第5章光纖傳輸系統(tǒng)

1、光纖通信簡(jiǎn)明教程原 榮1第第5章章 光纖傳輸系統(tǒng)光纖傳輸系統(tǒng) 5.1 光纖通信系統(tǒng)基礎(chǔ)光纖通信系統(tǒng)基礎(chǔ) 5.2 SDH光纖傳輸系統(tǒng)光纖傳輸系統(tǒng) 5.3 異步傳輸模式（異步傳輸模式（ATM）技術(shù)）技術(shù) 5.4 IP互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng) 5.5 光纖光纖/電纜混合（電纜混合（HFC）網(wǎng)）網(wǎng) 5.6 波分復(fù)用（波分復(fù)用（WDM）系統(tǒng)）系統(tǒng) 5.7 光正交頻分復(fù)用（光正交頻分復(fù)用（O-OFDM）光纖傳輸系）光纖傳輸系 統(tǒng)統(tǒng) 5.8 光纖技術(shù)在移動(dòng)通信中的應(yīng)用光纖技術(shù)在移動(dòng)通信中的應(yīng)用光纖通信簡(jiǎn)明教程原 榮2前言前言 至此，我們已介紹了構(gòu)成光纖傳輸系統(tǒng)所必須的傳輸至此，我們已介紹了構(gòu)成光纖傳輸系統(tǒng)所必須的傳輸介

2、質(zhì)介質(zhì)光纖和光纜，用于發(fā)射光信號(hào)的激光器和光發(fā)光纖和光纜，用于發(fā)射光信號(hào)的激光器和光發(fā)射機(jī)，用于接收光信號(hào)的光探測(cè)器和光接收機(jī)，在傳射機(jī)，用于接收光信號(hào)的光探測(cè)器和光接收機(jī)，在傳輸線路中對(duì)光信號(hào)進(jìn)行放大的光放大器，以及光纖傳輸線路中對(duì)光信號(hào)進(jìn)行放大的光放大器，以及光纖傳輸系統(tǒng)經(jīng)常用到的光無(wú)源器件。輸系統(tǒng)經(jīng)常用到的光無(wú)源器件。 本章將首先簡(jiǎn)要介紹數(shù)字通信的基礎(chǔ)本章將首先簡(jiǎn)要介紹數(shù)字通信的基礎(chǔ)脈沖編碼脈沖編碼（PCM），光纖傳輸系統(tǒng)用到的調(diào)制、編碼和復(fù)用技），光纖傳輸系統(tǒng)用到的調(diào)制、編碼和復(fù)用技術(shù)；接著講解光纖通信系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)，如同步數(shù)字制式術(shù)；接著講解光纖通信系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)，如同步數(shù)字制式（SDH）系

3、統(tǒng)、異步傳輸模式（）系統(tǒng)、異步傳輸模式（ATM）技術(shù)和國(guó)際互）技術(shù)和國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IP）；然后介紹光纖）；然后介紹光纖/電纜混合（電纜混合（HFC）網(wǎng)、）網(wǎng)、波分復(fù)用（波分復(fù)用（WDM）系統(tǒng)；最后給出光正交頻分復(fù)用）系統(tǒng)；最后給出光正交頻分復(fù)用（O-OFDM）光纖傳輸系統(tǒng)和射頻信號(hào)光纖傳輸）光纖傳輸系統(tǒng)和射頻信號(hào)光纖傳輸（RoF）系統(tǒng)。）系統(tǒng)。光纖通信簡(jiǎn)明教程原 榮35.1 概述 5.1.1 脈沖編碼將模擬信號(hào)變?yōu)閿?shù)字 信號(hào) 5.1.2 信道編碼減少誤碼方便時(shí)鐘提取 5.1.3 信道復(fù)用提高信道容量，充分利用光纖帶寬 5.1.4 光調(diào)制讓光攜帶聲音和數(shù)字信號(hào)光纖通信簡(jiǎn)明教程原 榮4

4、5.1.1 脈沖編碼脈沖編碼將模擬信號(hào)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)將模擬信號(hào)變?yōu)閿?shù)字信號(hào) 光纖通信系統(tǒng)光源的發(fā)射功率和線性都有限，因此通光纖通信系統(tǒng)光源的發(fā)射功率和線性都有限，因此通常選擇二進(jìn)制脈沖傳輸，因?yàn)閭鬏敹M(jìn)制脈沖信號(hào)對(duì)常選擇二進(jìn)制脈沖傳輸，因?yàn)閭鬏敹M(jìn)制脈沖信號(hào)對(duì)接收機(jī)接收機(jī)SNR的要求非常低（的要求非常低（15.6 dB），對(duì)光源的非線），對(duì)光源的非線性要求也不苛刻。性要求也不苛刻。 脈沖編碼調(diào)制（脈沖編碼調(diào)制（Pulse-Code Modulation，PCM）是光）是光纖傳輸模擬信號(hào)的基楚。解碼后的基帶信號(hào)質(zhì)量幾乎纖傳輸模擬信號(hào)的基楚。解碼后的基帶信號(hào)質(zhì)量幾乎只與編碼參數(shù)有關(guān)，而與接收到的只與

5、編碼參數(shù)有關(guān)，而與接收到的SNR關(guān)系不大。假關(guān)系不大。假如接收到的信號(hào)質(zhì)量不低于一定的誤碼率，此時(shí)解碼如接收到的信號(hào)質(zhì)量不低于一定的誤碼率，此時(shí)解碼SNR只與編碼比特?cái)?shù)有關(guān)。只與編碼比特?cái)?shù)有關(guān)。 圖圖5.1.1表示表示PCM編碼過(guò)程。在說(shuō)明該圖之前，讓我們編碼過(guò)程。在說(shuō)明該圖之前，讓我們簡(jiǎn)要地介紹一下實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)要地介紹一下實(shí)現(xiàn)PCM通信的通信的3個(gè)最基本的過(guò)程，個(gè)最基本的過(guò)程，即取樣、量化和編碼。即取樣、量化和編碼。光纖通信簡(jiǎn)明教程原 榮51. 取樣取樣 取樣是分別以固定的時(shí)間間隔取樣是分別以固定的時(shí)間間隔T取出模擬信號(hào)的瞬時(shí)幅取出模擬信號(hào)的瞬時(shí)幅度值度值(簡(jiǎn)稱樣值簡(jiǎn)稱樣值)的過(guò)程，如圖的過(guò)程，如

6、圖5.1.1 (b)所示。要想實(shí)現(xiàn)所示。要想實(shí)現(xiàn)模擬模擬/數(shù)字?jǐn)?shù)字(A/D)變換變換,首先要進(jìn)行取樣。首先要進(jìn)行取樣。 取樣定理取樣定理: 若取樣頻率不小于模擬信號(hào)帶寬的兩倍，則若取樣頻率不小于模擬信號(hào)帶寬的兩倍，則取樣后的樣值波形只需通過(guò)低通濾波器即可恢復(fù)出原取樣后的樣值波形只需通過(guò)低通濾波器即可恢復(fù)出原始的模擬信號(hào)波形。始的模擬信號(hào)波形。 圖圖5.1.1(b)表示具體的取樣過(guò)程，由圖可見(jiàn)，時(shí)間上連表示具體的取樣過(guò)程，由圖可見(jiàn)，時(shí)間上連續(xù)的信號(hào)變成了時(shí)間上離散的信號(hào)，因而給時(shí)分多路續(xù)的信號(hào)變成了時(shí)間上離散的信號(hào)，因而給時(shí)分多路復(fù)用技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。但這種樣值信號(hào)，本身在幅度復(fù)用技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。

7、但這種樣值信號(hào)，本身在幅度取值上仍是連續(xù)的（稱為脈沖幅度調(diào)制（取值上仍是連續(xù)的（稱為脈沖幅度調(diào)制（PAM）信）信號(hào)），因此仍屬模擬信號(hào)，它不僅無(wú)法抵御噪聲的干號(hào)），因此仍屬模擬信號(hào)，它不僅無(wú)法抵御噪聲的干擾，而且也不能用有限位數(shù)的二進(jìn)碼組加以表示。擾，而且也不能用有限位數(shù)的二進(jìn)碼組加以表示。光纖通信簡(jiǎn)明教程原 榮6圖圖5.1.1 PCM編碼編碼過(guò)程過(guò)程1 01 12468101 1 1101 010TTT(4)(5)(5)(6)(7)(3)(1)tttt數(shù)字信號(hào)任意單位模擬信號(hào)(a)取樣(b)量化(c)編碼(d)1011 0 0 1T(0)0 0 00246800光纖通信簡(jiǎn)明教程原 榮72.

8、量化量化 所謂量化指的是將幅度為無(wú)限多個(gè)連續(xù)樣值變成有限所謂量化指的是將幅度為無(wú)限多個(gè)連續(xù)樣值變成有限個(gè)離散樣值的處理過(guò)程。個(gè)離散樣值的處理過(guò)程。 具體來(lái)說(shuō)，就是將樣值的幅度變化范圍劃分成若干個(gè)具體來(lái)說(shuō)，就是將樣值的幅度變化范圍劃分成若干個(gè)小間隔，每一個(gè)小間隔稱之為一個(gè)量化級(jí)，當(dāng)某一樣小間隔，每一個(gè)小間隔稱之為一個(gè)量化級(jí)，當(dāng)某一樣值落入在某一個(gè)小間隔內(nèi)時(shí)，可采用值落入在某一個(gè)小間隔內(nèi)時(shí)，可采用“四舍五入四舍五入”的的方法分級(jí)取整，近似看成某一規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值。這樣方法分級(jí)取整，近似看成某一規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值。這樣一來(lái)，就可以用有限個(gè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值來(lái)表示樣值的大小。一來(lái)，就可以用有限個(gè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值來(lái)表示樣值的大

9、小。 當(dāng)然量化后的信號(hào)和原來(lái)的信號(hào)是有差別的，稱之為當(dāng)然量化后的信號(hào)和原來(lái)的信號(hào)是有差別的，稱之為量化誤差，對(duì)于圖量化誤差，對(duì)于圖5.1.1(c)所示的均勻量化，各段的量所示的均勻量化，各段的量化誤差均為化誤差均為 0.5。經(jīng)過(guò)量化后的各樣值可用有限個(gè)值。經(jīng)過(guò)量化后的各樣值可用有限個(gè)值來(lái)表示，進(jìn)而即可進(jìn)行編碼。來(lái)表示，進(jìn)而即可進(jìn)行編碼。光纖通信簡(jiǎn)明教程原 榮83. 編碼編碼光纖通信簡(jiǎn)明教程原 榮9表表5.1.1 8個(gè)樣值電平值與二進(jìn)制個(gè)樣值電平值與二進(jìn)制代碼的對(duì)應(yīng)關(guān)系代碼的對(duì)應(yīng)關(guān)系 至此，將一路模擬信號(hào)變成用二進(jìn)制代碼表示至此，將一路模擬信號(hào)變成用二進(jìn)制代碼表示的脈沖信號(hào)的處理過(guò)程就結(jié)束了。所

10、產(chǎn)生的信的脈沖信號(hào)的處理過(guò)程就結(jié)束了。所產(chǎn)生的信號(hào)稱之為號(hào)稱之為PCM信號(hào)。而描述所含信息量的大小，信號(hào)。而描述所含信息量的大小，可用傳輸速率來(lái)表示，即每秒鐘所傳輸?shù)拇a元可用傳輸速率來(lái)表示，即每秒鐘所傳輸?shù)拇a元（比特）數(shù)目（比特（比特）數(shù)目（比特/秒，秒，bit/s）。）。 光纖通信簡(jiǎn)明教程原 榮10我國(guó)我國(guó)PCM通信制式的基礎(chǔ)速率通信制式的基礎(chǔ)速率 光纖通信簡(jiǎn)明教程原 榮114. PCM編碼編碼數(shù)字信號(hào)輸入數(shù)字信號(hào)輸出脈沖幅度調(diào)整波形基帶濾波器幅度調(diào)整放大器A數(shù)/模轉(zhuǎn)換緩沖器定時(shí)輸入輸出同步定時(shí)恢復(fù)輸出模擬信號(hào)(b) 接收端基帶濾波器() f1幅度調(diào)整放大器A取樣和保持定時(shí)發(fā)生器脈沖幅度調(diào)整

11、量化/編碼編碼量化數(shù)字信號(hào)輸出()fb2.4fsfsn速率=(a) 發(fā)送端基帶信號(hào)輸入() f1光纖通信簡(jiǎn)明教程原 榮124. PCM編碼編碼光纖通信簡(jiǎn)明教程原 榮135.1.2 信道編碼信道編碼減少誤碼方便時(shí)鐘提取減少誤碼方便時(shí)鐘提取對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行編碼的理由是：對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行編碼的理由是：(1)為了使接收再生電路把相位或頻率鎖定為了使接收再生電路把相位或頻率鎖定到信號(hào)定時(shí)上；到信號(hào)定時(shí)上；(2)因?yàn)楣饨邮諜C(jī)采用電容耦合，接收機(jī)不因?yàn)楣饨邮諜C(jī)采用電容耦合，接收機(jī)不能對(duì)直流和低頻分量響應(yīng)，使長(zhǎng)連零信能對(duì)直流和低頻分量響應(yīng)，使長(zhǎng)連零信號(hào)的幅度逐漸下降，經(jīng)判決電路后會(huì)產(chǎn)號(hào)的幅度逐漸下降，經(jīng)判決電路后

12、會(huì)產(chǎn)生誤碼，如圖生誤碼，如圖5.1.3所示。所示。光纖通信簡(jiǎn)明教程原 榮14幾種有效的信道編碼方式幾種有效的信道編碼方式 使非歸零碼（使非歸零碼（NRZ）的）的“1”碼在碼在T/2周期時(shí)由高電平變成低周期時(shí)由高電平變成低電平，即由非歸零碼變成歸零碼（電平，即由非歸零碼變成歸零碼（RZ），使圖），使圖5.1.6（a）變）變?yōu)閳D為圖5.1.6（b）；）； 使用產(chǎn)生隨機(jī)碼的編碼多項(xiàng)式對(duì)使用產(chǎn)生隨機(jī)碼的編碼多項(xiàng)式對(duì)NRZ碼進(jìn)行擾碼，確保長(zhǎng)連碼進(jìn)行擾碼，確保長(zhǎng)連“1”（高電平）或長(zhǎng)連（高電平）或長(zhǎng)連“0”（低電平）光脈沖串不出現(xiàn)；（低電平）光脈沖串不出現(xiàn)； 使用相位調(diào)制碼，如曼徹斯特（使用相位調(diào)制碼，如

13、曼徹斯特（Manchester）編碼，不管輸）編碼，不管輸入信號(hào)如何，輸出占空比總是入信號(hào)如何，輸出占空比總是50 %，如圖，如圖5.1.6（c）所示；）所示； 在在P-I特性的線性部分的半功率點(diǎn)偏置特性的線性部分的半功率點(diǎn)偏置LED或或LD，這樣發(fā)射，這樣發(fā)射光脈沖是雙極性碼，相當(dāng)于三電平編碼，如圖光脈沖是雙極性碼，相當(dāng)于三電平編碼，如圖5.1.6（d）所）所示；示； 在半功率點(diǎn)偏置光源，并用差分輸入信號(hào)驅(qū)動(dòng)它，發(fā)射脈沖在半功率點(diǎn)偏置光源，并用差分輸入信號(hào)驅(qū)動(dòng)它，發(fā)射脈沖總是正負(fù)相間變化，因此減小了所有的低頻分量，如圖總是正負(fù)相間變化，因此減小了所有的低頻分量，如圖5.1.6（e）和圖）和圖

14、5.1.6（f）所示；）所示； 使用很高電平的窄脈沖進(jìn)行脈沖位置調(diào)制（使用很高電平的窄脈沖進(jìn)行脈沖位置調(diào)制（PPM），在判決），在判決前進(jìn)行積分和再生，以便恢復(fù)輸入信號(hào)，如圖前進(jìn)行積分和再生，以便恢復(fù)輸入信號(hào)，如圖5.1.6（g）所）所示。示。光纖通信簡(jiǎn)明教程原 榮15圖圖5.1.3 光接收機(jī)電容耦合使長(zhǎng)連零信號(hào)光接收機(jī)電容耦合使長(zhǎng)連零信號(hào)幅度下降導(dǎo)致判決產(chǎn)生誤碼幅度下降導(dǎo)致判決產(chǎn)生誤碼AA判判決決電電路路輸輸出出(A)(B)(C)01011tT T+V01 0 0 0* * *3 3個(gè)個(gè)誤誤碼碼( (a a) )(b)01011tT T+V01111點(diǎn)點(diǎn)波波形形(A)01011tT T+V0

15、1111判判決決門(mén)門(mén)限限Vref判判決決前前 點(diǎn)點(diǎn)波波形形(B) 點(diǎn)點(diǎn)輸輸出出產(chǎn)產(chǎn)生生誤誤碼碼的的波波形形(C) 電電容容耦耦合合放放大大判判決決電電路路電電容容耦耦合合放放大大判判決決電電路路各各點(diǎn)點(diǎn)波波形形refVVb光光輸輸入入光纖通信簡(jiǎn)明教程原 榮16編碼的目的編碼的目的 使輸出的二進(jìn)制碼不要產(chǎn)生長(zhǎng)連使輸出的二進(jìn)制碼不要產(chǎn)生長(zhǎng)連 “1” 或或長(zhǎng)連長(zhǎng)連 “0”，而是使，而是使 “1” 碼和碼和 “0” 碼盡碼盡量相間排列。量相間排列。 這樣既有利于時(shí)鐘提取，也不會(huì)產(chǎn)生因這樣既有利于時(shí)鐘提取，也不會(huì)產(chǎn)生因長(zhǎng)連零信號(hào)幅度下降使判決產(chǎn)生誤碼。長(zhǎng)連零信號(hào)幅度下降使判決產(chǎn)生誤碼。光纖通信簡(jiǎn)明教程原

16、 榮17圖圖5.1.4 兩種二進(jìn)制編碼兩種二進(jìn)制編碼波形波形頻譜圖頻譜圖101010TT2T3T4T5+Vt101010TT2T3T4T5+Vtf0V2TT1T21T2f0V2TT1T21T216碼型碼型二進(jìn)制碼：二進(jìn)制碼：（NRZ）非歸零碼非歸零碼（RZ）歸零碼歸零碼(a)(b)光纖通信簡(jiǎn)明教程原 榮18雙二進(jìn)制編碼（雙二進(jìn)制編碼（DB）技術(shù)）技術(shù) 雙二進(jìn)制編碼（雙二進(jìn)制編碼（DB，Duo Binary）技術(shù)）技術(shù)能使能使“0”和和“1”的數(shù)字信號(hào)，經(jīng)低通濾的數(shù)字信號(hào)，經(jīng)低通濾波后變換為具有波后變換為具有3個(gè)電平的個(gè)電平的“1”、“0”和和“ 1”的信號(hào)。的信號(hào)。 這種技術(shù)與一般的幅度調(diào)制技

17、術(shù)比較，這種技術(shù)與一般的幅度調(diào)制技術(shù)比較，信號(hào)譜寬減小一半，這就使相鄰信道的信號(hào)譜寬減小一半，這就使相鄰信道的波長(zhǎng)間距減小，可擴(kuò)大信道容量，近來(lái)波長(zhǎng)間距減小，可擴(kuò)大信道容量，近來(lái)受到人們的高度重視。受到人們的高度重視。光纖通信簡(jiǎn)明教程原 榮19圖圖5.1.4 各種二各種二進(jìn)制進(jìn)制編碼編碼波形頻譜圖101010TT2T3T4T5+Vt101010TT2T3T4T5+Vt101010TT2T3T4T5tV/2+V/20TT2T3T4T5t+V0o90o0o0o90o0TT2T3T4T5t101010TT2T3T4T5+Vt101010TT2T3T4T5tV/2+V/2f0V2TT1T21T2f0V

18、2TT1T21T2f0t1pf0t1pVTtpf0T1T21f0T1T0.74T2f0T116濾波器沖激響應(yīng)碼型二進(jìn)制碼：（NRZ）非歸零碼（RZ）歸零碼脈沖位置編碼NRZ變換編碼雙二進(jìn)制碼Manchester編碼雙極碼HDB3(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)單極性碼雙極性碼V+DB光纖通信簡(jiǎn)明教程原 榮20101010TT2T3T4T5+ Vt二二進(jìn)進(jìn)制制碼碼：（NRZ）非非歸歸零零碼碼SDH干線采用擾碼的干線采用擾碼的NRZ碼碼 大多數(shù)高性能干線系統(tǒng)使用擾碼的大多數(shù)高性能干線系統(tǒng)使用擾碼的NRZ碼，如碼，如 SDH 干線。干線。 這種碼型最簡(jiǎn)單，帶寬窄，這種碼型最簡(jiǎn)單，帶寬窄，S

19、NR 高，線路速率不高，線路速率不增加，沒(méi)有光功率代價(jià)，無(wú)需編碼，只要一個(gè)擾增加，沒(méi)有光功率代價(jià)，無(wú)需編碼，只要一個(gè)擾碼器即可，使其最適合長(zhǎng)距離系統(tǒng)應(yīng)用。碼器即可，使其最適合長(zhǎng)距離系統(tǒng)應(yīng)用。光纖通信簡(jiǎn)明教程原 榮21CMI 編碼編碼 ITU-T G.703建議中規(guī)定：建議中規(guī)定： PDH接口速率接口速率139.264 Mb/s使用；使用； SDH接口速率接口速率155.520 Mb/s的物理的物理/電接電接口使用；口使用； CMI 編碼規(guī)定編碼規(guī)定 輸入碼字為輸入碼字為“0”時(shí)，輸出為時(shí)，輸出為01； 輸入碼字為輸入碼字為“1”時(shí)，輸出為時(shí)，輸出為00或或11。光纖通信簡(jiǎn)明教程原 榮225.1

20、.3 信道復(fù)用信道復(fù)用 提高信道容量，充分利用光纖帶寬提高信道容量，充分利用光纖帶寬 信道復(fù)用目的：提高信道容量，充分利用光纖帶寬信道，信道復(fù)用目的：提高信道容量，充分利用光纖帶寬信道，方便光纖傳輸，把多個(gè)低容量信道以及開(kāi)銷信息，復(fù)用方便光纖傳輸，把多個(gè)低容量信道以及開(kāi)銷信息，復(fù)用到一個(gè)大容量傳輸信道。到一個(gè)大容量傳輸信道。 可以在電域和光域同時(shí)復(fù)用多個(gè)信道到一根光纖上。因可以在電域和光域同時(shí)復(fù)用多個(gè)信道到一根光纖上。因此，復(fù)用后的多個(gè)信道共享光源的光功率和光纖的傳輸此，復(fù)用后的多個(gè)信道共享光源的光功率和光纖的傳輸帶寬。帶寬。 在電域內(nèi)，信道復(fù)用有時(shí)分復(fù)用（在電域內(nèi)，信道復(fù)用有時(shí)分復(fù)用（TDM

21、）、頻分復(fù)用）、頻分復(fù)用（FDM）和正交頻分復(fù)用（）和正交頻分復(fù)用（OFDM）、微波副載波復(fù)用）、微波副載波復(fù)用（SCM）和碼分復(fù)用（）和碼分復(fù)用（CDM）；）； 在光域內(nèi)，與此相對(duì)應(yīng)，信道復(fù)用也有光時(shí)分復(fù)用在光域內(nèi)，與此相對(duì)應(yīng)，信道復(fù)用也有光時(shí)分復(fù)用（OTDM）、光頻分復(fù)用即波分復(fù)用（）、光頻分復(fù)用即波分復(fù)用（WDM）和光正）和光正交頻分復(fù)用（交頻分復(fù)用（O-OFDM），以及光碼分復(fù)用（），以及光碼分復(fù)用（OCDM），），如圖如圖5.1.5所示。此外，還有空分復(fù)用，比如雙纖雙向傳所示。此外，還有空分復(fù)用，比如雙纖雙向傳輸就是空分復(fù)用。輸就是空分復(fù)用。光纖通信簡(jiǎn)明教程原 榮23圖圖5.1.5

22、光纖通信系統(tǒng)利用的各種復(fù)用技術(shù)光纖通信系統(tǒng)利用的各種復(fù)用技術(shù)光纖通信簡(jiǎn)明教程原 榮245.1.4 光調(diào)制光調(diào)制 讓光攜帶聲音和數(shù)字信號(hào)讓光攜帶聲音和數(shù)字信號(hào) 在無(wú)線電廣播和通信系統(tǒng)中，調(diào)制是用數(shù)字或模擬信號(hào)改變?cè)跓o(wú)線電廣播和通信系統(tǒng)中，調(diào)制是用數(shù)字或模擬信號(hào)改變載波的幅度、頻率或相位的過(guò)程。調(diào)制分相干調(diào)制和非相干載波的幅度、頻率或相位的過(guò)程。調(diào)制分相干調(diào)制和非相干調(diào)制；調(diào)制； 非相干調(diào)制非相干調(diào)制-改變載波的幅度；改變載波的幅度； 相干調(diào)制相干調(diào)制-改變載波的頻率或相位；改變載波的頻率或相位； 光通信系統(tǒng)中非相干調(diào)制有直接調(diào)制和外調(diào)制兩種；光通信系統(tǒng)中非相干調(diào)制有直接調(diào)制和外調(diào)制兩種； 直接調(diào)

23、制直接調(diào)制-信息直接調(diào)制光源的輸出光強(qiáng)；信息直接調(diào)制光源的輸出光強(qiáng)； 外調(diào)制外調(diào)制-信息通過(guò)外調(diào)制器對(duì)連續(xù)輸出光進(jìn)行調(diào)制；信息通過(guò)外調(diào)制器對(duì)連續(xù)輸出光進(jìn)行調(diào)制； 最常用的光纖系統(tǒng)都是采用非相干的強(qiáng)度調(diào)制最常用的光纖系統(tǒng)都是采用非相干的強(qiáng)度調(diào)制-直接檢測(cè)直接檢測(cè)(IM/DD)方式；方式； 近來(lái)，采用偏振復(fù)用正交相移鍵控（近來(lái)，采用偏振復(fù)用正交相移鍵控（PM-QPSK）調(diào)制，在）調(diào)制，在接收端使用相干檢測(cè)，能夠?qū)崿F(xiàn)在現(xiàn)有接收端使用相干檢測(cè)，能夠?qū)崿F(xiàn)在現(xiàn)有10 Gb/s光纖線路上傳光纖線路上傳輸輸40 Gb/s信號(hào)，這種相干檢測(cè)受到重視。信號(hào)，這種相干檢測(cè)受到重視。光纖通信簡(jiǎn)明教程原 榮25圖圖5.

24、1.6（a）表示用快速上表示用快速上下移動(dòng)快門(mén)，下移動(dòng)快門(mén)，使光波間斷通使光波間斷通過(guò)遮光板的孔過(guò)遮光板的孔洞，從而實(shí)現(xiàn)洞，從而實(shí)現(xiàn)光的脈沖調(diào)制。光的脈沖調(diào)制。 （d）脈沖調(diào)制（）脈沖調(diào)制（e）偏振調(diào)制）偏振調(diào)制光波快門(mén)傳播方向調(diào)制后的光波遮板（a）脈沖調(diào)制t光強(qiáng)0tyx0t光強(qiáng)tE電場(chǎng)00（d）脈沖調(diào)制（e）偏振調(diào)制光纖通信簡(jiǎn)明教程原 榮26tt(c)幅度調(diào)制(g)相位調(diào)制tt光強(qiáng)00E電場(chǎng)tt光強(qiáng)00E電場(chǎng)（f）頻率調(diào)制（b）光波的振蕩波形E( )tt( )t2 /f 改變改變E0(t)的的調(diào)制是幅度調(diào)制是幅度調(diào)制調(diào)制 改變改變f(t)的調(diào)的調(diào)制是頻率調(diào)制是頻率調(diào)制制 改變改變 (t)的的

25、調(diào)制是相位調(diào)制是相位調(diào)制調(diào)制 光纖通信簡(jiǎn)明教程原 榮27PI曲線曲線IP-激激光光器器輸輸出出功功率率Ith驅(qū)動(dòng)電流驅(qū)動(dòng)電流輸輸入入電電脈脈沖沖輸出光脈沖輸出光脈沖tPthIM/DD方式方式 在發(fā)送端，電信號(hào)在發(fā)送端，電信號(hào)直接調(diào)制（直接調(diào)制（IM）光載波的強(qiáng)度；光載波的強(qiáng)度； 在接收端，光信號(hào)在接收端，光信號(hào)被光電二極管直接被光電二極管直接探測(cè)（探測(cè)（DD），從），從而恢復(fù)發(fā)射端的電而恢復(fù)發(fā)射端的電信號(hào)。信號(hào)。光纖通信簡(jiǎn)明教程原 榮28圖圖5.1.7 光通信采用的調(diào)制方式光通信采用的調(diào)制方式光纖通信簡(jiǎn)明教程原 榮29電電信信號(hào)號(hào)驅(qū)驅(qū)動(dòng)動(dòng)LD低低頻頻電電信信號(hào)號(hào)調(diào)調(diào)制制后后的的光光波波調(diào)調(diào)制制

26、光光低低頻頻電電信信號(hào)號(hào)高高速速驅(qū)驅(qū)動(dòng)動(dòng)高高頻頻載載波波LD調(diào)調(diào)制制光光低低頻頻電電信信號(hào)號(hào)調(diào)調(diào)制制后后的的高高頻頻載載波波調(diào)調(diào)制制后后的的光光波波外外調(diào)調(diào)制制器器放放大大器器 電電信信號(hào)號(hào)調(diào)調(diào)制制光光電電信信號(hào)號(hào)調(diào)調(diào)制制后后的的光光波波LD直直接接調(diào)調(diào)制制S SC CM M調(diào)調(diào)制制外外調(diào)調(diào)制制圖圖5.1.8 IM/DD方式實(shí)現(xiàn)圖解方式實(shí)現(xiàn)圖解光纖通信簡(jiǎn)明教程原 榮30低低頻頻電電信信號(hào)號(hào)高高速速驅(qū)驅(qū)動(dòng)動(dòng)高高頻頻載載波波LD調(diào)調(diào)制制光光低低頻頻電電信信號(hào)號(hào)調(diào)調(diào)制制后后的的高高頻頻載載波波調(diào)調(diào)制制后后的的光光波波副載波調(diào)制（副載波調(diào)制（SCM）副載波調(diào)制是首先用信息信號(hào)調(diào)制一個(gè)比基帶信號(hào)最高頻率

27、高幾副載波調(diào)制是首先用信息信號(hào)調(diào)制一個(gè)比基帶信號(hào)最高頻率高幾倍的載波倍的載波然后用該載波信號(hào)再去調(diào)制光波。然后用該載波信號(hào)再去調(diào)制光波。因?yàn)樾盘?hào)是用光波傳輸?shù)?，載波對(duì)光波而言只扮演著副載波的作因?yàn)樾盘?hào)是用光波傳輸?shù)?，載波對(duì)光波而言只扮演著副載波的作用，所以這種技術(shù)就稱為副載波調(diào)制（用，所以這種技術(shù)就稱為副載波調(diào)制（SCM，Subcarrier modulation）。）。光纖通信簡(jiǎn)明教程原 榮31 f AMPMFM解解調(diào)調(diào)msSCM分類分類 模擬調(diào)制模擬調(diào)制 用輸入模擬信號(hào)調(diào)制高頻正弦波的過(guò)用輸入模擬信號(hào)調(diào)制高頻正弦波的過(guò)程叫模擬調(diào)制。在接收端基帶信號(hào)的恢復(fù)是通過(guò)程叫模擬調(diào)制。在接收端基帶信號(hào)

28、的恢復(fù)是通過(guò)低通濾波器，濾除所有的高頻成分而得到的。低通濾波器，濾除所有的高頻成分而得到的。 頻率調(diào)制頻率調(diào)制 它是保持正弦載波的幅度不變，改變它是保持正弦載波的幅度不變，改變它的頻率，使其成為輸入信號(hào)電壓的函數(shù)。它的頻率，使其成為輸入信號(hào)電壓的函數(shù)。 相位調(diào)制相位調(diào)制 它是保持正弦載波的幅度和頻率不變，它是保持正弦載波的幅度和頻率不變，改變它的相位，而使其輸出調(diào)制信號(hào)為輸入信號(hào)改變它的相位，而使其輸出調(diào)制信號(hào)為輸入信號(hào)電壓的函數(shù)。電壓的函數(shù)。光纖通信簡(jiǎn)明教程原 榮32當(dāng)調(diào)制信號(hào)是數(shù)字信號(hào)時(shí)，調(diào)制原理與模擬強(qiáng)度調(diào)制相同，只要用脈當(dāng)調(diào)制信號(hào)是數(shù)字信號(hào)時(shí)，調(diào)制原理與模擬強(qiáng)度調(diào)制相同，只要用脈沖波取

29、代正弦波即可。但是工作點(diǎn)的選擇不同，模擬強(qiáng)度調(diào)制選在沖波取代正弦波即可。但是工作點(diǎn)的選擇不同，模擬強(qiáng)度調(diào)制選在 P- I 特性的線性區(qū)；而數(shù)字調(diào)制選在閾值點(diǎn)。特性的線性區(qū)；而數(shù)字調(diào)制選在閾值點(diǎn)。模擬強(qiáng)度調(diào)制模擬強(qiáng)度調(diào)制數(shù)字強(qiáng)度調(diào)制數(shù)字強(qiáng)度調(diào)制P激激光光器器輸輸出出功功率率IthI輸輸入入電電信信號(hào)號(hào)曲曲線線IP-IbPb輸輸出出光光信信號(hào)號(hào)驅(qū)驅(qū)動(dòng)動(dòng)電電流流ttPI曲曲線線IP-激激光光器器輸輸出出功功率率Ith驅(qū)驅(qū)動(dòng)動(dòng)電電流流輸輸入入電電脈脈沖沖輸輸出出光光脈脈沖沖tPth光纖通信簡(jiǎn)明教程原 榮331. 模擬強(qiáng)度光調(diào)制模擬強(qiáng)度光調(diào)制光纖通信簡(jiǎn)明教程原 榮342. 數(shù)字強(qiáng)度光調(diào)制數(shù)字強(qiáng)度光調(diào)制光

30、纖通信簡(jiǎn)明教程原 榮35例例5.1.1 “1” 碼內(nèi)的光振蕩數(shù)量計(jì)碼內(nèi)的光振蕩數(shù)量計(jì)算算 用脈沖信號(hào)對(duì)光強(qiáng)度調(diào)制用脈沖信號(hào)對(duì)光強(qiáng)度調(diào)制，使用波長(zhǎng)為使用波長(zhǎng)為 0.82 m 的的LED，請(qǐng)問(wèn)當(dāng)脈沖寬度，請(qǐng)問(wèn)當(dāng)脈沖寬度 1ns 時(shí)，在時(shí)，在“1”碼時(shí)有多少個(gè)”碼時(shí)有多少個(gè)光振蕩？光振蕩？解解 ： 已知： 已知82. 0 m ， 所 以光 頻是， 所 以光 頻是Hz106585. 314cf，光波的周期是，光波的周期是s017334. 2115fT。 已 知 脈 沖 寬 度。 已 知 脈 沖 寬 度Tele=1ns（s109），所以在該脈沖寬度內(nèi)的光周期數(shù)是），所以在該脈沖寬度內(nèi)的光周期數(shù)是853

31、365017334. 2/10159eleTTN光纖通信簡(jiǎn)明教程原 榮365.2 SDH光纖傳輸系統(tǒng)光纖傳輸系統(tǒng)5.2.1 時(shí)分復(fù)用工作原理時(shí)分復(fù)用工作原理5.2.2 SDH基本概念基本概念5.2.3 SDH幀結(jié)構(gòu)和傳輸速率幀結(jié)構(gòu)和傳輸速率5.2.4 SDH復(fù)用映射結(jié)構(gòu)復(fù)用映射結(jié)構(gòu)5.2.5 SDH設(shè)備類型和系統(tǒng)組成設(shè)備類型和系統(tǒng)組成5.2.6 SDH物理層物理層5.2.7 SDH網(wǎng)同步的電時(shí)分復(fù)用光纖通信系統(tǒng)網(wǎng)同步的電時(shí)分復(fù)用光纖通信系統(tǒng)光纖通信簡(jiǎn)明教程原 榮37從從PDH到到SDH 在在SDH出現(xiàn)以前，電信網(wǎng)中所用的數(shù)字傳輸系出現(xiàn)以前，電信網(wǎng)中所用的數(shù)字傳輸系統(tǒng)都屬于準(zhǔn)同步數(shù)字制式（統(tǒng)都屬

32、于準(zhǔn)同步數(shù)字制式（PDH），它可以很），它可以很好地適應(yīng)傳統(tǒng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，卻無(wú)法適應(yīng)動(dòng)態(tài)好地適應(yīng)傳統(tǒng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，卻無(wú)法適應(yīng)動(dòng)態(tài)聯(lián)網(wǎng)的要求，也難以支持新業(yè)務(wù)應(yīng)用和現(xiàn)代網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)的要求，也難以支持新業(yè)務(wù)應(yīng)用和現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)管理。絡(luò)管理。 因此，光同步數(shù)字制式（因此，光同步數(shù)字制式（SDH）應(yīng)運(yùn)而生，成）應(yīng)運(yùn)而生，成為新一代公認(rèn)的理想傳輸體制。為新一代公認(rèn)的理想傳輸體制。 同步數(shù)字制式（同步數(shù)字制式（SDH）光纖傳輸系統(tǒng)可以說(shuō)是）光纖傳輸系統(tǒng)可以說(shuō)是一種最典型的電時(shí)分復(fù)用（一種最典型的電時(shí)分復(fù)用（TDM）應(yīng)用。）應(yīng)用。光纖通信簡(jiǎn)明教程原 榮385.2.1 時(shí)分復(fù)用工作原理時(shí)分復(fù)用工作原理 時(shí)分復(fù)用（時(shí)分復(fù)用

33、（TDM）是采用交錯(cuò)排列多路）是采用交錯(cuò)排列多路低速模擬或數(shù)字信道到一個(gè)高速信道上低速模擬或數(shù)字信道到一個(gè)高速信道上傳輸?shù)募夹g(shù)。傳輸?shù)募夹g(shù)。 時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)的輸入可以是模擬信號(hào)，時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)的輸入可以是模擬信號(hào)，也可以是數(shù)字信號(hào)。也可以是數(shù)字信號(hào)。 目前目前TDM通信方式的輸入信號(hào)多為數(shù)字通信方式的輸入信號(hào)多為數(shù)字比特流，所以，我們只討論數(shù)字信號(hào)時(shí)比特流，所以，我們只討論數(shù)字信號(hào)時(shí)分復(fù)用。分復(fù)用。光纖通信簡(jiǎn)明教程原 榮39數(shù)字輸入時(shí)分復(fù)用原理圖數(shù)字輸入時(shí)分復(fù)用原理圖信道信道光纖光纖幀和開(kāi)幀和開(kāi)銷比特銷比特開(kāi)銷信道開(kāi)銷信道取樣取樣同步同步取樣取樣同步同步取樣取樣同步同步信道1信道1信道2信道2信道

34、N信道N定時(shí)定時(shí)發(fā)送端發(fā)送端幀同步幀同步控制控制信道1信道1信道2信道2信道N信道N解同步解同步解同步解同步解同步解同步開(kāi)銷信道開(kāi)銷信道定時(shí)定時(shí)恢復(fù)恢復(fù)接收端接收端輸入輸入緩存緩存輸入輸入緩存緩存輸入輸入緩存緩存輸出輸出緩存緩存輸出輸出緩存緩存輸出輸出緩存緩存N幀幀開(kāi)開(kāi)銷銷 1 2 3N幀幀開(kāi)開(kāi)銷銷 1 2 3N幀幀開(kāi)開(kāi)銷銷 1 2 3N幀幀開(kāi)開(kāi)銷銷 1 2 3時(shí)間時(shí)間1幀1幀信道數(shù)信道數(shù)時(shí)隙時(shí)隙tTs1幀1幀1幀1幀個(gè)信道的幀結(jié)構(gòu)個(gè)信道的幀結(jié)構(gòu)N應(yīng)用：應(yīng)用：PCM SDHAPONEPON光纖通信簡(jiǎn)明教程原 榮40時(shí)分復(fù)用（時(shí)分復(fù)用（TDM）原理）原理 利用脈沖編碼調(diào)制（利用脈沖編碼調(diào)制（PC

35、M）方法，將語(yǔ)音模擬信號(hào)經(jīng)取）方法，將語(yǔ)音模擬信號(hào)經(jīng)取樣、量化和編碼三個(gè)過(guò)程轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)。樣、量化和編碼三個(gè)過(guò)程轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)。 為了實(shí)現(xiàn)為了實(shí)現(xiàn)TDM傳輸，要把傳輸時(shí)間按幀劃分，每幀傳輸，要把傳輸時(shí)間按幀劃分，每幀125 s，把幀又分成若干個(gè)時(shí)隙，在每個(gè)時(shí)隙內(nèi)傳輸一路信號(hào)的把幀又分成若干個(gè)時(shí)隙，在每個(gè)時(shí)隙內(nèi)傳輸一路信號(hào)的1個(gè)字節(jié)（個(gè)字節(jié)（8比特），當(dāng)每路信號(hào)都傳輸完比特），當(dāng)每路信號(hào)都傳輸完1個(gè)字節(jié)后就構(gòu)成個(gè)字節(jié)后就構(gòu)成1幀，然后再?gòu)念^開(kāi)始傳輸每一路的另幀，然后再?gòu)念^開(kāi)始傳輸每一路的另1個(gè)字節(jié)，以便構(gòu)成個(gè)字節(jié)，以便構(gòu)成另另1幀。也就是說(shuō)，它將若干個(gè)原始的脈沖調(diào)制信號(hào)在時(shí)幀。也就是說(shuō)，它將若

36、干個(gè)原始的脈沖調(diào)制信號(hào)在時(shí)間上進(jìn)行交錯(cuò)排列，從而形成一個(gè)復(fù)合脈沖串，如圖間上進(jìn)行交錯(cuò)排列，從而形成一個(gè)復(fù)合脈沖串，如圖5.2.1（b）所示，該脈沖串經(jīng)光纖信道傳輸后到達(dá)接收端。）所示，該脈沖串經(jīng)光纖信道傳輸后到達(dá)接收端。 在接收端，采用一個(gè)與發(fā)送端同步的類似于旋轉(zhuǎn)式開(kāi)關(guān)的在接收端，采用一個(gè)與發(fā)送端同步的類似于旋轉(zhuǎn)式開(kāi)關(guān)的器件，完成器件，完成TDM多路脈沖流的分離。多路脈沖流的分離。 為了速率適配，沒(méi)用時(shí)隙用空隙字節(jié)填充，在接收端把它為了速率適配，沒(méi)用時(shí)隙用空隙字節(jié)填充，在接收端把它們分離出來(lái)，并丟棄它們。們分離出來(lái)，并丟棄它們。 在幀頭，插入一些定時(shí)、誤碼檢測(cè)和開(kāi)銷比特在幀頭，插入一些定時(shí)、誤

37、碼檢測(cè)和開(kāi)銷比特(FOH) ，其，其目的是為使解復(fù)用器與復(fù)用器同步，并進(jìn)行誤碼檢測(cè)。目的是為使解復(fù)用器與復(fù)用器同步，并進(jìn)行誤碼檢測(cè)。光纖通信簡(jiǎn)明教程原 榮41PCM通信制式的基礎(chǔ)速率通信制式的基礎(chǔ)速率2 048 kb/s 的來(lái)歷的來(lái)歷 話音信號(hào)的頻帶為話音信號(hào)的頻帶為3003 400 Hz，取上限頻率為，取上限頻率為4 000 Hz，按取樣定理，取樣頻率為按取樣定理，取樣頻率為fs = 2 4 kHz = 8 kHz/s（即每秒（即每秒取樣取樣8 000次）。取樣時(shí)間間隔次）。取樣時(shí)間間隔T =1/fs = 1/8 k = 125 s，即，即幀長(zhǎng)為幀長(zhǎng)為125 s。在。在125 s時(shí)間間隔內(nèi)要

38、傳輸時(shí)間間隔內(nèi)要傳輸 8個(gè)二進(jìn)制代個(gè)二進(jìn)制代碼（比特），每個(gè)代碼所占時(shí)間為碼（比特），每個(gè)代碼所占時(shí)間為T(mén)b = 125/8( s)，所以每，所以每路數(shù)字電話的傳輸速率為路數(shù)字電話的傳輸速率為B=1/ Tb = 64 kb/s（或者（或者8 bit/每每次取樣次取樣 8 000次次/每秒取樣）。每秒取樣）。 按照國(guó)際電聯(lián)的建議，把按照國(guó)際電聯(lián)的建議，把1幀分為幀分為32個(gè)時(shí)隙，其中個(gè)時(shí)隙，其中30個(gè)時(shí)個(gè)時(shí)隙用于傳輸隙用于傳輸30路路PCM電話，另外電話，另外2路時(shí)隙分別用于幀同步路時(shí)隙分別用于幀同步和信令和信令/復(fù)幀同步，則傳輸速率為復(fù)幀同步，則傳輸速率為64 kb/s 32 = 2 048

39、kb/s（也就是（也就是8 bit/每個(gè)取樣值每個(gè)取樣值 32個(gè)取樣值個(gè)取樣值/每次每次 8 000次次/每每秒）。這一速率就是我國(guó)秒）。這一速率就是我國(guó)PCM通信制式的基礎(chǔ)速率。通信制式的基礎(chǔ)速率。光纖通信簡(jiǎn)明教程原 榮42 圖圖5.2.1數(shù)字?jǐn)?shù)字輸入輸入時(shí)分時(shí)分復(fù)用復(fù)用原理原理圖圖光光纖纖信信道道幀幀和和開(kāi)開(kāi)銷銷比比特特開(kāi)開(kāi)銷銷信信道道取取樣樣同同步步取取樣樣同同步步取取樣樣同同步步信信道道信信道道信信道道定定時(shí)時(shí)發(fā)發(fā)送送端端輸輸入入緩緩存存輸輸入入緩緩存存輸輸入入緩緩存存24210 110 1011fs旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速度度8 000幀幀同同步步控控制制信信道道信信道道信信道道解解同同步步解解

40、同同步步解解同同步步開(kāi)開(kāi)銷銷信信道道定定時(shí)時(shí)恢恢復(fù)復(fù)接接收收端端輸輸出出緩緩存存輸輸出出緩緩存存輸輸出出緩緩存存12240 110 1011fs旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速度度8 000幀幀開(kāi)開(kāi)銷銷1幀幀開(kāi)開(kāi)銷銷123N幀幀開(kāi)開(kāi)銷銷幀幀開(kāi)開(kāi)銷銷時(shí)時(shí)間間時(shí)時(shí)隙隙Ts1 1幀幀1 1幀幀1 1幀幀.幀幀長(zhǎng)長(zhǎng)125 微微秒秒幀幀比比特特t21信信道道信信道道信信道道24個(gè)個(gè)字字節(jié)節(jié)1= 1/fsN = 241 1幀幀的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)123N123N3N231N(a) 24個(gè)數(shù)字信道（T1）復(fù)用原理圖個(gè)個(gè)信信道道復(fù)復(fù)用用后后的的幀幀結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)N(b)個(gè)個(gè)字字節(jié)節(jié)1個(gè)個(gè)字字節(jié)節(jié)1轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/ /秒秒轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/ /秒秒光纖通信簡(jiǎn)明教程原

41、 榮435.2.2 SDH的基本概念的基本概念 SDH由一些基本的由一些基本的SDH網(wǎng)絡(luò)單元組成，在光纖網(wǎng)絡(luò)單元組成，在光纖上進(jìn)行同步信息傳輸、復(fù)用和交叉連接。上進(jìn)行同步信息傳輸、復(fù)用和交叉連接。 在在SDH傳輸網(wǎng)中，信息具有一套標(biāo)準(zhǔn)化的結(jié)構(gòu)傳輸網(wǎng)中，信息具有一套標(biāo)準(zhǔn)化的結(jié)構(gòu)等級(jí)，稱為同步傳送模塊等級(jí)，稱為同步傳送模塊STM-N，其中，其中N = 1、4、16、64、256，這些模塊具有矩形幀結(jié)構(gòu)，這些模塊具有矩形幀結(jié)構(gòu)，允許安排豐富的比特開(kāi)銷用于網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行、維允許安排豐富的比特開(kāi)銷用于網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行、維護(hù)和管理（護(hù)和管理（OAM）；它有一套特殊的同步復(fù)）；它有一套特殊的同步復(fù)用與映射方法，使得現(xiàn)

42、存的用與映射方法，使得現(xiàn)存的PDH、SDH及寬帶及寬帶綜合業(yè)務(wù)接入網(wǎng)（綜合業(yè)務(wù)接入網(wǎng)（B-ISDN）中的）中的ATM信元都信元都能進(jìn)入其幀結(jié)構(gòu)，因而具有適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)。能進(jìn)入其幀結(jié)構(gòu)，因而具有適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)。光纖通信簡(jiǎn)明教程原 榮44SDH的網(wǎng)絡(luò)單元（設(shè)備）的網(wǎng)絡(luò)單元（設(shè)備） SDH的基本網(wǎng)絡(luò)單元有終端復(fù)用器的基本網(wǎng)絡(luò)單元有終端復(fù)用器（TM）、分插復(fù)用器（）、分插復(fù)用器（ADM）、數(shù)字）、數(shù)字交叉連接設(shè)備（交叉連接設(shè)備（DXC）等，它們的功能）等，它們的功能各異，但都有互通的標(biāo)準(zhǔn)光接口；各異，但都有互通的標(biāo)準(zhǔn)光接口； 而且由于微處理器的大量采用，使得網(wǎng)而且由于微處理器的大量采用，使得網(wǎng)絡(luò)單元及

43、整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的智能程度大大提高，絡(luò)單元及整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的智能程度大大提高，因而易于網(wǎng)絡(luò)的配置和控制，利于網(wǎng)絡(luò)因而易于網(wǎng)絡(luò)的配置和控制，利于網(wǎng)絡(luò)的升級(jí)換代。的升級(jí)換代。 光纖通信簡(jiǎn)明教程原 榮45圖圖5.2.2 PDH和和SDH分插信號(hào)的比較分插信號(hào)的比較光纖通信簡(jiǎn)明教程原 榮46采用采用SDH分插復(fù)分插復(fù)用（用（ADM），），可以利用軟件直可以利用軟件直接一次分插出接一次分插出2 Mb/s支路信號(hào)，支路信號(hào)，十分簡(jiǎn)單和方便十分簡(jiǎn)單和方便 光纖通信簡(jiǎn)明教程原 榮475.2.3 SDH幀結(jié)構(gòu)和傳輸速率幀結(jié)構(gòu)和傳輸速率 SDH光纖通信系統(tǒng)可以說(shuō)是一種最典型光纖通信系統(tǒng)可以說(shuō)是一種最典型的電時(shí)分復(fù)用（的電時(shí)分復(fù)

44、用（TDM）應(yīng)用。）應(yīng)用。 在在SDH傳輸網(wǎng)中，信息采用標(biāo)準(zhǔn)化的模傳輸網(wǎng)中，信息采用標(biāo)準(zhǔn)化的模塊結(jié)構(gòu)，即同步傳送模塊塊結(jié)構(gòu)，即同步傳送模塊STM-N（N = 1、4、16、64和和256），其中），其中N = 1是基本的是基本的標(biāo)準(zhǔn)模塊信號(hào)。標(biāo)準(zhǔn)模塊信號(hào)。光纖通信簡(jiǎn)明教程原 榮48圖圖5.2.3 STM-N 幀結(jié)構(gòu)幀結(jié)構(gòu)段段開(kāi)開(kāi)銷銷管管理理指指針針段段開(kāi)開(kāi)銷銷STM-( (含含通通道道開(kāi)開(kāi)銷銷) )行行傳傳輸輸方方向向1359 N9N261N 列列字字節(jié)節(jié)N92709270凈凈荷荷N4 行行第第行行第第行行第第N = 1, 4, 16, 64SDH的幀結(jié)構(gòu)是塊狀幀，傳輸按從左到右，由上而下按順

45、序一個(gè)一個(gè)的幀結(jié)構(gòu)是塊狀幀，傳輸按從左到右，由上而下按順序一個(gè)一個(gè)字節(jié)傳送，直至整個(gè)字節(jié)傳送，直至整個(gè)9 270 N個(gè)字節(jié)都傳送完為止，然后再轉(zhuǎn)入下個(gè)字節(jié)都傳送完為止，然后再轉(zhuǎn)入下一幀，如此一幀一幀地傳送，每秒共一幀，如此一幀一幀地傳送，每秒共8 000幀。幀。光纖通信簡(jiǎn)明教程原 榮49SDH 幀結(jié)構(gòu)和傳輸速率幀結(jié)構(gòu)和傳輸速率 在在SDH傳輸網(wǎng)中，信息采用標(biāo)準(zhǔn)化的模塊結(jié)構(gòu)，傳輸網(wǎng)中，信息采用標(biāo)準(zhǔn)化的模塊結(jié)構(gòu)，即同步傳送模塊即同步傳送模塊 STM-N（N = 1、4、16 和和 64），），其中其中N = 1是基本的標(biāo)準(zhǔn)模塊信號(hào)。是基本的標(biāo)準(zhǔn)模塊信號(hào)。 塊狀幀由橫向塊狀幀由橫向 270 N 列和

46、縱向列和縱向 9 行字節(jié)（行字節(jié)（1字節(jié)字節(jié)為為8比特）組成，因而全幀由比特）組成，因而全幀由2430個(gè)字節(jié)，相當(dāng)于個(gè)字節(jié)，相當(dāng)于19 440個(gè)比特組成，幀重復(fù)周期仍為個(gè)比特組成，幀重復(fù)周期仍為 125 s。因。因此對(duì)于此對(duì)于 STM-1 而言（而言（N = 1），每秒傳送速率為），每秒傳送速率為（8 bit/字節(jié)字節(jié) 9 270字節(jié)）字節(jié)）/幀幀 8 000幀幀/s = 155.52 Mb/s； 對(duì)于對(duì)于STM-16而言（而言（N = 16），每秒傳送速率為），每秒傳送速率為8 9 270 16 8 000 = 2 480.32 Mb/s。光纖通信簡(jiǎn)明教程原 榮505.2.4 適用我國(guó)的適用

47、我國(guó)的SDH復(fù)用映射結(jié)構(gòu)復(fù)用映射結(jié)構(gòu) 為了得到標(biāo)準(zhǔn)的為了得到標(biāo)準(zhǔn)的STM-N傳送模塊，必須采取有效的傳送模塊，必須采取有效的方法將各種支路信號(hào)裝入方法將各種支路信號(hào)裝入SDH幀結(jié)構(gòu)的凈荷域內(nèi)，幀結(jié)構(gòu)的凈荷域內(nèi)，為此，需要經(jīng)過(guò)映射、定位校準(zhǔn)和復(fù)用這三個(gè)步驟。為此，需要經(jīng)過(guò)映射、定位校準(zhǔn)和復(fù)用這三個(gè)步驟。 光纖通信簡(jiǎn)明教程原 榮51圖圖5.2.5 SDH的等級(jí)復(fù)用的等級(jí)復(fù)用 首先幾個(gè)低比特率信號(hào)復(fù)用成首先幾個(gè)低比特率信號(hào)復(fù)用成STM-0信號(hào)，接著信號(hào)，接著3個(gè)個(gè)STM-0信號(hào)復(fù)用成信號(hào)復(fù)用成STM-1信號(hào)，幾個(gè)低比特率信號(hào)也可以直接復(fù)用信號(hào)，幾個(gè)低比特率信號(hào)也可以直接復(fù)用成成STM-1信號(hào)。然后信

48、號(hào)。然后4個(gè)個(gè)STM-1信號(hào)復(fù)用成信號(hào)復(fù)用成STM-4信號(hào)，以信號(hào)，以此復(fù)用下去，最后此復(fù)用下去，最后4個(gè)個(gè)STM-64信號(hào)復(fù)用成信號(hào)復(fù)用成STM-256（39 813.12 Mb/s）信號(hào)。）信號(hào)。STM-4622.08 Mb/s2 448.32 Mb/s字節(jié)間插同步復(fù)用STM-051.84 Mb/s開(kāi)銷插入開(kāi)銷插入2.048 Mb/s2.048 Mb/sATM2.048 Mb/sE-1E-1E-1.155.52 Mb/sSTM-1STM-1STM-1STM-1等級(jí)復(fù)用STM-4STM-4STM-4等級(jí)復(fù)用等級(jí)復(fù)用STM-16STM-16STM-16STM-16STM-64等級(jí)復(fù)用STM-6

49、4STM-64STM-649953.28 Mb/sSTM-25639 813.12 Mb/sFDDIB-SDN光纖通信簡(jiǎn)明教程原 榮525.2.5 SDH設(shè)備類型和系統(tǒng)組成設(shè)備類型和系統(tǒng)組成圖圖5.2.6 適合我國(guó)制式的適合我國(guó)制式的STM-1復(fù)用設(shè)備復(fù)用設(shè)備a）終端復(fù)用器（）終端復(fù)用器（TM） b）分插復(fù)用器（）分插復(fù)用器（ADM） c）分插復(fù)用器上）分插復(fù)用器上/下話路的功能示意圖下話路的功能示意圖光纖通信簡(jiǎn)明教程原 榮53SDH設(shè)備完成的工作設(shè)備完成的工作 終端復(fù)用器（終端復(fù)用器（TM）的主要任務(wù)是將低速支路）的主要任務(wù)是將低速支路信號(hào)或者低速信號(hào)或者低速SDH信號(hào)復(fù)用進(jìn)高速的信號(hào)復(fù)用進(jìn)

50、高速的SDH設(shè)備。設(shè)備。 分插復(fù)用器（分插復(fù)用器（ADM）具有靈活地分插任意支）具有靈活地分插任意支路信號(hào)的能力。路信號(hào)的能力。 數(shù)字交叉連接設(shè)備（數(shù)字交叉連接設(shè)備（DXC）是一種集復(fù)用、交）是一種集復(fù)用、交叉連接（自動(dòng)化配線）、保護(hù)叉連接（自動(dòng)化配線）、保護(hù)/恢復(fù)、監(jiān)控和恢復(fù)、監(jiān)控和網(wǎng)管等功能為一體的傳輸設(shè)備。網(wǎng)管等功能為一體的傳輸設(shè)備。 光纖通信簡(jiǎn)明教程原 榮54圖圖5.2.7 DXC功能簡(jiǎn)圖功能簡(jiǎn)圖a）電）電DXC原理圖原理圖 b）光）光DXC原理圖原理圖 圖圖5.2.7a表示表示DXC的功能簡(jiǎn)圖，傳輸系統(tǒng)送來(lái)的信號(hào)在輸入端解復(fù)用成的功能簡(jiǎn)圖，傳輸系統(tǒng)送來(lái)的信號(hào)在輸入端解復(fù)用成 m個(gè)并行

51、的信號(hào)，然后由交叉連接矩陣按照預(yù)先存放的交叉連接表或動(dòng)個(gè)并行的信號(hào)，然后由交叉連接矩陣按照預(yù)先存放的交叉連接表或動(dòng)態(tài)計(jì)算出的交叉連接表，按時(shí)隙交換原理對(duì)這些信號(hào)重新安排通道，最態(tài)計(jì)算出的交叉連接表，按時(shí)隙交換原理對(duì)這些信號(hào)重新安排通道，最后再將這些重新安排后的信號(hào)復(fù)用成高速信號(hào)輸出。后再將這些重新安排后的信號(hào)復(fù)用成高速信號(hào)輸出。 圖圖5.2.7b表示的光學(xué)接口可以是光纖信道、表示的光學(xué)接口可以是光纖信道、SDH設(shè)備光接口、千兆位速設(shè)備光接口、千兆位速率以太網(wǎng)光接口，也可以是率以太網(wǎng)光接口，也可以是WDM系統(tǒng)的波長(zhǎng)信道、光正交頻分復(fù)用系統(tǒng)的波長(zhǎng)信道、光正交頻分復(fù)用（O-OFDM）系統(tǒng)的波帶等。）

52、系統(tǒng)的波帶等。光纖通信簡(jiǎn)明教程原 榮55圖圖5.2.8 STM-1分插復(fù)用器構(gòu)成的分插復(fù)用器構(gòu)成的SDH點(diǎn)對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)系統(tǒng) 通常，通常，SDH系統(tǒng)為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)和環(huán)狀系統(tǒng)。系統(tǒng)為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)和環(huán)狀系統(tǒng)。 在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)中，由包含復(fù)用功能和光接口的線路終端復(fù)在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)中，由包含復(fù)用功能和光接口的線路終端復(fù)用器（用器（TM）、光纜、中繼器（如果配置的話）組成。中繼）、光纜、中繼器（如果配置的話）組成。中繼器可以是常規(guī)的光器可以是常規(guī)的光-電電-光再生器，也可以是使用光再生器，也可以是使用EDFA的全的全光中繼器。光中繼器。光纖通信簡(jiǎn)明教程原 榮56圖圖5.2.9 用戶用戶網(wǎng)通網(wǎng)通過(guò)匯過(guò)匯接網(wǎng)接網(wǎng)接入

53、接入骨干骨干網(wǎng)網(wǎng)光纖通信簡(jiǎn)明教程原 榮57STM-1/4/16/64 SDH設(shè)備設(shè)備光纖通信簡(jiǎn)明教程原 榮58STM-1/4/16/64 SDH設(shè)備設(shè)備光纖通信簡(jiǎn)明教程原 榮595.2.6 SDH物理層物理層 ITU-T標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) G.957和和G.691已對(duì)已對(duì)SDH物理物理層作了規(guī)范；層作了規(guī)范； 光接口規(guī)范的基本目的是為了在中繼段光接口規(guī)范的基本目的是為了在中繼段上實(shí)現(xiàn)橫向兼容，即允許不同廠家的產(chǎn)上實(shí)現(xiàn)橫向兼容，即允許不同廠家的產(chǎn)品在中繼段上互通，并保證中繼段的各品在中繼段上互通，并保證中繼段的各項(xiàng)性能指標(biāo)不變。項(xiàng)性能指標(biāo)不變。 同時(shí)，具有標(biāo)準(zhǔn)光接口的網(wǎng)絡(luò)單元可以同時(shí)，具有標(biāo)準(zhǔn)光接口的網(wǎng)絡(luò)

54、單元可以經(jīng)光路直接相連，即減少了不必要的光經(jīng)光路直接相連，即減少了不必要的光/電轉(zhuǎn)換，節(jié)約了網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行成本。電轉(zhuǎn)換，節(jié)約了網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行成本。光纖通信簡(jiǎn)明教程原 榮60表表5.2.1 光接口分類光接口分類 光接口規(guī)范規(guī)定了不同應(yīng)用等級(jí)使用的光纖類型（多模光光接口規(guī)范規(guī)定了不同應(yīng)用等級(jí)使用的光纖類型（多模光纖或單模光纖）、光源波長(zhǎng)和類型（纖或單模光纖）、光源波長(zhǎng)和類型（LED或或LD）、允許）、允許中繼段的光纖損耗和色散值、傳輸距離等。中繼段的光纖損耗和色散值、傳輸距離等。 根據(jù)應(yīng)用環(huán)境不同，按照傳輸距離的長(zhǎng)短可分為局內(nèi)應(yīng)用、根據(jù)應(yīng)用環(huán)境不同，按照傳輸距離的長(zhǎng)短可分為局內(nèi)應(yīng)用、短距離局內(nèi)應(yīng)用、長(zhǎng)距離局內(nèi)

55、應(yīng)用、超長(zhǎng)距離局內(nèi)應(yīng)用和短距離局內(nèi)應(yīng)用、長(zhǎng)距離局內(nèi)應(yīng)用、超長(zhǎng)距離局內(nèi)應(yīng)用和特長(zhǎng)距離局內(nèi)應(yīng)用特長(zhǎng)距離局內(nèi)應(yīng)用5個(gè)等級(jí)，如表個(gè)等級(jí)，如表5.2.1所示。所示。 通常，短距離低速率應(yīng)用使用通常，短距離低速率應(yīng)用使用1 310 nm的多縱模的多縱模F-P激光激光器，長(zhǎng)距離高速率應(yīng)用使用器，長(zhǎng)距離高速率應(yīng)用使用1550 nm的單縱模分布反饋激的單縱模分布反饋激光器（光器（DFB）。如果使用線路光放大器，如摻鉺光纖放大）。如果使用線路光放大器，如摻鉺光纖放大器（器（EDFA），則中繼距離可達(dá)到），則中繼距離可達(dá)到400600 km。光纖通信簡(jiǎn)明教程原 榮61 網(wǎng)同步的目的是使網(wǎng)中所有交換節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)同步的目的

56、是使網(wǎng)中所有交換節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘頻率和相位都控制在預(yù)先確定的容時(shí)鐘頻率和相位都控制在預(yù)先確定的容差范圍內(nèi)，以便使各交換節(jié)點(diǎn)的全部數(shù)差范圍內(nèi)，以便使各交換節(jié)點(diǎn)的全部數(shù)字流實(shí)現(xiàn)正確有效的交換；否則，會(huì)使字流實(shí)現(xiàn)正確有效的交換；否則，會(huì)使交換緩存器中產(chǎn)生信息比特流的溢出和交換緩存器中產(chǎn)生信息比特流的溢出和丟失。丟失。5.2.7 SDH網(wǎng)同步網(wǎng)同步光纖通信簡(jiǎn)明教程原 榮625.2.7 SDH網(wǎng)同步網(wǎng)同步 圖圖5.2.10 時(shí)鐘在局間分配的樹(shù)形同步網(wǎng)結(jié)構(gòu)時(shí)鐘在局間分配的樹(shù)形同步網(wǎng)結(jié)構(gòu) 圖圖5.2.11 時(shí)鐘在局內(nèi)分配的星形同步網(wǎng)結(jié)構(gòu)時(shí)鐘在局內(nèi)分配的星形同步網(wǎng)結(jié)構(gòu)光纖通信簡(jiǎn)明教程原 榮63同步方式同步方式主從同

57、步主從同步 目前，世界各國(guó)公用網(wǎng)中交換節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘的同步目前，世界各國(guó)公用網(wǎng)中交換節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘的同步采用主從同步方式。我國(guó)主從同步方式采用采用主從同步方式。我國(guó)主從同步方式采用ITU-T規(guī)范的規(guī)范的4級(jí)時(shí)鐘，每一級(jí)時(shí)鐘都同步于上級(jí)時(shí)鐘，每一級(jí)時(shí)鐘都同步于上一級(jí)時(shí)鐘，網(wǎng)中最高一級(jí)時(shí)鐘稱為基準(zhǔn)主時(shí)鐘一級(jí)時(shí)鐘，網(wǎng)中最高一級(jí)時(shí)鐘稱為基準(zhǔn)主時(shí)鐘（PRC），一般采用銫原子鐘，精度為），一般采用銫原子鐘，精度為1 10 11。該時(shí)鐘經(jīng)同步分配網(wǎng)分配給二級(jí)本地局時(shí)鐘、該時(shí)鐘經(jīng)同步分配網(wǎng)分配給二級(jí)本地局時(shí)鐘、三級(jí)端局從時(shí)鐘，如圖三級(jí)端局從時(shí)鐘，如圖5.2.10所示。最低一級(jí)所示。最低一級(jí)時(shí)鐘為數(shù)字小交換機(jī)、遠(yuǎn)端模塊或時(shí)

58、鐘為數(shù)字小交換機(jī)、遠(yuǎn)端模塊或SDH網(wǎng)元設(shè)網(wǎng)元設(shè)備的內(nèi)置時(shí)鐘，如石英晶振，精度為備的內(nèi)置時(shí)鐘，如石英晶振，精度為10 6 10 8。光纖通信簡(jiǎn)明教程原 榮64 除國(guó)內(nèi)網(wǎng)采用主從同步方式外，我國(guó)與除國(guó)內(nèi)網(wǎng)采用主從同步方式外，我國(guó)與其他國(guó)家的數(shù)字網(wǎng)采用偽同步方式。所其他國(guó)家的數(shù)字網(wǎng)采用偽同步方式。所謂偽同步就是大家都采用銫原子時(shí)鐘，謂偽同步就是大家都采用銫原子時(shí)鐘，都遵守都遵守G.811規(guī)范，由于時(shí)鐘精度高，網(wǎng)規(guī)范，由于時(shí)鐘精度高，網(wǎng)間各局的時(shí)鐘頻率和相位雖不完全相同，間各局的時(shí)鐘頻率和相位雖不完全相同，但誤差很小，接近同步，于是稱為偽同但誤差很小，接近同步，于是稱為偽同步。在國(guó)際網(wǎng)接口處，網(wǎng)間采用

59、偽同步步。在國(guó)際網(wǎng)接口處，網(wǎng)間采用偽同步是正常工作方式。是正常工作方式。同步方式同步方式偽同步方式偽同步方式光纖通信簡(jiǎn)明教程原 榮655.3 異步傳輸模式（異步傳輸模式（ATM）技術(shù)）技術(shù)5.3.1 從同步模式（從同步模式（STM ）到異步模式（）到異步模式（ATM） SDH網(wǎng)是一個(gè)運(yùn)行高效、維護(hù)能力強(qiáng)大的傳輸網(wǎng)是一個(gè)運(yùn)行高效、維護(hù)能力強(qiáng)大的傳輸系統(tǒng)，它將時(shí)間分割成周期為系統(tǒng)，它將時(shí)間分割成周期為125 s的幀，使的幀，使用傳統(tǒng)的同步時(shí)分技術(shù)，要求所有的數(shù)據(jù)按照用傳統(tǒng)的同步時(shí)分技術(shù)，要求所有的數(shù)據(jù)按照一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的傳輸速率（如一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的傳輸速率（如155 Mb/s等）進(jìn)行傳等）進(jìn)行傳送，所以稱送，

60、所以稱SDH系統(tǒng)為同步傳輸模式系統(tǒng)為同步傳輸模式(STM)，它的分級(jí)也用它的分級(jí)也用STM-N表示。表示。 傳統(tǒng)的傳統(tǒng)的SDH設(shè)備不適合設(shè)備不適合B-ISDN使用，因?yàn)樵谑褂?，因?yàn)樵诙嗝襟w的雙向應(yīng)用中，上多媒體的雙向應(yīng)用中，上/下行的傳輸速率是下行的傳輸速率是不對(duì)稱的不對(duì)稱的 ,而而SDH系統(tǒng)只傳輸恒定的比特率業(yè)系統(tǒng)只傳輸恒定的比特率業(yè)務(wù)，上務(wù)，上/下行傳輸速率和帶寬總是相同下行傳輸速率和帶寬總是相同 。光纖通信簡(jiǎn)明教程原 榮665.3.1 從同步模式（從同步模式（STM ）到異步模式（到異步模式（ATM） 為此，人們就提出一種與同步傳輸模式（為此，人們就提出一種與同步傳輸模式（STM）技術(shù)）