通信系统第12章

《通信系统第12章》由会员分享，可在线阅读，更多相关《通信系统第12章（118页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第12章 光纤通信系统设计,12.1 光纤通信系统分类及应用场合 12.2 光纤通信系统设计考虑和主要指标分配 12.3 光纤的选用 12.4 光纤传输的色散补偿 12.5 中继段传输距离的计算,12.1 光纤通信系统分类及应用场合,光纤通信系统可按波长、传输码率、通信容量、光纤类型、 光电器件类型以及应用场合来分类。 关于异步数字系列和同步数字系列的码率和容量已在第11章列出。 表 12.1 所示为按波长和所用光电器件来分类的。,表 12.1 按波长和器件分类,1. 市话局间中继干线系统 一般而言，光纤通信的应用首先都是从城市内市话局间中继线开始的。目前， 我国由于市内电话发展很快，普遍采用

2、程控交换机，用光纤作局间中继线已成为必然趋势。 另外，解决大、中城市对郊县局和卫星城镇的通信问题， 是我国发展城乡经济的一个重要方面，这些卫星城镇与大、中城市的联系应该与大、中城市内部联系一样方便，即向本地网方向发展。 郊县局及卫星城镇距离大、中城市一般为 3070 km，采用光纤通信十分有利，开通 34 Mb/s或140 Mb/s系统，一般可不设或只设一个中继站，即可满足要求。,2. 长途干线系统 国际上自1984 年开始已逐渐不再兴建同轴电缆线路。我国也已决定在一级长途干线上以发展光纤通信、卫星通信和数字微波通信三种方式为主。上述三种通信方式在技术上各有优缺点，但在传输性能、传输容量和抗电

3、磁干扰方面光纤通信占有优势。尤其是在大容量方面，为了适应B-ISDN的传输，长途干线系统传输速率可达 2.4 Gb/s以上。目前， 在较发达的国家， 光纤通信系统已占长途总业务量的50%。,3. 光纤局域网 以光纤为传输介质的局域网(LAN)自1978年开始有研究报导， 但发展极其迅速。 由于光纤本身固有的一些优点以及能传输很高的码率、 抗电磁干扰和保密性等方面较电缆优越，因此其发展前景十分看好。有关光纤局域网的基本情况将在第三篇介绍。,4. 光纤用户接入网 按现代网络功能模块来分，通信网分成接入网、交换网和传输网。接入网(Access Network)是指本地交换机(或其它业务提供点，如有线

4、电视中心等)与最终用户端设备之间的连接网络，又称用户环路。用户环路虽然不长， 但其业务量却是长途干线和局间中继业务量的10 倍， 投资约占市话总投资的50%。 因此，用户接入网在电信网中占有相当重要的地位。随着信息化社会的到来，多媒体通信技术的迅速发展，目前接入网现状远不能满足用户日益增长的对宽带业务特别是图像业务和高速数据业务的需要，成为电信网的“瓶颈”，阻碍着信息高速公路和B-ISDN的进一步发展。当前，在世界范围内用户接入网的建设已成为举世瞩目的焦点之一。,表 12.2 光纤用户环路的形式,其中， 最主要的三种形式为FTTC、 FTTB和FTTH。 (1) 光纤到路边(FTTC)。 FT

5、TC结构主要用于为住宅用户提供服务。光网络单元(ONU)设置在路边，从ONU中出来用同轴电缆传送视像业务，双绞线传送普通电话业务。 (2) 光纤到大楼(FTTB)。FTTB结构是指其ONU设置在大楼内的配线箱处，主要用于综合性大楼、远程医疗、远程教育及大型娱乐场所，为大、中型企事业单位及商业用户服务，提供高速数据、电子商务、可视图文等宽带业务。 (3) 光纤到家庭(FTTH)。 FTTH结构是将ONU设置在用户住宅内，光纤线路自始至终分别连接到每个用户，因此是一种基于点到点的宽带网络结构，可以为每个用户提供足够宽的频带， 可传高速数据乃至高清晰度电视。,12.2 光纤通信系统设计考虑和主要指标

6、分配,1. 开通速率的考虑 开通速率应根据其设计终期容量而定， 例如终期容量为 960 路，则可采用两个 34 Mb/s系统，即到终期为两主一备方案。 一般情况下开通速率越高越经济。码速率的选择主要由话路数决定，如表 12.3 所示。在一条大的光纤通信系统中，各个中继段的通信业务不同，其通信容量即话路数也不同。 因此，不同的中继段， 有可能采用不同的传输码率、不同的电端机和光端机。 这些都要根据实际情况而定。,表 12.3 话路数与码速率的关系,目前的光纤通信网都是准同步系列(PDH)。当向高次群发展时，特别是由小网连成大网，以至于全国、全世界成为统一网时，准同步方式会带来很多困难和麻烦。 因

7、此，从155 Mb/s 开始，应向同步数字系列(SDH)过渡。 就我国的基本情况， 大致可作如下安排： 一级干线应以2.4 Gb/s为主；二级干线应以622 Mb/s为主。 业务量较大的线路也可采用2.4 Gb/s。 对于中远期内业务量不是特别大的线路可采用光设备本身可以“扩容”的光电架设备，以155 Mb/s系统为主，它的总通信容量可达1890 路。对于农村通信一般采用34 Mb/s、 144 Mb/s或155 Mb/s系统就可以了。对于某些经济不发达、人口不集中的地方，8 Mb/s系统也完全可以。,图 12.1 不同光纤码速率与中继距离的关系,2. 工作波长的选择 光纤通信系统所采用的工作

8、波长与码率及中继距离有关。 图 12.1 所示为 1981年CCITT(现ITU-T)根据三种不同传输系统的实用码率与中继距离的关系绘制的曲线，可供考虑时参考。 由于长波长制式的中继距离大，因此，采用长波长可减少中间中继器数量，既可节省投资又可增加可靠性。因此，长途干线和市内局间中继应尽量采用长波长。,3. 光纤类型的选择 若系统的速率达140 Mb/s或以上时，应选择单模光纤， 目前国内单模光纤价格已较多模光纤低。如工程终期容量不大， 可以选择多模光纤，因多模光纤的测试设备和光纤连接器具均较简单。,4. 光源器件的选择 短波长系统，若中继距离要求不长，以采用LED为宜， 因短波长LD的寿命不

9、太可靠， LED具有价格便宜和寿命可靠以及保护简单等优点。 至于长波长系统，可根据中继段长度来选择LD或LED。长波长LD的寿命与短波长LD相比可靠性高。 长波长LED一般可在140 Mb/s及以下系统使用。,图 12.2 中继距离与波长、 系统元器件的考虑,表 12.4 可开通中继距离,5. 线路码型和光纤带宽的选择 对光纤数字通信来讲，由于光源只能以“通”和“断”的方式表示二进制信号，因而光纤数字通信使用的线路码必须是单极性的。所以，在光端机中应进行HDB3双极性码与单极性线路码的变换。采用线路码的好处很多，这点在上一章已经介绍过， 但采用线路码需要提高码速率。如果码率太高， 光接收机的灵

10、敏度就会降低，使传输距离减小。因此，在这些码型中，究竟选用哪一种码型，应根据该码型对所需设备结构的复杂程度和对光接收机灵敏度的影响以及对该码型所实现功能的要求来综合考虑。在光纤通信系统中常用的线路码型有mBnB码、mB1P码、mB1C码和mB1H码。,表 12.5 几种mBnB码的特点比较,6. 占空比的考虑 发送不归零码(NRZ)可比归零码(RZ)光功率大 3 dB，如果激光器发射的最大光功率受峰值功率限制，系统带宽足够，可采用NRZ码，系统可传输较长的距离。但如果调制速率较高， 光纤带宽不够，则码间干扰严重，NRZ码可能导致光接收机灵敏度降低，甚至得不偿失，则应采用RZ码。一般在/T0.5

11、 时，码间干扰引起灵敏度恶化的代价可达 78 dB，均衡器难以均衡。采用NRZ码时还必须注意加大光源输出的平均光功率后，会不会影响其使用寿命的问题。 故应根据具体情况选定。,12.2.2 光纤数字系统的主要性能指标及其分配 1. 误码指标分配 误码性能是衡量光纤数字通信质量的指标。过去对数字电路的误码性能是单纯按误码率来衡量的，如参照G.821建议， 相应中继段误码率指标分配如下： 140 Mb/s系统 Pe110-11 34 Mb/s系统 Pe 110-10 8 Mb/s系统 Pe 110-9 2 Mb/s系统 Pe 110-8,现在，由于考虑综合业务数字网(ISDN)的要求，衡量误码性能的

12、指标除考虑音频电话业务外，还要考虑其它非话业务。 根据G.821建议，可将误码分为三类： 劣化分； 严重误码秒； 误码秒。其定义和指标(在27 500 km的假设参考连接情况下)如表 12.6 所示。,表 12.6 误码类别、 定义和指标,图 12.3 国际电路等级划分,表 12.7 误码指标分配(参照图 12.3 排列等级次序),表 12.8 2048 kb/s系列假设参考数字段误码指标,G.921建议中规定，当实际数字段的长度小于假设参考数字段(HRDS)长，仍按标准的假设段长分配误码指标，例如某省内二级干线全长260 km， 则按表 12.8 中第二类的280 km中级电路给定误码指标。

13、当实际数字段长较HRDS长时， 可按HRDS的整数加倍进行分配。例如，某一级长途干线数字段长为420 km， 可按表 12.8 中第一类的280 km高级电路指标的两倍给定。 应当指出，以上G.821建议是针对64 kb/s速率而言的，但实际上的比特率都高于64 kb/s，而且实际测量都是在高速率上进行的，这就存在不同速率误码指标的转换问题，目前，国内外都在对此进行研究。G.821建议附件D指出，在一些近似条件下可按11 转换。这就是说，上述指标可暂认为也是高速率系统的指标。,由于上述三种误码指标测试需要一个月连续观察数据，因此工程人员常乐于采用原来沿用的平均误码率(BERav)作检验用。 对

14、市话局间中继线，国标GB1182089规定在50km 数字段BERav110-8(连续观察不少于 24 h)，对长途干线而言， 我国尚无明文规定，有人建议对280 km数字段，一级干线应优于110-9，二级干线则优于510-9，但也有人建议架空光缆二级长途干线仍应优于110-9，设计人员可酌情选定。平均误码率要按实际长度公里数分配给中继段。例如，长途干线数字段长280 km，平均40 km一个中继段，则每中继段BERav110-928040=1.4310-10。,2. 抖动指标 抖动指标按国际规定可分为三种： (1) 输入抖动容限。按G.823建议，该容限见图 12.4 和表 12.9，它是对

15、网内任何接口提出的指标，即任何一接口输入端要有抵抗这些抖动而不致出现误码的能力。在工程设计时， 每数字段也按此规定容限处理。图 12.4 是根据CCITT在1991 年 6 月会议修订的文件绘制的。,图 12.4 输入抖动容限,表 12.9 输入抖动容限,(2) 输出抖动容限。这是指没有输入抖动时最大输出抖动。 在G.921建议中，当数字段长度等于或小于假设参考数字段(HRDS)时，规定了最大输出抖动， 该值低于对单个设备的要求(在制造厂的测试记录或说明书中已给出)，该建议见表 12.10。,表 12.10 无输入抖动数字段最大输出抖动,(3) 抖动转移特性。这是指输入口的某些抖动会被转移到输

16、出口，特别是低频抖动。对一个数字段而言，G.921建议规定， 抖动转移增益不超过 1 dB。,3. 可靠性与可用性 可靠性与可用性是光纤通信系统的又一个重要指标。为了提高系统的经济性和可维护性，在系统设计时，应首先明确系统总的可靠性和可用性指标，从而对各个部分的可靠性和可用性提出要求；或者在已知各部分的可靠性与可用性要求时，估算系统总的可靠性与可用性是否达到要求。可靠性与可用性是反映光纤数字通信系统发生故障的时间间隔以及每次故障的维修时间的指标。 常用的表示可靠性与可用性的方法有如下几种： (1) 平均故障间隔时间(MTBF)： 指相邻两次故障的间隔时间。 (2) 平均故障修复时间(MTTR)： 指每次排除故障所需的平均时间。,(3) 可靠性(R)：指产品在规定的条件下和时间内，完成规定功能的能力，常用故障率()来表征，其中表示产品在单位时间里发生失效的概率。 R=e-t (12.1) (4) 可用性(A)：指产品在规定的条件下和时间内处于良好工作状态的概率，