数字光纤通信系统36页PPT

在其传输的路途中, 当距离较远时, 采用光中继设备, 把信 号经过中继再生处理后传输。
实用系统是双方向的, 其结构图如图 5.2 所示。
图中, 数字端机主要是把用户各种数字信号, 包括数字程控 交换机和数字接口, 通过复用设备组成一定的数字传输结构(帧 结构), 不同速率等级的数字信号流送至光端机, 光端机把数字 端机送来的数字信号进行处理, 变成光脉冲送入光纤进行传输, 接收端进行相反的变换。
1. 线径细, 由于光纤的直径小, 只有0.1 mm左右, 所以制成光缆后与 电缆比要细得多, 因而重量轻, 有利于长途和市话干线布放, 而 且便于制造多芯光缆。
数字光纤通信系统
2.
由于技术的发展, 现在制造出的光纤介质纯度很高, 因而损 耗极低。现已制出的在光波导 1.55 mm窗口的衰耗低于 0.18 dB/km。 由于损耗极低, 所以传输的距离可以很长, 这就大大减 少了数字传输系统中中继站的数目, 既可降低成本, 也可提高通 信质量。
数字光纤通信系统
数字 信号
光端机
P CM
发送
模拟 电
信号 端 机
接收
光信号
光中继机 接收 发送 发送 接收光Βιβλιοθήκη 号光端机数字 信号
接收
P CM
电 模拟
发送
端 信号 机
监控台
图 5.2 数字光纤通信传输系统结构方框图
数字光纤通信系统
光端机主要由光发送、光接收、信号处理及辅助电路组 成。在光发送部分完成电/光变换, 在光接收部分主要完成光/ 电变换。信号处理, 主要指把数字端机送来的数字脉冲信号再 处理, 以及各种码型变换, 使之适应光传输及其他目的。辅助 电路主要包括告警、公务、监控及区间通信等等。

老的誓言，没有不变的承 诺，踏 上旅途 ，义无 反顾。 40、对时间的价值没有没有深切认识 的人， 决不会 坚韧勤 勉。
31、只有永远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克
光通信技术数字光纤通信系统
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功的第 三要素 。

第五章 数字光纤通讯系统
❖ 两种传输体制 ❖ 系统的性能目的 ❖ 系统的设计
两种传输体制
❖ 光纤传输复用技术：同步时分复用TDM ❖ TDM扩展为不同的群路等级： ❖ ITU：将多路编码数字按两种规范组成群路。 ❖ 北美、日：24路信道复用为一个基群，信息速率1.544Mb/s; ❖ 中、欧：30路信道复用为一个基群，信息速率2.048Mb/s; ❖ 更高级复用： ❖ 4个基群经过TDM复用为二次群；信息速率稍大于4倍； ❖ 多个二次群复用为三次群 ❖ ……
❖ 有利于建立世界一致的通讯网络；
❖ 简化硬件，降低了网络本钱；
❖ 帧构造中有丰富的开销比特：
SDH传输网(6)——与PDH相比的特 点
❖ 采用数字同步复用技术：
❖ 以字节(8bit)为最小复用单位，不用进展码速率调整， 简化复接/分接设备；
❖ 低速率信号与高速率信号间的复接/分接，不用逐级进 展;
2 Mb/s(电信号)
SDH帧构造(1)
❖ 帧构造是实现数字同步时分复用，保证网络可靠有效运转的关 键；——三部分：段开销，信息载荷，管理单元指针；
❖ 块状构造，以字节为根底；
❖ STM-N帧：9行×270×N列，每列为1个字节，(1byte=8bit)；
❖ 帧周期：T=125μs, 8000帧/s
SDH传输网(1)
❖ 适用网络类型：点对点传输、多点网络传输； ❖ SDH网络的构成： ❖ 终端设备，即终端复用器TM； ❖ 分插复用设备ADM； ❖ 数字交叉衔接设备DXC； ❖ 物理链路——光纤； ❖ 以下图为典型的SDH拓扑构造图。
SDH传输网(2) TM
低速 信号
STM- N
STM- N
协会(ANSI)经过了两个最早的SONET规范。 ❖ 1988年，CCITT命名数字同步系列(SDH)，并建立了一致规范。 ❖ 国际电报咨询委员会(CCITT)(如今的ITU〕接受了SONET的概念

能传输监控、公务和区间信号; 能实现比特序列独立性，即不论传输的信息
信号如何特殊，其传输系统都不依赖于信息 信号而进行正确的传输。
1. 扰码
为了保证传输的透明性，在系统光发射机 的调制器前，需要附加一个扰码器，将原始的 二进制码序列进行变换，使其接近随机序列。 它是根据一定的规则将信号码流进行扰码，经 过扰码后使线路码流中的“0”、“1”出现概 率相等，从而改善了码流的一些特性。但是它 仍然具有下列缺点：
2. 可以用再生中继，传输距离长。数字通信系 统可以用不同方式再生传输信号，消除传输 过程中的噪声积累，恢复原信号，延长传输 距离。
3. 适用各种业务的传输，灵活性大。在数字通 信系统中，话音、图像等各种信息都变换为 二进制数字信号，可以把传输技术和交换技 术结合起来，有利于实现综合业务。
4. 容易实现高强度的保密通信。只需要将明文 与密钥序列逐位模2相加， 就可以实现保密 通信。只要精心设计加密方案和密钥序列并 经常更换密钥， 便可达到很高的保密强度。
光纤部分可根据所传信号的质量要求、传 输距离、适用场合等指标选单模光纤、多模光 纤或其他特ห้องสมุดไป่ตู้光纤。
光接收部分则采用和光发射部分相反的操 作，将光信号转换为电信号，然后再进行解复 用，然后将基带信号送给相关用户。
7.1.2 光纤通信系统的分类
光纤通信系统根据不同的分类方法可以划分 为不同类型。 1. 按系统所用光纤类型可将光纤通信系统分为单模 光纤通信系统和多模光纤通信系统； 2. 按光纤通信系统应用的场合分为公用型光纤通信 系统和专用光纤通信系统，如专网中的电力光纤 通信系统，铁道光纤通信系统，军用光纤通信系 统等；
不能完全控制长连“1”和长连“0”序列的 出现；
没有引入冗余，不能进行在线误码检测； 信号频谱中接近于直流的分量较大。

FOH FOH FOH FOH
123 … N 1 … N 1 … N 1 … 时隙
一帧
图7.11 数字信号的时分复用
PDH（Plesiochronous Digital Hierarchy）是指准同 步数字体系。根据国际电报电话咨询委员会CCITT （现改为国际电联标准化组织ITU-T）G.702建议， PDH的基群速率有两种， 即PCM30/32路系统和PCM24 路系统。 我国和欧洲各国采用PCM30/32路系统， 其 中每一帧的帧长是125μs，共有32个时隙（TS0～ TS31），其中30个为话路（TS1～TS15和TS17～ TS31），时隙TS0被用作帧同步信号的传输，而时隙 TS16用作信令及复帧同步信号的传输。
每个时隙包含8 bit， 所以每帧有8×32=256 bit， 码速 率为256 bit×（1/125 μs）=2.048 Mb/s。 日本和北美使 用的PCM24路系统， 基群速率为1.544 Mb/s。 几个基 群信号（一次群）又可以复用到二次群， 几个二次群 又可复用到三次群……。 表7.1是PDH各次群的标准比 特率。
模拟信号
输出信号
6
6
抽 样4
4
滤波
2
2
0
0
量化 3
67
5 12
6 3
7
5
1
2
解码
编码
011 110 111 101 001 010 (3) (6) (7) (5) (1) (2)
011 110 111 101 001 010 (3) (6) (7) (5) (1) (2)
图7.10 PCM编码和解码过程
PCM编码包括抽样、 量化、 编码三个步骤， 如 图7.10左半部分所示。 把连续的模拟信号以一定的抽 样频率f或时间间隔T抽出瞬时的幅度值， 再把这些幅 度值分成有限的等级， 四舍五入进行量化。 如图中把 幅度值分为8种， 所以每个范围内的幅度值对应一个量 化值， 这8个值可以用3位二进制数表示， 比如0对应 000， 1对应001， 2对应010， 3对应011， 4对应100， 5对应101， 6对应110， 7对应111。

现代通信系统 第4章 光纤通信系统
贝尔电话系统
5 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
贝尔光电话和烽火报警一样，都是利 用大气作为光通道，这种光波传播易受气 候的影响，在大雾天气，它的可见度距离 很短，遇到下雨下雪天也有影响。
1966年英籍华人高琨博士提出光导纤 维的概念在全世界范围内掀起了发展光纤 通信的高潮。
7.容易均衡 在电通信中，信号的各频率成分的幅
度变化是不相等的，频率越低，幅度的变 化越小；频率越高，其幅度变化则越大。 这对信号的接收极为不利，为使各频率成 分都受到相同幅度的放大处理，就必须采 用幅度均衡。对光纤通信系统则不同，在 光纤通信的运用频带内，光纤对每一频率 的损耗是相等的，一般情况下，不需要在 中继站和接收端采取幅度均衡措施。
25 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
8.抗化学腐蚀、使用寿命长 石英材料具有一定的抗化学腐蚀能力。
比由铜或铝组成的电缆抗腐蚀和氧化能力 强，绝缘性能好，适用于强电系统，使用 寿命长，一般认为光缆的寿命为20～30年。
26 .
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9.光纤接头不放电、不产生电火花 进水和受潮对金属导线意味着接地
37 .
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(3)三角形光纤 纤芯折射
率分布曲线为 三角形。
38 .
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光纤折射率分布曲线 39 .
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❖按传导模的数目分类： 传导模指能够在光纤中远距离传输的传
播模式。 (1)多模光纤
当纤芯的几何尺寸（直径一般为50μm） 远大于光波波长(如1.55μm)时，光纤剖面折 射率分布为渐变型，外径125μm。光纤传输 的过程中会存在着几十种乃至几百种传输模 式，称为多模光纤。

扰码是将输入的任意短周期序列信号按某种规律变换成长周 期随机序列，这样的输出信号不仅“0”、“1”个数保持平衡，长 连“0”连“1”数被限制，而且与输入信号序列无关，增加了信码 中的定时分量，减少了直流分量的波动，既便于定时提取，抑制 定时抖动，也提高了信码再生的质量。需要指出的是，仅仅将信 号序列顺序打乱后重新排列的扰码，其性能改善而速率不变，但 也因未引入冗余度而无法进行不中断业务的误码监测，传送辅助 信号也困难。
相比于NRZ码，RZ码提高了实际的传输速率，需增加（外） 调制器，其频谱较NRZ码宽，降低了WDM系统的色散容限；但 RZ码易于均衡和定时提取，误码性能好，因而灵敏度较高，而且 RZ码光脉冲的窄时域特性和弱相关性，降低了光纤PMD色散和 SPM等非线性效应的影响。因此，RZ码通常用作大容量和超长距 离光纤传输系统的调制码型，诸如超高速40Gb/s的WDM系统和 超长距离10Gb/s的WDM系统等。
图3－2 光线路终端设备原理方框图
3.1.2 数字传输体制 数字传输体制是指数字系统采用的数字信号等级标准，
包括信号的传输速率、复接规范和方法等。从发展过程来说， 数字传输体制主要包括准同步数字系列PDH （PlesiochronousDigitalhierarchy）和同步数字系列SDH （SynchronousDigitalhierarchy）两种。PDH和SDH体制的区 别主要表现在接口规范（速率等级和帧结构）、映射复用结 构和复用方式等方面，从而导致具体应用的差异。
1.准同步数字系列（PDH） ITU－TG.702建议明确规定了两种不同地区标准PDH数字系 列等级的比特率，即分别基于PCM24路制式的1544kb/s基础速率 和PCM30/32制式的2048kb/s基础速率两大系列，如表3－1所示。 其电接口码型（即电缆线路码型）主要有HDB3码和CMI码等。 由于PDH体制采用的是基于码速调整的异步（准同步）复用 方式和固定的复用结构，使得上下话路等组网应用需要繁杂的复 接/分接过程才能完成；此外，由于不同地区标准的接口规范不同， 不可避免地造成了互联互通的困难。因此，PDH系列仅适用于点 对点数字传输系统，在SDH体制产生之后已经逐渐退出了实际应 用。

PDH传输体制的缺陷
PDH传输体制的缺陷体现在以下几个方面：
(2) 复用方式 PDH的高次群是异步复接，每次复接就进行一次码速 调整，用来匹配和容纳时钟的差异 导致当低速信号复用到高速信号时，在高速信号的帧结 构中的位置没有规律性和固定性 无法直接从高次群中提取低速支路信号
PDH传输体制的缺陷
PDH传输体制的缺陷体现在以下几个方面：
7.1 PDH准同步数字体系
随着光通信技术的发展，按国家组网的有关规定， 近年来，PDH系列设备只在公网中用作市话网的 中继传输系统 但是，在许多专用信息传输系统中它仍然得到广泛 应用 在我国公用电话网及数据网中，PDH系列的数字 结构主要用于数字网络接口标准，特别是2Mb/s 速率的接口，在数据、卫星、移动通信系统中普遍 采用
和PDH相比，SDH有如下优势：
(2) 复用方式 由于低速SDH信号是以字节间插方式复用进高速SDH 信号的帧结构中，这样就使低速SDH信号在高速SDH 信号帧中的位置是固定的、有规律性的，也就是说是可 预见的 采用同步复用方式和灵活的映射结构，将PDH低速支 路信号复用进SDH信号的帧中（STM-N），这样使低 速支路信号在STM-N帧中的位置也是可预见的
PDH传输体制的缺陷
PDH传输体制的缺陷体现在以下几个方面：
(4) 没有统一的网管接口 由于没有统一的标准，各厂家提供的管理系统不兼容， 不利于形成统一的电信管理网
7.1 PDH准同步数字体系
PDH体系建立在点对点传输的基础上，网络结构 较为简单，无法提供最佳的路由选择，使得设备利 用率较低
凡此种种缺陷导致了一种新的数字体系－同步光网
SDH的优点中，最核心的是同步复用、标准的光 接口和强大的网络管理功能
但是，凡事有利就有弊，SDH的这些优点是以牺 牲其它方面为代价的