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4.2 光纖通信技術

4.2.1 光纖通信概述

光纖通信是利用光波作載波，以光纖作為傳輸介質將信息從一處傳至另一處的通信方式。在發信端，信息被轉換和處理成便于傳輸的電信號，電信號控制光源，使發出的光信號具有所要傳輸的信號的特點，從而實現信號的電/光轉換，發信端發出的光信號通過光纖傳輸到遠方的收信端，經光電二極管等轉換成電信號，從而實現信號的光/電轉換。電信號再經過處理和轉換而恢復為與發信端相同的信息。

1.光纖通信的發展

自從1966年提出光纖作為傳輸介質的概念以來，光纖通信從研究到應用，發展非常迅速，技術上不斷更新換代，通信能力（傳輸速率和中繼距離）不斷提高，應用范圍不斷擴大。

光纖通信的發展可以粗略地分為3個階段。

第一階段（1966?1976年），這是從基礎研究到商業應用的開發時期。在這個時期，實現了短波長（0.85pm）低速率（較高速率可達45Mbit/s）多模光纖通信系統，無中繼傳輸距離約10km。

第二階段（1976?1986年），這是以提高傳輸速率和增加傳輸距離為研究目標和大力推廣應用的大發展時期。在這個時期，光纖從多模發展到單模，工作波長從短波長（0.85pm）發展到長波長（1.31jim和1.55}im），實現了工作波長為1.31pm、傳輸速率為140?565Ml^it/s的單模光纖通信系統，無中繼傳輸距離為50?100km。

第三階段（1986?1996年>,這是以超大容量超長距離為目標、全面深入開展新技術研究的時期。在這個時期，實現了1.55Mm色散移位單模光纖通信系統。采用外調制技術，傳輸速率可達2.5?10Gbit/s,無中繼傳輸距離可達150?100km.實驗室可以達到更高水平。

目前，正在開展研究的光纖通信新技術，例如，超大容量的波分復用（WavelengthDivisionMultiplexing,WDM）光纖通信系統和超長距離的光孤子（Soliton）通信系統。

2.光纖通信的優點

在光纖通信系統中，作為載波的光波頻率比電波頻率高得多，而作為傳輸介質的光纖又比同軸電纜或波導管的損耗低得多，因此相對于電纜通信或微波通信，光纖通信具有許多的優點。

（1）容許頻帶很寬，傳輸容量很大

光纖通信系統的容許頻帶（帶寬）取決于光源的調制特性、調制方式和光纖的色散特性。石英單模光纖在1.31|um波長具有零色散特性，通過光纖的設計，還可以把零色散波長移到1.55pm.在零色散波長窗口，單模光纖都具有幾十吉赫？千米（GHz*km）的帶寬。另一方面，可以釆用多種復用技術來增加傳輸容量。最簡單的是空分復用，因為光纖很細，直徑只有125pm,一根光纜可以容納幾百根光纖，12x12=144根光纖的帶狀光纜早已實現。

這種方法使線路傳輸容量數十成百倍地增加。就單根光纖而言，采用波分復用（WDM）或光頻分復用（OFDM）是增加光纖通信系統傳輸容量最有效的方法。另一方面，減小光源譜線寬度和采用外調制方式，也是增加傳輸容量的有效方法。

目前，單波長光纖通信系統的傳輸速率一般為2.5Gbit/s和10Gbit/s.釆用外調制技術，傳輸速率可以達到40Gbit/s.波分復用（WDM）和光時分復用（TDM）更是極大地增加了傳輸容量。WDM較高水平為132個信道，傳輸容量為20Gbit/sxl32=2640Gbit/s,相當于120km的距離傳輸了3.3x108條話路。

（2）損耗很小，中繼距離很長且誤碼率很小

石英光纖在1.31nm和1.55jim波長，傳輸損耗分別為0.50dB/km和0.20dB/km,甚至更低。因此，用光纖比用同軸電纜或波導管的中繼距離長得多。目前，釆用外調制技術，波長為1.55叫1的色散移位單模光纖通信系統，若其傳輸速率為2.5Gbit/s,則中繼距離可達150km;若其傳輸速率為10Gbit/s,則中繼距離可達100km。

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