5.3 光缆通信系统

光缆通信的诞生和发展是电信史上的一次重要革命，与卫星通信、移动通信并列为20世纪90年代的高新技术。进入21世纪后，由于因特网业务的迅速发展和音频、视频、数据、多媒体应用的增长，对大容量（超高速和超长距离）光波传输系统和网络有了更为迫切的需求。

由铜缆构建的网络通信系统，现今虽然仍在广泛应用，但是它的信息带宽和传输速率远远不能满足高速发展的科技和市场经济的需求，必须用高速宽带的光缆通信系统逐步替代。

光导纤维通信简称光缆通信。可看成是以光导纤维为传输媒介的“有线”光通信。基本原理是在发送端首先把要传送的信息变换成电信号，然后调制激光器发出激光束，使激光束的光强度随电信号的幅度（或频率）变化而改变；在光缆接收端，检测器收到光信号后把它变换成电信号，解调后恢复原信息。

光缆通信的特点：

（1）通信容量大、传输距离远。

一根光缆的潜在带宽可达20THz（1T=1000G）。采用这样的带宽，只需1s左右，即可将人类古今中外全部文字资料传送完毕。目前400Gbit/s系统已经投入商业使用。

光缆的损耗极低，在光波长为1.55μm附近，石英光缆的传输损耗可低于0.2dB/km，比任何传输媒质的损耗都低。因此，无中继的传输距离可达几十、甚至上百千米。

（2）信号干扰小、保密性能好。

（3）无电磁干扰、传输质量佳。光缆通信不受各种电磁干扰，可解决电波通信不能解决的各种电磁干扰问题。

（4）光缆尺寸小、重量轻，便于铺设和运输。

（5）光缆适应性强，寿命长。

我国现已建成“八纵八横”、连通全国各省市的主要光缆干线网，敷设光缆总长约250万km。毫无疑问，ATM与同步光缆网（SONFT）的结合将构成21世纪通信的主体。

5.3.1 光缆接入网

光缆传输系统主要由光发送机、光接收机、光缆传输线路、光中继器和多种无源光器件构成（例如光Modem，简称光猫）。

光缆接入网的冠名统称为FTTx，根据光网络单元（ONU）的所在位置可分为光缆进户（FTTH）、光缆到楼（FTTB）、光缆到驻地（FTTP）（光缆进村或小区）和光缆到路边（FTTC）等几种情况。光缆接入网的正式名称就是光缆的用户环路。图5-3是FTTH光缆进户原理。

对于住宅或者建筑物来讲，光缆连接到用户主要有两种方式：一种是用光缆直接连接到每个家庭或大楼；另一种是采用无源光网络（PON）技术，用分光器把光信号进行分支，使一根光缆能为多个用户提供服务。

通过加速接入网络的“光进铜退”进程、全面推进光缆到楼（FTTB）、光缆进户（FTTH）和光缆进村（FTTP）等。

FTTH将光网络单元（ONU）安装到住家用户或企业用户处，是光接入系列中除FTTD（光缆到桌面）外最靠近用户的光接入网的应用类型。

FTTH的显著技术特点不但可提供更大的带宽，而且增强了网络对数据格式、速率、波长和协议的透明性，放宽了对环境条件和供电等要求，简化了维护和安装。

光缆进小区和光缆进楼的最大优势就是扩展了带宽，降低了电信的运维成本，为IPTV等增值业务保留了带宽升级空间。

5.3.2 多模光纤和单模光纤的区别和应用

1.多模光纤和单模光纤的区别

（1）多模光纤是光纤通信的最原始技术，是首次实现光纤通信的一项革命性的突破。

（2）随着光纤通信技术的发展，特别是激光器技术的发展以及对长距离、大信息量通信的迫切需求，人们又寻找到了更好的光纤通信技术——单模光纤通信。

（3）光纤通信技术发展到今天，多模光纤通信固有的很多局限性愈发显得突出：

①多模发光（光电转换）器件为发光二极管（LED），光频谱宽、光波不纯净、光传输色散大、传输距离短。1000Mbit/s带宽传输，可靠距离为255m。100Mbit/s带宽传输，可靠距离为2km。

②多模光纤通信的带宽最大为1000Mbit/s。

（4）单模光纤通信突破了多模光纤通信的局限：

①单模光纤通信的带宽大，通常可传输100Gbit/s以上。实际使用一般分为155Mbit/s、1.25Gbit/s、2.5Gbit/s、10Gbit/s。

②单模发光（光电转换）器件为激光器，光频谱窄、光波纯净、光传输色散小，传输距离远。单模激光器又分为FP、DFB、CWDM三种。FP激光器通常可传输60km，DFB和CWDM激光器通常可传输100km。

（5）数字式光端机采用视频无压缩传输技术，以保证高质量的视频信号实时无延迟传输并确保图像的高清晰度及色彩纯正。这种传输方式信息数据量很大，4路以上视频的光端机均采用1.25Gbit/s以上的数据流传输。8路视频的数据流高达1.5Gbit/s。

（6）从单模光纤通信技术诞生之日起，就意味着多模光纤通信方式的淘汰。目前用多模光纤传输的已经很少了。

2.光波的低损耗传输窗口和传输带宽

光纤对不同波长的光线有不同的传输衰减。实验证明光纤有三个低损耗传输窗口：

波长分别为0.85m、1.30m、1.55m，都处于靠近红外光区。它们的传输衰减特性如下：

1）0.85m波长的最低传输损耗为3.5dB/km；最小带宽为200MHz·km。

2）1.30m波长的最低传输损耗为0.5dB/km；最小带宽为500MHz·km。

3）1.55m波长的最低传输损耗为0.2dB/km（即每千米损耗4.6%）。

这三个波段都具有25～30000GHz的带宽，通信容量非常大。

如果要达到更高的传输速率和更长的传输距离，可采用衰减很小的1300nm（1.3m）或1550nm（1.55m）波长的单模光纤系统，该系统价格比850nm系统贵些。表5-3给出了光纤特性和用途。