通信原理与通信技术 张卫钢 第17章 光纤通信技术.ppt

第17章光纤通信技术17.1光纤通信由于光纤中传输的光波要比无线电通信使用的频率高得多，因此其通信容量就比无线电通信大得多。可以说，这种新兴技术是世界新技术革命的重要标志，也是未来信息社会中各种信息网的主要传输工具。
所谓光通信就是利用光信号进行的信息传输过程或方式。由于光具有无线传输的特性，因此光通信有无线和有线通信之分。比如，水运和航海中经常使用的灯语就是一个无线光通信的实例；我们在超市付款时，收银员使用的条形码阅读器也是一种无线光通信设备。而我们目前常说的光通信主要指利用光纤做传输介质的光纤通信（有线通信），所以本节主要介绍光纤通信系统。
简言之，光纤通信就是以光波为载波，以光导纤维为传输介质的信息传输过程或方式。光纤通信首先要在信源将欲传送的电话、电报、图像和数据等信号进行电/光转换，即把电信号先变成光信号，再经由光纤（包括在本地进行光交换）传输到信宿，信宿必须将接收到的光信号作与发信端相反的变换，即进行光/电转换变成电信号，从而完成一次光纤通信的全过程。可见，光纤通信与我们熟悉的电缆通信主要有两点不同，一是传输信号为光信号而不是电信号；另一个是传输介质是光纤而非电缆（包括明线、双绞线、多芯电缆和同轴电缆等）。
17.1.2光纤通信的特点
光纤通信与电通信方式的主要差异有两点：一是以很高频率的光波作为载波传输信号；二是用光导纤维构成的光缆作为传输介质。因此，在光纤通信中起主导作用的是产生光波的激光器和传输光波的光导纤维。
光纤通信之所以能够飞速发展成为未来通信的发展方向，是由于它具有如下突出优点：
1.通信容量大
因目前使用的光波频率比微波频率高103～104倍，所以理论上光通信的通信容量与微波通信相比约可增加103～104倍。虽然在实际应用中由于受到了光电器件特性的限制，传输带宽比理论上的窄得多，但在目前投入运营的光纤通信系统中，一对光纤仍可通3万路电话，是目前通信容量最大的一种通信方式。
与电缆一样，可将几对甚至上百对光纤组成一根光缆，传输容量就更大了。光纤通信适合高速、宽带信息的传输，能在高速通信干线以及宽带综合业务通信网中发挥作用。2.损耗低、中继距离远
目前实用的光纤均为二氧化硅。若要减少光纤的损耗，主要依靠提高玻璃纤维的纯度来达到。由于目前制造的二氧化硅玻璃介质的纯净度极高，因此光纤的损耗极低。由于光纤的损耗低，因此，中继距离可以很长，这样可在通信线路中减少中继站的数量，以降低成本并提高通信质量。例如，对于400Mb/s速率的信号，光纤通信系统可达到100km以上的无中继传输距离，然而，同样速率的同轴电缆通信系统，无中继传输距离仅为1.6km左右。如将来采用非石英系的超长波长光纤，传输损耗会更小，有可能实现1000km以上的无中继传输，这一点对于海底光缆通信等长途干线业务具有重大意义。
3.抗电磁干扰能力强
由于光纤是由纯度较高的玻璃（二氧化硅）材料制成的，是不导电和无电感的，因此它不受电磁干扰。正是由于这样，电缆通信中常见的串话现象，在光纤通信中就不存在了。同时不会干扰其它的通信设备或测试设备。
4.无串话、保密性强
光在光纤中传播时，几乎不向外辐射。因此在同一光缆中，数根光纤之间不会相互干扰，即不会产生串话，也难以窃听，所以光纤通信和其它通信方式相比有更好的保密性。
5.线径细、重量轻
由于光纤的直径很小，只有0.125mm左右，因此制成光缆后，直径要比相同容量的电缆小得多，而且重量也轻。这样在长途干线或市内干线上，空间利用率高，而且便于铺设。6.资源丰富、节约有色金属和原材料
现有的通信线路是由铜、铝、铅等金属材料制成的，从目前的地质调查情况来看，世界上金属的储藏量有限，有人估计，按现有的开采速度，铜的储藏量只能再开采50年。而光纤的原材料是石英，在地球上资源丰富，而且用很少的原材料就可以拉制很长的光纤。随着光纤通信技术的推广应用，将会节约大量的有色金属材料，对合理使用地球资源有一定的战略意义。
7.容易均衡
在电通信中，信号的各频率成分的幅度变化是不相等的，频率越低，幅度的变化越小；频率越高，其幅度变化则越大。这对信号的接收极为不利，为使各频率成分都受到相同幅度的放大处理，就必须采用幅度均衡。对光纤通信系统则不同，在光纤通信的运用频带内，光纤对每一频率的损耗是相等的，一般情况下，不需要在中继站和接收端采取幅度均衡措施。
8.光纤接头不放电、不产生电火花
这一优点使得光纤通信在矿井下、石油化工、军火仓库等易燃易爆的环境中能发挥更重要的作用。
9.抗化学腐蚀
由于光纤取材于石英，因此具有一定的抗化学腐蚀能力。光纤通信具有的上述优点使之成为当今世界上的主要通信手段之一。当然光纤本身也有缺点，如光纤质地跪、机械强度低；要求比较好的切断、连接技术；分路、耦合比较麻烦等。但这些问题随着技术的不断发展，都是可以克