光纖模擬通信系統

光纖模擬通信系統是利用光纖載送光模擬信息，實現通信的系統。

基本介紹

• 中文名：光纖模擬通信系統
• 外文名：optical fiber analog communication system
• 套用學科：光纖通信技術

簡介

構成包括光傳送機、光纜（光纖）及光接收機三部分。光傳送機將用戶電模擬信號經處理後轉變為光模擬信號，由光纖傳送至光接收機，經光電二極體恢復為電信號再經處理輸出至用戶。這種通信系統結構簡單，造價低，適合於中、短距離（數千米至數十千米）傳輸音頻、視頻及數據等。它傳輸頻頻寬、損耗低，已廣泛用於多路有線電視的主幹線上。

光纖模擬通信系統主要工作於光纖的三個低損耗波長上（短波長為0.85μm，長波長為1.3μm及1.55μm），工作於短波長的系統一般都是用多模光纖傳輸信息，採用半導體雷射器（LD）或半導體發光二極體（LED）作光源，用半導體光電二極體（PIN）或半導體雪崩光電二極體（APD）為光檢測器。這類系統只適合於短距離（10km左右）傳輸頻帶不甚寬的信號。工作於長波長的系統多是採用單模光纖作為傳輸媒介，單模光纖在1.3μmm處的色散為零，它的損耗特性與色散特性都優於多模光纖，即使傳送寬頻業務（例如電視節目）也能達40餘公里，如採用1.55μm的色散位移光纖，傳輸距離可增大到70km左右，這種系統適合於中距離傳輸。已用於多路有線電視主幹線的傳輸系統中。

特點

數字通信系統無論是對噪聲還是非線性失真都具有較大的容許極限。模擬通信系統則絲毫不具這種性能，噪聲與非線性失真一旦附加於原信號上，就除不掉，故模擬系統對信噪比及失真性能的要求遠比數字系統嚴格，光纖模擬通信系統也是如此。要想使光纖模擬通信系統保持與光纖數字通信系統有同等的通信質量，除了非線性失真應嚴格控制外，接收端的信噪比應大於數字系統20～30dB，這意味著如果兩種系統的設備產生同樣大的內部噪聲，用模擬系統來接收信號必須加大功率或是縮短傳輸距離才可。

調製方法

可分兩類：一類是模擬信號直接調製光源的強度形成基帶調幅（AM）系統，方式最簡單，另一類是模擬信號先對一個電的副載頻進行調製，這個副載頻可以是正弦的也可以是脈衝序列，調製方式可以是調幅（AM）、調頻（FM）或調相（PM），相應地得到AM、FM、PM、PAM、PFM或PPM電調製信號，用此信號再對光源的強度進行二次調製，最終得到AM/AM、FM/AM、PM/AM、PAM/AM、PFM/AM或PPM/AM光已調信號，這就是副載頻調製系統。如果多個模擬信號對應地對多個頻率選擇恰當的電副載頻調製，並且將此多路已調信號合成（類似於載波通信技術中的頻分復用群信號），此合成信號再對光進行調製，即可實現多路光纖模擬通信。調製方法甚多，常用的方法只限於基帶直接調製：AM/AM、FM/AM及PFM/AM數種。

設備

① 光傳送機：

它的電調製部分與常規同類的通信設備相似。光源輻射出的能量遠非理想單色性，而具有一定的譜線寬度，不可能單獨利用它的頻率與相位，只能對它的強度進行調製。因為大多數半導體雷射器及發光二極體的輸出光功率與輸入電流基本成線性關係。光調製器實際上是以雷射器或發光二極體為負載的一個電流驅動器，只需將信號的動態範圍控制到適合於光源器件的線性工作電流區內即可達到一般要求。對非線性有更高要求時，可附加補償電路以降低二次諧波、三次諧波及互調失真（在多路通信中還有交叉調製失真）並嚴格挑選光源器件。傳送機內的雷射器參數隨溫度變化，是不穩定的，它的閾值電流隨溫度上升而上升，輸出光功率因溫度上升而下降，為了使它工作穩定，端機內設有自動功率控制與自動溫度控制電路。雷射器的光子產生率是有起伏的，這就產生了量子散粒噪聲，雷射器件工作於閾值電流附近時，也有較大的附加噪聲，調製器應避開此點以降低噪聲；

②光接收機：

由光電檢測器、前端放大器及後級放大器等組成。光電檢測器（PIN或APD）是噪聲的來源，主要是散粒噪聲。它們的暗電流及感光後產生的光電流都伴有噪聲，感光電流增大噪聲也隨之加大。接收機前端放大器也是噪聲源之一，以熱噪聲為主，常採用高跨導低輸入電容的場效應管組成跨阻抗放大器與光電二極體相聯接，依靠調整跨阻抗數值來解決噪聲與頻帶間的矛盾。前端放大器與後級放大器都應有良好的頻帶回響性能以避免產生失真。APD的雪崩增益是隨溫度與偏置電壓變化的參量；在工作過程中溫度發生變化會影響雪崩增益，所以常用一自動偏置電壓調節電路，改變偏置電壓以穩定雪崩增益；

③為了維護方便與保護器件及人身安全，在光傳送機及光接收機中都設有一系列輔助監控電路，例如過壓過流保護、斷電、光源器件因老化後輸出光功率減少、傳送無光或接收無光等告警電路，完善的設備還具有自動倒換等更多的功能；

④光纜（光纖）：由多根光纖組成，光纖是傳導光波的媒介，其本身不產生噪聲，與光源配合不當時，也會產生嚴重的噪聲，甚至使通信變為不可能。通常有兩種現象，第一類是產生模式噪聲，系統採用窄譜線的雷射器（例如單縱模雷射器）與多模光纖配合使用時會發生模式噪聲。因為雷射器輻射的相干光在光纖中激勵的眾多空間模相互干涉，在光纖的截面上分布的光能量是不均勻的，呈斑點狀，光纖受微小外力作用或雷射器波長的微小變化都會嚴重地影響到光纖內各模的干涉情況，使模斑點形狀發生變化。若光在傳輸途徑中經過不均勻的點或不完善的耦合連線器，通過這個點的光功率就發生起伏變化形成噪聲。譜線愈寬相干性愈差的光源與多模光纖配用就不會產生模式噪聲。由此可知，切勿將單縱模雷射器與多模光纖配用。第二類是模分配噪聲。它是由於雷射器內總的輻射譜中各不同縱模的強度起伏，這些光通過單模光纖傳輸時，由於色散引起不同模按不同的群速遲延，它們此起彼伏的變化形成光功率的起伏，在接收端形成了噪聲。這是多模雷射器通過單模光纖造成的，使用時應避免這種情況。光纖的熔接點會產生反射形成噪聲，降低了系統的信噪比。以上說明光纖本身雖不產生噪聲但設計錯誤或施工不良都會引起噪聲。