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。
- (1)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。
- (2)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。 - (3)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。
- (4)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。
- (5) 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。
- (6)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。
- (7)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。
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。
感受光纤的魔力
专业视听系统以及监控系统需要考虑图像、音频、数据这三类信号的传输问题，在光纤应用之前，铜缆因为技术成熟而被广泛应用，但铜缆有传输距离短、易受电磁干扰、维护费用高等缺陷。光纤出现之后，随着技术的成熟，在通信领域迅猛发展，已成为远距离/近距离（超过500/800米的距离）的首选，当前唯一阻碍光纤在更大范围应用的问题，就是其还有待降低的成本。光纤在视听领域的应用虽然不像其在通信领域那么普及，但光纤凭着优异的技术特性，已经吸引越来越多的目光，在可以预见的将来，随着成本的逐步下降，光纤在视听领域也将会迅速普及。本文就先带领大家一起来感受下光纤的魔力。
- 光纤与电导体构成的传输媒体有着本质的不同，光纤所传输的信号是光束，而非电信号。因此光纤所传输的信号可以不受电磁干扰。光纤不仅是目前可用的传输媒体，由于其具有很大的带宽，所以光纤在若干年后都将会继续使用。光缆是由许多细如发丝的塑胶或玻璃纤维外加绝缘护套组成，光束在玻璃纤维内传输，防磁防电，传输稳定，质量高，能很好的胜任高速以及大数据量的传输。
- 下面是几种传输媒体的比较：
*从上表可以看出，光缆与其他媒体相比，在传输距离、带宽、传输质量等方面都有极为明显的优势。
- 光纤的信号传输可分为两种方式，即模拟方式（基带信号）和数字方式。早期的光传输中采用模拟方式，即由光的亮度直接表示信号的幅度（AM方式或IM方式），这种传输原理与在电缆中传输无本质区别。其明显的缺点在于信号的质量受到传输系统的影响，另一个不足就是信号的带宽不高。（例如：视/音频信号的基带光发射/接收机）
- 而数字传输是利用码流中的0和1控制激光管的开/关，形成脉冲的光信号，收端再将光脉冲恢复为电信号，相比模拟方式有如下优点：
1、只要收端的光脉冲接收正确，就可无损地恢复原信号，并且在传输中还可对数字信号进行纠错，这与数字信号传输原理一样；
2、激光管的开/关速度足够快（可在几十个GHz）因此传输信号的码流也可足够快，信号带宽很宽。
- 由数字光纤传输的原理可知，只要收端的光脉冲接收正确，就可无损地恢复信号，如何保障这一点呢？激光发射器有一定的发射功率，光信号在光纤中传输时会有一些衰减（0.5dB/km单模），在熔接（0.001dB/次）和接头（0.2-0.5dB/次）时也有衰减，但只要激光接收器收到的功率大于它的灵敏度，接收器就可以正确地恢复信号。现在应用的光发/收器件，发射功率与灵敏度之间有20-30dB的差是很容易办到的，那么在单模的传输系统中传输几十公里是完全办得到的，通信行业一般定在20km左右。
- 单模（single-mode SM）是指光线在光纤中基本上按同一角度全反射，传输时只有单一模式，其优点在于损耗小，接收稳定；缺点在于光发/收模块价格较高，安装时要求精度高，但光纤比多模便宜（相差20-30%）。单模传输设备所采用的光器件是LD，通常按波长可分为850nm和1300nm两个波长，按输出功率可分为普通LD、高功率LD、DFB-LD（分布反馈光器件）。单模光纤传输所用的光纤最普遍的是G..652，其线径为9微米。1310nm波长的光在G.652光纤上传输时，决定其传输距离限制的是衰减因数；因为在1310nm波长下，光纤的材料色散与结构色散相互抵消总的色散为0，在1310nm波长上有微小振幅的光信号能够实现宽频传输。1550nm波长的光在G.652光纤上传输时的衰减因数很小，单纯从衰减因数考虑，1550nm波长的光在相同功率下传输的距离大于1310nm波长的光，但实际情况并非如此，由于色散因数的影响，相同功率下1550nm波长的光在G.652光纤上的传输距离要小于1310nm波长的光。
- 多模（Multi-mode）是指光线在光纤中有多种角度反射，包括漫反射等，因此传输时有多种传输模式。其优点是光发/收模块便宜，安装时精度要求低一些，但多模光纤传输由于散射等现象，功率损失严重，传输距离要近得多（按通信行业标准为1024*768分辨率下500米）
- 100m光纤收发器
- 光端机
- 1000M光纤收发器
- 光纤转换器
