数字光纤通信系统简介
通信概论专题知识课件——数字光纤通信系统
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
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。
数字光纤通信系统的工作原理
数字光纤通信系统的工作原理数字光纤通信系统是一种高速、高带宽的数据传输技术，其工作原理基于光学和电学的相互作用。
数字光纤通信系统主要由三部分组成：发射机、光纤传输线路和接收机。
发射机是数字光纤通信系统中的第一部分，它将电信号转换为光信号并将其发送到光纤传输线路上。
发射机主要由三个部分组成：激光器、调制器和驱动电路。
激光器是发射机的核心部件，它能够产生高强度、单色、相干的激光束。
调制器则是将电信号转换为激光脉冲的设备，它能够对激光束进行调制以便在传输过程中能够正确地识别出每一个二进制位。
驱动电路则是用来控制调制器的工作状态，以便让其按照正确的时间序列进行工作。
光纤传输线路是数字光纤通信系统中的第二部分，它是负责将激光脉冲从发射机传输到接收机的媒介。
在传输过程中，激光脉冲会在光纤中不断地反射和折射，以保证光信号能够稳定地传输到目的地。
光纤传输线路主要由两个部分组成：光纤和连接器。
光纤是数字光纤通信系统中最重要的部件之一，它具有非常高的抗干扰性和传输带宽。
在数字光纤通信系统中，常用的是单模光纤，它能够将激光脉冲通过一个非常小的核心直接传送到接收机中。
连接器则是用来连接不同段光纤的设备，它能够确保激光脉冲在传输过程中不会受到损失或干扰。
接收机是数字光纤通信系统中的第三部分，它负责将从传输线路上接收到的激光脉冲转换为电信号并将其输出。
接收机主要由两个部分组成：探测器和前置放大器。
探测器是接收机中最重要的部件之一，它能够将从传输线路上接收到的激光脉冲转换为电信号。
前置放大器则是用来增强探测器输出信号强度，并将其输出到后续的数字处理器中进行解码和处理。
总之，数字光纤通信系统是一种高速、高带宽的数据传输技术，其工作原理基于光学和电学的相互作用。
通过发射机将电信号转换为光信号并将其发送到光纤传输线路上，再通过接收机将从传输线路上接收到的激光脉冲转换为电信号并将其输出，从而实现了数字信息在长距离范围内的高速、稳定地传输。
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。
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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
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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)。
数字光纤通信系统的组成
数字光纤通信系统的组成数字光纤通信系统是一种高速数字数据传输系统，使用光纤传输数据，具有高速传输、信噪比高、阻抗稳定、抗干扰等优点，已经广泛应用于网络通信、数据中心、智能家居、医疗等领域。
数字光纤通信系统主要由三部分组成：传输设备、光纤线路和接收设备。
传输设备是数字光纤通信系统的核心部分，通常包括发射器和接收器两个组成部分。
发射器主要是将电信号转换成光信号，通过光纤线路传输；接收器则是将接收到的光信号转换成电信号，从而实现数字数据的传输。
发射器中的激光器是数字光纤通信系统中最重要的组件之一，它的性能直接影响到系统的传输速度和传输距离。
光纤线路是数字光纤通信系统的传输介质，它主要是由纤芯、包层、护套等组成。
纤芯是光纤线路中最关键的组件之一，它是光信号的传输通道，通常由高纯度玻璃、石英等材料制成。
包层则是包裹在纤芯外的一层材料，主要作用是保护纤芯，减少信号传输中的损耗。
护套则是包裹在包层外的一层材料，主要是为了保护线路，防止外界物理损伤。
接收设备是数字光纤通信系统中数据接收的最后一环，主要是将接收到的光信号转换成数字电信号，从而实现数据的解析和传输。
接收器通常包括光电探测器、放大器、解码器等组成部分，其中光电探测器是数字光纤通信系统中另一个重要的组件，它主要是将接收到的光信号转换成电信号，为后续的数据处理提供信号源。
综上所述，数字光纤通信系统的组成主要包括传输设备、光纤线路和接收设备三部分。
传输设备中的发射器和接收器是系统中最关键的组件之一，光纤线路是系统传输介质，而接收设备则是数据接收的最后一个环节，对于数据的完整性和准确性具有重要作用。
随着数字通信技术的不断更新和发展，数字光纤通信系统在未来的应用中将会发挥越来越重要的作用。
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。
数字光纤通信系统的组成
数字光纤通信系统的组成数字光纤通信系统是一种高速、高效、可靠的通信系统，它由多个组成部分构成。
本文将从数字光纤通信系统的组成方面进行介绍。
数字光纤通信系统的组成主要包括光源、光纤、光探测器、光电转换器、调制器、解调器、放大器、滤波器、复用器和解复用器等。
光源是数字光纤通信系统的重要组成部分，它产生光信号并将其发送到光纤中。
光源通常采用激光器或发光二极管，它们能够产生高强度、高速度、高稳定性的光信号。
光纤是数字光纤通信系统的传输介质，它能够将光信号传输到目标地点。
光纤通常由玻璃或塑料制成，具有高强度、低损耗、高带宽等优点。
第三，光探测器是数字光纤通信系统的接收器，它能够将光信号转换为电信号。
光探测器通常采用光电二极管或光电倍增管，它们能够将光信号转换为电信号，并将其传输到后续的处理器中。
第四，光电转换器是数字光纤通信系统的重要组成部分，它能够将电信号转换为光信号。
光电转换器通常采用半导体材料制成，具有高速度、高效率、高稳定性等优点。
第五，调制器是数字光纤通信系统的信号处理器，它能够将数字信号转换为模拟信号，并将其发送到光源中。
调制器通常采用电光调制器或直接调制器，它们能够将数字信号转换为模拟信号，并将其发送到光源中。
第六，解调器是数字光纤通信系统的信号处理器，它能够将光信号转换为数字信号，并将其传输到后续的处理器中。
解调器通常采用光电调制器或直接解调器，它们能够将光信号转换为数字信号，并将其传输到后续的处理器中。
第七，放大器是数字光纤通信系统的信号增强器，它能够增强光信号的强度和稳定性。
放大器通常采用光纤放大器或半导体放大器，它们能够增强光信号的强度和稳定性，并将其传输到目标地点。
第八，滤波器是数字光纤通信系统的信号过滤器，它能够过滤掉无用的信号，并提高信号的质量。
滤波器通常采用光纤滤波器或半导体滤波器，它们能够过滤掉无用的信号，并提高信号的质量。
第九，复用器是数字光纤通信系统的信号复用器，它能够将多个信号合并为一个信号，并将其传输到目标地点。
数字光纤通信与模拟光纤通信的区别
数字光纤通信与模拟光纤通信的区别光纤通信是利用光波作载波，以光纤作为传输媒质将信息从一处传至另一处的通信方式。
１９６６年英籍华人高锟博士发表了一篇划时代性的论文，他提出利用带有包层材料的石英玻璃光学纤维，能作为通信媒质。
从此，开创了光纤通信领域的研究工作。
光纤通信分为“数字光纤通信”和“模拟光纤通信”两大类（1）数字光纤通信系统这是目前光纤通信主要的通信方式。
输入采用脉冲编码（PCM）信号。
数字光纤通信采用二进制信号，信息由脉冲的“有”和“无”表示，所以噪声不影响传输的质量。
而且，数字光纤通信系统采用数字电路，易于集成以减少设备的体积和功耗，转接交换方便，便于与计算机结合等，有利于降低成本。
数字通信的优点是，抗干扰性强，传输质量好。
中继器采用判决再生技术，消除传输过程中的噪声积累，延长传输距离。
数字通信的缺点是所占的频带宽，语音电话占用4kHz的带宽，而数字电话占用20kHz～64kHz的带宽。
而光纤的带宽比金属传输线要宽许多，弥补了数字通信所占频带宽的缺点。
（2）模拟光纤通信系统若输入电信号不采用脉冲编码信号的通信系统即为模拟光纤通信系统。
模拟光纤通信最主要的优点是占用带宽较窄，电路简单，不需要数字系统中的模-数和数-模转换，所以价格便宜。
目前电视传输，广泛采用模拟通信系统采用调频（FM）或调幅（AM）技术，传输几十至上百路电视。
避免了电视数字传输中复杂的编码和解码技术，设备价格昂贵等问题。
这种系统的缺点是光电变换时噪声较大。
在长距离传输时，采用中继站将使噪声积累，故只能应用在短距离传输线路上。
如果希望在较长距离上传输，则要先采取脉冲频率调制，然后再送到光发送机进行光强调制。
由于采用FPM调制后，改善了传输信噪比，故中继距离可达20km以上，而且可以加装中间再生中继器。
其传输总长度可达50km～100km。
数字光纤通信系统是一种通过光纤信道传输数字信号的通信系统。
由于数字信号只取有限个离散值，可以通过取样、判决而再生，所以这种通信系统对信道的非线性失真不敏感，再通信全程中，及时由多次中继、失真（包括线性失真和非线性失真）和噪声也并不会积累。
数字光纤系统
光信号
140/34 Mb/s
光 /
分 接 34 /8 Mb /s
P DH
34/140 Mb/s
8/ 34 Mb /s 复 接
电 /
电
分 接 8/2 Mb/s 2/8 Mb/s 复 接
光
分接
复接
光信号
2 Mb /s(电信号)
155 Mb/s 光接 口
SD H AD M
155 Mb/s 光接 口
2 Mb /s(电信号)
(1)
(2) 没有足够的开销比特，使网络设计缺乏灵活性。
(3) 上下话路不方便。
5.1.2同步数字系列SDH 1. SDH 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
STM-N
STM-N
TM
AD M
DXC
AD M
TM
STM-n
STM-n
低速 信号
STM-N
STM-N
STM-N
第 5 章 数字光纤通信系统
5.1 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
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。
P ath Line Sect ion P ho ton ic
(b )
第6章 数字光纤通信系统-电子通信专业
光纤
6.1
两种传输体制
6.1.2 同步数字系列SDH
SDH传输网各组件功能： 终端复用器TM：信道的分接和复接
E
1
STM-N
MUX …
STM-N
… DMX
E
E
1
E
1
1
同步复接
同步分接
6.1
两种传输体制
6.1.2 同步数字系列SDH
SDH传输网各组件功能： 分插复用设备ADM： 卸下信息给本地用户
帧(Frame)指一组相邻接的数字时隙(time slot)，其中各数字
时隙的位置可以根据帧定位信号来加以区别。有时出于需要， 由几个帧构成一个复帧(Multiframe).
1Bit
帧长125us
第3信道 1个字节
时隙 帧 t 开 24 销 1 2 3
1帧
帧 开 24 销 1 2 3 1帧
Ts
帧 开 24 销 1 2 3
1帧
信道数 帧 开 24 销 1 2 3 时间
1.544Mb/s基群24个信道的帧结构
6.1
两种传输体制
6.1.1 准同步数字系列PDH
1Bit
帧长125us
第3信道 1个字节
时隙 帧 t 开 24 销 1 2 3 1帧
帧 开 24 销 1 2 3 1帧
Ts
帧 开 24 销 1 2 3 1帧
信道数 帧 开 24 销 1 2 3 时间
目前应用广泛的是DXC 1/0，DXC4/1，DXC4/4
6.1
两种传输体制
6.1.2 同步数字系列SDH
DXC在干线传输网中的主要用途是：
实现自动化的网络配置管理。主要功能有：
（1）分离本地交换业务和非本地交换业务
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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。
这种调制方式称为开关键控，即on-off key ，简称OOK 方式。
4. 在接收端，光接收机将数字光信号转换为数字电信号。
接收端一般采用直接检测方式将光脉冲信号转换成电流信号。
当光脉冲照射在光电检测器的光敏面时就有一个相应的电流脉冲产生，从而接收到“1”码，无光时接收到“0”码。
这种采用直接调制/检测方式工作的光纤通信系统称为IM/DD 系统。
同时为了提高系统的灵敏度，并检测微弱光信号，接收端可以采用相干检测工作方式，在接收端加本振光源，使之与接收到的微弱光信号在光电检测器中产生混频效应，并获得相应的电信号。
5. 接收端输出接口的功能与输入接口的功能相反，接收端PCM 端机则完成数字分接，将高速数字信号解复用，分解成多路低速信号，通过数模转换将数字信号还原为模拟信号并送给用户。
如果待传输的信息本身即为数字信号，则无需转换设备。
6. 中继器。
对于长途传输系统，每隔一定的距离必须加中继器。
光纤通信系统的中继器可以采用光-电-光方式工作，也可以采用直接光放大方式工作。
光-电-光的3R 中继方式优点可以修复传输中的信号失真，但结构复杂，实际应用难以实现。
但直接光发大运用EDFA 的方式放大又使得信号失真，噪声增加明显，也存在缺点。
当前处于实验室研究阶段的全光3R 中继则可以同时弥补以上两种中继方式的缺点，实现更好的中继效果，但离实际生产应用还存在一定的距离。
输入电信号 电信号 光信号 光信号 输出图1三．数字光纤通信系统的性能指标数字光纤通信系统的基本指标是误码率（BER），其定义是在一定的观测时段内，错误判决的比特数与传输的总比特数之比，即误码率=某一时段内的错误比特数/同一时段内传输总比特数。
光纤通信系统的误码率应在10-12-10-9之间。
同时，因为突发事件造成的短时间内大量误码可能造成系统传输达不到规定的误码率指标，所以应用到其他指标作为误码率指标的补充，用来衡量系统的可用性。
比如严重误码秒比例，为误码率超过10-3的秒在观测时段内所占的比例，其他的指标均可在ITU-T中找到规定。
四．数字光纤通信的传输体制采用时分复用（TDM）技术将多路数字基带信号复接成高速的单路串行信号，然后转换成光脉冲送进同一根光纤传输，这是高速光纤数字传输的基本方式，因此如何将多路低速信号复接成高速信号成为了数字光纤通信传输中的重要环节。
当前有两种体制传输，即准同步数字系列（PDH）和同步数字系列（SDH）。
PDH 早在1976年就实现了标准化，但是随着光纤通信技术和网络的发展，PDH的发展遇到了很多困难。
因此美国后来又提出了同步光网络（SONET）标准。
1988年，ITU-T参照SONER提出来SDH规范，现在已经成为了主要的数字传输体制，在光纤以及微波和卫星干线的信息传输中都得到了很好的应用。
(一)准同步数字系列—PDH1.PDH简介。
采用准同步数字系列(PDH)的系统，是在数字通信网的每个节点上都分别设置高精度的时钟，这些时钟的信号都具有统一的标准速率。
尽管每个时钟的精度都很高，但总还是有一些微小的差别。
为了保证通信的质量，要求这些时钟的差别不能超过规定的范围。
因此，这种同步方式严格来说不是真正的同步，所以叫做“准同步”。
在北美PDH通常被称为异步数字体系。
初期人们主要致力于复用数字音频信号，一个带宽为4KHz的模拟音频信号可以每秒采样8000次，每个采样点用8比特量化编码，这就产生了一个比特率为64kbit/s的数字音频数据流。
高速信息流则被定义为多个这样的64kbit/s基本信息流的组合。
对于这些高速信息流，世界上不同的地方有不同的标准。
在北美，64kbit/s的信号被称为DS0,1.544Mbit/s信号被称为DS3等，而欧洲则被标记为E0、E2、E2等。
各国的PDH 系统只有一次群和日本标准的二次群信号采用同步复用，其余各高次群均采用准同步复用方式。
2. PDH 的两种基础速率。
以1.544 Mbit/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 Mbit/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。
对于以2.048 Mbit/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 Mbit/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。
3. PDH 的复用技术。
PDH 数字复用系统由数字复接器和数字分接器组成，如图2所示。
数字复接器是把两个或两个以上的支路按时分复用方式合并成一个单一的高次群数字信号的设备。
数字分接器的功能是把已合成的高次数字信号分解成原来的低次数字信号。
图24. PDH 的缺点。
PDH 可以很好的适应传统的点对点通信，但这种数字系列主要为传输话音设计，这样的结构已远远不能适应现代通信网络对信号宽带化，多样化的要求。
（1） PDH 的多种体系之间互不兼容，对国际互通造成困难（2） PDH 的高次群是异步复接，无法直接从高次群中直接提取支路信息，缺乏灵活性。
（3） 没有统一的光接口，PDH 仅仅规范了电接口的技术标准，各厂家开发的光接口互不兼容，限制了联网应用的灵活性，增加了网络的复杂性。
（4） PDH 预留的插入比特较少，使得网络的运行、管理和维护较为困难，无法适应新一代网络的要求。
（5） PDH 建立在点对点传输的基础上，网络结构简单，无法提供最低次群（ 1 ）（ 2 ）（ 3 ）（ 4 ） 低次群复接器 分接器佳的路由选择，使得设备利用率较低。
（二）同步数字系列—SDH1.SDH起源与发展。
SDH在美国提出的SONET基础上发展起来，初始提出SONET时是用来解决AT&T解体后各供应商之间的设备互操作问题。
从合到分的变化反映了平等接入的概念，原意是让客户具有从当时的AT&T、MCT和Sprint中选择长距离载体的权利。
许多标准化组织在MCI发出制定满足跨段互通需求的标准的请求后，纷纷开始与SONET相关的研究工作。
在SONET标准制订期间，北美和欧洲的基本速率方案经过多次修改定为SONET帧信号速率为51.84Mbit/s，于是促成了北美和欧洲标准的完全兼容，相关建议集中到一起成了如今的同步数字系列（SDH）。
2.SDH的复用等级。
SONET的最低传输速率称为一级光载波信号（OC-1）,SHI 51.84Mbit/s。
一级同步传送信号是形成OC-1的基础，OC-1又是整个同步光信号复用体系的基础。
高级别的信号由低级别的信号复用而成。
高级别信号是指STS-N(电信号)和OC-N（光信号），N为整数。
其中OC传输系统可以复用的N的值为1,3,9,12,18,24,36,48直到768。
3.SDH的设备。
SDH传送单元包括SDH终端设备，分插复用设备（ADM），数字交叉连接设备等网络单元。
SDH终端的主要功能是复接/分复接和提供业务配合。
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转发部分和本地上传部分合成输出。
DXC类似交换机，它一般有多个输入和多个输出，通过适当配置提供不同的端到端连接。
4.SDH技术的优点。
(1)统一的比特率: 在PDH中，世界上存在着欧洲、北美及日本三种体系的速率等级。
而SDH中实现了统一的比特率。
此外还规定了统一的光接口标准，因此为不同厂家设备间互联提供了可能。
(2)极强的网管能力: 在SDH帧结构中规定了丰富的网管字节，可提供满足各种要求的能力。
(3)自愈保护环：在SDH设备还可组成带有自愈保护能力的环网形式，这样可有效地防止传输媒介被切断，通信业务全部终止的情况。
(4)采用字节复接技术，使网络中上下支路信号变得十分简单。
由于SDH具有上述显著优点，它将成为实现信息高速公路的基础技术之一。
但是在与信息高速公路相连接的支路和叉路上，PDH设备仍将有用武之地。
信息高速公路近来已成为人们的热门话题。
到21世纪，人们借助与信息高速公路，可以在家中完成各种日常活动。
而构成信息高速公路的最基本单元——公路——就将由SHD设备构成。
5.SDH技术前景。
随着数据业务逐渐成为全网的主要业务，传统的电路交换网将逐渐向分组网特别是IP网演进。
作为支持电路交换方式的SDH的TDM结构将越来越不适应未来业务的发展，独立的SDH设备的长远命运正在受到严重挑战。
但是SDH作为一项代表性的技术仍在不断发展，以寻求更大的生存空间。
这种挑战在中国这样的环境下，SDH在中近期仍将继续发展。
（1） SDH本身高低端的发展潜力（高于40Gbit／s，低于155Mbit ／s）。
（2）未来的超大容量的核心光传送网需要更多的SDH接入设备。
（3）近期仍然是可靠性和生存性最高的传送网技术。