城市轨道交通通信光电缆课件.pptx

城市轨道交通通信技术通信光电缆CONTENTS目 录为实现城市轨道交通各系统间的协同合作，保障安全运营，需要建立公务网、有线/无线调度网、广播（public announcement，PA）系统网、视频监控网、时钟网、乘客信息系统（passenger information system，PIS）网、计算机网和各种监控系统的数据网等业务网络而有线传输系统为城市轨道交通各系统提供了一个大容量、高性能的光纤传输网络，实现了各系统的联动本模块将对通信光电缆进行介绍，对光纤通信系统的相关知识进行介绍，对传输系统的各类组网技术进行阐述，对SDH传输网和城市轨道交通传输网进行介绍，对传输系统的相关知识、日常维护及故障处理方法进行介绍 通信光电缆通信光缆通信电缆城市轨道交通通信系统中的光缆和电缆是各系统信息交换的传输线，是传输系统不可缺少的传输媒介随着通信技术、控制技术及计算机技术的不断发展，由光纤构成的通信光缆已成为各种信息网最主要的传输方式此外，在城市轨道交通通信系统中还应用通信电缆来实现交换设备与终端设备的连接1 通信光缆光纤概述光纤的分类光纤的传输特性光缆光纤配线架及连接器1 通信光缆1. 光纤概述（1） 全反射。

定义全反射又称全内反射，指光由光密介质（光在此介质中的折射率大）射到光疏介质（光在此介质中的折射率小）的界面时，全部被反射回原介质内的现象 全反射原理（见图3-1）光从光密介质进入光疏介质，当入射角增大到某临界角C时，会产生全反射；光射到两种介质的界面上时，只产生反射而不产生折射的现象1 通信光缆1. 光纤概述（2） 光纤的结构光纤是光导纤维（optical fiber）的简称，其典型结构是多层同轴圆柱体，自内向外为纤芯（core）、包层（coating）及涂覆层（jacket）等，如图3-2所示通信光纤的纤芯通常是折射率为n1的高纯SiO2，并有少量的掺杂剂（用来提高折射率）光能量主要在纤芯内传输，纤芯是光波传输的主要通道包层的折射率为n2(n2n1)，其通常也由高纯SiO2制成，并掺杂一些其他杂质（用来降低折射率）包层为光的传输提供反射面和光隔离，并起到一定的机械保护作用纤芯和包层合起来构成裸光纤，形成全反射条件光纤的光学及传输特性主要由裸光纤决定 1 通信光缆1. 光纤概述 涂覆层包层的外面是540 m的涂覆层涂覆层的材料是环氧树脂或硅橡胶，其作用是增强光纤的机械强度在涂覆层的外面还常有缓冲层和套塑层（保护层）。

此外，纤芯和包层的材料也可由玻璃或塑料制造，虽然它们的损耗比石英光纤大，但是在短距离的光纤传输系统中有一定应用3） 光纤的导光原理光纤的导光原理如图3-3所示，当进入光纤的光线射入纤芯和包层界面的入射角为时，入射点处的光线可能分为两束：一束为折射光，另一束为反射光，它们应服从光线的折射和反射定律，即=2，n1sin =n2sin 11 通信光缆1. 光纤概述折射光在靠近纤芯包层界面的包层中传播；反射光先回到纤芯中，再射到纤芯的另一侧的纤芯包层界面上，重复上述情况因为包层的损耗比纤芯大，所以进入包层的光（折射光）很快衰减掉在这种情况下，在光纤中传播的光波也就会很快地衰减而不能远距离传输为了使光在光纤中远距离传输，一定要形成光在光纤中反复发生全反射的条件根据全反射原理，存在一个临界角C使折射光线不再进入包层，而是沿纤芯包层界面向前传播根据反射定律，反射回纤芯中的光线向另一侧的纤芯包层界面射入时，入射角保持不变，此时光线可以在纤芯中不断发生反射而不产生折射，从而实现全反射1 通信光缆2. 光纤的分类（1） 按材料的不同，光纤可分为石英系光纤，石英芯、塑料包层光纤，多成分玻璃光纤，塑料光纤2） 按波长的不同，光纤可分为短波长光纤、长波长光纤和超长波长光纤。

短波长光纤通信系统的工作波长为0.80.9 m，典型值为0.85 m这类系统的传输距离较短，目前较少使用长波长光纤通信系统的工作波长为1.01.6 m，通常采用1.31 m和1.55 m两种波长这类系统的传输距离较长，中继距离可达100 km超长波长光纤通信系统采用非石英系光纤，可实现1 000 km无中继传输3） 按模式的不同，光纤可分为单模光纤和多模光纤，如图3-4所示1 通信光缆2. 光纤的分类 单模光纤芯线的直径小到光波波长大小时，光纤就成为波导，光在其中无反射地沿直线传播，这种光纤称为单模光纤单模光纤的纤芯直径大多为410 m单模光纤用于大容量、长距离系统单模光纤具有传输衰减低、带宽大、易升级扩容的优点目前，光通信敷设的光缆大部分都是G.652常规单模光纤的光缆1 通信光缆2. 光纤的分类 多模光纤光波在光纤中以多种模式传播，不同的传播模式有不同的电磁场分布和传播路径，这种光纤称为多模光纤多模光纤的纤芯直径大多为50 m或62.5 m多模光纤可分为突变型多模光纤（step index fiber，SIF）和渐变型多模光纤（graded index fiber，GIF），如图3-5和图3-6所示。

突变型多模光纤突变型多模光纤的纤芯直径为5060 m，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，因而信号畸变较大，只能用于小容量、短距离系统渐变型多模光纤渐变型多模光纤的纤芯直径为50 m，光线以曲线形状沿纤芯轴线方向传播，各条路径的时延差较小，因而信号畸变较小，适用于中等容量、中等距离系统1 通信光缆2. 光纤的分类1 通信光缆3. 光纤的传输特性光纤的传输特性包括损耗、色散、衰减、偏振和非线性效应等，其中，损耗和色散是光纤最重要的传输特性损耗限制系统的传输距离，色散限制系统的传输容量1） 光纤的损耗特性在光发射机和接收机之间由光缆吸收、反射、散射和辐射的信号功率被认为是损耗光纤损耗是光纤传输系统中限制中继距离的主要因素之一表3-1列出了3种石英光纤的典型损耗值1 通信光缆3. 光纤的传输特性（2） 光纤的色散特性色散是光纤的一个重要参数，它会引起传输信号的畸变，使通信质量变差，限制通信容量与距离，特别是对高速和长距离光纤通信系统的影响更为突出 光纤色散的产生涉及多方面的原因，这里只介绍模式色散、材料色散和波导色散 模式色散模式色散是指光在多模光纤中传输时会存在许多种传播模式，因为每种传播模式在传输过程中都具有不同的轴向传输速度，所以虽然在输入端同时发送光脉冲信号，但光脉冲信号到达接收端的时间却不同，于是产生了时延，使光脉冲发生展宽与畸变。

1 通信光缆3. 光纤的传输特性 材料色散材料色散是由构成纤芯的材料对不同波长的光波所呈现的不同折射率造成的，波长短则折射率大，波长长则折射率小就目前的技术水平而言，光源尚不能达到严格单频发射的程度，因此无论谱线宽度多么狭窄的光源器件，它所发出的光也会包含多根谱线（多种频率成分），只不过光波长的数量以及各光波长的功率所占的比例不同而已每根谱线都会受到光纤色散的作用，而接收端不可能对每根谱线受光纤色散作用所造成的畸变进行理想均衡，故会产生脉冲展宽现象 波导色散波导色散是指由光纤的波导结构对不同波长的光产生的色散作用波导结构是指光纤的纤芯与包层直径的大小、光纤的横截面折射率分布规律等这种色散通常很小，可以忽略不计1 通信光缆4. 光缆在实际工程应用中，需要把若干根光纤绞合成光缆，在光缆外面再加上各种保护套，以防止外界各种机械压力和施工过程中可能发生的损耗光缆的结构取决于用途，在一些简单的情况下，只需在光纤外面加一层塑料外套；在另外一些应用中，必须使用钢质加强芯之类的增强材料以保证光缆具有足够的机械强度1） 光缆的基本结构光缆一般由缆芯、加强构件、填充物和护层等几部分构成，除了这些基本结构之外，根据实际需要，还要有防水层、缓冲层、绝缘金属导线等构件。

缆芯为了进一步保护光纤，增加光纤的强度，一般将带有涂覆层的光纤再套上一层塑料层（通常称为套塑），套塑后的光纤称为光纤芯线根据使用条件和用户要求，套塑可分为紧结构和松结构将套塑后且满足机械强度要求的单根或多根光纤芯线以不同的形式组合起来，就成了缆芯，如图3-7所示多芯光缆一般以紧结构或松结构为单位组成单元式结构，或者在松结构的套管中放入多根光纤绞合而成1 通信光缆4. 光缆紧结构光缆的主要形式是绞合型光缆，它是将光纤以一定的节距绞合成光缆，并紧紧地包在塑料之中这种结构的光缆一般都是以中心强度元件来承受张力的，从而减小外力对光纤的作用紧结构光缆的缓冲层一般采用硅树脂，二次涂覆采用尼龙材料，这种光缆的优点是结构简单、使用方便，如图3-8（a）所示松结构光缆中的光纤具有较大的活动空间将一次涂覆后的光纤放在一根管子中，管中填充油膏，形成松套管结构，如图3-8（b）所示这种光纤的优点是机械性能好、防水性好、便于成缆1 通信光缆4. 光缆1 通信光缆4. 光缆 加强构件加强构件的作用是增加光缆的抗拉强度，提高光缆的机械性能光纤材料比较脆、易断裂，为使光缆能够承受敷设安装时所加的外力，应在光缆中加一个或多个加强构件。

位于中心或分散在四周的加强构件的材料可用钢丝或纤维增强复合材料（fiber reinforced polymer/plastic，FRP）等一般光缆的加强构件采用镀锌钢丝、钢丝绳、不锈钢丝或高强度塑料加强构件等护层的主要作用是保护缆芯，提高机械性能和防护性能不同的护层结构适合不同的敷设条件光缆的护层可分为内护层和外护层内护层一般采用聚乙烯或聚氯乙烯等，用来防止钢带、加强构件等金属构件损伤光纤；外护层可根据敷设条件的不同而采用由铝带和聚乙烯组成的双面涂塑铝带黏接层外护套加钢线铠装等，达到进一步加强光缆保护的目的1 通信光缆4. 光缆 填充物填充物用来提高光缆的防潮性能在光缆缆间空隙中注入填充物，可以防止水汽进入光缆2） 光缆的种类公用通信网所用光缆如表3-2所示1 通信光缆4. 光缆下面介绍几种具有代表性的光缆结构形式： 层绞式光缆层绞式光缆是将若干根光纤芯线以强度构件为中心绞合在一起的一种结构，如图3-9所示这种光缆的制造方法和电缆较相似，可以采用电缆的成缆设备，因此成本较低层绞式光缆的芯线数一般不超过10根 单位式光缆单位式光缆是将几根至十几根光纤芯线集合成一个单位，再由数个单位以强度构件为中心绞合成缆。

这种光缆的芯线数一般只有几十根1 通信光缆4. 光缆 骨架式光缆骨架式光缆是将单根或多根光纤放入骨架的螺旋槽内，骨架的中心是加强构件，螺旋槽的形状可以是V形、U形或凹形这种光缆具有耐侧压、抗弯曲、抗拉的特点骨架式光缆如图3-10所示 带状式光缆带状式光缆是将412根光纤芯线排列成行，构成带状光纤单元，再将这个带状光纤单元按一定方式排列成缆，如图3-11所示这种光缆的结构紧凑，采用带状式结构可做成上千芯的高密度用户光缆1 通信光缆4. 光缆1 通信光缆5. 光纤配线架及连接器（1） 光纤配线架（optical distribution frame，ODF）光纤配线架（见图3-12）用于光纤通信系统中局端主干光缆的成端和分配，可方便地实现光纤线路的连接、分配和调度1 通信光缆5. 光纤配线架及连接器光纤总配线架为一侧连接交换机外线，另一侧连接交换机入口和出口的内部电缆布线的配线架，如图3-13所示配线架通常安装在机柜或墙上通过安装附件，配线架可以全线满足UTP、STP、同轴电缆、光纤、音视频的需要在网络工程中常用的配线架有双绞线配线架和光纤配线架总配线架适用于与大容量交换设备配套使用，用以接续内、外线路；一般还具有配线、测试和保护局内设备及人身安全的作用。

总配线架由机架、保安接线排、测试接线排、保安单元及其他附件组成，具有良好的保护功能，防止雷电或其他原因产生的过电流、过电压对通信设备和机房的人员造成伤害机架具有可靠的接地系统1 通信光缆5. 光纤配线架及连接器（2） 光纤连接。