5、长距离光纤通信技术详解

长距离光纤通信技术详解

1. 长距离光纤通信概述

1960年第一台激光器问世时，人们曾期待激光束能在远距离站点间以高数据速率通过空气传输信息。然而，由于需要视线传播路径以及大气传输受天气影响导致路径损耗不可预测等问题，该设想难以实现。而使用光纤的导波路径则成为长距离光传输的唯一可行方式。

长距离光纤系统通常具有以下特点：长度超过10公里，传输数字信号（而非模拟信号），数据速率高于几十兆比特每秒。衡量这类系统性能的一个重要指标是速率 - 长度积，即系统数据速率与长度的乘积。系统的带宽（包括发射和接收电路、光源和光电探测器）限制了可实现的数据速率，而光纤的带宽会随长度增加而减小，同时系统中的损耗（包括光纤损耗）也会限制传输路径长度。若速率 - 长度积由带宽限制决定，则系统为带宽受限；若由衰减决定，则为损耗受限。

早期的有效光纤于1970年出现，损耗为20 dB/km。七年后，芝加哥的两个电话交换局间建成了首个大规模应用项目，此时光纤损耗降至约3 dB/km，数字技术能在无中继的10公里距离上实现45 Mbps的数据速率，有中继时总长度可超60公里，初始系统的无中继速率 - 长度积仅为450 Mb/s · km。随着光纤技术的发展，这一指标不断提升，如今无中继速率 - 长度积已超1000 Gb/s · km ，使用再生器和光放大器后，速率 - 长度积可超70 Tb/s · km ，甚至能构建5 Gb/s速率下传输14000公里的系统，光纤足以跨越像大西洋（约6000公里）和太平洋（约9000公里）这样的长距离。

2. 光纤特性

长距离通信所用的光纤均由石英玻璃制成，且仅支持单模传输。通过向石英中掺杂其他材料来实现光纤芯和包层所需的折射率变化。