使用光半导体元件引起的
第三节 光纤通信的基本组成

光纤通信是以光波做载波，以光缆作 为传输的通信系统．目前实用的光纤通信 系统，普遍采用的是数字编码、强度调 制—直接检波通信系统．它由常规的电端 机、光端机、光中继器及光缆传输线路组 成，如图2—2所示．该系统分为三大部分： 光发送、光传输和光接收，光发送完成电 光转换任务，光传输部分的作用是把光信 号从发送端传到接收端，光接收完成光电 转换任务．

第五节 光纤通信的发展方向


光纤通信系统以它独特的优点被认为是通信史上一 次革命性的变革，光纤通信将在长途通信网与市话通信网 中代替现用的电缆通信网，这已为各国所公认．在未来的 信息社会中，交换大量信息的信息网络也将由光纤通信网 络来构成．目前，接入网工程已经在我国一些大城市开始 兴建和应用，大容量光缆和带状光缆为传输大容量的信息 提供了足够的信息通道，满足了人们日益增长的信息交流 的需要． 光纤通信作为一门新学科来讲，其发展的速度与潜力 在通信史上很少有其他技术可与之相比．目前，单模光纤 的生产已经完全实用化，它的传输频带达几十吉赫以 上．在1．31um的损耗是0．5dB/skm，在1．55um的损耗 是0．2—0．3dB/skm，已接近理论极限值．



ＬＤ和ＬＥＤ的比较 1、激光器优于发光二极管的方面是： 1）激光器的响应速度快，可用于较高的调制速度；
2）激光器的光谱较窄，应用于单模光纤时，光在光 纤中的传播引起的色散小，可用于大容量通信； 3）耦合到光纤中的功率高，传播的距离远。 LD不足于LED的方面是： 1）温度特性差； 2）易损坏，寿命短； 3）激光器的成本高，价格昂贵。发光二极管便宜； 4）LD的调制线不如LED． 所以大容量、远距离光纤通信宜用激光管；小容量、 近距离通信，用发光二极管．
第二节 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：一是用光波作为载波传输信号，二 是用光导纤维构成作为传输线路．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 通信与电通信比较的优缺点归纳如表２－ １所示．
表２－１光纤通信的优缺点
主要因素 光纤通信的优点
第一节 光纤通信的发展概况


光波的波长在微米级，频率为10＾14 HZ数 量级．由电磁波谱中可以看出，紫外线、可见光、 红外线均属于光波的范畴． 目前光纤通信使用的波长范围是在近红外区 内，即波长为0．8～1．8um．可分为短波长和长 波长波段，短波段是指波长为0．85um，长波长 段是指1．31um和1．55um，这是目前所采用的三 个通信窗口．
第三章

光纤通信系统
第一节
第二节
第三节
第四节 第五节
光纤通信的发展概况 光纤通信的特点 光纤通信的基本组成 光纤通信系统的分类 光纤通信的发展方向
主要内容



光纤通信作为现代通信的主要支柱之 一，本章将概述国内外光纤通信技术发展 的历史、现状和前景． 它是以光波为载频，以光导纤维为传 输媒质的一种通信方式．光纤与以往的铜 导线相比，具有损耗低、频带宽、无电磁 感应等传输特点． 本章对光的性质、光在光纤中的传输 和光纤通信的特点等加以介绍．

四、光缆 光缆是实现光信号传输的通信线路，他由一定数量 的光纤按照一定方式组成缆心，外面包有护层，有的还 包覆外护层． 光缆与电缆在结构上的主要不同点在于光缆必须设 有加强构件，以承受机械拉伸负荷．光缆比电缆具有更 大的传输容量，中继段距离长，体积小，重量轻，无电 磁，干扰．目前光缆已经发展成长途干线、市内中继、 近海及跨洋海底通信．以及局域网、专用网等的有线传 输线路骨干，正在开始向市内用户环路配线网的领域发 展，并为光纤到户、宽带综合业务数字网提供传输线 路．


2、光端机 73页 光线路终端设备，简称光端机．光端机主要由光发送支 路和光接收支路两部分组成．它的主要作用是：在发端 将电信号变换成光信号，将其注入光纤中；在收端将收 到的信号变换为原电信号．光端机方框图如图2—3所 示． 1）输入电路和输出电路在接收端，输出电路将光接收 机输出的单极性码还原成双极性码送入PCM电端 机．输出电路包括线路码型反变换和输出接口两大部 分．码型反变换是码型变换的逆过程，它把线路码型信 号变换为普通的信号后，再经输出接口还原成原始电信 号送入电端机．因此，输入电路是光端机的发送支路在 调制电路的信号处理剖分．输出电路是光端机接收支路 定时再生之后的信号处理部分．
图２－４ 光发机原理方框图
数字信号入 调制电路
光纤 控制电路
（a) 光源为LD时 数字信号入 调制电路 LED （b）光源为LED时 光纤
LD
3）光接收机
81页
图２－５ 光接收机原理方框图
光检测 放大 均衡
裁决
自动增益控制
时钟提取
接收电路
裁决在生电路
辅助电路
（光缆线路监控）
为了保证光端机的正常工作及便于操作维护等，还有一些 辅助电路．辅助电路主要包括公务电话、告警、主备用 倒换和检测控制电路等，根据需要也可有各种各样的其 他功能．如区间通信、油机启动等，统称为辅助设备． 三、光中继器 85 1、 光线在生中继器，简称光中继器．工作原理： 来自光纤线路的微弱光数字信号进入光中继器的接收机 的光电检测器后转化为数字信号，经过放大、均衡、定 时判决、整形后又输入到光发送机中的驱动电路推动光 源，发出很强的光数字信号，再送入光缆线路，向前方 传输．中继器是起接力作用的装置，目前多采用光—电 ----光的形式． 2、掺铒光纤放大器 87
光端机方框图
光发送支路 输入接口 线路码型变换 光发送 光纤
输入分配
公务电话 监控 电源 区间通信 输出倒换 光接收支路 输出接口 线路码型交换 告警 辅助电路
光接收 光纤
2）光发送机
光发送机是把将要传输的电信号 转化为光信号，再经光缆传输至远方 的设备．它主要由光源和调制电路组 成．光源采用半导体激光器和发光二 极管．光发送器原理图：
图２－２
光纤通信传输系统的基本组成
光发送部分
传输部
光端机 光源
中继器
光端机
光检测器 电端机
光源
光检测器
一、光源和光电检测器

1、光源 38页 在光纤通信系统中光源是光发送部分 的“心脏”，是实现光纤通信的重要器件 之一．对光源的要求是：寿命长；有足够 的输出光功率；电光转换效率应不低于当 前半导体电子器件的转换率（约10﹪）；发 射波长必须在低损耗传输窗口附近；发光 面积和光束的发散角要小，谱线宽度要狭 窄．

为适应远距离高速、宽带光纤通信传输的 需要，专用的光纤传输的集成电路和光纤放大器 的研究都有新的突破．相干光纤通信系统的研制 成功将使我们有可能把现有光纤通信容量提高几 个数量级，一次传送距离为几百公里的通信系统 可望建立；新的红外线材料的研究，有可能使光 纤的衰减再减小两、三个数量级，这样可使一次 传输距离达到成千上万公里．这些方面的研制工 作正在进行，它们的实现不少是可望可及的．




二、按光纤的模式分类 1、多模光纤通信系统，采用石英多模梯度光纤作为传输线，因 传输频率受到限制，一般应用于140Mbit/s以下的系统． 2 、单模光纤通信系统，采用石英单模光纤作为传输线，传输容 量大，距离长，目前建设的光纤通信系统都是这一类型的． 三、按传输信号的类型分类 1、光纤模拟通信系统，它是用模拟信号直接对光源进行强度调 制的系统． 2、光纤数字系统，它是用PCM数字电信号直接对光源进行强度 调制的系统．其通信距离长，传输质量高，是被广为采用的系 统．
二、目前广泛使用的光源有半导体发光二极管和半 导体激光器，半导体光源有如下特点： 1、体积小，发光面积可以与光纤相比较，从而有 较高的耦合效率； 2、发射波长适合在光纤中低损耗传输；可以用电 流直接进行强度调制； 3、可以用电流直接进行强度调制，即只要将信号 电流注入半导体激光器或发光二极管，就可以得 到光信号输出； 4、可靠性较高．
信息传输容量大 无电磁干扰 无短路引起的事故 不发生火花 接地设计容易
光纤通信的缺点
使用光引起的
需要光电交换部分 光直接放大难
使用光纤引起的
传输损耗小 传输频带宽 无电磁感应障碍 可忽略串音 重量轻 耐火．耐水 有可挠性 资源问题小 响应速度快 方向性好
电力传输困难 弯曲半径不易太小 需要高级切断接续技术 分路耦合不方便



四、按传输的速率分类 1、低速光纤通信系统，一般传输信号为2Mbit/s或 8MBit/s． 2、高速光纤通信系统，它的传输信号速率为34Mbit/s， 140Mbit/s，以上的系统，有时把速率等于和高于 140Mbit/s的系统才称为高速光纤通信系统． 五、按应用范围分类 1、公用光纤通信系统，邮电部门应用的光纤系统称为公 用光纤通信系统．它包括光纤市话中继通信系统，光纤长 途通信系统，光纤用户环路系统． 2、专用光纤通信系统，指邮电部门以外的各部门应用的 光纤通信系统，例如电力、铁路、石油、广播电视，交通， 军事等的应用都称为专用光纤通信系统．
光电检测器通常采用光电二极管．光电二极管利用半导体接受光 照之后激励电子而形成电流的性质．只要有微弱的光，就能检测 很大的电流． 光电检测器如真空光管，光电倍增管，半导体光电检测器等．半 导体光电检测器体积小，重量轻，价格便宜，使用方便，具有较 好的性能．因此，目前光纤通信常用的是半导体光电检测器，如 PN结光电二极管，PIN光电二极管和APD血崩光电二极管等．





二、端机 1、电端机 电端机，是数字终端设备的简称，是组成光 纤通信系统不可少的部分．它包括PCM基群设 备和高次群复用设备．PCM基群设备是将模拟 的话音信号通过脉冲编码调制，即PCM，变成 数字信号．再通过数字复接技术，将多路PCM 信号变成一路基群信号进行传送，以及将收到的 PCM基群信号通过相反的处理还原成模拟话音 信号的一种设备．