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光纤数字通信系统

       光纤通信系统按照不同的划分方法可以分成这样几类:按传输信号的种类划分有光纤模拟通信系统和光纤数字通信系统;按系统工作保持划分有短波长光纤通信系统和长波长光纤通信系统;按传输信号的速率划分有高速光纤通信系统和低速光纤通信系统等。
       目前,强度调制一直接检测(IM-DD)光纤通信系统是光纤通信系统基本的形式。这里首先介绍数字IM-DD光纤通信系统的组成和基本原理,然后介绍波分复用系统、相干光通信系统和其它的先进的光纤通信系统和技术。
       光纤数字通信系统是数字通信网的一个组成部分,从数字通信网的角度来看,光纤数字通信系统是以光纤作为媒介,提供了一个数字链路。典型的光纤数字通信系统如图31所示。系统由电端机、光端机、光缆线路、光中继器、备用系统、辅助系统组成。
光纤通信系统示意图
图31     光纤通信系统示意图
1. 电端机
      电端机包括PCM基群终端机和高次群复接(或分接)设备。
      电发射端机的作用是把模拟信号转换为数字信号,完成PCM编码,并按照时分复用的方式把多路信号复接、合群,从而输出高比特率的数字信号。
      电接收端机则完成电发射端机的相反变换。
2. 光发送端机
       光发送端机主要完成电/光变换,主要包括输入接口、线路编码、调制电路、光源及其控制电路等部分。光发送端机在前面已经介绍过。
3. 光中继器
       在长途光纤通信系统中,由于光纤存在的损耗会造成光能量的损失,光纤的色散会造成光脉冲的畸变,从而增加传输线路的噪声及使系统误码性能劣化,使信息传输质量下降。因此,每隔一定距离(50〜70km)必须设置一个光中继器,以补偿由光纤传输所产生的信号衰减和畸变,使光脉冲得到再生。
光中继器
       光中继器的主要功能是补偿光能量的损耗,恢复信号脉冲的形状。传统的光中继器釆用光一电一光的转换形式,即先将收到的微弱光信号用光检测器转换成电信号后进行放大、整形和再生后,恢复出原来的数字信号,然后再对光源进行调制,变换为光脉冲信号后送入光纤继续传输.以延长中继距离。这种光中继器又叫做3R中继器。
       自20世纪80年代末,掺弭光纤放大器(EDFA)问世并很快实用化以来,光放大器已经开始代替传统的光中继器,特别是在高速光纤通信系统中。光放大器能直接放大光信号,对信号的格式和速率具有高度的透明性,使得整个系统更加简单和灵活。在光放大器中,掺饵光纤放大器应用最为广泛,它具有高增益、低噪声、对偏振不敏感、放大带宽较宽等优点。目前的实用的光放大器尚没有整形和再生的功能.在采用多级光放大器级联的长途光纤通信系统中,需要考虑色散和放大器的自发辐射噪声积累的问题。
4. 光接收端机
        光接收端机主要完成光电变换功能,主要包括光电变换、前置放大、均衡滤波、判决、译码、自动增益控制(AGO,时钟恢复及输出接口等几部分。
光接收端机
5. 备用系统
        由于光器件的可靠性比电子器件差,为了保证通信系统的通畅,必须设置备用系统。备用系统包括光端机、光纤和光中继器,但电端机一般无备用系统。备用系统可供一个或多个主用系统共用,当某一个主用系统出现故障时,即可倒换至备用系统。
6. 辅助系统
       辅助系统是为了保证光纤通信系统的信号可靠传送,以及整个光纤通信网络的管理、运行和维护而设置的,它包括监控管理系统、公务通信系统、自动倒换系统、告警处理系统、电源供给系统等。