第5章数字光纤通信系统 5.1 两种传输体制 5.2 系统的性能指解析
现代通信系统课件：数字光纤通信系统
高密度，多芯和低、中损耗
2~20
重量轻，线径细，可挠性好
数字光纤通信系统
下面介绍几种有代表性的光缆结构形式。
(1）层绞式光缆。它是将若干根光纤芯线以强度元件为中心绞合在一起的一种结构， 如 图5. 9(a）所示。特点是成本低，芯线数不超过10根。 (2）单位式光缆。它是将几根至十几根光纤芯线集合成一个单位，再由数个单位以强 度 元件为中心绞合成缆，如图5.9(b）所示，其芯线数一般适用于几十芯。 (3）骨架式光缆。这种结构是将单根或多根光纤放入骨架的螺旋槽内，骨架中心是强 度 元件，骨架上的沟槽可以是V型、U型或凹型，如图5. 9(c）所示。由于光纤在骨架沟槽 内具有较大空间，因此当光纤受到张力时，可在槽内做一定的位移，从而减少了光纤芯 线 的应力应变和微变，这种光纤具有耐侧压、抗弯曲、抗拉的特点。 (4）带状式光缆。它是将4～12根光纤芯线排列成行，构成带状光纤单元，再将多个 带 状单元按一定方式排列成缆，如图5. 9(d）所示。这种光缆的结构紧凑，采用此种结构可 做成上千芯的高密度用户光缆。
若使光束从光密媒质射向光疏媒质时，则折射角大于入射角，如图5. 4所示。
图5. 3 光的折射示意图
图5. 4 临界角和光线的全反射
数字光纤通信系统
如果不断增大θ 0可使折射角达到90°，这时的θ 1称为临界角。如果继续增大 队，则折射角会大于临界角，使光线全部返回光密媒质中，这种现象称为光的全反 射。
因光纤是石英玻璃材料，所以不怕高温，有防火的性能。因而可用于易燃易爆的环境中。 6.光纤通信保密性好
由于光纤在传输光信号时向外世漏小，不会产生串话等干扰，因而光纤通信保密性好。
5. 1.数2字数光纤字通光信系纤统通信系统的组成
数字光纤通信系统课件
光接收机
将光信号转换为电信号，实现 信息的接收。
数字信号处理单元
对电信号进行调制和解调处理 ，以及实现信号的编解码等功
能。
02
数字光纤通信系统关键 技术
调制技术
调相技术
调频技术
通过改变光载波的相位信息承载信号，常 见有二进制相位移位键控（BPSK）和四进 制相位移位键控（QPSK）。
利用光载波的频率变化携带信息，常见有 最小频移键控（MSK）和偏移四相相位移 位键控（OQPSK）。
05
数字光纤通信系统发展 趋势与挑战
超高速率与超长距离传
总结词
随着数据需求的爆炸式增长，超高速率和超长距离传输成为数字光纤通信系统的 重要发展方向。
详细描述
目前，商用数字光纤通信系统的传输速率已经达到Tbps级别，同时，超长距离传 输技术也在不断发展，以满足大规模数据中心和跨国网络之间的连接需求。
传输距离
总结词
传输距离是数字光纤通信系统覆盖范围的直接体现，它决定了系统的服务范围和应用场景。
详细描述
传输距离是指数字光纤通信系统在保证一定通信质量的前提下，光信号能够传输的最大距离。传输距离受到光纤 损耗、光信号衰减、中继器性能等多种因素的影响。长传输距离的系统可以提供更广泛的网络覆盖，满足不同地 区和领域的通信需求。
误码率与Q因子
要点一
总结词
误码率与Q因子是衡量数字光纤通信系统传输质量的指标 ，它们反映了系统传输二进制位错误的概率。
要点二
详细描述
误码率是指数字光纤通信系统在传输过程中，接收端接收 到的二进制位中出现错误的概率，是评估系统传输质量的 重要参数。Q因子是另一种衡量系统传输质量的参数，它 综合考虑了系统的误码率和信号质量，能够更全面地反映 系统的性能。低误码率和高的Q因子意味着系统传输质量 更高，信息传递更准确。
数字光纤通信系统简介
数字光纤通信系统简介浅谈数字光纤通信系统摘要当今世界，计算机与通信技术高度结合，光纤通信有了长足发展。
纵观当今电信的主要技术，光纤和光波的变革极大的提高着信息的传输容量。
因而传统的模拟信号的传输的信息容量已经远远不能满足当前生产生活的实际技术需求，从上世纪开始数字信号传输已经逐步取代模拟信号，成为当前电视、电话、网络中信息传输的主要方式。
本文就光纤通信网络中的数字光纤通信部分进行了简要的介绍以及分析，涉及数字光纤通信系统基本概念特点的解析，系统的组成结构，主要传输体制以及线路的编码方式。
关键字数字光纤通信系统准同步数字系列（PDH）同步数字系列（SDH）线路编码内容一．数字光纤通信系统概况光纤是数字通信的理想的传输信道。
与模拟通信相比，数字通信有许多优点，最主要的是数字系统可以恢复因传输损失导致的信号畸变，因而传输质量高。
大容量长距离的光纤通信系统几乎都是采用数字传输方式。
在光纤通信系统中，光纤中传输的是二进制光脉冲“0”码和“1”码，它由二进制数字信号对光源进行通断调制而产生。
而数字信号是对连续变化的模拟信号进行抽样、量化和编码产生的，称为PCM（pulse code modulation），即脉冲编码调制。
这种电的数字信号称为数字基带信号，由PCM电端机产生。
二．数字光纤通信系统组成数字光纤通信系统如图1所示，与模拟系统主要区别在于数字系统中有模数转换设备和数字复接设备，即为PCM端机。
1.模数转换设备。
它将来自用户的模拟信号转换为对应的数字信号。
数字复接设备则将多路低速数字信号按待定的方式复接成一路高速数字信号，以便在单根光纤中传输。
2.输入接口将来自PCM端机的数字基带信号适配成适合在光纤信道中传输的形态。
3. 光发送机将数字电信号转换为数字光信号，并将其反馈入光纤传输。
发送端一般采用强度调制方式实现数字电信号到数字光信号的转换，即通过直接调制或者间接调制，使得“1”码出现时发出光脉冲，而“0”码出现时不发光。
数字光纤通信系统简介
浅谈数字光纤通信系统摘要当今世界，计算机与通信技术高度结合，光纤通信有了长足发展。
纵观当今电信的主要技术，光纤和光波的变革极大的提高着信息的传输容量。
因而传统的模拟信号的传输的信息容量已经远远不能满足当前生产生活的实际技术需求，从上世纪开始数字信号传输已经逐步取代模拟信号，成为当前电视、电话、网络中信息传输的主要方式。
本文就光纤通信网络中的数字光纤通信部分进行了简要的介绍以及分析，涉及数字光纤通信系统基本概念特点的解析，系统的组成结构，主要传输体制以及线路的编码方式。
关键字数字光纤通信系统准同步数字系列（PDH）同步数字系列（SDH）线路编码内容一．数字光纤通信系统概况光纤是数字通信的理想的传输信道。
与模拟通信相比，数字通信有许多优点，最主要的是数字系统可以恢复因传输损失导致的信号畸变，因而传输质量高。
大容量长距离的光纤通信系统几乎都是采用数字传输方式。
在光纤通信系统中，光纤中传输的是二进制光脉冲“0”码和“1”码，它由二进制数字信号对光源进行通断调制而产生。
而数字信号是对连续变化的模拟信号进行抽样、量化和编码产生的，称为PCM（pulse code modulation），即脉冲编码调制。
这种电的数字信号称为数字基带信号，由PCM电端机产生。
二．数字光纤通信系统组成数字光纤通信系统如图1所示，与模拟系统主要区别在于数字系统中有模数转换设备和数字复接设备，即为PCM端机。
1.模数转换设备。
它将来自用户的模拟信号转换为对应的数字信号。
数字复接设备则将多路低速数字信号按待定的方式复接成一路高速数字信号，以便在单根光纤中传输。
2.输入接口将来自PCM端机的数字基带信号适配成适合在光纤信道中传输的形态。
3. 光发送机将数字电信号转换为数字光信号，并将其反馈入光纤传输。
发送端一般采用强度调制方式实现数字电信号到数字光信号的转换，即通过直接调制或者间接调制，使得“1”码出现时发出光脉冲，而“0”码出现时不发光。
光纤知识点总结(5-9章)
光纤知识点（5-9章）第五章知识点1.数字传输体制有两种：是不同的传输体制协议。
SDH（同步数字传输体制）PDH（准同步数字传输体制）2. SDH对模型的下列几个方面做了规定：（1）网络节点接口（2）同步数字体系的速率（3）帧结构。
（1）网络节点接口传输设备：光缆传输系统设备；微波传输系统设备；卫星传输系统设备。
网络节点：只有复用功能（简单）；复用、交叉连接多种功能（复杂）。
（2）速率：同步传输模块：STM-N，N＝1、4、16 等。
STM-1 155.520Mbit/s 155Mbit/sSTM-4622.080Mbit/s 622Mbit/sSTM-16 2488.320Mbit/s 2.5Gbit/sSTM-64 9953.280Mbit/s 10Gbit/sSTM-256 39813.12Mbit/s 40Gbit/s（3）帧结构：SDH 帧为块状帧结构，共有9 行，270 列，以字节为单位。
一个STMN 帧有9 行，每行由270×N 个字节组成。
这样每帧共有9×270×N 个字节，每字节为8 bit。
帧周期为125μs，即每秒传输8000 帧。
对于STM1 而言，传输速率为9×270×8×8000=155.520 Mb/s 。
字节发送顺序为：由上往下逐行发送，每行先左后右。
（结构图见书127页，重点）3.STM-N 帧包括三个部分：SOH、AU-PTR、PAYLOAD（结构图见书127页，重点）（1）段开销SOH：RSOH，再生段开销：1～3 行。
MSOH，复用段开销：5～9 行。
区别：监管范围不同。
如：若光纤上传输2.5G 信号，RSOH 监控STM-16 整体的传输性能。
MSOH 监控每一个STM-1 的传输性能。
（2）管理指针AU-PTR：指示净负荷PAYLOAD 中信息的起始字节位置，便于接收端从正确的位置分解出有效传输信息。
光纤通信原理5 系统性能指标
误码参数的定义以块为基础，这有利于 进行在线的误码检测。
块是通道上连续比特的集合。每一比特 属于、且仅属于唯一的一块。
名词解释：
■块Block：由一串连续的比特组成，是 一组与通道有关的连续比特的集合。
■块差错：当与块有关的任意比特发生错 误时，称为块差错。 ■误块：在1块中有一个或多个比特差错， 称为误块。 ■误块秒（ES）：在1秒时间周期内有一 个或多个误块，称为误块秒。
10Hz以下的长期相位变化称 为漂动
产生抖动的原因：
1. 随机噪声 2. 时钟提取电路的性能 3. 多中继器产生的抖动积累 4. 码间干扰等 5. 指针调整
抖动对网络的性能损伤 ：
对数字编码的模拟信号，在解码后数字流的随机 相位抖动使恢复后的样值具有不规则的相位，从 而造成输出模拟信号的失真，形成所谓抖动噪声。
■严重误块秒比（SESR）：在一个确定的测试期 间内，在可用时间内的SES与总秒数之比。
■背景误块比（BBER）：在一个确定的测试期间 内，在可用时间内的BBE与总块数扣除SES中的 所有块后剩余块数之比。
■严重误块周期强度（SEPI）：在一个确定的测 试期间内，在可用时间内，SEP事件数与总秒数 之比。
2.抖动性能
■定义：数字脉冲信号的特定时刻(如最佳判 决时刻)相对于其理想时间位置的短时间偏 离。
■抖动包括两个方面：
a.输入信号脉冲在某一平均位置上左右 变化
b.提取的时钟信号在中心位置上的左右 变化
抖动示意图
理想信号
实际信号
A1
A2
抖动函数
A(t)
A3
A4
抖动 峰－峰值
t
变化频率10Hz以上的相位变 化则称为抖动
在信号再生时，定时的不规则性使有效判决点偏 离接收眼图的中心，从而降低了信噪比裕度，直 至发生误码。
数字光纤通信系统(PDH)
四 接口标准
• 2048kbit/s电接口
一般特性 • 比特率：2048kbit/s • 比特率容差：±50ppm，即±50×10-6 • 代码：HDB3码 • 过压保护要求：
在10个具有最大幅度为U（5个负脉冲和5个正
• 常用传输码型：
• 单极性码 • 传号交替反转码（AMI码） • 三阶高密度双极性码（HDB3码）
• 传输码型变换的误码增值
• 误码增殖可用误码增数
六 网络性能标准——误码性能
• 对于二元数字传输系统，收端将0误判为1，或
0误判为1的概率，称为比特错误率，也称误码率 。
1.2准同步数字系列PDH
准同步数字系列有两种基础速率：一种是以 1.544 Mb/s为第一级(一次群，或称基群)基础速 率，采用的国家有北美各国和日本；另一种是以 2.048 Mb/s为第一级(一次群)基础速率， 采用的 国家有西欧各国和中国。表5.1是世界各国商用数 字光纤通信系统的PDH传输体制，表中示出两种基 础速率各次群的速率、话路数及其关系。对于以 2.048 Mb/s为基础速率的制式，各次群的话路数 按4倍递增，速率的关系略大于4倍，这是因为复 接时插入了一些相关的比特。 对于以1.544 Mb/s 为基础速率的制式，在3次群以上，日本和北美各 国又不相同， 看起来很杂乱
PDH系统构成
数字复接 将几个低次群在时间的空隙上迭加 合成高次群是扩大数字通信容量的 方法之一
彩色电视
彩色电视 编码器
0MHz~6MHz
1
载波300路
主群编码器
812kHz～2044kHz
光纤数字通信系统
两种传输机制
光纤大容量准同步数字系列PDH早在1976年就实现了标准化， 目前多适用于中、低速率点对点的微波通信中。随着光纤通信技术和络的发展，PDH遇到了许多困难。美国提出 了同步光纤(SONET)。1988年，ITU-T(原CCITT)提出了被称为同步数字系列(SDH)的规范建议。SDH解决了PDH存 在的问题，是一种比较完善的传输体制，现已得到大量应用。这种传输体制不仅适用于光纤信道，也适用于微波 和卫星干线传输。
图1光纤数字通信系统原理图
例如N6000系列140M装置、光纤数字通信传输设备、GD34-13型34Mbit/s光终端机和一、二、三、四次群光 电通信系统设备，都广泛使用于通信系统中。
码率
光纤数字通信系统的码率（表示二进制信息传输速率的量，即每秒钟的比特数）实际上是电数字终端设备输 入、输出的接口码率，即CCITT建议系列的接口码率，如下表。我国和欧洲采用2 048kbit/S系列，北美、日本采 用1 544kbit/s系列。为了维护需要，在信息码中要加入若干比特作为传输监控公务信息，
的特点
数字通信系统的优点: (1)抗干扰能力强，传输质量好。 (2)可以用再生中继，传输距离长。 (3)适用各种业务的传输，灵活性大。 (4)容易实现高强度的保密通信。 (5)数字通信系统大量采用数字电路，易于集成，从而实现小型化、微量化，增强设备可靠性，降低成本。 数字通信系统的缺点： (1)占用频带比较宽，系统的频带利用率不高。 (2)对非线性失真不敏感 (3)在通信全程中，即使有多次中继、失真(包括线性失真和非线性失真)和噪音也不会累积 (4)对光源的线性要求和接收信噪比的要求都不高
谢谢观看
现有PDH的缺点主要有：
(1)北美、西欧和亚洲所采用的三种数字系列互不兼容。
光纤通信系统的性能分析
光纤通信系统的性能分析光纤通信系统作为现代通信领域的重要组成部分，拥有着众多优势，如高速率、大带宽、低损耗等。
然而，随着通信技术的不断发展，人们对光纤通信系统的要求也越来越高，而系统的性能表现也成为了人们关注的焦点之一。
本文将从光纤通信系统的构成、信号传输方式、光纤特性等方面对其性能进行分析。
一、光纤通信系统构成光纤通信系统通常由光源、调制器、光纤、检测器、解调器等部件组成。
其中，光源产生光信号，调制器对信号进行调制，光纤传输信号，检测器接收光信号，解调器对信号进行解调。
这些部件之间相互配合，共同完成信号的传输和接收。
二、光纤通信系统信号传输方式光纤通信系统的信号传输方式主要有两种：模式分复用和波分复用。
其中，模式分复用是将不同模式的光信号在同一根光纤上传输，而波分复用是将不同波长的光信号在同一根光纤上传输。
这两种传输方式都可以提高光纤的传输效率和带宽利用率。
三、光纤特性光纤通信系统的性能很大程度上取决于光纤的特性，其中三个重要的光纤特性是：损耗、色散、非线性。
1. 损耗损耗是指光信号在传输过程中衰减的现象，损耗的大小会影响光纤通信系统的传输距离和质量。
光纤的损耗通常由两个因素决定，一个是内部损耗，即材料本身的吸收和散射，另一个是外部损耗，即光纤与外界对接时的连接损耗、弯曲损耗等。
2. 色散色散是指在光信号传输过程中，不同频率的光信号在传输速率上有差异，导致信号扩散和失真。
光纤通信系统的色散分为两种类型：色散时间和色散波长。
其中，色散时间是指光信号在传输中因介质折射率随频率而变化而导致的时间色散。
而色散波长则是指在光纤中不同频率光信号对应的波长不同，而导致的波长色散。
3. 非线性非线性效应是指在光信号传输过程中，光的能量发生变化而不符合线性关系。
其中，最常见的非线性效应是自相互作用调制和受激拉曼散射。
自相互作用调制是光信号在传输中与自身光信号相互作用而产生的变化，而受激拉曼散射是光信号与光纤分子产生相互作用而产生的非线性效应。
光纤通信(第二版)期末复习知识点
第一章1.光纤通信的优缺点。
答：优点：一是通信容量大。
光载波的中心频率很高，约为，最大可用带宽一般取载波频率的10%。
二是中继距离长。
三是抗电磁干扰，光纤通信系统具有良好的电磁兼容性。
四是传输误码率极低。
缺点：一是有些光器件比较昂贵。
二是光纤的机械强度差。
三是不能传送电力。
四是光纤断裂后的维修比较困难，需要专用的工具。
2，什么是光纤通信。
3.光纤通信系统的应用。
答：一通信网，包括全球通信网、各国的公共电信网、各种专用通信网、特殊通信手段。
二计算机局域网和广域网。
三有线电视的干线和分配网。
四综合业务光纤接入网，分为有源接入网和无源接入网。
4.未来光网络的发展趋势及关键技术答：发展趋于智能化、全光化。
关键技术：长波长激光器、低损耗单模光纤、高效光放大器、WDM复用技术和全光网络技术。
第二章光纤和光缆1光纤结构和分类答：光纤是由中心的纤心和外围的包层同轴组成的圆柱形细丝。
类型：突变型多模光纤、渐变型多模光纤、单模光纤、双包层光纤、三角芯光纤、椭圆芯光纤2损耗和色散是光纤最重要的传输特性。
损耗限制系统的传输距离，色散限制系统的传输带宽。
色散包括模式色散、材料色散、波导色散，其中单模色散只包括后两者。
第三章通信用光器件1.光源有半导体激光器和发光二极管。
其中半导体激光器是向半导体PN结注入电流，实现粒子数反转分布，产生受激辐射，再利用光学谐振腔的正反馈，实现光放大而产生激光的振荡2.光与物质间的互相作用过程。
答：一受激吸收。
在正常状态下，电子处于低能级，在入射光的作用下，它会吸收光子的能量跃迁到高能级上，这种跃迁称为受激吸收。
二、自发辐射。
在高能级的电子是不稳定的，即使没有外界的作用，也会自动跃迁到低能级上与空穴复合，释放的能量转换为光子辐射出去，这种跃迁称为自发辐射。
三、受激辐射、在高能级的电子，受到入射光的作用，被迫跃迁到低能级上与空穴复合，释放的能量产生光辐射，称为受激辐射。
3.比较半导体激光器和发光二极管的异同。
数字光纤通信系统解析
(4) 采用数字同步复用技术，其最小的复用 单位为字节， 不必进行码速调整，简化 了复接分接的实现设备，由低速信号复 接成高速信号，或从高速信号分出低速 信号，不必逐级进行。
PDH和SDH分插信号流程的比较。在PDH中， 为了从140 Mb/s码 流中分出一个2 Mb/s的支路信号，必须经过140/34 Mb/s, 34/8 Mb/s 和8/2 Mb/s三次分接。 而若采用SDH分插复用器(ADM)，可以利用 软件一次直接分出和插入 2 Mb/s支路信号，十分简便。
ADM是一种特殊的复用器，它利用分接功能将输入信号所承载 的信息分成两部分：一部分直接转发，另一部分卸下给本地 用户。然后信息又通过复接功能将转发部分和本地上送的部 分合成输出。DXC类似于交换机，它一般有多个输入和多个 输出，通过适当配置可提供不同的端到端连接。
MUX 同 步复 接
DMX 同 步分 接
…
E1 E1
STM-N
STM-N
E1 E1 1
分接 1:m
…
交 叉连 接矩 阵
复接 m:1 1
…
(a) 中 继线 STM-N DMX 分接 Drop STM-n Add STM-n MUX 复接 中 继线 STM-N
பைடு நூலகம்
n
1:m
m:1
n
配 置管 理 (c)
本地 (b)
图5.2 SDH (a) 终端复用器TM； (b) 分插复用设备ADM(Add/Drop Multiplexer); (c) 数字交叉连接设备DXC
SDH 解决了 PDH 存在的问题，是一种比较完 善的传输体制，现已得到大量应用。这种传输 体制不仅适用于光纤信道，也适用于微波和卫 星干线传输。
5.1.1 准同步数字系列PDH
现代通信技术光传输系统
由上面的叙述可知，不同的开销字节负责管 理不同层次的资源对象，下图4.19描述了SDH中 再生段、复用段、通道的含义。
通道
支路 信号
复用段
再生段
再生段
复用段
再生段
再生段
SDH TM
REG
SDH DXC 或 ADM
REG
SDH TM
支路 信号
图4.19 通道、复用段、再生段示意图
• 1.两点间“数字信道层”的形成
1:m解 复 用 n个 输 入
1:m解 复 用
…
…
交 叉连 接 矩阵
…
…
m:1复 用 n个 输 出
m:1复 用
…
…
图 5.4 数字交叉连接设备DXC系统结构示意图
•
SDXC设备的类型用SDXC p/q的形式表示： “p”代表
端口速率的阶数，“q”代表端口可进行交叉连接的支路信号
速率的阶数。例如SDXC 4/4, 代表端口速率的阶数为155.52
Mb/s，并且只能作为一个整体来交换；SDXC 4/1代表端口
速率的阶数为155.52 Mb/s，可交换的支路信号的最小单元
为2 Mb/s。P/q数字的含义如下表5.1所示：
表5.1 SDXC端口速率与制式对应表
P/q数 0 1 2 3 4 4 5 6
7
制式
64Kb/s
速率
2
Mb/s
PDH
SDH
8 34 144 155 622 2500 10000
数字信号“复用映射包装”：
•
在每一个“光纤再生中继段”信号的头部和尾部
加入“再生中继段开销字节RSOH”等综合监控信息，
形成第3级信道包装；以监控保障每一个“光纤再生
第5章_SDH同步网
（2）几种典型的自愈结构 ① 二纤单向复用段倒换环
图5-17 二纤单向复用段倒换环
② 四纤双向复用段倒换环
图5-18 四纤双向复用段倒换环
③ 二纤双向复用段倒换环
图5-19 二纤双向复用段倒换环
④ 二纤单向通道倒换环
图5-20 二纤单向通向倒换环
5.5.2 SDH的网同步
（5）它有一套特殊的复用结构，可以兼容PDH的不同传输 速率，而且还可以容纳B-ISDN信号，因而具有广泛的适应 性
5.2 SDH中的基本复用、映射结构
各种信号复用映射进STM-N帧的过程，都必须经 过映射、定位和复用三大关键步骤。
5.2.1 SDH复用结构
我国目前采用的复用结构是以2Mbit/s系列PDH信号为 基础的，通常采用2Mbit/s 和140Mbit/s之路接口，有时 也可根据需要采用34Mbit/s之路接口
4. 再生中继器（REG）
再生器：对光波进行放大、整形的设备
5.4 SDH传送网
网络是指能够提供通信服务的所有实体及其 逻辑配置 。
传送网是完成信息传送功能的手段，它是网 络逻辑功能的集合。 传输网是由具体设备组成的网络。
5.4.1 传送网的分层结构
网络是指能够提供通信服务的所有实体及其 逻辑配置 。
STM-16
STM-64
2488.320Mbit/s
9953.280Mbit/s
STM-256 39813.12Mbit/s
（3）帧结构 在STM-N帧结构中，共有9行，270×N列，每个字节=8 比特，帧周期为125μs。
图5-2 STM-N的帧结构
由图5.2可以看出，整个帧结构可以分为三个区域：段开 销（SOH）区、信息净负荷区和管理单元指针。 段开销（SOH）是指SDH帧结构中，为了保证信息正常 传送而供网络运行、管理和维护所使用的附加字节，它在 STM-N帧结构中的位置是第1-9×N列中的第1-3行和第5-9 行。 信息净负荷区域内存放的是有效传输信息，也称为信息净 负荷，它是有效传输信息加上部分用于通道监视、管理和控制 的通道开销（POH）组成。 管理单元指针实际上是一组数码，用来指示净负荷中信息 起始字节的位置，这样在接收端可以根据指针所指示的位置正 确的分解出有效传输信息。
数字光纤通信系统
5
二、光纤通信的优点和应用
在光纤通信系统中，作为载波的光波频率比电 波频率高得多，作为传输介质的光纤又比同轴电缆 或波导管的损耗低得多，因此相对于电缆通信或微 波通信，光纤通信具有许多独特的优点。 1. 容许频带很宽，传输容量很大
单波长光纤通信系统的传输速率一般为2.5 Gb/s和10 Gb/s。波分复用(WDM)和光时分复用 (TDM)更是极大地增加了传输容量， 见下表 。
由图可见，θ1＜θ0。
光疏媒质 Y
0 B B′
A
X
A′
1
光密媒质 Y′
2019/12/5
图 光的折射示意图
22
若使光束从光密媒质 射向光疏媒质时, 则折射角 大于入射角，如图所示。
如果不断增大θ0可使折 射角θ1达到90°, 这时的θ1 称为临界角。
当光线从光密媒质射向 光疏媒质, 且入射角大于临 界角时, 就会产生全反射现 象。
2019/12/5
16
光纤线路：
光纤线路功能：是把来自光发射机的光信号，以 尽可能小的失真和衰减传输到光接收机。
光纤线路组成：由光纤、光纤接头和光纤连接器 组成。
光纤基本要求：损耗和色散这两个传输特性参数 都尽可能地小， 有足够好的机械特性和环境特性。
石英光纤分类：多模光纤和单模光纤。
单模光纤的传输特性比多模光纤好，价格比多模 光纤便宜，因而得到更广泛的应用。
光纤就是利用这种全反 射来传输光信号的。
①
光 疏媒 质
n0
②
③
c
③
②
光 密媒 质 ①
图 临界角和光线的全反射
2019/12/5
23
以上了解了光的全反射原理之后，下面画出光 在阶跃光纤中的传播轨迹，即按“之”之形传播及 沿纤芯与包层的分界面掠过，如图 所示。
数字光纤通信系统
时期。 光纤从多模发展到单模，工作波长从短波长
(0.85μ m)发展到长波长(1.31μ m和1.55μ m)。
第三阶段(1986-1996年)，这是以超大容量超长
距离为目标、全面深入开展新技术研究的时期。在这
个时期，实现了1.55μ m色散移位单模光纤通信系统。
实验室可以达到更高水平。
2019/10/30
光纤就是利用这种全反 射来传输光信号的。
①
光 疏媒 质
n0
②
③
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光 密媒 质 ①
图 临界角和光线的全反射
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以上了解了光的全反射原理之后，下面画出光 在阶跃光纤中的传播轨迹，即按“之”之形传播及 沿纤芯与包层的分界面掠过，如图 所示。
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在制造光纤时， 使光纤芯的折射率高，在外面 涂上一包屏层，可使折射率低；
所以灵敏度也是反映光纤通信系统质量的 重要指标。
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4.2 光纤和光器件
一、光纤
1、光纤 光纤就是导光的玻璃纤维的简称, 是石英玻璃丝,
它的直径只有0.1 mm，它和原来传送电话的明线、 电缆一样，是一种新型的信息传输介质，但它比以 上两种方式传送的信息量要高出成千上万倍， 可达 到上百千兆比特/秒,而且衰耗极低。
1970 年，光纤研制取得了重大突破。美国康 宁(Corning)公司就研制成功损耗20 dB/km的石英 光纤。
1973 年，美国贝尔(Bell)实验室取得了更大 成绩，光纤损耗降低到2.5dB/km。
1976 年，日本电报电话(NTT)公司将光纤损耗 降低到0.47 dB/km(波长1.2μ m)。
第5章-光纤通信系统分析
同的复用方式以提高信道的利用率，因而接收 端则需进行相反的操作，即解复用。
39
2．光接收机
⑧ 协助电路 协助电路包括箝位电路、温度补偿电路和告警电
路等。
40
3．光纤通信系统
• 图4-25 IM-DD光纤通信系统原理框图
41
3．光纤通信系统
样，必需避开所传信号码流中出现长“0”或长“1”的现象。 解决这一问题的方法就是扰码，即在发送端加入一个扰码电路，
而在接收端则要加一个与扰码相反的解扰电路，以恢经过扰码 后的数字信号通过调制电路对光源进行调制，让光源发出的光 信号强度跟随信号 码流的变更，形成相应的光脉冲送入光纤。复信号码流原来的状 态。 ⑤ 时钟
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2．光接收机
⑥ 光接收机的动态范围D是在保证系统的误码率指标要求
下，光接收机的最低输入光功率(用dBm来描述)和最 大允许输入光功率(用dBm描述)之差，其单位为dB。 它表示光接D 收 机1正l0g 1 P 常m 0 3 工a x作1l时0g 1 P ，m 0 3光in 1 信l0 号g P P 应m ma i有nx一个范围，这 个范围就是光接收机的动态范围。
24
2．光接收机
• 图4-13 未经均衡出现的脉冲拖尾现象
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2．光接收机
• 图4-14 单个脉冲均衡前后波形的比较
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2．光接收机
⑤ 判决器和时钟复原电路 判决器由判决电路和码形成电路构成。 判决器和时钟复原电路合起来构成脉冲再生电路。 脉冲再生电路的作用是将均衡器输出的信号复原
成志向的数字信号
• 但在实际光纤中，由于光纤形态、折射率以及应力等 分布的不匀整，两种模式的纵向速度不同，从而导致 相移不同，在时间上表现为不同极化态之间的群时延 不同，使脉冲波形出现展宽现运用不同的 • 线路编码，光端机的输出信号速率不同。因此在PDH
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5.1 两种传输体制 5.2 系统的性能指标 5.3 系统的设计
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第5章 数字光纤通信系统
5.1两种传输体制
光纤大容量数字传输系统的两种传输体制： （1）准同步数字系列(PDH)
（2）同步数字系列(SDH)。
1976年PDH实现了标准化。 1984年美国提出了同步光纤网(SONET)。 1988年，ITUT(原CCITT)参照SONET的概念，提出了被称为 同步数字系列(SDH)的规范建议。 SDH 是一种比较完善的传输体制，这种传输体制不仅适用于 光纤信道，也适用于微波和卫星干线传输。
(3) 上下话路不方便。
5.1.2同步数字系列SDH
1. SDH传输网
SDH不仅适合于点对点传输，而且适合于多点之间的网络传输。
TM
低速 信号
TM
STM- n
ADM
STM- N
DXC
STM- N
ADM
STM- n
TM
低速 信号
STM- N 低速 信号
STM- N DXC
STM- N ADM TM 低速 信号
所谓映射结构，是指把支路信号适配装入虚容器的过程，其 实质是使支路信号与传送的载荷同步。 这种结构可以把目前 PDH的绝大多数标准速率信号装入 SDH 帧。图 5.7 示出 SDH 一般复用映射结构，图中 Cn 是标准 容器， 用来装载现有PDH的各支路信号， 即C11#, C12#, C2#, C3和C4 分别装载1.5 Mb/s#, 2Mb/s#, 6 Mb/s#, 34 Mb/s#, 45 Mb/s 和 140Mb/s 的支路信号，并完成速率适配处理的功能。 在标准容器的基础上，加入少量通道开销 (POH) 字节， 即组成相应的虚容器 VC。 VC的包络与网络同步，但其内部 则可装载各种不同容量和不同格式的支路信号。所以引入虚 容器的概念，使得不必了解支路信号的内容，便可以对装载 不同支路信号的VC进行同步复用、交叉连接和交换处理，实 现大容量传输。
(3) 管理单元指针(AU-PTR)。管理单元指针是一种指示符， 主要用于指示 Payload 第一个字节在帧内的准确位置 ( 相对于 指针位置的偏移量 ) 。对于 STM-1 而言， AU-PTR 有 9 个字节 (第4行)， 相应于9×8×8000=0.576 Mb/s。
采用指针技术是 SDH的创新，结合虚容器(VC)的概念， 解决了低速信号复接成高速信号时，由于小的频率误差所造 成的载荷相对位置漂移的问题。
4. 数字交叉连接设备
数字交叉连接设备 (DXC)相当于一种自动的数字电路配 线架。图5.2 表示的是SDH的DXC(也适合于PDH)，其核心部 分是可控的交叉连接开关 ( 空分或时分 ) 矩阵。参与交叉连接 的基本电路速率可以等于或低于端口速率，它取决于信道容 量分配的基本单位。一般每个输入信号被分接为 m个并行支 路信号，然后通过时分 ( 或空分 ) 交换网络，按照预先存放的 交叉连接图或动态计算的交叉连接图对这些电路进行重新编 排，最后将重新编排后的信号复接成高速信号输出。
分接 交叉连接矩阵 复接 m:1 m :1 配置管理
1 n
1:m … 1:: m
1 n
DXC的标示： 通常用 DXCX/Y 来表示一个 DXC 的配置类型，其中第一个数 字X表示输入端口速率的最高等级，第二个数字Y表示参与交 叉连接的最低速率等级。数字0表示64 kb/s电路速率；数字 1、 2、3、4 分别表示PDH的1至 4 次群的速率， 其中 4 也代表 SDH 的STM1 等级； 数字 5 和 6 分别代表SDH的STM4 和 STM１６等级。 例如，DXC 1/0 表示输入端口的最高速率为一次群信号 的速率 (E1: 2.048 Mb/s), 而交叉连接的基本速率为 64 kb/s; DXC 4/1 表示输入端口的最高速率为 155.52 Mb/s(对于SDH) 或140 Mb/s(对于PDH)，而交叉连接的基本速率为2.048 Mb/s。 目前应用最广泛的是DXC 1/0、DXC 4/1和DXC 4/4。
5.1.1准同步数字系列PDH
准同步数字系列有两种基础速率： （1）一种是以1.544 Mb/s为第一级(一次群，或称基群)基础 速率，采用的国家有北美各国和日本；
（2）另一种是以2.048 Mb/s为第一级(一次群)基础速率， 采 用的国家有西欧各国和中国。
表5.1是世界各国商用数字光纤通信系统的PDH传输体制，表中示出两种 基础速率各次群的速率、话路数及其关系。 对于以2.048 Mb/s为基础速率的制式，各次群的话路数按4倍递增。 对于以1.544 Mb/s为基础速率的制式，在3次群以上，日本和北美各国又 不相同，看起来很杂乱。
节间插后， 组成支路单元组 (TUG) ，然后组成 AU-3或 AU-4。
3个AU-3或1个AU-4组成管理单元组(AUG)，加上段开销SOH， 便组成STM-1 同步传输信号；N个STM-1 信号按字节同步复
接， 便组成STM-N。
最简单的例子是，由PDH的4次群信号到SDH的STM-1 的
复接过程。把139.264 Mb/s的信号装入容器 C-4，经速率适配 处理后，输出信号速率为149.760 Mb/s; 在虚容器VC-4 内加上 通道开销POH(每帧9 Byte, 相应于0.576 Mb/s)后，输出信号速 率为150.336 Mb/s；在管理单元AU-4 内，加上管理单元指针 AU -PTR(每帧 9 Byte, 相应于 0.576 Mb/s)，输出信号速率为 150.912 Mb/s; 由 1个AUG加上段开销SOH(每帧72 Byte, 相应 于4.608 Mb/s), 输出信号速率为155.520 Mb/s, 即为STM-1。
SDH 采用载荷指针技术，结合了上述两种方法的优点，付出 的代价是要对指针进行处理。超大规模集成电路的发展，为实 现指针技术创造了条件。
9字节开销
2 61 字节 SDH帧1 (12 5s)
9行
AU PTR „
SDH帧2 (12 5s) 载荷包络
图 5.6 载荷包络与SDH帧的一般关系
ITUT规定了SDH的一般复用映射结构。
1 40 /3 4 Mb/s 光 / 电 光信号 分接 3 4/8 Mb/s 分接 8 /2 Mb /s 分接
PDH
3 4/14 0 Mb/s 8 /3 4 Mb/s 复接 电 / 光 光信号
2 /8 Mb /s 复接
复接
2 Mb/s(电信号)
1 55 Mb/s 光接口
SDH ADM
1 55 Mb/s 光接口
3. 复用原理
将低速支路信号复接为高速信号的方法有两种： （1）正码速调整法 优点是容许被复接的支路信号有较大的频 率误差；缺点是复接与分接相当困难。 （2）固定位置映射法 是让低速支路信号在高速信号帧中占用 固定的位置。这种方法的优点是复接和分接容易实现，但由于 低速信号可能是属于 PDH 的或由于 SDH 网络的故障，低速信 号与高速信号的相对相位不可能对准，并会随时间而变化。
TUG -2
6312 kb/s
2048 kb/s
1544 kb/s
图 5.7 SDH的一般复用映射结构
由于在传输过程中，不能绝对保证所有虚容器的起始相 位始终都能同步，所以要在VC 的前面加上管理单元指针(AU PTR) ， 以进行定位校准。加入指针后组成的信息单元结构 分为管理单元 (AU) 和支路单元 (TU) 。 AU由高阶 VC(如 VC-4) 加AU指针组成， TU由低阶VC加TU指针组成。TU经均匀字
PDH主要适用于中、低速率点对点的传输。随着技术的进步和 社会对信息的需求，数字系统传输容量不断提高， 网络管理和 控制的要求日益重要，宽带综合业务数字网和计算机网络迅速 发展，现有PDH的许多缺点也逐渐暴露出来，主要有： (1) 没有世界统一的标准光接口。 (2) 没有足够的开销比特，使网络设计缺乏灵活性。
(a) 终端复用器TM； (b) 分插复用设备ADM(Add/Drop Multiplexer); (c) 数字交叉连接设备DXC
E1
…
E3
通道 终接设备 TM
线路 终接设备 ADM/DXC 再生段
再生中继器 Section 再生段 复接段
线路 终接设备 再生段 ADM/DXC
通道 终接设备 TM
1 2 3 4 5
SOH AU-PTR SOH 9× N STM- N载荷 (含 POH) 发送顺序
…
9
2 61 × N 2 70 × N
图 5.5 SDH帧的一般结构
SDH帧大体可分为三个部分： (1) 段开销(SOH)。 段开销是在SDH帧中为保证信息正常 传输所必需的附加字节(每字节含64 kb/s的容量)，主要用于 运行、 维护和管理，如帧定位、 误码检测、 公务通信、自 动保护倒换以及网管信息传输。 对于STM-1 而言，SOH共使用9×8(第4行除外)=72 Byte相应 于576bit。由于每秒传输8000帧，所以SOH的容量为 576×8000=4.608 Mb/s。
…
TM
STM- n
ADM
STM- N
STM- N
STM- n
(n ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱN)
SDH终端复用器TM、分插复用设备ADM、数字交叉连接设 备DXC等网络单元以及连接它们的(光纤)物理链路构成。 SDH终端的主要功能是复接/分接和提供业务适配。ADM是 一种特殊的复用器，可以它转发、分接、复接信号所承载的 信息。DXC类似于交换机，它一般有多个输入和多个输出， 通过适当配置可提供不同的端到端连接。
根据图5.3(a)的传输通道连接模型，段开销又细分为再生 段开销 (SOH) 和复接段开销 (LOH) 。前者占前 3 行，后者占 5～9行。
(2) 信息载荷 (Payload)。信息载荷域是 SDH帧内用于承载各 种 业 务 信 息 的 部 分 。 对 于 STM1 而 言 ， Payload 有 9×261=2349 Byte, 相应于2349×8×8000=150.336 Mb/s的容 量。 在Payload中包含少量字节用于通道的运行、维护和管理， 这些字节称为通道开销(POH)。