光纖光纜布線基礎(chǔ)知識及系統(tǒng)設(shè)計解決方案
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作者:中連訊科
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發(fā)布時間: 2024-03-21
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光纖作為高帶寬、高安全的數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)被廣泛應(yīng)用于各種大中型網(wǎng)絡(luò)之中。由于線纜和設(shè)備造價昂貴，光纖大多只被用于網(wǎng)絡(luò)主干，即應(yīng)用于垂直主干子系統(tǒng)和建筑群子系統(tǒng)的系統(tǒng)布線，實現(xiàn)樓宇之間以及樓層之間的連接，目前也應(yīng)用于對傳輸速率和安全性有較高要求的水平布線子系統(tǒng)。
可見光部分波長范圍是：390~760nm(毫微米)。大于760nm部分是紅外光，小于390nm部分是紫外光。光纖中應(yīng)用的是：850，1300，1550三種。因光在不同物質(zhì)中的傳播速度是不同的，所以光從一種物質(zhì)射向另一種物質(zhì)時，在兩種物質(zhì)的交界面處會產(chǎn)生折射和反射。而且，折射光的角度會隨入射光的角度變化而變化。當(dāng)入射光的角度達(dá)到或超過某一角度時，折射光會消失，入射光全部被反射回來，這就是光的全反射。不同的物質(zhì)對相同波長光的折射角度是不同的(即不同的物質(zhì)有不同的光折射率)，相同的物質(zhì)對不同波長光的折射角度也是不同。光纖通訊就是基于以上原理而形成的。光纖裸纖一般分為三層：中心高折射率玻璃芯(芯徑一般為50或62.5μm)，中間為低折射率硅玻璃包層(直徑一般為125μm)，最外是加強(qiáng)用的樹脂涂層。入射到光纖端面的光并不能全部被光纖所傳輸，只是在某個角度范圍內(nèi)的入射光才可以。這個角度就稱為光纖的數(shù)值孔徑。光纖的數(shù)值孔徑大些對于光纖的對接是有利的。不同廠家生產(chǎn)的光纖的數(shù)值孔徑不同(AT&T？？CORNING)。A.按光在光纖中的傳輸模式可分為：單摸光纖和多模光纖。
多模光纖：中心玻璃芯較粗(50或62.5μm)，可傳多種模式的光。但其模間色散較大，這就限制了傳輸數(shù)字信號的頻率，而且隨距離的增加會更加嚴(yán)重。例如：600MB/KM的光纖在2KM時則只有300MB的帶寬了。因此，多模光纖傳輸?shù)木嚯x就比較近，一般只有幾公里。單模光纖：中心玻璃芯較細(xì)(芯徑一般為9或10μm)，只能傳一種模式的光。因此，其模間色散很小，適用于遠(yuǎn)程通訊，但其色度色散起主要作用，這樣單模光纖對光源的譜寬和穩(wěn)定性有較高的要求，即譜寬要窄，穩(wěn)定性要好。B.按最佳傳輸頻率窗口分：常規(guī)型單模光纖和色散位移型單模光纖。
常規(guī)型：光纖生產(chǎn)廠家將光纖傳輸頻率最佳化在單一波長的光上，如1300nm。色散位移型：光纖生產(chǎn)廠家將光纖傳輸頻率最佳化在兩個波長的光上，如：1300nm和1550nm。突變型：光纖中心芯到玻璃包層的折射率是突變的。其成本低，模間色散高。適用于短途低速通訊，如：工控。但單模光纖由于模間色散很小，所以單模光纖都采用突變型。漸變型光纖：光纖中心芯到玻璃包層的折射率是逐漸變小，可使高模光按正弦形式傳播，這能減少模間色散，提高光纖帶寬，增加傳輸距離，但成本較高，現(xiàn)在的多模光纖多為漸變型光纖。單模：8/125μm，9/125μm，10/125μm多模：50/125μm，歐洲標(biāo)準(zhǔn) 62.5/125μm，美國標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)，醫(yī)療和低速網(wǎng)絡(luò)：100/140μm，200/230μm現(xiàn)在光纖制造方法主要有：管內(nèi)CVD(化學(xué)汽相沉積)法，棒內(nèi)CVD法，PCVD(等離子體化學(xué)汽相沉積)法和VAD(軸向汽相沉積)法。造成光纖衰減的主要因素有：本征，彎曲，擠壓，雜質(zhì)，不均勻和對接等。本征：是光纖的固有損耗，包括：瑞利散射，固有吸收等。
彎曲：光纖彎曲時部分光纖內(nèi)的光會因散射而損失掉，造成的損耗。
擠壓：光纖受到擠壓時產(chǎn)生微小的彎曲而造成的損耗。
雜質(zhì)：光纖內(nèi)雜質(zhì)吸收和散射在光纖中傳播的光，造成的損失。
不均勻：光纖材料的折射率不均勻造成的損耗。
對接：光纖對接時產(chǎn)生的損耗，如：不同軸(單模光纖同軸度要求小于0.8μm)，端面與軸心不垂直，端面不平，對接心徑不匹配和熔接質(zhì)量差等。
1)光纖的通頻帶很寬.理論可達(dá)30億兆赫茲。2)無中繼段長.幾十到100多公里，銅線只有幾百米。4)重量輕，體積小。例如：通2萬1千話路的900對雙絞線，其直徑為3英寸，重量8噸/KM。而通訊量為其十倍的光纜，直徑為0.5英寸，重量450P/KM。5)光纖通訊不帶電，使用安全可用于易燃，易暴場所。1)光纖的篩選：選擇傳輸特性優(yōu)良和張力合格的光纖。2)光纖的染色：應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的全色譜來標(biāo)識，要求高溫不退色不遷移。3)二次擠塑：選用高彈性模量，低線脹系數(shù)的塑料擠塑成一定尺寸的管子，將光纖納入并填入防潮防水的凝膠，最后存放幾天(不少于兩天)。4)光纜絞合：將數(shù)根擠塑好的光纖與加強(qiáng)單元絞合在一起。5)擠光纜外護(hù)套：在絞合的光纜外加一層護(hù)套。1)按敷設(shè)方式分有：自承重架空光纜，管道光纜，鎧裝地埋光纜和海底光纜。2)按光纜結(jié)構(gòu)分有：束管式光纜，層絞式光纜，緊抱式光纜，帶式光纜，非金屬光纜和可分支光纜。3)按用途分有：長途通訊用光纜、短途室外光纜、混合光纜和建筑物內(nèi)用光纜。多年來，做光纜施工使得我們已有了一套成熟的方法和經(jīng)驗。較長距離的光纜敷設(shè)最重要的是選擇一條合適的路徑。這里不一定最短的路徑就是最好的，還要注意土地的使用權(quán)，架設(shè)的或地埋的可能性等。必須要有很完備的設(shè)計和施工圖紙，以便施工和今后檢查方便可靠。施工中要時時注意不要使光纜受到重壓或被堅硬的物體扎傷。光纜轉(zhuǎn)彎時，其轉(zhuǎn)彎半徑要大于光纜自身直徑的20倍。A.吊線托掛架空方式，這種方式簡單便宜，我國應(yīng)用最廣泛，但掛鉤加掛、整理較費時。
B.吊線纏繞式架空方式，這種方式較穩(wěn)固，維護(hù)工作少。但需要專門的纏扎機(jī)。
C.自承重式架空方式，對線干要求高，施工、維護(hù)難度大，造價高，國內(nèi)目前很少采用。
D.架空時，光纜引上線干處須加導(dǎo)引裝置，并避免光纜拖地。光纜牽引時注意減小摩擦力。每個干上要余留一段用于伸縮的光纜。
E.要注意光纜中金屬物體的可靠接地。特別是在山區(qū)、高電壓電網(wǎng)區(qū)和多地區(qū)一般要每公里有3個接地點，甚至選用非金屬光纜。
A.施工前應(yīng)核對管道占用情況，清洗、安放塑料子管，同時放入牽引線。
B.計算好布放長度，一定要有足夠的預(yù)留長度。
C.一次布放長度不要太長(一般2KM)，布線時應(yīng)從中間開始向兩邊牽引。
D.布纜牽引力一般不大于120kg，而且應(yīng)牽引光纜的加強(qiáng)心部分，并作好光纜頭部的防水加強(qiáng)處理。
E.光纜引入和引出處須加順引裝置，不可直接拖地。
F.管道光纜也要注意可靠接地。
A.直埋光纜溝深度要按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行挖掘，標(biāo)準(zhǔn)見下表：
B.不能挖溝的地方可以架空或鉆孔預(yù)埋管道敷設(shè)。
C.溝底應(yīng)保證平緩堅固，需要時可預(yù)填一部分沙子、水泥或支撐物
D.敷設(shè)時可用人工或機(jī)械牽引，但要注意導(dǎo)向和潤滑。
E.敷設(shè)完成后，應(yīng)盡快回土覆蓋并夯實。
A.垂直敷設(shè)時，應(yīng)特別注意光纜的承重問題，一般每兩層要將光纜固定一次。
B.光纜穿墻或穿樓層時，要加帶護(hù)口的保護(hù)用塑料管，并且要用阻燃的填充物將管子填滿。
C.在建筑物內(nèi)也可以預(yù)先敷設(shè)一定量的塑料管道，待以后要敷射光纜時再用牽引或真空法布光纜。
光纜的選用除了根據(jù)光纖芯數(shù)和光纖種類以外，還要根據(jù)光纜的使用環(huán)境來選擇光纜的外護(hù)套。1)戶外用光纜直埋時，宜選用鎧裝光纜。架空時，可選用帶兩根或多根加強(qiáng)筋的黑色塑料外護(hù)套的光纜。
2)建筑物內(nèi)用的光纜在選用時應(yīng)注意其阻燃、毒和煙的特性。一般在管道中或強(qiáng)制通風(fēng)處可選用阻燃但有煙的類型(Plenum)，暴露的環(huán)境中應(yīng)選用阻燃、無毒和無煙的類型(Riser)。
3)樓內(nèi)垂直布纜時，可選用層絞式光纜(DistributionCables)；水平布線時，可選用可分支光纜(BreakoutCables)。
4)傳輸距離在2km以內(nèi)的，可選擇多模光纜，超過2km可用中繼或選用單模光纜。
方法主要有永久性連接、應(yīng)急連接、活動連接。這種連接是用放電的方法將連根光纖的連接點熔化并連接在一起。一般用在長途接續(xù)、永久或半永久固定連接。其主要特點是連接衰減在所有的連接方法中最低，典型值為0.01~0.03dB/點。但連接時，需要專用設(shè)備(熔接機(jī))和專業(yè)人員進(jìn)行操作，而且連接點也需要專用容器保護(hù)起來。應(yīng)急連接主要是用機(jī)械和化學(xué)的方法，將兩根光纖固定并粘接在一起。這種方法的主要特點是連接迅速可靠，連接典型衰減為0.1~0.3dB/點。但連接點長期使用會不穩(wěn)定，衰減也會大幅度增加，所以只能短時間內(nèi)應(yīng)急用。活動連接是利用各種光纖連接器件(插頭和插座)，將站點與站點或站點與光纜連接起來的一種方法。這種方法靈活、簡單、方便、可靠，多用在建筑物內(nèi)的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)布線中。其典型衰減為1dB/接頭。光纖檢測的主要目的是保證系統(tǒng)連接的質(zhì)量，減少故障因素以及故障時找出光纖的故障點。檢測方法很多，主要分為人工簡易測量和精密儀器測量。這種方法一般用于快速檢測光纖的通斷和施工時用來分辨所做的光纖。它是用一個簡易光源從光纖的一端打入可見光，從另一端觀察哪一根發(fā)光來實現(xiàn)。這種方法雖然簡便，但它不能定量測量光纖的衰減和光纖的斷點。使用光功率計或光時域反射圖示儀(OTDR)對光纖進(jìn)行定量測量，可測出光纖的衰減和接頭的衰減，甚至可測出光纖的斷點位置。這種測量可用來定量分析光纖網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障的原因和對光纖網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品進(jìn)行評價。四、光纖的應(yīng)用及系統(tǒng)設(shè)計人類社會現(xiàn)在已發(fā)展到了信息社會，聲音、圖像和數(shù)據(jù)等信息的交流量非常大。以前的通訊手段已經(jīng)不能滿足現(xiàn)在的要求，而光纖通訊以其信息容量大、保密性好、重量輕體積小、無中繼段距離長等優(yōu)點得到廣泛應(yīng)用。其應(yīng)用領(lǐng)域遍及通訊、交通、工業(yè)、醫(yī)療、教育、航空航天和計算機(jī)等行業(yè)，并正在向更廣更深的層次發(fā)展。光及光纖的應(yīng)用正給人類的生活帶來深刻的影響與變革。2、光纖網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計：光纖系統(tǒng)的設(shè)計一般遵循以下步驟：1)首先弄清所要設(shè)計的是什么樣的網(wǎng)絡(luò)，其現(xiàn)狀如何，為什么要用光纖。2)根據(jù)實際情況選擇合適的光纖網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、光纜、跳線及連接用的其它物品。選用時應(yīng)以可用為基礎(chǔ)，然后再依據(jù)性能、價格、服務(wù)、產(chǎn)地和品牌來確定。3)按客戶的要求和網(wǎng)絡(luò)類型確定線路的路由，并繪制布線圖。4)路線較長時則需要核算系統(tǒng)的衰減余量，核算可按下面公式進(jìn)行：衰減余量=發(fā)射光功率-接受靈敏度-線路衰減-連接衰減(dB)其中線路衰減=光纜長度×單位衰減；單位衰減與光纖質(zhì)量有很大關(guān)系，一般單模為0.4~0.5dB/km；多模為2~4dB/km。連接衰減包括熔接衰減接頭衰減，熔接衰減與熔接手段和人員的素質(zhì)有關(guān)，一般熱熔為0.01~0.3dB/點；冷熔0.1~0.3dB/點；接頭衰減與接頭的質(zhì)量有很大關(guān)系，一般為1dB/點。系統(tǒng)衰減余量一般不少于4dB。5)核算不合格時，應(yīng)視情況修改設(shè)計，然后再核算。這種情況有時可能會反復(fù)幾次。根據(jù)其情況，在已有細(xì)纜網(wǎng)的一邊使用一臺三口中繼器(雙絞線-光纖-細(xì)纜)，另一邊使用一臺帶光纖主干的雙絞線HUB。中間用架空或地埋勻可的束管式4芯室外多模光纜再經(jīng)過熔接為帶ST頭的室內(nèi)跳線(因設(shè)備的光纖接口為ST型)。衰減核算：(一般多模設(shè)備在2km范圍內(nèi)不用核算，這里只做個例子)線路衰減：1.5km×3.5dB/km=5.25dB連接衰減：接頭2個衰減為：2點×1dB/點=2dB熔接兩個點為：2點×0.07dB/點=0.14dB衰減余量=-16dBm-(-29.5dBm)-5.25dB-0.14dB-2dB=6.11(dB經(jīng)過上面的計算，可以看出系統(tǒng)容量大于4dB，以上選擇可以滿足要求。
