光纤通信系统及设计
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第4章 光纤通信系统及设计
4.1 两种数字传输体制 4.2 光发射机 4.3 光接收机 4.4 光中继器 4.5 系统的主要性能指标 4.6 系统总体设计考虑因素
4.1 两种数字传输体制
➢ 准同步数字体系（PDH）和同步数字体系 （SDH）。
PDH早在1976年实现了标准化，目前还在 使用。随着光纤通信技术和网络的发展，PDH 遇到了许多困难。
图4-1 直接光强模拟调制原理
例如: 模拟调制电路(驱动电路) 工作原理：
图4-2 LED或LD模拟调制电路
2．光源的数字调制
图4-3为LD和LED进行数字信号调制的 原理图。对LD施加了偏置电流Ib。由图 可见，当激光器的驱动电流大于阈值电 流Ith时，输出光功率P和驱动电流之间 基本上是线性关系，输出光功率和输入 电流成正比，所以输出光信号反映输入 电信号。
状态，在饱和状 态时，LED发光。 RCR置123电为为 小流加限 量，速流 的有电电 正利容阻 向于。， 偏 LED高速应用。
➢ 1988年ITU-T参照SONET（同步光纤网）的 概念，提出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，这种体制不仅适用于光信道， 也适用于微波和卫星干线传输。
4.1.1 准同步数字体系PDH
在数字传输系统中，由模拟话音信号 变换为数字信号进行传输时，每一路话 音占用的速率一般为64 kbit/s，通常 称为零次群。如果在同一信道中增加容 量，必须采用多路复用的方法，提高其 传输速率。
*补偿电路—对于LED作光源需加温度补偿 电路使输出光功率恒定。
*控制电路——对于LD作光源需加ATC、 APC等控制电路使输出光功率恒定。
数字光发射机各部分的主要作用简述如下。
1．线路编码
适合于光纤通信的线路码型很多，对线路 码型的要求根据不同情况有所侧重，最基本 的有如下几点。
（1）码型中应包含足够的定时信息。 ➢减少连“l”码和连“0”码的数目； ➢使“1”码和“0”码的分布均匀，保证定时信息丰 富。
不同的速率复接形成一个系列，即由低向 高逐级进行复接，这就是数字复接系列。倘 若被复接的支路不是在同一时钟控制下，它 们的码速率由于各自的时钟偏差不同而不严 格相等.这样的复接称为异步复接，也称为准 同步数字复接体系（PDH）。
国际上主要有两大体系的准 同步数字复接体系，经ITU-T推 荐，两大系列有PCM基群24路系 列和PCM基群30/32路系列。
mB1C码：把原码流分成每m比特一组，然 后在每组mB码的末尾插入1比特补码，这个 补码为mB码组中第i位的反码，称为C码，所 以称为mB1C码。补码插在mB码的末尾，连
“0”码和连“ 1”码的数目最少。
mB1H码是mB1C码演变而成的，在插入
比特的位置，不是完全插入C码，而是交替 插入F帧码。SC公务码，M检测码，D数据码， I区间通信码等形成混合插入（Hybrid）码
是把输入的二进制原码流进行分组，每组有m个 二进制码，记为mB，称为一个码字，然后把一个码 字变换为n个二进制码，记为nB，并在同一个时隙 内输出，称为mBnB码，其中m和n都是正整数，n＞m， 一般取n=m+1。mBnB码有1B2B, 3B4B, 5B6B, 等等。
3）插入比特码
插入码是把输入二进制原始码流分成每m 比特一组，然后在每组mB码末尾按一定规 律插入一个码，组成m+1个码为一组的线路 码流。根据插入码的规律，可以分为mB1C 码、mB1H码和mB1P码。
1988年国际电联标准化组织ITU-T经 充分讨论协商，接受了SONET的概念，并进 行了适当的修改，重新命名为同步数字体系 （SDH）。
4.2 光发射机
4.2.1光源的直接强度调制
*光调制的基本概念
光调制就是用电信号（调制信号）去改变光载波 的某一特征参量。
*光调制分类
*光调制可分为直接强度调制IM和间接调制两大
（2）能实现在线（不中断业务）的误码检测。 （3）信号带宽尽量小，有利于提高光接收机的灵 敏度。
（4）能提供一定的冗余码用于平衡码流、误 码监测和公务通信。 但对高速光纤通信系统，
应适当减少冗余码，以免占用过大的带宽。
数字光纤通信系统常用的线路码型：
扰码、mBnB码、插入码等
1）扰码 为了保证传输的透明性，在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加以 变换，使其接近于随机序列。相应地，在光接收机 的判决器之后，附加一个解扰器，以恢复原始序列。 2）mBnB码
图4-3 直接光强数字调制原理
4.2.2光发射机的基本组成及工作原理
数字信号
LD/LED调制电路有区别
控制电路
线路编码 调制电路
光源
光信号
补偿电路
图4-4 数字光发射机方框图
各部分的作用：
*光源——电导致光器件，实现光电变换。
*线路编码——为实应光纤线路传输和不中 断业务检测误码的要求。
*调制电路——与光源一起把电信号调制成 光信号。
4.1.2 同步数字体系SDH
➢由于PDH存在的固有缺陷、提出一种全新的 体制。 ➢SDH技术可进行同步信息传输、复用、分插 和交叉连接的标准化数字信号的结构等级。 ➢SDH网络由一些基本网络单元组成、具有全 世界统一的网络节点接口。
➢发展过程：最初由美国贝尔通信研究所提 出了同步光网络（SONET）的概念和相应的 标准。1986年成为美国数字传输体系的新 标准。
类。
1．光源的模拟调制
模拟信号的调制是直接用连续的模 拟信号（如语音，电视信号）对光源 进行调制。
图4-1是LD和LED模拟信号的调制 原理，连续的模拟信号电流叠加在
LED或LD直流偏置电流Iቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ上，使其直 流偏置电流Ib工作点处于LED或LD的 P-I特性曲线的线性段的中点，可以减
小光信号的非线性失真。
的形式。因此变为mB1H码。
mB1H码特点：利用冗余信息实现辅助信
息的传送，可在不中断业务时误码检测。
常用的mB1H码，有1B1H码、4B1H码 和8B1H码。
2．光源调制电路
1）LED数字调制电路
图4-5 共发饱和开关调制电路
典型调制电路
如为图“40-5”及。当“U1in”
时，VT分别处于 截止和饱和导通
4.1 两种数字传输体制 4.2 光发射机 4.3 光接收机 4.4 光中继器 4.5 系统的主要性能指标 4.6 系统总体设计考虑因素
4.1 两种数字传输体制
➢ 准同步数字体系（PDH）和同步数字体系 （SDH）。
PDH早在1976年实现了标准化，目前还在 使用。随着光纤通信技术和网络的发展，PDH 遇到了许多困难。
图4-1 直接光强模拟调制原理
例如: 模拟调制电路(驱动电路) 工作原理：
图4-2 LED或LD模拟调制电路
2．光源的数字调制
图4-3为LD和LED进行数字信号调制的 原理图。对LD施加了偏置电流Ib。由图 可见，当激光器的驱动电流大于阈值电 流Ith时，输出光功率P和驱动电流之间 基本上是线性关系，输出光功率和输入 电流成正比，所以输出光信号反映输入 电信号。
状态，在饱和状 态时，LED发光。 RCR置123电为为 小流加限 量，速流 的有电电 正利容阻 向于。， 偏 LED高速应用。
➢ 1988年ITU-T参照SONET（同步光纤网）的 概念，提出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，这种体制不仅适用于光信道， 也适用于微波和卫星干线传输。
4.1.1 准同步数字体系PDH
在数字传输系统中，由模拟话音信号 变换为数字信号进行传输时，每一路话 音占用的速率一般为64 kbit/s，通常 称为零次群。如果在同一信道中增加容 量，必须采用多路复用的方法，提高其 传输速率。
*补偿电路—对于LED作光源需加温度补偿 电路使输出光功率恒定。
*控制电路——对于LD作光源需加ATC、 APC等控制电路使输出光功率恒定。
数字光发射机各部分的主要作用简述如下。
1．线路编码
适合于光纤通信的线路码型很多，对线路 码型的要求根据不同情况有所侧重，最基本 的有如下几点。
（1）码型中应包含足够的定时信息。 ➢减少连“l”码和连“0”码的数目； ➢使“1”码和“0”码的分布均匀，保证定时信息丰 富。
不同的速率复接形成一个系列，即由低向 高逐级进行复接，这就是数字复接系列。倘 若被复接的支路不是在同一时钟控制下，它 们的码速率由于各自的时钟偏差不同而不严 格相等.这样的复接称为异步复接，也称为准 同步数字复接体系（PDH）。
国际上主要有两大体系的准 同步数字复接体系，经ITU-T推 荐，两大系列有PCM基群24路系 列和PCM基群30/32路系列。
mB1C码：把原码流分成每m比特一组，然 后在每组mB码的末尾插入1比特补码，这个 补码为mB码组中第i位的反码，称为C码，所 以称为mB1C码。补码插在mB码的末尾，连
“0”码和连“ 1”码的数目最少。
mB1H码是mB1C码演变而成的，在插入
比特的位置，不是完全插入C码，而是交替 插入F帧码。SC公务码，M检测码，D数据码， I区间通信码等形成混合插入（Hybrid）码
是把输入的二进制原码流进行分组，每组有m个 二进制码，记为mB，称为一个码字，然后把一个码 字变换为n个二进制码，记为nB，并在同一个时隙 内输出，称为mBnB码，其中m和n都是正整数，n＞m， 一般取n=m+1。mBnB码有1B2B, 3B4B, 5B6B, 等等。
3）插入比特码
插入码是把输入二进制原始码流分成每m 比特一组，然后在每组mB码末尾按一定规 律插入一个码，组成m+1个码为一组的线路 码流。根据插入码的规律，可以分为mB1C 码、mB1H码和mB1P码。
1988年国际电联标准化组织ITU-T经 充分讨论协商，接受了SONET的概念，并进 行了适当的修改，重新命名为同步数字体系 （SDH）。
4.2 光发射机
4.2.1光源的直接强度调制
*光调制的基本概念
光调制就是用电信号（调制信号）去改变光载波 的某一特征参量。
*光调制分类
*光调制可分为直接强度调制IM和间接调制两大
（2）能实现在线（不中断业务）的误码检测。 （3）信号带宽尽量小，有利于提高光接收机的灵 敏度。
（4）能提供一定的冗余码用于平衡码流、误 码监测和公务通信。 但对高速光纤通信系统，
应适当减少冗余码，以免占用过大的带宽。
数字光纤通信系统常用的线路码型：
扰码、mBnB码、插入码等
1）扰码 为了保证传输的透明性，在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加以 变换，使其接近于随机序列。相应地，在光接收机 的判决器之后，附加一个解扰器，以恢复原始序列。 2）mBnB码
图4-3 直接光强数字调制原理
4.2.2光发射机的基本组成及工作原理
数字信号
LD/LED调制电路有区别
控制电路
线路编码 调制电路
光源
光信号
补偿电路
图4-4 数字光发射机方框图
各部分的作用：
*光源——电导致光器件，实现光电变换。
*线路编码——为实应光纤线路传输和不中 断业务检测误码的要求。
*调制电路——与光源一起把电信号调制成 光信号。
4.1.2 同步数字体系SDH
➢由于PDH存在的固有缺陷、提出一种全新的 体制。 ➢SDH技术可进行同步信息传输、复用、分插 和交叉连接的标准化数字信号的结构等级。 ➢SDH网络由一些基本网络单元组成、具有全 世界统一的网络节点接口。
➢发展过程：最初由美国贝尔通信研究所提 出了同步光网络（SONET）的概念和相应的 标准。1986年成为美国数字传输体系的新 标准。
类。
1．光源的模拟调制
模拟信号的调制是直接用连续的模 拟信号（如语音，电视信号）对光源 进行调制。
图4-1是LD和LED模拟信号的调制 原理，连续的模拟信号电流叠加在
LED或LD直流偏置电流Iቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ上，使其直 流偏置电流Ib工作点处于LED或LD的 P-I特性曲线的线性段的中点，可以减
小光信号的非线性失真。
的形式。因此变为mB1H码。
mB1H码特点：利用冗余信息实现辅助信
息的传送，可在不中断业务时误码检测。
常用的mB1H码，有1B1H码、4B1H码 和8B1H码。
2．光源调制电路
1）LED数字调制电路
图4-5 共发饱和开关调制电路
典型调制电路
如为图“40-5”及。当“U1in”
时，VT分别处于 截止和饱和导通