光纤通信系统 PPT

PDH
(1) PDH有两种系列，即以2.048Mb/s为基群 及以1.544Mb/s为基群的体系，相互间难以互 通和兼容。
(2) 由于没有统一规范的光接口，不同厂家的 设备在光路上不能互通，必须转换成标准电 接口才能互通，限制了联网应用。
(3) PDH高次群信号中的低次群信号位置没有指 示，因此要从中取出/插入一个低次群信号(俗 称上/下电路)很不方便，必须逐级分接、复接 才能实现，需要设备多，上下业务费用高。
2 PCM
通信中传送的许多信号(如话音、图像 信号等)都是模拟信号。PCM端机的任 务，就是把模拟信号转换为数字信号 (A/D变换)，完成PCM编码，并且按照 时分复用的方式把多路信号复接、合群， 从而输出高比特率的数字信号。
PCM编码包括取样、量化、编码三个步 骤
3 为了提高信道利用率，可使多路信号沿同一信道传 输而又互不干扰，这就是多路复用。
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LAN
(1) 总线型结构
在图7-5-2中给出了总线型结构的示意图，从中可以看出， 每个分站都有光发射和光接收部分，每个终端站与光纤之 间都有光分支耦合器相连，这样用户可以通过光分支耦合 器将各终端。所要传输的光信号耦合进入传输光纤，或实 现由传输光纤中分取少量光信号的操作，从而在一个服务 区域内通过一条光纤传输多路信号，完成各终端间的数据 互通。
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光纤色散会使系统性能参数恶化，比较重要的有三类：
(1) 码间干扰
(2) 模分配噪声
(3) 啁啾声。
那么光纤色散对系统的中继距离有哪些影响呢?
光脉冲在传输过程中会使光脉冲展宽，造成光脉冲展宽 重叠的原因很多，包括：光纤色度色散、频率啁啾、差 分群延迟、抖动和反射等。其中以光纤色度色散的距离 积累影响最为严重。
第七章光纤通信系统
* 7.2光纤通信的线路码型 * 7.1数字光纤通信系统 * 7.3光纤通信系统的性能指标 * 7.4光纤损耗和色散对系统的限制
* 7.6光同步传输网 * 7.7光纤通信系统设计 * 7.8光纤通信系统工程
7.1数字光纤通信系统
1 IM-DD数字光纤通信系统的组成
目前最常用、最主要的方式是强度调制－直接 检测(IM-DD)数字光纤通信系统。
上结结论虽然不一定精确，但是作为理解ITU-T 光接口分类的基础是有意义的。
7.5光纤局域网
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所谓光纤局域网(LAN)是指利用光纤将较为靠近 的许多用户连接起来的网络，这样网上的所有 用户都可以通过该网络进行相互数据交流。
2 LAN
光纤局域网的基本拓扑结构形式，有星型、环 型、总线型和树型以及它们间的不同组合。
( 3 ) STM-64 系 统 在 选 用 SLM 激 光 器 ， 且 选 用 1550nm工作波长区，不加光放大器也不加色散 补偿的情况下，最大无再生距离至多为37km。 超过37km必须加色散补偿措施。
(4) STM-256系统无补偿措施不能用于局间通信， 而且简单的补偿办法也是行不通的，因为仅频率 啁啾引起的波形展宽就可能使脉冲展宽一倍，表 7-4-1估算结果的误差可能大到已经失去了参考 价值。STM-256系统需要光源的外调制、光放大 和色散补偿多重技术同时采用。可见STM-256系 统目前的传输成本不支持其实用化。
(2)
星型网络拓扑结构具有交换的功能，使之有别于 总线型网络结构。
星型网络结构如图7-5-4所示，从图中可以看出， 它是利用点对点的光纤传输，将所有节点
脉冲复接是将监控信号、公务联络信号、区 间通信信号等汇接后在读脉冲的作用下，将上述
信号插入信码流经编码后多余的时隙中，然后在光 纤中传输。
在光纤通信系统的接收端设有脉冲分离电路。
它的作用与脉冲插入电路相反，将插入的监控信号、 公务联络信号、区间通信信号分离出来，送至相应 的单元中。
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传输故障主要来源于光缆线路，且多 为人为故障，因而需要设置另外一套 光端机、光中继器以及光缆线路，供 一个或多个主用系统共同备用，当某 一个主用系统出现故障，则可以通过 倒换装置，启用该备用系统，以保证 信息的正常传输。
通常用长期平均误码率、误码的时间百分数和误码 秒百分数来表示。
长 期 平 均 误 码 率 简 称 误 码 率 ( BER：Bit Error Rate)它表示传送的码元被错误判决 的概率，
但它不能反映反统是否有突发性、成群的 误码存在，为了有效地反映系统实际的误 码特性，还需引入误码的时间百分数和误 码秒百分数。常用的有劣化分百分数(DM) 和严重误码秒百分数(SES)。
mB1C码中插入的C码为补码，这种码除了进 行误码监测外，还可以减少连“0”或连“1” 的不良影响。
mB1H码中插入的H码为混合码。这种码型具 有多种功能。它除了可以完成mB1P或mB1C 码的功能外，还可同时用来做几路区间通信， 公务联络、数据传输以及误码监测的功能。 从使用上看mB1H有较强的优势。
估算色散受限距离的简明公式：
式中，Dm为光纤在工作波长范围内的最大色散 系数；Δλ3dB为光源谱线的半高全宽；Tb为系统 的数字传输速率的倒数。
(1) STM-4的最大色散受限距离与最大衰耗受 限距离基本相当，因此PDH系统都是衰耗受限 系统，色散的影响可以忽略不计，工程设计时 只要工作波长不超过C区和D区范围，光纤产 品的色散特性甚至无需检验。速率等级高于 STM-4的系统的最大无再生传输距离主要取决 于色散的限制。
(4) PDH各等级的帧结构中预留的插入比特(开 销)很少，使网络无法适应不断演变的管理要求， 更难以支持新一代的网络。
为此，CCITT根据世界各国间通信联网的需要， 制定了同步数字系列SDH(Synchronous Digital Hierarchy)的建议。在用光纤来构成基于SDH 的传输网时，也称为同步光网 SONET(Synchronous Optical Network)，是一 种新一代的理想传输体制。
7.2光纤通信的线路码型
1 码型转换是十分必要的，因为HDB3不能在光纤 中传输。
(1) 码流中“1”及“0”码的出现是随机的，可 能会出现长串的连“1”或连“0”，这时定时 信息将会消失，使接收机定时信息提取产生困
(2) 简单的单极性码流中有直流成分，且当码流 中“0”与“1”作随机变化时直流成分也作随 机变化，从而引起数字信号的基线漂移，给判 决和再生带来困难。
相应的码速为2.048Mb/s。
为了实现更多路信号的复用，可采用数字复接的 方法将几个低次群复接成一个高次群，如将4个 32路的基群复接成一个二次群，四个二次群复接 成一个三次群等等。
目前，有一些的数字通信设备采用准同步数字系 列PDH(Plesiochronous Digital Hierarchy)，其复 接结构采用异步方式，即各支路的数字信号流标 称速率值相同，它们的主时钟是彼此独立的，但 通过加进一些额外的比特使各支路信号与复接设 备同步，并复用成高速信号。 PDH系列可很好地适应传统电信网的点对点通信， 但难以适应动态联网要求，也难以支持新业务的 开发及现代的网络管理。
常采用的码型有8B1H、4B1H、1B1H。
7.3
目前，ITU-T已经对光纤通信系统的各个速率、各 个光接口和电接口的各种性能给出具体的建议，系 统的性能参数也有很多，这里介绍系统最主要的两 大性能参数，误码性能和抖动性能。
1 系统的误码性能是衡量系统优劣的一个非常重要的 指标，它反映数字信息在传输过程中受到损伤的程 度。
2 所谓数字信号的抖动一般指定时抖动，它是数字传 输中的一种不稳定现象，即数字信号在传输过程中， 脉冲在时间间隔上不再是等间隔的，而是随时间变 化的一种现象，这种现象就称为抖动。
① 由于噪声引起的抖动。 ② 时钟恢复电路产生的抖动。 ③ 其他原因引起的抖动。引起抖动还有其他原因， 如数字系统的复接、分接过程，光缆的老化等。
可以互相讨论下，但要小声点
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控制内容当光纤通信系统中主用系统出现故障 时，监控系统即由主控站发出倒换指令，遥控 装置将备用系统接入，将主用系统退出工作。 当主用系统恢复正常后，监控系统应再发出指 令，将系统从备用倒换到主用中。
另外，当市电中断后，监控系统还要发出启动 电机的指令，又如中继站温度过高，则应发出 启动风扇或空调的指令。同样，还可根据需要 设置其他控制内容。
4 监控系统为监视、监测和控制系统的简称。它与其他 通信系统一样，在一个实用的光纤通信系统中，为保 证通信的可靠，监控系统是必不可少的。 (1)
a 在数字光纤通信系统中误码率是否满足指标要求； b c d e f 环境的温度、湿度是否在要求的范围内。 除上述内容外，还可根据需要设置其他监测内容。
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多路复用的方法主要有频分复用、时分复用、码分 复用等，数字通信中广泛采用时分复用方式。
按CCITT对话音PCM数字信号复用的建议，有两 种基群系列，即PCM30/32路系统(我国及西欧采用) 及PCM24路系统(日美采用)。在PCM30/32路系统 中，帧长125μs，共有32个时隙(TS0～TS31)，其中 30个话路时隙(TS1～TS15及TS17～TS31)，TS0时 隙用作帧同步，TS16时隙用作信令及复帧同步。由 于每个时隙包含8个比特，故一帧共有8×32=256比特，
这种方法在使用5B6B码型的机器上，用来传输监控 信号，此外还可传输公务区间通信等信号。
b 时分复用方式。
这种方式就是在电的主信号码流中插入冗余(多余) 的比特，用这个冗余的比特来传输监控等信号。
5 在一个实用的光纤通信系统中，除了要传输从
电端机送来的多路信号之外，为了使整个系统完善 地工作，还需传送监控信号、公务联络信号、区间 通信信号以及其他信号。
这种编码的优点是可使信码流的直流分量为0， 缺点是冗余度大，仅在基群和二次群系统中使 用。
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插入比特码是将信码流中每m比特划为一组，然后 在这一组的末尾一位之后插入一个比特码输出， 根 据 插 入 码 的 类 型 分 为 ： mB1P码 ， mB1C码 ， mB1H码。
mB1P码中插入的P码为奇偶校验码，利用它 可实现误码监测的功能。
mBnB 码 型 有 1 B2B，2B3B，3B4B，5B6B， 5B7B，6B8B等。我国在三次群或四次群系 统中常采用5B6B编码。
5B6B
· ·对于三、四次群，可以利用计算机的IC-PROM 器件直接编、译码， ·连“0”和连“1”数小， ·可以实现运行误码监测。
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光纤通信中使用的伪双极性码是用“11”和“00” 来代表双极性码中的+1和-1。
(2) STM-16系统用于局间通信时必需选用线宽 较 窄 的 SLM 激 光 器 。 不 加 光 放 大 器 情 况 下 ， 1310nm工作波长区最大无再生距离可达50km， 1550nm工作波长区最大无再生距离可达80km 以上。加光放大器不加色散补偿，在1550nm工 作波长区最大无再生距离可达160km。
抖动的单位是UI(Unit Interval)
1UI的时间相差非常大，一般用抖动占UI的 相对值来表示。
由于抖动难以完全消除，为保证整个系统正 常工作，根据ITU-T建议和我国国标，抖动 的性能参数主要有：
①输入抖动容限；
②输出抖动；
③抖动转移特性。
7.4光纤损耗和色散对系统的限制
1 光纤通信系统受到光纤损耗的限制，因此 ，我们要在满足系统的性能指标前提下， 最大限度地延长中继距离。 中继距离的估算一般采用ITU-T G.956所建 议的极限值设计法。
(2)
在光纤通信监控系统中，监控信号是怎样在主控 站和被控站之间传输呢?目前有两类方式：
一类是在光缆中加金属导线对来传输监控信号， 已经逐渐被淘汰；
另一类是由光纤来传输监控信号。
光纤来传输监控信号又可分为如下两种方式
a 频分复用传输方式。
采用频分方式可有不同的方法，其中一种方法是脉 冲调顶方法。
(3) 不可能在不中断业务的条件下检测线路 的BER。 除此之外线路码速比标准码速尽量增加要 小，对高次群光纤通信系统特别重要。还 应具备电路简单等特点。
常用的码型有分组码、伪双极性码、插入 比特码。
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分组码又称为mBnB码。
它是把输入信码流中每m比特码分为一组， 然后变换为n比特(n＞m)输出。