光信号的驿站

十七、光信号的驿站

在光纤通信中，尽管传输信号的通道——光纤，信号在其中的损耗比电缆中的要小得多，但经过更长（例如数十千米）的传输之后，信号还是会减弱到难以检测的程度。而现代通信往往需要上千乃至上万千米的距离。经过这么远的传输，光纤性能再优良，恐怕信号也一路损耗，剩得不多了。

此外，在传输的过程中，信号会受到噪声的干扰而发生失真。如果放任不管，远距离的传输，噪声会逐渐积累，以致于信号会面目全非。这时，指望把信号送进光纤后就“一条路跑到黑”，安心等着在另一端接收的话，对方收到的很可能只是根本感受不到的微弱信号，或者掺杂了大量杂音的一团噪声。

欲解决这个问题，最直接的办法是把最初的信号加强。信号加强了，即使有损耗也能感受到；信号加强了，有噪声对其影响也不大。

问题在于，这个信号能加到多强呢？

石英光纤，传输1千米，信号能量损失为4%左右。传输100千米之后，信号能量就只剩下原先的1.7%，而难以被辨别了。假设这是原先光信号传输的极限，那么，要想使得光信号多传递1000千米，就需要把最初的信号强度增加53亿亿倍……是否可行？当然是行不通的。

想像一对恋人在那辽阔的平原上，相距达数十千米之遥。小伙子仰望着朝热恋的姑娘喊话，只怕嗓子喊哑了那位姑娘也不可能听见。因为话音传入空中，最多几百米，便会被大气吸收消散。数十千米的距离是太远了。

但是，如果我们能用1000个热心的朋友站在两个人中间，每隔几十米站一个。小伙子只需要朝离他最近的第一个朋友喊话，第一个朋友听到后，把同样的话朝第二个重复，这样一个传一个，就会直传到姑娘的耳朵。那么，这绵绵情话就可以通过1000个朋友的接力传递而成功抵达了。这就是通信中的中继（图6-16）。

图6-16　光通信中继站

对于光纤通信系统或者其他的通信系统，欲解决长距离通信，都是靠中继的方式来完成的。如图6-17所示，中继要完成的任务，一方面是把传输中减弱的信号放大，另一方面则是设法去除掉传输中混入信号的噪声影响，重新生成“干净”的信号，称为信号的“再生”。好比信号“旅途”中的旅馆，让信号“吃饱喝足，洗去污垢”，然后开始继续“旅行”，直到到达目的地。

图6-17　光通信的中继结构

在同轴电缆中，一般每隔几千米，就要进行一次中继，为信号补充在传输中损耗的能量。在微波通信线路中，由于信号损耗小，中继距离可以延长到40千米左右。而在光纤通信中，可以每隔50千米甚至几百千米以上才进行一次中继。