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传输线路基础知识及故障处理

归档日期:05-31       文本归类:被覆线路      文章编辑:爱尚语录

  第一篇:光纤通信基础知识所谓光纤通信:是指以光导纤维(光纤)为传输媒质, 以光波为载波,实现信息传输。光纤传输系统的基本组成如下: 光发射机 光接收 纤、光纤接头和光纤连接器普通石英光纤在近红外波段,除杂质吸收峰外,其损耗 随波长的增加而减小,在0.85 μm、1.31 μm和1.55 μm有三个损耗很小的波长“窗口”, 见后图。 和,都要和光纤这三个波长相一致。 目前在实验室条件下,1.55 耗已达到,接近石光纤线路 光源 光调制器 光检测器 基带处理 基带处理 基带电 信号 基带电信号 调制电信号 解调电信号 光信号英光纤损耗的理论极限。 1.57 1.62 伴随社会的进步与发展,以及人们日益增长的物质与文化需求,通信向大容量,长距离的方向发燕尾服已经是必然的发展趋势。由于光波具有极高的频 率(大约3亿兆赫兹)也就是说是具有极高的宽带从而可以容纳巨大的通信信息,所 以用光波作为载体来进行通信一直是人们几百年来追求的目标所在。 1966年高琨指 出了用光纤进行信息传输的可能性和技术途径; 第一阶段(1966~1976年),从基 础研究到商业应用的开发时期,实现了短波长(0.85 )低速率(45或34Mb/s)多模光纤通信系统,无中继距离 0402 15251565nm约10km; 第二 阶段(1976~1986年),大发展时期,光纤从多模发展到单模,工作波长从短波长 发展到长波长(1.31和1.55 )实现了1.31μm、传输速率140~565Mb/s的单模光纤传输系统(PDH) ,其无中继距离为50~100km; 第三阶段(1986年~),全 面深入开展新技术研究,实现了1.55 μm单模光纤通信系统(SDH) ,速率达2.510Gb/s 无中继距离为100~150km;1996年后,研发波分复用光纤通信系统,每波长传输速 率10或40G及光波网络。 在六十年代中期以前,人们虽然历经苦心研究过光圈波导、 气体透镜波导、空心金属波导管等,想用它们作为传送光波的媒体以实现通信,但 终回它们或者衰落耗过大或者造价昂贵而无法实用化。也就是说历经几百年人们始 终没有找到传输光波的理想传送媒体。 1966年7月,英藉华裔学者高锟博士 (K.C.Kao)在PIEE杂志上发表了一篇十分著名的文章《用于光频的光纤表面波导》, 该文从理论上分析证明了用光纤作为传输媒体以实现光通信的可能性,并设计了通 信用光纤的波导结(即阶跃光纤)。更重要的是科学地预言了制造通信用的超低耗 光纤的可能性,即加强材料提纯,加入适当的掺杂剂,可以把光纤的衰耗系数降低 到20dB/km以下。而当时世界上只能制造用于工业、医学方面的光纤,其衰耗在 100dB/km以上。对于制造20dB/km以下的光纤,被认为是可望不可及的。以后的事 实发展雄辩地证明了高锟博士文章的理论性和科学大胆预言的正确性,所以该文被 誉为光纤通信的里程碑。 1970年美国康宁玻璃公司根据高锟博士文章的和设想,用 改进型化学相沉法(MCVD法)制造出当时世界上第一根超低耗光纤,成为光纤通 信爆炸性竞相发展的导火索。 虽然当时康宁玻璃公司制造出的光纤只有几米长,衰 耗约20dB/km,而且几个小时之后便损坏了,但它毕竟证明了用当时的科学技术与 工艺方法制造通信用的超低耗光纤是完成有可能的,也就是说找到了实现低衰耗传 输光波的理想传输媒体,是光通信研究的重大实质性突破。 自1970年以后,世界各 发达国家对光纤通信的研究倾注了大量的人力与物力,其来势之凶,规模之大、速 度之快远远超阶级出人们的意料之外,从而使光纤通信技术取得了极其惊人的进展。 从光纤衰耗看: 1970年:20dB/km 1972年:4 dB/km 1974年:1.1 dB/km 1976年: 0.5 dB/km 1979年:0.2dB/km 1990年:0.14dB/km 它已经接近石英光纤的理念衰耗 极限0.1dB/km 从光器件看: 1970年,美国贝尔实验室研制出世界上第一只在室温 下连续波工作砷化镓铝半导体激光器,为光纤通信找到了合适的光源器件。后来逐 渐发展到性能更好、寿命达几万小时的异质结条形激光器和现在分布反馈式单纵模 光二极管发展到量子效率达90的V族雪崩光二极管APD。 从光纤通信系统看: 是光纤制造技术和光电器件制造技术飞速发展,以及大规模、超大规模集成电路技术和微处理机技术的发展,带动了光纤通信系统从小容量到大容量、从短距离到长 距离、从低水平到高水平、从旧体制(PDH)到新体制(SDH)的迅猛发展。 1976 年,美国在亚特兰大开通了世界上第一个实用化光纤通信系统。码率为45 dB/km, 中继距离为10 km。 1980年,多模光纤通信系统商用化(140 Mb/s),并着手单模 光纤通信系统的现场试验工作。 1990年,单模光纤通信系统进入商用化阶段(565 Mb/s),并着手进行零色散移位光纤和波分复用及相干通信的现场试验,而且陆续 制定数字同步体系(SDH)的技术标准。 1993年,SDH产品开始商用化(622Mb/s 以下)。 1995年,2.5Gb/s的SDH产品进入商用化阶段。 1996年,10Gb/s的SDH产 品进入商用化阶段。 1997年,采用波分复用技术(WDM)的20Gb/s和40Gb/s的SDH 产品试验取得重大突破。 此外,在光孤子通信、超长波长通信和相干光通信方面也 正取得巨大进展。总之,从1970年到现在虽然只有短短不到四十年时间,但光纤通 信技术却取得极其惊人的进展。用带宽极宽的光波作为传送信息的载体以实现通信, 这一几百年来人们梦寐以求的幻想在今天已成为活生生的现实。然而就目前的光纤 通信而言,其实际应用仅是其潜在能力的2左右,尚有巨大的潜力等待人们去开发利 用。因此,光纤通信技术并未停滞不前,而是向更高水平、更高阶段方向发展。 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。 从理论上讲,一根权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。 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。 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24万个线公里无中继的 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120万个线公里无中继的水平。因此,在不久的将来实现全球无中继的光纤通信是完全可 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。 适应能力强是指,不性外界强电磁场干扰、而腐蚀,可挠性(弯曲半 径大于25厘米时其性能不受影响)等。 光缆的铺设方式方便灵活,既可以直埋、管 道铺设、又可以水底和架空。 制造石英光纤最基本的原材料是二氧化硅即砂子,而 砂子在大自然中几乎是取之不尽,用之不竭,价格十分低廉。 以一万公里的四管中 同轴电缆计算,需耗铜5千吨,如采用光纤只用几十公斤的石英就够了,且石英资源 丰富。 光纤呈园柱型,它由纤芯、包层与涂敷层三大部分组成,如图2.1所示。 2.1光纤的构造 纤芯位于光纤的中心部位(直径d1约9-50微米)其成份是高纯度的 二氧化硅此外还掺有极少量的掺杂剂如二氧化锗、五氧化二磷等,掺有少量掺杂剂 的目的是适当提高纤芯的染色折射。 包层位于纤芯的周围(其直径d2约125微米), 其成份也是含有极少量掺杂剂的高纯度的二氧化硅。而掺杂剂(如三氧化二硼)的 作用则是适当降低包层的光折射率,使之略低于纤芯的折射率。 光纤的最外层是由 丙烯酸酯、硅橡胶和尼龙组成的涂敷层,其作用是增加光纤的机械强度与可弯曲性。 一般涂敷后的光纤外径约1.5厘米. 目前光纤的种类繁多但就其分类方法而言大致有 四种即按光纤剖面折射率分布分类、按传播模式分类、按工作波长分类和按套塑类 型分类等。 此外按光纤的组成成份分类,除目前最常应用的石英光纤之外,还有含 氟光纤与塑料光纤等。 a、突变折射率型多模光纤(SIF):纤芯直径=50~60μm,光线以折射形状沿纤芯轴线方向传播,存在多条路径,并有较大的时延差, 因而信号畸变大。 b、渐变折射率型多模光纤(GIF):纤芯直径=50μm,光线以 曲线形状沿纤芯轴线方向传播,各条路径时延差较小,因而信号畸变较小。 细,直径约10μm,光线以直线形状沿纤芯轴线方向传播,只有一种传播模式,信 号畸变很小。 短波长光纤与长波长光纤。 紧套光纤与松套光纤。 2.3、 构成光纤 的材料是石英纤维(SiO2)光纤由内芯和包层组成,芯的折射率略大于包层,利用 光在内芯的折射或在芯与包层界面上的全反射实现光的传播。 A、,由材料吸收和 杂质散射等因素引起。有三个低损耗窗口:(1)0.85μm附近,损耗24dB/km(2) 1.31 μm附近,损耗约0.5dB/km(3)1.55 μm附近,损耗约0.2dB/km。 B、(Dispersion): 一般包括材料色散、模式色散、波导色散等,引起接收的信号脉冲展宽,从而限制 了信息传输速率。 C、中继器间距受损耗限制和色散限制。 D、色散限制用距离带 宽积(Mbpskm)表示。三类光纤中单模光纤(SMF)最高,渐变折射率型多模光 纤(GIF)次之,突变折射率型多模光纤(SIF)最低。 SDH光传输网的传输媒质 当然是光纤了,由于单模光纤具有带宽大易于升级扩容和成本低的优点,国际上已 一致认为同步光缆数字线路系统只使用单模光纤作为传输媒质。光纤传输中有3个传 输“窗口”——适合用于传输的波长范围850nm 1310nm 1550nm。其中850nm窗口只用 于多模传输,用于单模传输的窗口只有1310nm和1550nm两个波长窗口。 光信号在 光纤中传输的距离要受到色散和损耗的双重影响,色散会使在光纤中传输的数字脉 冲展宽,引起码间干扰降低信号质量。当码间干扰使传输性能劣化到一定程度(例 10-3 )时,则传输系统就不能工作了;损耗使在光纤中传输的光信号随着传输距离 的增加而功率下降,当光功率下降到一定程度时,传输系统就无法工作了。 为了延 长系统的传输距离,人们主要在减小色散和损耗方面入手。1310nm光传输窗口n1 n1 SIF GIF 称之为0色散窗口,光信号在此窗口传输色散最小。1550nm窗口称之为最 小损耗窗口,光信号在此窗口传输的衰减最小。 G.651:GIF型光纤,适用于中小 容量和中短距离; G.652:常规单模光纤,第一代SMF,在波长1.31 μm处色散为零, 传输距离只受损耗限制,适用于大容量传输; G.653:色散移位光纤,第二代SMF, 在波长1.55 μm色散为零,损耗小,适用于大容量长距离传输 G.654: 1.55 μm损耗 最小的SMF, 1.31 μm处色散为零; G.655:非零色散光纤,是新一代的SMF,适 用于波分复用系统,提供更大的传输容量。 ITU-T规范了三种常用光纤:符合G.652 规范的光纤、符合G.653规范的光纤、符合规范G.655的光纤。其中G.652光纤指在 1310nm波长窗口色散性能最佳,又称之为色散未移位的光纤也就是0色散窗口在 1310nm波长处它可应用于1310nm和1550nm两个波长区;G.653光纤指1550nm波长 窗口色散性能最佳的单模光纤,又称之为色散移位的单模光纤,它通过改变光纤内 部的折射率分布,将零色散点从1310nm迁移到1550nm波长处,使1550nm波长窗口 色散和损耗都较低,它主要应用于1550nm工作波长区;G.654光纤称之为1550nm波 长窗口损耗最小光纤,它的0色散点仍在1310nm波长处,它主要工作于1550nm窗口, 主要应用于需要很长再生段传输距离的海底光纤通信。 光缆一般由和两部分组成, 有时在护套外面加有铠装。 缆芯是由光纤组成,决定着光缆的传输特性,可分为单 地次涂敷处理后的光纤组成,它有带状和单元式两种结构。为使光缆能够承受敷设 安装时受到的外力,避免其中的光纤断裂,需在光缆的中心或四周加一些加强元件。 加强元件可用金属或非金属材料构成。 光缆的护套主要是对光缆中的光纤起保护作 用,避免其受到外力时损坏并减少外界环境对其的影响,要求具有良好的抗侧压力 性能及密封防潮和耐腐蚀的能力。有时在护套外面加有铠装。护套通常由聚乙烯或 聚氯乙烯PE或PVC和铝带或钢带构成。 有层绞式光缆、束管式光缆、骨架式光缆 和带状式光缆。把松套光纤绕在中心加强件周围绞合而构成。 把紧套光纤或一次被 覆光纤放入中心加强件周围的螺旋形塑料骨架凹槽内而构成。 把一次被覆光纤或光 纤束放入大套管中, 加强件配置在套管周围而构成。 把带状光纤单元放入大套管 特种光缆常见的有:电力网使用的OPGW,跨越海 洋的,易燃易爆环境使用的以及各种不同条件下使用的等。 下图 2.6.1光缆类型的 典型实例 12芯骨架式光缆直埋; LXE束管式光缆架空、管道、直埋; 架空地线复合光缆OPGW填充油膏紧套光 纤中心加强件包带铝纵包PE护层a填充绳聚乙烯第一单元松套管6芯第二单元松套 管6芯包带皱纹钢带PE层尼龙12外护层中心加强件填充油膏bPE外护层皱纹钢带塑 料骨架中心加强件紧套光纤cPE外护层铝纵包钢丝分散加强高强度塑料光纤束管 6~48芯光纤d外护层金属加强件塑料绕包带带状光纤单元带状线e单根金属加强件 高密度PE护层开索邹纹钢护套防潮层高强度塑料束管4~48芯光纤f内金属或高强度 塑料线光纤光纤或聚乙烯填充线聚乙烯铜管聚乙烯聚丙烯内层钢丝铠装外层钢丝铠 装g隔热衬材光纤高强度塑料线铝管铝扇形体铝包钢线h光纤塑料 保护光纤固有机 械强度的方法,通常是采用和。 光纤从高温拉制出来后,要立即用和,除去断裂光 纤,并对成品光纤用。 二次被覆光纤有、、和光纤四种,见图2.6.1。 2.6.1二次被覆光纤芯线 带状线条件直接影响光纤的使用 寿命。 设对光纤进行拉伸应力筛选时,施加的应力为σp,作用时间为tp设为1s; 期使用时,容许施加的应力为σr,作用时间为tr,断裂概率为106km一个断裂点。理论推算得到的容许作用时间光纤使用寿命tr 和应力比σr/σp的关系示于图2.6.2。 套一次被覆光纤松套大套管一次被覆光纤带状线n=13图2.6.2 光纤使用寿命和应力比的关系 光纤的特性参数很 多,基本上可分为、和三类。 包括纤芯与包层的直径、偏心度和不圆度; 主要有 折射率分布、数值孔径、模场直径和截止波长; 主要有损耗、带宽和色散。 光纤 损耗测量有两种基本方法:一种是测量通过光纤的传输光功率,称;另一种是测量 光纤的后向散射光功率,称。 光纤带宽测量有和两种基本方法。 是测量通过光纤 的光脉冲产生的脉冲展宽,又称; 是测量通过光纤的频率响应,又称。 光纤色散 测量有、和等。 第二篇:光缆线路日常维护与故障处理 1.1、本地传输网光缆线路 的维护包括光缆、电缆、管道、人孔、手孔、引上管、电杆及附件、交接设备、分 线设备、用户终端设备等的日常维护和技术维护。 1.2、为防止在维护工作中引起 通信的中断或传输质量的劣化,必须严格遵从操作程序进行维护工作。当操作比较 复杂时,应事先制定周密的工作计划和预防措施,并经上级主管部门批准后方可实 施。实施前,需与相关的设备维护部门联系,实施后,并由设备维护部门对本地传 输网线路的传输质量予以验证。 1.3、传输系统的日常维护和技术维护应按规定的 周期进行,定期维护项目和周期见表—1。还需作好季节性维护工作,在严寒、冰凌、 雷雨、台风期间,对易遭受暴雨、洪水冲刷的地段进行认真的检查,关键部位和薄 弱环节应重点检查,对各种防护设施进行认真的检修,确保本地光缆线路处于完好 状态。 光缆线次/ 架空线路整治、水线维护、管道人孔检修、局前井清理 1-2次/半年 中继段光缆通道后向散射信号曲线次/半年 标石(含标石牌)维护1次/半年 除草、培土、喷 漆、描字 1.4、各本地传输网线路维护单位应随时作好故障抢修的准备,做到在任 何时间、任何情况下都能迅速出发抢修。抢修专用器材、仪表、机具及车辆等应处 于待用状态,不得外借或挪用。 2.1、本地传输网线路的设备应坚持定期巡回。在市区、村镇、工矿区及施工区等特殊地段和大雨之后,重要通信期间及动土较多 的季节,应增加巡回次数。巡回时的主要工作内容如下: 2.1.1、检查线路附近有无 动土或施工等可能危及线路安全的异常情况,检查直埋线路路由上有无严重坑洼或 裸露光缆的情况及护坡等防护措施有无损坏情况。 2.1.2、检查标石、标志牌和宣传 牌有无丢失、损坏或倾斜等情况。 2.1.3、及早处理和详细记录巡回中所发现的问题, 遇有重大问题时,应及时上报。当时不能处理的问题,应列入维修作业计划,并尽 快解决。 2.1.4、广泛开展护线宣传及对外联系工作。遇到线路设备附近有施工时应 进行宣传和防护工作,必要时需留人看护。 2.2、直埋线路的埋深应符合下表所规 定的要求。最浅不得小于要求埋深的2/3,否则应使线路下落,或采取必要的保护措 附表:直埋线路埋深表敷设地段及土质 普通土、硬土1.2 石质沙砾土、风化石1.0 全石质 0.8 从沟底加垫10公分细土或沙土的顶面算起 0.8市郊、村镇 1.2 市区人行道 1.0 穿越铁路、公路 1.2 距道渣底或距路面 渠、水塘农田排水沟 0.8 注:对于有冻土层的直埋地段,直埋线路的埋深应在表 埋深上增加0.1-0.5米。2.3、标石分为直线、转角、接头、监测、预留和地下 故障物等标石。 2.4、直埋线路的标石应位置准确、埋设正直、齐全完整、编写正 确、字迹清楚,并符合下列规定: 2.4.1、标石尽量埋在不易变迁的位置上。直线标 石埋在直埋线路的正上方,面向传输方向,当线路沿公路敷设且其间距较近时,可 面向公路。接头处的标石埋在直线线路上,面向接头。转角处的标石埋在线路转角 的交点上,面向内角。预留标石埋设在预留处的直线线路上,面向预留。地下障碍 2.4.2、标石的编号以一个中继段为独立编号单位。编号顺序自A端至B端,或按设计文件、竣工资料的规定。 2.4.3、监测金属护套对地绝缘电阻和 直埋接头盒监测电极间绝缘电阻的接头处,应采用监测标石。 2.4.4、标石的一般埋 深为60厘米,出土部分为405厘米,标石的周围应夯实。在高棵农作物区,可采用 高标石。 2.4.5、同路由、近距离敷设多条直埋线路的标石埋设除符合上述规定处, 另规定如下: (1)同沟敷设时,只在其路由上埋设一块标石。 (2)同沟敷设多 条缆的接头处应各自分别埋设接头标石,且标石的标记应有明显的区别。 条缆分设沟距超过5米、平行长度超过50米时,甲乙两缆分别埋设标石,且标石的标记应有明显的区别。小于上述规定时,可仅在甲缆的路由上埋设一块标石,但在维 护图上应注明两条缆之间的实际距离。 2.5、下列情况应增设标石,并绘入维护图: 2.5.1、处理后的故障点。 2.5.2、增加的线路设备点(如防雷地线、与 后设的地下管线、介入或更换短光缆。 2.5.5、线米及寻找线、新建铁路或公路影响光缆线路的安全时, 应根据现场情况,会同施工和建设部门,采取改变路由或合适的保护措施,并增加 标志牌、宣传牌;改道的光缆线路非穿越铁路或公路不可时,应采取合适的保护措 施,并增加标志牌、宣传牌。 (1).整理、添补或更换缺损的挂钩,清除线路上和吊线).检查光缆的外护层及垂度有无异常情况,发现问题应 时处理;剪除影响线路的树枝、砍伐妨碍线).检查垂度、挂 钩、外护层,检查吊线与电力线、广播线交越处的防护装置,检查电杆及拉撑设备 的牢固性,清除可能影响线).逐杆杆上检修,检修和加固 杆路设备。 (5).检查架空线路的接头盒预留处的固定是否可靠。(1).水线的 标志牌标志灯应符合国标要求、安装牢固、提示醒目、字迹清晰。(2).水线海里)内禁止抛锚、捕鱼、炸鱼、挖沙,及建设有碍于水线).做好水线倒换开关和水线监视设备的维护;保持水线房的清洁, 禁止无关人员进入水线).经常巡视水线登岸处的加固设施是否完好、牢固。 发现问题应及时处理。(5).查看水线区域内有无妨碍水线安全的施工,如疏通河 道、堤坝加固、挖沙取土等。发现问题及时处理,并向上级主管部门汇报。 开或改道河渠与直埋线路非交越不可时,交越处的线路应采取下落保护措施。必要时,可利用附近的预留或采取介入长.

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