光纖傳輸技術

1、監(jiān)控系統(tǒng)中的信號有三類：圖像、音頻、數據，如何將這三種信號置于有效的控制之下要考慮的因素之一是傳輸問題。在光纖應用之前，銅纜因為費用低廉而被大量采用（但在遠距離傳輸上采用光纖傳輸的成本要低于采用銅纜傳輸），但是銅纜傳輸越來越暴露其缺點，傳輸距離短，保密性差，容易受到電磁干擾，維護費用高等等。光纖出現之后，光纖通訊的應用得到迅猛發(fā)展，已經成為遠距離/近距離傳輸（超過 500/800 米的距離）的首選，可以預料當光纖成本進一步下降，光纖必將取代銅纜大量應用。光纖監(jiān)控系統(tǒng)的傳輸中， 按傳送信號的模式大致可分為兩種方式： 其一是模擬光纖傳輸，其二是數字光纖傳輸。目前，模擬光纖傳輸因為其成熟的技術保證而

2、得到廣泛的應用。通常采用的模擬光纖傳輸，大致可分為以下幾類：VIDEODATAAUDIOVIDEO+DATAVIDEO+AUDIOVIDEO+DATA+AUDIO。在本篇中主要討論模擬光纖傳輸的技術、工藝、設備類型、視頻信號的幾個重要參數名詞解釋、測試問題以及設計方案（選用設備）要考慮的安全、有效的維護保證和成本等因素。一、光纖傳輸設備的技術和工藝（1）傳統(tǒng)的模擬光端機所采用的技術有兩種：FMffiAM 早期各大公司的光纖傳輸設備大多采用 AM 技術， 而隨著時間的推移， FM 技術已經成為市場的主流， 表 1 將 AM與 FM 的特點作以定性比較：由表 1 比較可知，FM 技術較 AM 技術

3、更為可靠：抗干擾能力強，保真度高，在線形良好的介質中傳輸，對非線形失真的要求不高，可大幅度提高光接收機的靈敏度。（2）早期的光纖傳輸設備所采用的焊接工藝為插件式，插件焊接工藝有其先天不足的一面，如板間電磁干擾大，設備功耗大，產品體積大等等，這樣就對傳輸系統(tǒng)造成了一定的影響，由于板間電磁干擾較大，系統(tǒng)引入的噪聲也較大，從而影響到系統(tǒng)的信噪比和系統(tǒng)的視頻指標?，F在的產品大多采用 SMH 藝，降低了系統(tǒng)的電磁噪聲影響，可以更好的體現設計意圖。二、光纖傳輸設備的類型光纖傳輸設備傳輸方式可簡單的分成：多模光纖傳輸設備和單模光纖傳輸設備。(1)多模光纖傳輸設備所采用的光器件是 LED,通常按波長可分為 8

4、50nmB1300nm 兩個波長， 按輸出功率可分為普通LED和增強LEDELED多模光纖傳輸所用的光纖， 有62.5mm和 50mmW 種。在多模光纖上傳輸決定傳輸距離的主要因素是光纖的帶寬和 LED 的工作波長，例如，如果采用工作波長 1300nm 的 LED 和 50 微米的光纖，其傳輸帶寬是 400MHz.km 鏈路衰減為 0.7dB/km,如果基帶傳輸頻率 F 為 150MHz 對于出纖功率為-18dBm 接收靈敏度為-25dBm 的光纖傳輸系統(tǒng)，其最大鏈路損耗為 7dB,則可計算：ST 連接器損耗：2dB(兩個 ST 連接器)光學損耗裕量：2則理論傳輸距離：L=(7dB-2dB-2

5、dB)/0.7dB/km=4.2kmL 為傳輸距離，而根據光纖的帶寬計算：L=B/F=400MHz.km/150MHz=2.6km其中 B 為光纖帶寬，F 為基帶傳輸頻率，那么實際傳輸測試時，L2.6km,由此可見，決定傳輸距離的主要因素是多模光纖的帶寬。LD,通常按波長可分為850nmB1300nm兩個波長，按輸出功率可分為普通 LD 高功率LDDFB-LD(分布反饋光器件)。單(2)單模傳輸設備所采用的光器件是模光纖傳輸所用的光纖最普遍的是 G.652,其線徑為 9 微米。1310nm 波長的光在 G.652 光纖上傳輸時， 決定其傳輸距離限制的是衰減因數； 因為在1310nm 波長下，光

6、纖的材料色散與結構色散相互抵消總的色散為 0,在 1310nm波長上有微小振幅的光信號能夠實現寬頻帶傳輸。1550nm波長的光在 G.652光纖上傳輸時衰減因數很小， 單純從衰減因數考慮， 1550nm波長的光在相同的光功率下傳輸的距離大于 1310nm 波長的光下的傳輸的距離，但是實際情況并非如此，單模光纖帶寬 B 與色散因數 D 的關系為：B=132.5/(Dl*D*L)GHz其中 L 為光纖的長度，Dl 為譜線寬度，對于 1550nm 波長的光，其色散因數如表 3 為20ps/(nm.km),假設其光譜寬度等于 1nm,傳輸距離為 L=50 公里，則有：B=132.5/(D*L)GHz=

7、132.5MHz也就是說，對于模擬波形，采用 1550nm 波長的光，當傳輸距離為 50 公里時，傳輸帶寬已經小于 132.5MHz,如果基帶傳輸頻率 F 為 150MHz 那么傳輸距離已經小于 50km,況且實際應用中，光源的譜線寬度往往大于 1ns從上式可以看出， 1550nm 波長的光在 G.652 光纖上傳輸時決定其傳輸距離限制的主要是色散因數。國內外光纖光纜現狀及發(fā)展趨勢發(fā)表時間：2006-7-715:08:49151光纜通信在我國已有20多年的使用歷史，這段歷史也就是光通信技術的發(fā)展史和光纖光纜的發(fā)展史。光纖光纜在我國的發(fā)展可以分為這樣幾個階段：對光纜可用性的探討；取代市內局問中繼

8、線的市話電纜和PCMfe纜；取代有線通信干線上的高頻對稱電纜和同軸電纜。這兩個取代應該說是完成了；現正在取代接入網的主干線和配線的市話主干電纜和配線電纜，并正在進入局域網和室內綜合布線系統(tǒng)。目前，光纖光纜已經進入了有線通信的各個領域，包括郵電通信、廣播通信、電力通信和軍用通信等領域。1光纖符合ITU-TG.652.A規(guī)定的普通單模光纖是最常用的一種光纖。隨著光通信系統(tǒng)的發(fā)展，光中繼距離和單一波長信道容量增大，G.652.A光纖的性能還有可能進一步優(yōu)化，表現在1550nm區(qū)的低衰減系數沒有得到充分的利用和光纖的最低衰減系數和零色散點不在同一區(qū)域。符合ITU-TG.654規(guī)定的截止波長位移單模光纖

9、和符合G.653規(guī)定的色散位移單模光纖實現了這樣的改進。G.653光纖雖然可以使光纖容量有所增加，但是，原本期望得到的零色散因為不能抑制四波混頻，反而變成了采用波分復用技術的障礙。為了取得更大的中繼距離和通信容量，采用了增大傳輸光功率和波分復用、密集波分復用技術，此時，傳輸容量已經相當大的G.652普通單模光纖顯得有些性能不足，表現在偏振模色散(PMD和非線性效應對這些技術應用的限制。在10G少s及更高速率的系統(tǒng)中，偏振模色散可能成為限制系統(tǒng)性能的因素之一。光纖的PMD!過改善光纖的圓整度和/或采用“旋轉”光纖的方法得到了改善，符合ITU-TG.652.B規(guī)定的普通單模光纖的PMD(M常能低于

10、0.5ps/km1/2,這意味著STM-64系統(tǒng)的傳輸距離可以達到大約400km。G.652.B光纖的工作波長還可延伸到1600nm區(qū)。G.652.A和G.652.B光纖習慣統(tǒng)稱為G.652光纖。光纖的非線性效應包括受激布里淵散射、受激拉曼散射、自相位調制、互相位調制、四波混頻、光孤子傳輸等。為了增大系統(tǒng)的中繼距離而提高發(fā)送光功率，當光纖中傳輸的光強密度超過光纖的閾值時則會表現出非線性效應， 從而限制系統(tǒng)容量和中繼距離的進一步增大。通過色散和光纖有效芯面積對非線性效應影響的研究，國際上開發(fā)出滿足ITU-TG.655規(guī)定的非零色散位移單模光纖。利用低色散對四波混頻的抑制作用，使波分復用和密集波分

11、復用技術得以應用，并且使光纖有可能在第四傳輸窗口1600nm區(qū)(1565nm-1620nn)工作。目前，G.655光纖還在發(fā)展完善，已有TrueWave、LEAF大保實、TeraLight、PureGuide、MetroCor等品牌問世，它們都力圖通過對光纖結構和性能的細微調整，達到與傳輸設備的最佳組合，取得最好的經濟效益。為了在一根光纖上開放更多的波分復用信道，國外開發(fā)出一種稱為“全波光纖”的單模光纖，它屬于ITU-T652.C規(guī)定的低水吸收峰單模光纖。在二氧化硅系光纖的譜損曲線上，在第二傳輸窗口1310nm區(qū)(1280nm-1325nnj)和第三傳輸窗口1550nm區(qū)（1380nm-156

12、5nM之間的1383nm波長附近，通常有一個水吸收峰。通過新的工藝技術突破，全波光纖消除了這個水吸收峰，與普通單模光纖相比，在水峰處的衰減降低了2/3,使有用波長范圍增加了100nm,即打開了第五個傳輸窗口1400nm區(qū)（即1350nm-1450nm區(qū)）,使原來分離的兩個傳輸窗口連成一個很寬的大傳輸窗口，使光纖的工作波長從1280nm延伸至ij1625nm=為了提高光纜傳輸密度，國外開發(fā)了一種多芯光纖。據報道，一種四芯光纖的玻璃體部分呈四瓣梅花狀，涂覆層外形為圓形，其外徑與普通單芯光纖相同（見圖1a）。光纖的折射率分布采用突變型時，光纖的平均衰減在1310nm波長上為0.3750.01dB/k

13、m；在1550nm波長上為0.2250.01dB/km=這種光纖的接頭采用硅棒加熱可縮套管的方法 （見圖1b）,其接頭損耗的平均值為0.17dB,標準偏差為0.10dB。2核心網光纜我國已在干線（包括國家干線、省內干線和區(qū)內干線）上全面采用光纜，其中多模光纖已被淘汰，全部采用單模光纖，包括G.652光纖和G.655光纖cG.653光纖雖然在我國曾經采用過，但今后不會再發(fā)展。G.654光纖因其不能很大幅度地增加光纖系統(tǒng)容量，它在我國的陸地光纜中沒有使用過干線光纜中采用分立的光纖，不采用光纖帶干線光纜主要用于室外，在這些光纜中，曾經使用過的緊套層絞式和骨架式結構，目前已停止使用。當前我國廣泛使用的

14、干線光纜有松套層絞式和中心管式兩種結構， 并且優(yōu)先采用前者。 松套層絞式光纜采用SZ絞合結構時的生產效率高，便于中間分線，同時也能使光纜取得良好的拉伸性能和衰減溫度特性，目前它已獲得廣泛采用。骨架式光纜的設計原理雖然和松套層絞式光纜相似，但是目前的實際工藝技術難以實現這一設計目標，使光纜拉伸性能難于達到規(guī)定的要求。這一點已為國內有關的光纜產品檢測所證實，為此.目前我國的干線網已不再使用骨架式光纜。在長途線路中，由于距離長、分支少，光纜在系統(tǒng)中所占費用比例相對較高。因此，干線光纜將通過采用G.655光纖和波分復用、密集波分復用技術來擴大容量。光纜本身的基礎結構己相對成熟，不會有大的改變。但是，光

15、纜的某些防護結構和性能仍有待開發(fā)完善。例如，全介質光纜具有眾所周知的優(yōu)良防雷和防強電的性能，但它的直埋結構和防鼠性能始終不盡人意，是值得開發(fā)的課題。據國外報道，采用玻纖增強塑料圓絲銷裝結構和外護層中夾入玻璃紗層的結構，或者在護套料中摻雜0.4%的驅獸劑微囊，都能取得良好的防鼠效海底光纜所受機械力，特別是拉力的作用，往往比陸地光纜要嚴峻得多。為此，海底光纜結構適應性的研究，以及光纜加強構件蠕變問題的研究，對確保光纖光纜的安全使用都是很重要的。據報道，針對使用環(huán)境條件開發(fā)了某些實用產品，例如，8000m深海用的輕型光纜，2000m深海、有船只拖掛危險地區(qū)用的輕鎧光纜，1500m深海、多巖石、有船只

16、拖掛危險地區(qū)用的單鎧光纜，400m深海、多巖石、多浪、有船只拖掛危險地區(qū)用的單鎧光纜，200m深海、多巖石、易磨損和壓碎、有船只拖掛危險地區(qū)用的專門鎧裝光纜，以及防鯊魚用的特殊光纜。光纖的氫損問題在海底光纜中更加引入關注。據報道，普通單鋼絲鎧裝和雙鋼絲鎧裝的光纜，經8-10年之后，在1550nm波長上可測試到0.01-0.O4dB/km的氫損。在光纜填充物中加入吸氫材料和采用金屬密封管作松套管，則沒有出現光纖的氫損現象。3接入網光纜接入網中的光纜距離短，分支多，分插頻繁，為了增加網的容量，通常是增加光纖芯數。特別是在市內管道中，由于管道內徑有限，在增加光纖芯數的同時增加光纜的光纖集裝密度、減小

17、光纜直徑和重量，是很重要的。接入網使用G.652普通單模光纖和G.652.C低水峰單模光纖。 低水峰單模光纖適合于密集波分復用，目前在我國已有少量的使用。接入網用光纜中廣泛采用光纖帶型式，它可使光纜適應芯數大和光纖集裝密度高的要求，而且可以通過光纖帶整帶接續(xù)的方式提高光纜接續(xù)效率。但是，在小芯數光纜情況下，也直接采用分立的光纖。由于光纖帶光纜中光纖集裝密度增大，可能損害光纜的拉伸性能和衰減溫度特性，以及有可能損害光纖的傳輸衰減。因此，在獲得大芯數、小外徑要求的同時，光纖帶光纜還有許多課題值得研究。接入網光纜主要用于室外，目前有松套層絞式、中心管式和骨架式三種類型。雖然這些結構在國內都得到應用，

18、但是都還需要在獲得高集裝密度、小尺寸、良好性能、便于制造、低成本和便于使用（例如便于分線和下線）等方面經受考驗。在中心管式光纜中，為了獲得更大的芯數，往往采用增大光纖帶芯數的方法，例如，采用24芯光纖帶。據報道：采用24芯光纖帶生產864芯的光纜，可以作到大于目前正式采用的1000芯骨架式光纜的集裝密度。這種24芯光纖帶由兩根12芯子帶構成，要求既要保持整帶的穩(wěn)定和牢固，又要易于手工分成兩根結構獨立完整的12芯帶，便于整帶熔接。松管結構中的光纖與松管壁之間有較大的空隙。據國外報道，如果采用柔軟聚氯乙烯制造的半緊套管集裝12根光纖（見圖2）,管外徑為1.4mni壁厚為0.2mmi則管子的截面積只

19、有常規(guī)松套管的大約30%。不用中心加強構件，用螺旋絞或SZ絞方式把12根這樣的半緊套管絞合成纜芯，然后在纜芯外加上中心管式結構的護套，構成144芯光纜。這種光纜適合于在管道內用牽引方法或氣送方法安裝。國外目前實際使用的骨架式光纜的最大芯數為1000芯，在它的骨架上有13個槽，共可放入125根8芯光纖帶，這種8芯帶可以方便地分成兩個4芯帶。近年來，骨架式光纜在減小光纜外徑和重量、增加光纜的柔軟性和改善光纜使用性能方面，也不斷有所探討和報道。最早的骨架式光纖帶光纜采用螺旋槽結構，為了和松套SZ層絞式光纜一樣便于下線，骨架式光纜也推出了SZ槽結構。光纖帶在其厚度方向極易彎曲，在其寬度方向很難彎曲，即

20、使強迫在寬度方向彎曲，則一定會使光纖帶發(fā)生折轉，同時會使光纖帶兩邊的光纖產生一定的應力。據報道，通過采用專門的骨架槽截面的設計，可以適應光纖帶的這種折轉。近年來在減輕光纜重量方面也有一些探索，為了減少加強構件重量而采用非金屬FRPm強構件代替鋼絞線；為了減少光纜重量而干用內層為泡沫聚乙烯外層為實心聚乙烯的骨架和全部為泡沫聚乙烯的骨架，但為了保持骨架槽的內壁表面光滑， 這兩種骨架中采用內層為泡沫聚乙烯外層為實心聚乙烯的骨架更適用。4室內光纜室內光纜往往需要同時用于話音、數據和視頻信號的傳輸。并目還可能用于遙測與傳感器。國際電工委員會（IEC）在光纜分類中所指的室內光纜，筆者認為至少應包括局內光纜

21、和綜合布線用光纜兩大部分。局用光纜布放在中心局或其他電信機房內，布放緊密有序和位置相對固定。綜合布線光纜布放在用戶端的室內，主要由用戶使用，因此對其易損性應比局用光纜有更嚴格的考慮。多模光纖雖然不再用于核心網和接入網，但芯徑/包層直徑為62.5/125仙m的漸變型多模光纖在室內綜合布線中仍有較多的應用，今后也可能應用50/125仙m漸變型多模光纖。這種情況與綜合布線系統(tǒng)的現有技術狀況有關，隨著單模光纖系統(tǒng)的發(fā)送模塊、接收模塊和相關設備成本的降低，本身價廉的單模光纖仍然有可能取代綜合布線用的多模光纖。隨著我國FTTHFTTC系統(tǒng)的采用和各種要求的智能大廈的建設，要求越來越多的室內光纜產品投入應用

22、。目前所用的綜合布線光纜芯數較小、纜芯不填充油膏、防火性能要求只限于阻燃或不延燃，這些光纜在品種、結構和性能等方面還急需進一步開發(fā)、完善和提高。在布線光纜所用的光纖類型方面，國外正在探索采用多芯光纖，例如前面提到的四芯光纖，這樣可使光纜外徑小、重量輕、柔軟性好。室內光纜的防火性能應是基本要求之一。傳統(tǒng)的PVCT套雖具有耐延燃性，但其防潮性能較差，不宜用于室外。據報道，國外已開發(fā)了室內室外兼用的引入光纜或下桿光纜，它們既能耐室外低溫和紫外線輻射、又能阻燃和便于彎曲布線。這種光纜采用PVC緊套光纖、吸水膨脹粉干式阻水和低煙無鹵阻燃護套隨著通信業(yè)務的急劇增加，局內光纜布線的芯數將增加數倍，減小尾纜的

23、直徑，以便在有限的機房空間內布放更多的終端模塊，就顯得很重要。據國外報道，為了適應機房內的這種要求，已開發(fā)了兩種微型光纜，一種的外徑接近普通緊套光纖外徑，為1mm另一種的外徑與普通的涂覆光纖一樣，為0.25ms外徑1mm勺光纜（見圖3）,其結構與常規(guī)單芯光纜相似，采用0.5mm直徑的UV固化的二次涂覆光纖、芳綸紗加強和聚酰胺護套。外徑0.25mm的光纜，第一種結構與常規(guī)的緊套光纖相似，采用涂覆光纖和由UV固化樹脂涂覆的加強構件組成的外套（見圖4a）;另一種采用涂覆光纖和由的12根層絞鋼絲與UV固化樹脂組成的外套（見圖4b）。據報道，還開發(fā)了一種單芯矩形軟線和由這種軟線構成的8芯軟線（見圖5）。8芯軟線由8根單芯軟線并列再加上總護套構成，又可方便地再分成8根單芯軟線。5電力線路中的通信光纜光