关于使用光纤传输信号波形技术的探讨

摘 要：近年来，随着我国信息技术的飞速发展，信息通信、网络的覆盖范围越来越广。网络通信基础设施的建设，离不开信息传输设备的建设，光纤作为传输光信号的绝缘介质，在传输信息上广泛应用，信息网络技术的快速发展，加快了光纤传输信号波形技术的应用。本文重点分析研究了使用光纤传输信号的特点和优势，波形技术在信号传输过程中的主要应用，希望可以为信号光纤传输波形技术的推广应用提供一些借鉴。

关键词：信号；光纤传输；波形技术

中图分类号：TN929.1 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）16-0048-02

在当前的信息化时代，光纤的应用得到很大的了拓展。由于光纤在信号传输过程中表现出来的较大传输容量，较强抗干扰性、较强稳定性、较强保密性等特征优势，为现代信息建设中普遍使用。由此，根据光纤传输信号的特征研发出的传输信号波形技术也得到了大量的应用和良好的发展。随着使用光纤传输信号波形技术的不断发展，光纤作为主要的传输介质越来越发挥着无可替代的作用。

1 光纤的基本性能

从概念上讲，光纤是一种用于传输光信号的绝缘介质，与传统的传输介质相比较光纤具有体积小，重量轻等优点。光纤信号传输与传统的电磁信号传输相比，光纤传输具有更高的信息容量、更宽的频带、更强的抗电磁干扰等性能，光纤传输信号的衰减是传统电磁传输介质的1/400。此外，在具体的信号传输过程中，光纤传输还表现出传输损耗小，通频带宽，绝缘不受电磁感应干扰，耐高压300kV等优越的性能，因此，在现代的信息通信等基础设施建设上，信号传输介质都选择了使用光纤传输。

2 光纤传输信号的种类

2.1 有源光纤传输

光纤在物理试验中只能用于传输光信号，但是在实际的使用过程中设备发出的往往是电信号，如何实现信号在光纤中的传输，需要我们对传统的脉冲信号也就通常所说的电信号进行转换处理。用轻便的光纤代替笨重的同轴电缆完成电信号的传输，我们首先要做的是将电信号转换成光信号，传输到达目的地后再将光信号还原为电信号，为设备识别运用。在实际的工作中，我们主要是通过使用光电信号转换设备，目前应用比较广的是光端机来实现把设备输出的电流脉冲由二极管转换成光脉冲信号，然后再由光纤传输到接收端，通过接受信号端的光端机将光信号转换为电信号，设备就可以正常的识别和使用了。在实际的应用中，我们通常把采用这种模式传输信号的系统称为有源光纤传输系统[1]。

2.2 无源光纤传输

在物理实验的过程中，我们发现有些时候，在一定的条件下，可以直接产生光信号。其主要工作原理是，在近区测量中，有些辐射转换体（闪烁体和契仑柯夫转换体）可以直接把脉冲辐射转变成适应光纤传输的光信号，实践中根据测量脉冲辐射场，辐射脉冲的时间特性、辐射面大小的要求选择、辐射—发光转换体如闪烁体ST-1703的时间响应及发光波长更适于光纤传输。契仑柯夫转换体是将光纤作为辐射—发光转换体，又作为光的传输线。当辐射与光纤介质直接作用产生康普顿电子在光纤中的传播速度大于光纤介质中的速度时，便在契仑柯夫光发射角的方向发出具有连续光谱的契仑柯夫光。并与光纤直接耦合，将光信号通过光纤传输到终端，再配合以记录光导系统配合从而拼成了又一个脉冲辐射场测量系统。我们通常把这种模式的传输系统称为无源光纤传输系统。

3 光纤传输信号的特性

3.1 衰减特性

光纤传输信号的一个重要特性就是光的衰减特性。我们都知道光是沿直线传播的，光是一种能量形式，在传输过程中随着传输距离的增加，就必然存在能量的消耗。光纤传输信号的衰减特性用来计量光在光纤中传输达到一定距离后其传输能量的损耗程度，用单长度的光纤对光波的吸收损耗来来表示。通常情况下，包括光波在传输过程中的本征吸收损耗和非本征吸收损耗两种情况。本征吸收损耗是由纯石英材料自身导致的损耗，非本征吸收损耗是由杂质导致的损耗[2]。除此之外，还存在部分散射、辐射损耗；散射、辐射损耗指的是光波在传输过程中向包层之外泄漏和朝逆方向反回，造成逆转传输而产生的损耗。

大量的实践证明，光信号在光纤中传输产生的损耗与波长有直接的关系。拿石英光纤的传输损耗情况为例：波长为1.31μm和1.55μm附近具有较低的衰减值；通常情况下1.31μm波长处衰减值为0.35db/km；1.55μm波长处衰减值为0.2db/km。值得注意的是一般情况下，多模光纤的损耗要普遍大于单模光纤，我们在选择使用光纤来传输信号时就有根据信号的强度和距离等综合进行测算，从而确定使用单模光纤还是使用多模光纤。在实验或者实际的施工中，铺设光纤时一定不能把光纤弯曲，人为的将光纤弯曲后，光纤会产生弯曲损耗。弯曲损耗，顾名思义就是产生光信号损耗的原因是由于光纤弯曲时内外两侧受到不同的压力产生压力差，压力差导致光纤的折射率发生变化，进而导致光纤中的一部分光波辐射出来，产生弯曲损耗。为了能够尽量减少人为造成的弯曲损耗，在施工过程中，或者在物理试验时，如果不得不将光纤弯曲，那么要保证使光纤的折弯半径大于光纤直径的100倍，也就是说弯曲的半径不能小于30cm。

3.2 色散特性

信號在光纤中传输的色散特性，指的是输入的光信号由于不同频率或不同模式的光在光纤中的传播时速度不同，导致到达输出端的时间不一致，由此导致输出波形与输入波形产生形变导致信号失真。在使用光纤传输信号的过程中要充分考虑到信号在光纤中传输的色散性特征，根据设备输出和接收信号的情况合理选择设备的型号的光纤的类型，避免出现由于光纤传输色散性特征导致的输出信号失真，影响整体的传输效果。如果传输信号是数字式脉冲的情况，解调后信号的宽度会扩展，在调制波形是模拟式信号的情况，则检波后电平随着信号频率的增加而降低。这种信号在光纤中传送到额色散特性通常在多模光纤中色散比较大，而在单模光纤中基本没有色散。

3.3 信号传输的兼容性

人们在物理实验研究的过程中，为了研究场辐射条件下，金属内部产生的电磁场度，由于应用普通的同轴电缆传输容易受到传输系统的干扰，还容易受到辐射和电流的影响，因此很难达到理想的实验效果。为了能够有效解决这类问题，我们尝试使用光纤来信息信号的传输。由于信号在光纤传输中的系统频带很宽，几乎不受电磁场的干扰，与使用同轴电缆传输信号相比较，还具有衰减小、重量轻、体积小等多种优势，能够很好的达到实验的效果。

利用光纤传输模拟信号，其主要的技术操作是在试验中完成单次模拟信号的传输、测试系统的要求，需要应用到较高高的传输频带及毫微秒光纤传输技术，光/电、电/光转换器件。实验操作中将一个瞬变的波形直接调制LD或LED输出的光功率随输入信号的强度而变化，完成光电转换。再经1000多米的光纤传输后由光探测器（PZN或APD）探测接收光电转换，电转换后的弱信号，经低噪声放大到一定幅度，进行显示和测量、记录。光纤传输系统主要由三大部分构成，光信号发射机、光纤传输系统、光信号接收机。发射机为了保证系统的带宽和快速响应，选用了脉冲响应快速激光器LD作为发射机的光源，配合较快的调制脉冲，根据LD的特点，激光器（LD）不宜承受较大的功率，所以在信号到来之前，把一个较宽的脉冲4μs阈值信号加在调制器上，使激光器（LD）工作在脉冲状态。为保证传输信号在正、负极性准确地传输，克服温度漂移带来的误差和工作补偿，LD的工作点应选在线形性的中点。未解决比例测试信号的不稳定情况，发射部分还加有温度补偿网络，考虑到测试信号的直观性，比较传输信号到来的同时触发拾取跟随器经正、负甄别延迟后产生一固定幅度的标准信号，再加到信号输入端，并使它落在传输信号的后面。光信号接收机由光探测器和低噪声宽带放大器构成，经光纤传输到终端的光信号，由光探测器接收转换成电信号经放大后分两显示管记录，一路用7844示波器记录被测信号和校准信号全波形，通过比较直接读出被测信号的幅值，激光器阈值台阶脉冲是由探头，经同步器而提供，同步器分六路，可以同时接入发射机，台阶脉冲上的核信号是随被测波形的有无而存在的。在物理试验时考虑到一旦被测信号不来，在台阶脉冲上也有较准信号输出，改为由同步触发（即触发），这样较准信号就成为系统自己的考核信号，成功地采用光纤传输圆满完成了物理试验任务。

4 使用光纤传输信号波形技术

从大量的实验和实践情况看，使用光纤传输信号，光信号的波形长短对传输效果有着直接的影响，因此控制信号的波长，也就是波形技术在实际的信号传输中起到了至关重要的作业。从当前的测试數据看，波长为1.31μm和1.55μm附近时衰减值比较低，因此我们在应用波形技术时就可以尽可能的使传输信号的波长接近1.31μm和1.55μm，这样就可以有效的减少信号的衰减，保证传输信号的质量[3]。

4.1 波长控制技术

波长控制技术的原理就是通过对输出信号的波长进行技术层面的控制、调节，使在光纤中传播的信号的波长接近1.31μm和1.55μm，从而使光信号在传输过程中产生最低程度的衰减，这样一来就可以有效的保证了在长距离传输的过程中，信号的衰减度很小，确保了传输信号的整体质量。随着信息技术突飞猛进的发展进步，当前，实现对波长的控制已经比较简单，先进的光电信号转换设备可以根据不同的传输距离，来选择转换成不同波长的光信号，可以很好的解决光信号在传输过程中的衰减问题，大大提高了光纤传输信号的质量。

4.2 波频控制技术

波频控制技术的原理是通过对输出信号的波频进行调控，是传输前光信号最大限度的趋于相同的频率上，这样就可以有效的控制色散性，最大限度的保证光信号在接收端呈现时不失真。当前在实际的技术应用中，波频控制技术的应用也比较成熟，主要是通过在输出端和接收端使用先进的光电信号的转换设备来实现对传输光信号的波频控制。通过输出端光电信号转换设备的转换，将电信号尽可能的转换成为了波频基本相同的光信号，在信号的接收端，光电信号转换设备再将信号尽可能的还原，最大程度的保持传输信号的稳定性，保证传输信号的质量不失真。

5 结语

随着波形控制技术的发展完善，对于光信号的波长和波频的控制将变得越来越容易，从而有效的解决了光信号在传输过程中的衰减和失真问题，确保了信号在光纤中传播的稳定性和保真效果，更好的实现了人们使用光纤传输信号的技术要求。波形技术的不断创新和发展，必将对未来使用光纤传输信号技术的创新和发展起到很好的推动作用。

参考文献

[1]王忠华.光纤传输技术的优势特点及其维护策略[J].西部广播电视，2015，（9）：250.

[2]陈克难，刘文红.使用光纤传输信号波形的技术[J].仪器仪表学报，2005，（z1）：537-538.

[3]姜楠.广播电视信号传输中光纤传输技术应用分析[J].新媒体研究，2016，（11）：34+36.

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