Die Grundbestandteile eines oGlasfaserkommunikationSystem sind in Abbildung 1-1 dargestellt. Es besteht im Wesentlichen aus drei Teilen: Übertragung, Empfang und dem grundlegenden Glasfaserübertragungssystem, das als allgemeiner Kanal dient.
(Abbildung 1-1 Grundkomponenten eines Glasfaser-Kommunikationssystems)
Grundkomponenten eines Glasfaserkommunikationssystems
△Klassifizierung von Glasfaser-Kommunikationssystemen
(1) Übertragungsabschnitt: In diesem Abschnitt wandelt die Informationsquelle Benutzerinformationen in ein elektrisches Rohsignal um, das als Basisbandsignal bezeichnet wird. Der optische Sender wandelt das Basisbandsignal in ein für die Kanalübertragung geeignetes Signal um. Wenn eine Modulation erforderlich ist, wird das Ausgangssignal als moduliertes Signal bezeichnet. Um die Übertragungsqualität zu verbessern, wird dieses analoge Basisbandsignal normalerweise in ein frequenzmoduliertes (FM), pulsfrequenzmoduliertes (PFM) oder pulsbreitenmoduliertes (PWM) Signal umgewandelt und schließlich wird dieses modulierte Signal in den optischen Sender eingegeben.
Unabhängig davon, ob es sich um ein digitales oder analoges System handelt, wird das elektrische Signal, das die in den optischen Sender eingegebenen Informationen überträgt, durch Modulation in ein optisches Signal umgewandelt.
(2) Die optische Trägerwelle wird über Glasfaserleitungen zum Empfangsende übertragen, wo der optische Empfänger das optische Signal in ein elektrisches Signal umwandelt. Der elektrische Empfänger funktioniert umgekehrt zum elektrischen Sender; Es wandelt das empfangene elektrische Signal in ein Basisbandsignal um, das dann von der Informationssenke zur Wiederherstellung der Benutzerinformationen verwendet wird.
Im gesamten Kommunikationssystem sind die bei der Glasfaserkommunikation verwendeten Technologien und Geräte für die elektrischen Signalsegmente vor dem optischen Sender und nach dem optischen Empfänger dieselben wie bei der Kabelkommunikation. Der einzige Unterschied besteht darin, dass das grundlegende Glasfaserübertragungssystem, bestehend aus einem optischen Sender, Glasfaserleitungen und einem optischen Empfänger, die Kabelübertragung ersetzt.
(3) Grundlegendes Glasfaserübertragungssystem Gemäß Abbildung 1-1 kann das grundlegende Glasfaserübertragungssystem in drei Teile unterteilt werden: den optischen Sender, die Glasfaserleitung und den optischen Empfänger. Die Funktion des optischen Senders besteht darin, das vom Sendeabschnitt eingegebene elektrische Signal in ein optisches Signal umzuwandeln und mithilfe der Kombinationstechnologie das optische Signal maximal in die Glasfaserleitung einzuspeisen. Die Kernausrüstung des optischen Senders ist die Lichtquelle sowie Treiber und Modulator. Die Leistung des optischen Senders hängt grundsätzlich von den Eigenschaften der Lichtquelle ab. Die Anforderungen an die Lichtquelle sind: ausreichend hohe optische Ausgangsleistung, ausreichend hohe Modulationsfrequenz, möglichst kleine Spektrallinienbreite und Strahldivergenzwinkel, stabile Ausgangsleistung und Wellenlänge sowie lange Gerätelebensdauer. Zu den derzeit weit verbreiteten Lichtquellen gehören Halbleiter-Leuchtdioden (LEDs) und Halbleiterlaserdioden (oder Laser, LDs) sowie dynamische Single-Mode-DFB-Laser (Distributed Feedback) mit sehr kleinen spektralen Linienbreiten. Teilweise kommen auch Festkörperlaser zum Einsatz. Die Funktion der Glasfaserleitung besteht darin, das optische Signal vom optischen Sender zum optischen Empfänger mit möglichst geringer Verzerrung und Dämpfung zu übertragen. Die Glasfaserleitung besteht aus Lichtwellenleitern, Glasfasersteckern und Glasfasersteckern. Der Lichtwellenleiter ist der Hauptkörper der Glasfaserleitung und die Steckverbinder und Stecker sind unverzichtbare Komponenten. In der praktischen Technik werden optische Kabel verwendet, die mehrere optische Fasern enthalten. Glasfaserkommunikationssysteme arbeiten bei Wellenlängen im nahen -Infrarotbereich, und das Übertragungsmedium für die Glasfaserkommunikation ist Quarz, eine Art dielektrischer Wellenleiter, ein zylindrischer Körper mit einem Kern- und Mantelbrechungsindex von n₁ und einem Mantelbrechungsindex von n₂, und n₁ > n₂. Wenn die Vollreflexionsbedingung erfüllt ist, kann das Licht im Kern eingeschlossen und übertragen werden. Die Hauptmerkmale optischer Fasern sind Dämpfung und Farbdispersion. Die Dämpfung wird in der Einheit dB/km ausgedrückt, und optische Fasern verfügen über drei verlustarme Fenster mit folgenden Wellenlängen:
λ₀=0.85 μm (kurzes Wellenlängenband) λ₀=1.31 μm (langwelliges Band)
λ₀=1.55 μm (langwelliges Band)
Die Farbdispersion von Lichtwellenleitern wird dadurch verursacht, dass sich Komponenten mit unterschiedlichen Frequenzen in der Lichtwellenleiter nicht mit der gleichen Geschwindigkeit ausbreiten, was zu einer Impulsverbreiterung während der Übertragung führt. Die Farbdispersion wird in der Einheit ps/(km · nm) ausgedrückt. Der Kehrwert der Signalzahl, also das maximale Bitraten--Entfernungsprodukt, das die Farbdispersion tolerieren kann.
Die Funktion des optischen Empfängers besteht darin, Glasfasersignale in elektrische Signale mit ausreichend hohem Signal-Rausch-Verhältnis umzuwandeln. Die Hauptkomponente des Empfängers ist der Fotodetektor, außerdem gibt es Verstärker, Filter und zugehörige Schaltkreise. Der Kern des Fotodetektors ist das Lichtempfangselement. Die Anforderungen an den Fotodetektor sind eine hohe Ansprechrate, ein geringer Dunkelstrom und eine hohe Ansprechgeschwindigkeit. Derzeit werden in der Glasfaserkommunikation üblicherweise PIN-Fotodioden (PIN{8}}PD) und Avalanche-Fotodioden (APD) auf der Basis von Halbleiter-PN-Übergängen verwendet.
Der wichtigste charakteristische Parameter eines optischen Empfängers ist seine Empfindlichkeit. Die Empfindlichkeit ist ein umfassender Indikator für die Qualität eines optischen Empfängers; Es spiegelt die Fähigkeit des Empfängers wider, schwache optische Signale zu empfangen, wenn er auf den optimalen Zustand eingestellt ist. Die Empfindlichkeit hängt in erster Linie vom Rauschen der Fotodioden und Verstärker ab, aus denen der optische Empfänger besteht, und wird außerdem von der Übertragungsrate, den Parametern des optischen Senders und der Dispersion der Glasfaserleitung beeinflusst. Es hängt auch eng mit der erforderlichen Bitfehlerrate oder dem Signal-Rausch-Verhältnis des Systems zusammen. Daher ist die Empfindlichkeit auch ein wichtiger Indikator für die Qualität eines Glasfaser-Kommunikationssystems.
