光纤通信毕业设计

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1、摘要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

2、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。前言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

3、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

4、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

5、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 200

6、4 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

7、、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

8、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

9、.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

10、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 1.4631.467，包层的折射率是 1.451.46 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.

11、85m 短波长区（0.80.9m） 、1.3m 长波长区（1.251.35m）和 1.55m 长波长区（1.531.58m） 。不同的波长范围光纤损耗特性也不同，其中 0.85m 波长区为多模光纤通信方式，1.55m 波长区为单模光纤通信方式，1.3m 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

12、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 6km8km 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

13、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

14、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

15、。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

16、。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