通信工程师考试培训光纤通信技术[1]

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4.2 光纤通信技术

4.2.1 光纤通信概述

光纤通信是利用光波作载波，以光纤作为传输介质将信息从一处传至另一处的通信方式。在发信端，信息被转换和处理成便于传输的电信号，电信号控制光源，使发出的光信号具有所要传输的信号的特点，从而实现信号的电/光转换，发信端发出的光信号通过光纤传输到远方的收信端，经光电二极管等转换成电信号，从而实现信号的光/电转换。电信号再经过处理和转换而恢复为与发信端相同的信息。

1.光纤通信的发展

自从1966年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3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（0.85pm）低速率（较高速率可达45Mbit/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（0.85pm）发展到长波长（1.31jim和1.55}im），实现了工作波长为1.31pm、传输速率为140?565Ml^it/s的单模光纤通信系统，无中继传输距离为50?100km。

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1.55Mm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?10Gbit/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。

2.光纤通信的优点

在光纤通信系统中，作为载波的光波频率比电波频率高得多，而作为传输介质的光纤又比同轴电缆或波导管的损耗低得多，因此相对于电缆通信或微波通信，光纤通信具有许多的优点。

（1）容许频带很宽，传输容量很大

光纤通信系统的容许频带（带宽）取决于光源的调制特性、调制方式和光纤的色散特性。石英单模光纤在1.31|um波长具有零色散特性，通过光纤的设计，还可以把零色散波长移到1.55pm.在零色散波长窗口，单模光纤都具有几十吉赫？千米（GHz*km）的带宽。另一方面，可以釆用多种复用技术来增加传输容量。最简单的是空分复用，因为光纤很细，直径只有125pm,一根光缆可以容纳几百根光纤，12x12=144根光纤的带状光缆早已实现。

这种方法使线路传输容量数十成百倍地增加。就单根光纤而言，采用波分复用（WDM）或光频分复用（OFDM）是增加光纤通信系统传输容量最有效的方法。另一方面，减小光源谱线宽度和采用外调制方式，也是增加传输容量的有效方法。

目前，单波长光纤通信系统的传输速率一般为2.5Gbit/s和10Gbit/s.釆用外调制技术，传输速率可以达到40Gbit/s.波分复用（WDM）和光时分复用（TDM）更是极大地增加了传输容量。WDM较高水平为132个信道，传输容量为20Gbit/sxl32=2640Gbit/s,相当于120km的距离传输了3.3x108条话路。

（2）损耗很小，中继距离很长且误码率很小

石英光纤在1.31nm和1.55jim波长，传输损耗分别为0.50dB/km和0.20dB/km,甚至更低。因此，用光纤比用同轴电缆或波导管的中继距离长得多。目前，釆用外调制技术，波长为1.55叫1的色散移位单模光纤通信系统，若其传输速率为2.5Gbit/s,则中继距离可达150km;若其传输速率为10Gbit/s,则中继距离可达100km。

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