通工專業(yè)-光纖通信技術(shù)-第七章-光纖通信系統(tǒng)

1、光纖通信技術(shù)光纖通信技術(shù)Modern Communication Networks西安郵電大學(xué)通信與信息工程學(xué)院西安郵電大學(xué)通信與信息工程學(xué)院通信工程系通信工程系 7.1 光纖通信系統(tǒng)的基本概念光纖通信系統(tǒng)的基本概念 7.2 數(shù)字光纖通信系統(tǒng)數(shù)字光纖通信系統(tǒng)7.3 模擬光纖通信系統(tǒng)模擬光纖通信系統(tǒng)第七章第七章 光纖通信系統(tǒng)光纖通信系統(tǒng) 本章簡介本章簡介 光纖通信系統(tǒng)是組成光網(wǎng)絡(luò)的基本單元，光纖通信系統(tǒng)主要包括數(shù)字光纖通信系統(tǒng)和模擬光纖通信系統(tǒng)。本章將主要對數(shù)字和模擬光纖通信系統(tǒng)的組成，工作原理，特性指標(biāo)及相關(guān)應(yīng)用等作以介紹。 7.1 光纖通信系統(tǒng)的基本光纖通信系統(tǒng)的基本概念概念7.1.1 光纖

2、通信系統(tǒng)的組成光纖通信系統(tǒng)的組成 如圖7.1所示，為光纖通信系統(tǒng)組成模型?？梢姽饫w通信系統(tǒng)由光發(fā)送部分、光纖和光接收部分三部分組成。 圖7.1光纖通信系統(tǒng)示意圖 在光發(fā)射部分，信息源把用戶信息轉(zhuǎn)換為原始電信號，這種信號稱為基帶信號。電發(fā)射機再把基帶信號轉(zhuǎn)換為適合信道傳輸?shù)男盘?，這個轉(zhuǎn)換如果需要調(diào)制，則其輸出信號稱為已調(diào)信號。 對于數(shù)字電話傳輸，電話機把話音轉(zhuǎn)換為頻率范圍為0.33.4 kHz的模擬基帶信號，電發(fā)射機把這種模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，例如PCM信號，并把多路數(shù)字信號組合在一起，然后輸入光發(fā)射機，同樣也可將SDH信號輸入道光發(fā)射機在光線中傳輸。對于模擬電視傳輸，則用攝像機把圖像轉(zhuǎn)換為6

3、 MHz的模擬基帶信號，直接輸入光發(fā)射機。 光纖部分可根據(jù)所傳信號的質(zhì)量要求、傳輸距離、適用場合等指標(biāo)選單模光纖、多模光纖或其他特殊光纖。 光接收部分則采用和光發(fā)射部分相反的操作，將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，然后再進行解復(fù)用，然后將基帶信號送給相關(guān)用戶。7.1.2 光纖通信系統(tǒng)的分類光纖通信系統(tǒng)的分類 光纖通信系統(tǒng)根據(jù)不同的分類方法可以劃分為不同類型。l按系統(tǒng)所用光纖類型可將光纖通信系統(tǒng)分為單模光纖通信系統(tǒng)和多模光纖通信系統(tǒng)；1.按光纖通信系統(tǒng)應(yīng)用的場合分為公用型光纖通信系統(tǒng)和專用光纖通信系統(tǒng)，如專網(wǎng)中的電力光纖通信系統(tǒng)，鐵道光纖通信系統(tǒng)，軍用光纖通信系統(tǒng)等；l根據(jù)光纖通信系統(tǒng)所處位置分為接入網(wǎng)系統(tǒng)

4、，城域網(wǎng)系統(tǒng)，骨干網(wǎng)系統(tǒng)等；l4. 按光纖通信系統(tǒng)所采用的技術(shù)不同進行分類等。5. 通常我們是按照光纖通信系統(tǒng)中所傳送的信號是數(shù)字的還是模擬的，可將光纖通信系統(tǒng)分為模擬光纖通信系統(tǒng)和數(shù)字光纖通信系統(tǒng)。下面我們就以這種分類方法來分別介紹模擬光纖通信系統(tǒng)和數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的概念和相關(guān)技術(shù)。 模擬光纖通信系統(tǒng)通常將采集的模擬基帶信號直接調(diào)制到光載波上，從光發(fā)射機經(jīng)光纖傳送到光接收機，完成模擬信號的傳送。為提高傳輸質(zhì)量，也可將模擬基帶信號轉(zhuǎn)換為頻率調(diào)制(FM)、脈沖頻率調(diào)制(PFM)或脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號，最后把這種已調(diào)信號輸入光發(fā)射機。 還可以采用頻分復(fù)用(FDM)技術(shù)，用來自不同信息源的視頻

5、模擬基帶信號(或數(shù)字基帶信號)分別調(diào)制指定的不同頻率的射頻(RF)電波，然后把多個這種帶有信息的RF信號組合成多路寬帶信號，最后輸入光發(fā)射機， 由光載波進行傳輸。 在這個過程中，受調(diào)制的RF電波稱為副載波，這種采用頻分復(fù)用的多路電視傳輸技術(shù)， 稱為副載波復(fù)用(SCM)。 數(shù)字光纖通信系統(tǒng)通常將來自電端機上的數(shù)字信號調(diào)制到光載波上經(jīng)光纖傳送到對端，再解調(diào)為數(shù)字信號。數(shù)字信號經(jīng)電端機解復(fù)用后變?yōu)榛鶐?shù)字信號，然后送到用戶端。通常數(shù)字電端機包括數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，編解碼電路，復(fù)用和去復(fù)用電路，相關(guān)保護電路等。 不管是數(shù)字系統(tǒng)，還是模擬系統(tǒng)，輸入到光發(fā)射機帶有信息的電信號，都通過調(diào)制轉(zhuǎn)換為光信號。光載波經(jīng)過

6、光纖線路傳輸?shù)浇邮斩耍儆晒饨邮諜C把光信號轉(zhuǎn)換為電信號。電接收機的功能和電發(fā)射機的功能相反，它把接收的電信號轉(zhuǎn)換為基帶信號，最后由信息宿恢復(fù)用戶信息。 在整個通信系統(tǒng)中，在光發(fā)射機之前和光接收機之后的電信號段，光纖通信所用的技術(shù)和設(shè)備與電纜通信相同，不同的只是由光發(fā)射機、光纖線路和光接收機所組成的基本光纖傳輸系統(tǒng)代替了電纜傳輸。 由于前面各個章節(jié)我們已經(jīng)講述了光線與光纜、光源器件與光發(fā)射機、光檢測器件與光接收機等內(nèi)容，在本章中我們將重點就數(shù)字光纖通信系統(tǒng)和模擬光纖通信系統(tǒng)等知識予以講述。7.2 數(shù)字光纖通信系統(tǒng)數(shù)字光纖通信系統(tǒng)7.2.1 數(shù)字光纖通信系統(tǒng)組成數(shù)字光纖通信系統(tǒng)組成 1.數(shù)字光纖通

7、信系統(tǒng)數(shù)字光纖通信系統(tǒng) 數(shù)字光纖通信系統(tǒng)比模擬光纖通信系統(tǒng)具有更多的優(yōu)點，也更能適應(yīng)社會對通信能力和通信質(zhì)量越來越高的要求。數(shù)字通信系統(tǒng)用參數(shù)取值離散的信號(如脈沖的有和無、電平的高和低等)代表信息，強調(diào)的是信號和信息之間的一一對應(yīng)關(guān)系；而模擬通信系統(tǒng)則用參數(shù)取值連續(xù)的信號代表信息，強調(diào)的是變換過程中信號和信息之間的線性關(guān)系。這種基本特征決定著兩種通信方式的優(yōu)缺點和不同時期的發(fā)展趨勢。 20 世紀70年代光纖通信的應(yīng)用和80年代計算機的普及，為數(shù)字通信的發(fā)展創(chuàng)造了極其有利的條件。目前雖有數(shù)字通信幾乎完全代替模擬通信的趨勢，但是模擬通信仍然有著重要的應(yīng)用。數(shù)字通信系統(tǒng)的優(yōu)點數(shù)字通信系統(tǒng)的優(yōu)點1.

8、 抗干擾能力強，傳輸質(zhì)量好。在模擬通信系統(tǒng)中，噪聲疊加在信號上，兩者很難分開，放大時噪聲和信號一起放大，不能改善因傳輸而劣化的信噪比。數(shù)字光纖通信采用二進制信號，信息不包含在脈沖波形中， 而由脈沖的“有”和“無”表示。因此，一般噪聲不影響傳輸質(zhì)量，只有在抽樣和判決過程中，當(dāng)噪聲超過一定閾值時， 才產(chǎn)生誤碼率。2. 可以用再生中繼，傳輸距離長。數(shù)字通信系統(tǒng)可以用不同方式再生傳輸信號，消除傳輸過程中的噪聲積累，恢復(fù)原信號，延長傳輸距離。3. 適用各種業(yè)務(wù)的傳輸，靈活性大。在數(shù)字通信系統(tǒng)中，話音、圖像等各種信息都變換為二進制數(shù)字信號，可以把傳輸技術(shù)和交換技術(shù)結(jié)合起來，有利于實現(xiàn)綜合業(yè)務(wù)。4. 容易實

9、現(xiàn)高強度的保密通信。只需要將明文與密鑰序列逐位模2相加， 就可以實現(xiàn)保密通信。只要精心設(shè)計加密方案和密鑰序列并經(jīng)常更換密鑰， 便可達到很高的保密強度。5. 數(shù)字通信系統(tǒng)大量采用數(shù)字電路，易于集成，從而實現(xiàn)小型化、微型化，增強設(shè)備可靠性，有利于降低成本。 數(shù)字通信系統(tǒng)的缺點是占用頻帶較寬，系統(tǒng)的頻帶利用率不高注：這里沒有考慮語音、視頻壓縮編碼和多元制數(shù)字調(diào)制的作用。 例如，一路模擬電話只占用4 kHz的帶寬，而一路數(shù)字電話要占用2064 kHz的帶寬。數(shù)字通信系統(tǒng)的許多優(yōu)點是以犧牲頻帶為代價得到的，然而光纖通信的頻帶很寬，完全能夠克服數(shù)字通信的缺點。因而對于電話的傳輸， 數(shù)字光纖通信系統(tǒng)是最佳的

10、選擇。 7.2.2數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的線路碼型數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的線路碼型 對于數(shù)字端機的接口碼型，一般采用雙極性碼，因為對電脈沖信號，以零伏為中心，無論產(chǎn)生正脈沖還是負脈沖都是比較容易的。目前常用的雙極性碼有碼 和CMI碼。 碼適用于PDH(234)Mb/s（13次群）的數(shù)字信號接口。而CMI碼適用于PDH 140Mb/s數(shù)字信號接口。 3HDB3HDB 對于光纜數(shù)字系統(tǒng)，目前主要采用光強度調(diào)制方式，即傳輸信息僅與發(fā)光器件發(fā)出的光“有”或“無”兩種狀態(tài)，因此應(yīng)采用單極性碼。光纜線路系統(tǒng)對傳輸碼型的主要要求有：l能對中繼器進行不中斷業(yè)務(wù)的誤碼檢測;l減少碼流中長連“0”或長連“1”的碼字，以利于端

11、機和中繼設(shè)備的定時提取，便于信號再生判決;l能傳輸監(jiān)控、公務(wù)和區(qū)間信號;l能實現(xiàn)比特序列獨立性，即不論傳輸?shù)男畔⑿盘柸绾翁厥?，其傳輸系統(tǒng)都不依賴于信息信號而進行正確的傳輸。1. 擾碼擾碼 為了保證傳輸?shù)耐该餍裕谙到y(tǒng)光發(fā)射機的調(diào)制器前，需要附加一個擾碼器，將原始的二進制碼序列進行變換，使其接近隨機序列。它是根據(jù)一定的規(guī)則將信號碼流進行擾碼，經(jīng)過擾碼后使線路碼流中的“0”、“1”出現(xiàn)概率相等，從而改善了碼流的一些特性。但是它仍然具有下列缺點：l不能完全控制長連“1”和長連“0”序列的出現(xiàn)；l沒有引入冗余，不能進行在線誤碼檢測；l信號頻譜中接近于直流的分量較大。 因為擾碼不能完全滿足光纖通信對線路

12、碼型的要求，所以許多光纖設(shè)備除采用擾碼外，還采用其它類型的線路編碼。2. 分組碼分組碼l(1)mBnB碼碼l l 最典型的分組碼為mBnB碼，它是把輸入碼流中每m比特碼分為一組，然后變換為n比特。m、n均為正整數(shù)，且nm，一般n =m+1。這樣，變換之后，碼組的比特數(shù)比變換前大，即輸入碼字共有種，輸出碼字可能組成種，使變換后的碼流有了“富余”（冗余）。有了它，在碼流中除了可以傳輸原來的信息外，還可以傳輸與誤碼檢測等有關(guān)的信息。另外，經(jīng)過適當(dāng)?shù)木幋a之后，可以改善定時信號的提取和直流分量的起伏等問題。l mBnB碼型中有1B2B，2B3B，3B4B，5B6B等。其中，5B6B碼被認為在編碼復(fù)雜性和

13、比特冗余度之間是最合理的折衷，因此使用較為普遍。表7.1 5B6B碼型的一種方案 (2)mB1C碼碼 這種碼型是將信碼流每m比特分為一組，然后在其末位之后再插入一個反碼（又稱補碼）即C碼。C碼的作用是：如果第m位碼為“1”碼，則反碼為“0”；反之則為“1”。 例如：例如： 8個碼元為一組的碼組為：11011001；編為8B1C碼時的碼組為：110110010。因此插入C碼可進行誤碼檢測，此外，還可減少連“0”或連“1”的不良影響。(3) mB1H碼碼 這種碼是將信碼流中每m比特碼分為一組，然后在其末位之后插入一個混合碼，稱為H碼。這種碼型具有多種功能，除可完成mB1P和mB1C碼的功能外，還可

14、同時用來完成區(qū)間通信、公務(wù)聯(lián)絡(luò)、數(shù)據(jù)傳輸以及誤碼檢測等功能。(4)其它線路碼型其它線路碼型 在光纖通信中，有時利用電纜傳送數(shù)字信號。因此可用ITUTG.703建議的物理/電氣接口碼型，如偽雙極性碼即CMI和DMI碼。表7.2 CMI碼變換規(guī)則 CMI碼由于結(jié)構(gòu)均勻，傳輸性能好，可以用游動數(shù)字和的方法檢測誤碼，因此誤碼檢測性能好。由于它是一種電接口碼型，因此139264kb/s光纖傳輸系統(tǒng)就用CMI碼作為光線路碼型。另外，它還不需重新變換，直接用四次群復(fù)用設(shè)備送來的CMI信號調(diào)制光源。接收端也可直接將再生還原的CMI碼直接送給四次群復(fù)用設(shè)備，而不需線路碼型的變換和反變換設(shè)備。 CMI碼的缺點缺點

15、是：碼速提高率（等于100%）太大以及傳送輔助信息的性能較差。7.2.3數(shù)字光纖通信系統(tǒng)特性指標(biāo)數(shù)字光纖通信系統(tǒng)特性指標(biāo)與設(shè)計與設(shè)計7.2.3.1 數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的特性指標(biāo)數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的特性指標(biāo) 目前，光纖通信系統(tǒng)主要是數(shù)字系統(tǒng)，因此光纖傳輸系統(tǒng)的各種性能指標(biāo)應(yīng)滿足數(shù)字傳輸系統(tǒng)的要求。而數(shù)字信號在傳輸中也要遇到各種各樣的干擾，因此考察光纖通信系統(tǒng)總的傳輸性能時，要分析各部分設(shè)備的性能及各傳輸段的性能，以便在各指標(biāo)累加之后，能保證系統(tǒng)的全程性能指標(biāo)。 為此，對全程通信網(wǎng)的性能指標(biāo)要作一個合理的分配，首先要確定一個合適的傳輸模型。ITUT提出了“系統(tǒng)參考模型”的概念，并規(guī)定了系統(tǒng)參考模型的性

16、能參數(shù)和指標(biāo)，光纖通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)就應(yīng)遵循該規(guī)定。1.數(shù)字光纖系統(tǒng)模型結(jié)構(gòu)數(shù)字光纖系統(tǒng)模型結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)參考模型有三種假設(shè)形式：假設(shè)參考數(shù)字連接（HRX），假設(shè)參考數(shù)字鏈路（HRDL）及假設(shè)參考數(shù)字段（HRDS）。(1) 假設(shè)參考數(shù)字連接（假設(shè)參考數(shù)字連接（HRX） 假設(shè)參考數(shù)字連接是針對通信系統(tǒng)的總的性能和指標(biāo)分配而找出的通信距離最長、結(jié)構(gòu)最復(fù)雜、傳輸質(zhì)量預(yù)計最差的連接。如果這種連接能滿足通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)要求，那么通信距離較短，結(jié)構(gòu)較簡單的通信連接肯定能保證傳輸質(zhì)量，因而引入了假設(shè)參考連接模型。 它是通信網(wǎng)中從用戶至用戶，包括參與變換與傳輸?shù)母鱾€部分（如用戶線、終端設(shè)備、交換機、傳輸系統(tǒng)等）

17、。ITUT建議的一個標(biāo)準(zhǔn)最長HRX全長為27500km，包含14個假設(shè)參考數(shù)字鏈路和13個數(shù)字交換點。 實際上經(jīng)常實現(xiàn)的連接都比標(biāo)準(zhǔn)最長HRX短。假設(shè)參考數(shù)字連接的具體組成如圖7.2示。LE ISCISCISCISC27500 km國內(nèi)國際國內(nèi)本地本地T參考點PC一級中心LE本地交換數(shù)字鏈路SC二級中心ISC國際交換數(shù)字交換TC三級中心PCSCTCISCTCSCPCLET參考點圖7.2 假設(shè)參考數(shù)字連接組成圖(2) 假設(shè)參考數(shù)字鏈路（假設(shè)參考數(shù)字鏈路（HRDL） 為了簡化數(shù)字傳輸系統(tǒng)的研究，保證全程通信質(zhì)量，把假設(shè)參考數(shù)字連接（HRX）中的兩個相鄰交換點的數(shù)字配線架間所有的傳輸系統(tǒng)，復(fù)、分設(shè)備

18、等各種傳輸單元，用假設(shè)參考數(shù)字鏈路（HRDL）表示。 由于HRDL是HRX的一個組成部分，因此允許把總的性能指標(biāo)分配到一個比較短的模型上。ITUT建議HRDL的合適長度是2500km，根據(jù)我國地域廣闊的特點，我國長途一級干線的數(shù)字鏈路長度為5000km。(3) 假設(shè)參考數(shù)字段（假設(shè)參考數(shù)字段（HRDS） 為了適應(yīng)傳輸系統(tǒng)的性能規(guī)范，保證全線質(zhì)量和管理維護方便，具體提供數(shù)字傳輸系統(tǒng)的性能指標(biāo)，把假設(shè)參考數(shù)字鏈路（HRDL）中相鄰的數(shù)字配線架間的傳輸系統(tǒng)，即兩個光端機之間的光纜傳輸線路及若干光中繼器用假設(shè)參考數(shù)字段（HRDS）表示。 根據(jù)我國的實際情況，長途一級干線的HRDS為420km，長途二級

19、干線的HRDS為280km。因此通信網(wǎng)總的性能指標(biāo)從HRX上可以按比例分配到HRDL上，再從HRDL上分配到HRDS上。 2.系統(tǒng)的質(zhì)量指標(biāo)系統(tǒng)的質(zhì)量指標(biāo)（1）誤碼性能）誤碼性能l誤碼的定義誤碼的定義 光纖數(shù)字傳輸系統(tǒng)的誤碼性能用誤碼率來衡量。即在特定的一段時間內(nèi)所接收的錯誤碼元與同一時間內(nèi)所接收的總碼元數(shù)之比。BER 錯誤接收的碼元數(shù)傳輸?shù)目偞a元數(shù)（7.1）（7.1）（7.1）（7.1）（7.1）l誤碼發(fā)生的形態(tài)和原因誤碼發(fā)生的形態(tài)和原因l 誤碼發(fā)生的形態(tài)主要有兩類：一類是隨機形態(tài)的誤碼，即誤碼主要是單個隨機發(fā)生的，具有偶然性；另一類是突發(fā)的、成群發(fā)生的誤碼，這種誤碼可能在某個瞬間集中發(fā)生，

20、而其它大部分時間無誤碼發(fā)生。誤碼發(fā)生的原因是多方面的。如電纜數(shù)字網(wǎng)中的熱噪聲，交換設(shè)備的脈沖噪聲干擾，雷電的電磁感應(yīng)，電力線產(chǎn)生的干擾等。l誤碼性能的評定方法誤碼性能的評定方法l 評定誤碼性能的參數(shù)包括平均誤碼率、劣化分、嚴重誤碼秒和誤碼秒。 平均誤碼率平均誤碼率 在一段較長的時間內(nèi)出現(xiàn)的誤碼個數(shù)和傳輸?shù)目偞a元數(shù)的比值。平均誤碼率反映了測試時間內(nèi)的平均誤碼結(jié)果，因此適合于計量隨機誤碼，但無法反映誤碼的隨機性和突發(fā)性。劣化分鐘劣化分鐘 每分鐘的誤碼率劣于 這個閾值稱為劣化分，用DM表示。我們?nèi)】傆^測時間為 ，它的大小可以是幾天或一個月，一個取樣觀測時間 為1分鐘。從總觀測時間中扣除不可用時間（連

21、續(xù)10秒平均誤碼率劣于 ）和嚴重誤碼秒后所得可用分鐘。ITUT建議該性能指標(biāo)應(yīng)達到在 內(nèi)累計的劣化分個數(shù)占可用分鐘數(shù)時間百分數(shù)少于10%。610LT0T310LT嚴重誤碼秒嚴重誤碼秒 每秒內(nèi)的誤碼率劣于 這個閾值稱為嚴重誤碼秒，用SES表示。取總觀測時間為 ，一個取樣觀測時間 為1秒鐘。ITUT建議該性能指標(biāo)應(yīng)達到在 中可用時間內(nèi)累計的嚴重誤碼秒個數(shù)占可用時間秒數(shù)的時間百分數(shù)少于0.2%。310LT0TLT誤碼秒誤碼秒 每個觀測秒內(nèi)，出現(xiàn)的誤碼數(shù)為0，用ES表示。取總觀測時間為 ，一個取樣觀測時間 為1秒鐘。ITUT建議該性能指標(biāo)應(yīng)達到在 中可用時間內(nèi)累計的誤碼秒占可用時間秒數(shù)的時間百分數(shù)少于

22、8%。LT0TLT誤碼指標(biāo)的分配誤碼指標(biāo)的分配 在一個連接中通常包含幾種不同質(zhì)量等級的數(shù)字傳輸電路。在27500km的國際連接（HRX）中二級交換中心SC之間的電路部分為高級電路，本地交換點LE與SC之間的電路部分為中級電路，LE與參考點T之間的電路部分為本地級。 誤碼性能指標(biāo)是該線路等級分配的，具體分配如表7.3所示。表7.3 誤碼指標(biāo)的分配 本地級和中級指標(biāo)可以合并到一起考慮，即它們一起分配到總指標(biāo)的60%。高級電路的指標(biāo)可以分配到每千米長度上去，從而可以得到不同長度的HRDL和HRDS的誤碼性能指標(biāo)。表7.4 HRDL和HRDS的誤碼性能指標(biāo)的分配（2）抖動性能l抖動的定義抖動的定義 抖

23、動是數(shù)字信號傳輸中的一種瞬時不穩(wěn)定現(xiàn)象。即數(shù)字信號的各有效瞬間對其理想時間位置的短時間偏離，稱為抖動。 抖動可分為相位抖動和定時抖動。相位抖動是指傳輸過程中所形成的周期性的相位變化。定時抖動是指脈碼傳輸系統(tǒng)中的同步誤差。發(fā)送信號接收信號圖7.3 定時抖動的圖解定義 抖動的大小或幅度通?？捎脮r間、相位或數(shù)字周期來表示。目前多用數(shù)字周期來表示，即“單位間隔”，用符號UI（UnitInterval），也就是1比特信息所占有的時間間隔。例如碼速率為34.363Mb/s的脈沖信號，1UI=1/34.363s。顯然它在數(shù)值上等于傳輸比特率的倒數(shù)。l抖動產(chǎn)生的原因抖動產(chǎn)生的原因l數(shù)字再生中繼器引起的抖動。數(shù)

24、字再生中繼器引起的抖動。 由于再生中繼器中的定時恢復(fù)電路的不完善及再生中繼器的累計導(dǎo)致了抖動的產(chǎn)生和累加。l數(shù)字復(fù)接及分接器引起的抖動。 在復(fù)接器的支路輸入口，各支路數(shù)字信號附加上碼速調(diào)整控制比特和幀定位信號形成群輸出信號。而在分接器的輸入口，要將附加比特扣除，恢復(fù)原分支數(shù)字信號，這些將不可避免地引起抖動。l噪聲引起的抖動。 由于數(shù)字信號處理電路引起的各種噪聲。l其它原因。 由于環(huán)境溫度的變化、傳輸線路的長短及環(huán)境條件等也會引起抖動。l抖動的類型抖動的類型l隨機性抖動。隨機性抖動。 在再生中繼器內(nèi)與傳輸信號關(guān)系不大的抖動來源稱為隨機性抖動。這些抖動主要由于環(huán)境變化、器件老化及定時調(diào)諧回路失調(diào)引

25、起。l系統(tǒng)性抖動。系統(tǒng)性抖動。 由于碼間干擾，定時電路幅度相位轉(zhuǎn)換等因素引起的抖動。l抖動的容限抖動的容限l輸入抖動容限。輸入抖動容限。 輸入抖動容限是指數(shù)字段能夠允許的輸入信號的最低抖動限值，即加大輸入信號的抖動值，直到設(shè)備由不誤碼到開始誤碼的這個分界點。此時的輸入信號上的誤碼即為最大允許輸入抖動下限。 f1Ui20DB/十倍頻程A2f2f3f4fA1圖7.4 最大允許輸入抖動下限表7.5 輸入口對輸入數(shù)字信號抖動的最低容限l輸出抖動容限。 在數(shù)字段輸入信號無抖動時,由于數(shù)字段內(nèi)的中繼器產(chǎn)生抖動,并按一定規(guī)律進行累計,于是在數(shù)字段輸出端產(chǎn)生抖動。ITUT提出了數(shù)字段無輸入抖動時的輸出抖動上限

26、，即為輸出抖動容限，具體要求見表7.6。表7.6 輸出抖動容限l抖動轉(zhuǎn)移特性。 由于輸入口數(shù)字信號的抖動經(jīng)設(shè)備或系統(tǒng)轉(zhuǎn)移后到達輸出口，從而構(gòu)成了輸出抖動的另一個來源。為了保證數(shù)字網(wǎng)抖動的總質(zhì)量目標(biāo)，ITUT建議抖動轉(zhuǎn)移增益不大于1dB。（3）光接口指標(biāo)）光接口指標(biāo) 一個完整的光纖通信系統(tǒng)的具體組成如圖7.5所示。 發(fā) 送電 端 機光 端 機光 纖光 纖光 端 機電 端 機ABSRBA接 收發(fā) 送接 收中 繼中 繼RS發(fā) 送接 收發(fā) 送接 收圖7.5 光纖數(shù)字通信系統(tǒng)方框圖 我們把光端機與光纖的連接點稱為光接口。光接口有兩個，一個由S點向光纖發(fā)送光信號；另一個由R點從光纖接收信號。光中繼器兩側(cè)均

27、與光纖相連，所以它兩側(cè)的接口均為光接口。光接口是光纖通信系統(tǒng)特有的接口。在S點的主要指標(biāo)有平均發(fā)送光功率和消光比，在R點的主要指標(biāo)有接收機靈敏度和動態(tài)范圍。l平均發(fā)送光功率平均發(fā)送光功率l 光端機的平均發(fā)送光功率是指光端機在正常工作的情況下，由電端機輸出223-1或215-1的偽隨機碼時，光端機輸出端S點測量到的平均光功率。平均發(fā)送光功率的功率值用（W）表示，電平值用LT（dBm）表示，光功率值與電平值之間的關(guān)系是：310lg()10TTPL （7.2） 對于一個實際的光纖通信系統(tǒng)，平均發(fā)送光功率并不是越大越好，雖然從理論上講，發(fā)送光功率越大，通信距離越長，但光功率越大會使光纖工作在非線性狀態(tài)

28、，這種非線性狀態(tài)會對光纖產(chǎn)生不良影響。l消光比消光比l 消光比是指光端機的電接口輸入為全“1”碼和全“0”碼時的平均發(fā)送光功率之比，用EXT表示：01PEXTP（7.3） 但由于光端機的輸入信號是偽隨機碼，它的“0”碼和“1”碼是等概率的，因此光端機輸入全“1”碼的平均發(fā)送光功率P1為光端機平均發(fā)送光功率 的2倍。TP02TPEXTP（7.4） 無輸入信號時，光端機輸出平均發(fā)送光功率 ，對接收機來說是一種噪聲，會降低接收機的靈敏度，因此希望消光比越小越好。但是，對激光器LD來講，要使消光比小就要減小偏置電流，從而使光源輸出功率降低，譜線寬度增加。所以要全面考慮消光比與其它指標(biāo)之間的矛盾。0Pl

29、接收機靈敏度接收機靈敏度l 接收機靈敏度是指在滿足給定誤碼率條件下，光端機光接口R點能夠接收到的最小平均光功率電平值 。通常用dBm作為靈敏度的衡量單位。接收機的靈敏度是光端機的重要性能指標(biāo)，它表示了光端機接收微弱信號的能力。它與系統(tǒng)要求的誤碼率，系統(tǒng)的碼速、接收端光電檢測器的性能有關(guān)。 rPl動態(tài)范圍動態(tài)范圍l 光接收機對它能接收到的光功率有一個最小值（接收機靈敏度），當(dāng)接收機收到的信號小于這個最小值時，系統(tǒng)的誤碼率就達不到要求。若接收機接收的光功率過大，也會使系統(tǒng)的誤碼率達不到要求。 為了保證系統(tǒng)的誤碼特性，光接收機收到的光功率只能在一定的范圍內(nèi)。這個范圍就是動態(tài)范圍D。具體的定義是：在滿

30、足給定誤碼率的條件下，光端機輸入連接器R點能收到的最大光功率電平值 與收到的最小功率電平值 之差，其中功率電平值的單位是dbm。rPrP()rrDPPdB（7.5）（4）電接口指標(biāo)）電接口指標(biāo) 圖7.22中的A、B點為電接口。通常把A點稱為輸入口，B點稱為輸出口。在輸入口和輸出口都需要測試的指標(biāo)是：比特率及容差、反射損耗。在輸入口測試的指標(biāo)有輸入口允許衰減和抗干擾能力、輸入抖動容限；在輸出口測試的指標(biāo)有輸出口脈沖波形、無輸入抖動時的輸出抖動容限。l比特率及容差比特率及容差l 比特率指在單位時間（1秒）內(nèi)傳送的比特數(shù)。即數(shù)字信號的傳輸速率。實際傳送的數(shù)字信號的比特率與規(guī)定的標(biāo)稱比特率之間有些差別

31、，這個差別就是容差。容差用“ppm”（10-6）表示。表7.7給出了數(shù)字信號的標(biāo)稱比特率及容差。表7.7各級電接口的標(biāo)稱比特率及容差l反射損耗反射損耗l 當(dāng)光端機接口處的實際阻抗 與傳輸電纜的特性阻抗 有差異時，就會在光端機接口處產(chǎn)生反射。反射信號與入射信號相疊加，就會造成誤碼。這種反射作用的大小通常用反射損耗來衡量。反射損耗 的定義為pbcZpb20lgxcpxcZZbZZ（7.6） 由公式看出，光端機電接口阻抗越匹配，反射損耗越大，反射信號的影響就越小。為了保證設(shè)備的正常工作，反射損耗應(yīng)達到規(guī)定值。 表7.8給出了一、二、三次群電接口對輸入口提出的反射損耗的要求，及四次群電接口對輸入口及輸

32、出口提出的反射損耗的要求。表7.8電接口發(fā)射損耗指標(biāo)l輸入口允許衰減輸入口允許衰減l 各次群光端機，連接上游設(shè)備和輸入口的電纜及數(shù)字配線架對信號都有一定的衰減，這就要求光端機在接收該信號時仍不發(fā)生誤碼，這種光端機輸入口能承受一定傳輸衰減的特性，即為允許衰減。 表7.9輸入口允許衰減和抗干擾能力指標(biāo)l輸入口抗干擾能力輸入口抗干擾能力l 前面所講的反射信號是一種干擾信號，通常把光端機在接收被干擾的有用信號后仍不產(chǎn)生誤碼的能力稱為輸入口的抗干擾能力。因此，用有用信號的功率與干擾信號的功率之比來表示抗干擾能力的大小?？垢蓴_能力指標(biāo)見表6.7。 l輸出口脈沖波形輸出口脈沖波形l 為使不同廠家的設(shè)備具有兼

33、容性，要求這些設(shè)備的接口波形必須符合ITUT提出的要求，即如圖7.6所示脈沖波形樣板。269 ns(244+25)V=100%20%20%10%10%194 ns(244-50)標(biāo)稱脈沖50%0%10%10%20%488 ns(244+244)10%10%219 ns(244-25)244 nsV對應(yīng)于標(biāo)稱峰值圖7.6 2048kbit/s接口脈沖樣板 光纖通信利用光纖傳輸信號。光信號在傳輸過程會出現(xiàn)兩個問題：l（1）光纖損耗使光信號的幅度衰減，限制了光信號的傳輸距離；l（2）光纖的色散特性使光信號波形失真，造成噪聲和誤碼率增加。 這些不但限制了光信號的傳輸距離，也限制了光纖的傳輸容量。為了增

34、加光纖的通信距離和通信容量，就必須在光纖傳輸線路中每隔一定距離設(shè)置一個中繼器。中繼器的功能主要有：l（1）補償衰減的光信號；l（2）對失真的信號波形進行整形。 所以，在長距離傳輸時，中繼器是保證高可靠性和高質(zhì)量傳輸?shù)闹匾糠帧?光纖通信中的中繼器主要有兩種:一種是光電中繼器，另一種是全光中繼器。 1. 光電中繼器的基本結(jié)構(gòu)光電中繼器的基本結(jié)構(gòu)（1）中繼器的構(gòu)成方框圖）中繼器的構(gòu)成方框圖 由于目前長距離傳輸多為數(shù)字信號系統(tǒng)，因此我們主要討論的也是數(shù)字光電中繼器。即光電光型中繼器。這樣的中繼器是由一個沒有線路碼型變換和反變換的光接收和光發(fā)射相連接的系統(tǒng)。 如圖7.7所示。這種光中繼器的電路要比光端

35、機的電路簡單，但主要的電路原理是一樣的。光電檢測器前置放大器主放大均衡判決調(diào)制電路光源自動增益控制時鐘提取自動功率控制圖7.7 數(shù)字光中繼器原理框圖（2）中繼器的結(jié)構(gòu)形式）中繼器的結(jié)構(gòu)形式 中繼器有的是設(shè)在機房中，有的是箱式或罐式，有的是直埋在地下或架空光纜在電桿上。對于直埋和架空的室外中繼器必須有良好的密封性能。（3）光中繼器的公務(wù)監(jiān)控方式）光中繼器的公務(wù)監(jiān)控方式 光中繼器的公務(wù)監(jiān)控等信號有兩種傳輸方法：l一種是與主信道分開，另設(shè)傳輸信道；l一種是將這些信號插入到主信道信號中和主信號一起傳輸，到中繼器再分開。二者各有優(yōu)缺點。目前主要采用第二種方式。這一過程主要由光中繼器中的插、分電路來完成。

36、2. 全光中繼器全光中繼器 目前，在光纖通信中，中繼器主要還是光電中繼器，這是一種間接的信號放大過程。但是隨著光纖通信技術(shù)和光器件的快速發(fā)展，一種光纖放大器作為光中繼器的用途越來越受到廣泛關(guān)注。目前所研制的光放大器主要是摻鉺光纖放大器。這種放大器的工作原理及工作特性在前邊章節(jié)已作過詳細討論，這里我們僅就它的用途作一介紹。 摻鉺光纖放大器是一個直接對光波實現(xiàn)放大的有源器件，可在光纖線路中代替目前廣泛使用的光電光型中繼器，其工作原理圖如圖7.8所示。 光發(fā)射機光纖EDFA 光纖EDFA 光纖光接收機圖7.8 摻餌光纖放大器用作光中繼器的原理框圖 用摻鉺光纖放大器作中繼器的優(yōu)點是，設(shè)備簡單，沒有光電

37、光的轉(zhuǎn)換過程，工作帶寬寬。缺點是，光放大器作中繼器時，對波形的整形不起作用。7.2.3.3光纖通信系統(tǒng)中繼距離的光纖通信系統(tǒng)中繼距離的設(shè)計設(shè)計 根據(jù)前面所討論的光纖傳輸系統(tǒng)的各種指標(biāo)要求，光發(fā)射機與光接收機之間有最大傳輸距離的問題。因此如要實現(xiàn)長距離通信，在設(shè)計一個光纖系統(tǒng)時，最大中繼距離的設(shè)計就是一個重要問題。從前面的性能討論知道，最大中繼距離要受以下4個因素的影響。（1）發(fā)射機耦合入光纖的功率 。 從物理概念上理解，在其它條件不變的情況下，光功率 越大，傳輸距離越長。TPTP（2）光接收機靈敏度 由于光接收機靈敏度的定義是在滿足系統(tǒng)誤碼率指標(biāo)下的最低接收光功率，因此，在其它條件不變的情況下

38、，接收機靈敏度越高（ 越?。?，傳輸距離越長。rPrP（3）光纖的每千米衰減系數(shù)。 若光纖的每千米衰減系數(shù)越小，則光纖傳輸中損耗的功率越小，光能在光纖中傳輸?shù)木嚯x越長。（4）光纖的色散。 若光纖的色散大，則經(jīng)過相同距離的傳輸出現(xiàn)的波形失真越嚴重，若傳輸距離越長，失真越嚴重。波形失真將引起碼間干擾，導(dǎo)致接收機靈敏度降低。下面我們分兩種情況討論：下面我們分兩種情況討論：（1）中繼距離受光纖衰減限制的情）中繼距離受光纖衰減限制的情況況 如果在光纖通信系統(tǒng)中，信號的碼速不是很高，帶寬足夠?qū)?，則光纖的色散對傳輸距離的影響不大，可認為光纖傳輸系統(tǒng)的最大中繼距離僅受光纖衰減的影響。則中繼距離的長度可按下式計算

39、min(6 8)TcPPnL（7.7） 其中,L為中繼段長度（km）;PT為入纖光功率（dBm）;Pmin為接收機靈敏度（dBm）;c為一個光纖接頭的損耗（dB）;n為光纖系統(tǒng)中的接頭數(shù);為光纖每千米衰減系數(shù)（dB/km）。一般光纜線路上，每千米一個接頭。（2）色散對中繼距離的影響）色散對中繼距離的影響 當(dāng)光纖系統(tǒng)的碼速大于140Mb/s時，如果中繼距離過長，由于色散的影響，會造成數(shù)字信號脈沖過大的展寬，引起碼間干擾，從而降低光接收機的靈敏度。就目前的速率系統(tǒng)而言，僅考慮色散影響的中繼距離的計算公式為610DLBD（7.8） 其中,為傳輸距離（km）;B為線路碼速率（Mb/s）;D為色散系數(shù)p

40、s/(kmnm）;為與色散代價有關(guān)的系數(shù)。由系統(tǒng)中所選用的光源類型來決定，若采用多縱模激光器，因其具有碼間干擾和模分配噪聲兩種色散機理，取為0.115；若采用單縱模激光器和半導(dǎo)體發(fā)光二極管，則取為0.306。 對于某一傳輸速率的系統(tǒng)而言，在考慮上述兩個因素的同時，分別算出兩個中繼距離L和LD，然后取距離短的為該傳輸速率的實際中繼距離。 【例7.1】已知一個565Mb/s單模光纖傳輸系統(tǒng)，其系統(tǒng) 總體要求如下： (1)光纖通信系統(tǒng)光纖損耗為0.1dB/km，有五個接頭，平均每個接頭損耗為0.2dB，光源的入纖功率為-3dBm，接收機靈敏度為-56dBm。 (2)光纖線路上的線路碼型是5B6B，光

41、纖的色散系數(shù)為2ps/（kmnm），光源光譜寬度為 1.8nm。 求最大中繼距離為多少？解 由公式得 min66(6 8)3( 56)5 0.284400.1100.306 10125565 (6/5) 1.82TcDPPnLkmLkmBD 因為，DL L，所以中繼距離為125km。DL7.2.4 數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的應(yīng)用數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的應(yīng)用 目前數(shù)字通信系統(tǒng)主要包含兩種傳輸體制，一種是準(zhǔn)同步數(shù)字復(fù)用體系(PDH),另一種是同步數(shù)字復(fù)用體系（SDH）.這兩種數(shù)字復(fù)用體系在早期的電線、電纜及微波等電域傳輸系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。特別是PDH技術(shù)體系為數(shù)字通信的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。 這兩種數(shù)字傳輸體系結(jié)構(gòu)

42、同樣也被引入了早期的光纖通信系統(tǒng)。所以早期的數(shù)字光纖通信系統(tǒng)都是以這兩種數(shù)字信號傳輸標(biāo)準(zhǔn)進行數(shù)字信號傳輸?shù)摹?而近年來，以高速率、大容量、多業(yè)務(wù)為傳送目標(biāo)的現(xiàn)代光纖數(shù)字傳輸技術(shù)已經(jīng)得到迅猛發(fā)展，如以波分復(fù)用（DWDM）技術(shù)為基礎(chǔ)的光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（OTN，在電域叫OTH）和以分組技術(shù)為基礎(chǔ)的下一代光數(shù)字傳輸網(wǎng)絡(luò)的分組光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（PTN）等都得到迅速發(fā)展和應(yīng)用推廣。 由于現(xiàn)在還有很多通信系統(tǒng)和設(shè)備使用PDH標(biāo)準(zhǔn)和SDH標(biāo)準(zhǔn)，所以在近期這兩種體系結(jié)構(gòu)還不會被淘汰。下面我們將就光纖數(shù)字傳輸系統(tǒng)中的這兩種技術(shù)做一介紹，其他技術(shù)將會在別的地方介紹。7.2.4.1 PDH系統(tǒng)系統(tǒng)1.PDH的概念的概念 PDH準(zhǔn)

43、同步數(shù)字傳輸系統(tǒng)是將由抽樣、量化、編碼后得到的PCM數(shù)字信號進行準(zhǔn)同步復(fù)用后進行傳送的數(shù)字通信系統(tǒng)。目前PDH技術(shù)有兩種主流傳輸標(biāo)準(zhǔn)，一種是北美和日本等國家廣泛使用的T-系列標(biāo)準(zhǔn)，其基礎(chǔ)速率為1.544Mb/s, 基群幀含有24個信道（時隙TS）；另一種是歐洲各國和中國采用的E-系列標(biāo)準(zhǔn)，其基礎(chǔ)傳輸速率為2.048Mb/s, 基群幀含有32個信道(TS)，我們經(jīng)常稱其為PCM30/32系統(tǒng)。下面我們主要介紹一下E-系列的基群幀結(jié)構(gòu)和復(fù)幀結(jié)構(gòu)。 我國采用的是E-系列PDH標(biāo)準(zhǔn)。典型的設(shè)備是PCM 30/32系統(tǒng)。由于語音信號的頻率通常小于4KHz，根據(jù)取樣定律，要將模擬語音信號變?yōu)閿?shù)字信號，所選

44、的取樣速率應(yīng)為8KHz,也就是說，兩相鄰樣值之間間隔為125s，在PCM30/32幀結(jié)構(gòu)中。我們稱這一時間間隔為一幀。圖 7.9 PCM30/32幀結(jié)構(gòu)和復(fù)幀結(jié)構(gòu)從圖7.9我們可以看到： 1)在PCM30/32幀結(jié)構(gòu)中，每一個時隙（TS），即一個話路，占8個bits,時隙長度為3.9s; 2)PCM30/32一幀含有32個時隙，其中1到15和17到31時隙傳語音信號，其他兩個時隙傳幀同步信號、告警信號、扶正同步信號和信令信號，其幀長為125s。 3)每一路語音信號都需要信令的支持才能進行通信，PCM 30/32系統(tǒng)有30個話路，因此必須傳輸30路信令。一路信令信號只需要4bit，1個可以傳送兩

45、路信令，15個（15幀）可以傳送30路信令； 4)信令信號每隔16幀傳送一次，16幀稱為1復(fù)幀，一個復(fù)幀的時長是2ms。 PCM30/32是PDH的基群，一幀含有32個時隙，傳輸速率為2.048Mb/s.其高次群分別為E2、E3、E4和E5等，相關(guān)技術(shù)參數(shù)可參見表4.1。2. PDH技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 如前所述，PDH目前主流標(biāo)準(zhǔn)有歐制的E-系列和美制的T-系列，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和對應(yīng)關(guān)系可參見表7.10。一次群一次群（基基群）群）二次群二次群三次群三次群四次群四次群五次群五次群日本日本2424路路1.544M1.544Mb bi it t/ /s s9696路路(24(244)4)6.312Mb6.3

46、12Mbit/it/s s480480路路(96(965)5)32.064Mb32.064Mbit/it/s s14401440路路(480(4803)3)97.728Mbi97.728Mbit/st/s5760路路(4404)397.200 397.200 MbitMbit/s/s北美北美2424路路1.544M1.544Mb bi it t/ /s s9696路路(24(244)4)6.312 6.312 MbiMbit/st/s672672路路(96(967)7)44.736 44.736 MbiMbit/st/s40324032路路(672(6726)6)274.176 274.176

47、 MbitMbit/s/s歐洲歐洲中國中國3030路路2.048 2.048 M Mb bi it t/ /s s120120路路(30(304)4)8.448 8.448 MbiMbit/st/s480480路路(12(120 04)4)34.368 34.368 MbiMbit/st/s19201920路路(480(4804)4)139.264 139.264 MbitMbit/s/s7680路路(19204)564.992 Mbit/s3.PDH系統(tǒng)系統(tǒng)如圖7.10,是典型的PDH系統(tǒng)組成原理圖。圖7.10 數(shù)字復(fù)接系統(tǒng)方框圖 低次群支路數(shù)字信號經(jīng)復(fù)接器復(fù)接成高次群信號后，經(jīng)傳輸介質(zhì)傳輸

48、到接收端，接收端進行與發(fā)送端相反的操作，將高次群信號去復(fù)用成低次群信號。如果中間的傳輸介質(zhì)為光纖的話，那么在復(fù)接設(shè)備后面應(yīng)接光發(fā)射機，再分解器前面應(yīng)屆光接收機，此時的PDH系統(tǒng)即為光纖PDH數(shù)字傳輸系統(tǒng)。4.PDH系統(tǒng)在光纖通信中的與應(yīng)系統(tǒng)在光纖通信中的與應(yīng)用用 在早期的通信網(wǎng)中，由于交換設(shè)備和相關(guān)終端設(shè)備都是PCM設(shè)備，所以當(dāng)時的數(shù)字光纖通信系統(tǒng)中，大都采用PDH數(shù)字復(fù)接設(shè)備用來提高系統(tǒng)的傳輸能力。圖7.11是PDH復(fù)接系統(tǒng)的典型應(yīng)用。圖中可見如果將五次群數(shù)字復(fù)用信號調(diào)制到光端機上，再用光纖來傳輸此信號，其就實現(xiàn)了光纖數(shù)字通信系統(tǒng)。圖7.11 PDH復(fù)接系統(tǒng)示意圖 雖然早期采用PDH作為光纖

49、數(shù)字通信標(biāo)準(zhǔn)，解決了當(dāng)時數(shù)字信號傳輸?shù)膯栴}，但是隨著應(yīng)用和技術(shù)的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)PDH光纖數(shù)字通信系統(tǒng)存在一些固有問題，難以解決。如：（1）無統(tǒng)一的光接口，無法實現(xiàn)橫向兼容；（2）準(zhǔn)同步復(fù)用方式，上下電路不便；（3）網(wǎng)絡(luò)管理能力弱，建立集中式電信管理網(wǎng)困難；（4）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)缺乏靈活性；（5）面向話音業(yè)務(wù)等。面對這些問題，人們開始尋找新的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，后來的SDH技術(shù)因而應(yīng)運而生了。7.2.4.2 SDH系統(tǒng)系統(tǒng)lSDH的概念的概念 SDH系統(tǒng)是由一些基本網(wǎng)絡(luò)單元（NE）組成的，在傳輸媒質(zhì)上（如光纖、微波等）進行同步信息傳輸、復(fù)用、分插和交叉連接的傳送網(wǎng)絡(luò)。 它的基本網(wǎng)元有終端復(fù)用器（TM）、分插復(fù)用器

50、（ADM）、同步數(shù)字交叉連接設(shè)備（SDXC）和再生中繼器（REG）等。 SDH網(wǎng)采用靈活的映射和獨特的指針調(diào)整技術(shù)，經(jīng)過字節(jié)間插進行同步復(fù)用，將各種類型的信號納入具有標(biāo)準(zhǔn)接口的同步傳送模塊STMN傳送，從而以高度的兼容性、靈活性和可靠性等，使傳送網(wǎng)真正進入智能化的聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用階段。（1）SDH的特點的特點l新型的復(fù)用映射方式：同步復(fù)用方式和靈活的映射結(jié)構(gòu)。l接口標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一：全世界統(tǒng)一的NNI，體現(xiàn)了橫向兼容性。l網(wǎng)絡(luò)管理能力強：幀結(jié)構(gòu)中豐富的開銷比特。l組網(wǎng)與自愈能力強：采用先進的ADM、DXC等組網(wǎng)。l兼容性好：具有完全的前向兼容性和后向兼容性。l先進的指針調(diào)整技術(shù)：可實現(xiàn)準(zhǔn)同步環(huán)境下的良好工作。

51、 l獨立的虛容器設(shè)計：具有很好的信息透明性。l系列標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范： 便于國內(nèi)、國際互連互通。（2）SDH的幀結(jié)構(gòu)的幀結(jié)構(gòu) SDH傳送體系和PDH一樣，其也具有分級結(jié)構(gòu)。在SDH中，分別有STM-1、STM-4、STM-16、STM-64等4種傳送模式，通常我們將其簡寫為STM-N。 STMN信號是一個數(shù)字序列，該數(shù)字序列通常分成具有固定數(shù)量比特的、按一定規(guī)律重復(fù)的圖案，即所謂“幀”。STM-1信號一幀包含2430（2709）字節(jié)。若將2430字節(jié)分為9段，依序作為19行便構(gòu)成平面幀，見圖7.12 。圖7.12 STM1幀結(jié)構(gòu) STM-1平面幀以字節(jié)為單位，有9行、270列。前9列的13行是再生段開銷

52、，59行是復(fù)用段開銷，第4行是管理單元指針，其余261列是凈負荷（簡稱凈荷）。STM1信號的傳輸順序從第1行第1列開始，依次為第2、3、270列，第1行傳完再傳第2行的第1270列，逐行、逐列傳輸直到第9行第270列。每秒傳輸8000幀（每幀125s），一幀有19440（24308）bit，所以比特率為155.520Mb/s。 幀結(jié)構(gòu)由信息凈負荷（Payload，含通道開銷POH）、段開銷（SOH）和管理單元指針（AUPTR）三個主要區(qū)域組成。 信息凈負荷是幀結(jié)構(gòu)中除了存放傳送的各種信息碼塊，也存放少量用于通道性能監(jiān)視、管理和控制的通道開銷（POH）字節(jié)塊，POH通常作為凈負荷的一部分與信息一

53、起傳送。 段開銷是為保證信息凈負荷正常靈活傳送所必須附加的供網(wǎng)絡(luò)運行、管理和維護（OAM）使用的字節(jié)。段開銷又分為再生段開銷（RSOH）和復(fù)用段開銷（MSOH）兩部分，它們分別位于幀結(jié)構(gòu)的三行（第35行）9列和五行（第59行）9列，共計（3+5）9=72個字節(jié)（576個比特）。 管理單元指針是用來指示信息凈負荷第1個字節(jié)在幀內(nèi)準(zhǔn)確位置的指示符，以便在收端正確分離信息凈負荷。它位于RSOH和MSOH之間，即幀結(jié)構(gòu)第四行的第19行。 更高速率STMN幀結(jié)構(gòu)類視于STM-1的幀結(jié)構(gòu)，只是它由9行和270N列組成。向前面所述，通常N只能取1、4、16、64。高速率STMN幀和STM1幀一樣，也是每秒傳

54、輸8000幀（每幀125s），所不同的是段開銷和凈負荷各擴大了N倍，相應(yīng)速率是STM1（155.520Mb/s)的N倍。 STM-N（N=1，4, 16, ）的幀結(jié)構(gòu)和段開銷，是由STM-1幀結(jié)構(gòu)和段開銷按一定規(guī)律經(jīng)字節(jié)間插同步復(fù)用而成，因而分析清楚STM-1結(jié)構(gòu)，STM-N結(jié)構(gòu)就不難分析。2. SDH技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) SDH技術(shù)最早由美國人提出，1985年美國ANSI通過此標(biāo)準(zhǔn)，形成了美國國家的正式標(biāo)準(zhǔn)，并將其命名為同步光網(wǎng)絡(luò)（SONET）。1988年ITU-T接受了SONET的概念，并進行了適當(dāng)?shù)男薷?，重新命名為同步?shù)字體系（SDH），使之成為不僅適于光纖，也適于微波和衛(wèi)星傳輸?shù)膰H標(biāo)準(zhǔn)。

55、SDHSONET等 級標(biāo)稱速率（Mbit/s）簡 稱等 級標(biāo)準(zhǔn)速率（Mbit/s）OC-1/STS-1（480CH）51.840STM-l（1920CH）155.520155Mbit/sOC-3/STS-3（1440CH）155.520OC-9/STS-9465.560STM-4（7696CH）622.080622Mbit/sOC-12/STS-12622.080OC-18/STS-18933.120OC-24/STS-241244.160OC-36/STS-361865.240STM-16（30720CH）2488.3202.5Gbit/sOC-48/STS-48（32356CH）2488.

56、320OC-96/STS-96（尚待確定）4975.640STM-64（122880CH）9953.28010Gbit/sOC-192/STS-192（129024CH）9953.280表7.11 SONET和SDH的標(biāo)準(zhǔn)對照 1989年，ITU-T在其藍皮書上發(fā)表了G.707、G.708和G.709三個標(biāo)準(zhǔn)，從而揭開了現(xiàn)代信息傳輸嶄新的一頁。 ITUT的G.707建議規(guī)定了完整的SDH映射復(fù)用結(jié)構(gòu)，描述了各種低速外部信號，它是經(jīng)歷一系列中間信息結(jié)構(gòu)和處理環(huán)節(jié)裝入STMN信號的高速凈負荷區(qū)的方法和過程，如圖7.13所示。圖7.13 G.709建議的SDH復(fù)用映射結(jié)構(gòu)圖l圖中各部分的名稱和作用：

57、 標(biāo)準(zhǔn)容器（C-n）、虛容器（VC-n）、支路單元（TU-n）、支路單元組（TUG-n）、管理單元（AU-n）和管理單元組（AUG）。 SDH的基本復(fù)用映射結(jié)構(gòu)描述了各種業(yè)務(wù)信號復(fù)用進STM-N幀的過程都要經(jīng)歷映射、定位和復(fù)用三個步驟。 我國采用的復(fù)用映射結(jié)構(gòu)使得每種速率的信號只有惟一的復(fù)用路線到達STM-N ，接口種類由5種簡化為3種，主要包括C-12，C-3和C-4三種進入方式。3. SDH系統(tǒng)系統(tǒng) SDH系統(tǒng)是由基本網(wǎng)絡(luò)單元組成的，其基本網(wǎng)絡(luò)單元包括TM、ADM和DXC。圖7.14所示為SDH傳送網(wǎng)的典型拓撲結(jié)構(gòu)（不含光傳輸通道中的再生中繼器（REG）。其中TM是SDH終端設(shè)備（或稱SD

58、H終端復(fù)用器），ADM是分插復(fù)用設(shè)備，DXC是數(shù)字交叉連接設(shè)備。圖7.14SDH傳送網(wǎng)的典型拓撲結(jié)構(gòu) SDH終端的主要功能是復(fù)接/分接和提供業(yè)務(wù)適配，例如將多路E1信號復(fù)接成STMN信號及完成其逆過程，或者實現(xiàn)與非SDH網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的適配。 ADM是一種特殊的復(fù)用器，它利用分接功能將輸入信號所承載的信息分成兩部分：一部分直接轉(zhuǎn)發(fā)；另一部分卸下給本地用戶。然后，信息又通過復(fù)接功能將轉(zhuǎn)發(fā)部分和本地上送的部分合成輸出。 DXC類似于交換機，它一般有多個輸入和多個輸出，通過適當(dāng)配置可提供不同的端到端連接。 再生中繼器REG:RGE有兩種，一種是純光的再生中繼器，主要進行光功率放大以延長光傳輸距離；另一種是

59、電再生中繼器，通過光/電變換、電信號抽樣、判決、再生整形、電/光變換，以達到消除線路噪聲積累，保證線路上傳送信號波形的完好。4. SDH系統(tǒng)在光纖通信中的與應(yīng)用系統(tǒng)在光纖通信中的與應(yīng)用 我國的SDH網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分為四個層次，如圖7.15所示。第一層為省際長途一級干線網(wǎng)，在省會城市及業(yè)務(wù)量較大的匯接節(jié)點城市裝有DXC4/4，其間由高速STM16/STM64光纖鏈路或STM16/64的DWDM系統(tǒng)連接，形成了一個大容量、高可靠性的網(wǎng)孔形國家骨干網(wǎng)結(jié)構(gòu)，并輔以少量線形網(wǎng)。 圖7.15我國的SDH傳送網(wǎng)的物理拓撲結(jié)構(gòu) 該層能經(jīng)濟有效地恢復(fù)大部分業(yè)務(wù)，并實施大容量的通道業(yè)務(wù)調(diào)配和監(jiān)視。對于政府機關(guān)、金融機構(gòu)

60、等有高可靠性要求的節(jié)點，還可采用快速業(yè)務(wù)恢復(fù)的子網(wǎng)連接保護（SNCP）或自愈環(huán)保護的子層結(jié)構(gòu)。圖7.16 SDH系統(tǒng)在分層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用圖7.17 PDH/SDH數(shù)字光纖通信系統(tǒng)7.3 模擬光纖通信系統(tǒng)模擬光纖通信系統(tǒng)7.3.1 模擬光纖通信系統(tǒng)的概念模擬光纖通信系統(tǒng)的概念 雖然目前許多光纖通信系統(tǒng)采用數(shù)字信號傳輸方式，但仍然有許多應(yīng)用領(lǐng)域適宜采用模擬傳輸。當(dāng)光纖系統(tǒng)是受帶寬限制而不是受損耗限制，以及終端設(shè)備的價格成為主要的考慮因素時，就值得采用模擬系統(tǒng)。例如，視頻信號的短距離傳輸，CATV系統(tǒng)等采用模擬傳輸更為合理。 模擬通信系統(tǒng)除占用帶寬較窄外，還有電路簡單、價格便宜等優(yōu)點。因此，目前的