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光纖通信系統(tǒng)是一種利用光纖作為傳輸介質(zhì)進(jìn)行信息傳輸?shù)南到y(tǒng)。光纖通信利用光的特性進(jìn)行信號(hào)的傳輸，具有高速、大容量、低損耗和抗干擾等優(yōu)點(diǎn)，因而在現(xiàn)代通信領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
            光纖是光導(dǎo)纖維的簡(jiǎn)稱, 光纖通信是以光波為載波, 以光纖為傳輸介質(zhì)的一種通信方式。目前使用的二氧化硅光纖, 在光波波長(zhǎng)=1550nm 時(shí), 其損耗值在 0.2dB/km 以下, 由于損耗低,因此中繼距離可達(dá) 50km 以上,而傳輸同樣速率的同軸電纜,其中繼距離只能達(dá)到約 1.5km 左右。

光纖通信特點(diǎn)

1.不受電磁干擾;

2.光纖線徑細(xì)、重量輕, 便于施工和運(yùn)輸;光纖制成光纜后, 與電纜相比, 體積較小, 而且重量也較輕, 這即便于制造多芯光纖,也便于施工和運(yùn)輸;

3.資源豐富、成本低;以一萬(wàn)公里的四管中同軸電纜計(jì)算, 需耗銅 5 千噸, 如采用光纖只用兒十公斤的石英就夠了, 且石英資源豐富。

4.損耗低、中繼距離長(zhǎng);因?yàn)楣饫w完全可以由非金屬的介質(zhì)材料制成, 因此它既不受電磁干擾, 也無(wú)串音干擾,并且保密性強(qiáng)。但一般的光纖采用的是金屬材料為強(qiáng)化元件, 故要受電磁干擾的影響。
光纖通信系統(tǒng)的基本組成包括光源、調(diào)制器、光纖、光纖連接器、光纖放大器、接收器等。光源負(fù)責(zé)產(chǎn)生高品質(zhì)的光信號(hào)，調(diào)制器可以將要傳輸?shù)男畔⑿盘?hào)調(diào)制到光信號(hào)上，光纖則負(fù)責(zé)將光信號(hào)傳輸?shù)侥繕?biāo)地點(diǎn)，光纖連接器用于連接光纖的兩端，光纖放大器可以增強(qiáng)光信號(hào)的強(qiáng)度，使其能夠覆蓋更長(zhǎng)的距離，接收器則負(fù)責(zé)將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。

一、脈沖編碼 將模擬信號(hào)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)

       光纖通信系統(tǒng)光源的發(fā)射功率和線性都有限，因此通常選擇二進(jìn)制脈沖傳輸，即將連續(xù)變化的模擬信號(hào)變?yōu)橛脭?shù)字“1”或“0”表示的數(shù)字信號(hào)。因?yàn)閭鬏敹M(jìn)制脈沖信號(hào)對(duì)接收機(jī)信噪比（SNR）的要求非常低，對(duì)光源的非線性要求也不苛刻。

       脈沖編碼調(diào)制（PCM）是光纖傳輸模擬信號(hào)的基礎(chǔ)。解碼后的基帶信號(hào)質(zhì)量幾乎只與編碼參數(shù)有關(guān)，而與接收到的SNR關(guān)系不大。假如接收到的信號(hào)質(zhì)量不低于一定的誤碼率，此時(shí)解碼SNR只與編碼比特?cái)?shù)有關(guān)。模擬信號(hào)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，要通過(guò)三個(gè)過(guò)程，即取樣、量化和編碼，如圖9.1.1所示。

1.取樣

       取樣是分別以固定的時(shí)間間隔T取出模擬信號(hào)的瞬時(shí)幅度值（簡(jiǎn)稱樣值）的過(guò)程，如圖9.1.1b所示。要想實(shí)現(xiàn)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換（ADC），首先要進(jìn)行取樣。

       取樣定理：若取樣頻率不小于模擬信號(hào)帶寬的兩倍，則取樣后的樣值波形只需通過(guò)低通濾波器即可恢復(fù)出原始的模擬信號(hào)波形。

       圖9.1.1b表示具體的取樣過(guò)程，由圖可見(jiàn)，時(shí)間上連續(xù)的信號(hào)變成了時(shí)間上離散的信號(hào)，因而給時(shí)分多路復(fù)用技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。但這種樣值信號(hào)，本身在幅度取值上仍是連續(xù)的，稱為脈沖幅度調(diào)制（PAM）信號(hào)，它仍屬模擬信號(hào)，不僅無(wú)法抵御噪聲的干擾，也不能用有限位數(shù)的二進(jìn)碼組加以表示。

圖9.1.1PCM編碼過(guò)程
a）模擬信號(hào)b）取樣c）量化d）編碼

2.量化

       所謂量化指的是將幅度為無(wú)限多個(gè)連續(xù)樣值變成有限個(gè)離散樣值的處理過(guò)程。

       具體來(lái)說(shuō)，就是將樣值的幅度變化范圍劃分成若干個(gè)小間隔，比如8個(gè)小間隔，如圖9.1.1b所示，每一個(gè)小間隔稱之為一個(gè)量化級(jí)，當(dāng)某一樣值落入某一個(gè)小間隔內(nèi)時(shí)，可采用“四舍五入”的方法分級(jí)取整，近似看成某一規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值，如圖9.1.1c的第3個(gè)樣值，落在圖9.1.1b的7和8之間，并靠近7，所以分級(jí)取整為7。這樣一來(lái)，就可以用有限個(gè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值來(lái)表示樣值的大小。當(dāng)然量化后的信號(hào)和原來(lái)的信號(hào)是有差別的，稱之為量化誤差，對(duì)于圖9.1.1c所示的均勻量化，各段的量化誤差均為±0.5。經(jīng)過(guò)量化后的各樣值可用有限個(gè)值來(lái)表示，進(jìn)而即可進(jìn)行編碼。

3.編碼

       所謂編碼指的是用一組組合方式不同的二進(jìn)制碼來(lái)替代量化后的樣值信號(hào)的處理過(guò)程。

       二進(jìn)制碼與狀態(tài)“電平值”的關(guān)系為