光纤通信系统架构

#学习笔记

系统架构

光纤通信系统是一种利用光作为载波，通过光纤作为传输媒介来传输信息的通信系统。

传输系统基本组成：信号发射端、传输光纤、光纤放大器、接收端信号解调

一、信号发射端

信号发射端是光纤通信系统的起点，主要负责将电信号转换为光信号，以便在光纤中传输。其主要组成部分包括：

光源：光源是光纤通信系统的起点，负责产生光信号。常用的光源有激光器（如半导体激光器LD、垂直腔面发射激光器VCSELs、光纤激光器等）和发光二极管（LED）。激光器以其高相干性、高单色性和高功率密度等优点，在高速、长距离光纤通信系统中占据主导地位。

光发射机：光发射机是光纤通信系统的关键部件之一，负责将电信号转换为光信号并送入光纤传输。光发射机通常由光源、驱动器和调制器组成。驱动器为光源提供稳定的电流或电压，使其能够发出稳定的光信号；调制器则将电信号调制到光信号上，实现信息的加载。

调制器：调制器的作用是将电信号转换为适合光纤传输的光信号。常见的调制方式有直接调制和外调制两种。直接调制是通过改变光源的驱动电流来调制光信号的强度；外调制则是利用外部调制器对光信号进行调制，可以实现更复杂的调制格式和更高的调制速率。

二、传输光纤

传输光纤是光纤通信系统的核心部分，负责将光信号从发射端传输到接收端。光纤的基本特性参数是损耗与色散，为了实现高速长距离传输，要求光纤具有低损耗低色散特性。光纤的类型包括单模光纤和多模光纤，根据传输距离和网络架构的不同选择合适的光纤类型。

三、光纤放大器

光纤放大器能够在不转换光信号频率和波形的情况下，直接对光信号进行放大处理，从而补偿光纤传输过程中的损耗和衰减。光放大器的使用可以延长光纤通信系统的传输距离、提高传输效率和降低系统成本。常见的光放大器有掺铒光纤放大器（EDFA）等。

四、接收端信号解调

接收端信号解调是光纤通信系统的终点，主要负责将光纤传输来的光信号转换为电信号，并进行解调以恢复原始信息。其主要组成部分包括：

光接收机：光接收机是光纤通信系统的另一个关键部件，负责将光纤传输来的光信号转换为电信号并送入后续电路处理。光接收机通常由光检测器、前置放大器和主放大器组成。光检测器将接收到的光信号转换为微弱的电信号，前置放大器则对这个电信号进行初步放大和滤波处理，以提高其信噪比和抗干扰能力；主放大器则进一步放大电信号到足够的电平，以便后续电路进行解调和恢复原始信息。

解调器：解调器的作用是将接收到的光信号（已转换为电信号）进行解调，恢复出原始的信息信号。解调技术包括直接检测法、相干解调法和光纤光栅解调法等。直接检测法是将光信号直接转化为电信号进行解调；相干解调法则利用干涉原理将光信号转化为电信号，可以有效地抑制信号噪声，提高解调精度和灵敏度；光纤光栅解调法则基于光纤光栅的结构对光信号进行解调，具有高分辨率和高信号探测灵敏度的优点。