貴州大學(xué) 張一林 宋婷婷

探討光纖通信系統(tǒng)的組成及關(guān)鍵技術(shù)

貴州大學(xué) 張一林 宋婷婷

隨著通信技術(shù)的日新月異，光纖通信作為一種先進(jìn)的通信技術(shù)在上世紀(jì)末就進(jìn)入了實用化階段，當(dāng)前光纖通信系統(tǒng)普遍應(yīng)用在艦艇、飛機(jī)、有線電視、軍民干線通信等場合中，彰顯出了很大的優(yōu)勢與價值。本文總結(jié)了光纖通信系統(tǒng)的組成部分，并分析了光纖通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)。

光纖通信系統(tǒng)；組成部分；關(guān)鍵技術(shù)

光纖通信系統(tǒng)是通信技術(shù)快速發(fā)展的最新成果，其具有信息傳輸速度快、信息容量大等特點，其投入使用后可大幅降低通信成本，可較好地滿足高網(wǎng)絡(luò)容量的需求，在靈活性及交互性等方面還有重大積極意義。因此，只有全面了解光纖通信系統(tǒng)的組成及關(guān)鍵技術(shù)，才能更好地加以應(yīng)用，最終為通信事業(yè)的快速發(fā)展創(chuàng)造條件。

一、光纖通信系統(tǒng)的組成部分

光纖通信系統(tǒng)涵蓋有落實點對點通信的所有設(shè)備，通常由交換設(shè)備、接入設(shè)備、用戶終端、傳輸系統(tǒng)四部分構(gòu)成。一般來講，光纖傳輸系統(tǒng)由光接收機(jī)、光傳輸線路（包括光放大器）、光發(fā)送機(jī)等功能部件構(gòu)成，其中涵蓋很多有源及無源光器件。在距離較長的光纖通信系統(tǒng)中，一般的傳輸線路中還應(yīng)安裝光放大器。在通過傳輸線路以后，就需要把光纖科學(xué)地連接到光纖配線架等相關(guān)交換設(shè)備中。光纖配線架的主要作用，是利用活動的光纖連接器，通過一段光纖把傳輸中的光信息合理地分配給對應(yīng)的光接收機(jī)。當(dāng)這些光信息被光接收機(jī)恰當(dāng)?shù)靥幚碇?，再借助電端機(jī)，傳輸?shù)接脩艚K端（圖像終端、數(shù)字終端、電話終端等），最終實現(xiàn)光纖維的通信功能。還應(yīng)在光接受設(shè)備的譯碼器與判決器之間安裝分離的脈沖電路，與公務(wù)、告警、監(jiān)控等設(shè)備連接，目的是監(jiān)測通信系統(tǒng)的實時工作狀態(tài)，一旦監(jiān)測出故障問題，就會自動報警，并做恰當(dāng)?shù)木S護(hù)處理。

二、光纖通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

利用光纖資源的目的有兩個：①優(yōu)化通信速率。提高通信速率可讓光纖系統(tǒng)在一定時間內(nèi)傳輸?shù)男畔⒏?，以有效降低通信業(yè)務(wù)面臨的過大業(yè)務(wù)量壓力。但是因為受限于電子器件的反應(yīng)速度，通信速率也難以有更大幅度的提升。當(dāng)前，通信系統(tǒng)的速率難以超過40Gb/s。②借助光復(fù)用技術(shù)增加光纖的容量。這是進(jìn)一步擴(kuò)大光纖通信系統(tǒng)通信容量的最有效方法，其不僅可降低通信成本，而且還可較好地滿足寬帶網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容需求。

1、波分復(fù)用技術(shù)

光波復(fù)用技術(shù)，是指在同一根光纖內(nèi)同時傳輸兩個及以上波長信號的技術(shù)。其主要特點為，可充分發(fā)揮光纖中的寬帶優(yōu)勢，讓一根光纖的容量增加成百上千倍；由于同一根光纖中信號的波長均為相互獨立的，因此一般不會發(fā)生相互干擾現(xiàn)象，并且還可同時傳輸各種特點的信號，像模擬信號、數(shù)字信號等。當(dāng)前，在光纖通信中，光載波常用的波長為1.55μm及1.3μm。所有的光載波在光纖中傳輸時都會造成不低于100nm的低損耗帶。換句話說，當(dāng)前很多通信光纖中都有兩個通信窗口，也就是1.5--1.6μm及1.25--1.35μm兩個波段。這樣的話，所有的通信光纖中有不低于200nm的寬帶可利用，假如以1nm的波長為單位對光載波進(jìn)行劃分的話，則有超過200信道能為通信活動所使用。當(dāng)前的通信技術(shù)可讓光波之間的間隔降低到0.4nm，這就大大增加了通信光纖中的信息容量，從而為光波分復(fù)用技術(shù)在光纖通信中應(yīng)用創(chuàng)造了條件。

2、光頻分復(fù)用技術(shù)

光頻分復(fù)用技術(shù)的基本原理是：在發(fā)送信息的端點，把所有支路信息借助合理的調(diào)制方式科學(xué)地調(diào)制到與之相符合的光載頻上，然后利用合波器把所有的光載頻信號全部耦合到同一根光纖內(nèi)實施傳輸。在光纖通信系統(tǒng)的接收端，理論上也可使用波分復(fù)用技術(shù)，借助分波器把分離光載波信號，散失因為光載波具有過小的間隔、排列過于密集，所以光波分解器件難以將光載波的不同點區(qū)分出來，這就需要分辨率更高的技術(shù)靈活地選擇各種所需波長。在頻分非常密集的情況下，一般可借助兩種差異性的調(diào)諧法較好地分離各個光載頻。具體來講：①借助相干光纖通信內(nèi)的外插檢測與可調(diào)諧本振激光有機(jī)結(jié)合的方法。②借助光纖通信中常規(guī)的調(diào)諧光纖濾波器與直接檢測有機(jī)結(jié)合的方法。大量的實踐研究結(jié)果顯示，以上兩種方法都具有很高的可行性，第一種方法具有很高的接受靈敏度（可顯著拓展中繼距離），具有很好的選擇性（可縮減信道間隔，以豐富信道路數(shù)），散失由于設(shè)備十分復(fù)雜，因此成本較高。第二種方法具有較少的頻分路數(shù)，因此成本也較低。在實際的光纖通信系統(tǒng)設(shè)置時，技術(shù)人員可依據(jù)實際情況靈活選用最適合的方法。當(dāng)前，由于光頻分復(fù)用技術(shù)的光器件還不能實現(xiàn)規(guī)模生產(chǎn)，再加上系統(tǒng)光源具有較小的輸出功率，因此主要應(yīng)用在綜合光纖的中的局域網(wǎng)及用戶接入網(wǎng)中。

3、光時分復(fù)用技術(shù)

光時分復(fù)用技術(shù)指的是所有需要傳輸?shù)男诺佬盘枺谕还饫w信道中所占用有差異性的時間間隙實現(xiàn)通信的一種新技術(shù)。所有支路（像信道a和信道b）的信號全部是低頻低速的脈沖頻光信號，而在傳輸在光纖中的信號都是高速的、復(fù)用之后的脈沖信號。一般情況下，復(fù)用信道內(nèi)的脈沖信號都是以幀結(jié)構(gòu)方式進(jìn)行傳輸?shù)?，一個幀周期是T，兩個相鄰幀在時間上的間隔是t，一個光信號的時域可劃分成多個等長的間隙，每一個信道中的信號發(fā)送設(shè)備傳送出來的已經(jīng)調(diào)制過的單個脈沖都占有一定的間隙。具體來講，復(fù)用器把所有信道內(nèi)的光脈沖從其對應(yīng)的時域方面把其逐一復(fù)合成一幀又一幀的脈沖流，然后使其在相同的光纖中實施高度傳輸。在通信系統(tǒng)的接收端，利用先進(jìn)的解復(fù)用器將所有脈沖流科學(xué)地拆分成以前的光脈沖低速信號，在此基礎(chǔ)上把脈沖信號全部輸入到光接收機(jī)中接受處理。在光纖通信系統(tǒng)中使用先進(jìn)的光時分復(fù)用技術(shù)時，傳輸中的光載波都是單波長；所有的支路信號均需要在獨占線路在自己的間隙中進(jìn)行傳輸，因此各個信號之間是相互隔離的，一般不會出現(xiàn)相互干擾的情況。在通信網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用光時分復(fù)用技術(shù)時，各個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點平均分配的寬帶將下降，從而會限制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)自身的規(guī)模。從這里我們可以得知，光時分復(fù)用技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)通常適合用在局域網(wǎng)中。但是，如果我們可恰當(dāng)?shù)匕压鈺r分復(fù)用技術(shù)與光波分復(fù)用技術(shù)有機(jī)結(jié)合在一起加以利用的話，就可使得他們優(yōu)勢互補(bǔ)，最終大大豐富通信容量。

總而言之，隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，通信技術(shù)在日常的生產(chǎn)、生活及國防等方面的作用更加突出，人們對通信系統(tǒng)的先進(jìn)性、實用性提出了新的更高標(biāo)準(zhǔn)。而光纖通信系統(tǒng)具有更快的信息傳輸速度、更大的信息容量，可有效環(huán)節(jié)當(dāng)前過大的通信壓力，可較好地滿足人們的通信需求。因此，通信工作者應(yīng)全面了解光纖通信系統(tǒng)的組成部分及關(guān)鍵技術(shù)，從而大膽創(chuàng)新這些技術(shù)的應(yīng)用策略，為光纖通信系統(tǒng)優(yōu)勢作用的充分發(fā)揮創(chuàng)造有利條件。

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