课程:武汉到西安光纤通信系统姓名:罗星学号：2013040461038 学院:武汉东湖学院专业:光电信息科学与工程2016年10月22日摘要目前在我国，长途通信传输网是承载电信网和信息网最基本的基础网络，光 缆传输网是长途通信传输网中的主体骨干网络，是我国主要建设和发展的通信网 络，所以长途光缆传输网的质量好坏，直接关系到通信质量和信息传输质量，从 而也关系到我国经济发展的速度影响长途光缆传输网的质量有很多因素，工程 的建设质量是影响传输网质量的最重要最直接的因素之一下面是武汉西安的光 纤通信系统设计方案目录第1章 3第一节手绘系统框图 3第2章 .4第一节光纤元器件 4第3章 12第一节系统总体设计方案 13第二节预算 13第4章 14第一节光纤通信整体方案可行性 14第5章 15第一节总结 15第一章手绘系统框图第二章器件选用光纤熔锥波分复用器：光纤熔融拉锥波分复用器实质为耦合功率对波长具有悬着性的光纤耦合器光首 先进入两根熔融拉锥光纤的顶部光纤在传输过程中，光逐渐移动到底部光纤 只有熔融拉锥区足够长，所有的光都位移置低部光纤，而且这个光移动过程反复 发生，这次光移动式从下向上反射光栅型波分复用器：反射光栅利用不同角度衍射将复用光信号分成不同波长的光信号，在通过一 个透镜将这些不同波长的光信号聚焦输入不同的光纤。
由于两类波分复用器的结 构存在差异，所以他们的工作原理略有不同多层介质膜型波分复用器：多层介质膜型波分复用器可以分为干涉滤波器型波分复用器和吸收滤波器 型波分复用器两种滤波器都是与多层介质膜构成的多层介质膜干涉滤波器的 工作原理是利用200多层不同材料、不同折射率和不同厚度的介质膜按照设计要 求组合成为一个介质膜系，对各个特定波长那个进行选择干涉滤波，即只允许特 定波长的光通过，而其他所有波长的光被反射，以实现不同波长的光波分复用功 能半导体激光器：SLA尽量不使谐振发生，其两端涂增透膜将反射率控制的极小，直接利用激 光器的有源层的辐射和放大作用，使输入的弱光信号经过SLA的有源层变为强光 信号，即通过受激辐射使光信号放大这种放大方式的SLA又被称为行波型半导 体激光放大器色散补偿器：色散补偿方法有色散补偿光纤和光纤光栅常用的是由色散补偿光纤组成的 色散补偿器（模块）色散补偿模块的补偿原理是，在一段具有正色散的传输光 纤后插入一段具有负色散的补偿光纤，以达到整个传输线路的总色散为零的目的描述色散补偿模块性能的主要指标是品质因数和色散斜率品质因数表示的 是在给定的波长上光纤色散与光纤衰减系数之比。
色散斜率表示的是色散系数随 波长的变化色散补偿光纤模块：工作原理是将正色散系数传输光纤与负色散系数补偿光纤间插，以达到减小 整个光纤传输线路的总色散的目的啁啾光栅色散补偿模块：是用嗯啾光纤光栅而制成的色散补偿器嗯啾光纤光栅是利用不同频率光波在啁啾光栅中的不同位置发生反射使光脉冲被压缩，从而实现色散补偿的高阶模光纤色散补偿模块：高阶模色散补偿光纤是一种可以同时减小非线性和光损耗的方法利用色散 补偿光纤构成色散补偿模块的基本想法来源于高阶模具有高的色散，采用非常短 的一小段HOM色散补偿光纤就可以获得所需要的色散补偿能量嗯啾光纤光栅可调色散补偿器：啁啾光纤光栅是通过改变光纤轴向的光栅周期、平均折射率或者同时改变两 者来改变其色散特性与色散补偿光纤相比，啁啾光纤光栅具有插入损耗小、色 散补偿数量大等优点、啁啾光纤光栅可调色散补偿器的工作原理是，通过改变环 境温度或者施加机械应力的方法使啁啾光纤光栅响应波长发生漂移，从而达到动 态调整色散目的虚像相位阵列可调色散补偿器：虚像相位阵列是一种自由空间可调色散补偿器其工作原理类似角衍射光栅 可调虚像相位阵列是有固定准直透镜、固定聚焦透镜、可移动反射镜、可调聚焦 透镜和玻璃板共同组成、为了获得良好的模耦合，玻璃板被镀上全反射膜。
非色散位移单模光纤（G.652光纤）：（1） ：标准单模光纤（G.652A和G.652B）:1：在1310nm波长的射散为零；2：在波长为1550nm附近衰减洗漱最小，约为0.22dB\km，但再1550nm附近 其具有最大色散系数，为18-20ps/（nm.km），传输距离被限制再70-80千米；3：这种光纤工作波长既可以选在1310nm波长区域，又可选在1550nm波长区 域，它的最佳工作波长再1310nm区域优点：工作波长较宽比较适合通用；缺点：2.5Gbit/s 一下的系统传输距离受限与衰减，10Gbit/s以上的系统传 输距离受限与色散2） ：波长扩展单模光纤（G.652C和G.652D）：相比较与标准单模光纤的优点：波段宽、色散小、改进网管、系统成本低;色散位移单模光纤（G.653光纤）：工作波长：1550nm优点：G.653光纤非常适合于单波长、高速、长距离光纤通信系统，如可以在 这种光纤上直接开通20Gbit/s系统，不需要任何色散补偿措施缺点：G.653光纤再1550nm的零色散使其再DWDM系统中使用时产生四波混频 等非线性效应原因:产生非线性效益的原因是G.653光纤子啊1550nm窗口的色散太小°G.653 光纤其因在DWDM系统中出现的严重非线性效应限制了其在DWDM系统中的使用。
分类：G.653A 和 G.653B类比：G.653B和G.653A的性能基本相同，但是G.653B的偏振模色散系数小 于G.653A，故其支持10Gbit/s传输距离大于400km系统，而且支持带光放大器 的单信道40Gbit/s系统3） 截止波长位移单模光纤（G.654光纤）：工作波长：G.654光纤的零色散波长在1310nm附近，其在1550nm的最小衰减 已经达到0.15Db/km，截止波长移到了 1310nm波长区域，最佳工作范围为 1530-1625nm本质：G.654光纤本质上仍属于G.652光纤优点：衰减极小、截止波长位移的单模光纤主要应用与长距离光纤通信系统数 字传输4） ：非零色散位移单模光纤（G.655光纤）：针对色散位移光纤在1.55p m色散为零会产生四波混频导致信道间发生 串扰 不利于多信道的WDM系统的问题 如果有微量色散FWM干扰反而还会减 小针对这一特点 人们研制了非零色散光纤NZ、DSF非零色散光纤实质上是 一种改进的色散位移光纤其零色散波长不在1.55p m而是在1.525m m或1.585 M m处非零色散光纤削减了色散效应和四波混频效应 而标准光纤和色散移位 光纤都只能克服这两种缺陷中的一种。
优点：所以非零色散光纤综合了标准光纤和色散位移光纤最好的传输特性既 能用于新的陆上网络 又可对现有系统进行升级改造它特别适合于高密度WDM 系统的传输 所以非零色散光纤是新一代光纤通信系统的最佳传输介质缺点：当光纤传输速率较低、距离较短时，采用G.655光纤进行传输的办法是 可行的，但是G.655光纤并没有解决色散问题，高速长距离的传输中仍然需要色 散补偿5） 宽带光传输用非零色散位移单模光纤（G.656光纤）：优点：工作波长更宽1460-1625nm、更大的正色散值、更小的色散频率相比较于G.655光纤，G.656光纤是一种比G.655光纤工作波长更宽、色散 特性更好的光纤因此G.656光纤既可以显著降低系统的色散补偿成本，又可进 一步发掘石英玻璃光纤潜在的巨大带宽且 G.656光纤可保证通道间隔100GHz（0.8nm）偏振模色散系数要求，传输速率为10Gbit/s系统的传输距离可 以达到400km，而且其也支持40Gbit/s波分复用传输系统6） ：弯曲不敏感的单模光纤（G.657光纤）：G.657光纤相比较与其他光想最具显著的特点就是有优异的抗弯曲性能，其 原理是通过减小光纤的模场直径和提高截止波长来提高光纤的抗弯曲性能的。
用途：应其具有极好的抗弯曲性能，使得其适用与光网络，包括位于接入光 网络终端的建筑物内的各种布线分类：G.657A：工作波长范围：1260nm-1625nmG.657B：工作波长范围：1310nm、1550nm、1625nm光隔离器：光隔离器是一种只允许光信号单向传输的无源器件，即只允许光波沿着一个 方向传输，而禁止另一个方向的光波传输光隔离器的基本设计要求是对正向传输光信号呈现出非常小的插入损耗，对 反向反射光信号则具有非常大的隔离度在无源光器件中，隔离器是由应该被阻 断的光通路中输出的光功率与输入光功率之比来表示的因此，对于光隔离器而 言，隔离度的数值应该是越大越好光衰减器：光衰减器是对光功率进行预订量衰减的无源器件光衰减器的品种和类型很 多，不同类型的光衰减器工作原理各不相同波分复用器：光纤具有巨大的带宽，借助波分复用器可以使传输系统的容量提高数十乃至 上百倍，从而大幅度地降低系统成本波分复用器的发明是以技术创新来赢得巨 大的经济效益波分复用器是波分复用系统的重要组成部分波分复用器的性能直接决定着 波分复用系统的性能波分复用器的基本设计要求是插入损耗小、隔离度大且串 扰小光分插复用器：随着光网络中光节点波长数的迅速增长、光节点之间的传输距离的延长、中 间站节点上下业务量的需求的增加，人们可以选择具有重配置功能的光分插复用 器OADM进行灵活的组网。
因此，OADM已经成为光网络重要的组网器件之一WDM网络具有简单的光层联网功能，WDM系统中以波长为传输信道，利 用OADM可以在WDM网络的中间站节点根据组网要求灵活地上、下一个或者一 组以波长为单位的信道OADM以波长为基本单位进行分出一插入操作，用户可以方便地在节点处上、 下信道，从而提高了光网络的吞吐数量，增强了网络的灵活组网能力光纤连接器：光纤连接器是光纤通信系统最基本的无源器件，其功能是实现光纤与系统设 备、器件、仪表、光纤之间的连接光纤连接的主要方法有端面对接和透镜扩束 光纤端面对接又可以分为固定连接和活动连接固定连接器是永久性的连接，如 光缆线路中的接头活动连接器的连接动作可以重复进行，如光纤与设备的连接光纤活动连接器的基本设计要求是插入损耗小、重复性与互换性好、性能稳 定、安装方便、价格便宜等光纤放大器：光纤放大器是指运用于光纤通信线路中，实现信号放大的一种新型全光放大 器根据它在光纤线路中的位置和作用，一般分为中继放大、前置放大和功率放 大三种同传统的半导体激光放大器（SOA）相比较，OFA不需要经过光电转换、 电光转换和信号再生等复杂过程，可直接对信号进行全光放大，具有很好的"透 明性〃，特别适用于长途光通信的中继放大。
适用的设备有掺铒光纤放大器（EDFA）、掺错光纤放大器（PDFA）、掺铌光纤放大器（NDFA）目前光放大 技术主要是采用EDFA光电检测器：光电检测器是光接收机的核心器件，主要作用是利用光电效应将光信号转换为 电信号，转换后的电信号再经过电放大器放大或解调成为进入发射机的原始电信 号光电检测器完成光电信号转换任务的性能与输入光电检测器的光信号强弱有 关由于光源的功率和光纤本身的衰减限制，在光信号接收端的光电检测器探测 到的从光纤纤芯输出的一般都非常弱、畸变的调制光信号，所以光电检测器完成 光探测任务的性能与输入光信号质量有关所以光纤通信系统的传输质量不仅与 光源、光纤的性能有关，而且与光电检测器的性能直接相关光纤通信中对光电检测器的最重要的要求可以概括为：（1）搞得光电转换效 率，即以一定的入射光信号功率就能够输出大的光电流；（2）在光源的工作波 长范围内有极快的响应速度或者大的宽带，即光电检测器输出的电信号能够不失 真的反映出接收的光信号；（3）应有高的灵敏度；（4）功率消耗尽可能的低；（5）为了便于耦合，应与光纤尺寸匹配；（6）光电检测器应稳定、可靠、便 宜雪崩光电二极管：APD结构的主要啊差别是，在PIN基本结构上增加了一个I附加层组成了 npnp多层拉通型结构。
工作原理是借助雪崩倍增过程来放大信号电流，即当APD 加上足够搞得反向偏置电压时，在耗尽区内运动的光剩载流子从耗尽区强电场中 获得高于带隙的能量，通过与晶格原子的碰撞能够将一个束缚介电子激发为自由 电子，产生新的电子-空穴对光开关：光开关是一种具有多个可提供选择的输入、输出端口，可以将任意输入端口 的光信号快速转换到任意输出端口的光通路转换器件其作用是使光信号能够在 光网络中实现不同光通路上的快速倒换依据不同的光开关原理!光开关的实现 方法有多种，目前应用最为广泛的仍是传统的1x2和2x2机械式光开关传统 机械式光开关可通过移动光纤将光直接耦合到输出端，采用棱镜、反射镜切换光 路，将光直接送到或反射到输出端机械光开关的工作原理是利用步进电动机、压电变化元件或伺服电动机等机 械机构移动光纤、自由空间棱镜或反射镜等来改变光电信号的传播方向实现光信 号的通路倒换微电子机械系统开关是一种光学机械机构和电子器件集成在一个硅基片上的微 电子机械系统这个集电、机械和光为一体的微小电子机械系统可以一个独立器 件形式用作光开关热光开关是利用热光材料具有的热光特性制成的光开关在热光开关中，以向加 热器通电方式，通过温度变化引起波导折射率变化，使光信号产生相对位移，实 现光信号的开关功能。
半导体放大器光开关是由SOA门阵列和耦合器共同组成的，半导体光开关是 利用在不同泵浦状态下，SOA对入射光信号的吸收或放大特性而构成的基本门型 光开关单元半导体光开关的工作原理是利用SOA的放大和吸收状态实现光信号 的开关气泡开关是结合喷墨打印机驱动原理开发出的一种新型光开关工作原理，利用 液体通道中移动的气泡能够使入射平面波导的光信号发生全反射来实现光信号 的痛断液晶光开关通过对液晶施加一个电场，以改变液晶材料分子取向来控制光通 过通路的通或断光交叉连接器：光交叉连接器是光波网络中的一个重要网络单元，其功能可以与时分复用网 络中的交换机类比，主要用来完成多波长环网间的交叉连接，作为网格状光网络 的结点，目的是实现光波网的自动配置、保护/恢复和重构波长转换交叉连接 （WIXC）是具有波长转换能力的波长选择交叉连接WIXC能够将任意一根输 入光纤中的任意波长交叉连接到使用不同波长的任意一根输出光纤上这一特点 减少了由于波长竞争所导致的输入光纤与输出光纤间波长选路失败的可能，因而 在组网、业务提供和保护恢复能力方面具有最大的灵活性光波长转换器：光波长转换器就是利用光-电转换技术实现光信号的波长转换功能的光-电 器件。
具有的功能是：（1）波长转换，输入波长任选，输出波长任定2） 输入、输出光纤（多模光纤或单模光纤）类型任选，输入、输出光信号模式任选 简言之，利用光波长转换器可以实现光网络上的光信号任意波长和任意模式的转 换其赋予了光网络灵活性和扩容性光混频原理的波长转换器，光混频原理主要包括差频和四波混频，其转换的 有点有转换频率高、对信号格式透明、能同时转换多个波长，混频产生的光波保 留了信号的相位和幅度信息，是目前唯一能够实现严格透明的波长转换的技术 利用该技术可以将DWDM系统中的一组信号同时进行频率搬移实现全波长转换光调制原理的波长转换器：广天之原理的波长转换器的工作原理是利用交叉增益调制和交叉相位调制 （XPM）它实质上是通过光信号和连续光（探测光）信号的交叉调制，将输入 信号所携带的信息转移到另一个波长上在输出非线性光线环境性全光波长转换器:非线性光线环境性全光波长转换器是利用光线的Sagnac干涉原理和光纤中 的交叉相位调制产生的非线性相移实现波长转换的光环形器：光环形器是将光按照顺序通过所有的中间端口在一个光环形器中，光进入 第一个端口必须继续进入第二个端口，而且任何进入第二个端口的光要继续进入 第三端口，如此反复直至光进入最后端口，再从第一端口输出为止。
现在光纤通 信网络商用的光环形器一般是具有三或四个端口的无源光器件可以带来附加的 灵活性能够用于测量系统、全双工传输系统、波分复用传输系统等光耦合器：光耦合器件就是将传输中的光信号在特殊结构耦合去耦合，并进行再分配的 光无源器件，光耦合器是对光信号实现分路、合路、插入和分配的光无源器件， 其可以将输入的光信号分配到两个或更多的输出端口或者将两个或更多的输入 的光信号耦合到一个输出端口光耦合器件的有点有：信号单向传输，输入端与 输出端完全实现了电气隔离，输出信号对输入端无影响，抗干扰能力强，工作稳定，无触点，使用寿命长，传输效率高第三章系统总体设计方案介绍光缆路由方案的选择，应以工程设计任务书和通信网路规划为依据，进行多 方案多路由比较，保证通信质量，使线路安全可靠，经济合理，维护和施工方便， 在满足干线通信要求下，应考虑沿线区间通信需求因根据现有地形、地物、建 筑设施来设置，还要了解沿线城市及乡镇规划建设情况光纤武汉到西安的铺设 经由武汉-信阳-驻马店-漯河-许昌-郑州-洛阳-三门峡-渭南-西安沿途以铁路为主 铺设大大降低人力投入及成本，节约预算光纤基站在武汉、漯河、郑州、、洛 阳、西安均建立大型基站以满足人们需求。
长途通信省际干线光缆线路在非市区地段敷设时应以采用管道或直埋方式 为主省内干线光缆线路除管道和直埋方式外也可采用架空方式一般来说，从 光缆线路的安全、使用寿命、工程造价等方面综合考虑，宜采用直埋方式长途干线光缆线路在市区内敷设应以采用管道方式为主对不具备管道敷设 条件的地段，可采用简易塑料管道、槽道或其他适宜的敷设方式长途干线光缆应采用无金属线对的光缆根据工程需要，在雷害或强电危害 严重地段可选用非金属构件的光缆，在蚁害严重地段可采用防蚁光缆光缆护层结构的选择应符合下列规定直埋式光缆：PE内护层+防潮铠装层 +PE外护层，或防潮层+ PE内护层+铠装层+PE外护层，宜选用GYTA53、GYTA33、 GYTS、GYTY53或其他更为优良的结构；管道或采用塑料管道保护的光缆：防潮层+PE外护层，宜选用GYTA、GYTS、 GYTY53、GYFTY或其他更为优良的结构3）防蚁光缆：直埋光缆结构+防蚁外护 层预算大型基站2武汉、西安120万240万中型基站3漯河、郑州、洛阳、80万240万小基站5信阳、驻马店、许昌、三 门峡、渭南45万225万中继站433万132万大型基站的搭建，总人数200人，工程师与工人按1： 9比例，工程师平均工资8000/月，工人300/天。
中型基站搭建，总人数150，工程师1： 14小型基站搭建，总人数100人，人数比例1： 9中继站预算，总人数80人，工程师5人光纤铺设100人预计一年铺设完成其中工程师10人工人工作时间按12月计算光缆2.4 元/米1500 千米360万人工7206 万运费100万材料费845万占地费1150 万总预算=360+7206+100+845+1150+837=11489 万第四章光纤通信整体设计的可行性光纤的质量轻、体积小，既能有效节省空间又能保证安装方便而且，制作 光纤的原始材料来源丰富，成本低廉，温度稳定度高、稳定性能好，所以使用寿 命一般都很长光纤通信优势明显，促成了光纤通信技术在现代生活中的广泛应 用，并且这个应用过的范围还在不断的拓展随着因特网的迅速普及以及宽带综 合业务数字网的快速发展，人们对信息的需求呈现出爆炸性的增长，几乎是每半 年翻一番在这样的背景下，信息高速公路建设已然成为世界性热潮，而作为信 息高速公路的核心和支柱的光纤通信技术更是成为重中之重很多国家和地区不 遗余力地斥巨资发展光纤通信技术及其相关产业，光纤通信事业得到了空前的发 展此外，由于信息的生产、传播、交换以及应用对国民经济和国家安全有着决 定性的影响，所以，与其它行业相比，光纤通信更具有特殊意义。
根据河南各市GDP：1. 郑州市6783.0亿元，增长9.5%2. 洛阳市3284.6亿元，增长9.0%3. 南阳市2676.9亿元，增长8.6%4. 许昌市2108.0亿元，增长9.3%5. 周口市1992.1亿元，增长9.1%6. 新乡市1918.0亿元，增长9.3%7. 焦作市1846.3亿元，增长8.8%8. 安阳市1791.9亿元，增长8.7%9. 信阳市1757.3亿元，增长8.9%10. 商丘市1697.6亿元，增长9.2%11. 驻马店市1691.3亿元，增长8.4%12. 平顶山市1637.1亿元，增长8.1%13. 开封市1492.1亿元，增长9.5%14. 濮阳市1253.6亿元，增长10.0%15. 三门峡市1240.1亿元，增长9.1%16. 漯河市952.3亿元，增长9.2%所以以上数据可以得到郑州、洛阳、许昌位于前几位同比增长均在9%左右在这几处设立中型基站能够更好的满足客户需求创收利润第五章总结武汉到西安总长1100千米，沿路修十个基站，4个中继站，其中大基站2 个，中型基站3个，小型基站5个总造价预算5224万，工期预为一年，总人 数630人发展高速光纤通信是社会信息化的需要，也是信息措施基础设施的重要组成部分。
技术的进步是层出不穷的，但都需要有好的设计文件将其实现，本论文只是对光缆线路设计进行研究讨论掌我线路设计的有关理论，了解路由选择及中继站站址选定的考虑，掌握再生段距离的计算和光纤光缆选型的方法等将新的技术和设计结合，把我国的通信网建成完整、统一、先进的网络满足国民经济和社会进步的需求。