光纖通信系統初探

摘 要：光纖通信系統具有傳輸速率高、通信容量大、傳輸距離遠、抗干擾能力強等特點。隨著信息技術的不斷發展，光纖通信系統己被廣泛應用于通訊、軍事、生產、生活等各個領域。文章分析了光纖通信系統的組成、結構、維護及發展趨勢。

關鍵詞：光纖通信；系統；光端機

隨著社會的發展，人們對于信息的需求不斷增加，對通信的速度、質量要求也不斷提升。自從光纖通信技術誕生后，光纖通信系統的應用已呈幾何級數增長，也已被廣泛應用于社會生產、生活的各個領域。

1 光纖通信技術簡介

光纖是光導纖維的簡稱，光纖通信是以光波為載頻，以光導纖維為傳輸媒介的一種通信方式。它將電信號調制到光載波上，通過光纖傳輸后再解調成電信號。由于作為載波的光波頻率比電波頻率高得多，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，所以相對于電纜通信或微波通信，光纖通信具有許多獨特的優點：

1.1 通信容量大

從理論上講，一根光纖可以同時傳輸1000億個話路。雖然目前的實際應用遠遠未達到如此高的傳輸容量，但它與傳統的雙絞線、同軸電纜、微波等通信技術相比，傳輸容量已經高出了不止千倍、萬倍。

1.2 中繼距離長

由于光纖具有極低的衰耗系數，若配以適當的光收發設備，可使其中繼距離達數百公里以上，這是傳統的電纜、微波等根本無法比擬的。

1.3 保密性能好

光波在光纖中傳輸時，只在光纖的芯區內進行，基本上沒有光“泄露”出去，因此其保密性能極好。

1.4 適應能力強

光纖通信不怕外界強電磁場的干擾，并且具有耐腐蝕性，對氣候環境的適應能力也極強。

1.5 便于施工維護。由于光纖體積小、重量輕，所以光纜的鋪設方式靈活方便，既可直埋、管道鋪設，又可沉到水底或架空。

1.6 價格低廉。制造光纖的最基本原料是二氧化硅，即砂子。砂子在自然界中幾乎是取之不盡、用之不竭的，因此光纖的潛在價格可以做到十分便宜。

2 光纖通信系統的組成

光纖通信中有三個主要的技術問題：性能優良的光源、長距離傳輸光信號的傳輸介質、靈敏接收光信號并能把光信號轉化為電信號的光檢測器。為解決這些問題，光纖通信系統通常由光纖、光端機、中繼器、光纖連接耦合器等四個主要部分組成。

2.1 光纖。光纖是用高純度的玻璃材料制造而成的，在實際中使用的是容納許多根光纖的光纜（每根光纖都有自己的包層）。光纖線路的性能主要由光纜內部的光纖的傳輸特性決定。目前使用的光纖有多模光纖和單模光纖之分。單模光纖只傳輸主模，也就是說光線只能沿光纖的內芯進行傳輸。由于完全避免了模式射散，單模光纖的傳輸頻帶很寬，因而適用于大容量，長距離的光纖通信。多模光纖是在一定的工作波長下，有多個模式的光在光纖中傳輸。由于色散，這種光纖的傳輸性能較差，頻帶比較窄，傳輸容量也比較小，傳輸距離比較短。

2.2 光端機。光端機是光纖通信系統的核心設備，光端機可分為光發射機和光接收機，它們的性能直接影響到整個通信系統的傳輸質量。光發射機內有光發生器件，能將電信號調制成光信號并耦合到光纖中進行傳輸。光接收機內有光檢測器件，能將來自光纖的光信號還原成電信號，經放大、整形、再生后恢復還原輸出。

2.3 中繼器。對于長距離傳輸的光纖通信系統，還必須使用到中繼器。中繼器的作用是將經過長距離光纖衰減和畸變后的微弱光信號經放大、對失真的脈沖波形進行整形、校正生成一定強度的光信號，繼續傳輸以保證良好的通信質量。

2.4 光纖連接耦合器。由于光纖或光纜的長度受光纖拉制工藝和光纜施工條件的限制，因此一條光纖線路可能存在多根光纖相連接的問題，這就需要用到光纖連接、耦合器等無源器件。

3 光纖通信系統的結構

光纖通信系統按其規模和覆蓋范圍的不同一般可分為干線網、城域網和接入網，三者采用不同的拓撲結構，基本特點分別如下：

3.1 干線網。拓撲結構主要是線形結構或網狀結構。它由若干節點交換機以及連接這些交換機的光纖鏈路所組成。干線網通過節點交換機與城域網相連，不僅可以實現相距遙遠的節點之間的互相通信，而且不同的城域網通過路節點交換機與干線網相連后也可以相互通信。干線網與城域網相比，其網絡規模大、覆蓋范圍廣，但傳輸速率相對較低、主要以傳輸數據為主要目的。

3.2 城域網。拓撲結構主要是環形結構，還有網狀、星形、線形結構等。城域網將城域內各節點的信息傳輸到數據交換中心或者將數據交換中心的信息傳輸到各節點，其主要功能是實現信息的匯聚與分配。

3.3 接入網。拓撲結構主要是環形或星形。接入網是一種應用于小范圍內的傳輸網絡，規模比城域網更小，通常是在一個大中型企業內部或一個較小的區域內使用。接入網能夠保證每個用戶能靈活、方便地接入到城域網，也同時實現了網絡內部的資源共享。采用光纖作為傳輸介質的接入網，傳輸速率可以高達1Gb/s。

4 光纖通信系統的維護

4.1 光纖通信系統資料的整理。為了有效地對光纖通信系統進行維護，對已經鋪設好的光纜，根據光纜線路的路徑圖、接頭位置、鋪設前后各盤光纜的各個通道（或光纖芯序）的損耗數據、帶寬、色散、背向散射掃描曲線等數據資料要進行收集和整理，以備進行檢測、維護時加以對照分析。

4.2 定期巡查和檢測。對已鋪設好的光纜線路，要做定期的巡回檢查，及時發現光纜路由、光纜線路設備是否損壞，一旦發現損壞應及時進行更換和修復。

4.3 定期對鋪設好的光纜中繼段進行損耗測試，觀察光纜的溫度特性，判斷其工作是否正常，并預告光纜線路今后的可靠性。測試工作的頻次，可根據季節變化和外界環境變化來規定。鋪設好的第一年和外界環境溫度變化大時可多測幾次，一年以后逐漸減少。對損耗變化較大的通道，還可用背向散射儀進行掃描，重新繪出背向散射曲線，與以前的資料進行對比分析。

5 光纖通信系統發展的趨勢

5.1 新一代光纖：隨著社會發展的需要已經出現了兩種不同的新型光纖，即非零色散光纖和全波光纖。

5.2 超高速系統：傳統光纖通信的發展始終按照電的時分復用方式進行，而如今要滿足社會發展需要，光纖通信應該按照光的時分復用方式進行。

5.3 超大容量波分復用系統：如果將多個發送波長適當錯開的光源信號同時在一條光纖上傳送，則可大大增加光纖的信息傳輸容量，這就是波分復用的基本思路。

5.4 全光網絡：波分復用技術的實用化，提供了利用光纖寬帶的有效途徑，使大容量光纖傳輸技術取得了突破性的發展。

6 結束語

隨著通信技術的飛速發展，信息化已經給社會進步帶來了極大的推動。光纖通信以其獨特的優點被認為是通信史上的一次革命性的變革。在未來的信息化社會中，交換大量數據的信息網絡必將是由光纖通信系統來構成，光纖通信也必將會成為未來通信技術應用和發展的主流。

參考文獻

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