光通信基础知识

通信波段划分及相应传输媒介
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频段 划分
电力、电话
无线电、电视
AM无线电 同轴电缆 双铰线
FM无线电
微波
卫星/微波
红外
可见光
光纤/ 无线激 光
传 输 介 质
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2 光缆
单芯光缆结构图
多芯光缆结构图
（1）室内光缆
• 室内紧护套型光缆
（1）室内光缆
• 室内/外铠装光缆
（2）室外光缆
①室外松护套全干式光缆
②室外松套管充油式光缆(凝胶填充缓冲护套）
（2）室外光缆
③ 室外中心套管光缆
（四）光纤连接器件
1 光纤配线设备
– 光纤配线设备是光缆与光通信设备之间的配线 连接设备，用于光纤通信系统中光缆的成端和 分配，可方便地实现光纤线路的熔接、跳线、 分配和调度等功能。 – 光纤配线设备有机架式光纤配线架、挂墙式光 纤配线盒、光纤接续盒和光纤配线箱等类型， 可根据光纤数量和用途加以选择
反射
折射
反射与折射同 时发生
全反射视频
光通信中波段
光源
第一代 第二代 第三代 第四代 未来 850nm LED
光纤，损耗
MMF, 3.6dB/km
标志
几十Mbit/s, 几十km
1310nm LED,LD
MMF, 0.5dB/km
140Mbit/s, 20~50km
13Hale Waihona Puke Baidu0nm LED,LD
SMF, 0.5dB/km
1光纤
（2）光纤的分类 ② 按传输模式分类
单模光纤和多模光纤的特性比较 比 较 项 目 速度 距离 单 模 光 纤 高速度 长距离 多 模 光 纤 低速度 短距离
成本
其他性能
成本高
窄芯线，需要激光源，聚 光好，耗散极小，高效
成本低
宽芯线，耗散大，低 效
1光纤
（3）光纤通信系统组成
1光纤
（2）光纤的分类 ③ 按工作波长分
1光纤
（2）光纤的分类 • 从材料成分分类
– 玻璃光纤：纤芯与包层都是玻璃，损耗小，传输 距离长，成本高； – 胶套硅光纤：纤芯是玻璃，包层为塑料，特性同 玻璃光纤差不多，成本较低； – 塑料光纤：纤芯与包层都是塑料，损耗大，传输 距离很短，价格很低。多用于家电、音响，以及 短距的图像传输。
1光纤
50km
1550nm LD
SMF, 0.2dB/km 相干光通信
1550nm LD
SMF, 0.2dB/km
光端机结构（光收发器）
光纤
LD
光纤接口 波分复用器 光信号 1550
DC
PD
光纤接口
LD
DC
PD
波分复用器 光信号 光信号 探测 器 1310
1310/1550
1310/1550
光信号
探测 器
（2）光纤的分类 ② 按传输模式分类
– 按光在光纤中的传输模式可分为：单模光纤和多模光纤 – 所谓“模”是指以一定角速度进入光纤的一束光。单模光 纤采用固体激光器作为光源，多模光纤则采用发光二极管 作为光源。 – 多模光纤允许多束光在光纤中同时传播，从而形成模分散， 模分散技术限制了多模光纤的带宽和距离，因此，多模光 纤的芯线粗、传输速度低、距离短、整体的传输性能差， 但其成本比较低，一般用于建筑物内或地理位置相邻的环 境。 – 单模光纤只能允许一束光传播，所以单模光纤没有模分散 特性，因而，单模光纤的纤芯相应较细、传输频带宽、容 量大、传输距离长，但因其需要激光源，故成本较高，通 常在建筑物之间或地域分散时使用。
1光纤
（2）光纤的分类 ② 按传输模式分类
– 单模光纤（Single Mode Fiber，SMF）的纤芯直径很小， 在给定的工作波长上只能以单一模式传输，传输频带宽 且传输容量大。光信号可以沿着光纤的轴向传播，因此 光信号的损耗很小，离散也很小，传播的距离较远。单 模光纤PMD规范建议芯径为8～10 µm，包层直径为125 µm 。在导入波长上分单模1 310 nm和1 550 nm（常 用）。 – 多模光纤（Multi Mode Fiber，MMF）是在给定的工作波 长上，能以多个模式同时传输的光纤。多模光纤的纤芯 直径一般为50～200 µm，而包层直径的变化范围为125～ 230 µm。国内计算机网络一般采用的纤芯直径为62.5 µm， 包层为125 µm ，也就是通常所说的62.5 µm。与单模光纤 相比，多模光纤的传输性能较差。在导入波长上多模 850 nm和1 300 nm（常用）。
公安业务常用光通信拓扑
室内配线
室外终端
传输光路由及汇接
室内光终端
（四）光纤连接器件
1 室外终端
配线盒
壁挂式 室内箱
机架式 室内箱
（四）光纤连接器件
1 光纤接继
光纤接续盒
1 光纤接继
分光器(PON)
（四）光纤连接器件
1 光纤接继
光纤跳接箱
（四）光纤连接器件
1 室内光纤配线设备
光铜合一配线 架
光通信
光的基本特性
光的基本特性
• 定义：光只是电磁波谱上的某一段频谱。光是 一种人类眼睛可以见的电磁波（可见光谱）。 光是由一种称为光子的基本粒子组成。具有粒 子性与波动性，或称为波粒二象性。《维基百 科》 • 特性：光是能量的一种传播方式。光源所以发 出光，是因为光源中原子的运动。有三种方式： 热运动、跃迁辐射或受激辐射。前者为生活中 最常见的，比如电灯和火焰；后者多应用于激 光。
485接口 九芯座
双工器
直放站
LNA PA
基站 双工器 天线
射频输出
(三) 光缆
1光纤 （1）光纤的物理结构
– 包层的外径一般为125μm(一根头发平均100μm)， 在包层外面是5~40 m涂覆层，涂覆层的材料是 环氧树脂或硅橡胶。 – 光纤的基本结构分三种：62.5/125、50/125、 9/125。常用的62.5/125μm多模光纤，纤芯外径 是62.5μm，加上包层后外径是125μm。纤芯和包 层是不可分离的，纤芯与包层合起来组成裸光纤。
– 光纤传输的是光波。光的波长范围为：可见光部 分波长为390--760nm(毫微米),大于760nm部分是 红外光，小于390nm部分是紫外光。光纤通信中 应用的红外光。 – 按光纤的工作波长分类，有短波长光纤、长波长 光纤和超长波长光纤。多模光纤的工作波长为短 波长850nm和长波长1300nm，单模光纤的工作波 长为长波长1310nm和超长波长1550 nm。
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自由空间波长（m）
光的物理特性
• 直线传输：光是直线运行的，也不需要任何介质 （在引力场的影响下，光的传播路径会发生偏折， 最显著的就是黑洞的影响） • 反射：光线遇另一介质时入射光反回原介质的情形 • 折射：光从不同密度的介质穿过时发生的偏折现象 为折射 • 全内反射：全内反射是光折射的一个特殊情况，当 光线由密度较高的介质（光密）到密度较低的介质 （光疏）且入射角大于临界时，即 ，则只有反射光 线，没有折射光线，这现象是为全内反射，光纤就 是应用这现象来运作
激光 器
激光 器
射频输出
射频输入
射频输入
监控 部分
FSK输出
监控 部分
FSK输出
FSK输入 CPU
LNA
FSK输入 CPU
射频信号
LNA
射频信号
LNA
接口控制
数字信号
ALC
射频信号 SMAFEMALE SMAFEMALE
接口控制
数字信号
ALC
射频信号 SMAFEMALE
SMAFEMALE
485接口 九芯座
2 光缆
• 光纤传输系统中直接使用的是光缆而不是光纤。 • 光纤最外面常有100μm厚的缓冲层或套塑层，套塑层的 材料大都采用尼龙、聚乙烯或聚丙烯等塑料。套塑后的 光纤（称为芯线）还不能在工程中使用，必须把若干根 光纤疏松地置于特制的塑料绑带或铝皮内，再被涂覆塑 料或用钢带铠装，加上外护套后才成光缆。 • 光缆中有1根光纤（单芯）、2根光纤（双芯）、4根光 纤、6根光纤、甚至更多光纤的（48根光纤、1000根光 纤等），一般单芯光缆和双芯光缆用于光纤跳线，多芯 光缆用于室内室外的综合布线。 • 缓冲层有松缓冲层（loose tube）和紧缓冲层两种
2 光纤连接器（Fiber Connector）
SC、
ST、
FC光纤连接器
LC型光纤连接器
2 光纤连接器（Fiber Connector）
3 光纤适配器（耦合器）
各种接口类型的光纤适配器板
6 光纤适配器模块和光纤面板
大型光纤配线箱
1 室内光纤配线设备
机架式ODF
2 光纤连接器（Fiber Connector）
• 光纤连接器按连接头结构可分为：SC、ST、FC、LC、D4、DIN、MU、 MT等等各种型式； • 按光纤端面形状分有FC、PC（包括SPC或UPC）和APC型； • 按光纤芯数分还有单芯、多芯（如MT-RJ）型光纤连接器之分 • 传统主流的光纤连接器品种是SC型（直插式）和ST型（卡扣式）、FC 型（螺纹连接式）3种 • 小型化（SFF）光纤连接器是满足用户对连接器小型化、高密度连接 的使用要求而开发出来的。它占有的空间只相当传统ST和SC连接器的 一半 • SFF光纤连接器有四种类型：美国朗讯公司开发的LC型连接器、日本 NTT公司开发的MU型连接器、美国Tyco Electronics和Siecor公司联合开 发的MT-RJ型连接器、3M公司开发的Volition VF－45型连接器等。