通信工程師考試培訓(xùn)光纖通信技術(shù)[1]

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4.2 光纖通信技術(shù)

4.2.1 光纖通信概述

光纖通信是利用光波作載波，以光纖作為傳輸介質(zhì)將信息從一處傳至另一處的通信方式。在發(fā)信端，信息被轉(zhuǎn)換和處理成便于傳輸?shù)碾娦盘?，電信號控制光源，使發(fā)出的光信號具有所要傳輸?shù)男盘柕奶攸c(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)信號的電/光轉(zhuǎn)換，發(fā)信端發(fā)出的光信號通過光纖傳輸?shù)竭h(yuǎn)方的收信端，經(jīng)光電二極管等轉(zhuǎn)換成電信號，從而實(shí)現(xiàn)信號的光/電轉(zhuǎn)換。電信號再經(jīng)過處理和轉(zhuǎn)換而恢復(fù)為與發(fā)信端相同的信息。

1.光纖通信的發(fā)展

自從1966年提出光纖作為傳輸介質(zhì)的概念以來，光纖通信從研究到應(yīng)用，發(fā)展非常迅速，技術(shù)上不斷更新?lián)Q代，通信能力（傳輸速率和中繼距離）不斷提高，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。

光纖通信的發(fā)展可以粗略地分為3個階段。

第一階段（1966?1976年），這是從基礎(chǔ)研究到商業(yè)應(yīng)用的開發(fā)時期。在這個時期，實(shí)現(xiàn)了短波長（0.85pm）低速率（較高速率可達(dá)45Mbit/s）多模光纖通信系統(tǒng)，無中繼傳輸距離約10km。

第二階段（1976?1986年），這是以提高傳輸速率和增加傳輸距離為研究目標(biāo)和大力推廣應(yīng)用的大發(fā)展時期。在這個時期，光纖從多模發(fā)展到單模，工作波長從短波長（0.85pm）發(fā)展到長波長（1.31jim和1.55}im），實(shí)現(xiàn)了工作波長為1.31pm、傳輸速率為140?565Ml^it/s的單模光纖通信系統(tǒng)，無中繼傳輸距離為50?100km。

第三階段（1986?1996年>,這是以超大容量超長距離為目標(biāo)、全面深入開展新技術(shù)研究的時期。在這個時期，實(shí)現(xiàn)了1.55Mm色散移位單模光纖通信系統(tǒng)。采用外調(diào)制技術(shù)，傳輸速率可達(dá)2.5?10Gbit/s,無中繼傳輸距離可達(dá)150?100km.實(shí)驗(yàn)室可以達(dá)到更高水平。

目前，正在開展研究的光纖通信新技術(shù)，例如，超大容量的波分復(fù)用（WavelengthDivisionMultiplexing,WDM）光纖通信系統(tǒng)和超長距離的光孤子（Soliton）通信系統(tǒng)。

2.光纖通信的優(yōu)點(diǎn)

在光纖通信系統(tǒng)中，作為載波的光波頻率比電波頻率高得多，而作為傳輸介質(zhì)的光纖又比同軸電纜或波導(dǎo)管的損耗低得多，因此相對于電纜通信或微波通信，光纖通信具有許多的優(yōu)點(diǎn)。

（1）容許頻帶很寬，傳輸容量很大

光纖通信系統(tǒng)的容許頻帶（帶寬）取決于光源的調(diào)制特性、調(diào)制方式和光纖的色散特性。石英單模光纖在1.31|um波長具有零色散特性，通過光纖的設(shè)計，還可以把零色散波長移到1.55pm.在零色散波長窗口，單模光纖都具有幾十吉赫？千米（GHz*km）的帶寬。另一方面，可以釆用多種復(fù)用技術(shù)來增加傳輸容量。最簡單的是空分復(fù)用，因?yàn)楣饫w很細(xì)，直徑只有125pm,一根光纜可以容納幾百根光纖，12x12=144根光纖的帶狀光纜早已實(shí)現(xiàn)。

這種方法使線路傳輸容量數(shù)十成百倍地增加。就單根光纖而言，采用波分復(fù)用（WDM）或光頻分復(fù)用（OFDM）是增加光纖通信系統(tǒng)傳輸容量最有效的方法。另一方面，減小光源譜線寬度和采用外調(diào)制方式，也是增加傳輸容量的有效方法。

目前，單波長光纖通信系統(tǒng)的傳輸速率一般為2.5Gbit/s和10Gbit/s.釆用外調(diào)制技術(shù)，傳輸速率可以達(dá)到40Gbit/s.波分復(fù)用（WDM）和光時分復(fù)用（TDM）更是極大地增加了傳輸容量。WDM較高水平為132個信道，傳輸容量為20Gbit/sxl32=2640Gbit/s,相當(dāng)于120km的距離傳輸了3.3x108條話路。

（2）損耗很小，中繼距離很長且誤碼率很小

石英光纖在1.31nm和1.55jim波長，傳輸損耗分別為0.50dB/km和0.20dB/km,甚至更低。因此，用光纖比用同軸電纜或波導(dǎo)管的中繼距離長得多。目前，釆用外調(diào)制技術(shù)，波長為1.55叫1的色散移位單模光纖通信系統(tǒng)，若其傳輸速率為2.5Gbit/s,則中繼距離可達(dá)150km;若其傳輸速率為10Gbit/s,則中繼距離可達(dá)100km。

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