光纤
一.光及其特性：
光是一种电磁波。可见光部分波长范围是： 390~760nm(毫微米),大于760nm部分是红外光，小于390nm部分是紫外光。光纤中应用的是：850nm，1310nm，1550nm三种。
二 光纤结构：
光纤裸纤一般分为三层：中心高折射率玻璃芯(多模芯径一般为50或62.5μm, 单模芯径一般为9-10μm)，中 间为低折射率硅玻璃包层(直径一般为125μm)，最外是加强用的树脂涂层
三.光纤的种类：
按光在光纤中的传输模式可分为： 单模光纤和多模光纤。
1. 多模光纤：
中心玻璃芯较粗(50或62.5μm)，可传多种模式的光。但其模间色散较大，这就限制了传输数字信号的频率，而且随距离的增加会更加严重。例如：600MB/KM的光纤在2KM时则只有300MB的带宽了。因此，多模光纤传输的距离就比较近，一般只有几公里。
多模光纤的波长为850nm 衰耗3-4db/km, 波长为1310nm 衰耗0.3-3db/km,
2. 单模光纤：
中心玻璃芯教细(芯径一般为9或10μm)，只能传一种模式的光。因此，其模间色散很小，适用于远程通讯，但其色度色散起主要作用，这样单模光纤对光源的谱宽和稳定性有较高的要求， 即谱宽要窄，稳定性要好。
单模光纤的波长为1310nm衰耗波长为1550nm 衰耗
四. 常用光纤规格：(纤芯直径/包层直径)
单模： 8/125μm， 9/125μm ， 10/125μm
多模： 50/125μm 欧洲标准 ， 62.5/125μm 美国标准
工业，医疗和低速网络： 100/140μm， 200/230μm
塑料： 98/1000μm 用于汽车控制。
五.光纤的优点：
1. 光纤的通频带很宽.理论可达30亿兆赫兹。
2. 无中继段长.几十到100多公里，铜线只有几百米。
3. 不受电磁场和电磁辐射的影响。
4. 重量轻，体积小。例如：通2万1千话路的900对双绞线，其直径为3英寸，重量8 吨/KM。而通讯量为其十倍的光缆直径为0.5英寸，重量450P/KM。
5. 光纤通讯不带电，使用安全可用于易燃，易暴场所。
6. 使用环境温度范围宽。
7. 无化学腐蚀，使用寿命长。
光缆种类及结构
1.按敷设方式分有：自承重架空光缆，管道光缆，铠装地埋光缆和海底光缆。
2.按光缆结构分有：束管式光缆，层绞式光缆，紧抱式光缆，带式光缆，非金属光缆和可分支光缆。
3.按用途分有：长途通讯用光缆、短途室外光缆、混合光缆和建筑物内用光缆。
室内/室外光缆有4芯、6芯、8芯、12芯、24芯、32芯等芯数
光纤终端盒
光纤活动连接器
通常使用的为φ2.5mm陶瓷插针的FC/PC、ST和SC型等型号活动连接器作为光纤输出/输入端口
1. FC／FC型光纤连接器
——这种连接器最早是由日本NIT研制。前一个FC是Ferrule Connector的缩写，表明其外部加强件是采用金属套，紧固方式为螺丝扣；后一个FC表明接头的对接方式为平面对接。此类连接器结构简单，操作方便，制作容易，但光纤端面对微尘较为敏感，且容易产生菲涅尔反射，提高回波损耗较为困难。以NTT的FC／FC型光纤连接器为例，其部分参数分别为：介入损耗：最大为1.0dB，平均为0.5dB；重复性偏差（即机械耐力）：最大为0.3dB，平均为0.06dB；互换偏差：最大为0.5dB，平均为0.2dB。
——
2. FC／PC型光纤连接器
——这种连接器是FC／FC型连接器的改进型。其中FC的意义与前者相同；PC是Physical Connection的缩写，表明其对接端面是物理接触，即端面呈凸面拱型结构。与前者相比，这种连接器外部结构没有改变，只是对接端面的结构由平面变为拱型凸面。此类连接器的介入损耗和回波损耗性能与前者比较有了较大幅度的提高。以北京住力电通光电技术公司采用日本住友电工的技术和标准生产的FC／PC型光纤连接器为例，根据该公司的介绍，其100个介入损耗规格值为0.5dB的连接器的最大介入损耗为0.35dB，平均值为0.18dB。回波损耗皆大于40dB，平均值可达到44.12dB。
——以上两种连接器，在有些资料中被统称为FC（F01）型连接器，较为详细的资料一般都注明其端面为平面抛光型还是球面（或PC）研磨型。也有些资料将FC／FC型连接器称为FC型连接器，将FC／PC型连接器称为PC型连接器。由于经这两种端面处理过的连接器，其光学性能相差较大，因此用户在选用时一定要弄清楚对方介绍的究竟是哪一种连接器。
——3. SC（F04）型光纤连接器
——这是一种由日本NTT公司开发的模塑插拔耦合式单模光纤连接器。其外壳采用模塑工艺，用铸模玻璃纤维塑料制成，呈矩型；插头套管（也称插针）由精密陶瓷制成，耦合套筒为金属开缝套管结构，其结构尺寸与FC型相同，端面处理采用PC或APC型研磨方式；紧固方式是采用插拔销闩式，不需旋转。此类连接器价格低廉，插拔操作方便，介入损耗波动小，抗压强度较高，安装密度高。据有关资料介绍，单体型的SC连接器，其平均介入损耗值为0.06dB，标准偏差为0.07dB；回波损耗：采用PC技术时，平均值为28.4dB，标准偏差为0.6dB；采用APC技术时，平均值为46.1dB，标准偏差为2.7dB。另外NTT已将这种连接器开发成一个系列型产品，包括四种型号的SC连接器（单体型、双体F（扁平）型和H（高密度）型、高密度四孔型）、适用于书架式单元中印刷电路板与底座之间多路光连接的底座光连接器、固定衰减器、SC型插座、测量插座和光纤连接器清洗器等。
光纤连接适配器 (发兰盘)
活动连接是利用各种光纤连接器件(插头和插座)，将站点与站点或站点与光缆连接起来的一种方法。这种方法灵活、简单、方便、可靠，多用在建筑物内的计算机网络布线中。其典型衰减为1dB/接头。
根据连接器的型号配有相应的连接适配器,如FC/PC、ST和SC型等型号
光的发送和接收
有两种光源可被用作信号源：发光二极管LED(light-emitting diode)和半导体激光ILD(injection laser diode)。它们有着不同的特性，如下表。
项目
LED
半导体激光(LD)
数据速率
低
高
模式
多模或单模
多模或单模
距离
短
长
生命期
长
短
温度敏感性
较小
较敏感
造价
低造价
昂贵
光纤的接收端由光电二极管构成，在遇到光时，它给出一个点脉冲。光电二极管的响应时间一般为1ns，这就是把数据传输速率限制在1Gb/s内的原因。热噪声也是个问题，因此光脉冲必须具有足够的能量以便被检测到。如果脉冲能量足够强，则出错率可以降到非常低的水平。
光纤数字通信系统
1. 基本组成
电发射端机: 完成模拟信号转变为数字信号
输入接口: 主要完成码形转换
光发射端机: 完成电光转换
光纤
光中继器 放大器 (一般 50KM一个)
光接收端机 完成光电转换
电接收端机 将数字信号转换为模拟信号送给用户
2. 光纤数字同步系列简介
包括两种系列: 准同步数字系统系列 Plesiochronous Digital Hierarchy
( PDH )；和 同步数字系列 Synchronous Digital Hierarchy （ SDH）
2.1 PDH 网
有两种基础频率: 一种是以1.544Mb/s作为第一级的基础频率,如美国、日本等。另一种是以2.048Mb/s作为基础频率，如中国和欧洲。歌词群之间的路数以4倍递增。而速率稍大于4倍。
主要缺点： 编码率不统一。没有足够的富裕比特，缺乏灵活性
2．2 SDH网
1988年提出。 将PDH和SDH两套数字系列在四次群上互通。并将接口码率定为155.520Mb/s。位国际数字信息交换提供条件。
数字通信系统示意图:
光纤通道直联 (专用方式)
复用方式1 : 64KB/S接口复接 接口设备: OTEC64/4-5
复用方式2 : 2MB/S接口复接 接口设备: OTEC2M/4-5
光纤通道
继电保护所采用的光纤通道主要有两种方式，一是为保护装置敷设专用的光纤通道，二是复用现有的数字通信网络。相应的系统连接方式有专用方式和复用方式两种。
1. 专用通道方式
专用方式需为继电保护敷设专用的光纤通道，在此通道中只传输继电保护的信息。由于受光端机的工作距离的限制和敷设光缆费用的制约（主要由光头的光发送功率和接收灵敏度决定），专用方式的通信距离一般在80km以内。专用方式的优点是光缆的纤芯经熔纤后由光缆终端箱直接接入保护设备的光端机（如COM1），不需附加其它设备，可靠性高而且由于不涉及通信调度，管理也较方便。目前，专用方式主要应用于距离较短的城网线路保护以及发电厂与电力系统之间的短联络线保护。
2. 复用通道方式
复用方式则是利用数字PCM复接技术，利用现有的光纤通道和微波通道，对继电保护的信息进行传输。复用方式利用64kbit/s的数字接口经PCM终端设备或利用2M接口直接接入现有数字用户网络系统，不需再敷设光缆，同时传输距离也大大提高，可延伸到数字用户网络的每一个通信接点。继电保护利用复用方式传输数据信息时，需在通信室内增加数字复用接口设备并和数字复用设备相连接。复用方式主要用于长距离输电线路的保护。
在光纤网络敷设的光缆中，除提供数据共用光纤通道接口，满足数据通信、宽带多媒体、图像信息等的需求外，还提供继电保护专用纤芯。专用光纤通道由于占用光缆纤芯数较多，加上传输距离较近，限制了其有效应用，对于长距离输电线路的保护，数据通信一般采用复用通道。对于较短距离的线路保护，有时虽然采用了专用通道为主用通道，为增加可靠性，也常采用复用通道作为备用通道。复用方式不但节省了光缆及施工费用，而且利用了SDH自愈环的高可靠性，在电力系统中的应用正逐渐增多。
64Kbit/s接口
有同向型接口,反向型接口,规定如下:
a. 在同步和准同步网中使用同向型接口
b. 在点对点通信中除使用同向型接口外,也可使用反向型接口
注: 同向型接口和反向型接口不能简单实现输入与输出的相互连接
1. 同向型接口
(1) 代码变换规则:
第一步至第三步:将一组64Kbit/s的数据变为256Kbit/s的NRZ码
其中: “1”对应四比特码组: “1100”, “0”对应四比特码组: “1010”
第五步至第六步: 将NRZ码转变成三电平信号,并在每第8个四比特码组破坏组间的极性交换.
(2) 输入口输入阻抗
标称值: 120欧姆 (平衡)
(3) 连接64Kbit/s同向型接口输出口与输入口所使用的连接线是对称屏蔽线对时,其屏蔽层应在输出口接地.但如果需要,在输入口也可以接地.
(4) 64Kbit/s的数据信号与它相关的定时信号时同方向传输的
2. 反向型接口
(1) 代码变换规则:
64Kbit/s的数据信号编成占空比100%的AMI码;合成定时信号编成占空比50%的AMI码传递64kHz定时信号,并通过引入破坏点传递8kHz 8比特组相位定时信号.
(2) 输入口输入阻抗
标称值: 120欧姆 (平衡)
(3) 连接64Kbit/s同向型接口输出口与输入口所使用的连接线是对称屏蔽线对时,其屏蔽层应在输出口接地.但如果需要,在输入口也可以接地.
(4)与64Kbit/s的数据信号相关的定时信号都向着接口的业务侧传输的,并不一定与数据同向
2048Kbit/s接口(2M口)
(1) 标称比特率: 2048Kbit/s
(2) 代码: HDB3
(3) 输入口输入阻抗:
标称值: 75欧姆 (同轴)
120欧姆 (对称)
(4) 连接输出口与输入口的同轴的外导体或对称屏蔽线对的屏蔽层应在输出口接地.但如果需要,在输入口也可以接地.
(5) 当在网络数字接口上必须实现具有75欧姆阻抗的输出(输入)口与具有120欧姆阻抗的输入(输出)口互相连接时阻抗适配措施应由75欧姆阻抗端解决.
WXH-803保护装置与光纤网连接
WXH-803保护装置即适用于专用通道,又可用于复用通道,二者的差别仅在于复用通道时要在通信室附加一个接口盒,该接口盒作用是将保护发送来的光信号转变为三电平电信号,并进行相应的代码转换,其输出直接与PCM复接装置连接.
1. 装置订货注意事项
a. 光纤类型: 单模
b. 光波长: 1310nm或1550nm
c. 发送电平: -10dBm
d. 接收灵敏度: 不小于-45 dBm
f. 光纤连接器类型: FC/PC型
g. 通道形式: 专用或复用
h. 其他附件: 发兰盘,跳纤,终端盒
附录A dBm与mW的对应关系
dBm是功率Po 相对于1mw 的测量单位,定义为:
dBm=10LG(Po/1mw) (单位: dBm)
简单换算表:
dBm -50 -40 -30 -20 -10 -7 -3 0 3 7 10 20 30
mW 0.00001 0.0001 0.001 0.01 0.1 0.2 0.5 1 2 5 10 100 1000
附录B 衰耗计算
衰耗元素:
1. 光纤衰耗: 0.3dB/km (单模)
2. 接头衰耗 1dB/点
3. 熔接衰耗 0.3dB/点
连接衰减包括熔接衰减接头衰减，熔接衰减与熔接手段和人员的素质有关，一般热熔为0.01~0.3dB/点；冷熔0.1~0.3dB/点；接头衰减与接头的质量有很大关系，一般为1dB/点。系统衰减余量一般不少于6dB
衰减核算：(按50km线路)
发射功率： -10dBm
接收灵敏度： -45dBm
线路衰减：50km×0.3dB/km=15dB
连接衰减：接头2个衰减为：2点×1dB/点=2 dB
熔接两个点为：2点×0.3dB/点=0.6dB
衰减余量 = -10 dBm-(-45dBm)-15 dB-0.6dB-2 dB =17.4(dB)
经过上面的计算,可以看出系统容量大于6dB,以上选择可以满足要求。
附录C 成缆光纤典型特性（CCITT）
一般分类
多模
单 模
CCITT
G651
G652
G653
G654
折射率分布
纤芯材料
包层材料
GI
玻璃
玻璃
特征
纤芯材料
包层材料
常规
玻璃
玻璃
色散位移
玻璃
玻璃
1.55um衰成最小
玻璃
玻璃
纤芯直径（um）
包层直径（um）
纤芯不圆度
包层不圆度
同心度误差
50±6%
125±2.4%
模场直径
包层直径
模场不圆度
包层不圆度
模场同心误差
（9~10）±10%
125±2.4%
——
（7~8.3）±10%
125±2.4%
——
（7~8.3）±10%
125±2.4%
——
衰减（Db/Km）
850nm
1300nm
1550nm
3~4
0.8~3
1300nm
1550nm
1.0(0.3~0.4)*
0.5(0.2~0.25)*
色度色散
(Ps/nm.Km)
850nm
1300nm
1550nm
1300nm
1550nm
±3.5(1285~1330)**
20
±3.5(1525~1575)
20
带宽
850nm
1310nm
200~1000
200~1200
* 已经达到的水平 **波长范围
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