光纖通信系統(tǒng)簡(jiǎn)介

1、光技術(shù)與光纖通信光技術(shù)與光纖通信光纖通信系統(tǒng)簡(jiǎn)介光纖通信系統(tǒng)簡(jiǎn)介光纖是光導(dǎo)纖維的簡(jiǎn)稱。光纖通信是以光波為載頻，以光導(dǎo)纖維為傳輸媒質(zhì)的一種通信方式。光纖通信使用的波長(zhǎng)在近紅外區(qū)，即波長(zhǎng) 8001800nm，可分為短波長(zhǎng)波段（850nm）和長(zhǎng)波長(zhǎng)波段（1310nm 和 1550nm） ，這是目前所采用的三個(gè)通信窗口。光纖通信是人類通信史上一重大突破，現(xiàn)今的光纖通信已成為信息社會(huì)的神經(jīng)系統(tǒng)，其主要優(yōu)點(diǎn)是：1、光波頻率很高，光纖傳輸頻帶很寬，故傳輸容量很大，理論上可通過(guò)上億門話路或上萬(wàn)套電視，可進(jìn)行圖像、數(shù)據(jù)、傳真、控制、打印等多種業(yè)務(wù)；2、損耗小，中繼距離長(zhǎng)；3、不受電磁干擾，保密性好，且不怕雷擊，

2、可利用高壓電纜架空敷設(shè)，用于國(guó)防、鐵路、防爆等；4、耐高溫、高壓、抗腐蝕，不受潮，工作十分可靠；5、光纖材料來(lái)源豐富，可節(jié)約大量有色金屬（如銅、鋁） ，且直徑小、重量輕、可撓性好，便于安裝和使用。在 20 世紀(jì) 70 年代，光纖通信由起步到逐漸成熟，這首先表現(xiàn)為光纖的傳輸質(zhì)量大大提高，光纖的傳輸損耗逐年下降。19721973 年，在 850nm 波段，光纖的傳輸損耗已下降到 2dB/km 左右；與此同時(shí)，光纖的帶寬不斷增加。光纖的生產(chǎn)從帶寬較窄的階躍型折射率光纖轉(zhuǎn)向帶寬較大的漸變型折射率光纖；另外，光源的壽命不斷增加，光源和光檢測(cè)器件的性能也不斷改善。光纖和光學(xué)器件的發(fā)展為光纖傳輸系統(tǒng)的誕生創(chuàng)

3、造了有利條件。到 1976 年，第一條速率為 44.7MB/s 的光纖通信系統(tǒng)在美國(guó)亞特蘭大的地下管道中誕生。80 年代是光纖通信大發(fā)展的年代。在這個(gè)時(shí)期，光纖通信迅速由 850nm 波段轉(zhuǎn)向 1310nm 波段，由多模光纖傳輸系統(tǒng)轉(zhuǎn)向單模光纖傳輸系統(tǒng)。通過(guò)理論分析和實(shí)踐摸索，人們發(fā)現(xiàn)，在較長(zhǎng)波段光纖的損耗可以達(dá)到更小的值。經(jīng)過(guò)科學(xué)家和工程技術(shù)人員的努力，很快在 1300nm 和 1500nm 波段分別實(shí)現(xiàn)了損耗為 0.5dB/km 和 0.2dB/km 的極低損耗的光纖傳輸。同時(shí)，石英光纖在1300nm 波段時(shí)色度色散為零，這就促使 1300nm 波段單模光纖通信系統(tǒng)的迅速發(fā)展。各種速率的光

4、纖通信系統(tǒng)如雨后春筍般在世界各地建立起來(lái)，顯示出光纖通信優(yōu)越的性能和強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)力，并很快替代電纜通信，成為電信網(wǎng)中重要的傳輸手段。光纖通信技術(shù)的發(fā)展，大致可以分為三個(gè)階段：第一階段（19701979 年）：光導(dǎo)纖維與半導(dǎo)體激光器的研制成功，使光纖通信進(jìn)入實(shí)用化。1977 年美國(guó)亞特蘭大的光纖市話局間中繼系統(tǒng)稱為世界上第一個(gè)光纖通信系統(tǒng)。第二階段（19791989 年）：光纖技術(shù)取得進(jìn)一步突破，光纖損耗降至 0.5dBm/km 以下。由多模光纖轉(zhuǎn)向單模光纖，由短波長(zhǎng)向長(zhǎng)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)移。數(shù)字系統(tǒng)的速率不斷提高，光纖連接技術(shù)與器件壽命問(wèn)題都得到解決，光纖傳輸系統(tǒng)與光纜線路建設(shè)逐漸進(jìn)入高速發(fā)展時(shí)期。第三階段

5、（1989 年至今）：光纖數(shù)字系統(tǒng)由 PDH 向 SDH 過(guò)渡，傳輸速率進(jìn)一步提高。1989 年摻鉺光纖放大器（EDFA）的問(wèn)世給光纖通信技術(shù)帶來(lái)巨大變革。EDFA 的應(yīng)用不僅解決了長(zhǎng)途光纖傳輸損耗的放大問(wèn)題，而且為光源的外調(diào)制、波分復(fù)用器件、色散補(bǔ)償元件等提供能量補(bǔ)償，這些網(wǎng)絡(luò)元件的應(yīng)用，又使得光傳輸系統(tǒng)的調(diào)制速率迅速提高，并促成了光波分復(fù)用技術(shù)的實(shí)用化。隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的持續(xù)、快速發(fā)展，通信業(yè)務(wù)的種類越來(lái)越多，信息傳送的需求量也越來(lái)越大，我國(guó)光通信的產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷壯大，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)覆蓋了光纖傳輸設(shè)備、光纖與光纜、光器件以及各類施工、測(cè)試儀表與專用工具?？梢哉雇汗饫w通信作為一高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，將

6、以更快的速度發(fā)展，光纖通信技術(shù)將逐步普及，光纖通信的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒏訌V闊。一個(gè)實(shí)用的光纖通信系統(tǒng)，要配置各種功能的電路、設(shè)備和輔助設(shè)施才能投入運(yùn)行。如接口電路、復(fù)用設(shè)備、管理系統(tǒng)以及供電設(shè)施等等。根據(jù)用戶需求、要傳送的業(yè)務(wù)種類和所采用傳送體制的技術(shù)水平等來(lái)確定具體的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。因此，光纖通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的形式是多種多樣的，但其基本結(jié)構(gòu)仍然是確定的。圖 0-1 給出了光纖通信系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)，也可稱之為原理模型。光纖通信系統(tǒng)主要由三部分組成：光發(fā)射機(jī)、傳輸光纖和光接收機(jī)。其電/光和光/電變換的基本方式是直接強(qiáng)度調(diào)制和直接檢波。實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下：輸入電信號(hào)既可以是模擬信號(hào)（如視頻信號(hào)、電話語(yǔ)音信號(hào)） ，也可以是

7、數(shù)字信號(hào)（如計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)、PCM 編碼信號(hào)） ；調(diào)制器將輸入的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成適合驅(qū)動(dòng)光源器件的電流信號(hào)并用來(lái)驅(qū)動(dòng)光源器件，對(duì)光源器件進(jìn)行直接強(qiáng)度調(diào)制，完成電/光變換的功能；光源輸出的光信號(hào)直接耦合到傳輸光纖中，經(jīng)一定長(zhǎng)度的光纖傳輸后送達(dá)接收端；在接收端，光電檢測(cè)器對(duì)輸入的光信號(hào)進(jìn)行直接檢波，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)，再經(jīng)過(guò)放大恢復(fù)等電處理過(guò)程，以彌補(bǔ)線路傳輸過(guò)程中帶來(lái)的信號(hào)損傷（如損耗、波形畸變） ，最后輸出和原始輸入信號(hào)相一致的電信號(hào)，從而完成整個(gè)傳送過(guò)程。根據(jù)所使用的光波長(zhǎng)、傳輸信號(hào)形式、傳輸光纖類型和光接收方式的不同，光纖通信系統(tǒng)可分成：圖圖 0-1 光纖通信系統(tǒng)模型光纖通信系統(tǒng)模型用戶接

8、口電發(fā)射端機(jī)輸入接口光發(fā)端機(jī)用戶接口電接收端機(jī)輸出接口光收端機(jī)光纜光纜光中繼器備用系統(tǒng)輔助系統(tǒng)（1）按光波長(zhǎng)劃分可以分為短波長(zhǎng)和長(zhǎng)波長(zhǎng)光纖通信系統(tǒng)類別特點(diǎn)短波長(zhǎng)光纖通信系統(tǒng)工作波長(zhǎng)：800nm900nm；中繼距離：10km長(zhǎng)波長(zhǎng)光纖通信系統(tǒng)工作波長(zhǎng)：1000nm1600nm；中繼距離：100km超長(zhǎng)波長(zhǎng)光纖通信系統(tǒng)工作波長(zhǎng)：2000nm；中繼距離：1000km；采用非石英光纖（2）按光纖特點(diǎn)劃分類別特點(diǎn)多模光纖通信系統(tǒng)傳輸容量：100Mbit/s；傳輸損耗：較高單模光纖通信系統(tǒng)傳輸容量：140Mbit/s；傳輸損耗：較低（3）按傳輸信號(hào)形式劃分類別特點(diǎn)數(shù)字光纖通信系統(tǒng)傳輸信號(hào)：數(shù)字；抗干擾；可中繼模擬光纖通信系統(tǒng)傳輸信號(hào)；模擬；短距離；成本低(4) 按光調(diào)制的方式劃分類別特點(diǎn)強(qiáng)度調(diào)制直接檢測(cè)系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、但通信容量受到限制外差光纖通信系統(tǒng)技術(shù)難度大，傳輸容量大（5）其它類別特點(diǎn)相干光纖通信系統(tǒng)光接收靈敏度高；光頻率選擇性好；設(shè)備復(fù)雜光波分復(fù)用通信系統(tǒng)一根光纖中傳送多個(gè)單/雙向波長(zhǎng)；超大容量