第05章数字光纤通信系统资料
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数字光纤通信系统详解演示文稿
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。
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第四页，共83页。
5.1.1 准同步数字系列PDH---基础速率
准同步数字系列有两种基础速率
➢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；
➢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。
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第二十三页，共83页。
5.1.2 同步数字传输系列SDH---复用原理（3/6）
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C-n是标准容器， 用来 装载现有PDH的各支路信号， 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。
与PDH相比，SDH具有下列特点
➢ SDH采用世界上统一的标准传输速率等级。 最低的等级也就是最基本的模块称为STM-1，传输 速率为155.520 Mb/s； 4个STM-1 同步复接组成STM-4，传输速率为622.080 Mb/s； 16个STM-1 组成STM-16, 传输速率为2488.320 Mb/s，以此类推。
➢ SDH各网络单元的光接口有严格的标准规范。因此， 光接口成为开放型接口，这有利 于建立世界统一的通信网络。 标准的光接口综合进各种不同的网络单元， 简化了硬件， 降低了网络成本。
➢ 在SDH帧结构中，丰富的开销比特用于网络的运行、 维护和管理，便于实现性能监测、故障检测
和定位、故障报告等管理功能。
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5.1.1 准同步数字系列PDH---基础速率
准同步数字系列有两种基础速率
➢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；
➢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。
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第二十三页，共83页。
5.1.2 同步数字传输系列SDH---复用原理（3/6）
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C-n是标准容器， 用来 装载现有PDH的各支路信号， 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。
与PDH相比，SDH具有下列特点
➢ SDH采用世界上统一的标准传输速率等级。 最低的等级也就是最基本的模块称为STM-1，传输 速率为155.520 Mb/s； 4个STM-1 同步复接组成STM-4，传输速率为622.080 Mb/s； 16个STM-1 组成STM-16, 传输速率为2488.320 Mb/s，以此类推。
➢ SDH各网络单元的光接口有严格的标准规范。因此， 光接口成为开放型接口，这有利 于建立世界统一的通信网络。 标准的光接口综合进各种不同的网络单元， 简化了硬件， 降低了网络成本。
➢ 在SDH帧结构中，丰富的开销比特用于网络的运行、 维护和管理，便于实现性能监测、故障检测
和定位、故障报告等管理功能。
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光纤通信课件 第 5 章 数字光纤通信系统135页文档
1
0
、
倚
南窗Βιβλιοθήκη 以寄傲，
审
容
膝
之
易
安
。
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——苏联
光纤通信课件 第 5 章 数字光纤通信 系统
6
、
露
凝
无
游
氛
，
天
高
风
景
澈
。
7、翩翩新 来燕，双双入我庐 ，先巢故尚在，相 将还旧居。
8
、
吁
嗟
身
后
名
，
于
我
若
浮
烟
。
9、 陶渊 明（ 约 365年 —427年 ），字 元亮， （又 一说名 潜，字 渊明 ）号五 柳先生 ，私 谥“靖 节”， 东晋 末期南 朝宋初 期诗 人、文 学家、 辞赋 家、散
文 家 。汉 族 ，东 晋 浔阳 柴桑 人 （今 江西 九江 ） 。曾 做过 几 年小 官， 后辞 官 回家 ，从 此 隐居 ，田 园生 活 是陶 渊明 诗 的主 要题 材， 相 关作 品有 《饮 酒 》 、 《 归 园 田 居 》 、 《 桃花 源 记 》 、 《 五 柳先 生 传 》 、 《 归 去来 兮 辞 》 等 。
通信概论专题知识课件——数字光纤通信系统
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。
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。
数字光纤通信系统
1.1 SDH产生的技术背景
SDH是什么——同步数字传输体制。类似于PDH， 均为数字信号传输体制。
产生的社会背景：
1）信息社会要求： 通信网传输、交换、处理大量信息，向数字化、综
合化、智能化、个人化发展。
2）作为通信网的承载体传输网要求： 宽带化——信息高速公路 规范化——世界性统一的标准接口
1.2 PDH的固有缺陷：
在这一章中我们将介绍
1.光纤通信系统的构成； 2 .数字光纤通信系统；
本章重点要求 （Accent)
理解光纤通信系统的概念
掌握光纤通信系统的构成和各
部分的作用
掌握数字光纤通信系统的体制、
性能以及设计
第五章 目 录
5.0 光纤通信系统概述 5.1 两种传输体制 5.2系统的性能指标 5.3系统的设计
5.0 光纤通信系统概述
5.0.1 分类
光纤通信系统根据传送的信号可以分为模拟光纤通
信系统和数字光纤通信系统。
5.0.2 任务与区别
系统设计的任务是：遵循建议规范，采用先进、成
熟技术，综合考虑系统经济成本，合理地选用器件和 设备，明确系统的全部技术参数，完成实用系统的合 成。
它与工程设计主要区别在于：
4、无统一的网管接口，无法形成统一的TMN
因此，PDH体制不适应大容量传输网的组建，SDH体制 应运而升。
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：
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，
5.1 两种传输体制
光纤大容量数字传输目前都采用同步时分复
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。
通信原理第5章数字信号的基带传输
和带宽利用率。
影响因素
带宽效率受到多种因素的影响， 包括信号的频谱特性、传输通道
的带宽限制、多径干扰等。
提高方法
为了提高带宽效率，可以采用高 阶调制技术、多载波调制技术、 高效编码技术等措施，以提高数 字信号的传输速率和带宽利用率。
05 基带传输的未来发展与挑 战
高频谱效率的基带传输技术
高级编码调制技术
简化的信号处理算法
研究和发展简化的信号处理算法，降低基带传输的复杂度，提高 实时性和能效。
低复杂度调制解调技术
采用低复杂度的调制解调技术，如QPSK、16-QAM等，降低实现 难度和功耗。
硬件加速技术
利用硬件加速技术，如FPGA和ASIC，实现高速数字信号处理，降 低计算复杂度。
基带传输在物联网中的应用与挑战
基带传输的应用场景
有线局域网
基带传输在有线局域网中广泛应用， 如以太网（Ethernet）。
光纤通信
在光纤通信中，基带传输常用于短距 离、高速率的信号传输。
无线局域网（WLAN）
WLAN中的信号传输通常采用基带传 输方式。
数字电视信号传输
数字电视信号通常采用基带传输方式， 通过同轴电缆或光纤进行传输。
04 基带传输的性能指标
误码率
01
02
03
误码率
是指在传输过程中，错误 接收的码元与总传输码元 的比值，是衡量数字通信 系统可靠性的重要指标。
影响因素
误码率受到多种因素的影 响，包括信噪比、信号的 频谱特性、传输通道的畸 变、多径干扰等。
降低方法
为了降低误码率，可以采 用差分编码、信道编码、 均衡技术等措施，以提高 数字信号的抗干扰能力。
信噪比
信噪比
影响因素
带宽效率受到多种因素的影响， 包括信号的频谱特性、传输通道
的带宽限制、多径干扰等。
提高方法
为了提高带宽效率，可以采用高 阶调制技术、多载波调制技术、 高效编码技术等措施，以提高数 字信号的传输速率和带宽利用率。
05 基带传输的未来发展与挑 战
高频谱效率的基带传输技术
高级编码调制技术
简化的信号处理算法
研究和发展简化的信号处理算法，降低基带传输的复杂度，提高 实时性和能效。
低复杂度调制解调技术
采用低复杂度的调制解调技术，如QPSK、16-QAM等，降低实现 难度和功耗。
硬件加速技术
利用硬件加速技术，如FPGA和ASIC，实现高速数字信号处理，降 低计算复杂度。
基带传输在物联网中的应用与挑战
基带传输的应用场景
有线局域网
基带传输在有线局域网中广泛应用， 如以太网（Ethernet）。
光纤通信
在光纤通信中，基带传输常用于短距 离、高速率的信号传输。
无线局域网（WLAN）
WLAN中的信号传输通常采用基带传 输方式。
数字电视信号传输
数字电视信号通常采用基带传输方式， 通过同轴电缆或光纤进行传输。
04 基带传输的性能指标
误码率
01
02
03
误码率
是指在传输过程中，错误 接收的码元与总传输码元 的比值，是衡量数字通信 系统可靠性的重要指标。
影响因素
误码率受到多种因素的影 响，包括信噪比、信号的 频谱特性、传输通道的畸 变、多径干扰等。
降低方法
为了降低误码率，可以采 用差分编码、信道编码、 均衡技术等措施，以提高 数字信号的抗干扰能力。
信噪比
信噪比
数字光纤通信系统
芯 包层 (b) 折射率
芯 A 包层 (c) 折射率
图 5.6 裸光纤结构示意图 (a) 阶跃型多模光纤(SI); (b) 梯度型多模光纤(GI); (c) 单模光纤
课题二 数字光纤通信系统
二、光缆 为了使光纤能在工程中实用化 , 能承受工程中拉伸、
侧压和各种外力作用, 还要具有一定的机械强度才能使性能
课题二 数字光纤通信系统
课题二 数字光纤通信系统
单芯型由单根二次涂覆处理后的光纤组成。 多芯型由多根经二次涂覆处理后的光纤组成, 它又分为 带状结构和单位式结构。目前国内外对二次涂覆主要采用 下列两种保护结构: (1) 紧套结构。 如图 5.8(a)所示, 在光纤与套管之间有一个缓冲层, 其目 的是为了减少外面应力对光纤的作用。缓冲层一般采用硅 树脂, 二次被覆用尼龙口。这种光纤的优点是: 结构简单、 使用方便。 (2) 松套结构。
课题二 数字光纤通信系统
一、 光纤的发明及发展（课外拓展知识） 1、 高琨：光纤之父——2009年诺贝尔物理学奖得主，拥有英国和美国 双重国籍的物理学家、北京邮电大学名誉教授。 1）国内历程：高锟1933年生于上海。他父亲是律师，家住在当时的法 租界，小学时代是在上海度过的。童年的高锟对化学最感兴趣，他曾经 自己制造过灭火筒、焰火?烟花 和晒相纸。最危险的一次是自制炸弹? 后来?他又迷上了无线电，小小年纪就曾成功地装了一部有五六个真空 管的收音机。 2) 香港及英国历程：1948年，他们举家迁往香港。高锟先是入读圣约 瑟书院，后来曾考入香港大学。但当时的高锟已立志攻读电机工程，而 港大没有这个专业，于是他辗转就读了伦敦大学。毕业后，他加入英国 国际电话电报公司?ITT任工程师，因表现出色被聘为研究实验室的研究 员，同时攻读伦敦大学的博士学位，1967年毕业。
数字光纤通信系统
➢ 假设参考数字段的性能指标从假设参考数字链路 的指标分配中得到，并再度分配给线路和设备。
数字光纤通信系统
X b/s 终端设备
X b/s 终端设备
Y km
*“Y” 的 合 适 值 取 决 于 网 的 应 用。 目 前 50 km 和 280 km 被 认 定 是 必 需 的 。
பைடு நூலகம்
图 5.12 假设参考数字段HRDS
➢ 劣化分(DM) 误码率为1×10-6时，感觉不到干扰 的影响，选为BERth。每次通话时间平均3～5 min, 选择取样时间T0为 1 min是合适的。
➢ 监测时间以较长为好，选择TL为1个月。定义误 码率劣于 1×10-6的分钟数为劣化分(DM)。HRX 指标要求劣化分占可用分(可用时间减去严重误码 秒累积的分钟数)的百分数小于10%。
数字光纤通信系统
5.2.2 系统的主要性能指标
➢ 1. 误码率(BER)
➢ 误码率是衡量数字光纤通信系统传输质量优劣的非 常重要的指标，它反映了在数字传输过程中信息受 到损害的程度。
➢ BER是在一个较长时间内的传输码流中出现误码 的概率，它对话音影响的程度取决于编码方法。对 于PCM而言，误码率对话音的影响程度如表 5.2 所示。
几乎听不懂
数字光纤通信系统
如图 5.13 所示， 规定一个较长的监测时间TL，例如几天 或一个月，并把这个时间分为“可用时间”和“不可用时间”。
图 5.13 误码率随时间的变化
数字光纤通信系统
在连续10 s时间内，BER劣于1×10-3，为“不可用时间”， 或称系统处于故障状态；故障排除后,在连续10 s时间内，BER 优于1×10-3，为“可用时间”。
➢ 表5.3列出的是标准数字假设参考连接HRX(27500 km)的误码率总指标。为了设计需要，必须把总指 标按不同等级的电路质量分配到各部分。
数字光纤通信系统
X b/s 终端设备
X b/s 终端设备
Y km
*“Y” 的 合 适 值 取 决 于 网 的 应 用。 目 前 50 km 和 280 km 被 认 定 是 必 需 的 。
பைடு நூலகம்
图 5.12 假设参考数字段HRDS
➢ 劣化分(DM) 误码率为1×10-6时，感觉不到干扰 的影响，选为BERth。每次通话时间平均3～5 min, 选择取样时间T0为 1 min是合适的。
➢ 监测时间以较长为好，选择TL为1个月。定义误 码率劣于 1×10-6的分钟数为劣化分(DM)。HRX 指标要求劣化分占可用分(可用时间减去严重误码 秒累积的分钟数)的百分数小于10%。
数字光纤通信系统
5.2.2 系统的主要性能指标
➢ 1. 误码率(BER)
➢ 误码率是衡量数字光纤通信系统传输质量优劣的非 常重要的指标，它反映了在数字传输过程中信息受 到损害的程度。
➢ BER是在一个较长时间内的传输码流中出现误码 的概率，它对话音影响的程度取决于编码方法。对 于PCM而言，误码率对话音的影响程度如表 5.2 所示。
几乎听不懂
数字光纤通信系统
如图 5.13 所示， 规定一个较长的监测时间TL，例如几天 或一个月，并把这个时间分为“可用时间”和“不可用时间”。
图 5.13 误码率随时间的变化
数字光纤通信系统
在连续10 s时间内，BER劣于1×10-3，为“不可用时间”， 或称系统处于故障状态；故障排除后,在连续10 s时间内，BER 优于1×10-3，为“可用时间”。
➢ 表5.3列出的是标准数字假设参考连接HRX(27500 km)的误码率总指标。为了设计需要，必须把总指 标按不同等级的电路质量分配到各部分。
数字光纤通信系统 第五章
光纤为什么能够导光，能传送大量信息呢？这要研究其传输理论，但其传输理 论涉及的数学、物理知识面相当广，它要用到微分方程、场论等等高等数学知识及物 理的微电子学、光学等高深理论。这里我们用简单的比喻，从物理概念上来说明，以 加深对光纤传输信息的理解。
光纤是利用光的全反射特性来导光的。在物理中学习过光从一种介质向另一种介 质传播，由于它们在不同介质中传输速率不一样，因此，当通过两个不同的介质交界 面就会发生折射。若现在有两种不同介质，其折射率分别n0、n1，而且n1＞n0，设 界面为xx‘，折射率小的称光疏媒质，折射率大的称光密媒质。假定光线从光疏媒质 射向光密媒质，其折射情况如图5. 3所示。图中，入射角为θ ₀， 入射光线与法线yy＇ 夹角，折射角为θ 1一一一 折射光线与yy＇夹角，由图可见， θ 1 < θ 0 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。
第五章 数字光纤通信系统
5. 1 数字光纤通信系统概述
• 5.1.1 数字光纤通信的基本概念
1.线径细,重量轻 数字光纤通信，是以光波运载数字信号，以光导纤维为传输媒介的一种通信方式 。有如下的显著特点:
由于光纤的直径小，制成光缆后与电缆比要细得多，有利于长途和市话干线布放，便于制造多芯光缆。
2.损耗极低 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。
图5. 2
数字光纤通信传输系统结构方框图
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，变成光脉冲送人 光纤进行传输，接收端进行相反的变换。 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。 光中继机的作用，主要是将光纤长距离传输后，受到的衰耗及色散畸变的光 脉冲信 号，转换为电信号后经放大整形、定时、再生还原为规则的数字脉冲信号。 经过再调制光源，变为光脉冲信号送入光纤继续传输，达到延长传输距离的目的。
第05章-数字光纤通信系统
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 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
2020/1/7
11
5.1.2 同步数字传输系列SDH---SDH传输网（5/9）
分接 1
1: m
n 1: m
…
交叉连接矩阵
北美
1.544 4 6.312 7 44.736
24ch
96ch
672ch
6 274.176 4032ch
12 564.992 8064ch
9 432 6048ch
2 1.13Gb / s 16128
4 2.4Gb / s 32256ch
2020/1/7
5
5.1.1 准同步数字系列PDH---光纤通信制式（2/2）
本章内容
5.1 两种传输体制 5.2 系统的性能指标 5.3 系统的设计
2020/1/7
1
本节内容
5.1两种传输体制
5.1.1 准同步数字系列PDH 5.1.2 同步数字系列
2020/1/7
2
5.1 两种传输体制
光纤大容量数字传输目前都采用同步时分复用(TDM)技术。 复用 又分为若干等级，先后有两种传输体制：
复接 1
m:1
n m :1
配置管理
图5.2 (c) SDH传输网络单元数字交叉连接设备DXC
数字交叉设备（DXC）
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。
2020/1/7
12
5.1.2 同步数字传输系列SDH---SDH传输网（6/9）
准同步数字系列(PDH) 同步数字系列(SDH) 随着光纤通信技术和网络的发展，PDH遇到了许多困难。美国提 出了同步光纤网(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。
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5.1.2 同步数字传输系列SDH---SDH传输网（5/9）
分接 1
1: m
n 1: m
…
交叉连接矩阵
北美
1.544 4 6.312 7 44.736
24ch
96ch
672ch
6 274.176 4032ch
12 564.992 8064ch
9 432 6048ch
2 1.13Gb / s 16128
4 2.4Gb / s 32256ch
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5.1.1 准同步数字系列PDH---光纤通信制式（2/2）
本章内容
5.1 两种传输体制 5.2 系统的性能指标 5.3 系统的设计
2020/1/7
1
本节内容
5.1两种传输体制
5.1.1 准同步数字系列PDH 5.1.2 同步数字系列
2020/1/7
2
5.1 两种传输体制
光纤大容量数字传输目前都采用同步时分复用(TDM)技术。 复用 又分为若干等级，先后有两种传输体制：
复接 1
m:1
n m :1
配置管理
图5.2 (c) SDH传输网络单元数字交叉连接设备DXC
数字交叉设备（DXC）
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。
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5.1.2 同步数字传输系列SDH---SDH传输网（6/9）
准同步数字系列(PDH) 同步数字系列(SDH) 随着光纤通信技术和网络的发展，PDH遇到了许多困难。美国提 出了同步光纤网(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。
数字光纤通信系统
光接收机：光载波经过光纤线路传输到接收端，再由 光接收机把光信号转换为电信号。
电接收机：功能和电发射机的功能相反。
2019/4/12
14
2、基本光纤传输系统
基本光纤传输系统作为独立的“光信道”单元。
有线通信系统或无线通信系统的发射与接收之间
加入光发射机、光纤线路和光接收机，再配置适当的
光器件， 可以组成传输能力更强、功能更完善的光
当选择一定的角度θ0时，射入纤芯的光束将会 全部返回纤芯中。 光纤芯线结构如图所示。 光纤的芯线由纤芯、包层、涂覆层、套塑四部
分组成。
2019/4/12
25
纤芯 包层 一次涂覆 ( 涂覆层) 二次涂覆 ( 套塑)
2a 2b
图 光纤芯线的剖面构造
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纤芯： 纤芯位于光纤的中心部位（直径d1 约9～50 微米），其 成份是高纯度的二氧化硅。
通信手段 微波无线电 小同轴 中同轴 光缆 光缆 光缆
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7
2. 损耗很小， 中继距离很长且误码率很小 石英光纤在1.31 μm和1.55 μm波长， 传输损耗分
别为0.50 dB/km和0.20 dB/km，甚至更低。因此，用
光纤比用同轴电缆或波导管的中继距离长得多，见表。 传输容量大、传输误码率低、中继距离长的优点， 使光纤通信系统不仅适合于长途干线网而且适合于接 入网的使用， 这也是降低每公里话路的系统造价的
电二极管(APD)。 光发射机与光接收机组成演示 2019/4/12
18
光接收机最重要的特性参数是灵敏度。
灵敏度是衡量光接收机质量的综合指标，它
反映接收机调整到最佳状态时， 接收微弱光信
号的能力。 灵敏度主要取决于组成光接收机的光电二极 管和放大器的噪声，并受传输速率、光发射机的 参数和光纤线路的色散的影响，还与系统要求的
第5章 数字光纤通信系统PPT课件
135
(24)
(96) (672) (2016)
日本 1.544 6.312 32.064 92.728
(24)
(96) (480) (1440)
光纤通信
5
第5章 数字光纤通信系统
30/32路PCM的帧结构
16帧、2ms F0 F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9 F10 F11 F12 F13 F14 F15
高次群
定时
分
恢
离
复
分接器
1低
2 3 4
次 群
滑帧
8448-4 ×2048=256Kbit：帧同步码、对告码、调整比特、标志码
光纤通信
7
第5章 数字光纤通信系统
光同步数字传输网
• PDH的主要缺点：
➢ 北美、西欧和亚洲所采用的三种数字系列互不兼容， 没有世界统 一的标准光接口，使得国际电信网的建立及网络的营运、 管理和 维护变得十分复杂和困难。
6312k
VC-2 C-2
复用 定位校准
映射
均匀字节 ×3
间插 ×4
TU-12
TU-11
2048k
VC-12 C-12
1544k
VC光-11纤通C信-11
+TU-PTR +POH 码速调整 27
第5章 数字光纤通信系统
单位：kbit/s
2.048
C-12
2.176
VC-12 2.240
E1
TU-12 PTR
2 Mb/s(电信号)
分插信号流程的比较
光纤通信
9
第5章 数字光纤通信系统
光同步数字传输网
• 同步数字体系（SDH）
(24)
(96) (672) (2016)
日本 1.544 6.312 32.064 92.728
(24)
(96) (480) (1440)
光纤通信
5
第5章 数字光纤通信系统
30/32路PCM的帧结构
16帧、2ms F0 F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9 F10 F11 F12 F13 F14 F15
高次群
定时
分
恢
离
复
分接器
1低
2 3 4
次 群
滑帧
8448-4 ×2048=256Kbit：帧同步码、对告码、调整比特、标志码
光纤通信
7
第5章 数字光纤通信系统
光同步数字传输网
• PDH的主要缺点：
➢ 北美、西欧和亚洲所采用的三种数字系列互不兼容， 没有世界统 一的标准光接口，使得国际电信网的建立及网络的营运、 管理和 维护变得十分复杂和困难。
6312k
VC-2 C-2
复用 定位校准
映射
均匀字节 ×3
间插 ×4
TU-12
TU-11
2048k
VC-12 C-12
1544k
VC光-11纤通C信-11
+TU-PTR +POH 码速调整 27
第5章 数字光纤通信系统
单位：kbit/s
2.048
C-12
2.176
VC-12 2.240
E1
TU-12 PTR
2 Mb/s(电信号)
分插信号流程的比较
光纤通信
9
第5章 数字光纤通信系统
光同步数字传输网
• 同步数字体系（SDH）
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2020/5/21
8
5.1.2 同步数字传输系列SDH---SDH传输网（1/9）
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。图5.1示出SDH传输网的拓扑 结构。
SDH传输网由SDH终接设备(或称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。
2020/5/21
…
E
1
E
1
11
5.1.2 同步数字传输系列SDH---SDH传输网（4/9）
中继线 STM-N
DMX 分接 Drop
MUX
Add
复接
中继线 STM-N
STM- n STM-n 本地
图5.2(b) SDH传输网络单元分插复用设备ADM(Add/DropMultiplexer)
分插复用器（ADM）
➢ 信号复用/解复用需要逐级进行，复接/分接设备结构复杂，上下话路价 格昂贵。
➢ 各种复用系列都有其相应的帧结构，没有足够的OAM开销比特，使网 络设计缺乏灵活性，无法适应不断演变的电信网要求。
➢ 由于建立在点对点传输基础上的复用结构缺乏灵活性，使得数字通道 设备的利用率很低，非最短的通道路由占了业务量的大部分。
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。
2020/5/21
4
5.1.1 准同步数字系列PDH---基础速率
准同步数字系列有两种基础速率
➢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； ➢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。
《光纤通信系统》
第五章 数字光纤通信系统
赵继军
河北工程大学信息与电气工程学院
zhaojijun@
2020/5/21
1
本章内容
5.1 两种传输体制 5.2 系统的性能指标 5.3 系统的设计
2020/5/21
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本节内容
5.1两种传输体制
➢5.1.1 准同步数字系列PDH ➢5.1.2 同步数字系列
2020/5/21
(n<N)
图 5.1 SDH传输网的典型拓扑结构
低速 信号
10
5.1.2 同步数字传输系列SDH---SDH传输网（3/9）
…
E STM-N
1ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
MUX
E
1
同步复接
STM-N
DMX
同步分接
图5.2 SDH传输网络单元 (a) 终端复用器TM；
终端复用器（TM）
➢ SDH终端的主要功能是复接/分接和提供业务适配 ➢ SDH终端的复接/分接功能主要由TM设备完成。
北美
1.544 4 6.312 7 44.736
24ch
96ch
672ch
6 274.176 4032ch
12 564.992 8064ch
9 432 6048ch
2 1.13Gb / s 16128
4 2.4Gb / s 32256ch
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5.1.1 准同步数字系列PDH---光纤通信制式（2/2）
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 ➢ 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
2020/5/21
12
5.1.2 同步数字传输系列SDH---SDH传输网（5/9）
分接 1
1: m
n 1: m
…
交叉连接矩阵
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5.1.2 同步数字传输系列SDH---SDH传输网（2/9）
TM
低速 信号
STM- N
STM- N
TM
ADM
DXC
ADM
TM
STM- n
STM- n
STM- N
STM- N
STM- N
低速 信号
… …
低速 信号
TM
ADM
DXC
ADM
TM
STM- n
STM- N
STM- N
STM- n
复接 1
m:1
n m :1
配置管理
图5.2 (c) SDH传输网络单元数字交叉连接设备DXC
数字交叉设备（DXC）
➢ 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。
1次群至4次群接口比特率早在1976年就实现了标准化， 并得到各国广泛采用。
PDH主要适用于中、低速率点对点的传输。
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5.1.1 准同步数字系列PDH---PDH存在的问题
PDH存在的主要问题
➢ 北美、西欧和亚洲所采用的三种数字系列互不兼容，造成国际互通困 难。
➢ 没有世界性的标准光接口规范，导致了各个厂家自行开发的专用光接 口大量滋生，限制了联网应用的灵活性，增加了网络的复杂性和运营 成本。
2020/5/21
5
5.1.1 准同步数字系列PDH---光纤通信制式（1/2）
表5.1 世界各国商用光纤通信制式
国家或地区
中国 西欧
基群 /（Mb•S-
1）
2.048 30ch
二次群 /（Mb•S-
1）
4 8.448 120ch
三次群 /（Mb•S-
1）
四次群 /（Mb•S-
1）
4 34.368 4139.264 480ch 1920ch
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3
5.1 两种传输体制
光纤大容量数字传输目前都采用同步时分复用(TDM)技术。 复用 又分为若干等级，先后有两种传输体制：
➢准同步数字系列(PDH) ➢同步数字系列(SDH) 随着光纤通信技术和网络的发展，PDH遇到了许多困难。美国提 出了同步光纤网(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。
五次群 /（Mb•S-
1）
4 564.992 7680ch
六次群 /（Mb•S-1）
2 1.13 15360ch
4 2.4 30720ch
日本
1.544 24ch
4 6.312 5 32.064 3 97.728 4 397.20 4 1.5888
96ch
480ch 1440ch 5760ch 23040ch
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。
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各次群比特率相对于其标准值有一个规定的容差， 而且是异源的，通常采用正码速调整方法实现准同步复 用。