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光纤通信系统，光纤通信系统是什么意思？

光纤通信系统

光纤通信系统是以光为载体，以超纯玻璃拉制的极细光纤为传输介质，利用光通过光电转换传输信息的通信系统。随着互联网业务和通信业的快速发展，信息化极大地推动了世界生产力和人类社会的发展。作为信息化的主要技术支柱之一，光纤通信必将成为21世纪最重要的战略性产业。和计算机技术是光纤通信技术信息化的两大核心支柱，计算机负责将信息数字化并输入网络。光纤负责信息传输。随着当代社会和经济的发展，信息容量迅速增长。为了提高信息的传输速度和容量，光纤通信被广泛应用于信息技术的发展中，并成为继微电子之后信息领域的一项重要技术。

基本光纤通信系统

最基本的光纤通信系统由数据源、光发射机、光信道和光接收机组成。数据源包括所有信号源，是经过信源编码的语音、图像、数据等业务的信号；发射机和调制器负责将信号转换成适合在光纤上传输的光信号，使用的光波窗口分别为0.85、1.31和1.55。光通道包括最基本的光纤、中继放大器EDFA等。光接收机接收光信号，从中提取信息，然后转换成电信号，最终获得相应的语音、图像、数据等信息。

数字光纤通信系统

光纤传输系统是数字通信的理想通道。与模拟通信相比，数字通信具有许多优点，如灵敏度高、传输质量好等。因此，大容量、长距离的光纤通信系统大多采用数字传输方式。

在光纤通信系统中，二进制光脉冲“0”码和“1”码在光纤中传输，它们是由二进制数字信号对光源进行开关调制产生的。数字信号是通过对连续变化的模拟信号进行采样、量化和编码而产生的，这种信号称为PCM(脉码调制)，即脉冲编码调制。这种电数字信号称为数字基带信号，由PCM终端产生。

光纤通信系统基本结构

(1)光发射机

光发射机是实现电/光转换的光终端。它由光源、驱动器和调制器组成。它的作用是将光源发出的光波通过电端机发出的电信号调制成调制光波，然后将调制光信号耦合到光纤或光缆上进行传输。终端计算机是一种常规的电子通信设备。

(2)光接收器

光接收机是实现光/电转换的光收发器。它由光电探测器和光放大器组成。它的作用是通过光电探测器将光纤或光缆传输的光信号转换成电信号，然后通过放大电路将微弱的电信号放大到足够的电平，送到接收端的电端进行引流。

(3)光纤或光缆

或光纤电缆构成光的传输路径。它的作用是将来自发送方的调制光信号通过光纤或光缆长距离传输后，耦合到接收方的光电探测器上，完成传递信息的任务。

(4)中继器

中继器由光电探测器、光源和判决再生电路组成。它有两个作用：一是补偿光信号在光纤中传输时的衰减；另一种是波形失真的近似脉冲管理。

(5)光纤连接器、耦合器等无源器件。

因为光纤或光缆的长度受到光纤拉丝工艺和光缆施工条件的限制，光纤的拉丝长度也是有限的(例如1Km)。因此，一个光纤lin

辅助设备是系统的完善，包括监控管理系统、公务通信系统、自动切换系统、报警处理系统、供电系统等。

其中，监控管理系统能够自动监控组成光纤传输系统的各类设备的性能和工作状态，并会自动报警和处理故障，自动控制保护切换系统。对于多中继站的长途通信线路和多方向多系统接入的线路维护中心局，集中监控是必要的维护手段。

现代光通信真正发展起来也不过是近三四十年的事情，其中激光和光纤的诞生起了主导作用。第一，1960年，麦曼发明了红宝石激光器，激光器产生的强相干光为现代光通信提供了可靠的光源。这种单波长激光具有与普通无线电波相同的特性，它可以被调制来携带信息。早期使用激光的光通信也是通过大气传输的。但很快发现，雾、雨、云，甚至偶然飞来的一群鸟等许多因素都会干扰光波的传播，所以只能用于短距离通信。显然，需要类似用于射频或微波通信的电缆或波导的光波通信传输线来克服这些影响，并实现信息的长距离和稳定传输。

1965年，E.Miller报道了一种在金属空心管中由一系列透镜组成的透镜光波导，可以避免大气传输的缺点，但结构过于复杂，精度太高，不实用。另一方面，光纤的研究正在扎实进行。早在1951年就发明了医用玻璃光纤，但这种早期的光纤损耗太大(超过1000dB/km)，不能作为光通信的传输介质。1966年，C.K.Kao和G.A.Hockman发表了一篇对光纤通信的发展具有历史意义的著名论文。他们在分析了光纤传输损耗高的主要原因后指出，如果能彻底去除玻璃中的杂质，损耗可降至20dB/km——，与同轴电缆相当。

　　而且光波频率高，光纤的带宽资源亦十分可观，是任何其他传输媒质无法比拟的。可以这样说，光纤是通信工作者梦寐以求的理想传输媒质，有近乎完美的品质：

　　几乎是无限的带宽;

　　几乎是零的损耗：

　　几乎为零的信号失真

　　几乎为零的功率消耗

　　几乎为零的材料消耗

　　几乎为零的占有空间

　　几乎为零的价格。

　　因此，光纤是信息高速公路基础，开创当今信息革命的新纪元。

　　在光纤损耗不断降低的同时，光源研究的进展亦十分迅速。1962年，GaAs半导体激光二极管(LD)问世，意味着现代光通信有了小体积的高速光源。GaAs-LD的发射波长为870nm，在掺杂铝后移到了光纤的短波长低损耗窗口。后来，GaAs-LD又实现了室温长时间工作。利用四元系合金InGaAsP制造出了1300nm及1550 nm的LD光源。由于LD 昂贵，适合光纤通信的高亮度LED也研制了出来。这样，随着符合光纤传输要求，各种波长、高效率、长寿命、高速率半导体光源的研制成功，光纤通信的实用化及大发展已是水到渠成。 LD输出进入单模光纤的功率约为1mW。在光纤通信中又常用dBm作为功率单位，它是以1mW为基准、用dB表示的相对功率大小。

　　此外，在光接收机的研究方面，各种波长范围的高效率、高速率半导体光电转换器件(如APD、PIN)也陆续问世。1973年，S.D.Personick发表了有关PCM数字光接收机分析的论文，解决了现代光纤通信系统中光接收机的设计问题。数字接收机的灵敏度是很高的，如2.5Gb/s的信早时可达-30 dBm(1微瓦)。那未对于似乎很小的1mW发送功率，光纤损耗为0.2dB/km时，仅从损耗而言的传输距离就可达100km以上。

　　此外，为了满足系统应用的需要，各种光无源器件(如光纤活动连接据、光衰减器、光波分复用器、隔离器及分路器等)及专用仪器设备(如光纤嫁接机、时域反射计、光功率计等)也陆续配套商用。

　　1974年左右，许多国家进行了各种室内的光纤通信传输实验，1976年后出现了各种实用的光纤通信系统,1980年美国电报电话公司的45Mb/s光纤通信系统FT-3实现商用。从20世纪80年代起进入了光纤通信高速发展的时期，经历了从短波长到长波长、从多模光纤到单模光纤、从低速率到高速率的发展过程。至今，商用光纤通信系统的发展已经历四代，即850nm波长多模光纤的第一代系统(1980-)、1300nm波长单模光纤的第二代系统(1983-)、1550nm单模光纤单频激光器的第三代系统(199l-)及采用光放大器的第四代系统(1995-)。全世界已铺设的光缆总长达几干万公里，我国亦铺设了数十万公里，形成了遍布全国、全世界的陆地及海底光纤网。从2.5-10Gb/s的系统均已实用化并大量应用，40Gb/s的超高速光纤通信技术进展亦十分迅速。图为通信系统容量的发展图，可见只有采用了光纤通信后才实现指数式的增长。

　　为了充分发挥光纤的带宽潜力，克服光纤损耗及色散的影响、延长中继距离、扩大传输容量及降低成本，一直是光纤通信的发展目标。各种光纤通信新技术不断出现，系统的码速距离积一再提高.几乎每4年增加一个数量级。这些新技术包括：

　　(1)有源及无源光器件、系统端机的集成化与模块化，提高速率与性能.简化结构降低成本，是系统发展最主要的技术基础;

　　(2)波分复用(WDM，Wavelength Division Multiplexing)技术，实现单根光纤上超高速、超大容量传输;

　　(3)光放大器技术，尤其是掺饵光纤放大器(EDFA，Erbium-Doped Fiber Amplifier)及光放大器在长途干线系统以及用户分配系统中的应用;

　　(4)孤子通信技术;

　　(5)高速光纤网技术，全光网技术等。

　　发展这些新技术的宗旨，都是为了更好地满足日益增长的信息需求。其中，WDM技术与光放大器处术的完美结合，极大地提高了光纤通信系统的性能与通信容量，成为现代光通信技术的闪亮明珠，通向全光通信网的桥梁。

　　数字光纤通信系统的基本结构如图6.1.5所示，它包括PCM端机、输入接口、光发送机 (Tx)、光纤线路、光中继器、输出接口及光接收机(Rx)等。

　　一个典型的点--点光纤通信系统(如上图)主要包括收发信息电端机、光发送接收端机、传输光纤等几部分。从光发送机到光接收机是光信息的传输通道，称为光信道，其任务是把信息可靠有效地从始端传送到终端。各部分的作用如下：

　　(1)PCM电端机 需传输的信息信号包括话音、图像及计算机数据等，电端机就是常规电通信中的载波机、图像设备及计算机等终端设备。对数字通信来说，信号在电端机内要进行A/D及D/A转换，变换成数字信号。

　　(2)光发送机 包括光源(LD或LED)及其驱动电路，电端机来的电信号经编码后调制光源，产生载有信息的光信号，完成电--光(E/O)转换。

　　(3)传输光纤或光缆 将光源发射的光信号传送到远处的接收端，它可以是多模光纤或单模光纤。

　　(4)光接收机 完成光--电(O/E)转换。接收的光信号由光检测器检测转换成电信号，然后放大解调、判决再生，送入电端机恢复出原信号。

　　在长途光纤通信系统中，每隔一段距离需设置中继器，以把经过长距离传输衰减变得很微弱并畸变的光信号进行光检测变成电信号，经放大整形再生后驱动光源，产生光信号再送入光纤传输，这就是传统的光-电-光中继器(图1.2.2(a))。然而现在，光放大器.尤其是EDFA已经成熟，其增益高、输出功率大、噪声低、带宽大、码速穿透，完全可代替光-电-光中继器，正推动着光纤通信技术的革命——新一代全光通信技术(图1.2.2(b))。图1.2.2(c)为WDM系统的示意图，几个—几百、上千个波长在单根光纤中一起传独，用EDPA中继放大，使传输容量提高几倍—几百、上千倍，代表新一代高速大容量光纤通信技术的发展方向与研究热点。

　　若干个点-点通信系统组合就构成通信网(图1.2.3)，以提供异地用户之间通信。通信网又可分为公共通信网和专用通信网。公共通信网向全社会用户提供通信服务，如电话网及公共数据网等。专用通信网是为特定用户或单位服务的通信网，如铁路、电力、军事等部门的通信网及计算机网、州网等。这些网传统上都采用电缆或微波，但当今通信信息量剧增，它们已难以胜任，采用光纤通信技术已是大势所趋。

　　光纤通信技术的基本内容有：

　　(1)光纤传物理论与技术、光纤器件;

　　(2)信号传输原理、调制解调方式、信号编码及信道复用等;

　　(3)光源与光发送机;

　　(4)光检测器与光接收机;

　　(5)光纤通信系统的设计、结构及应用;

　　(6)光纤通信技术，如光放大器技术、WDM技术、全光网络技术

本文讲解到此结束，希望对大家有所帮助。