光纤的通信原理

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光纤的通信原理范文第1篇

【关键词】 远距离 防雷 光缆通信线路

由于光纤通信技术不断的创新和发展，它在越来越多的其他领域中不断的被应用于其中，而且备受人们的关注。但是在其被应用的同时，因为会不时的遭受雷击，从而使光缆的内部构造造成损伤，导致通讯被迫中止。在这种情形中，对雷电的情况和光缆受到雷击的原因进行相应的研究就显得十分的必要，可以说通过对雷击致使无法工作原因展开明确分析进而对发生这种现象加以解决并及时的做好防御对于各个相关的部门来说都是十分的必要的。

一、分析雷电产生情况

1、雷电产生状况。在通常情况下，物质本身质量过重，而且这样的物质到直接抵达云层的底部，那这样的物质带有的就是负电荷，而物质的质量过轻，在云层上端的位置稳定下来，这样的物体带有的电荷就是正电荷。在这种现象中，如果同性的电荷聚集在一起的时候，就会形成一个带点的中心，当存在于带电中心的空气被巨大的电场所袭击的时候，就会形成我们口中所说的雷电。当那些带有负电荷的云层一点点的贴近地面的时候，地面上的金属或者是其他的突出物就会被吸引生成正电荷。而当此时电磁场若是增强的话，雷云倾向下方产生一种下行先导，相应的地面上就会产生向上的闪流，这二者一旦相碰就会发生对地电流，进而为通信线路带来相应的影响和破坏。

2、光缆通信线路被雷击的原因。我们就光纤来说，其本身是没有导电的性能的，并且还可以躲避电流的击中，可是会受到周边金属或者是人为因素，自然灾害等的影响，进而被电流所击中。从现实中来看，为减少这一现象的发生，通常都会在光缆的外表面加固金属装层，加强铜线这样的金属导体，等电力线靠近短路或者是雷将击中光缆所带的金属件的时候，这些金属导体可以有一定的感应能力，当所感应到的电流的是交流的时候，这就会给光缆通信线路的设备造成一定的破坏，更严重还会给周边人们生命带来危害，造成一定的安全隐患。雷电一般都会在对其阻碍达到最小的方法将雷云的电荷释放出来，在释放的时候这些电荷会跟与之相反电荷互相结合，这样一来就会使周围的建筑物体遭到破坏。

二、远距离光缆的通信线路防雷途经

1、在地下设置防雷线。在地下设置防雷线对光缆正常的通信线路是有很大的影响的，它不但可以将雷击给屏蔽掉，我们还能够根据自身电流对防雷方面做出有效判定，它的电流和防雷效果是成正比的，也就是说电流越大，防雷效果就越有效，通常在设置防雷线的时候我们选用有色的金属线，因为其自身抗腐蚀力强，而且寿命也长，同时防雷效果也是最明显的。在进行设置的时候要考虑到与之相关的一些问题，比如说保护区和突然的电阻率等问题，由于防雷线保护的区域会比较多，所以在选择材料的时候要选用6毫米的镀锌钢筋，同时放至少两条超过40厘米的防雷线，这样做主要是为了将雷电牵至比较大的范围内。

2、通过阻断光缆中金属对雷电的诱导。主要是指光缆根据地浮空把光缆中金属部件吸引的雷电给断隔，防止光缆被雷电所袭击。当存在于光缆里面的金属部件是接地状态时，这些金属部件都是互相接连的，他们接连部位通常都在中间点，当金属部件彻底的接地的时候，就会出现电阻率土壤地带，这个地带会强烈的吸引雷电靠近，进而直接击中光缆；但是出于浮动状态的金属部件对雷电是没有吸引作用的，所以说，在设计光缆线路或者是在进行施工的时候，可以把光缆的接头相连接，将电气断开，防止光缆受到雷击，同时还要注意在施工和运输的时候，做好PE界面的保护工作，做到地绝缘，保证光缆所有线路都是处于一个浮动的状态。

三、结语

总而言之，光缆通信线路在通信工程中是一个极其重要的构成部分，它的正常运作直接对整体的通信质量的好坏造成影响。从目前来看，虽然光缆通信线路不会遭受雷击破坏，但是它容易受到雷击大地的破坏，当雷击大地的时候，所产生的电位差就会超过光缆外表面和雷所落之处的有限抗压度，进而造成光缆通信的线路被损坏，尤其是那些远距离光缆通信的线路更是极容易受到雷击使自身线路被损坏，当其被损坏后，我们应该仔细的对造成破坏的原因进行有效的分析，从而制定出完备的应对措施。

参 考 文 献

[1]王立新. 浅析光缆通信线路工作中如何进行防雷设计与安装[J]. 中国新通信，2014（13）.

[2]刘建国. 光缆通信线路的维护管理[J]. 农村电气化，2012（12）.

光纤的通信原理范文第2篇

关键词：光纤通信；实践教学；教学效果

作者简介：王文珍（1977-），女，山东烟台人，中南民族大学电子与信息工程学院，讲师。（湖北 武汉 430074）

中图分类号：G642.423 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）01-0134-01

光纤通信是以光波为载波，以光纤为传输介质的一种信息传输方式。光纤通信系统因其巨大的带宽、优良的传输特性已成为信息社会最重要的通信传输手段。[1]“光纤通信技术”是电子信息、通信工程、光电子等专业的重要专业课，培养具有光纤通信理论和一定实际操作能力的人才，也成为相关专业越来越迫切的任务。[2]该课程主要讲述了光纤的传输理论、光纤通信系统的组成及工作原理、光纤通信的新技术等。为了进一步提高“光纤通信原理”课程的教学质量，开设了光纤通信实验课，使学生进一步消化课堂上学到的理论知识，加深学生对光纤通信系统工作原理的理解，并为以后从事实践技术工作奠定基础。[3]

在教学过程中，理论部分采用引入主动式的教学方法，使学生积极主动地参与教学活动，保持与前沿知识同步，实践教学部分除了利用光纤通信实验系统开出的固定的基础实验之外，还通过光纤通信仿真软件OptiSystem，对实验设备无法满足的实验进行仿真验证，取得了满意的教学效果。

一、光纤通信实验系统介绍

光纤通信实验系统由光无源器件实验平台、模拟图像传输系统、计算机数据传输系统、光终端机、电终端机以及误码测试模块、OTDR功能等几大部分组成。系统布局如图1所示。

光无源器件主要由两个波分复用器，一个分路器，一个衰减器，两个连接器和多根尾纤，用这些器件可以构成单芯双向光纤通信系统以及波分复用光纤通信系统等。

模拟传输系统把来自摄像头的视频基带信号进行适当地处理，送入光发送模块。经过光纤传输，进入光接收模块进行视频基带处理后，由监视器显示来自发端的视频信号。模拟传输系统主要由图像传输（收／发）模块组成。

计算机数据传输系统是一个双向双工的不对称信道。它把来自计算机1的数据经过数字光纤信道，发送到计算机2。计算机2可把数据通过直通信道，传送到计算机1。

光终端把来自电终端的信号经过线路接口电路（HDB3编译码）后，进行扰码（解扰）、光纤线路编码（CMI／5B6B编译码），然后进入光收发模块，经过光纤之后，可以通过光无源器件，传输到对端。

电终端首先把各路基带信号复接为E1标准的群路电信号，通过光终端发送电路变换为光信号，然后经光纤传输到接收端，在接收端再经光终端的光检测电路变换为电信号，送入电终端分路处理。

在实验系统中，系统的组成、功能电路、信息流程与实际光纤通信系统在技术上保持基本一致。学生通过实验能够较全面地掌握光纤通信的系统组成、基本原理、关键技术以及主要技术指标的测量方法。这对学生理解与掌握光纤通信理论和技术，提高实验教学质量具有重要意义。

以5B6B码型变换的实验为例，该实验的主要目的是让学生熟悉5B6B线路码型的编码、译码的基本原理。图2给出了示波器的观察结果：（a）是编码输入数据的波形；（b）发送分组指示的波形；（c）编码输出数据的波形；（d）是接收译码输出数据的波形。两信号完全同步，但存在时延。

二、软件仿真

对实验设备无法满足的实验，利用软件仿真的方式，可以比较直观形象地掌握各个参数对光纤线路或通信系统的性能影响，弥补试验设备的局限性，拓宽学生的视野和知识面。鉴于复杂光通信系统和网络研发和工程规划的需要，学习通信工程专业的学生在大学专业课程学习过程中，辅修一些软件分析和设计光通信系统的知识也是非常必要的。光通信系统的软件辅助分析设计工具在行业中已发展多年，相关软件产品品种较多。其中商业化应用较为成功的是由加拿大OptiWave生产的OptiSystem软件，OptiSystem是一款光通信系统模拟软件包，它集设计、测试和优化各种类型宽带光网络物理层的虚拟光连接等功能于一身，从长距离通信系统到LANS和MANS都能使用的一个基于实际光纤通信系统模型的系统级模拟器。

OptiSystem开启，图形用户界面如图3所示。

创建一个由外调制激光器所组成的光发送器模型。如图4所示。OptiSystem提供了多种观察仿真结果的途径，通过展开Component Library下的Visualizer Library菜单，可以浏览后处理仿真结果。可视化根据输入信号的不同分为电可视化和光可视化。在时域中利用示波器（图5（a））观察电信号，在频域内用光谱分析仪观察光信号的光谱（图5（b）），在时域内用光纤观测仪观察光信号（图5（c））。

三、结论

本文结合光纤通信技术的特点，对实验系统从实验箱和仿真软件两个方面进行了论述。学生通过在实验箱上测试，把理论和实践联系起来，能更好地理解整个光纤传输过程、掌握光纤相关理论及具体性能测试。而且，实验系统具有扩充功能，能和计算机连接，实现图像传输及图像处理等功能。同时对实验设备无法满足的实验，利用软件仿真的方式，可以比较直观形象地掌握各个参数对光纤线路或通信系统的性能影响，拓宽学生的视野和知识面。

参考文献：

[1]邓大鹏.光纤通信原理[M].北京：人民邮电出版社，2006.

光纤的通信原理范文第3篇

【关键词】 光纤通信 通信系统 光正交频分复用

一、光正交频分复用通信系统研究现状

（1）光复用技术的运用。普通光纤通信系统的调制技术很难满足，光复用技术在建设高速光纤通信系统中研究发展起来，例如WDM技术、OFDM技术和OTDM技术等，其中OFDM调制技术因为其在频谱效率、运算效率、设计的灵活程度上以及信道和相位估计的容易度上特有的优势，而迅速被科研人员开发出来。

（2）OFDM技术的潜力巨大。光正交频分复用光纤通信系统采用了高效的FFT（傅里叶变化）算法、利用子载波和子带信号进行调制、利用训练子载波或训练符号来进行相位和信道估计，因此技术有系列的独特优点，目前OFDM技术虽然是热点领域但是还没有完全体现出其巨大优势，需要科研人员进一步研发努力。

二、OFDM光纤通信系统基本原理

（1）光纤通信系统基本原理。光纤通信系统一般指的是以光纤为传播途径，光信号作为数据载体的信息通信系统。与一般的通信系统一样主要由信号发射端、数据传输信道以及信号接收端三部分组成。光纤通信系统一般有传输数据量大、传输距离远、信号损耗小且才建设成本相对低等优点。但也有拉抗强度低、光纤连接技术和设备要求高、怕水并且分路和耦合不太方便等缺点。但是仍然比以前的电信号通信系统亚有质的优势。一般的判断光纤通信系统性能主要有三个指标“误码性能、抖动性能和漂移性能，只有平衡考虑三大主要指标才能设计出性能完备的光纤通信系统。

（2）OFDM通信系统原理。基本原理和通信系统原理基本相同，但是OFDM系统提升了数据传输质量。OFDM技术在这一过程中利用了数字信号处理技术，通过将需要发送的单信道高速信号数据转换成多径传输的低速信号，并调制为一组正交子载波，然后进行数据传输，该调制技术可以有效降低无线信道数据传输的损耗，且提高了全网通信系统的频谱利用率。例如，数据信号d经过串行并换以后化为不同的d1到dn多径传输低速信号流，随后低速信号流经过专门处理的子载波信道进行传输，信号再次逆多径并串转换重新恢复为D数据信号流。信号数据在处理过程中会用到类似数字信号的IDFT变换的FFT变换（快速离散傅里叶变换）。S（t）=dn・exp（j・2π・fn・t）， S（t）为模拟信号，N为抽样的分路信号，t为时间间隔。

在经过转换后的信号数据D只与原来的d信号数据相差一个常数因子倍数，因此在OFDM系统可以向将数据进行编码，利用数字调制将数据进行串并转换为多径信号，经过IFFT转换后加CP完成数模转换，信号在模数转换后去CP和FFT转换，通过逆多径信号传输，经过数字解调完成解码，最终实现数据传输。

（3）制约OFDM光纤通信系统的发展因素。第一，电信号处理器元件的制约，在电信号处理上因为电子迁移有迁移速率限制，因此电信号处理元器件理论上达不到光信号传输要求的处理速率。因此涉及到数模转换环节时，电信号处理的限制会制约OFDM系统的实现。第二，数字信号处理的制约。在IFFT―FFT并串相互转换运算相对复杂，要求有相应的FPGA硬件资源的配置，尤其是D/A转换器和接口处理器的配置要求较高。如果要达到数字信号的高速处理需求，必须采用流水线的并行处理方案，因此整个转换运算必须集中在同一块FPGA芯片上，然而目前的FPGA配置智能实现256点以内的IFFT运算。除此之外，FPGA的运算接口也有限制因素，例如完成每秒传输10G比特的运算，利用64子载波数据传输和16-QAM数据调制，需要64点的IFFT到FFT的运算，如果进一步将64路信号重复上述IFFT运算则会成倍扩大运算负担，因此要想实现更高速的传输速率，FPGA信号输出输入环节需要打破存在的运算限制。

光纤的通信原理范文第4篇

【关键词】：光纤 电流差动保护原理

中图分类号：O361.4 文献标识码：A 文章编号：

【引言】：光纤作为传导载体有着非常好的抗干扰性，利用光纤传导信号可大大加强继电保护动作行为的快速性。随着光纤技术、通信技术技术的迅速发展和光纤等通信设备的成本下降，电力通信网络的发展和普及为光纤保护的大规模应用提供了充足的通道资源。目前我国大部分电网220kV以上线路保护采用光纤作为保护通道，光纤保护在各类故障时，均能快速准确判断故障并正确出口动作，，具有良好的选择性和快速性。

差动保护是利用基尔霍夫电流定理工作的，根据“电路中流入节点电流的总和等于零”原理，差动保护把被保护的电气设备看成是一个接点，那么正常时流进被保护设备的电流和流出的电流相等，差动电流等于零，差动继电器不动作。当设备出现故障时，流进被保护设备的电流和流出的电流不相等，当不平衡电流大于差动保护装置的整定值时，保护动作，将被保护设备的各侧断路器跳开，使故障设备断开电源。

纵联差动保护与光纤通道相结合，就形成了光纤差动保护。光纤差动保护原理简单、使用电气量单纯，但可以保护线路全长，能实现线路全范围内故障的快速、准确切除。

一、光纤纵联差动保护的基本工作原理

光纤差动保护的原理和一般的纵联差动保护原理基本上是一样的，都是保护装置通过计算三相电流的变化，判断三相电流的向量和是否为零来确定是否动作，当接在电流互感器的二次侧的电流继电器（包括零序电流）中有电流流过达到保护动作整定值是，保护就动作，跳开故障线路两侧的开关。不同的是光纤电流差动保护借助于线路光纤通道，实时地向对侧传递采样数据，同时接收对侧的采样数据，电流采样信号通过编码变成码流形式后转换成光信号经光纤送至对侧保护，保护装置收到对侧传来的光信号先解调为电信号，各侧保护利用本地和对侧电流数据按相进行差流计算。根据电流差动保护的制动特性方程进行判别，判为区内故障时动作跳闸，判为区外故障时保护不动作。如图1所示，双侧测量线路保护的基本原理主要以基尔霍夫电流定律为基础的差流测量，不考虑TA误差和线路电容电流的影响，在正常运行或外部故障时Id= 0，差动保护可靠不动作，在内部故障时Id=Ik，差动保护可靠动作。

光纤电流差动保护是在电流差动保护的基础上演化而来的，基本保护原理也是基于基本电流定律，它能够理想地使保护实现单元化，原理简单，不受运行方式变化的影响。

光纤纵联差动保护是将被保护线路各端电流的大小和相位送至对端并进行比较，从而判定本线路范围内是否发生短路故障的保护方法。由于这种保护无须与相邻线路的保护在动作参数上进行配合，因此不光可以实现全线速动，还不用与其它保护相配合，降低了继电保护整定的难度，减少了整定计算人员的工作量。

二、光纤保护的通信原理

光纤通信的原理是将电气量编码后送入光发送机控制发光的强弱，光在光纤中传送，光接收机则将收到的光信号的强弱变化转为电信号，其构成原理如下图所示：

按照光纤通道的构成不同，根据现场的需要与实际条件，光纤差动保护的光纤系统可采用两种通道方式，一种是专用光纤通道，一种是复用光纤通道。两种通道方式在实际应用中各有优缺点，均得到广泛应用。

电流信号由光纤通道传输时会有延时，通道双向延时相等是采样同步的前提，需考虑两侧保护信息的同步问题。两侧装置一侧作为同步端，另一侧作为参考端，以同步方式交换两侧信息，参考端采样间隔固定，并在每一采样间隔中固定向对侧发送一帧信息，同步端随时调整采样间隔，如果满足同步条件，就向对侧传输三相电流采样值，否则，启动同步过程，直到满足同步条件为止。

三、光纤电流差动保护的应用

光纤电流差动微机保护装置是由高性能硬件系统、模块化软件、灵活的通信系统组成的的数字式输电线路成套快速保护装置，常被用作220kV及以上输电线路的主保护及后备保护。

3.1光纤电流差动保护装置的组成

光纤电流差动保护装置包括以分相电流差动和零序电流差动为主体的快速主保护，由三段式距离保护、四段式零序电流保护构成的全套后备保护装置，并配有综合重合闸功能，装置还带有断路器分相操作箱及交流电压切换回路。

3.2光纤电流差动保护装置性能特点：

(1) 友好的人机界面、汉字显示、中文报告打印。

(2)高速数据通信接口、线路两侧数据同步采样、两侧电流互感器变比可以不一致。

(3) 灵活的后台通信方式，配有RS485通信接口及以太网接口。

(4) 电路板采用表面贴装技术，减少了电路体积、减少发热，提高了装置可靠性。

(5) 设有分相电流差动和零序电流差动继电器。

(6)先进可靠的振荡闭锁功能，保证距离保护在系统振荡加区外故障时能可靠闭锁，而在振荡加区内故障时能可靠切除故障。

(7) 通道自动监测、通信误码率在线显示、通道故障自动闭锁差动保护。

光纤的通信原理范文第5篇

关键词：光传输技术 教学改革 课程建设

中图分类号：G642.4 文献标识码：A 文章编号：1002-7661（2015）09-0002-02

进入21世纪后，随着信息需求的急剧增加，光纤通信技术凭借其巨大的潜在带宽容量，成为支撑通信业务量增长的最重要的通信技术之一。目前光纤已成为信息宽带传输的主要媒质。光纤通信系统也必将成为国家信息基础设施的支柱。在我们这样一所具有通信系统行业背景的高校，光纤通信类课程无论是对自己在未来工作岗位上的实践或是今后的进一步深造都具有重要的意义。

一、课程建设的目的

光传输技术是主要研究以光作为信息载体的信号在光波导（如光纤）中传输原理、传输特性、光发送机和光接收机的工作原理和基本特征及其在局域网中基本应用的一门课程。它的许多理论广泛应用于与光通信有关的各个领域，是光通信技术的基础。

《光传输技术》课程是光纤通信类课程群中的重要专业基础课，通过对《光传输技术》课程的学习应使学生对光纤传输和光纤通信系统的基本概念、基本技术和基本器件有比较全面、系统的认识，培养学生分析和解决工程技术问题的能力，为进一步学习相关专业课打下基础。光传输技术是每个从事光电信息产业的工程技术人员的必备知识，对光电信息科学与工程专业的学生进一步学习后续课程起着很重要的铺垫作用。通过本课程的教学和实践，应使学生分别从了解、理解和掌握三个层次把握光传输技术中的有关研究方法、基本理论、概念和应用，并能充分运用所学知识进行一些简单的光传输系统设计。

二、教学内容的改革

《光传输技术》课程主要介绍以光作为信息载体的信号在光波导（如光纤）中传输原理、传输特性、光发送机和光接收机的工作原理和基本特征及其在局域网中基本应用的一门课程。它的许多理论广泛应用于与光通信有关的各个领域，是光通信技术的基础。通过本课程的学校让学生了解光纤通信系统的构成，掌握光信号发射、光信号接收、光信号在光纤中传输原理与设计；掌握时分复用、波分复用光纤传输系统的原理与设计；了解光纤局域网、相干光通信系统和全光光纤通信网的结构等理论知识，为学生进一步学习专业课程和今后从事与信息通信领域的工作和研究奠定良好的理论和思想方法基础。

在教材方面，我们选择了袁国良、李元元编写的《光纤通信简明教程》（清华大学出版社）作为教材。这本教材的内容章节安排合理，知识点覆盖面广，理论体系较为完整，同时这本教材是在大学的普通物理学的基础上编写的，从光纤通信的物理学基础出发，着重阐明光通信系统的物理概念并对光纤通信系统各部分的基本理论都有较好的介绍，尽量避免过多的理论计算，以掌握光纤通信系统的基本原理和特点为主要目的。因此这本教材的内容对学生来讲不难理解，所讲授的内容比较容易掌握。

三、教学手段的改革

为适应新时期“培养创新型人才”的需求，结合我校培养应用型人才的特点，以及我院光电信息科学与工程专业特点，充分吸收多种教学模式的优点，认真探索和实践有效的课堂教学模式。在近几年的教学中，围绕课堂教学质量的提高，也为了改变传统的“教师一言堂”的死板局面，提出了“教师指导下的学生自主式教学模式”。对于少部分不是非常重要的章节，先由教师提出一些带有线索性的思考题，再由学生带着问题去自学，然后主动上讲台就某个思考题发表演讲，痛快地过把“教师瘾”，以充分调动学生的学习热情，锻炼学生的能力和胆量，培养学生的上进心和自信心。学生讲解不足之处再由教师做纠正和补充。这样，可以有效地帮助学生快速地抓着问题的本质和核心，理清知识条理和脉络，找到自学的窍门。

教学过程中引入计算机的多媒体功能。比如为了增强光在光纤传输过程中教学中关于光场模式分布的直观性，采用快速傅立叶变换法求解傍轴近似波动方程，计算模拟光场模式分布，可以直观地给出三维稳态分布图，融合计算机的灵活性、新颖性和光学现象的直观性及趣味性。通过演示实验，让同学们观察到各种光学现象，展现了“百闻不如一见”的效果，使学生进一步加深了对课程内容的理解，激发学生的求知欲和好奇心，刺激同学们的思考。

同时，我们建立了课程学习网站，将《光传输技术》课程的教学大纲、授课教案、习题和实验指导、参考目录等内容放到课程学习网站上并做到及时更新，建立完善基于网络资源的远程学习环境，逐步完善支持服务规范，为学生的个性化学习提供高质量的支持服务。学生可以在任意地点下载教师的教案进行学习，并且就学习中遇到的问题通过讨论版提出，寻求老师或者同学们的帮助。

四、考核方式的改革