談光纖通信系統及其構成的設備

 光纖通信作為信息化的主要技術支柱之一，必將成為21世紀
最重要的戰略性產業。
 近幾年”信息高速公路“這個名詞時常越入我們的視野，
而”光谷“也繼”硅谷“之后逐漸被人們所熟知。”光谷“是光
電子信息產業基地的代稱，類似美國”硅谷“而起名，是光電信
息高尖科技的孵化地。中國”光纖之父”趙梓森院士就中國”光
谷”的發展所發表的看法的時候說過:隨著國際互聯網業務和通信
業的飛速發展，信息化給世界生產力和人類社會的發展帶來了極
大的推動。光纖通信作為信息化的主要技術支柱之一，必將成為2
1世紀最重要的戰略性產業。光纖通信技術和計算機技術是信息化
的兩大核心支柱，計算機負責把信息數字化，輸入網絡中去；光
纖則是擔負著信息傳輸的重任。當代社會和經濟發展中，信息容
量日益劇增，為提高信息的傳輸速度和容量，光纖通信被廣泛的應用于信息化的發展，成為繼微電子技術
之后信息領域中的重要技術。
 那么趙院士所講到的光纖通信到底是怎樣一個系統,它到底有何魔力呢,下面將帶大家進入這神奇的光
纖通信世界，感受一下”信息高速公路“的先進技術。
 基本的光纖通信系統
 最基本的光纖通信系統由數據源、光發送端、光學信道和光接收機組成。其中數據源包括所有的信號
源，它們是話音、圖象、數據等業務經過信源編碼所得到的信號；光發送機和調制器則負責將信號轉變成
適合于在光纖上傳輸的光信號，先后用過的光波窗口有0.85、1.31和1.55。光學信道包括最基本的光纖，
還有中繼放大器EDFA等；而光學接收機則接收光信號，并從中提取信息，然后轉變成電信號，最后得到對
應的話音、圖象、數據等信息。
 數字光纖通信系統
 光纖傳輸系統是數字通信的理想通道。與模擬通信相比較，數字通信有很多的優點，靈敏度高、傳輸
質量好。因此，大容量長距離的光纖通信系統大多采用數字傳輸方式。
 在光纖通信系統中，光纖中傳輸的是二進制光脈沖"0"碼和"1"碼，它由二進制數字信號對光源進行通
斷調制而產生。而數字信號是對連續變化的模擬信號進行抽樣、量化和編碼產生的，稱為PCM（pulsecodem
odulation），即脈沖編碼調制。這種電的數字信號稱為數字基帶信號，由PCM電端機產生。
 抽樣是指從原始的時間和幅度連續的模擬信號中離散地抽取一部分樣值，變換成時間和幅度都是離散
的數字信號的過程。
 抽樣所得的信號幅度是無限多的，讓這些幅度無限多的連續樣值信號通過一個量化器，四舍五入，使
這些幅度變為有限的M種（M為整數），這就是量化。由于在量化的過程中幅度取了整數，所以量化后的信
號與抽樣信號之間有一個差值（稱為量化誤差），使接收端的信號與原信號間有一定的誤差，這種誤差表
現為接收噪聲，稱為量化噪聲。碼位數M越多，分級就越細，誤差越小，量化噪聲也越小。
 編碼是指按照一定的規則將抽樣所得的M種信號用一組二進制或者其它進制的數來表示，每種信號都可
以由N個2二進制數來表示，M和N滿足M=2N。例如如果量化后的幅值有8種，則編碼時每個幅值都需要用3個
二進制的序列來表示。需要注意的是，此處的編碼僅指信源編碼，這和后面提到的信道編碼是有所區別
的
 現以話音為例來說明這個抽樣、量化和編碼過程。我們知道話音的頻率范圍是300～3,400Hz，在抽樣
的時候，要遵循所謂的奈奎斯特抽樣率，實際中按8,000Hz的速率進行抽樣。為了保證通話的質量，在長途
干線話路中采用的是8位碼（28=256個碼組）。這樣量化值有256種，每一種量化值都需要用8位二進制碼編
碼，那么每一個話路的話音信號速率為8×8＝64kbps。
 從PCM設備（電端機）送來的電信號是適合PCM傳輸的碼型，為HDB3碼或CMI碼。信號進入光發送機后，
首先進入輸入接口電路，進行信道編碼，變成由"0"和"1"碼組成的不歸零碼（NRZ）。然后在碼型變換電路
中進行碼型變換，變換成適合于光線路傳輸的mBnB碼或插入碼，再送入光發送電路，將電信號變換成光信
號，送入光纖傳輸。
 光發射機主要包括以下參數：
 發送光功率（dBm）
 光譜特性（波長）
 工作帶寬（MHz）
 頻道數
 CNR(dB)
 CTB(dB)
 CSO(dB)
 射頻輸入電平（dBμV）
 功耗（W）
 最小邊模抑制比（SMSR）
 光中繼器
 目前，實用的光纖數字通信系統都是用二進制PCM信號對光源進行直接強度調制的。光發送機輸出的經
過強度調制的光脈沖信號通過光纖傳輸到接收端。由于受發送光功率、接收機靈敏度、光纖線路損耗、甚
至色散等因素的影響及限制，光端機之間的最大傳輸距離是有限的。
 例如，在1.31μm工作區34Mb/s光端機的最大傳輸距離一般在50~70km，140Mb/s光端機的最大傳輸距離
一般在40~60km。如果要超過這個最大傳輸距離，就必須增加光中繼器，以放大和處理經衰減和變形了的光
脈沖。目前的光中繼器常采用光電再生中繼器，即光一電－光中繼器，這相當于光纖傳輸的接力站。如
此，就可以把傳輸距離大大延長。
 目前常用的光中繼器有三種功能：再放大(re-amplifying)、再整形（re-shaping）、再定時（re-tim
ing），這三種功能的光中繼器又稱為“3R”中繼器。但這種過程相對煩瑣，很不利于光纖的高速傳輸。自
從摻鉺光纖放大器問世以后，光中繼實現了全光中繼，通常又稱為1R（re-amplifying）再生。此技術目前
仍然是通信領域的研究熱點。
 光學信道
 在通信系統中的信道有多種，例如雙絞線，同軸電纜，無線電波和光纜等。光學信道也就是我們所知
道的光纜。
 光接收機
 從光纖傳來的光信號進入光接收電路，將光信號變成電信號并放大后，進行定時再生，又恢復成數字
信號。由于發送端有碼型變換，因此，在接收端要進行碼型反變換，然后將信號送入輸出接口電路，變成
適合PCM傳輸的HDB3碼或CMI碼，再送給PCM。
 備用系統與輔助設備
 為了確保系統的暢通，通常設置都有備用系統，就好比對磁盤的備份。正常情況下只有主系統工作，
一旦主要系統出現故障，就可以立即切換到備用系統，這樣就可以保障通信的暢通和正確無誤。
 輔助設備是對系統的完善，它包括監控管理系統、公務通信系統、自動倒換系統、告警處理系統、電
源供給系統等。
 其中，監控管理系統可對組成光纖傳輸系統的各種設備自動進行性能和工作狀態的監測，發生故障時
會自動告警并予以處理，對保護倒換系統實行自動控制。對于設有多個中繼站的長途通信線路及裝有通達
多方向、多系統的線路維護中心局來說，集中監控是必須采用的維護手段。