光纖傳輸,即以光導(dǎo)纖維為介質(zhì)進行的數(shù)據(jù)、信號傳輸。光導(dǎo)纖維,不僅可用來傳輸模擬信號和數(shù)字信號,而且可以滿足視頻傳輸?shù)男枨蟆9饫w傳輸一般使用光纜進行,單根光導(dǎo)纖維的數(shù)據(jù)傳輸速率能達幾Gbps,在不使用中繼器的情況下,傳輸距離能達幾十公里。
一、發(fā)展階段
縱觀國內(nèi)外配線系統(tǒng)的發(fā)展,我們可看出這樣三個階段:
雙絞線階段
在這個階段語音同大規(guī)模數(shù)據(jù)通信不能混用也適應(yīng)這樣的數(shù)據(jù)通信。
電纜+雙絞線
它能滿足用戶的大量數(shù)據(jù)傳輸和視頻的需求,但需要更多的接入設(shè)備,造價相對提高許多,且不易今后的擴展需求。
光纖階段
即我們所說的終階段,在此時,各相應(yīng)附屬設(shè)備更完善,數(shù)據(jù)處理能力更強,擴展性更好。發(fā)展也特別快,接入設(shè)備價格有所調(diào)整,可以說這是一步到位的綜合通信階段。分析光纖中光的傳輸,可以用兩種理論:射線光學(xué)(即幾何光學(xué))理論和波動光學(xué)理論。射線光學(xué)理論是用光射線去代替光能量傳輸路線的方法,這種理論對于光波長遠遠小于光波導(dǎo)尺寸的多模光纖是容易得到簡單而直觀的分析結(jié)果的,但對于復(fù)雜問題,射線光學(xué)只能給出比較粗糙的概念。
波動光學(xué)是把光纖中的光作為經(jīng)典電磁場來處理,因此,光場必須服從麥克斯韋方程組及全部邊界條件。從波動方程和電磁場的邊界條件出發(fā),可以得到一站式、正確的解析或數(shù)字結(jié)果,給出波導(dǎo)中容許的場結(jié)構(gòu)形式(即模式)。
二、優(yōu)點
光纖是傳輸訊號極為方便的一種工具,纜線其中一根纖細的光蕊,就可以取代上千條以上的實體的通訊線路,完成大量及長距離的通訊工作。光纖傳輸?shù)?大優(yōu)勢如下:
1、靈敏度高,不受電磁噪聲之干擾。
2、體積小、重量輕、壽命長、價格低廉。
3、絕緣、耐高電壓、耐高溫、耐腐蝕,適于特殊環(huán)境之工作。
4、幾何形狀可依環(huán)境要求調(diào)整,訊號傳輸容易。
5、高帶寬,通訊量大衰減小,傳輸距離遠。
6、訊號串音小,傳輸質(zhì)量高。
7、保密性高。
8、便于敷設(shè)及搬運原料。
三、傳輸過程
由發(fā)光二極管LED或注入型激光二極管ILD發(fā)出光信號沿光媒體傳播,在另一端則有PIN或APD光電二極管作為檢波器接收信號。對光載波的調(diào)制為移幅鍵控法,又稱亮度調(diào)制(Intensity Modulation)。典型的做法是在給定的頻率下,以光的出現(xiàn)和消失來表示兩個二進制數(shù)字。發(fā)光二極管LED和注入型激光二極管ILD的信號都可以用這種方法調(diào)制,PIN和ILD檢波器直接響應(yīng)亮度調(diào)制。
功率放大:將光放大器置于光發(fā)送端之前,以提高入纖的光功率。使整個線路系統(tǒng)的光功率得到提高。在線中繼放大:建筑群較大或樓間距離較遠時,可起中繼放大作用,提高光功率。前置放大:在接收端的光電檢測器之后將微小信號進行放大,以提高接收能力。
四、傳輸材料
綜合布線系統(tǒng)中使用的光纖為玻璃多模850nm波長的LED,傳輸率為100Mbps,操作范圍約20Km。其纖芯和包層由兩種光學(xué)性能不同的介質(zhì)構(gòu)成。內(nèi)部的介質(zhì)對光的折射率比環(huán)繞它的介質(zhì)的折射率高。由物理學(xué)可知,在兩種介質(zhì)的界面上,當光從折射率高的一側(cè)射入折射率低的一側(cè)時,只要入射角度大于一個臨界值,就會發(fā)生反射現(xiàn)象,能量將不受損失。這時包在的覆蓋層就象不透明的物質(zhì)一樣,防止了光線在穿插過程中從表面逸出。
生產(chǎn)的光纖,無論是玻璃介質(zhì)還是塑料介質(zhì),都可傳輸全部可見光和部分紅外光譜。用光纖做的光纜有多種結(jié)構(gòu)形式,短距離用的光纜主要有兩種:
一種層結(jié)構(gòu)光纜是在中心加鋼絲或尼龍絲,外束有若干根光纖,外面在加一層塑料護套;
另一種是高密度光纜,它有多層絲帶疊合而成,每一層絲帶上平行敷設(shè)了一排光纖。
五、傳輸特性
光纜不易分支,因為傳輸?shù)氖枪庑盘枺砸话阌糜邳c到點的連接。光的總線拓撲結(jié)構(gòu)的實驗性多點系統(tǒng)已經(jīng)建成,但是價格還太貴。原則上,由光纖功率損失小、衰減少,有較大的帶寬潛力,因此,一般光纖能夠支持的接頭數(shù)比雙絞線或同軸電纜多得多。低價可靠的發(fā)送器為0.85um波長發(fā)光二極管LED,能支持100Mbps的傳輸率和1.5~2KM范圍內(nèi)的局域網(wǎng)。激光二極管的發(fā)送器成本較高,且不能滿足百萬小時壽命的要求。運行在0.85um波長的發(fā)光二極管檢波器PIN也是低價的接收裝置。
雪崩光二極管的信號增益比PIN大,但要用20~50V的電源,而PIN檢波器只需用5V電源。如果要達到更遠距離和更高速率,則可用1.3um波長的系統(tǒng),這種系統(tǒng)衰減很小,但要比0.85um波長系統(tǒng)貴源。另外,與之配套的光纖連接器也很重要,要求每個連接器的連接損耗低于25dB,易于安裝,價格較低。光纖的芯子和孔徑愈大,從發(fā)光二極管LED接收的光愈多,其性能就愈好。芯子直徑為100um,包層直徑為140um 的光纖,可提供相當好的性能。其接收的光能比62.5/125um光纖的多4dB,比50/125um光纖多8.5dB。運行在0.8um波長的光纖衰減為6dB/Km,運行在1.3um波長的光纖衰減為4dB/Km。0.8um的光纖頻寬為150MHz/Km,1.3um的光纖頻寬為500MHz/Km。
綜合布線系統(tǒng)中,主干線使用光纖做為傳輸介質(zhì)是十分合適的,而且是必要的。
采用一種光波波分復(fù)用技術(shù)WDM,可以在一條線路上復(fù)用、發(fā)送、傳輸多個位,一般按一個字節(jié)八位并行傳輸,對每個位流使用不同的波長,所以它所需的支持電路可在低速率下運行。WDM的光纖鏈路適合于字節(jié)寬度的設(shè)備接口,是一種新的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。
六、傳輸衰耗
光纖的傳輸損耗特性是決定光網(wǎng)絡(luò)傳輸距離、傳輸穩(wěn)定性和可靠性的重要因素之一。光纖傳輸損耗的產(chǎn)生原因是多方面的,在光纖通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和維護中,值得關(guān)注的是光纖使用中引起傳輸損耗的原因以及如何減少這些損耗。光纖使用中引起的傳輸損耗主要有接續(xù)損耗(光纖的固有損耗、熔接損耗和活動接頭損耗)和非接續(xù)損耗(彎曲損耗和其它施工因素和應(yīng)用環(huán)境所造成的損耗)兩類。
