現(xiàn)代光纖通信傳輸技術(shù)的綜合應(yīng)用

張智杰

江漢大學(xué)物理與信息工程學(xué)院，湖北武漢 430056

現(xiàn)代光纖通信傳輸技術(shù)的綜合應(yīng)用

張智杰

江漢大學(xué)物理與信息工程學(xué)院，湖北武漢 430056

隨著光纖技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，現(xiàn)代通信更加快捷、方便。使得光纖通信的技術(shù)更加趨于復(fù)雜化，要想掌握好更多的技術(shù)要領(lǐng)，為現(xiàn)代通信服務(wù)，就必須在整體框架的統(tǒng)一安排下，做更多的理論性的研究與實(shí)踐相結(jié)合的探討。在不久的未來(lái)，光纖的應(yīng)用將更加廣泛，也更加便捷。

光纖；通信；系統(tǒng)

1 基本光纖傳輸系統(tǒng)

1.1 光發(fā)射機(jī)

光發(fā)射機(jī)的功能是把輸入電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，并用耦合技術(shù)把光信號(hào)最大限度地注入光纖線路。光發(fā)射機(jī)由光源， 驅(qū)動(dòng)器和調(diào)制器組成，光源是光發(fā)射機(jī)的核心。目前廣泛使用的光源有半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)和半導(dǎo)體激光二極管(或稱激光器)(LD)，以及譜線寬度很小的動(dòng)態(tài)單縱模分布反饋(DFB)激光器。有些場(chǎng)合也使用固體激光器，例如大功率的摻釹釔鋁石榴石(Nd：YAG)激光器。光發(fā)射機(jī)把電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)的過(guò)程(簡(jiǎn)稱為電/光或E/O轉(zhuǎn)換)，是通過(guò)電信號(hào)對(duì)光的調(diào)制實(shí)現(xiàn)的。

1.2 直接調(diào)制和間接調(diào)制

用電信號(hào)直接調(diào)制半導(dǎo)體激光器或發(fā)光二極管的驅(qū)動(dòng)電流，使輸出光隨電信號(hào)變化而實(shí)現(xiàn)的。這種方案技術(shù)簡(jiǎn)單，成本較低，容易實(shí)現(xiàn)，但調(diào)制速率受激光器的頻率特性所限制。間接調(diào)制(外調(diào)制)把激光的產(chǎn)生和調(diào)制分開，用獨(dú)立的調(diào)制器調(diào)制激光器的輸出光而實(shí)現(xiàn)的。目前有多種調(diào)制器可供選擇，最常用的是電光調(diào)制器。這種調(diào)制器是利用電信號(hào)改變電光晶體的折射率，使通過(guò)調(diào)制器的光參數(shù)隨電信號(hào)變化而實(shí)現(xiàn)調(diào)制的。外調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)是調(diào)制速率高，缺點(diǎn)是技術(shù)復(fù)雜，成本較高，因此，只有在大容量的波分復(fù)用和相干光通信系統(tǒng)中使用。

1.3 光接收機(jī)

光接收機(jī)最重要的特性參數(shù)是靈敏度。靈敏度是衡量光接收機(jī)質(zhì)量的綜合指標(biāo)，它反映接收機(jī)調(diào)整到最佳狀態(tài)時(shí)， 接收微弱光信號(hào)的能力。靈敏度主要取決于組成光接收機(jī)的光電二極管和放大器的噪聲，并受傳輸速率，光發(fā)射機(jī)的參數(shù)和光纖線路的色散的影響，還與系統(tǒng)要求的誤碼率或信噪比有密切關(guān)系。所以靈敏度也是反映光纖通信系統(tǒng)質(zhì)量的重要指標(biāo)。

2 光纖通信系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)

重量光纖通信系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)包括：傳輸頻帶寬，通信容量大；線路損耗低，傳輸距離遠(yuǎn)；抗干擾能力強(qiáng)，應(yīng)用范圍廣；線徑細(xì)、輕；抗化學(xué)腐蝕能力強(qiáng)；光纖制造資源豐富。

在網(wǎng)絡(luò)工程中，一般用62。5μm/125μm規(guī)格的多模光纖，有時(shí)也用100μm/125μm和100μm/140μm規(guī)格的光纖。戶外布線大于2公里時(shí)可選用單模光纖。在進(jìn)行綜合布線時(shí)需要了解的光纖的一些基本特性，

3 特種光纖的發(fā)展

3.1 光纖光柵(Fiber Grating)

光纖光柵是利用光纖材料的光敏性在紫外光的照射(通常稱為紫外光“寫入”)下，于光纖芯部產(chǎn)生周期性的折射率變化(即光柵)而制成的。使用的是摻鍺光纖，在相位掩膜板的掩蔽下，用紫外光照射(在載氫氣氛中)，使纖芯的折射率產(chǎn)生周期性的變化，然后經(jīng)退火處理后可長(zhǎng)期保存。相位掩膜板實(shí)際上為一塊特殊設(shè)計(jì)的光柵，其正負(fù)一級(jí)衍射光相交形成干涉條紋，這樣就在纖芯逐漸產(chǎn)生成光柵。光柵周期模板周期的1/2。眾所周知，光柵本身是一種選頻器件，利用光纖光柵可以制作成許多重要的光無(wú)源器件及光有源器件。例如:色散補(bǔ)償器、增益均衡器、光分插復(fù)用器、光濾波器、光波復(fù)用器、光模或轉(zhuǎn)換器、光脈沖壓縮器、光纖傳感器以及光纖激光器等。

3.2 (Multi-Coremono-Mode Fiber，MCF)

多芯光纖是一個(gè)共用外包層、內(nèi)含有多根纖芯、而每根纖芯又有自己的內(nèi)包層的單模光纖。這種光纖的明顯優(yōu)勢(shì)是成本較低，生產(chǎn)成本較普通的光纖約低50%。此外，這種光纖可以提高成纜的集成密度，同時(shí)也可降低施工成本。以上是光纖技術(shù)在近幾年里所取得的主要成就。至于光纜方面的成就，我們認(rèn)為主要表現(xiàn)在帶狀光纜的開發(fā)成功及批量化生產(chǎn)方面。這種光纜是光纖接入網(wǎng)及局域網(wǎng)中必備的一種光纜。目前，光纜的含纖數(shù)量達(dá)千根以上，有力地保證了接入網(wǎng)的建設(shè)。

4 光纖傳輸家庭的解決方案

對(duì)于不斷發(fā)展的寬帶業(yè)務(wù)，如網(wǎng)上辦公，會(huì)議電視，網(wǎng)上游戲，遠(yuǎn)程診療等雙向業(yè)務(wù)和HDTV高清數(shù)字電視，上下行傳輸不對(duì)稱的業(yè)務(wù)，AD8L就難以滿足。尤其是HDTV，經(jīng)過(guò)壓縮，目前其傳輸速率尚需19.2Mbps。正在用H.264技術(shù)開發(fā)，可壓縮到5～6Mbps。通常認(rèn)為對(duì)QOS有所保證的ADSL的最高傳輸速串是2Mbps，仍難以傳輸HDTV。可以認(rèn)為HDTV是FTTH的主要推動(dòng)力。即HDTV業(yè)務(wù)到來(lái)時(shí)，非FTTH不可。

FTTH的解決方案:通常有P2P點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和PON無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)兩大類。

F2P方案——優(yōu)點(diǎn):各用戶獨(dú)立傳輸，互不影響，體制變動(dòng)靈活；可以采用廉價(jià)的低速光電子模塊；傳輸距離長(zhǎng)。缺點(diǎn)：為了減少用戶直接到局的光纖和管道，需要在用戶區(qū)安置1個(gè)匯總用戶的有源節(jié)點(diǎn)。

PON方案——優(yōu)點(diǎn)：無(wú)源網(wǎng)絡(luò)維護(hù)簡(jiǎn)單;原則上可以節(jié)省光電子器件和光纖。缺點(diǎn)：需要采用昂貴的高速光電子模塊；需要采用區(qū)分用戶距離不同的電子模塊，以避免各用戶上行信號(hào)互相沖突；傳輸距離受PON分比而縮短；各用戶的下行帶寬互相占用，如果用戶帶寬得不到保證時(shí)，不單是要網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容，還需要更換PON和更換用戶模塊來(lái)解決

5 光纖的數(shù)字傳播技術(shù)

數(shù)字交叉連接設(shè)備（DXC）是具有一個(gè)或多個(gè)信號(hào)端口，可以對(duì)任意之間的信號(hào)進(jìn)行可控連接的設(shè)備，它兼有復(fù)用、配線、保護(hù)/恢復(fù)、監(jiān)控和網(wǎng)管多次功能。

再生器（RG）位于傳輸鏈路中途，是能夠接收STM—N信號(hào)，并經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)奶幚恚剐盘?hào)按照規(guī)定的幅度、波形和定時(shí)特性繼續(xù)向前傳送的設(shè)備。

在SDH網(wǎng)中，常采用環(huán)型自愈網(wǎng)的方式來(lái)進(jìn)行保護(hù)，以增強(qiáng)通信的可靠性。所謂環(huán)型自愈網(wǎng)保護(hù)，就是把各個(gè)ADM節(jié)點(diǎn)組成一個(gè)環(huán)型，在某段線路或某個(gè)網(wǎng)元出現(xiàn)故障時(shí)，利用ADM的智能，尋找替代路由，為所傳輸?shù)男盘?hào)提供保護(hù)。

SDH傳輸網(wǎng)是由一些SDH網(wǎng)絡(luò)單元組成，在光纖、微波或衛(wèi)星上進(jìn)行同步信息傳送，融復(fù)接、傳輸、交換功能于一體，由統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)管理操作的綜合信息網(wǎng)。可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)有效管理、動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)維護(hù)、對(duì)業(yè)務(wù)性能監(jiān)視等功能，能有效的提高網(wǎng)絡(luò)資源的利用率，能滿足廣播電視干線傳輸網(wǎng)的信息傳輸和交換的要求，對(duì)提高廣播電視傳輸質(zhì)量有了質(zhì)的飛躍，因而SDH技術(shù)正成為廣播電視領(lǐng)域傳輸技術(shù)方面的發(fā)展和應(yīng)用熱點(diǎn)。

[1] 周小燕.光纖光柵在高速光通信系統(tǒng)色散補(bǔ)償中的應(yīng)用[D].武漢理工大學(xué)，2006.

[2] 高凌云，黃素萍.光纖通信新技術(shù)及應(yīng)用前景[J].有線電視技術(shù)，2005(13).

[3] 都福強(qiáng).光纖通信的發(fā)展與未來(lái)[J].科技信息，2009（13）.

TN91

A

1674-6708（2010）18-0146-02