光缆的品种与性能

2.4.1光缆
       光导纤维是一种传输光束的细而柔韧的媒质。光导纤维电缆由一捆纤维组成,简称为光缆。
       光缆是数据传输中最有效的一种传输介质,本节介绍光纤的结构、光纤的种类、光纤通信系统的简述和基本构成。
       光纤通常是由石英玻璃制成,是横截面积很小的双层同心圆柱体,也称为纤芯,它质地脆、易断裂,由于这一缺点,需要外加一保护层。
其结构如图2-11所示。
光缆的品种与性能(图1)
图2-11 光纤剖面结构示意图
       光缆是数据传输中最有效的一种传输介质,它分为多模光缆和单模光缆,它们的光纤为多模光纤和单模光纤。光缆的光纤工作波长有短波850nm、长波1310nm和1550nm。光纤损耗一般是随波长增加而减小,850nm的损耗一般为2.5dB/km。当前,光缆使用寿命期通常按15〜20年考虑。光缆有以下几个优点:
       1)较宽的频带。
       2)电磁绝缘性能好。光纤电缆中传输的是光束,而光束是不受外界电磁干扰影响的,而且本身也不向外辐射信号,因此它适用于长距离的信息传输以及要求高度安全的场合。当然,抽头困难是它固有的难题,因为割开光缆需要再生和重发信号。
       3)衰减较小,可以说在较大范围内是一个常数。
       4)中继器的间隔距离较大,因此整个通道中继器的数目可以减少,这样可降低成本。根据贝尔实验室的测试,当数据速率为420Mbps且距离为119公里无中继器时,其误码率为10-8可见其传输质量很好。而同轴电缆和双绞线在长距离使用中就需要接中继器。
2.4.2 光缆的种类
光缆主要有两大类:单模光缆和多模光缆。
1.单模光缆
       单模光缆的光纤芯很细(芯径一般为9µ或10µmº),工作波长为1310〜1550nm,色散很小,适用于远程通信。常规单模光缆的主要参数是由国际电信联盟ITU-T在G652建议中确定的,因此这种光缆又称为G652光缆。
2.多模光缆
       多模光缆的光纤芯较粗(50卜或62.5gm),可传输多种模式的光。但其模间色散较大,这就限制了传输数字信号的距离,因此,多模光缆光纤传输的距离比较近,一般只有几公里。
3.单模光纤
      单模光纤(singlemodefiber,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、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8〜10µm,包括包层直径为125µm,计算机网络用的单模光纤纤芯直径分为10µm和9µm,包层为125µm,导入波长上分为单模1310nm和1550nm。
4.多模光纤
       多模光纤(multimodefiber,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50〜200µm,而包层直径的变化范围为125〜230µm,计算机网络用的多模光纤纤芯直径分为62.5µm和50µm,包层为125µm,也就是通常所说的62.5µm。导入波长上分为850nm和1300nm。与单模光纤相比,多模光纤的传输性能要差一些。
5.纤芯分类
(1)按照纤芯直径来划分:
□ 50/125(gm)缓变型多模光纤
□ 62.5/125(nm)缓变增强型多模光纤
□ 10/125(gm)缓变型单模光纤
(2)按照光纤芯的折射率分布来划分:
□ 阶跃型光纤(stepindexfiber,SIF)
□ 梯度型光纤(gradedindexfiber,GIF)
□ 环形光纤(ringfiber)
□ W型光纤
2.4.3光缆与光纤的关系
光缆与光纤的关系如图2-12所示。
光缆的品种与性能(图2)
图2-12     光缆与光纤的关系
 
       光缆有单模和多模之分,其特性比较如表2-22所示。
表2-22 单模、多模特性比较
光缆的品种与性能(图3)
       在使用光缆互连多个小型机的应用中,必须考虑光纤的单向特性,如果要进行双向通信,就应用使用双股光纤。由于要对不同频率的光进行多路传输和多路选择,故在通信器件市场上又出现了光学多路转换器。
      光纤的类型由材料(玻璃或塑料纤维)及芯和外层尺寸决定,芯的尺寸大小决定光的传输质量。常用的光纤缆有:
□ 9µm芯/125µm外层 单模
□l0µm芯/125µm外层 单模
□62.5µm芯/125µm外层 多模
□50µm芯/125µm外层 多模
       光缆在普通计算网络中的安装是从用户设备开始的。因为计算网络中的光纤只能单向传输,为要实现双向通信,就必需成对出现,一个用于输入,一个用于输出。光纤两端接到光学接口器上。
      安装光缆需小心谨慎。每条光纤的连接都要磨光端头,通过电烧烤工艺与光学接口连在一起。要确保光通道不被阻塞。光纤不能拉得太紧,也不能形成直角。
2.4.4光纤通信系统简述
       1.光纤通信系统
       光纤通信系统是以光波为载体、光导纤维为传输介质的通信方式,起主导作用的是光源、光纤、光发送机和光接收机。
□光源——光源是光波产生的根源。
□光纤——光纤是传输光波的导体。
□光发送机——光发送机负责产生光束,将电信号转变成光信号,再把光信号导入光纤。
□光接收机——光接收机负责接收从光纤上传输过来的光信号,并将它转变成电信号,经解码后再做相应处理。
       2,光端机
        光端机是光通信的一个主要设备,主要分为两大类:模拟信号光端机和数字信号光端机。
        模拟信号光端机主要分为调频式光端机和调幅式光端机。由于调频式光端机比调幅式光端机的灵敏度高约16dB,所以市场上模拟信号光端机是以调频式FM光端机为主导的,调幅式光端机很少见。光端机一般按方向分为发射机(T)、接收机(R)、收发机(X)。作为模拟信号的FM光端机,现行市场上主要有以下几种类型。
         1)单模光端机/多模光端机
        光端机根据系统的传输模式可分为单模光端机和多模光端机。一般来说:单模光端机光信号传输可达几十公里的距离,模拟光端机有些型号可无中继传输100km。而多模光端机的光信号一般传输为2〜5km。这一点也可作为光纤系统中对一般光端机选择的参考标准。
        2)数据/视频/音频光端机
       光端机根据传输信号又可分为数据(RS-232/RS-422/RS-485/曼彻斯特(Manchester)/TTL/常开触点/常闭触点)光端机、视频光端机、音频光端机、视频/数据光端机、视频/
音频光端机、视频/数据/音频光端机以及多路复用光端机,并且可传输10~100Mbps以太网(IP)数据。
        3)独立式/插卡式/标准式光端机
□ 独立式光端机可独立使用,但需要外接电源。独立式光端机主要应用于系统远程设备比较分散的场合。
□ 插卡式光端机中的模块可插入插卡式机箱中工作,每个插卡式机箱为19”机架,具有18个插槽,插卡式光端机主要应用在系统的控制中心,便于系统安装和维护。
□ 标准式光端机可独立使用,也可安装在系统远程设备及系统控制中心的标准19”机柜中。
        4)光纤通信系统主要有以下优点:
□传输频带宽、通信容量大,短距离时传输速率达几千兆;
□线路损耗低、传输距离远;
□抗干扰能力强,应用范围广;
□线径细、重量轻;
□抗化学腐蚀能力强;
□光纤制造资源丰富。
      在网络工程中,一般使用62.5nm/125nm规格的多模光纤,有时使用50呻/125呻规格的多模光纤。户外布线大于2km时可选用单模光纤。在进行综合布线时需要了解光纤的基本性能。
为了便于阅读,对直径、重量、拉力和弯曲半径解释如下。
□ 直径:单位为mm;
□ 重量:单位为kg/km;
□ 拉力:单位为N4(牛顿),对拉力分两种情况说明,安装时最大为2700N,约合6091bf.
□ 弯曲半径:指光缆安装拐弯时的弯曲半径。
2.4.5光缆的种类和机械性能
1.光缆的种类
(1)紧套光缆(慧锦公司命名)
紧套光缆如图2-13所示。
(2)单芯光缆(慧锦公司命名)
单芯光缆如图2-14所示。
光缆的品种与性能(图4)
 
(3)配线光缆(慧锦公司命名)
配线光缆分2芯配线光缆、4芯配线光缆、6芯配线光缆、8芯配线光缆、12芯配线光缆、多芯(N16)配线光缆,如图2-15所示。
光缆的品种与性能(图5)
图2-15  配线光缆
(4)扁形光纤带光缆
扁形光纤带光缆分光纤带扁形光缆1和光纤带扁形光缆2,如图2-16所示。
光缆的品种与性能(图6)
图2-16  扁形光纤带光缆
(5)防水尾缆
防水尾缆分2芯防水尾缆、4芯防水尾缆、6芯防水尾缆、8芯防水尾缆、12芯防水尾缆、多芯(》16)防水尾缆,如图2.17所示。
(6)光电混合缆
光电混合缆分两光两电I型、两光两电II型、两光两电HI型,如图2-18所示。
(7)室外(野战)光缆
室外(野战)光缆分室外(野战)光缆I型、室外(野战)光缆H型,如图2.19所示。
光缆的品种与性能(图7)
图2-17  防水尾缆
光缆的品种与性能(图8)
图2-18光电混合缆
光缆的品种与性能(图9)
图2-19室外(野战)光缆
2.光缆的机械性能
(1)单芯光缆的主要应用范围和机械性能
1) 单芯光缆的主要应用范围包括:
□ 跳线;
□ 内部设备连接;
□ 通信柜配线面板;
□ 墙上出口到工作站的连接;
□ 水平拉线,直接端接。
2) 单芯光缆的主要性能如下:
□ 高性能的单模和多模光纤符合所有的工业标准;
□ 900nm紧密缓冲外衣易于连接与剥除;
□ 芳纶抗拉线增强组织提高对光纤的保护;
□ 验证符合IEC793-1/792-1标准性能要求。
(2)双芯互连光缆的主要应用范围和机械性能
1) 双芯互连光缆的主要应用范围包括:
□ 交连跳线;
□ 水平走线,直接端接;
□ 光纤到桌;
□ 通信柜配线面板;
□ 墙上出口到工作站的连接。
2) 双芯互连光缆的主要性能为除具备单芯光缆所有的主要性能优点之外,还具有光纤之间易于区分的优点。
(3)室外光缆4〜12芯铠装型与全绝缘型的主要应用范围和机械性能
1)室外光缆4~12芯铠装型与全绝缘型主要应用范围包括:
□ 园区中楼宇之间的连接;
□ 长距离网络;
□ 主干线系统;
□ 本地环路和支路网络;
□ 严重潮湿、温度变化大的环境;
□ 架空连接(和悬缆线一起使用)、地下管道或直埋、悬吊缆。
2)室外光缆4~12芯铠装型与全绝缘型主要性能如下:
□ 高性能的单模和多模光纤符合所有的工业标准;
□ 900pm紧密缓冲外衣易于连接与剥除;
□ 套管内具有独立的彩色编码的光纤;
□ 轻质的单通道结构节省了管内空间,管内灌注防水凝胶,以防止水渗入;
□ 设计和测试均依据BellcoreGR-20-CORE标准;
□ 扩展级别62.5/125符合IOS/IEC11801标准;
□ 抗拉线增强组织提高对光纤的保护;
□ 聚乙烯外衣在紫外线或恶劣的室外环境有保护作用;
□ 低摩擦的外皮使之可轻松穿过管道,撕剥绳使剥离外表更方便。
(4)室内/室外光缆(单管全绝缘型)的主要应用范围和机械性能
1)室内/室外光缆(单管全绝缘型)主要应用范围包括:
□ 不需任何互连情况下,由户外延伸入户内,线缆具有阻烯特性;
□ 园区中楼宇之间的连接;
□ 本地线路和支路网络;
□ 严重潮湿、温度变化大的环境;
□ 架空连接(和悬缆线一起使用)时;
□ 地下管道或直埋;
□ 悬吊缆/服务缆。
2)室内/室外光缆(单管全绝缘型)主要性能如下:
□ 高性能的单模和多模光纤符合所有的工业标准;
□ 设计符合低毒、无烟的要求;
□ 套管内具有独立的彩色编码的光纤;
□ 轻质的单通道结构节省了管内空间,管内灌注防水凝胶,以防止水渗入;注胶芯完全由聚酯带包裹;
□ 符合IOS/IEC118011995标准;
□ 芳纶抗拉线增强组织提高对光纤的保护;
□ 聚乙烯外衣在紫外线或恶劣的室外环境有保护作用;
□ 低摩擦的外皮使之可轻松穿过管道,撕剥绳使剥离外表更方便。室内/室外光缆有4芯、6芯、8芯、12芯等。
(5)光缆的传输性能
光缆的传输性能如表2-23所示。
表2-23光缆的传输性能表
光缆的品种与性能(图10)
  光缆的品种与性能(图11)
 
2.5数据传输技术中的几个术语
1.信道传输速率
通道传输速率的单位是bps、Kbps、Mbps。
(1)调制速率
      在模拟通道中传输数字信号时常常使用调制解调器,在调制器的输出端输出的是被数字信号调制的载波信号,因此自调制器的输出至解调器的输入的信号速率取决于载波信号的频率。
(2)数据速率
数据速率是指信源入/出口处每秒钟传送的二进制脉冲的数目。
2.通信方式
      当数据通信在点对点间进行时,按照信息的传送方向,其通信方式有三种:
□单工通信方式:单方向传输数据,不能反向传输。
□半双工通信方式:既可单方向传输数据,也可以反方向传输数据,但不能同时进行。
□全双工通信方式:可以在两个不同的方向同时发送和接收数据。
3.传输方式
       数据在信道上按时间传送的方式称为传输方式。当按时间顺序一个码元接着一个码元地在信道上传输时,称为串行传输方式,一般数据通信都采用这种方式。串行传输方式只需要一条通道,在远距离通信时其优点尤为突出。另一种传输方式是将一组数组一并在通信的同时送到对方,这时就需要多个通路,故称为并行传输方式。计算机网络中的数据是通过串行方式传输的。
4.基带传输
      所谓基带传输是指信道上传输的没有经过调制的数字信号。基带传输有以下四种方式。
□单极性脉冲是指用脉冲的有无来表示信息的有无。电传打字机就是采用这种方式。
□双极性脉冲是指用两个状态相反、幅度相同的脉冲来表示信息的两种状态。在随机二进制数字信号中,0、1出现的概率是相同的,因此在其脉冲序列中,可视直流分量为零。
曰单极性归零脉冲是指在发送“1”时,发送宽度小于码元持续时间的归零脉冲序列,而在传输“0”信息时,不发送脉冲。
□多电平脉冲是相对上面三种脉冲信号而言的。脉冲信号的电平只有两个取值,故只能表示二进制信号。如果采用多电平脉冲则可表示多进制信号。
5.宽带传输
       在某些信道(如无线信道、光纤信道)中由于不能直接传输基带信号,故要利用调制和解调技术,即利用基带信号对载波波形的某些参数进行调控,从而得到易于在信道中传输的被调波形。其载波通常采用正弦波,而正弦波有三个能携带信息的参数:幅度、频率和相位,控制这三个参数之一就可使基带信号沿着信道顺利传输。当然,在到达接收端时均需做相应的反变换,以便还原成发送端的基带信号。这就是所谓的宽带传输。在局域网内的宽带传输一般采用同轴电缆作为传输介质。
      在宽带传输中,可分为频分多路复用(FDM)技术(可将电缆的频谱分成若干信道或频段,而后在各个分隔的频段上分别传输数据、电视信号)和时分多路复用(TDM)技术。基带传输和宽带传输的比较如表2-24所示。
表2-24  基带传输和宽带传输比较
光缆的品种与性能(图12)
6.传输速率等级
传输速率等级如表2-25所示。
表2-25传输速率等级
光缆的品种与性能(图13)

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