基本的光纖通信系統(tǒng)

         最基本的光纖通信系統(tǒng)由數(shù)據(jù)源、光發(fā)送端、光學(xué)信道和光接收機組成。其中數(shù)據(jù)源包括所有的信號源，它們是話音、圖象、數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)經(jīng)過信源編碼所得到的信號；光發(fā)送機和調(diào)制器則負責(zé)將信號轉(zhuǎn)變成適合于在光纖上傳輸?shù)墓庑盘?，先后用過的光波窗口有0.85、1.31和1.55。光學(xué)信道包括最基本的光纖，還有中繼放大器EDFA等；而光學(xué)接收機則接收光信號，并從中提取信息，然后轉(zhuǎn)變成電信號，最后得到對應(yīng)的話音、圖象、數(shù)據(jù)等信息。 

　　數(shù)字光纖通信系統(tǒng) 

　　光纖傳輸系統(tǒng)是數(shù)字通信的理想通道。與模擬通信相比較，數(shù)字通信有很多的優(yōu)點，靈敏度高、傳輸質(zhì)量好。因此，大容量長距離的光纖通信系統(tǒng)大多采用數(shù)字傳輸方式。 

　　在光纖通信系統(tǒng)中，光纖中傳輸?shù)氖嵌M制光脈沖"0"碼和"1"碼，它由二進制數(shù)字信號對光源進行通斷調(diào)制而產(chǎn)生。而數(shù)字信號是對連續(xù)變化的模擬信號進行抽樣、量化和編碼產(chǎn)生的，稱為PCM（pulse code modulation），即脈沖編碼調(diào)制。這種電的數(shù)字信號稱為數(shù)字基帶信號，由PCM電端機產(chǎn)生。 

　　抽樣是指從原始的時間和幅度連續(xù)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(shù)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(xù)樣值信號通過一個量化器，四舍五入，使這些幅度變?yōu)橛邢薜腗種（M為整數(shù)），這就是量化。由于在量化的過程中幅度取了整數(shù)，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(xiàn)為接收噪聲，稱為量化噪聲。碼位數(shù)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(guī)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(shù)來表示，每種信號都可以由N個2二進制數(shù)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(qū)別的。 
　　 
　　現(xiàn)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(zhì)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(shè)備（電端機）送來的電信號是適合PCM傳輸?shù)拇a型，為HDB3碼或CMI碼。信號進入光發(fā)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?shù)膍BnB碼或插入碼，再送入光發(fā)送電路，將電信號變換成光信號，送入光纖傳輸。 

　　光發(fā)射機主要包括以下參數(shù)： 
　　發(fā)送光功率（dBm） 
　　光譜特性（波長） 
　　工作帶寬（MHz） 
　　頻道數(shù) 
　　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(shù)字通信系統(tǒng)都是用二進制PCM信號對光源進行直接強度調(diào)制的。光發(fā)送機輸出的經(jīng)過強度調(diào)制的光脈沖信號通過光纖傳輸?shù)浇邮斩?。由于受發(fā)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(qū)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(jīng)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(dāng)于光纖傳輸?shù)慕恿φ?。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-timing），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(xiàn)了全光中繼，通常又稱為1R（re-amplifying）再生。此技術(shù)目前仍然是通信領(lǐng)域的研究熱點。 

　　光學(xué)信道 

　　在通信系統(tǒng)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(xué)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(fù)成數(shù)字信號。由于發(fā)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?shù)腍DB3碼或CMI碼，再送給PCM。 
　　
　　備用系統(tǒng)與輔助設(shè)備 

　　為了確保系統(tǒng)的暢通，通常設(shè)置都有備用系統(tǒng)，就好比對磁盤的備份。正常情況下只有主系統(tǒng)工作，一旦主要系統(tǒng)出現(xiàn)故障，就可以立即切換到備用系統(tǒng)，這樣就可以保障通信的暢通和正確無誤。 

　　輔助設(shè)備是對系統(tǒng)的完善，它包括監(jiān)控管理系統(tǒng)、公務(wù)通信系統(tǒng)、自動倒換系統(tǒng)、告警處理系統(tǒng)、電源供給系統(tǒng)等。 

　　其中，監(jiān)控管理系統(tǒng)可對組成光纖傳輸系統(tǒng)的各種設(shè)備自動進行性能和工作狀態(tài)的監(jiān)測，發(fā)生故障時會自動告警并予以處理，對保護倒換系統(tǒng)實行自動控制。對于設(shè)有多個中繼站的長途通信線路及裝有通達多方向、多系統(tǒng)的線路維護中心局來說，集中監(jiān)控是必須采用的維護手段。