通信系统中信号衰减对传输质量影响的研究 毕业论文(4)

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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。

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。

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。

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。

目前实用的光纤通信系统都采用直接检波系统。直接检波系统就是在发送端直接把信号调制到光波上，而在接收端用光电检波管直接把被调治的光波检波为原信号的系统。电端机就是一般电信号设备，例如载波机或电视图象发送与接受设备等。光端机则是把电信号转变为光信号（发送光端机），或把光信号转变为电信号（接收光端机）的设备。发送光端机的作用是将发送的电信号进行处理，加在半导体激光器上，使电信号调制光波，然后将此已调制光波送入光导纤维。已调制光波经光导纤维传送至接收光端机的半导体光电管上检波。检波后得到的电信号经过适当处理再送接受电端机，然后按一般电信号处理。这就是整个光纤通信的过程。这个过程和一般无线电通信过程是十分相似的。当然光线通信的空间传输手段是光导纤维，这与一般无线电通信在空间传输电波的情况是不同的。直接检波系统的基本优点是构成简单，就当前光波技术水平来讲现实可行。同时由于光波频率极高，在这样系统上传送上万路电话，几十路电视并不困难，完全可以满足目前通信的需要。因此直接检波系统是光纤通信当前较多采用的形式。

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光发信机电机端光纤调制光检查判决再生光纤光源光收信机光检测电机端放大光源

图2-1光纤通信系统的组成

2.2.2光纤通信系统的分类

(1)按波长分类

短波长光纤通信系统，工作波长在0.8~0.9μm范围，典型值为0.85μm，这种系统的中继间距离较短，目前使用较少。

长波长光纤通信系统，工作波长在1.0~1.6μm范围，通常采用1.3μm~1.5μm两种波长。这类系统的中继距离较长，尤其是采用1.5μm零色散位移的单模光纤时，140Mbit/s系统的中继距离可达到100Km。

超长波长光纤通信系统，采用非石英光纤，例如卤化物光纤，工作波长大于2μm时，衰减为10-2~10-5dB/Km，可实现1000Km无中继传输。

(2)按光纤的模式分类

多模光纤通信系统，采用石英多模梯度光纤作为传输线路，因传输频率受限制，一般应用于140Mbit/s以下的系统。

单模光纤通信系统，采用石英单模光纤作为传输线，传输容量大，距离长。目前建设的光纤通信系统都是这一类型的。

(3)按光纤的传输型号分类

光纤模拟通信系统，它是用模拟信号直接对光源进行强度调制的系统。 光纤数字系统，它是用PCM数字电信号直接对光源进行强度调制的系统，其通信距离长，传输质量高，是被广泛采用的系统。

(4)按传输速率分类

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低速光纤通信系统，一般传输信号速率为2Mbit/S或8Mbit/S。 高速光纤通信系统，它的传输信号速率为34Mbit/S、140Mbit/S以上的系统。有时把速率等于140Mbit/S和高于140Mbit/S的系统才称为高速通信系统。如1.5G/S,2.5G/S等。

(5)按应用范围分类

公用光纤通信系统，电信部门应用的光纤通信系统称为公用光纤通信系统，它包括光纤市话中继通信系统，光纤长途通信系统，光纤用户环路通信系统等。

专用光纤通信系统，指电信部门以外的各部门应用的光纤通信系统，例如电力、铁路、交通、石油、广播、银行、军事等应用的部门，统称为专用光纤通信系统。

2.2.3光纤通信技术技术功能构成

光纤通信是利用光作为信息载体、以光纤作为传输的通信方式。在光纤通信系统中,作为载波的光波频率比电波的频率高得多,而作为传输介质的光纤又比同轴电缆或导波管的损耗低得多,所以说光纤通信的容量要比微波通信大几十倍[9]。光纤是用玻璃材料构造的,它是电气绝缘体,因而不需要担心接地回路,光纤之间的串绕非常小;光波在光纤中传输,不会因为光信号泄漏而担心传输的信息被人窃听;光纤的芯很细,由多芯组成光缆的直径也很小,所以用光缆作为传输信道,使传输系统所占空间小,解决了地下管道拥挤的问题。

光纤通信在技术功能构成上主要分为:(1)信号的发射;(2)信号的合波;(3)信号的传输和放大;(4)信号的分离;(5)信号的接收。

2.2.4光纤通信技术的特点

(1)频带极宽,通信容量大。光纤比铜线或电缆有大得多的传输带宽,光纤通信系统的于光源的调制特性、调制方式和光纤的色散特性。对于单波长光纤通信系统,由于终端设备的电子瓶颈效应而不能发挥光纤带宽大的优势。通

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常采用各种复杂技术来增加传输的容量,特别是现在的密集波分复用技术极大地增加了光纤的传输容量。目前,单波长光纤通信系统的传输速率一般在2.5Gbps到10Gbps。

(2)损耗低,中继距离长。目前,商品石英光纤损耗可低于0~20dB/km,这样的传输损耗比其它任何传输介质的损耗都低;若将来采用非石英系统极低损耗光纤,其理论分析损耗可下降的更低。这意味着通过光纤通信系统可以跨越更大的无中继距离,对于一个长途传输线路,由于中继站数目的减少,系统成本和复杂性可大大降低。

(3)抗电磁干扰能力强。光纤原材料是由石英制成的绝缘体材料,不易被腐蚀,而且绝缘性好。与之相联系的一个重要特性是光波导对电磁干扰的免疫力,它不受自然界的雷电干扰、电离层的变化和太阳黑子活动的干扰,也不受人为释放的电磁干扰,还可用它与高压输电线平行架设或与电力导体复合构成复合光缆。

(4)无串音干扰,保密性好。在电波传输的过程中,电磁波的泄漏会造成各传输通道的串扰,而容易被窃听,保密性差。光波在光纤中传输,因为光信号被完善地限制在光波导结构中,而任何泄漏的射线都被环绕光纤的不透明包皮所吸收,即使在转弯处,漏出的光波也十分微弱,即使光缆内光纤总数很多,相邻信道也不会出现串音干扰,同时在光缆外面,也无法窃听到光纤中传输的信息。

除以上特点之外,还有光纤径细、重量轻、柔软、易于铺设;光纤的原材料资源丰富,成本低;温度稳定性好、寿命长。由于光纤通信具有以上的独特优点,其不仅可以应用在通信的主干线路中,还可以应用在电力通信控制系统中,进行工业监测、控制,而且在军事领域的用途也越来越为广泛。

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3光纤中信号衰减的原理

3.1光纤中信号衰减特性计算

光波在光纤中传输时，光功率随着传输距离的增加而减少，这种减少称为光纤的衰减，可用下式定义：

P(i)=P(o)10

?10式(3-1)

式中，P(i)为输入光功率值(W瓦特)，P(o)为输出光功率值(W瓦特)，?为衰减系数(dB/km)。

当光纤损耗均匀时，其损耗常用衰减系数可用?(?)来表示：

?(?)?10lg[P(i)](dB/km) P(o)式(3-2)

式中，?(?)为在波长为时的光纤衰减系数。常用的石英玻璃系列单模纤维的衰减系数在1310nm波长处约为0.35dB/km，在1550nm处波长约为0.20dB/km。

假如某光纤的衰耗系数为a=3dB/km，则意味着经过一公里光纤传输Pi/Po= 100.3= 2后，其光信号功率值减小了一半。

长度为L 公里的光纤总的衰耗值为：

A??(?)L

式(3-3)

对于单模光纤，按照0.18dB/km 的衰耗。对于一个光信号，若经过EDFA 放大后输出功率为+5dBm ，其接收端的接收灵敏度若为-28dBm ，则放大增益为33dB ，除以衰耗系数，除数距离为33/0.18=183公里，考虑老化等情况，可传输120km 以上。单模光纤在1310nm 和1550nm 波长区的衰减常数一般分别为0.3~0.4dB/km(1310nm) 和0.17~0.25dB/km(1550nm) 。ITU-TG.652建议规定光纤在1310nm和1550nm的衰减常数应分别小于0.5dB/km 和0.4dB/km。实际应用中，光信号的长距离传输要求信号功率足以抵消光纤的

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