道中牵引光缆困难)，以及管道中其他线缆的数量。

光缆光纤和电缆导线的接续方式不同。

铜芯导线的连接操作技术比较简单，不需较高技术和相应设备，这种连接是电接触式的，各方面要求均低。

光纤的连接就比较困难，它不仅要求连接处的接触面光滑平整，且要求两端光纤的接触端中心完全对准，其偏差极小，因此技术要求较高，且要求有较高新技术的接续设备和相应的技术力量，否则将使光纤产生较大的衰减而影响通信质量。

4.2光缆的施工要求
1复测
(1)核对光缆路由走向、敷设方式及接头位置。

(2)复测路由地面距离，为光缆配盘、分配及敷设提供必需的资料。

2光缆留长
在现有管道内敷设光缆，为确保光缆安全，预留光缆尽量盘留在通信管道的人(手)孔内，基站留长按15米预留，冗余留长按15‰。

预留，接头留长按10米／侧预留。

为方便维护，放缆时应以接头井为1#，安顺序类推，逢5、10、15 (5)
的倍数手孔，应安20m作预留。

3光缆检验
(1)施工单位在开工前应对运到工地的光缆、器材的规格、程式进行数量清点和外观检查，如发现异常应重点检查。

对光缆、连接器等还应进行光学特性、电特性的测试。

(2)核对单盘光缆规格、程式及制造长度应符合订货合同规定的要求。

(3)光缆开头检验时，应核对光缆外端的端别，并在缆盘上做醒目标注。

光缆端别的识别方法应符合下列规定：面对光缆截面，由领示色光纤按／顺时针排列时为A端，反之为B端。

(4)光缆现场检验光纤衰减常数、光纤长度。

(5)单盘光缆检验完毕后应恢复光缆端头密封包装及光缆盘包装。

(6)光纤连接器应具有良好的重复性和互换性。

尾纤的长度应符合设计要求、外皮无损伤。

尾纤各项参数应符合合同规定。

连接器的损耗应符合合同规定。

4光缆敷设
(1)新建管道内光缆均采用硬塑料管保护，塑料管一次布放的长度以方便光缆穿放为原则。

(2)光缆弯曲半径应不小于光缆外径的10倍，施工过程中不小于20倍。

(3)布放光缆的牵引力应不超过光缆允许的张力80％，瞬时最大牵引力不得超过光缆允许张力的100％，牵引力应加在光缆的加强件(芯)上。

光缆布放过程中应无扭转，严禁打小圈、浪涌等现象发生。

(4)布放光缆必须严密组织并有专人指挥，牵引过程中应有良好联络手段。

光缆布放完毕，应检查光纤是否良好。

光缆端头应做密封防潮处理，不得浸水。

(5)光缆穿入管道或管道拐弯或有交*时，应采用导引装置或喇叭保护管，不得损伤光缆外护层，光缆一次牵引长度一般不应大于1000米，超长时应采用∞字分段牵引。

(6)光缆放置在规定的托架上，并应留适当余量，避免光缆绷的太紧。

接头所在人(手)孔内的光缆预留后应符合设计要求。

预留光缆应按规定的位置妥善放置。

(7)架空光缆的预留在接头杆处预留,其两侧电杆作适当预留，预留长度15--20m；过河架空光缆，河宽大于30m的河流两岸各余留15—20m，架空段每10个杆档光缆余留15-20m。

过河光缆余留在河岸的第一根杆子的邻杆上：接头余留应在接头杆上，各个接头点余留10m。

5光缆的保护
(1)人(手)孔内的光缆采用蛇型软管(或塑料软管)保护，并绑在电缆托架上。

(2)所选用的管孔必须清洁、干净。

6站内光缆
(1)站内光缆应做标志，以便识别。

光缆在站内应选择安全位置，当处于易受外界损伤位置时，应采用保护措施。

(2)光缆路由经走线架，拐弯点时应绑扎。

上下走道或爬墙的绑扎部位，应垫以胶管，避免光缆受损伤。

(3)站内光缆成端后，必须在ODF箱前面板粘贴配纤示意图。

7光缆的接续及安装
(1)一般规定
A光缆接续内容包括：光缆接续，护层和力口强芯的连接，接头损耗的测量，接头盒的封装以及接头保护的安装。

B 光缆接续前应核对光缆程式和接头位置并根据接头预留长度的要求留足光缆。

C 按光缆端别核对光纤并编号作永久性标志。

D 光纤接续环境必须整洁，应在工作车内或有遮盖物的环境中操作，严禁露天作业。

E 光纤接续应连续作业，以确保接续质量。

采取措施，不得让光缆受潮。

(2)光缆接续
A 光缆接续的全部过程应采取质量监视。