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1、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 7.5光纤局域网 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 1IM-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。,2PCM端机 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
2、化、编码三个步骤,3数字光纤通信系统的数字系列 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。 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125s，共有32个时隙(TS0TS31)，其中30个话路时隙(TS1TS15及TS17TS31)，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832=256比特，相应的码速为
3、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。,PDH系列的缺点有： (1) PDH有两
4、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。 (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 Di
5、gital 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。,4监视控制系统 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) 监控的内容 监视内容 a在数字光纤通信系统中误码率是否满足指标要求；b各个光中继器是否有故障； c接收光功率是否满足指标要求； d光源的寿命； e电源是否有故障； 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。,控制内
6、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。,(2) 监控信号的传输 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
7、可有不同的方法，其中一种方法是脉冲调顶方法。 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脉冲插入与脉冲分离 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。 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
8、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。,6保护倒换系统 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。,7.2光纤通信的线路码型 1码型转换的必要性和应遵循的原则 码型转换是十分必要的，因为HDB3不能在光纤中传输。,选择线路码型应满足下面要求： (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难；
9、 (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。,(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。,2分组码 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(nm)输出。 mBnB码型有1B2B，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码的优点是： 冗
10、余度较小； 对于三、四次群，可以利用计算机的IC-PROM器件直接编、译码，电路设计得到简化； 连“0”和连“1”数小，定时方便； 可以实现运行误码监测。,3伪双极性码 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。 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。,4插入比特码 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。 mB1C码中插入的C码为补码，这种码
11、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。 常采用的码型有8B1H、4B1H、1B1H。,5加扰二进码 除了以上三种光线通信线路码型外，光纤通信还广泛使用加扰二进码。 它改变了原来的码序列并改善了码流的一些特性(如限制了连“1”和连“0”数),7.3光纤通信系统的性能指标 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
12、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误码性能 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。 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)。,2抖动性能 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
13、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。 抖动产生的原因主要有： 由于噪声引起的抖动。 时钟恢复电路产生的抖动。 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。,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： 输入抖动容限； 输出抖动； 抖动转移特性。,7.4光纤损耗和色散对系统的限制 1光纤损耗对系统的限制 光纤通信系统受到光纤损耗的限制，因此，我们要
14、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光纤色散对系统的限制 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。,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；3dB为光源谱线的半高全宽；Tb为系统的数字传输速率的倒数。,
15、根据上式估算的结果可以得出： (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。 (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。,(3) STM-64系统在选
16、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。 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 1光纤局域网的概念 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。 2LAN的拓扑结构 光纤局域网的基本拓扑结构形式，
