光纤通信系统培训课件

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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。2 PCM端机(Pulse Code Modulation)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

2、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 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

3、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

4、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

5、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。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

6、； 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

7、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。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

8、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。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

9、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；(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) 可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(n

10、m)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

11、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它改变了原

12、来的码序列并改善了码流的一些特性( ( 如限制了连如限制了连“1 1”和连和连“0 0”数数) ) 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

13、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

14、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

15、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。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

16、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-