第5章-光纖通信系統(tǒng)與設(shè)計解析

第5章光纖通信系統(tǒng)與設(shè)計2009-12-30第5章光纖通信系統(tǒng)與設(shè)計5.1強度調(diào)制-5.2光纖通信的線路碼型5.3光纖通信的性能指標5.4光纖通信系統(tǒng)設(shè)計5.4.15.4.2小結(jié)綜合實驗實驗一光纖通信設(shè)備的認識實驗二誤碼測試實驗三光纖通信系統(tǒng)抖動性能的測試習(xí)題2009-12-302009-12-305.1強度調(diào)制-直接檢測數(shù)字光纖通信系統(tǒng)1.強度調(diào)制-直接檢測數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的組成圖5-1點對點IM-DD數(shù)字光纖通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2.PCM端機?特率的數(shù)字信號。?圖5-2所示。?把原信號的瞬時值變成一系列等距離的不連續(xù)脈沖。?的方法把它分配到有限個不同的幅度電平上。?碼過程也稱為模/數(shù)變換,可記作A/D。2009-12-302009-12-30圖5-2PCM的編碼過程3.兩種數(shù)字體系?制:準同步數(shù)字通信系統(tǒng)(PDH和同步數(shù)字通信系統(tǒng)(PDH。?的復(fù)接系列就稱為準同步數(shù)字復(fù)接系列,即PDH。?SDH。表5-1PDH各次群的標準比特率表5-2SDH速率等級5.監(jiān)視控制系統(tǒng)?監(jiān)控信號仍采用光纖傳輸。有如下兩種方式:?①頻分復(fù)用傳輸方式。?②時分復(fù)用方式?個主信號進行脈沖淺調(diào)幅,即使監(jiān)控信號“載”在主信號脈沖的頂上,用來傳輸監(jiān)控信號,此外還可傳輸公務(wù)區(qū)間通信等信號。1.分組碼8B9B和17B18B等。最簡單的mBnB碼是1B2B碼,它是把原信息碼的“0”“01”,把“1”變換為“10”。因此最大的連“0”和連“1”兩個,例如1001和0110。但是碼速率提高了1倍。mBnB碼的缺點是傳輸輔助信號比較困難。2.插入碼mB1H碼和mB1P碼等。(1mB1C碼所以稱為mB1C碼。例如:mB碼100110001101…mBlC碼1001110100101010…(2mB1H碼mB碼100000001110…mBlP碼1000000100101101…(3mB1P碼①P碼為奇校驗碼時,其插入規(guī)律是使m+1個碼內(nèi)“1”為奇數(shù),例如:②P碼為偶校驗碼時,其插入規(guī)律是使m+1個碼內(nèi)“1數(shù)為偶數(shù),例如:mB碼100000001110mBlP碼10010000001111003.1B2B碼(1CMI碼CMI碼又稱傳號反轉(zhuǎn)碼,它是一種1B2B的“0”碼用“01”碼代替,原碼的“1”碼用“00”或“11”(2雙相碼雙相碼又稱分相碼。也是一種1B2B碼用“01”碼代替,原碼的“1”碼用“10”代替。(3DMI碼DMI碼又稱不同模式反轉(zhuǎn)碼,它是一種1B2B原碼的“1”碼用“00”或“11”交替代替。原碼的“0””時用“01”代替,前二個碼為“10”,“00”時用“4.擾碼SDH光纖通信系統(tǒng)中廣泛使用的是加擾的NRZ定規(guī)則對信號碼流進行擾碼,經(jīng)過擾碼后使線路碼流中的“0出現(xiàn)的概率相同,因此碼流中不會出現(xiàn)長連“0”或長連“1”從而有利于接收端提取時鐘信號。信號序列擾亂方法有:zz圖5-6所示為一個五級擾碼器和解擾器的構(gòu)成。圖5-6擾亂器與解擾器的構(gòu)成5.3光纖通信的性能指標?抖動性能。1.誤碼性能?它反映數(shù)字信息在傳輸過程中收到損傷的程度。?可用下式表示:(5-8BEBBBERE=◆在系統(tǒng)中有效瞬間可以是一個明顯的可辨的數(shù)字信號上任何一個固定點。在數(shù)字傳輸中,隨著傳輸速率的提高,脈沖的寬度和間隔越窄,抖動的影響就越顯著。因為抖動使接收端脈沖移位,從而可能把“1”判為“0”,或把“0”判為“1”,造成誤碼。◆抖動可以分為相位抖動和定時抖動。所謂相位抖動,是指傳輸過程中在數(shù)字傳輸系統(tǒng)中,抖動的來源有以下幾個方面:線路系統(tǒng)的抖動、隨機性抖動源、系統(tǒng)抖動源、復(fù)用器的抖動、PDH復(fù)用器的抖動和SDH復(fù)用器的抖動?！舳秳拥拇笮』蚍韧ǔ？捎脮r間、相位度數(shù)或數(shù)字周期來表示。根據(jù)ITU建議,普遍采用數(shù)字周期來度量,即用“單位間隔”或稱時隙(UI來表示。當(dāng)脈沖信號為二電平NRZ時,1UI相當(dāng)于1比特信息所占用的時間,它在數(shù)值上等于傳輸比特率的倒數(shù)。即◆不同的碼速率,1UI的時間是不同的,見表5-7,很顯然不同的碼速率,1UI的時間相差非常大,一般用抖動占UI的相對值來表示。bfUI/1=表5-7不同碼速率對應(yīng)的1UI的時間(2抖動特性的指標動容限和輸出抖動容限。碼速(Mb/s2.0488.44834.368139.264單位抖(ns48811829.17.18?框圖與圖5-8相似,只是去掉了正弦信號發(fā)生器。?增益。測出不同頻率下的抖動增益即得抖動轉(zhuǎn)移特性。CCITT建議最大增益應(yīng)小于1dB。5.4光纖通信系統(tǒng)設(shè)計壞值選取,而不管其具體分布如何。按照ITU?T建議G.957的規(guī)定,允許的光通道損耗PSR為PSR=PT?PR?PP(5-9PT為光發(fā)送功率;PR為光接收靈敏度;PPPPS-R點的允許損耗為(5-10式中Af表示再生段平均光纜衰減系數(shù)(dB/km,AS是再生段平均接頭損耗(dB,Lf是單盤光纜的盤長(km,Mc是光纜富余度(dB/km,AC是光纖配線盤上的附加活動連接器損耗(dB5-1CcfSfSR2ALMLLALAP++?+?=5.4.1損耗受限系統(tǒng)的再生段距離的設(shè)計(所以(其中((5LMLAAAMPAAMPLMLLALAPP?+++?++=++++?????????+?=?(221cfSfSePCCePcfSfRTcfSfSePCRTl2MLAAAMPAPPL+++????=nAni/1fif∑==α1/(1siS?=∑?nAnα式中PT為發(fā)送光功率(dBm,PR為光接收靈敏度(dBm,AC(dB,PP為光通道功率代價(dB,由反射功率代價Pr散功率代價Pd組成,Me為系統(tǒng)設(shè)備富裕度(dB,Mc度(dB/km,n是再生段內(nèi)所用光纜的盤數(shù),αfi的衰減系數(shù)(dB/km,Af表示再生段平均光纜衰減系數(shù)(dB/km,αsi是單個光纖接頭的損耗(dB,AS均接頭損耗(dB。采用最壞值法設(shè)計時,再生段距離Ll的計算公式(5?可以簡化為下式(cfsmfmsmemPmCmRmTml2MLAAAMPAPPL++???=+-5.4.2色散受限系統(tǒng)的再生段距離的設(shè)計啁啾等。(1光纖色度色散(2模分配噪聲聲稱為模分配噪聲。5.4.2色散受限系統(tǒng)的再生段距離的設(shè)計(3頻率啁啾是所謂的啁啾聲現(xiàn)象。求,單獨討論色散效應(yīng)隨著傳輸距離的積累最終允許嚴重到什么程度。如圖5-10所示,設(shè)發(fā)送機輸出的是一個規(guī)整的“101”展寬,直至兩個“1”碼出現(xiàn)碼間重疊。圖5-10“101”碼組在傳輸過程中的畸變展寬重疊5.4.2色散受限系統(tǒng)的再生段距離的設(shè)計Ld=DSR/Dm(5-16其中DSR為S點和R標準表格中查到,Dm數(shù),單位為ps/(nm·km(1多縱模激光器(MLM-LD和發(fā)光二極管(LED(5-17式中fb是線路信號比特率,單位為Mbit/s;Dm數(shù),單位為ps/(nm·kmLD時,ε取0.115,若為發(fā)光二極管,ε取δλε???=mb6d10DfL5.2色散受限系統(tǒng)設(shè)計(2單縱模激光器(SLM-LD(式中α為啁啾系數(shù),當(dāng)采用普通DFB時,α取值范圍為4~6值范圍為2~4;λ為波長(單位為nm;fb(單位為Tbit/s。以2.4Gbit/s系統(tǒng)為例,假設(shè)工作波長λ為1550nm,17ps/(nm·km,則采用普通量子阱激光器(設(shè)α=3α=0.5后,傳輸距離可以分別達101km和2b2mC71400fDL???=λα5.2色散受限系統(tǒng)設(shè)計（3）采用外調(diào)制器LC=cDm?λ?fb22（5-19）式中c為光速。以2.4Gbit/s為例，λ=1550nm，Dm=17ps/（nm·km），則采用MZ外調(diào)制器的系統(tǒng)色度色散受限距離可以延長到1275km左右。實際系統(tǒng)設(shè)計分析時，首先根據(jù)式（5-12）或（5-15）算出損耗受限的距離，再根據(jù)式（5-16）至式（5-19）算出色散受限的距離，最后選擇其中較短的一個即為最大再生段距離。2009-12-30365.3應(yīng)用舉例以STM?16長途通信系統(tǒng)光傳輸設(shè)計為例。計劃建設(shè)一條2.4Gbit/s單模光纖干線系統(tǒng)，系統(tǒng)采用單縱模激光器，沿途具備設(shè)站條件的候選站點間的距離為（37～58）km，系統(tǒng)設(shè)計要求設(shè)備富余度Me為4dB，光纜富余度Mc為0.05dB/km。根據(jù)上述58km的最長站間距離可以初選L?16.2系統(tǒng)（其目標距離80km），并假設(shè)工作波長為極端的1580nm，單盤光纜的衰減系數(shù)αfi=0.22dB/km，單個光纖接頭的損耗αsi=0.1（dB），單盤光纜的盤長Lf=2km，活動連接器損耗AC=0.35dB，光纖色散系數(shù)Dm=20ps/（nm·km）。依據(jù)L?16.2規(guī)定，PT=（?2～3）dBm，PR=?28dBm，PP=2dB，設(shè)激光器啁啾系數(shù)的α=3，則依據(jù)式（5-12）和式（5-18）可以分別計算出：2009-12-3037PT?PR?2AC?PP－ME＋ASLl=A