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1、第第6章光通信工程讲义章光通信工程讲义本讲稿第一页，共六十页6.1 光缆线路测试类型及测试项目光缆线路测试类型及测试项目6.1.1 测试类型1光缆线路工程测试光光缆缆线线路路工工程程测测试试是是指指在在工工程程建建设设阶阶段段，对对单单盘盘光光缆缆和和中中继继段段光光缆缆进进行行的的性性能能指标检测。指标检测。本讲稿第二页，共六十页（1）单盘测试单单盘盘测测试试是是单单盘盘检检验验的的组组成成部部分分。单单盘盘测测试试是是对对运运输输到到现现场场的的光光缆缆传传输输、技技术术特特性性进进行行检检验验，以以确确定定运运输输到到分分屯屯点点上上的的光缆是否达到设计文件的要求。光缆是否达到设计文件的
2、要求。本讲稿第三页，共六十页（2）竣工测试（中继段测试）光光缆缆线线路路工工程程竣竣工工测测试试又又称称光光缆缆的的中中继继段段测测试试，这这是是光光缆缆线线路路施施工工过过程程中中较较为为关关键键的的一一项项工工序序。竣竣工工测测试试是是从从光光电电特特性性方面全面地测量、检查线路的传输指标。方面全面地测量、检查线路的传输指标。竣竣工工测测试试还还应应包包括括光光缆缆线线路路工工程程的的竣竣工验收。工验收。本讲稿第四页，共六十页2光缆线路维护测试通通过过对对光光缆缆线线路路的的光光电电特特性性测测试试，可可以以了了解解光光缆缆的的工工作作状状态态，掌掌握握光光缆缆线线路路实实际际运运行行状状
3、况况，正正确确判判断断可可能能发发生生障障碍碍的的位位置置和和时时间间，为为光光缆缆线线路路提提供供可可靠靠的技术资料。的技术资料。6.1.2 测试项目1工程测试项目本讲稿第五页，共六十页本讲稿第六页，共六十页2维护测试项目本讲稿第七页，共六十页6.2 光纤衰减的测量光纤衰减的测量6.2.1 光纤衰减的概念衰衰减减是是光光纤纤中中光光功功率率减减少少的的一一种种度度量量，它它取取决决于于光光纤纤的的工工作作（波波长长）类类型型和长度，并受测量条件的影响。和长度，并受测量条件的影响。本讲稿第八页，共六十页在在波波长长l处处，一一段段光光纤纤上上相相距距距距离离为为L的两个横截面的两个横截面1和和
4、2之间的衰减之间的衰减A(l)定义为定义为通通常常，对对于于均均匀匀光光纤纤来来说说，可可用用单单位位长长度度的的衰衰减减，即即衰衰减减系系数数反反映映光光纤纤衰衰减减性性能的好坏。衰减系数能的好坏。衰减系数a a(l l)定义为定义为a a(l l)A(l l)/L (dB/km)本讲稿第九页，共六十页6.2.2 光纤衰减的测量方法常常用用的的光光纤纤衰衰减减测测量量方方法法有有截截断断法法、后后向向散射法和插入损耗法。散射法和插入损耗法。1截断法（1）测量原理在在不不改改变变注注入入条条件件下下，分分别别测测出出通通过过光光纤纤两两个个点点的的光光功功率率P1和和P2，再再按按定定义义计计
5、算算出出光纤的衰减系数光纤的衰减系数a。（2）测量装置及各部分作用 本讲稿第十页，共六十页图6.1 截断法测量衰减的测量装置 本讲稿第十一页，共六十页图6.2 截断法测量衰减谱的测量装置 本讲稿第十二页，共六十页 光源 调制 滤模器 注入系统a单模光纤注入条件单模光纤注入条件b多模光纤注入条件多模光纤注入条件本讲稿第十三页，共六十页 滤模器滤模器 图6.3 采用滤模器的衰减测量注入装置 本讲稿第十四页，共六十页 几何光学注入几何光学注入 图6.4 空间状态限制衰减测量的几何注入装置 本讲稿第十五页，共六十页 包包层层模模剥剥除除器器。包包层层模模剥剥除除器器促促使使包包层层转转换换成成辐辐射射
6、模模，从从而而使使包包层层模模从从光光纤纤中被剥除。中被剥除。光探测器。光探测器。（3）测量方法本讲稿第十六页，共六十页2后向散射法（1）测量原理后后向向散散射射法法是是测测量量光光纤纤衰衰减减的的第第一一替替代代法法。它它基基于于能能从从光光纤纤中中双双向向后后向向散散射射光光信信号号提提取取光光纤纤衰衰减减或或衰衰减减系系数数、光光纤纤长长度度、衰衰减减均均匀匀性性、点点不不连连续续性性、光光学学连连续续性性、物理缺陷和接头损耗等信息。物理缺陷和接头损耗等信息。本讲稿第十七页，共六十页经经过过往往返返两两次次衰衰减减的的值值，所所以以曲曲线线斜斜率为常数的率为常数的AB段光纤的衰减为段光纤
7、的衰减为 A(l l)AB=0.5(PAPB)(dB)a a(l l)=A(l l)AB/LAB (dB/km)本讲稿第十八页，共六十页图6.5 后向散射法测得的衰减曲线 本讲稿第十九页，共六十页AB间的长度（距离）为间的长度（距离）为本讲稿第二十页，共六十页（2）测量装置及各部分作用后后向向散散射射法法所所用用的的装装置置就就是是光光时时域域反反射计射计OTDR组成如图组成如图6.6所示。所示。本讲稿第二十一页，共六十页图6.6 OTDR的组成方框图 本讲稿第二十二页，共六十页（3）测量方法图6.7 OTDR衰减曲线 本讲稿第二十三页，共六十页3插入损耗法（1）测量原理测测量量原原理理类类似
8、似于于截截断断法法，只只不不过过插插入入损损耗耗法法用用带带活活接接头头的的连连接接软软线线代代替替短短光光纤纤进进行行参参考考测测量量，计计算算在在预预先先相相互互连连接接的的注注入入系系统统和和接接收收系系统统之之间间（参参考考条条件件）因因插插入被测光纤引起的功率损耗。入被测光纤引起的功率损耗。插插入入损损耗耗法法有有两两个个可可供供选选择择的的参参考考条条件下的测量原理方案，如图件下的测量原理方案，如图6.8所示。所示。本讲稿第二十四页，共六十页图6.8 典型的插入损耗法测试装置 本讲稿第二十五页，共六十页（2）测量装置及各部分的作用（3）测量方法 方方案案1：被被测测光光纤纤段段的的
9、总总衰衰减减可可按按下式计算。下式计算。式式中中：Cr，C1，C2分分别别是是在在参参考考条条件件下下，被被测测光光纤纤输输入入端端和和输输出出端端连连接接器器的的标标称平均损耗（称平均损耗（dB）。）。-本讲稿第二十六页，共六十页 方方案案2：被被测测光光纤纤段段的的总总衰衰减减计计算式如下。算式如下。本讲稿第二十七页，共六十页4.“4P”法测接头损耗图6.9 光纤连接损耗测量（“四功率值”法）本讲稿第二十八页，共六十页永久性连接的附加损耗为永久性连接的附加损耗为-本讲稿第二十九页，共六十页6.3 光纤长度的测量光纤长度的测量 6.3.1 传输脉冲时延法设设光光脉脉冲冲经经长长度度为为L(m
10、)，平平均均折折射射率率为为n的光纤传输后，其传输时延的光纤传输后，其传输时延Dt为为DtnL/c (s)式式中中，c为为真真空空中中光光速速（3108m/s），此式可改写为此式可改写为LcDt/n (m)本讲稿第三十页，共六十页图图6.10 传输脉冲时延测量光纤长度传输脉冲时延测量光纤长度可见，只要测得可见，只要测得Dt，便能求得已知便能求得已知n值的值的光纤的长度，这就是传输脉冲时延法的原理。光纤的长度，这就是传输脉冲时延法的原理。本讲稿第三十一页，共六十页6.3.2 反射脉冲时延法光纤长度便可由下式求得光纤长度便可由下式求得Lc2t/2n 本讲稿第三十二页，共六十页图6.11 反射脉冲时
11、延测量光纤长度 本讲稿第三十三页，共六十页6.4 光光 缆缆 工工 程程 测测 试试6.4.1 中继段测试（竣工测试）1光缆线路衰减测试（1）光缆线路衰减定义可将一个单元光缆段中的总衰减定义为可将一个单元光缆段中的总衰减定义为本讲稿第三十四页，共六十页式式中中：an为为中中继继段段中中第第n根根光光纤纤的的衰衰减减系数（系数（dB/km）；）；Ln为为 中中 继继 段段 中中 第第 n根根 光光 纤纤 的的 长长 度度（km）；）；as为固定接头的平均损耗（为固定接头的平均损耗（dB）；）；X为中继段中固定接头的数量；为中继段中固定接头的数量；ac为连接器的平均插入损耗（为连接器的平均插入损耗
12、（dB）；）；Y为为中中继继段段中中连连接接器器的的数数量量（光光发发送送机机至至光光接接收收机机数数字字配配线线架架（ODF）间间的的活活接头）。接头）。本讲稿第三十五页，共六十页图6.12 中继段光纤线路损耗构成示意图 本讲稿第三十六页，共六十页（2）测量方法有插入法和后向散射法。有插入法和后向散射法。插入法核核心心网网光光缆缆线线路路，应应采采用用插插入入法法测测量量。从从中中继继段段光光缆缆线线路路衰衰减减要要求求在在带带已已成成端端的的连连接接插插件件状状态态下下进进行行测测量量来来说说，插插入入法法是是唯唯一一能能够够反反映映带带连连接接插插件件线线路路衰减的方法。衰减的方法。本讲
13、稿第三十七页，共六十页插插入入法法可可以以采采用用光光纤纤衰衰减减测测试试仪仪（分分多多模模和和单单模模），也也可可以以用用光光源源和和功功率率计计进进行测量。行测量。插插入入法法的的测测量量偏偏差差，主主要要来来自自仪仪表表本本身身以以及及被被测测线线路路连连接接器器插插件件的的质质量量，如如某某个个长长途途光光缆缆工工程程，据据3个个中中继继段段光光缆缆线线路路的的衰减测量统计，平均偏差为衰减测量统计，平均偏差为0.3dB。本讲稿第三十八页，共六十页 后向散射法后后向向散散射射法法虽虽然然也也可可以以测测量量带带连连接接插插件件的的光光缆缆线线路路衰衰减减，但但由由于于一一般般的的OTDR
14、仪仪都都有有盲盲区区，使使近近端端光光纤纤连连接接器器插插入入损损耗耗、成成端端连连接接点点接接头头损损耗耗无无法法反反映映在在测测量量值值中中；同同样样对对成成端端的的连连接接器器尾尾纤纤的的连连接接损损耗耗由由于于离离尾尾部部太太近近也也无无法法定定量量显显示示。因因此此，用用OTDR仪仪所所得得到到的的测测量量值值实实际际上上是是未未包包括括连连接接器器在在内内的的光光缆缆线线路路损损耗耗。为为了了按按光光缆缆线线路路衰衰减减的的定定义义测测量量，可可以以通通过过假假纤纤测测量量或采用对比性方法来检查局内成端质量。或采用对比性方法来检查局内成端质量。本讲稿第三十九页，共六十页（3）测量方
15、法的选择若若偏偏差差较较大大，则则可可用用后后向向散散射射法法作作辅辅助测量。助测量。2光缆线路衰减曲线测量（1）目的光光缆缆线线路路衰衰减减曲曲线线测测量量指指的的是是对对光光缆缆中光纤后向散射曲线的测量。中光纤后向散射曲线的测量。本讲稿第四十页，共六十页（2）测量仪器光光缆缆线线路路衰衰减减曲曲线线测测量量仪仪器器采采用用的的是是光时域反向射仪，即光时域反向射仪，即OTDR仪。仪。（3）衰减曲线要求 双向测量 测量记录 线路衰减测量结果的比较 光缆线路衰减的计算方法本讲稿第四十一页，共六十页本讲稿第四十二页，共六十页6.4.2 系统光性能参数测试1系统光性能参数主要是指光缆线路的衰减与色散
16、、系统发送光功率、系统接收灵敏度、动态范围及系统富裕度等。2中继段衰减与色散的测试（1）色散的定义光光纤纤中中色色散散主主要要是是指指光光信信号号经经过过光光纤纤传传输输后后在在光光纤纤输输出出端端发发生生能能量量分分散散，导导致致传输信号畸变。传输信号畸变。本讲稿第四十三页，共六十页（2）色散的测量方法脉冲时延法 测量原理脉脉冲冲时时延延法法是是单单模模光光纤纤色色散散测测量量的的第第二二替替代代测测量量法法。这这种种测测量量方方法法的的测测量量原原理理是是，使使不不同同波波长长的的窄窄光光脉脉冲冲分分别别通通过过已已知知长长度度的的受受试试光光纤纤时时，测测量量不不同同波波长长下下产产生生
17、的的相相对对群群时时延延，再再由由群群时时延延差差计计算算出出被被测测光纤的色散系数。光纤的色散系数。测量装置本讲稿第四十四页，共六十页图6.13 脉冲时延法的测量装置 本讲稿第四十五页，共六十页 测试步骤a参考光纤的测量参考光纤的测量b被测光纤的测量被测光纤的测量本讲稿第四十六页，共六十页单位长度的群时延为单位长度的群时延为T(l)Tout(li)Tin(li)/L （ps/km）式中：式中：Tout(li)输出脉冲时间差（输出脉冲时间差（ps）；）；Tin(li)输入脉冲时间差（输入脉冲时间差（ps）；）；L减减去去参参考考光光纤纤长长度度后后的的被被测测光光纤长度（纤长度（km）。）。本
18、讲稿第四十七页，共六十页（3）偏振模色散的定义偏偏 振振 模模 色色 散散（Polarization Mode Dispersion，PMD）是是指指单单模模光光纤纤中中的的两两个个正正交交偏偏振振模模之之间间的的差差分分群群时时延延，它它在在数数字字系系统统中中使使脉脉冲冲展展宽宽产产生生误误码码（尤尤其其在在WDM和和DWDM系统中）。系统中）。本讲稿第四十八页，共六十页（4）PMD的测试方法干涉法 测量原理干干涉涉法法的的测测量量原原理理是是，当当光光纤纤一一端端用用宽宽带带光光源源照照明明时时，在在输输出出端端测测量量电电磁磁场场的的自相关函数或互相关函数，从而确定自相关函数或互相关函
19、数，从而确定PMD。干干涉涉法法的的主主要要优优点点是是测测量量速速度度非非常常快快，测量设备体积小，特别适合于现场使用。测量设备体积小，特别适合于现场使用。测量装置本讲稿第四十九页，共六十页图6.14 光纤参考通道的Michelson干涉法的测量装置 本讲稿第五十页，共六十页图6.15 空气参考通道的Michelson干涉仪法的测量装置 本讲稿第五十一页，共六十页图6.16 空气参考通道的Mach-Zehnder型干涉仪测量装置 本讲稿第五十二页，共六十页图图6.17是是对对弱弱偏偏振振模模耦耦合合（上上方方）和和强强偏偏振振模模耦耦合合（下下方方）光光纤纤，分分别别用用自自相相关关型型仪仪
20、器器（a，b）和和互互相相关关型型仪仪器器（c，d）测得的干涉条纹图。测得的干涉条纹图。本讲稿第五十三页，共六十页图6.17自相关型仪器（a，b）和互相关型仪器（c，d）测得的干涉条纹图 本讲稿第五十四页，共六十页3系统发送功率的测试图6.18 系统发送光功率的测试连接图 本讲稿第五十五页，共六十页图6.19 发送光功率测试方法 本讲稿第五十六页，共六十页4系统接收灵敏度与动态范围的测试图6.20 系统接收灵敏度与动态范围的测试 本讲稿第五十七页，共六十页图6.21 光接收灵敏度（动态范围）测试 本讲稿第五十八页，共六十页本讲稿第五十九页，共六十页5系统富裕度及其测试图6.22 中继段光链路的富余度分配 本讲稿第六十页，共六十页