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光纖通信系統(tǒng)
閱讀�38369時間�2011-06-02 18:36:07

  光纖通信系統(tǒng)是以光為載波,利用純度極高的玻璃拉制成極�(xì)的光�(dǎo)纖維作為傳輸媒介,通過光電變換,用光來傳輸信息的通信系統(tǒng)�光纖通信作為信息化的主要技�(shù)支柱之一,必將成�21世紀(jì)最重要的戰(zhàn)略性產(chǎn)�(yè)。光纖通信技�(shù)和計算機技�(shù)是信息化的兩大核心支�,計算機�(fù)�(zé)把信息數(shù)字化,輸入網(wǎng)�(luò)中去;光纖則是擔(dān)�(fù)著信息傳�?shù)闹厝?�?dāng)代社會和�(jīng)濟發(fā)展中,信息容量日益劇�,為提高信息的傳輸速度和容�,光纖通信被廣泛的�(yīng)用于信息化的�(fā)展,成為�微電子技�(shù)之后信息�(lǐng)域中的重要技�(shù)�

概述

  1977年,美國西屋電氣公司在亞特蘭大成功地�(jìn)行了世界上個光纖通信的現(xiàn)場實�,系�(tǒng)采用GaAlAs(鎵鋁砷)半�(dǎo)體激光器作光源,多模光纖作傳輸介�(zhì),速率�44.736Mbit/s,傳�110km。使光纖通信�?qū)嵱没~出了一步�

  光纖通信作為�(xiàn)代通信的主要支柱之一,在�(xiàn)代電信網(wǎng)�,起著舉足輕重的作用,本章將概述國內(nèi)外光纖通信技�(shù)的歷�,現(xiàn)狀和前�。光纖即光導(dǎo)纖維的簡稱。光纖通信是以光為載頻,以光導(dǎo)纖維為傳輸媒�(zhì)的一種通信方式。光纖與以往的銅�(dǎo)線相比,具有損耗低,頻帶寬,無電磁感應(yīng)等傳輸特�。因此,人們希望將光纖作為靈活性強,經(jīng)濟的�(yōu)�(zhì)傳輸介質(zhì),廣泛地�(yīng)用于�(shù)字傳輸方式和圖像通信方式�,這種通信方式在今后非話業(yè)�(wù)的發(fā)展中是不可缺少的�

  由于光纖通信具有一系列�(yōu)異的特點,因�,光纖通信技�(shù)近幾年來�(fā)展速度之快,應(yīng)用面之廣是通信史上罕見�。可以說,這種新興技�(shù),是世界新技�(shù)革命的重要標(biāo)�。又是未來信息社會中各種信息�(wǎng)的主要傳輸工�。光纖與以往的銅�(dǎo)線相比,有本�(zhì)的區(qū)�,因�,在傳輸理論,制造技�(shù),連接方法,測試方法等方面,基本上都不能采用銅�(zhì)電纜的理論與方法�

組成

 

 ?�?)光�(fā)信機:光�(fā)信機是實�(xiàn)�/光轉(zhuǎn)換的光端�。它由光�、驅(qū)動器和調(diào)制器組成。其功能是將來自于電端機的電信號對光源發(fā)出的光波�(jìn)行調(diào)�,成為已�(diào)光波,然后再將已�(diào)的光信號耦合到光纖或光纜去傳輸。電端機就是常規(guī)的電子通信�(shè)��

 ?�?)光收信機:光收信機是實�(xiàn)�/電轉(zhuǎn)換的光端機。它由光檢測器和光放大器組成。其功能是將光纖或光纜傳輸來的光信號,經(jīng)光檢測器�(zhuǎn)�?yōu)殡娦�?,然�,再將這微弱的電信號經(jīng)放大電路放大到足夠的電平,送到接收端的電端汲去�

 ?�?)光纖或光纜:光纖或光纜�(gòu)成光的傳輸通路。其功能是將�(fā)信端�(fā)出的已調(diào)光信�,經(jīng)過光纖或光纜的遠(yuǎn)距離傳輸�,耦合到收信端的光檢測器上�,完成傳送信息任�(wù)�

 ?�?)中繼器:中繼器由光檢測�、光源和判決再生電路組成。它的作用有兩個:一個是補償光信號在光纖中傳輸時受到的衰�;另一個是對波形失真的脈沖近行政性�

 ?�?)光纖連接�、耦合器等無源器件:由于光纖或光纜的長度受光纖拉制工藝和光纜施工條件的限制,且光纖的拉制長度也是有限度的(�1Km)。因此一條光纖線路可能存

  在多根光纖相連接的問�。于�,光纖間的連接、光纖與光端機的連接及耦合,對光纖連接�、耦合器等無源器件的使用是必不可少��

  目前實用的光纖通信系統(tǒng)都采用直接檢波系�(tǒng)。直接檢波系�(tǒng)就是在發(fā)送端直接把信號調(diào)制到光波�,而在接收端用光電檢波管直接把被調(diào)治的光波檢波為原信號的系�(tǒng)。電端機就是一般電信號�(shè)�,例如載波機或電視圖象發(fā)送與接受�(shè)備等。光端機則是把電信號�(zhuǎn)�?yōu)楣庑盘枺òl(fā)送光端機�,或把光信號�(zhuǎn)�?yōu)殡娦盘枺ń邮展舛藱C)的�(shè)備。發(fā)送光端機的作用是將發(fā)送的電信號�(jìn)行處�,加在半�(dǎo)體激光器上,使電信號�(diào)制光�,然后將此已�(diào)制光波送入光導(dǎo)纖維。已�(diào)制光波經(jīng)光導(dǎo)纖維傳送至接收光端機的半導(dǎo)體光電管上檢�。檢波后得到的電信號�(jīng)過適�(dāng)處理再送接受電端機,然后按一般電信號處理。這就是整個光纖通信的過�。這個過程和一般無線電通信過程是十分相似的。當(dāng)然光線通信的空間傳輸手段是光導(dǎo)纖維,這與一般無線電通信在空間傳輸電波的情況是不同的�

  直接檢波系統(tǒng)的基本優(yōu)點是�(gòu)成簡單,就當(dāng)前光波技�(shù)水平來講�(xiàn)實可�。同時由于光波頻率極�,在這樣系統(tǒng)上傳送上萬路電話,幾十路電視并不困難,完全可以滿足目前通信的需�。因此直接檢波系�(tǒng)是光纖通信�(dāng)前較多采用的形式�

光纖通信系統(tǒng)的組成

光纖通信系統(tǒng)的組�

分類

  1、按波長分類�

  短波長光纖通信系統(tǒng),工作波長在0.8~0.9μm范圍,典型值為0.85μm,這種系統(tǒng)的中繼間距離較短,目前使用較��

  長波長光纖通信系統(tǒng),工作波長在1.0~1.6μm范圍,通常采用1.3μm~1.5μm兩種波長。這類系統(tǒng)的中繼距離較長,尤其是采�1.5μm零色散位移的單模光纖��140Mbit/s系統(tǒng)的中繼距離可�(dá)�100Km�

  超長波長光纖通信系統(tǒng),采用非石英光纖,例如鹵化物光纖,工作波長大�2μm時,衰減�10-2~10-5dB/Km,可實現(xiàn)1000Km無中繼傳輸�

  2、按光纖的模式分�

  多模光纖通信系統(tǒng),采用石英多模梯度光纖作為傳輸線�,因傳輸頻率受限�,一般應(yīng)用于140Mbit/s以下的系�(tǒng)�

  單模光纖通信系統(tǒng),采用石英單模光纖作為傳輸線,傳輸容量大,距離長。目前建�(shè)的光纖通信系統(tǒng)都是這一類型��

  3、按光纖的傳輸型號分�

  光纖模擬通信系統(tǒng),它是用模擬信號直接對光源�(jìn)行強度調(diào)制的系統(tǒng)�

  光纖�(shù)字系�(tǒng),它是用PCM�(shù)字電信號直接對光源�(jìn)行強度調(diào)制的系統(tǒng),其通信距離�,傳輸質(zhì)量高,是被廣泛采用的系統(tǒng)�

  4、按傳輸速率分類

  低速光纖通信系統(tǒng),一般傳輸信號速率�2Mbit/S�8Mbit/S�

  高速光纖通信系統(tǒng),它的傳輸信號速率�34Mbit/S�140Mbit/S以上的系�(tǒng)。有時把速率等于140Mbit/S和高�140Mbit/S的系�(tǒng)才稱為高速通信系統(tǒng)。如1.5G/S,2.5G/S��

  5、按�(yīng)用范圍分�

  公用光纖通信系統(tǒng),電信部門�(yīng)用的光纖通信系統(tǒng)稱為公用光纖通信系統(tǒng),它包括光纖市話中繼通信系統(tǒng),光纖長途通信系統(tǒng),光纖用戶環(huán)路通信系統(tǒng)等�

  專用光纖通信系統(tǒng),指電信部門以外的各部門�(yīng)用的光纖通信系統(tǒng),例如電�、鐵�、交通、石�、廣�、銀行、軍事等�(yīng)用的部門,統(tǒng)稱為專用光纖通信系統(tǒng)�

�(fā)�

  光纖通信�(jīng)�30多年的發(fā)�,經(jīng)歷了五個發(fā)展階�,其中有三代光纖通信系統(tǒng)由試驗研究已�(jìn)入了實用階段�

  1、代光纖通信系統(tǒng)

  1978年,代光纖通信系統(tǒng),即0.85um多模光纖通信系統(tǒng),正式投入商用,光源為半�(dǎo)體激光器(LD)或�(fā)光二極管(LED�,工作波長�=0.85μm,該光纖通信系統(tǒng)稱為短波通信系統(tǒng)。比特率�20Mb/s~100Mb/s,中繼距離為10Km,容量約�500(MB/S)Km�

  2、第二代光纖通信系統(tǒng)

  20世紀(jì)80年代初,第二代早期多模光纖通信系統(tǒng)�1.3um)多模光纖通信系統(tǒng)問世。光源為半導(dǎo)體激光器,工作波長λ=1.3μm,該波段為石英系光纖第二代低損耗窗�,有較低的損耗和色散。信道均為均勻多模光�。由于多模光纖的橫向色散,故該早期多模光纖的比特限制�100Mb/S以下。隨著光纖由多模光纖�(fā)展到單模光纖,單模光纖比多模光纖的色散系�(shù)更低,損耗更�,因�,采用單模光纖則可�(jìn)一步提高中繼距雀�1981�,英國貝爾實驗室演示了一個單模光纖通信系統(tǒng),其傳輸距離�44Km,傳輸速率�2Gb/s,并且很快引入到商業(yè)系統(tǒng)�1987年第二代單模光纖通信系統(tǒng)�1.3μm)引入到商業(yè)系統(tǒng),速率�1.7 Gb/s,中繼距離為50Km左右�

  3、第三代光纖通信系統(tǒng)

  1990年,第三代光纖通信系統(tǒng)已能商業(yè)�(yīng)�,光源為銦鐌砷磷半導(dǎo)體激光器,單模光纖工作波長為1.55um,稱為長波系�(tǒng)�1979年其損耗達(dá)�0.2dB/Km,是石英光纖的第三個低損耗工作窗口,由于�1.55um�,光纖的色散較高,損耗較�,終于在1990年第三代光纖通信系統(tǒng)引入商業(yè)系統(tǒng)。傳輸速率�2.4~2.5Gb/S,中繼距離可�(dá)100Km左右。另�,最近幾年,又將1.30um�1.55um合用,即單模光纖具有二個工作波長窗口,因此傳輸速率可達(dá)�10Gb/S,傳輸距離�100�200Km左右

  4、第四代光纖通信系統(tǒng)

  此代通信系統(tǒng)又稱相干光纖通信系統(tǒng),它是利用激光的相干�,將無線通信中采用的“外差”或“容差”接收和先�(jìn)的調(diào)幅鍵控制,相移鍵控制,頻移鍵控制等應(yīng)用到光纖通信系統(tǒng)�,相干光纖系�(tǒng)已在實驗室中得到成功,可用于長途骨干和綜合�(yè)�(wù)的數(shù)字網(wǎng),日本已�1990年實�(xiàn)�2223KM的中繼距��

  5、第五代光纖通信系統(tǒng)

  該代又稱光弧子通信系統(tǒng),它是利用光纖的非線性�(jìn)行超大容量,超常距離的通信方式。光弧子(Soli ton�,又稱光弧粒子,它是一種特殊的�,在�(jīng)過長距離傳輸�,仍保持波形不失�,而且,即使兩�(cè)光弧子波相互碰撞�,依然保持各自原來的形狀不變。弧子的概念,首先在流體力學(xué)中提�,早�1834�,英國一個科�(xué)家拉塞�,發(fā)�(xiàn)一艘船在狹窄的蘇格蘭運河中快速行�(jìn),當(dāng)突然停止�,船頭發(fā)�(xiàn)了一股水柱滾滾向�,水柱形狀不變,當(dāng)它和其它幅度較低速度的波相遇�,這個波可以不失真地穿過。于�,它首先引�(jìn)了弧子這個概念來描述這個現(xiàn)��

  光弧子是一種非常窄,并具有很強地光脈沖。光弧子的存在是光纖速度色和自位�(diào)制平衡的�(jié)�,它的產(chǎn)生是由于在單模光纖中,當(dāng)光的強度增加到一定程度時,將出現(xiàn)非線性效�(yīng)。光弧子脈沖很窄,達(dá)0.2ps,因�,可實現(xiàn)大容量長距離的通信�

  先后由美�、英國、日本等國家試驗,到1995年試驗可以達(dá)�8100Km(20Gb/S)�40Gb/S,可�(dá)5000Km�

  光弧子通信是一種潛在應(yīng)用前景的傳輸方式,能否迅速實�(xiàn)商業(yè)�,取決于技�(shù)�(fā)展和市場的需求及其經(jīng)濟性�

  全光交換�、微型光纖等也相繼在研究和試驗中�

  30余年�,光纖通信獲得了迅猛地�(fā)展,對通信技�(shù)�(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響,光纖通信技�(shù)已成為信息社會的支柱,已成為信息“高速公路”的骨干�(wǎng),是用戶、接入網(wǎng)及今后世界通信�(fā)展的主體。目�,光纖技�(shù),大量的理論研究正在研究�,未來前景可觀,可以講是通信�(lǐng)域的第二次革��

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