对光纤传输设备的探讨

随着社会的进步和通信技术的飞速发展,不管是在人们的现代生活中,还是在工作当中,以光纤传输为主导的信号传输方式在众多系统中已被大量采用。

1 光纤传输的主要优点

(1)信号传输距离相当远,而且损耗非常低。采用多模光纤可达5公里,采用单模光纤达80公里甚至更远;(2)电视信号具有很宽的频带,远距离传输非常困难。用光纤传输视频信号,传输带宽最大可达几百兆公里。可保证远距离传输具有很高的信噪比,不需高频补偿。这是常规电缆无法比拟的。(3)系统功耗非常小,并且抗干扰性很强,无电磁辐射、信号泄露、接地和短路问题。(4)光纤传输寿命长,普通视频线缆最多l0~l5年,光缆的使用寿命长达30~50年。

2 光纤传输终端设备的分类

光纤传输终端设备从传输方式上可分为模拟光端机和数字光端机,从对光源的调制方式分光发射机有直接调制型和外调制型等。不论各种类型的光端机都是实现电信号变换为光信号、光信号变换为电信号的设备。从而满足光纤传输的要求。

随之而来的在高速公路、交通、电子警察、监控、安防、工业自动化、电力、海关、水利、银行等领域视频图像、音频、数据、以太网、电话等光端机开始普遍大量应用。初期模拟调频、调幅、调相光端机在市场上占有相当的比例,其传输方式是将基带的视频、音频、数据等信号调制在某一载频上,通过发射光端机进行光纤传输,然后通过另一端的接收光端机进行解调,恢复成相应的基带视频、音频、数据信号。

3 两种不同类型光端机的区别

3.1 光纤上传输的信号方式不一样

顾名思义,模拟光端机上光头发射的光信号是模拟光调制信号,它随输入的模拟载波信号的幅度、频率、相位变化引起光信号幅度、频率、相位变化而分别称为调幅、调频、调相光端机。而数字光端机上光头发射的光信号是数字信号即0或l对应光信号强、弱两种状态,不同的0和l组合代表不同幅度的视频、音频、数据信号。

3.2 模拟信号传输输入和输出处理方式不一样

无论模拟、数字光端机,对输入的基带的视频、音频、数据信号都必须进行处理。对于模拟调幅光端机,处理方式是将视频、音频、数据的幅度对一高频载波信号进行调制,使高频载波信号的幅度随视频、音频、数据的幅度变化而变化;而数字式光端机对输入的基带的视频、音频、数据进行高分辨率的模拟一数字转换,如l Vp_p)幅度范围的幅度信号利用12bits的数字信号来表示,l V等分成4096,因此模数转换后引起的最大电压幅度误差为1/4096V(约2.5m V),此误差电压称为量化误差电压。各种幅度的电压数值从OV、1/4096V、2/4096V…最大lv分别对应的数字编码为000000000000、00000000000l、0000000000l0…111111111111。数字编码信号直接控制光头发射的光信号的强、弱两种状态(对应0或1),接收光端机再将数字编码进行数字一模拟转换。恢复成原始的基带的视频、音频、数据信号。

3.3 处理方式的不同,引起的视频、音频、数据信号信号失真、变畸变、干扰不同

模拟光端机由于要进行调幅、调频、调相。所以模拟信号的幅度的变化与载波信号因调制而引起的幅度、频率、相位的变化是否为一一对应的线形关系成为拟光端机质量好坏的关键,到目前为止,很难做到真正线性调制,非线形必然引起信号失真;同时调制好的载波信号还要调制光信号,光信号的非线性也是一个非常重要的因素,众所周知,光器件的非线性与环境温度变化、工作电压的稳定性、光发射功率有很大的影响,因此光器件在生产时需进行7~l0天的热循环老化等等工艺筛选、老化、测试也只能做到将这种变换控制在一定的范围;光信号在光纤中长距离传输,会引起光信号的功率衰减,传输频率漂移、相位失真,光信号色散效应同样也会引起光信号畸变;光信号到达接收端,接收光器件仍然要引起非线性失真,由光电转换后的模拟信号进入解调,解调与调制一样会产生非线性畸变。所以综合模拟光端机,从输人信号调制-电光转换-光输出-光电转换-解调这五个过程,都会引起非线形失真,而这些信号畸变失真是固有的,所以也必然是不可消除的,因此模拟光端机传输视频图象、音频质量、数据的效果很难达到很满意的效果。数字式光端机仅只有模数转换的量化误差(如l V视频信号12bits时仅为2.5mv),不足以引起信号畸变。

3.4 多路信号同传引起的交调失真

在现场监控应用中,用户可能有许多各种信号,如视频图像、音频、数据、以太网、电话或其它用户自定义的信号,每种信号分别用一对光端机来传输,必然价格昂贵,所以为了提高光纤的利用效率,降低成本,必须的各种信号在光端机进行复用,以便在一对或一根光纤上传输。对调频、调幅、调相光端机来讲,传输10/l00M以太网信号或多路电话等高速信号是难以做到的,将多路视频或音频信号混合调频、调幅、调相在某一载波上必然会引起各种镜像、交调干扰。所以目前市场上不乏很多著名国外品牌的调频、调幅、调相光端机多路视频、音频、数据同传时经常出现相互干扰的现象,这些不稳定的现象都是模拟调制技术长期以来一直所固有且难以解决的问题和缺点。

3.5 稳定性不同

模拟调制光端机由于采取载波调制方式。载波及光头很容易受环境温度影响。出现传输质量随环境变化而变化的缺点。正因为这种缺点,对一些大型、重要工程来讲,模拟光端机的维护成了很令人头疼的问题,由此也给很多工程承包商或业主带来了很大不满。所以对一些重要的工程选用数字光端机是一种明智的选择。

4 两种不同类型光发射机的区别

直接调制又叫内调制,是让信号电流直接流过半导体激光器,输出的光强度便随信号电流变化,外调制型光源输出是恒定功率的激光,耦合进外调制器,外调制器上加上信号电压,输出光强度随加在外调制器上的电压变化。

在有线电视系统HFC(光纤同轴混合结构)中,直接调制型DFB激光器的光发射机,由于直接调制激光器时,在光强度变化的同时,波长也发生了变化,即产生了附加频率调制.这种现象也叫“啁啾”(Chirp),这样会使调制边带进一步展宽。由调制产生的频谱信号在光纤中传输时,其相位会因色散而相互偏移,分析表明,在接收端表现为复合2次失真(cs O)。所以直接调制的光发射机只能工作在光纤色散很小的1310nm波长。直接调制型DFB激光器的光发射机结构简单,成本低,SBS影响小,3阶失真小,是已被广泛应用的光发射机。缺点是有啁啾现象,2阶失真较大。而1550nm的光发射机必须采用外调制方式。1550nm光发射机的输出功率只有4mw左右.尽管它的功率小但因有掺铒光纤放大器(E D F A)可以把弱的光信号放大到200m W以上。而失真影响很小,所以让一个1550nm的发射机带一个EDFA工作就得到一个有长距离传输潜力的光源,用EDFA还可以在线路中直接放大光信号而不必进行光一电一光转换,大大加长了传输距离。光发射机的波长精度:不同厂家提供的光发射机的波长精度通常从±5一±15nm。由于波长值变化时,对EDFA的输出光功率,噪声系数都有一定的影响,所以在选择光发射机时,应选用波长公差小的光发射机。

摘要：本文作者结合自己在通信方面多年的工作经验,对光纤传输的优点作出简单描述,进而分析了光纤传输中不同类型光端传输设备的特点以及区别。

关键词：光纤传输,光端机,光发射机