光纤通信系统的基本组成

光通信系统可以分为两大类：导波光波系统和非导波光波系统。人们常说的光纤通信系统实际上就是导波光波系统，光信号在空间上的传输受到限制，只能在光纤中传输。而另一种非导波光波系统就是自由空间光通信（FSO）系统。比如烽火台就是最早的FSO的典型代表。FSO有比较大的带宽，架设也比较简单，因此在卫星通信、宽带接入等领域有着重要的作用。

一般人们常说的光波系统指的是光纤通信，虽然它还应该包括非导波光波系统。本章将介绍光纤通信系统的基本组成。

一个简单的光通信系统如图1.3.1所示，其主要包括光发射机、光纤、光放大中继器、以及光接收机。从光发送机到光接收机是光信息的传输通道，称为光信道，其主要功能是把信息可靠有效地从始端传送到终端。各部分的作用简述如下。

图1.3.1　一个简单的光通信系统

①PCM电端机包含了信源编码与TDM，同时，解TDM与信源解码也称PCM电端机。PCM电端机是常规电通信中的载波机、图像设备以及计算机等终端设备，需要传输的信息信号包括语音、图像、数据等。对于数字通信来说，信号在电端机内要进行A／D以及D／A转换，变换成数字信号。

②光发射机包括光源、驱动电路以及调制器等，它将电端机来的电信号经编码后调制光源（直接调制）或驱动调制器调制光源输出的光波（外调制）产生载有信息的光信号，以完成电－光转换。光纤通信系统使用的光源主要有两种：激光二极管（LD）和发光二极管（LED）。光源的发射功率越大，传输距离越长。LD的发射功率约为0～10dBm，而LED发射功率要小很多，大约小于－10dBm。同时，由于LED调制速率比较低，所以大多数光通信系统所采用的光源是LD。

③光信道是将光源发射的光信号传送到远处的接收端，它可以是光纤（导波光波系统），可以是大气（非导波光波系统）。

④光接收机用于完成光－电转换。接收的光信号由光检测器检测转换成电信号，然后放大解调、判决再生，送入电端机恢复成原信号。光通信用的半导体检测器主要是PIN光电二极管和APD光电倍增管。

由于大多数的光通信采用的是直接检测的方式，数字信号的解调由判决电路来决定。按电信号的幅值判定为1或者0。判决的精度决定于光检测器电信号的信噪比（SNR），即信号与噪声的比值。性能可用误码率（BER）来衡量，它定义为发现误码的平均概率。

接收机的一个主要性能参数是接收灵敏度。它是BER＝10－9的最小平均接受光功率。光信号以及接收机中的各种噪声源都能影响灵敏度。接收机的灵敏度与码速成反比的关系，码速越高，灵敏度越低。

光放大中继器是长途光纤数字通信系统中比较重要的装置，它能把经过长途传输后变得衰落的光信号进行光检测，转换成电信号，经过定时、整形和再生（3R——Retiming、Reshaping、Regenerating）后输入通信系统。在长途光纤数字通信系统中使用中继器的一个最大优点是经过3R后的输出脉冲消除了附加的噪声和畸变。也就是说，即使使用多个中继器组成的系统也不会积累噪声和畸变。传统的采用光－电－光中继器的长距离光纤传输系统，中继距离一般为40～80km，然而EDFA的成熟发展，其增益高、输出功率大、噪声低等优点也逐渐代替传统的中继器，或者和传统的中继器混合，大大简化了系统的结构，它成为了光纤通信技术上的一个重要的改革。

对于当今通信信息量的巨大需求，传统的网络已经无法满足。采用光通信技术是大势所趋。