1、光纤通信简史
光纤通信是以光作为信息载体,以光纤作为传输媒介的通信方式。光纤通信技术是近30年迅猛发展起来的高新技术,给世界通信技术乃至国民经济、国防事业和人民生活带来了巨大变革。为了使中国电力通信网的读者对光纤通信的发展历程有个基本了解,现将该技术的进程简要介绍如下。
1966年,英籍华人高锟 (C·K·Kao)预见利用玻璃可以制成衰减为20dB/km的通信光导纤维(简称光纤)。当时,世界上最优秀的光学玻璃衰减达l000dB/km左右。1970年,美国康宁公司首先研制成衰减为20dB/km 的光纤。从此,光纤就进入了实用化的发展阶段,世界各国纷纷开展光纤通信的研究。
光纤的主要作用是引导光在光纤内沿直线或弯曲的途径传播。为了实现长距离的光纤通信,必须减小光纤的衰减。C·K·Kao 早就指出降低玻璃内的过渡金属杂质离子是降低光纤衰减的主要因素。另一方面,玻璃内的OH离子对衰减也有严重的影响。到了 1976年,人们设法降低OH含量后发现低衰减的长波长窗口有:1.31μm、1.55μm。1980年,光纤衰减已降低到 0.2dB/km (1.55μm),接近理论值。这样,使得进行长距离的光纤通信成为可能。
2、光纤通信的特点
与电缆或微波等电通信方式相比,光纤通信的优点如下:
(1)传输频带极宽,通信容量很大;
(2)由于光纤衰减小,无中继设备,故传输距离远;
(3)串扰小,信号传输质量高;
(4)光纤抗电磁干扰,保密性好;
(5)光纤尺寸小,重量轻,便于传输和铺设;
(6)耐化学腐蚀;
(7)光纤是石英玻璃拉制成形,原材料来源丰富,并节约了大量有色金属。
光纤通信同时具有以下缺点:
(1)光纤弯曲半径不宜过小;
(2)光纤的切断和连接操作技术复杂;
(3)分路、耦合麻烦。
由于光纤具备一系列优点,所以广泛应用于公用通信、有线电视图像传输、计算机、空航、航天、船舰内的通信控制、电力及铁道通信交通控制信号、核电站通信、油田、炼油厂、矿井等区域内的通信。
3、光纤通信的多媒体应用
由于多媒体应用信息量大,就性能价格和信号特征而言,必须采用压缩技术,压缩掉人不能分辨的部分以节约频带。假设不使用压缩技术,一个标准的个人电脑上的80MB硬盘只可存储约8min 的具有CD品质的立体声,或约35s的电视广播品质的运动视频。采用压缩磁盘后,CDROM 则可以存储72min 的高保真音乐,或存储20min 的电视广播品质的运动视频。那么位速呢?立体声的CD品质的声音如果不压缩的话,要求网络以每秒钟140万位的恒定速率传送一个比特流,这对于局域网来说是足够的。但是,由于传统的局域网技术是基于在若干个端系统(一般从几十个到几百个)之间共享一条电缆或光纤,因而有太多的这样的数据流无法并行流动。
共享的最大位速范围通常是从10Mbps(以太网技术)到100MbPs(快速以太网或FDDI技术)。当不压缩时,PAL品质的数字运动视频需要 160Mbps/通道。这与已有的共享传送媒体思想为概念的局域网技术是相矛盾的。在长距离通信上存在着采用哪种速度的地面电缆电路, 但是使它们专用单独一个视频通道所需的费用是令人无法接受的。在这种速度下,卫星线路的性能价格比最高,费用仍然很昂贵。所以采用压缩和编码的必要性是显而易见的。
4、光纤通信的发展
20世纪提出了构建信息高速公路的伟大设想。信息高速公路从根本上说是一个全国范围乃至全球范围的宽频带、高速度、高可靠性、无传输错误的先进综合通信网络,它将任何信息源(包括声音、文件、图形、影视、数据等)连接到全部网络,送达千家万户。
一切信息源在数字化以后都是一样的,即 01010101011 这样的 0、1 形式。话音为3kHz,故每秒需传播64K比特。电视为 8MHz,故每秒需传播90M比特。一部90min 的电影片,用现有的电话网络传输,需要两天的时间,这是不现实的。所以必须采用宽频带和高速网络技术。用光纤网络传输,一部电影只要一分钟即可传输完了。我国若采用OC48做成超级干线,一部电影只有4s钟就可以传送完毕。
只有超干线和干线是不够的, 因为到每个用户若用电话线或其他窄带的传输介质接入, 都会成为一个传输瓶颈。 为了解决这一难题,国际上已取得共识,认为利用和改造目前的有线电视网是一条捷径,即改造(或新建)成为混合光缆同轴互联网络(HFC)。从前端以光缆连到光节点,再用同轴作为分配网络,这样系统就能直接把交互型话音、数据和视频信号送入家庭和用户。在电视机上可加装一个机顶变换器(机顶盒),或在计算机上接了一个电缆调制解调器,就可以实现远程教学、远程医疗、电子购物、上网、交互式电子游戏、可视电话、IP电话、电子银行等功能。由此把人们带入一个全新的信息化社会。
5、光纤通信系统的组成
光纤通信系统由以下五个部分组成:
(1)光发信机:光发信机是实现电/光转换的光端机。它由光源、驱动器和调制器组成。其功能是将来自于电端机的电信号对光源发出的光波进行调制,成为已调光波,然后再将已调的光信号耦合到光纤或光缆去传输。电端机就是常规的电子通信设备。
(2) 光收信机:光收信机是实现光/电转换的光端机。 它由光检测器和光放大器组成。其功能是将光纤或光缆传输来的光信号,经光检测器转变为电信号,然后,再将这微弱的电信号经放大电路放大到足够的电平,送到接收端的电端汲去。
(3) 光纤或光缆:光纤或光缆构成光的传输通路。其功能是将发信端发出的已调光信号,经过光纤或光缆的远距离传输后,耦合到收信端的光检测器上去,完成传送信息任务。
(4)中继器:中继器由光检测器、光源和判决再生电路组成。它的作用有两个:一个是补偿光信号在光纤中传输时受到的衰减;另一个是对波形失真的脉冲近行政性。
(5)光纤连接器、耦合器等无源器件:由于光纤或光缆的长度受光纤拉制工艺和光缆施工条件的限制,且光纤的拉制长度也是有限度的(如1Km)。因此一条光纤线路可能存在多根光纤相连接的问题。于是,光纤间的连接、光纤与光端机的连接及耦合,对光纤连接器、耦合器等无源器件的使用是必不可少的。