探討光纖通信系統(tǒng)的組成及關鍵技術

貴州大學 張一林 宋婷婷

探討光纖通信系統(tǒng)的組成及關鍵技術

貴州大學 張一林 宋婷婷

隨著通信技術的日新月異，光纖通信作為一種先進的通信技術在上世紀末就進入了實用化階段，當前光纖通信系統(tǒng)普遍應用在艦艇、飛機、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)中的關鍵技術。

光纖通信系統(tǒng)；組成部分；關鍵技術

光纖通信系統(tǒng)是通信技術快速發(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，可較好地滿足高網絡容量的需求，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)的組成及關鍵技術，才能更好地加以應用，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備，通常由交換設備、接入設備、用戶終端、傳輸系統(tǒng)四部分構成。一般來講，光纖傳輸系統(tǒng)由光接收機、光傳輸線路（包括光放大器）、光發(fā)送機等功能部件構成，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安裝光放大器。在通過傳輸線路以后，就需要把光纖科學地連接到光纖配線架等相關交換設備中。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的光接收機。當這些光信息被光接收機恰當?shù)靥幚碇?，再借助電端機，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。還應在光接受設備的譯碼器與判決器之間安裝分離的脈沖電路，與公務、告警、監(jiān)控等設備連接，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?shù)木S護處理。

二、光纖通信系統(tǒng)的關鍵技術

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)在一定時間內傳輸?shù)男畔⒏?，以有效降低通信業(yè)務面臨的過大業(yè)務量壓力。但是因為受限于電子器件的反應速度，通信速率也難以有更大幅度的提升。當前，通信系統(tǒng)的速率難以超過40Gb/s。②借助光復用技術增加光纖的容量。這是進一步擴大光纖通信系統(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絡擴容需求。

1、波分復用技術

光波復用技術，是指在同一根光纖內同時傳輸兩個及以上波長信號的技術。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行劃分的話，則有超過200信道能為通信活動所使用。當前的通信技術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，從而為光波分復用技術在光纖通信中應用創(chuàng)造了條件。

2、光頻分復用技術

光頻分復用技術的基本原理是：在發(fā)送信息的端點，把所有支路信息借助合理的調制方式科學地調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用技術，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的外插檢測與可調諧本振激光有機結合的方法。②借助光纖通信中常規(guī)的調諧光纖濾波器與直接檢測有機結合的方法。大量的實踐研究結果顯示，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)），散失由于設備十分復雜，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)設置時，技術人員可依據(jù)實際情況靈活選用最適合的方法。當前，由于光頻分復用技術的光器件還不能實現(xiàn)規(guī)模生產，再加上系統(tǒng)光源具有較小的輸出功率，因此主要應用在綜合光纖的中的局域網及用戶接入網中。

3、光時分復用技術

光時分復用技術指的是所有需要傳輸?shù)男诺佬盘?，在同一光纖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。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、復用之后的脈沖信號。一般情況下，復用信道內的脈沖信號都是以幀結構方式進行傳輸?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)送設備傳送出來的已經調制過的單個脈沖都占有一定的間隙。具體來講，復用器把所有信道內的光脈沖從其對應的時域方面把其逐一復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，利用先進的解復用器將所有脈沖流科學地拆分成以前的光脈沖低速信號，在此基礎上把脈沖信號全部輸入到光接收機中接受處理。在光纖通信系統(tǒng)中使用先進的光時分復用技術時，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。在通信網絡中應用光時分復用技術時，各個網絡節(jié)點平均分配的寬帶將下降，從而會限制網絡結構自身的規(guī)模。從這里我們可以得知，光時分復用技術的網絡結構通常適合用在局域網中。但是，如果我們可恰當?shù)匕压鈺r分復用技術與光波分復用技術有機結合在一起加以利用的話，就可使得他們優(yōu)勢互補，最終大大豐富通信容量。

總而言之，隨著社會經濟的發(fā)展，通信技術在日常的生產、生活及國防等方面的作用更加突出，人們對通信系統(tǒng)的先進性、實用性提出了新的更高標準。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，通信工作者應全面了解光纖通信系統(tǒng)的組成部分及關鍵技術，從而大膽創(chuàng)新這些技術的應用策略，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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