数字光纤通信系统详述

光纤通信主讲教师：赵冬娥OPTICALFIBERCOMMUNICATION简介学时：讲授40学时，实验8学时评分比例：试卷80%，平时成绩20%参考书目顾畹仪李国瑞编“光纤通信系统”，北京邮电大学出版社刘增基周洋溢胡辽林等编著“光纤通信”，西安电子科技大学出版社赵梓森编“光纤通信工程”，人民邮电出版社1·1光纤通信发展的历史和现状1·2光纤通信的优点和应用1·3光纤通信系统的基本组成第1章概论返回主目录第1章概论

1.1光纤通信发展的历史和现状

探索时期的光通信中国古代用“烽火台”报警，欧洲人用旗语传送信息，这些都可以看作是原始形式的光通信。望远镜的出现，又极大地延长了这种目视光通信的距离。

1880年，美国人贝尔(Bell)发明了用光波作载波传送话音的“光电话”。这种光电话利用太阳光或弧光灯作光源，通过透镜把光束聚焦在送话器前的振动镜片上，使光强度随话音的变化而变化，实现话音对光强度的调制。在接收端，用抛物面反射镜把从大气传来的光束反射到硅光电池上，使光信号变换为电流，传送到受话器。来自....中国最大的资料库下载

由于当时没有理想的光源和传输介质，这种光电话的传输距离很短，并没有实际应用价值，因而进展很慢。然而，光电话仍是一项伟大的发明，它证明了用光波作为载波传送信息的可行性。因此，可以说贝尔光电话是现代光通信的雏型。

1960年，美国人梅曼(Maiman)发明了第一台红宝石激光器，给光通信带来了新的希望，和普通光相比，激光具有波谱宽度窄，方向性极好，亮度极高，以及频率和相位较一致的良好特性。激光是一种高度相干光，它的特性和无线电波相似，是一种理想的光载波。继红宝石激光器之后，氦—氖(He-Ne)激光器、二氧化碳(CO2)激光器先后出现，并投入实际应用。激光器的发明和应用，使沉睡了80年的光通信进入一个崭新的阶段。

在这个时期，美国麻省理工学院利用He-Ne激光器和CO2激光器进行了大气激光通信试验。实验证明：用承载信息的光波，通过大气的传播，实现点对点的通信是可行的，但是通信能力和质量受气候影响十分严重。由于雨、雾、雪和大气灰尘的吸收和散射，光波能量衰减很大。例如，雨能造成30dB/km的衰减，浓雾衰减高达120dB/km。另一方面，大气的密度和温度不均匀，造成折射率的变化，使光束位置发生偏移。因而通信的距离和稳定性都受到极大的限制，不能实现“全天候”通信。虽然，固体激光器(例如掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG)激光器)的发明大大提高了发射光功率，延长了传输距离，使大气激光通信可以在江河两岸、海岛之间和某些特定场合使用，但是大气激光通信的稳定性和可靠性仍然没有解决。

为了克服气候对激光通信的影响，人们自然想到把激光束限制在特定的空间内传输。因而提出了透镜波导和反射镜波导的光波传输系统。透镜波导是在金属管内每隔一定距离安装一个透镜，每个透镜把经传输的光束会聚到下一个透镜而实现的。反射镜波导和透镜波导相似，是用与光束传输方向成45°角的二个平行反射镜代替透镜而构成的。这两种波导，从理论上讲是可行的，但在实际应用中遇到了不可克服的困难。首先，现场施工中校准和安装十分复杂；其次，为了防止地面活动对波导的影响，必须把波导深埋或选择在人车稀少的地区使用。由于没有找到稳定可靠和低损耗的传输介质，对光通信的研究曾一度走入了低潮。

现代光纤通信

1966年，英籍华裔学者高锟(C.K.Kao)和霍克哈姆(C.A.Hockham)发表了关于传输介质新概念的论文，指出了利用光纤(OpticalFiber)进行信息传输的可能性和技术途径，奠定了现代光通信——光纤通信的基础。当时石英纤维的损耗高达1000dB/km以上，高锟等人指出：这样大的损耗不是石英纤维本身固有的特性，而是由于材料中的杂质，例如过渡金属(Fe、Cu等)离子的吸收产生的。材料本身固有的损耗基本上由瑞利(Rayleigh)散射决定，它随波长的四次方而下降，其损耗很小。因此有可能通过原材料的提纯制造出适合于长距离通信使用的低损耗光纤。

如果把材料中金属离子含量的比重降低到10-6以下，就可以使光纤损耗减小到10dB/km。再通过改进制造工艺的热处理提高材料的均匀性，可以进一步把损耗减小到几dB/km。这个思想和预测受到世界各国极大的重视。

1970年，光纤研制取得了重大突破。在当年，美国康宁(Corning)公司就研制成功损耗20dB/km的石英光纤。它的意义在于：使光纤通信可以和同轴电缆通信竞争，从而展现了光纤通信美好的前景，促进了世界各国相继投入大量人力物力，把光纤通信的研究开发推向一个新阶段。1972年，康宁公司高纯石英多模光纤损耗降低到4dB/km。1973年，美国贝尔(Bell)实验室取得了更大成绩，光纤损耗降低到2.5dB/km。1974年降低到1.1dB/km。1976年，日本电报电话(NTT)公司等单位将光纤损耗降低到0.47dB/km(波长1.2μm)。

在以后的10年中，波长为1.55μm的光纤损耗：1979年是0.20dB/km，1984年是0.157dB/km，1986年是0.154dB/km，接近了光纤最低损耗的理论极限。

1970年，作为光纤通信用的光源也取得了实质性的进展。当年，美国贝尔实验室、日本电气公司(NEC)和前苏联先后突破了半导体激光器在低温(-200℃)或脉冲激励条件下工作的限制，研制成功室温下连续振荡的镓铝砷(GaAlAs)双异质结半导体激光器(短波长)。虽然寿命只有几个小时，但其意义是重大的，它为半导体激光器的发展奠定了基础。1973年，半导体激光器寿命达到7000小时。1977年，贝尔实验室研制的半导体激光器寿命达到10万小时(约11.4年)，外推寿命达到100万小时，完全满足实用化的要求。

在这个期间，1976年日本电报电话公司研制成功发射波长为1.3μm的铟镓砷磷(InGaAsP)激光器，1979年美国电报电话(AT&T)公司和日本电报电话公司研制成功发射波长为1.55μm的连续振荡半导体激光器。由于光纤和半导体激光器的技术进步，使1970年成为光纤通信发展的一个重要里程碑。

1976年，美国在亚特兰大(Atlanta)进行了世界上第一个实用光纤通信系统的现场试验，系统采用GaAlAs激光器作光源，多模光纤作传输介质，速率为44.7Mb/s，传输距离约10km。1980年，美国标准化FT-3光纤通信系统投入商业应用，系统采用渐变型多模光纤，速率为44.7Mb/s。来自....中国最大的资料库下载

随后美国很快敷设了东西干线和南北干线，穿越22个州光缆总长达5×104km。1976年和1978年，日本先后进行了速率为34Mb/s，传输距离为64km的突变型多模光纤通信系统，以及速率为100Mb/s的渐变型多模光纤通信系统的试验。1983年敷设了纵贯日本南北的光缆长途干线，全长3400km，初期传输速率为400Mb/s，后来扩容到1.6Gb/s。随后，由美、日、英、法发起的第一条横跨大西洋TAT-8海底光缆通信系统于1988年建成，全长6400km；第一条横跨太平洋TPC-3/HAW-4海底光缆通信系统于1989年建成，全长13200km。从此，海底光缆通信系统的建设得到了全面展开，促进了全球通信网的发展。

自从1966年高锟提出光纤作为传输介质的概念以来，光纤通信从研究到应用，发展非常迅速：技术上不断更新换代，通信能力(传输速率和中继距离)不断提高，应用范围不断扩大。光纤通信的发展可以粗略地分为三个阶段：第一阶段(1966~1976年)，这是从基础研究到商业应用的开发时期。在这个时期，实现了短波长(0.85μm)低速率(45或34Mb/s)多模光纤通信系统，无中继传输距离约10km。第二阶段(1976~1986年)，这是以提高传输速率和增加传输距离为研究目标和大力推广应用的大发展时期。在这个时期，光纤从多模发展到单模，工作波长从短波长(0.85μm)发展到长波长(1.31μm和1.55μm)，实现了工作波长为1.31μm、传输速率为140~565Mb/s的单模光纤通信系统，无中继传输距离为100~50km。

第三阶段(1986~1996年)，这是以超大容量超长距离为目标、全面深入开展新技术研究的时期。在这个时期，实现了1.55μm色散移位单模光纤通信系统。采用外调制技术，传输速率可达2.5~10Gb/s，无中继传输距离可达150~100km。实验室可以达到更高水平。目前，正在开展研究的光纤通信新技术，例如，超大容量的波分复用(WavelengthDivisionMultiplexing,WDM)光纤通信系统和超长距离的光孤子(Soliton)通信系统，将在第7章作介绍。

国内外光纤通信发展的现状

1976年美国在亚特兰大进行的现场试验，标志着光纤通信从基础研究发展到了商业应用的新阶段。此后，光纤通信技术不断创新：光纤从多模发展到单模，工作波长从0.85μm发展到1.31μm和1.55μm，传输速率从几十Mb/s发展到几十Gb/s。另一方面，随着技术的进步和大规模产业的形成，光纤价格不断下降，应用范围不断扩大：从初期的市话局间中继到长途干线进一步延伸到用户接入网，从数字电话到有线电视(CATV)，从单一类型信息的传输到多种业务的传输。目前光纤已成为信息宽带传输的主要媒质，光纤通信系统将成为未来国家信息基础设施的支柱。

在许多发达国家，生产光纤通信产品的行业已在国民经济中占重要地位。根据资料，仅光缆产品一项(约占整个光纤通信产品的一半)，1995年在世界市场销售额达38亿美元，预测2000年可达85亿美元，2005年可达155亿美元，10年中复合年增长率(CAGR)为15%。世界成缆光纤市场销售量，1994年为1810×104km，预测2001年为6570×104km，7年中CAGR为20%，每年数据见表1.1。市场销售额和市场销售量的年增长率不同，主要是由于光纤价格呈下降趋势，见表1.2。在1995年光缆市场销售额的38亿美元中，单模占28亿美元，为74%。同年成缆光纤销售量的2300×104km中，单模为2130×104km，占93%。两者的比例不同，是由于单模光纤比多模光纤便宜的结果。表1.1世界成缆光纤市场销售量

年份19941995199619971998199920002001光纤销售总长度/104km18102300290034704070473055806570表1.2世界市场逼单模光纤擦平均价格年份19941995199619971998199920002001价格/($·km-1)6867726960524644实际销售丧量比预测痛的数字还浙要大，到199吴8年底，摇仅单模苹光纤的然销售量店就达到411曾0×1吗04km，见表1.3。随着下光纤产浇量的增骑加，价耍格逐年鲜下降，咳促进了蛾光纤在来各个领期域的应着用和新趋技术的例研究，尝推动着攻光纤产块业不断弊向前发毁展。名表1.3世界成缆岗单模光纤给市场销售熄量年份199819992000200120022003光纤销售总长度/104km4110460053506230720081101.2光纤通信未的优点和役应用1.2雀.1光通信船与电通容信任何通赏信系统狐追求的纯最终技受术目标午都是要棵可靠担地实现陈最大可逗能的信牲息传输断容量和顺传输距屑离。通猜信系统芹的传输括容量取芒决于对闷载波调岔制的频筒带宽度枯，载波曲频率越拴高，频滩带宽度若越宽。叹通信技高术发展室的历史师，实际当上是一树个不断韵提高载医波频率男和增加出传输容精量的历急史。20世纪60年代，微琴波通信技床术已经成裁熟，因此忽开拓频率舟更高的光荣波应用，爱就成为通卡信技术发更展的必然株。电缆通猾信和微奸波通信伴的载波上是电波领，光纤称通信的咽载波是档光波。谨虽然光斤波和电种波都是峰电磁波雅，但是策频率差身别很大起。光齐纤通信脾用的近痒红外光(波长约1μm狮)的频率(约300叶TH丑z)比微波(波长为0.1开m~1膏mm闲)的频率(3~3疯00G说Hz)高3个数量拢级以上滥。图1.1部分电馋磁波频造谱为便于比律较，图1.1给出相袭关部分御的电磁犁波频谱胞。光纤熊通信用崭的近红潜外光(波长为0.7~妇1.7μ鼓m)频带宽度干约为200T伶Hz，在常己用的1.31贺μm和1.5侨5μ陷m两个波斥长窗口篇频带宽妇度也在20开THz以上。适由于光心源和光粒纤特性件的限制阵，目前吊，光强榨度调制促的带宽兄一般只狐有20G长Hz，因此还控有3个数量级联以上的带垂宽潜力可穿以挖掘。茎微波波粗段有线岁传输线职路是由交金属导摸体制成困的同轴误电缆和膝波导管消。同轴乌电缆的凝损耗随缓信号频哭率的平床方根而甜增大，玩要减小昌损耗，叫必须增林大结构言尺寸，翅但要保秩持单一遵模式的饿传输，君又不允野许增大衰结构尺嗽寸。波缸导管具兼有比同具轴电缆第更低的絮损耗，霉但随仿着工作趋频率的任提高，子要减小仓波导结欣构的尺辽寸以保离持单一丘模式的宇传输，基损耗仍叨然要增兔大。光铁纤是由厅绝缘的都石英(Si效O2)材料制成裙的，通过钥提高材料议纯度和改萝进制造工纺艺，可以瓣在宽波长草范围内获姜得很小的膝损耗。图1.2给出各种攻传输线路菜的损耗特台性。来自...遍.中国最筋大的资缘瑞料库下趁载图1.2各种传阴输线路听的损耗腾特性1.2.蛇2光纤通河信的优奥点在光纤托通信系笔统中，帝作为载跪波的光持波频率布比电波笋频率高体得多，甚而作为示传输介蚊质的光既纤又比迟同轴电问缆或波雕导管的段损耗低根得多，斤因此相示对于电议缆通信秀或微波贿通信，秒光纤通坟信具有卸许多独炸特的优宇点。煮1.容许频带奏很宽，传颗输容量很传大光纤通信包系统的容士许频带(带宽)取决于光吼源的调制矩特性、次调制方式唯和光纤的赖色散特性论。石英单讨模光纤在1.31变μm波长具骆有零色脱散特性插，通过浆光纤的踩设计，仁还可以累把零色剖散波长逝移到1.55窗μm。在零色严散波长窗消口，单模馋光纤都具盼有几十GHz·km的带宽。多另一方面冰，可以采另用多种复着用技术来鼻增加传输馆容量。最泪简单的是似空分复用盖，因为光薯纤很细，针直径只有125小μm,一根光创缆可以兼容纳几滚百根光港纤，12×硬12=绝144根光纤的斥带状光缆字早已实现你。这种方法园使线路传雅输容量数怀十成百倍睛地增加。司就单根光锄纤而言，链采用波分让复用(WD秀M)或光频分限复用(OF锦DM)是增加光融纤通信系门统传输容楼量最有效傻的方法。做另一方面芒，减小光辨源谱线宽疮度和采用繁外调制方工式，也是晒增加传输娱容量的有趁效方法鼓为了贵与同轴电窄缆通信和材微波无线益电通信比萄较，表1.4列出早痰已实现常的单一欲波长光帐纤通信史系统的翻传输容愿量和中纵继距离棒。目前，混单波长愁光纤通威信系统于的传输霸速率一袖般为2.5杰Gb屡/s和10个Gb/辟s。采用见外调制范技术，康传输速会率可以鹿达到40G帮b/s。波分复鹊用(WD爹M)和光时分摘复用(TDM坏)更是极大牙地增加了袖传输容量坡，见表1.５。WDM最高水平辩为132个信道附，传输布容量为20G拍b/s×防132=取2640没Gb/笨s，相当酿于120壤km的距离传获输了3.3×忆108条话路吧。表1.4光纤通铺信与电辟缆或微闷波通信摇传输能唱力的比赌较通信手段传输容量(话路)/条中继距离/km1000km内中继器个数微波无线电9605020小同轴9604250中同轴180061600光缆19203033光缆14000(1Gb/s)8411光缆6000(445MB/S)1347目前，单殊波长光纤弃通信系统讲的传输速持率一般为2.5宇Gb/s和10G薄b/s。采用汁外调制呆技术，栽传输速缺率可以各达到40G弃b/s。波分井复用(WDM膏)和光时沟分复用(TDM蹈)更是极大稠地增加了刘传输容量鸦，见表1.５。WDM最高水渡平为132个信道汉，传输管容量为20狭Gb/点s×1袭32=添264劈燕0G区b/s，相尾当于120队km的距离监传输了3.3青×10双8条话路凯。2.损耗很扬小，顾中继距迷离很长膨且误码贺率很小石英光昼纤在1.31帽μm和1.55壁μm波长，烘传输损耗泡分别为0.5晶0d柴B/k巩m和0.2困0d激B/k级m，甚至更睁低。因此副，用光纤种比用同轴畜电缆或波闪导管的中亡继距离长挺得多，见骆表1.4。目前稳，采用某外调制舰技术，到波长为1.55彻μm的色散绪移位单撤模光纤祝通信系栏统，若绣其传输泛速率为2.5藏Gb/s，则中滑继距离仓可达150丝式km；若其臂传输速姻率为10G奴b/s，则中继馒距离可达100畏km。采用光朗纤放大心器、色检散补偿敬光纤，掘中继距蛛离还可宪增加，珠见表1.5。而且，术在表1.5中所列的亚中继距离拒下，传输芦的误码率紫极低(10-9甚至更小)。传输容量凝大、传输电误码率低闪、中继距浆离长的优臂点，使光况纤通信系腔统不仅适兵合于长途赤干线网而耽且适合于马接入网的惊使用，晶这也是降园低每公里蚁话路的系耐统造价的序主要原因读。3.重量轻晚、体纹积小光纤重尖量很轻盏，直径训很小。锹即使做丈成光缆见，在芯垫数相同追的条件旬下，其明重量还巨是比电列缆轻得疤多，体动积也小星得多。愿表1.6给出了槽铝/聚乙烯会粘结护抖套(LAP戒)单元结碍构光缆啦和标准千同轴电港缆的重抄量和截核面积的淋比较。表1.5律WDM和TDM光纤通信叙试验系统饰的传输能婚力复用技术传输容量/Gb·s-1传输距离/km跨距/km研制单位备注WDM20×1720T&TNECTDM1602020200103

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50140NTTNTT法Telcom单通道环测传输容量拆大、传输幼误码率低宰、中继距洞离长的优港点，使光躺纤通信系聋统不仅适渴合于长途放干线网而贫且适合于竹接入网的阴使用，子这也是降付低每公里唉话路的系扇统造价的稍主要原因欠。3.重量轻应、体督积小光纤重量落很轻，直境径很小。款即使做成也光缆，在倡芯数相同截的条件下党，其重量长还是比电座缆轻得多妹，体积也胸小得多。渠表1.6给出了铝/聚乙烯蒸粘结护近套(LAP孝)单元结曲构光缆芬和标准乔同轴电旺缆的重少量和截咸面积的悔比较。通信设备间的重量和曲体积对许向多领域特卧别是军事泊、航空和另宇宙飞船梳等方面的构应用，具职有特别重派要的意义窄。在飞机助上用光纤笋代替电缆匹，不仅降近低了通信新设备的成乓本，而且颈降低了飞熊机的制造单成本。例灯如，在美动国A-表7飞机上，繁用光纤通炎信代替电庙缆通信，上使飞机重滥量减轻27磅(约12.朵247乔kg肾)，相当饼于飞机抽制造成隔本减少27万美元都。醋表1.6光缆和袜电缆的毒重量和酷截面积评比较项目8芯18芯光缆电缆光缆电缆重量/(kg·m-1)重量比0.4216.3150.4211126直径/mm截面积比211475211659.6此外，渐利用光廉缆体积兴小的特敲点，在秀市话中祝继线中捡成功地构解决了华地下管敢道拥挤厨问题。融4.抗电磁干喇扰性能好毯光纤由电规绝缘的石诞英材料制希成，光纤捧通信线路井不受各种锹电磁场的虑干扰和闪喝电雷击的每损坏。无挎金属光缆捧非常适合蚊于存在强现电磁场干烈扰的高压醉电力线路伸周围和油怠田、煤矿踏等易燃易哑爆环境中齐使用。光责纤(复合)架空地线(Opt卫ical缺Fib兵erO横verh惧ead潜Grou颜ndW探ire,按OPG钱W)是光纤碰与电力差输送系源统的地如线组合药而成的扒通信光号缆，已书在电力李系统的碌通信中咱发挥重边要作用闷。来自...焦.中国最大猜的资料库苏下载5.泄漏小窝，保障密性能古好在光纤中烘传输的光值泄漏非常膝微弱，即虏使在弯曲芳地段也无乎法窃听。嫂没有专用偿的特殊工王具，光纤弊不能分接驱，因此信桃息在光纤煤中传输非否常安全。6.节约金彼属材料凭，有秘利于资筑源合理抗使用制造同轴垒电缆和波蒸导管的铜心、铝、铅佩等金属材陷料，在地返球上的储钓存量是有闷限的；而泊制造光纤奸的石英(SiO2)在地球街上基本贸上是取怠之不尽垮的材料祖。制造8km管中同轴贝电缆，1k供m需要120辉kg铜和500酷kg铝；而脱制造8km光纤只册需320酬g石英。绪所以，疾推广光纤房诚通信，有援利于地球乎资源的合畅理使用。消保密性能赶好的这一跳特点，对另军事、政山治和经济名都有重要匠的意义。婆总之，宝光纤通罢信不仅五在技术肠上具有撒很大的齿优越性患，而且遇在经济贺上具有蛮巨大的吗竞争能桶力，因修此其在阴信息社谋会中将限发挥越饿来越重阀要的作虽用。图1.3给出各喝种通信湾系统相浮对造价央与传输兵容量(话路数)的关系。惑由图1.3可见，随退着传输容纱量的增加执，由于采每用了新的焦传输媒质公，使得盐相对造价叮直线下降吐。图1.3各种通房诚信系统秘相对造也价与传龟输容量父的比较1.2坡.3光纤通狠信的应夸用光纤可摊以传输苹数字信隙号，也锹可以传秆输模拟微信号。菊光纤在新通信网苹、广播教电视网校与计算恳机网，枪以及在蒜其它数回据传输仓系统中叉，都兽得到了都广泛应户用。光夹纤宽带切干线传舅送网和铃接入网袋发展迅躺速，扶是当前晨研究开弟发应用穿的主要莫目标。侍光纤通忧信的各裕种应用走可概括德如下：笋①通遵信网，宫包括全兴球通信马网(如横跨大恭西洋和太袋平洋的海巷底光缆和纯跨越欧亚优大陆的洲村际光缆干蔑线)、各国的岛公共电信租网(如我国貌的国家虹一级干挠线、各便省二级茂干线和扰县以下京的支线)、各种辅专用通犬信网(如电力价、铁道尚、国防岂等部门喷通信、旬指挥、献调度、顺监控盗的光缆辆系统)、特殊膊通信手顿段(如石油跳、化工绪、煤矿晌等部门阅易燃易重爆环境烫下使用概的光缆宰，以摆及飞机凑、军舰道、潜艇穿、导弹祖和宇宙粱飞船内扯部的光怎缆系统)。②构成因估特网的侄计算机夺局域网胀和广域夜网，如赛光纤以产太网、软路由炊器之间站的光纤勇高速传轻输链路贯。③有线喷电视网的铁干线和分泰配网；工析业电视系焦统，如工呀厂、银咬行、商场死、交通和矩公安部门诞的监控；妇自动控案制系统的溉数据传输搁。④综合有业务光纤朽接入网，烟分为有源瘦接入网和唐无源接入呢网，可惧实现电话单、数据、膨视频(会议电絮视、可丈视电话匠等)及多媒选体业务颤综合接国入核心搜网，提起供各种浓各样的慈社区服出务。1.3光纤通稠信系统副的基本础组成光纤通信粮系统可以腊传输数字林信号，也条可以传输栋模拟信号脖。用户走要传输的籍信息多种晓多样，一顺般有话音牧、图像、橡数据或多项媒体信息洪。为叙吐述方便，决这里仅以残数字电话无和模拟电彼视为例。外图1.4示出单向搜传输的光大纤通信系策统，包括广发射、接界收和作为笼广义信道固的基本光纸纤传输系解统。图1.4光纤通妥信系统煎的基本闸组成(单向传输)1.3.爹1发射和巨接收如图1.4所示，靠信息源怖把用户励信息转它换为原葱始电信孝号，这束种信号自称为基蜂带信号械。电发役射机把读基带信划号转换顾为适合停信道传惑输的信芳号，这访个转换饮如果需溪要调制迷，则妨其输出预信号称末为已调响信号。战对于告数字电酿话传输曲，电话柿机把话需音转换蜻为频率款范围为0.3附~3.姑4k绵Hz的模拟基馋带信号，袜电发射机字把这种模仍拟信号转南换为数字严信号，并键把多路数鲜字信号组怒合在一起借。模/数转换借目前普功遍采用竹脉冲编贝码调制(PCM番)方式，柴这种方货式是通乒过对模澡拟信号煮进行抽葛样、量卫化和编践码而实鼓现的。摘一路话庆音转换丙成传输煎速率为64k贷b/s的数字瘦信号，叠然后用纲数字复叼接器把24路或30路PCM信号组合夜成1.5并44悼Mb/像s或2.04走8Mb希/s的一次肿群甚至具高次群需的数字是系列，喜后输入超光发射役机。对林于模拟仁电视传据输，则贱用摄像僵机把图阳像转换荒为6MH闸z的模拟贱基带信狱号，直置接输入熄光发射椅机。为提高蹄传输质隶量，通倦常把这敏种模拟无基带信疗号转换毕为频率锄调制(FM)、脉冲频概率调制(PF笋M)或脉冲宽短度调制(PWM决)信号，锻最后把妖这种已拌调信号考输入光独发射机启。还肃可以采冷用频分伙复用(FD说M)技术，愉用来自忠不同信普息源的器视频模瞧拟基带贼信号(或数字勿基带信收号)分别调制戒指定的不界同频率的姥射频(RF崭)电波，喜然后把概多个这中种带有省信息的RF信号组合轮成多路宽炒带信号，民最后输入捧光发射机牛，由光捏载波进行部传输。搞在这个过滋程中，受洗调制的RF电波称巡寿为副载换波，这帐种采用榴频分复洲用的多伍路电视徐传输技霜术，写称为副歉载波复执用(SC逐M)。不管是稀数字系印统，还换是模拟役系统，铸输入到委光发射温机带有盟信息的肉电信号先，都通更过调制戏转换为勤光信号戴。光载推波经过待光纤线狂路传输英到接收和端，再堂由光接妖收机把族光信号党转换为将电信号仪。电接收半机的功打能和电匆发射机冻的功能高相反，幻玉它把接霉收的电亚信号转娇换为基拘带信号失，最后狡由信息暮宿恢复材用户信驰息。扒在整个通机信系统中组，在光发织射机之前勿和光接收梦机之后的兼电信号段镰，光纤通疑信所用的帖技术和设危备与电缆利通信相同耻，不同的趋只是由光麻发射机、喇光纤线路辟和光接收广机所组成黄的基本光内纤传输系脂统代替了那电缆传输崖。1.3震.2基本光胡纤传输弃系统基本光纤疯传输系统晕作为独立租的“光信道”单元，若援配置适当敬的接口设伤备，则可斧以插入现眨有的数字脉通信系统贺或模拟通困信系统，懂或者有遭线通信系撑统或无线谊通信系统祸的发射与想接收之间坟光发射机俱、光纤线铸路和光接宽收机，若曾配置适当机的光器件距，可以求组成传输偿能力更强究、功能更巨完善的光呈纤通信系嗽统。例如菌，在光遍纤线路中董插入光纤但放大器组风成光中继灰长途系统壮，配置波答分复用器便和解复用悬器，组成怪大容量波烛分复用系厚统，使用励耦合器或撤光开关组稳成无源光酬网络，等妥等。下面简要只介绍基本蹄光纤传输姑系统的三拢个组成部蜡分。来自....中国最辆大的资援料库下即载1.光发射机饱光发射机弦的功能是疫把输入电木信号转换宋为光信号祸，并用耦荒合技术把孟光信号最腾大限度地括注入光纤像线路。光趣发射机由拘光源、覆驱动器和解调制器组刚成，光源向是光发射么机的核心栽。光发射塘机的性能食基本上取舅决于光源货的特性，茎对光源的捎要求是输忌出光功率黑足够大，糊调制频亩率足够高辜，谱线宽援度和光束稻发散角尽斧可能小，码输出功率穿和波长稳贤定，器傍件寿命长痕。目前广净泛使用的详光源有半金导体发光攀二极管(LE烘D)和半导详体激光廊二极管(或称激破光器)(L俩D)，以相及谱线稻宽度很登小的动臣态单纵贱模分布恐反馈(DFB测)激光器。创有些场合段也使用固地体激光器渡，例如大理功率的掺血钕钇铝石范榴石(Nd:锹YAG忽)激光器。向光发射吼机把电孙信号转叔换为光纹信号的朗过程(常简称密为电/光或E/O转换)，是通以过电信匀号对光牲的调制辜而实现孙的。目翼前有直集接调制给和间接凉调制(或称外把调制)两种调烂制方案迈，如图1.5所示。撇直接调厦制是用糊电信号续直接调群制半导稍体激光川器或发橡光二极暖管的驱春动电流浊，使输致出光随野电信号太变化而喘实现的扁。这种潮方案技激术简单冰，成划本较低必，容易大实现，垂但调制霉速率受永激光器府的频率绒特性所虎限制。点外调苹制是把园激光的概产生和撒调制分称开，用疯独立的爬调制器余调制激载光器的哨输出光陵而实现蚊的。目粗前有多杂种调制词器可供蹈选择，滋最常用参的是电观光调制末器。这葵种调制图器是利台用电信块号改变兰电光晶俯体的折知射率，焦使通过藏调制器校的光参塔数随电匙信号变大化而实校现调制酸的。外拌调制的列优点是午调制速味率高，绑缺点是眨技术复迟杂，成汉本较高水，因此骆只有在倡大容量够的波分族复用和晶相干光虏通信系玻统中使敞用。牌图1.5两种调制圆方案(a)直接调铜制；(b)间接调制(外调制)对光参食数的调幅制，原槐理上可握以是光像强(功率)、幅度捆、频率拖或相位共调制，见但实际见上目前距大多数溪光纤通他信系统石都采用击直接光从强调制核。因为胳幅度、胶频率或援相位调评制，需摄要幅度多和频率脖非常稳始定，相亏位和偏训振方向吴可以控以制，谱晚线宽度灾很窄的组单模激为光源，喘并采还用外调否制方案皱，所以磁这些调施制方式猎只在新撤技术系祸统中使乐用。腔2.光纤线路天光纤线帖路的功样能是把凑来自光途发射机小的光信命号，以衡尽可能披小的畸钟变(失真)和衰减传勿输到光接锣收机。光完纤线路由雄光纤、光脊纤接头和旱光纤连接借器组成。趋光纤是光键纤线路的宜主体，接染头和连接罚器是不可粱缺少的器举件。实际绵工程中使侨用的是容鼠纳许多根至光纤的光丧缆。光纤线路邪的性能主星要由缆内用光纤的传烘输特性决闷定。对光眠纤的基本时要求是损粒耗和色散陪这两个传蹲输特性参回数都尽可荒能地小，哨而且有符足够好的帝机械特性仆和环境特斩性，例如紫，在不可猾避免的应殖力作用下昂和环境温没度改变时他，保持传姜输特性稳稻定。目前使外用的石亚英光纤改有多模舒光纤和种单模光吴纤，单醉模光纤烧的传输回特性比少多模光拦纤好，工价格比密多模光加纤便宜捞，因而砍得到更哄广泛的刮应用。谣单模箱光纤配健合半导专体激光糟器，适府合大容择量长距烦离光纤冈传输系谋统，而茎小容量甩短距离厅系统用栋多模光摩纤配合舞半导体暴发光二卡极管更够加合适灰。为适场应不同蓬通信系旦统的需沈要，已雅经设计挪了多种图结构不纳同、特耍性优良锅的单模慎光纤，慌并成柜功地投测入实际找应用。遥石英光铺纤在近咳红外波来段，除写杂质吸坊收峰外内，其损酱耗随波添长的增偿加而减艺小，在0.8久5μ龄m、1.3慈1μ矿m和1.5含5μ恒m有三个损隙耗很小的黄波长“窗盏口”。在极这三个波五长窗口损谨耗分别小斜于2dB/约km、0.4妻dB咏/km和0.2脱dB客/km。石英光贵纤在波长1.31阵μm色散为康零，惨带宽极嫌大值高去达几十GHz·km。通过独光纤设牛计，可矩以使零现色散波誓长移到1.55违μm，实现盲损耗和愤色散都回最小的扫色散移店位单模惜光纤；脊或者设靠计在1.3跌1μ中m和1.5共5μ蚁m之间色酬散变化谊不大的四色散平府坦单模嫩光纤，溜等等。器根据光恼纤传输钟特性的惨特点，坡光纤通戏信系统膜的工作芬波长都涛选择在0.8烦5μ肠m、1.31昆μm或1.5姑5μ单m，特别是1.31摆μm和1.55斧μm应用更加货广泛。因此，蜘作为光梅源的激妇光器的享发射波兽长和作惭为光检浊测器的猛光电二摆极管的恳波长响突应，都帆要和光竟纤这三射个波长抹窗口相喷一致。同目前座在实验突室条件袍下，1.5较5μ匀m的损耗已陈达到0.1感54毙dB/武km，接蔑近石英摔光纤损目耗的理故论极限杂，因此宋人们开破始研究匆新的光枕纤材料旬。光纤毒是光纤屋通信的泥基础，堪光纤的酱技术进呜步，有善力地推日动着光珍纤通信酷向前发父展。某3.光接收也机光接收贱机的功权能是把肆从光纤益线路输唱出、产依生畸变轰和衰减捷的微弱墨光信号矛转换为互电信号淡，并经毛放大和畏处理后鸡恢复成妖发射前炭的电信给号。光匆接收机缸由光检振测器、绪放大邮器和相辟关电路红组成光案检测器带是光接合收机的云核心。片对光检辨测器的肆要求是横响应度与高、拴噪声低队和响应耻速度快帅。目前育广泛使田用的光榆检测器老有两种久类型：开在半虑导体PN结中加哪入本征年层的PIN光电二极争管(PIN遵-P铜D)和雪崩案光电二士极管(AP扒D)。光接收江机把光悼信号转宽换为电威信号的练过程(常简称为枯光/电或O/E转换)，是通过征光检测器梢的检测实琴现的。检院测方式有叔直接检测星和外差检做测两种。舅直接检测储是用检测之器直接把在光信号转跳换为电信岭号。这种惑检测方式蜜设备简单灵、经济边实用，椒是当前光薯纤通信系品统普遍采龙用的方式炒。外差检测辣要设置一练个本地振雅荡器和一垫个光混频猾器，使本扎地振荡光目和光纤输晋出的信号辩光在混频恶器中产生雾差拍而输券出中频光表信号，再袖由光检测兼器把中频灿光信号转但换为电信哗号。外差眨检测方式货的难点是晃需要频率歉非常稳定变，相位和逼偏振方向冈可控制，勉谱线宽度差很窄的单猛模激光源跃；优点是泉有很高的驳接收灵敏缎度。目前，域实用光组纤通信考系统普兰遍采用珍直接调绑制—直接检肤测方式撤。外调捕制—外差检骑测方式育虽然技宏术复杂叉，但是际传输速仁率和接惨收灵敏皱度很高宫，是很简有发展冒前途的减通信方担式。矩光接收偏机最重搬要的特耐性参数料是灵敏缴度。灵悦敏度是略衡量光池接收机众质量的赌综合指货标，它谅反映接续收机调阻整到最评佳状态喷时，渠接收微援弱光信再号的能鲁力。灵倦敏度主笔要取决伸于组成策光接收冷机的光烘电二极调管和放烘大器的猾噪声，观并受传纯输速率喇、光发习射机的带参数和裁光纤线严路的色刑散的影盲响，还规与系统肝要求的烦误码率散或信噪稳比有密应切关系挪。所以损灵敏度所也是反邻映光纤召通信系盖统质量签的重要角指标。矿1.3.畜3数字通信狗系统和模鲜拟通信系枕统数字光纤吸通信系统宇比模拟光言纤通信系却统具有更钞多的优点棵，也更面能适应社防会对通信西能力和通泡信质量越耽来越高的牌要求。数羊字通信系逝统用参数猾取值离散槐的信号(如脉冲的茶有和无、辞电平的高塞和低等)代表信息假，强调的守是信号和墓信息之间这的一一对鸡应关系；政而模拟通存信系统则难用参数取矛值连续的惧信号代表怕信息，强穗调的是变纯换过程中草信号和信唉息之间的碌线性关系败。这种基组本特征决外定着两种君通信方式淹的优缺点尸和不同时寻期的发展货趋势。20世纪70年代光纯纤通信界的应用恋和80年代计蜂算机的言普及，跨为数字竞通信的跑发展创钳造了极形其有利快的条件革。目前茅虽有数归字通信纱几乎完腹全代替摊模拟通泼信的趋歼势，但位是模拟奔通信仍唉然有着奇重要的顷应用。叛数字通挂信系统挎的优点黑如下：拉来自...瓜.中国最大侨的资料库用下载①抗干扰享能力强浊，传输筐质量好扮。在模饼拟通信急系统中息，噪声踢叠加在奋信号上笋，两者习很难分踢开，放眯大时噪霜声和信仙号一起撑放大，扑不能改邻善因传笨输而劣材化的信夸噪比。械数字光慌纤通信捉采用二损进制信吗号，信电息不包舟含在脉次冲波形每中，布而由脉众冲的“有”和“无”表示。鞭因此，辜一般噪盒声不影芬响传输呢质量，刃只有在捆抽样和栽判决过夹程中，义当噪声科超过一辆定阈值动时，乘才产生钢误码率钞。寨②饭可以用颜再生中房诚继，传木输距离绒长。数枕字通信隆系统可吗以用不畏同方式