[摘要]研究光纤通信系统的基本原理以及其发展的历程,通过对现代光纤通信的关键技术的研究,给出光纤通信系统的实际应用价值。
[关键词]光纤通信 关键技术 性能指标
中图分类号:TN929.1文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)0920010-01
一、引言
随着社会的不断发展,人类对于通信的需求在不断的增加,对通信的速度质量要求也在不断的提升。自从光纤通讯技术诞生到现在,光纤通讯系统呈几何倍数的增长,而且还远远没有达到光纤通信的容量极限,人们还在不断的挖掘光纤通信技术的潜力,提升通讯的质量和容量。
二、光纤通信基本原理及发展过程
光纤通信是利用光纤和激光的特性来实现,利用激光的相干性和方向性,使用激光作为信息的载体在光纤中进行传输的通信方式。
光纤通信系统最基本的组成是数据源、光发送端、光学信道和光接收机。数据源就是信号源,是要传递的信息的不同的载体形式,可以使语音,图像,数据等,这些信息是经过编码处理的;光发送机和调制器是将信号调制成适合在光纤中进行传输的光信号。光学信道是指作为传输的介质光纤还有中级放大器等设备。光接收机是上述发送信号的逆处理过程,从光信号中提取还原原来的信息。
光纤通信系统的发展十分迅速,技术更新快,传输速度以及质量不断提高,可以将光纤通讯技术的发展过程分为如下四个阶段:
第一阶段(1966-1976年),这个时期是光纤通信从研究到实际应用的过程,主要实现了短波长低速率的多模光纤通信系统。第二阶段(1976-1986年),这一段时期主要是对对实用阶段的光纤通信系统进行改进优化,提升传输速率和传输距离。光纤从多模发展到单模,并且工作波长发展到了1310nm的长波。第三阶段(1986-1996年),这时期是全面的深入发展光纤通信系统,实现1550mn色散位移单模光纤通信系统,并且一些关键技术得以研究实现。第四阶段(1996-),这时期是在上述研究的基础上实现了密集波分复用DWDM技术,极大地改进了光纤通信系统的性能,并且利用光放大器实现了传输距离的延长,并且利用时分复用ETDM高单波长的传输速率,利用DWDM提高单根光纤的传输容量等,并且还有很多的关键技术加入到实际应用中,大大推进了光纤通信系统的更新换代。
三、光纤通信系统的关键技术
现代的光纤通信系统正式由于一些关键技术的解决,得以更加迅速的发展,这些关键技术主要有以下几种:
1.拉曼放大技术。放大器是光纤通信系统中的中医环节,放大器主要是实现了信号的载体光波的放大,提升传输过程中信号的质量,无中继传输的距离和带宽等。传统的掺铒光纤放大器(EDFA)对于当前的光纤通信系统的容量的快速增长和传输质量带宽严格要求已经有些吃力,增益平坦度和放大的ASE噪声等已经不能满足现代光纤通信系统的需要了,在这个时候光纤拉曼(Raman)放大器(FRA)由于其放大范围更加宽噪声系数更低而成为了放大器选择的焦点。
拉曼放大时利用光纤中的非线性效应受激拉曼散射来实现放大的,拉曼放大器由于是利用光纤的固有特性来实现的信号放大,所以对光纤传输不产生额外的损耗。并且同传传统的掺铒光纤放大器相比,拉曼放大器具有噪声低,并且设计简单增益带宽较宽等有点。
2.前向纠错编码(FEC)技术。纠错编码技术是在光纤超长距离传输中一项重要的技术,主要是为超长距离传输增加系统余量。增加余量是通过在信号中添加冗余信息,这个冗余信息是少量的,并且检查剔除传输过程中由于噪声引起的误码,从而获得较高的传输质量。在现代光纤通信系统中应用最多的纠错编码技术是前向纠错技术,这种技术是在信号被传输前对其编码进行特殊处理,添加一定的冗余编码,并在接收端根据编码时的规则对其进行解码还原,并对误码进行纠错。
3.色散补偿技术。色散补偿是针对在光纤传输中脉冲展宽,发生色散现象,传输的信号发生畸变,引起光纤通信系统通讯质量严重下降而必不可少的技术。色散补偿技术是采用补偿的思路来实现色散的解决,通过采用和色散系数符号相反的光纤或者装置来实现补偿。具体的方法主要有传统的色散补偿光纤法和新型的啁啾光纤光栅法。
4.新型光调制码型。现在光纤通信系统中调制码型的选择是与正特通讯系统息息相关的,并且光纤种类、传输系统间距、距离、信道数目和信道间隔等多方面这些都互相影响。并且在光的物理传输上还要考虑偏振模色散和带间和带内非线性效应等。
四、光纤通信系统的性能指标评价
光纤通信系统的性能主要以信息传输速率,符号传输速率以及频带利用率来进行评价。
1.信息传输速率。信息的传输速率是以每秒所传输的信息量来判断的。信息量在信息论中给出了定义,发信源出的一个二进制码所含的信息就是一个比特,比特是衡量信息量的度量单位。信息传输速率的单位是比特每秒(bit/s)。
2.符号传输速率。符号传输速率是指在单位时间内传输的码元的数目,所以也叫做码元速率,和信息传输速率不同的是,这个码元可以使二进制的还可以是其他进制的,但是它们之间可以通过进制进行换算,可以讲符号传输速率中的符号转换到二进制码元来进行计算,具体的转换公式为:
式中:M-符号的进制数(如M=2为二进制;M=8为八进制);R-信息传输速率;N-符号传输速率。
3.频带利用率。只通过传输速率来评价光纤通信系统是比较片面的,在传输算率相同的两个系统中,还要考虑其效率如何,这个就是反应在频带利用率上面。频带利用率是指信息所占的信道频带的宽度,光纤通信系统占频带的宽度越大,说明传输的路径宽度越大,传输的信息的能力越大。所以很亮现代光纤通信系统的性能指标应该是将上述几点结合起来,就是评价单位频带内系统的传输速率。
五、结束语
自从通讯在人类的生活中占有不可或缺位置开始,还没有一种技术可以像光纤通信这样在通讯技术领域这么普及,成为最主要的信息传输技术,并且无论通讯技术发展的高峰还是低估,光纤通信都没有体制其发展的脚步,并且其未来发展前景也一直十分诱人。在我国现代通讯发展的历程中,光纤通信已经成为未来通信发展的主流,并且全光网络时代的到来也指日可待。
参考文献:
[1]张劲松、陶智勇、韵湘编著,光波分复用技术[M].北京:北京邮电大学出版社,2002.
[2]刘增基、周洋溢、胡辽林、周绮丽编著,光纤通信[M].西安:西安电子科技大学出版社,2001.
[3]李玉权、崔敏编著,光波导理论与技术[M].北京:人民邮电出版社,2002.
[4]杨志勇、杨铸,前向纠错码在高速光纤通信系统中的应用[J].光通信研究,2001,(3):1-3.
作者简介:
白振旭(1987-),男,重庆邮电大学06级光信息科学与技术专业本科生。