数字光纤传输的优势

简介
　　过去的二十五年中，光纤传输被认为是传输视频、音频、数据及各种模拟信号的上佳选择。光纤具有较双绞线和同轴电缆许多广为人知的优势，其中包括良好的抗御电气干扰性能及高带宽等。基于这些及其他诸多原因，光纤传输系统在许多行业的各种应用中都得到了广泛的采用。

　　不过，虽然光纤传输较传统的基于铜缆的传输介质大为改进，但是直到最近，光纤传输采用的仍旧是与前辈们相同的基于模拟的信令技术。而现在，新一代的，运用了纯数字信令技术的光纤传输系统诞生了，它为提升传输标准提供了机遇，将光纤传输推向了一个全新的水平。数字系统具有出色的性能、灵活性及可靠性，而且成本也不会比原来的模拟传输系统高。

　　本培训指南将探讨光纤数字信令技术的实现机理，以及其带来的诸多优势，探讨将围绕性能与经济性两方面展开。

光纤模拟传输
　　在研究数字光纤传输的优势之前，让我们先来了解一下传统的使用光纤系统传送模拟信号的基础。

　　模拟光纤传输系统提供调幅（AM）和调频（FM）两种版本的系统。在这两类系统中，光纤发射机接收一路模拟、基带视频、音频或数据信号，并将之转换成一路光信号。在这里，系统开始了变化。

　　在调幅AM系统中，光信号被生成为一路光束，该光束的密度随着原始信号、输入信号、电子模拟信号的变化而变化。使用发光二极管（LED）或激光管作为光信号源。不过，无论是LED还是激光管均为非线性设备。这就意味着难以以连续可控的手段控制其亮度——从完全关闭到完全开启，及其间的各种变量。然而，在AM系统中，这就是系统的工作方式。结果会产生各种传输信号的失真，如：

　　* 随着光缆长度的增加信噪比（SNR）会降低。

　　* 视频信号会产生非线性差分增益和相位差错。

　　* 较差的音频信号动态范围。

　　为了改进基于AM的光纤传输系统的性能，推出了调频FM设计技术。在这些系统中，信号通过以脉冲方式完全关闭LED或激光管来传送，脉冲频度根据原始输入信号的不同而不同。

　　对于那些只熟悉通过非光纤介质进行FM发射的人来说，针对这一类系统的“FM”一词看起来很可能会有点让人迷惑。FM的意思是“调频”，在光纤的范畴内，这可能被理解为：信号通过对光频进行调制来发射。事实上却并非如此。对于这类系统的一个更加精确的称呼是PPM——Pulse Position Modulation（脉冲位置调制）。然而，在各个行业，与这类系统相关的称谓都是“FM”而非“PPM”。请记住“Frequency”中的“F”指的是脉冲的频率，即光本身运动的频率。

　　虽然FM发射系统消除了AM系统中的许多问题——这些问题来自难以控制管子的光散射的可变亮度电平，但是FM系统却具有自身的一些特有的问题。

　　FM系统中常见的一种失真是串扰。当通过一条光纤传送多个FM载波时，如使用复用器的场合，串扰就会产生。串扰产生于发射机或接收机单元内，是一些关键滤波电路（设计用于保持各个载波独立）校准漂移的结果。当这些滤波器不能正常工作时，FM载波即会与另一个FM载波产生干扰和失真。光纤工程师在设计FM系统时可以设法将串扰发生的频率降至最低，但是任何针对设计的改进都意味着成本的增加。

　　另一类失真被称之为互调。与串扰相似，这类系统问题常见于设计用来通过一条光纤发射多个信号的系统。互调产生于发射机单元，常常是电路中的非线性存在的结果，常见于FM载波。结果是，两个（或更多）原始输入信号在复用进入一条光纤之前产生相互干扰，导致发射的光纤信号的保真度下降。

数字技术带来不同
　　与基于模拟的光纤系统相似，数字系统中的发射机也是接收基带视频、音频和数据信号，接收机则以原始格式输出这些信号。“数字差异”的产生取决于信号的处理方式，及其在发射机与接收机之间的信号存在方式。[Page]

　　在一个纯数字系统中，输入基带信号被立即传递给发射机中的“模拟－数字”转换器，后者将输入信号转换成一系列的“1”和“0”——称之为“数字流”。随后，如处理的信号超过一个，发射机便会组合所有产生的数字流，成为一个单个的数字流。该组合的数字流被用来按照发射的1和0的频度，以极高的速度开启和关闭发光管。

　　在接收端，处理过程与发射端刚好相反。组合的数字流被分离成多个比特流，各自代表其独特的发射信号。这些信号随后进行模拟－数字转换处理，接收机以同样的模拟格式输出信号产生的视频、音频和数据。

　　纯数字处理较之AM和FM系统有着许多优势，如性能更好，灵活性更高，安装成本更低等。下面会详细探讨这些优势，及其对系统安装人员和用户的直接好处。

性能一致性
　　与AM和FM系统不同<