光纤通信基础知识

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光纤的三个低损耗窗口
目前使用的光纤绝大部分都是基于二氧化硅（SiO2）材质的光纤，这种光纤在 红外波段有三个低损耗窗口，分别为：
0.85 μm（850nm）窗口； 1.31 μm（1310nm）窗口； 1.55μm（1550nm）窗口；
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按光缆敷设条件分：架空、管道、直埋和水底光缆
按光缆使用环境场合分：室外光缆、室内光缆 层绞式：一般采用中心加强件来承受张力，光纤环绕在中心加强件周围，并以一定节距绞合
成缆； 骨架式：在中心加强件外面制一个带螺旋槽的聚乙烯骨架，一次涂敷的光纤置于骨架的槽内，
使光纤受到很好的保护。 带式：是先将一定数目的光纤排列成行制成光纤带，然后把若干条光纤带按一定的方式排列
纤芯
包层
来自百度文库
纤芯：折射率较高，用来传送光 包层：折射率较低，与纤芯一起形成
全反射条件 护套：强度大，能承受较大冲击，保
护光纤
护套（涂覆层）
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光纤的尺寸
外径：一般为125um(一根头发平均100um) 内径：单模9um
多模50/62.5um
125 9
按特殊用途分类：
保偏光纤、有源光纤、双包层或多包层光纤； 增敏光纤、特殊涂层光纤、耐辐射光纤、发光光纤；
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常见光纤型号
G.651 多模光纤 G.652 零色散点在1310nm波长左右的单模光纤 G.653 零色散点在1550nm波长左右的单模光纤 G.654 截止波长位移单模光纤 G.655 非零色散位移单模光纤 G.656 宽带光传送的非零色散光纤 G.657 接入网用弯曲衰减不敏感单模光纤
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PON的定义与构成
PON的定义 PON：即无源光网络，Passive Optical Network的缩写，一种基于P2MP拓
朴的技术。 所谓无源是指光配线网ODN不含有任何电子器件及电子电源，ODN全部由光分
路器Splitter等无源器件组成，不需要贵重的有源电子设备。
无源光网络的构成 PON 由局侧的 OLT（Optical Line Terminal，光线路终端）、
optical cable 层绞式光缆
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Slotted Core
optical cable 骨架式光缆
Ribbon
optical cable 带状光缆
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FTTH建设适用的缆芯结构及规格
小芯数层绞 式光纤束光 缆
大芯数层绞 式带状光缆
大芯数中心 束管式带状 光缆
连续的数据流。
每个ONU 由一个TDM 控制器，它与OLT 的定时信息一起控制上行数据包的发送时刻， 避免复合时数据发生碰撞和冲突。
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PON系统的特点
多业务：PON系统要求提供语音，数据，视频等业务接入，业务透明性好 ，实现真正意义的全业务接入与“三网合一” 。
多成分玻璃光纤：一般采用SiO2、Na2O、CaO等多组玻璃材料 制成，其特点是损耗较低，但可靠性也比较差；
塑料光纤：纤芯与包层都是高度透明的聚苯乙烯或聚甲基丙烯 酸甲酯（有机塑料）制成，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。
红外光纤：利用红外材料制成的光纤，具有极低的理论损耗极 限，适用于长距离通信。但由于目前工艺与技术原因，损耗相 当大，每公里几十-几百DB。
用户侧的 ONU（Optical Network Unit，光网络单元）、 和两者之间的 ODN（Optical Distribution Network，光配线网络）组成。
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PON的基本原理
PON系统采用WDM（波分复用）技术，不同的方向使用不同波长的光信号，实 现单纤双向传输。
材料色散：是指由于构成光纤的材料的折射率随传输广播的频率变化，导致模内不同频率 信号的传输速度不同而引起的色散。
波导色散：是指由光纤的几何结构所引起的色散。
模式色散最大、材料色散次之、波导色散最小。 损耗（衰减）：光波在光纤中传输一段距离后能量会衰减，这就是光纤的损耗。损耗
是衡量光纤性能的关键指标之一。光纤的损耗限制了光纤最大无中继传输距离。损耗 用损耗系数α（λ）表示，单位为dB/km，即单位长度km的光功率损耗dB（分贝）值。
无源光网络是纯介质网络，彻底避免了电磁干扰和雷电影响，极适合在自然条件恶 劣的地区使用。
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PON网络主要技术指标
基于PON 的FTTH 网络模式必须通过衰耗核算的方式，来确定其有效的传输距 离，确定OLT 覆盖区域和覆盖半径；
应根据网络建设中采用的不同技术、组网方式等做好带宽的合理测算，以满 足不同业务和不同客户群对带宽的差异化需求。
护层位于缆芯外围，是由护套等构成的多层组合体。护层结构应根据敷设条件选定， 敷设方式主要有管道、直埋、架空、水底（或海底）等几种。
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光缆的分类
按光纤在光缆中的状态分：紧结构、松结构、半松半紧结构
按缆芯结构分：层绞式、骨架式、带式、束管式
光缆结构可分为缆芯，加强元件和护层三大部分。
缆芯是光缆结构中的主体，其作用主要是妥善地安置光纤的位置，使光纤在各种外力 影响下仍能保持优良的传输性能；
加强元件一般采用圆形钢丝、扇形钢丝、钢绞线或钢管等；加强元件有两种设置方式， 一种是放在缆芯中心的中心加强方式，常用于层绞式和骨架式，另一种是放在护层中 的外层加强方式，常用于带式和束管式；
采用两种复用技术 下行数据流采用广播技术，实现天然组播； 上行数据流采用TDMA技术，灵活区分不同的ONU数据；
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PON的基本原理
下行 广播方式：OLT连续广播发送，ONU选择性接收。
在ONU 注册成功后分配一个唯一的识别码LLID（Logical Link Identifier 逻辑链 路地址）。
单模光纤 1310nm 0.4～0.6dB/km 1550nm 0.2～0.3dB/km
塑料多模光纤 300dB/km
光纤的色散和损耗是限制光无中继传输距离的两个重要因素。
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光纤的色谱编排顺序
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PON系统传输距离测算公式
PON系统R/S-S/R最 大允许通道插损
单个活动连 接器的损耗
OLT-单个ONU之 间活接头数量
WDM模 块的插损
WDM模 块数量
OLT－ONU传输距离 L P IL A c N A WDM M M c
AF
OLT-单个ONU之间所
有光分路器插损之和
光纤线路（含固定
接头）衰减系数
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线路维护余量
存在模场直径不匹配的光纤
扭绞成缆，是一种高密度结构的光缆。 束管式：是一种新型的光缆结构，它的特点是中心无加强元件，缆芯都为一充油管，一次涂
敷的光纤浮在油膏中，加强件在管的外面，既能做加强用，又可作为机械保护护层；
四种常 见缆芯 结构：
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Central Tube
optical cable 中心束管式光缆
Loose Tube
PON 网络光纤链路损耗包括了S／R 和R／S（S：光发信参考点；R：光 收信参考点）参考点之间所有光纤和无源光元件（例如光分路器、活 动连接器和光接头等）所引入的损耗。
PON 系统的传输距离应采用最坏值计算法，分别计算OLT 的PON口至 ONU 之间上行和下行的传输距离，取两者中较小者为PON 口至ONU 之 间的最大传输距离。
高带宽：EPON目前可以提供上下行对称的1.25Gb/s的带宽，并且随着以 太技术的发展可以升级到10Gb/s。GPON则是高达2.5Gb/s的带宽。
长距离接入：由于光纤的传输距离高达数百公里，所以实际上物理传输 层的距离瓶颈在收发光信号的设备光器件上，目前PON标准规定距离为 20km
成本相对低：由于PON系统的ODN部分没有电子部件，无需电源供应，因 此容易铺设，基本不用维护，建设维护成本低。设备相对简单，系统对 局端资源占用很少，系统初期投入低，扩展容易，投资回报率高。
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光纤的分类
按光纤内部的电磁场总模数：
单模（Single-Mode） 多模（Multi-Mode）
按折射率分类：
阶越型光纤 渐变型光纤 W型光纤
按使用波长分类：
短波长光纤：波长为850nm的光纤； 长波长光纤：波长为1310nm的光纤； 超长波长光纤：波长为1550nm的光纤；
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PON系统的特点
扩展性好：目前PON网络一般采用树型网络结构，当系统需要扩充时，所需改动的部 分最小，为工程实施提供了灵活的解决方案。
良好的QoS保证；用户可根据接入的设备重要性的不同，分别设置不同的服务等级， 对重要的用户或重要的应用设备，设置及时、可靠的响应机制，从而实现了多业务、 不同服务等级的综合接入系统。
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课 程提纲
1 光纤基础知识
2 光缆基础知识
3 PON系统基础知识
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光缆的定义与结构
实际应用中，为了提高光纤的强度、耐温等性能，光纤必须制成光缆才能使 用。
光缆的定义:用适当的材料和缆结构，对通信光纤进行收容保护，使光纤免受 机械和环境的影响和损害，适应不同场合使用。
光纤通信缺点：
质地脆、机械强度差； 光纤的切断和接续需要一定的工具、设备和技术； 分路、耦合不灵活； 光纤光缆的弯曲半径不能过小；
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光纤的结构
光纤是光导纤维（Optical Fiber）的简称； 光纤是由纤芯、包层、护套(涂覆层)构成的一种同心圆柱体结构；
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常见光纤参数
色散(Dispersion)：
光纤的色散是指由于光纤中传输的信号是由不同模式或不同频率携带的，它们在传输过程 中速度不同，从而引起波形失真的一种物理现象。
模式色散：是指在光纤中由于各模式的轴向速度（传播路径）不同，使得到达终点的时间 也不相同，而引起的脉冲展宽。
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FTTH建设适用的缆芯结构及规格
普通蝶形光 缆
自承式蝶形 光缆
管道蝶形光 缆
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课 程提纲
1 光纤基础知识 2 光缆基础知识
3 PON系统基础知识
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光纤通信基础知识
2013年6月15日
课 程提纲
1 光纤基础知识
2 光缆基础知识 3 PON系统基础知识
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光纤通信的特点
光纤通信的优点：
通信容量大； 传输距离长； 保密性能好； 适应能力强； 体积小、重量轻、便于施工维护； 原材料丰富、价格低廉；
ONU 接收数据时，仅接收符合自己识别码的帧或广播帧。
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PON的基本原理
上行 TDMA 方式：上行通过TDMA（时分复用）的方式传输数据。
任何一个时刻只能有一个ONU 发送上行信号。 各个ONU 发送的上行数据流通过光分路器耦合进共用光纤，以TDM 方式复合成一个
125 50
125 62.5
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光纤的分类
按材料分类：
石英系光纤：纤芯与包层都是高纯度的二氧化硅（SiO2）掺有 适量杂质制成，损耗低、强度大、可靠性好、传输距离长，但 成本高，目前应用最为广泛；
石英芯塑料层光纤：纤芯采用石英制成，包层采用硅树脂，特 性同石英系光纤，但成本较低；