《现代通信网络技术(2)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《现代通信网络技术(2)（43页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第2章 传送网络技术2.1 光纤通信技术学习要求：1掌握光纤通信的含义和优点2了解光纤通信系统组成及工作原理3熟悉光纤的基本特点一光纤通信的基本概念1定义以光波为载波，用光导纤维作为传输媒介的一种通信方式。2工作范围光波属于电磁波范畴，由紫外线、可见光、红外线组成。光纤通信工作波段在0.81.8m，属于近红处区。有三个常用工作波长窗口：0.85m、1.31m、1.55m3优点(1)传输频带宽，通信容量大；(2)传输损耗小，通信距离长；(3)抗电磁干扰能力强；(4)线径细、重量轻(5)资源丰富4光纤通信与电通信的区别(1)传输信号不同电/光(2)传输媒介不同金属线、无线/光纤5关键技术光源技术、
2、光纤技术、光电检测技术、光放大技术、光信号复用技术、无源光器件二光纤通信原理1.光纤通信系统组成目前采用的光纤通信系统多为数字编码、强度调制一直接检波的光纤通信系统。光发送:包括调制器、光源 完成电光转换，并把光信号耦合送入光纤传输。光传输：包括光纤、光中继器 传输光载波信号。光接收：包括光电检测器、放大再生 完成光电转换2.光纤通信系统分类见表2-63.光纤 (1)光纤的组成主要成份是(SiO2)石英玻璃，由纤芯和包层两部分组成的同心圆柱体。纤芯完成光信号的传输，包层是将光信号封闭在纤芯中并保护纤芯。为使光信号能包在纤芯中，纤芯的折射率n1应大于包层的折射率n2。(2)光纤的分类根据光纤横截
3、面上折射率分布不同，分为阶跃型光纤和渐变型光纤；根据光纤中传输模式数量的多少，分为单模光纤和多模光纤。模式指的是电磁场的分布形式。(3)优点通信频带宽且通信容量非常大；光纤的损耗低，所以传输距离长；不受电磁干扰；保密性能好；通信质量高。(4)光纤传输特性损耗特性光脉冲信号经光纤传输后，幅度下降的现象称为损耗。光纤自身的损耗:吸收损耗和散射损耗，光源与光纤的耦合损耗，光纤之间的接续损耗和弯曲损耗等。色散特性光脉冲信号经光纤传输后，光脉冲展宽的现象称为色散。原因：光脉冲信号中的不同频率成份，不同模式，在光纤中传输时，因速度不同而产生的群时延差所引起。色散会随着传输距离的增长导致传输频带变窄信号发生
4、畸变，严重时会造成码间干扰，影响着光纤数字通信系统的传输容量和传输距离。光纤的色散包含：材料色散、波导色散和模式色散。单模光纤中无模式色散，只有材料色散和波导色散，且两者合成在1.31m处有一零色散点。3.光发射机(1)作用：将电信号进行电/光变换并将光信号送入光纤传送。输入接口：解决阻抗匹配，码型变换，接口电平速率等问题。线路编码：将数字信号转换成适应光纤中传输的码型，并同时具有误码监测等功能。调制电路和光源：将电信号变成利于驱动光源的调制电流并使光源按照调制电流的规律发光，形成光脉冲输出进入光纤。控制电路：由自动温度控制（ATC）和自动光功率控制（APC）电路组成，防止由于环境温度变化和器
5、件老化，影响输出光功率的稳定而采取的措施。(2)数字光纤通信的线路码型对光纤线路的要求：要避免信号系统中出现长连“0”或长连“1”码；能进行不中断业务的误码监测；尽量减小信码流中直流分量的起伏。只能采用单极性归零码或单极性非归零码。目前，常用的光纤线路码型有mBnB码，插入比特码和加扰码。mBnB码，又叫分组码，是把输入的信息码流以m比特（mB）分为一组，再按一定规则变换成n比特（nB）一组的码输出。要求nm。插入比特码是把输入的信息码流按m比特为一组分组，再在每组的m位之后插入一个比特，组成线路码。根据插入码的功能不同，可分为：mB1P码，P为奇偶校验码；mB1C码，C是m比特最后一位码的反
6、码，常利用C码规律，进行误码监测；mB1H码，H为混合码，除具有P、C码功能外，还可以用做辅助信号，区间通信等。4.光接收机作用：把经过光纤传输后，脉冲幅度被衰减、宽度被展宽的微弱信号转变成电信号，并放大再生，恢复出原信号。光电检波器作用：把激光信号转换成电信号。常用器件为光电二极管PIN和雪崩光电二极管APD。前置放大器是与光电检波器紧相连的由于光电检波器输出的光电流十分微弱，所以要求前置放大器具有低噪声高增益和足够的带宽特性，以便获得较大的信噪比。主放大器增益：受AGC控制的可变增益放大器。其功能：将光电流进一步放大以便判决，另外利用增益可调功能，使输出信号幅度不受输入信号大小的影响，使输
7、出信号稳定。均衡器形成利于判决的波形。AGC电路称为自动增益控制电路，根据主放大器输出信号幅度的大小来改变主放大器增益，使主放输出稳定；另外光电检波器采用APD管时，可以调节APD管的雪崩倍增系数，以改变光电流输出的大小，从而使主放输出稳定。线路解码是线路编码的反过程。输出接口与输入接口功能类似，解决光端机与电端机的接口问题。5.光中继器为延长通信距离，补偿光信号能量的衰减，恢复失真的波形，使光脉冲得到再生，在长途光纤通信系统中，一般每隔一定距离（约50km左右）要设置一个光中继器。类型：光电光中继器：将光信号转换成电信号放大、整形后再转换成光信号进行传送。光光中继器，利用光放大器直接对光信号
8、进行放大处理。目前，SDH光纤通信系统中多采用光电光形式的中继器，DWDM光纤通信系统中采用光光形式的中继器。6光纤通信系统设计光纤通信系统设计主要是根据光纤的损耗特性和色散特性来设计通信系统传输的最大中继距离。根据侧重点不同，光纤通信系统分为损耗限制系统和色散限制系统。损耗限制系统是在传输速率不高、光纤带宽足够宽，不需考虑色散问题，只由损耗来确定光纤通信系统的最大中继距离。即：光发射机功率=接收机灵敏度+L公里光纤的损耗+光纤接头损耗+富余量色散限制系统是指传输速率大于140Mbit/s时，如果中继距离过长，由色散影响造成光脉冲过大的展宽，引起码间干扰，而降低接收机灵敏度 。色散限制系统脉冲
9、展宽的程度用核算脉冲的上升时间来描述。利用估算和试凑法求出最大中继距离，然后再与损耗限制系统计算出的中继距离进行比较，选出距离短的作为设计中继距离，并适当加以修正。作业：1光纤通信是指（ ）。2光波属于（ ）的范畴，它由（ ）（ ）（ ）组成。3光纤通信工作波段在（ ），属于（ ）。工作光波长主要有（ ）（ ）（ ）。4光纤通信与电通信的区别主要有两点：一是（ ），二是（ ）。5光纤由（ ）和（ ）两部分组成。各部分的作用是（ ）。6根据横截面上的折射率分布不同，光纤可分为（ ）和（ ）7根据光纤中传输模式数量的多少，光纤可分为（ ）和（ ）8影响光信号在光纤中传输质量的主要光纤特性有（ ）和
10、（ ）9光纤的损耗是指（ ）10光纤的色散是指（ ）11光纤通信的主要优点有哪些？12光纤通信系统中为什么要加光中继器？2.2 PCM通信系统学习要点1掌握数字信号与模拟信号的区别2熟悉数字通信的特点和主要性能指标3了解PCM通信原理及实现的关键技术一概述1.模拟信号和数字信号的特点表征信号波形特征的物理量：时间和幅度。模拟信号与数字信号的区别是看幅度是否连续；连续信号和离散信号的区别是看时间是否连续。处理和传送模拟信号的通信系统称为模拟通信系统；处理和传送数字信号的通信系统则称为数字通信系统。2.数字通信系统基本模型如图2-1所示。 各部分作用-略3.数字通信的特点(1)抗干扰能力强，通信质
11、量高；(2)便于加密处理，保密性能好；(3)设备便于集成化、微型化、智能化，易于计算机联网；(4)便于构成数字化的综合通信网；(5)占用信道频带宽。4.数字通信系统主要性能指标 (1)有效性指标信息传输速率、符号传输速率、频带利用率。信息传输速率R：是指每秒传送的信息量，单位：比特/秒（bit/s）。符号传输速率N：是指单位时间内传输码元数，单位：波特（Bd）。信息传输速率与符号传输速率的关系是：R=N2M ， M为符号进制数。频带利用率：是指单位频带内传送信息或符号的速率。(2)可靠性指标误码率：在传输过程中某个时段内发生误码的码元个数与传输的总码元数之比。二PCM原理1.脉冲编码调制技术（
12、PCM）采用基带传输的PCM通信系统如图2-3所示发送端：实现模拟信号的数字化（A/D转换）；接收端功能是数字信号恢复成模拟信号（D/A转换）。(1)抽样任务：每隔一定时间将连续模拟信号抽取一个瞬时值（样值）。由电子开实现。抽样后信号的频谱成份，包含有原始信号的频谱和s各次谐波左右的上、下边带。即：sm频谱。奈奎斯特抽样定理：一个频带限于fm赫兹以下的连续信号，可以唯一地用时间上每隔Ts1/2fm秒的抽样值序列来确定，即抽样频率fs2fm。话音信号的最高频率限制在3400Hz，满足抽样定理的最低抽样频率应为fsmin=23400=6800Hz，为了留有一定的保护带，CCITT规定话音信号的抽样
13、频率fs=8000Hz。(2)量化将PAM信号的幅度离散化。量化方法是将样值的幅度变化范围划分成若干个小间隔，每一个小间隔称为量化级；间隔数量称为量化级数；信号的幅度范围被限制在-U+U之间，-U+U称为量化区，小于-U或大于+U的区域称为过载区。量化值取样值所在量化间隔的中间值。量化误差e(t)=量化值-样值。-量化噪声-用量化信噪比衡量。量化有两种：均匀量化和非均匀量化。均匀量化：每一个量化间隔都是相等的，即=2U/N，其中N为量化级数。量化误差在量化区为emax(t)/2，在过载区e(t)/2。采用均匀量化时，由于每一量化间隔的量化误差是相同的，所以，随着量化信号幅度的减小，其量化信噪比
14、也下降。即大信号量化信噪比大；小信号量化信噪比小。解决这一间题的有效方法是采用非均匀量化。非均匀量化的特点是：信号幅度小时，量化分级间隔小，量化误差也小；信号幅度大时，量化分级间隔大，量化误差也大。这样，就可做到在一定的信号动态范围内，使量化信噪比与信号大小无关，从而提高了小信号量化信噪比。(3)编码将抽样量化后的量化值用一组二进制码元来表示。一般为8位码。(4)解码和低通滤波解码是将PCM信号还原为量化的PAM信号。低通滤波是从解码后的PAM信号频谱中恢复原始信号。2压缩编码技术人们把低于64kbit/s数码率的话音编码方法称为话音压缩编码技术。目的：提高信道利用率压缩编码常用的是差值编码技术，它是利用话音信号的相邻样值之间存在很大的
