杨富印 尹树华 陈光静
(解放军西安通信学院，陕西 西安 710106)
摘 要：本文对光纤通信中几个问题进行了探讨。通过对这些问题的研究，将有助于对光纤通信技术的正确理解，便于解决光纤通信系统中出现的问题。
关键词：光纤通信；色散； 传播速度； 通道干扰； 编码方式；同步数字系列
光纤通信技术的迅猛发展使得通信技术经历了革命性的变革，从事光纤通信产业的管理、计划、设计及工程维护人员对光纤通信技术正确的理解十分重要。本文将就光纤通信中容易混淆的几个问题进行讨论。
一、光纤通信中调制方式的分类
以往传输系统的调制方式是按照传输媒质中所传输的信号类型来分类的。通常，传输媒质中所传输的信号属于数字信号，则系统调制方式为数字调制方式；传输媒质中所传输的信号属于模拟信号时，系统调制方式为模拟调制方式。在光纤通信系统中，光纤通信的调制方式常常是按照调制信号的类型来分类的。如果调制信号属于数字信号，则系统调制方式称为数字调制方式；若调制信号属于模拟信号，则系统调制方式称为模拟调制方式。
二、光纤中传输的是模拟信号
在光纤传输系统中，常用强度调制方式下已调信号的电场表达形式：
式中Am(1+mx(t))为已调信号的包络；
Am为已调信号的包络幅度；
m为调制系数；
x(t)为归一化的调制信号；
cos(ωt+φ)表示了光载波的变化规律；
ω为光频率。
若调制信号为二进制信号，则（1）式写成下式：
从（1）、（2）式中看出，已调信号幅度是连续的。严格地说，在强度调制方式下，光纤中传输的信号一定是模拟信号。
三、光纤中光信号的传播速度比电缆中电信号的传播速度慢
1. 信号的传播速度表达式
信号在传输媒质中以波的形式传播，其速度通常使用传播速度（即群速）。传播速度是表征信号在传输介质中传播快慢的程度。
根据电磁场理论，光纤中光信号的传播速度表达式为
式中c为光在真空中的传播速度，近似为3×105km/s；
n为介质的折射率，在光纤中其值约为1.5；
λ为信号的波长，在光纤中典型值为0.85、1.31及1.55μm；
f为信号频率，在光纤中约为3×1014Hz。
2. 光信号传播速度与电信号传播速度比较
在一定约束条件下，理论表达式总是能够给出被表达量比较准确的值，但是，对一个表达量进行比较准确地计算要知道许多的已知量。由于实际的环境千差万别，使得这些已知量准确值往往非常难以获得。所以，实际工作中的已知量值常常都是通过测量获得的。
根据测量结果，单模光纤中光信号的传播速度近似表达式为
ｖg=c/n1（5）
式中n1为光纤轴心处的折射率。
代入数据后，就可以得出单模光纤中光信号的传播速度近似值为2×105km/s。虽然这是对单模光纤而言的，但就其量级而言对多模光纤也是有效的。
根据对电缆线路的测量结果，我们也可以给出电信号的传播速度近似值：根据不同的线路（明线、对称电缆及同轴电缆）形式，传播速度在2.0～2.8×105km/s之间变化。
通过分析可看出：一般情况下，光信号在光纤中的传播速度要小于电信号在电缆中的传播速度。
四、混合传输介质中两种信号传播速度差异对传输的影响
混合传输介质是指在整个传输系统中由电缆和光缆组成的全部传输介质。现在只讨论信息经过电缆传输后再经由光缆传输的情况。由于信息在电缆中的传播速度要比光缆中快，所以会在电缆和光缆的交界处形成信息的堵塞。这种堵塞现象严重时，会影响到系统传输信息的质量，甚至导致信息的丢失。
之所以造成信号传输质量下降是因为电缆和光缆中信息传播速度的差异。另外，光缆的长度越长，发生信息堵塞的程度就越严重。
从电缆、光缆的传播速度及光缆的长度角度考虑解决传输质量问题是不现实的。实际采用的方法是在电缆和光缆交界处引入缓存器来解决这种问题。其原理是：当没有信道资源可供利用时首先把待传输的信息暂时存储起来，不使这些信息发生丢失现象；在有信道资源可供利用时，则将存储于缓存器中的信息再发送到信道上去传输。
五、对教科书中光纤总色散表达式的商榷
1. 模式理论给出的表达式
设单一模式的相移常数为β，则相应的群速为
材料色散和波导色散表达式分别为
式中ω为光波的频率；
k0为光在真空中的传播常数；
λ0和λ分别为光在真空、光纤中的工作波长；
c为光在真空中的速度；
n1为光纤纤芯的折射率；
V为光纤的归一化频率；
b是与模式的相移常数（β）、归一化频率（V）等有关的参数。
因此，可以得出多模和单模光纤的总色散。多模光纤的总色散表达式为
其中，τM为多模光纤特有的模式色散。
2. 一般教科书给出的表达式
在很多教科书中，多模和单模光纤的总色散表达式一般表示如下：
多模光纤的总色散：
其中，τM为多模光纤的模式色散。这些表达式主要是基于光纤通信发展初期的、工程上的、近似的表达式。
3. 严格的多模和单模光纤总色散表达式
通过对2类表达式的比较发现，它们的区别主要在τm和τw的关系上，显然波导理论给出的表达式是严格的。下面分析其原因：
波导理论是一种任何传输过程的准确分析方法，而工程方法只是为了使用简单的近似方法。在计算多模光纤的总色散方面，2种表达式没有多大差异（多模光纤的总色散主要决定于模式色散，满足关系：τM>>τm>τw）。但是，在用一般教科书给出的表达式计算单模光纤总色散时存在非常大的误差，而且它不能解释单模光纤的"零色散"现象（因为τm和τw不是同时为0，所以单模光纤不存在"零色散"现象，这与实际是不相符合的）。
六、波分复用技术的通道干扰
波分复用器的通带定义为波带内不大于0.5 dB衰减所对应的频率或波长宽度，如曲线1所示。为了保证传输信号的质量，要求信号只能在对应的频带或波带内工作。
从曲线1可以看出，离开通带中心波长越远，信号受到的衰减就越大。
波分复用器通道的插入衰减如曲线2所示。
从插入衰减曲线中可以看出，临近通道的信号在特定通道的衰减不为无限大。这意味着，临近通道的信号将会串扰至特定的通道内，对特定通道的信号产生影响，这就是通道干扰现象。从理论上说，没有办法使串扰到临近通道的信号为零，即通道干扰一定会存在，只是尽可能将串扰信号降低到可以忽略的地步。所以只要使用波分复用器，通道干扰就不可避免，只是通道干扰的大和小而已。
七、SDH传输编码方式与SDH同步的实现
1. SDH传输编码方式
设备的横向兼容性是指不同厂家之间设备的相互替代能力。由于ITU-T没有对PDH光纤通信系统的线路编码方式进行统一，因此就线路编码方式而言PDH光纤通信系统根本不具备横向兼容性。相同的线路编码是实现SDH横向兼容性的一个重要条件，因此规定了统一的线路码型--NRZ化的复位扰码。
有时候，复位扰码也称为帧定位扰码。与低速（速率≤34 Mbit/s）系统中的自同步扰码比较，复位扰码的主要优点是误码扩展系数小（实用中一般自同步扰码误码扩展系数为3，复位扰码误码扩展系数为1）。在扰码器和解扰码器的实现上，主要是给自同步扰码器增加了一个由帧定位码决定的"复位"脉冲（由于该脉冲的作用是将扰码器周期性地置位，所以习惯上将该脉冲称为置位脉冲）。在要求的随机性性能上，复位扰码与自同步扰码没有什么区别。
在同步状态下，扰码器输出的扰码信号为
式中Sk为信源码；
ak为移位寄存器产生的m序列。
在接收端，解扰码器输出的信号为
即如果传输中不出现误码，解扰码后就可以恢复出原来的信源码。
2. SDH同步的实现
SDH信号的同步码的产生过程是在再生段端终端功能块(RST)中完成的，而扰码是在同步物理接口(SPI)中完成的。根据对应原则，SDH信号的接收也应该是先在SPI中实现解扰码，而在RST中完成同步码的检测。但是，解扰码是需要同步码的接收支持的，这样又要求先接收同步码后进行解扰码过程。如果要先接收同步码后进行解扰码，则由于同步字被扰码而无法提取。这样，在接收同步码和解扰码之间就存在着矛盾。
在SDH扰码方案中，通过规定再生段开销RSOH第一行（其中包含了同步码）不扰码而很好地解决了接收同步码和解扰码之间存在着的矛盾。
通过对上述几个问题的研究，将有助于对光纤通信技术的理解、分析和解决光纤通信系统中出现的问题。
参考文献
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［２］杨祥林．光纤通信系统［Ｍ］．北京：国防工业出版社，2000.
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