为什么我们要自找麻烦

十二、为什么我们要自找麻烦

用光信号通过光纤来传输信息，有种种的优势。不过，现实生活中我们需要传输的信息多种多样，语言、文字、音乐、图像、数字……显然，要用光传输这些信息，就必须把这些形式多样的原始信号转换为光信号，然后输入光纤传送，在接收端再从光信号中还原出原始信号来。

现代的光纤通信的模式，是将需要传输的信息如音乐数字等先转换为电信号。然后，通过光发射机部分把电信号转换为光信号（也就是调制），再发射出去，到了接收端，通过光接收机把接收到的光信号转换为电信号，再还原为原始信号（如：送入喇叭发出声音，或送入计算机还原为文字图像等）。也就是说，光纤通信遵循的是原始信号→电信号→光信号→电信号→原始信号的信号转换流程。

有朋友要奇怪了，何必这么麻烦呢？直接把需要转换的原始信号变成光信号，然后送进光纤传输，在接收端直接还原不就得了么，干吗还要经过电信号这个中间环节？

这是因为，尽管目前电信号从远距离传输的效果上不如光纤中的光信号，但就整个领域来看，电信号依然是信息时代的主力。别的不说，我们日常生活中的各种现代设备，大都是用电驱动和控制的，计算机也是电子计算机。因此，电信号的存储、处理、分析、转换已经形成了相当完善的一套机制。语言、文字、音乐等各种信号转化为电信号的技术也非常成熟。而目前还没有较为成熟的光信号处理技术可以完全取代这套完善的电子技术。

在这种情况下，要把每种信号都直接转化为光信号，就必须发展一套全新的光处理技术，其难度很大。相反，采用现成的技术，先把各种信号统一转化为电信号，再通过光电转换技术转化为光信号，在光纤中传输，看似多了一道工序，却能够利用已经成型的电子技术，只需要研究良好的光电转换技术，这样实现就容易得多。也就是说，自找麻烦的根本原因，还是为了减少麻烦。

如图6-11所示为点到点通信的光纤传输系统基本框图。现以数字电话传输为例来说明。

信息是来自电话机的话音。调制器是将话音数字化后进行脉冲编码调制。但通常是多路电话信号合起来传输，也就是还要进行时分复用。光发信机是将多路的电话数码经电—光变换成光信号，送入光纤。经光纤传输，光信号会减弱并有畸变。若通信距离较长，中间要加中继机，用来对信号进行放大和整形。在接收端，光信号再变为电信号，再经分路和解码，恢复出多路话音信号，最后送到用户。该图只是单向通信的情况，真正电话业务还需反方向传输。

图6-11　光纤通信系统

一根光纤上传输多路信号，采用的复用方式有多种，主要有：

时分复用：按时间划分，也就是将多路信号依次轮流地发出去。在一个时间间隔内，只有一路信号在传送。多路电话传输常采用这种方式。另一种叫副载波复用：将各路信号对不同的电载波频率进行调制，即把它们搬移到互不重合的频段，集合在一起再经电—光变换后，用一个光载波传送。为了有别于光传输所用的光载波，这些完成多路信号复用功能的载波称为副载波。多路电视在光纤中传送就是用这种办法。一根光纤上可传送84路电视。

还有一种方法叫波分复用，它将多路信号变换成不同波长的光波，它们都在一根光纤中传输。采用波分复用的优点是可以充分利用光纤的带宽。

再看另一种情况：

我们要把一副彩色照片传输给千里之外的友人。光纤通信应该怎么完成这个任务？

彩色照片从本质上是一种光信号，那么，能不能把彩色照片的光直接送入光纤传输，然后由友人在另一端接收呢？

试试看，不行！

为什么不行，是因为照片的光强度不够么？那如果我们加强光照，是不是就可以了呢？

想像一下，你的朋友拿起一段光纤的断头，然后从它的截面射出一缕光线，投射到墙上，如放映机般形成一副照片？这大概是童话了。

并不是所有的“光信号”都能在光纤中有效传输的。光纤通信中，在光纤中传输的光必须满足下面三个条件：

首先，光信号的功率要大，以便于传输尽量远的距离。

其次，光信号中包含的各种波长的光，其跨度（也就是光谱）越窄越好。因为如果光信号中包含的各种波长的分量跨度太大，在光纤中传输时，这些波长相差太多的光分量会在到达时间上相差太大，从而引起信号的混乱。

再次，由于不同波长的光在光纤上传输，其损耗是不一样的。现在普遍使用的石英光纤，对波长在0.85微米左右的、1.31微米左右的和1.55微米左右的这三个波段的光纤，其传输损耗最低。因此，我们选择的光源应该能发出位于上述三个波段的光。

现在大家可以明白，为什么我们要传输的照片、电影等光信息，不能直接输入光纤了。因为就说一幅彩色照片，里面包含的“光信息”实在太丰富了。这些光大多不满足上述的条件。这样丰富的光信号一起涌进光纤，其中大部分很快会因为损耗太大而散失殆尽，其他的就算能够送到接收端，也是延迟的延迟，干扰的干扰，整个就是一团乱麻，根本不可能恢复原来的信号。

因此，实际上我们通过光纤传输照片，必须先通过计算机运算，按照一定的规则将这幅照片转化为一些数据，然后把这些数据转化为电信号的脉冲，再通过光发射机把电脉冲转化为光脉冲发射出去。传输到接收端后，由接收机把光脉冲转化为电脉冲，由计算机读取数据，再根据数据把这幅照片恢复出来，即可显示给朋友看了，如图6-12所示。在这里，这幅照片的转换过程是：

光信号→数据信号→电信号→光信号→电信号→数据信号→光信号。

看似麻烦，却是必须。

图6-12 传输图像方框图