第三节　光纤通信系统的基本组成与分类

一、光纤通信系统的基本组成

所谓光纤通信，就是利用光纤来传输携带信息的光波，以达到通信的目的。要使光波成为携带信息的载体，必须在发射端对其进行调制，而在接收端把信息从光波中检测出来（解调）。依目前技术水平，大部分采用强度调制-直接检测方式（IM-DD）。光纤通信的3个传输窗口是：0.85μm（短波长窗口）、1.31μm和1.55μm（长波长窗口）。数字光纤通信系统如图2-2所示。

从图2-2可以看出，数字光纤通信系统基本上由光发射机、光纤和光接收机组成。

光发射机的主要作用是将电信号转换成光信号耦合进光纤。光发射机中的重要器件是能够完成电—光转换的半导体光源，目前主要采用半导体激光器（LD）或半导体发光二极管（LED）。在发射端，电端机把模拟信息（如语音）进行模/数转换，转换后的数字信号复用后再去调制发射机中的光源器件，一般是半导体激光器，则光源器件就会发出携带信息的光波。如当数字信号为“1”时，光源器件发射一个“传号”光脉冲；当数字信号为“0”时，光源器件发射一个“空号”（不发光）。光发射机的作用就是进行电/光转换，把数字化的电脉冲信号码流（如PCM语音信号）转换成光脉冲信号码流，并输入到光纤中进行传输。

在光纤通信系统的线路上，目前主要采用由单模光纤制成的不同结构形式的光缆，这是由于它具有较好的传输特性。

为了保证通信质量，在收发端机之间适当距离上必须设有光中继器。光纤通信中光中继器的形式主要有两种，一种是光—电—光转换形式的中继器，另一种是在光信号上直接放大的光放大器。

光接收机的主要作用是将光纤送过来的光信号转换成电信号，然后经过对电信号的处理以后，使其恢复为原来的脉码调制信号送入电接收机。光接收机中的重要部件是能够完成光/电转换任务的光电检测器，目前主要采用光电二极管（PIN）和雪崩光电二极管（APD）。

在接收端，光接收机把数字信号从光波中检测出来送给电端机，而电端机解复用后再进行数/模转换，恢复成原来的模拟信息。光接收机的作用就是进行光/电转换，把数字电信号（通信信息）经过放大、均衡后再生出波形整齐的电脉冲信号。就这样完成了一次通信的全过程。

二、光纤通信系统的分类

光纤通信系统可以根据系统所使用的传输信号形式、传输光的波长和光纤的类型进行不同的分类。

（一）按传输信号形式分类

按传输信号形式的不同，光纤通信系统可以分为模拟光纤通信系统和数字光纤通信系统两类。

1.模拟光纤通信系统

在光纤通信系统中，输入电信号不采用脉冲编码信号的通信系统即为模拟光纤通信系统。在长距离传输时，采用中间增音站将使噪声积累，故只能应用在短距离传输线路上。在公用通信网中的用户部分，可用这种方式传输宽带视频信号。

模拟光纤通信最主要的优点是不需要数字通信系统中的模/数转换和数/模转换，故比较经济。而且一个电视信号如采用数字通信方式，可不用频带压缩，140Mbit/s的系统只能通一路电视。在目前的技术情况下，为了在用户网传送多路宽带业务（如CATV），采用频率调制的频分多路复用的模拟光纤通信方式。

如果只传输一个基带信号，则将此信号直接送到光发送机进行光强度调制即可，但传输距离可能只有几千米。如果在希望较长距离上传输，则要先采用脉冲频率调制（PFM），然后再送到光发送机进行光强调制。由于采用PFM后，改善了传输信噪比，故中继距离可达20km以上，而且可以加装中间再生中继器，其传输总长度可达50～100km。

2.数字光纤通信系统

数字光纤通信系统是光纤通信的主要通信方式。数字通信的优点是：抗干扰能力强，使用再生技术时噪声积累少，易于集成以减少设备的体积和功耗，转接交换方便，利于与计算机结合等。数字通信的缺点是：所占的频率宽，而光纤的带宽比金属传输线要宽许多，弥补了数字通信所占频带宽的缺点。光纤通信在接收和发送时，在光电转换过程中所产生的散粒效应噪声和非线性失真较大。但若采用数字通信，中继器采用判决再生技术，噪声积累少。因此，光纤通信采用数字传输成了最有利的技术。目前在人类社会进入信息社会的时代，各国在公用通信网中的长途干线和市内局间中继线路，均纷纷采用数字光纤通信系统作为主要传输方式，以便实现传输网的数字化。

（二）按波长和光纤类型分类

按波长和光纤类型分类，光纤通信系统可分为四类。

1.短波长（0.85μm左右）多模光纤通信系统

该系统通信容量一般为480路以下（速率在34Mbit/s以下），中继段长度为10km以内，发送机的光源为镓铝砷（GaAlAs）半导体激光器或发光二极管，接收机的光电探测器为硅光电二极管（Si-PIN）或硅雪崩光电二极管（Si-APD）。

2.长波长（1.31μm）多模光纤通信系统

该系统通信速率一般为34～140Mbit/s，中继距离为25km或20km以内，所用光源为铟镓砷磷（InGaAsP）半导体多纵模激光器或发光二极管，光电检测器为锗雪崩光电二极管（Ge-APD）或镓铝砷光电二极管（GaAlAs-PIN）和镓铝砷雪崩光电二极管（GaAlAs-APD）。

3.长波长（1.31μm）单模光纤通信系统

该系统通信速率一般为140～565Mbit/s，中继距离可达30～50km（140Mbit/s），光源为铟镓砷磷（InGaAsP）单纵模激光器，这种激光器在直流工作时为单纵模，但在高速调制时为多纵模。

4.长波长（1.55μm）单模光纤通信系统

该系统通信速率一般为565Mbit/s以上，由于调制速率高会产生模分配噪声，限制了大容量长中继距离的传输，因此要采用零色散位移光纤和动态单纵模激光器。