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1、1 1光纤及其应用光纤及其应用辽宁科技大学电信学院通信系2 2重难点重难点 光纤通信系统光纤通信系统 教学内容教学内容 数字光纤通信数字光纤通信系统的组成系统的组成线路码型线路码型系统性能指标系统性能指标系统的性能指系统的性能指标和光纤通信标和光纤通信的线路码型的线路码型第六章第六章 光纤通信系统光纤通信系统 3 36.16.1数字光纤通信系统数字光纤通信系统6.26.2光纤通信的线路码型光纤通信的线路码型6.36.3光纤通信系统的性能指标光纤通信系统的性能指标第六章第六章 光纤通信系统光纤通信系统4 41数字光纤通信系统的组成数字光纤通信系统的组成目目前前最最常常用用、最最主主要要的的方方式
2、式是是强强度度调调制制直直接接检测检测(IM-DD)数字光纤通信系统。数字光纤通信系统。6.1 数字光纤通信系统数字光纤通信系统5 52 PCM端机端机 通通信信中中传传送送的的许许多多信信号号(如如话话音音、图图像像信信号号等等)都都是是模模拟拟信信号号。PCM端端机机的的任任务务，就就是是把把模模拟拟信信号号转转换换为为数数字字信信号号(A/D变变换换)，完完成成PCM编编码码，并并且且按按照照时时分分复复用用的的方方式式把把多多路路信信号号复复接接、合群，从而输出高比特率的数字信号。合群，从而输出高比特率的数字信号。PCM编码包括取样、量化、编码三个步骤编码包括取样、量化、编码三个步骤.
3、6.1 数字光纤通信系统数字光纤通信系统6 63 脉冲插入与脉冲分离脉冲插入与脉冲分离 在在一一个个实实用用的的光光纤纤通通信信系系统统中中，除除了了要要传传输输从从电电端端机机送送来来的的多多路路信信号号之之外外，为为了了使使整整个个系系统统完完善善地地工工作作，还还需需传传送送监监控控信信号号、公公务务联联络络信信号号、区区间间通通信信信信号号以以及及其其他他信信号。号。 脉脉冲冲复复接接是是将将监监控控信信号号、公公务务联联络络信信号号、区区间间通通信信信信号号等等汇汇接接后后在在读读脉脉冲冲的的作作用用下下，将将上上述述信信号号插插入入信信码码流流经经编码后多余的时隙中，然后在光纤中传
4、输。编码后多余的时隙中，然后在光纤中传输。 在在光光纤纤通通信信系系统统的的接接收收端端设设有有脉脉冲冲分分离离电电路路。它它的的作作用用与与脉脉冲冲插插入入电电路路相相反反，将将插插入入的的监监控控信信号号、公公务务联联络络信信号、区间通信信号分离出来，送至相应的单元中。号、区间通信信号分离出来，送至相应的单元中。6.1 数字光纤通信系统数字光纤通信系统7 71码型转换的必要性和应遵循的原则在在数数字字光光纤纤通通信信系系统统中中，所所传传的的信信号号是是数数字字信信号号。然然而而，根根据据原原国国际际电电报报电电话话咨咨询询委委员员会会（CCITT）的的建建议议，在在脉脉冲冲编编码码调调制
5、（制（PCM）通信系统中，接口码速率与接口码型如下表）通信系统中，接口码速率与接口码型如下表 6.2 光纤通信的线路码型光纤通信的线路码型表中，表中，HDB3称为三阶高密度双极性码，这种码型的特点之一是具有双称为三阶高密度双极性码，这种码型的特点之一是具有双极性，即具有极性，即具有+1、-1、0三种电平，这种双极性码由于采取了一定措施，三种电平，这种双极性码由于采取了一定措施，使码流中的使码流中的+1和和-1交替出现，因而没有直流分量，于是在交替出现，因而没有直流分量，于是在PCM 系统的系统的中继器与电缆线路连接时，可以使用变量器，从而实现远端供电，同中继器与电缆线路连接时，可以使用变量器，
6、从而实现远端供电，同时，这种码型又可利用其正、负极性交替出现的规律进行自动误码监时，这种码型又可利用其正、负极性交替出现的规律进行自动误码监测等。测等。 8 8选择线路码型应尽量解决以下问题：6.2 光纤通信的线路码型光纤通信的线路码型常用的码型有：常用的码型有：分组码、伪双极性码、插入比特码。分组码、伪双极性码、插入比特码。(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)(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
7、带来困难。(3)尽可能在不中断业务的条件下检测线路的BER。9 92分组码分组码又称为分组码又称为mBnB码。码。定定义义：它它是是把把输输入入二二进进制制信信码码流流中中每每m比比特特码码分分为为一一组组，然然后后变变换换为为n比比特特(nm) 二二进进制制码码，并并在在同同样样大大小的时隙内输出。小的时隙内输出。mBnB码码型型有有1B2B，2B3B，3B4B，5B6B，5B7B，6B8B等。等。我国在三次群或四次群系统中常采用我国在三次群或四次群系统中常采用5B6B编码。编码。6.2 光纤通信的线路码型光纤通信的线路码型5B6B码优点是：码优点是：冗余度较小；冗余度较小；对于三、四次群，
8、可以利用计算机的对于三、四次群，可以利用计算机的IC-PROM器件器件直接编、译码，电路设计得到简化；直接编、译码，电路设计得到简化；连连“0”和连和连“1”数小，定时方便；数小，定时方便；可以实现运行误码监测。可以实现运行误码监测。缺点是：缺点是：传输辅助信号比较困难。因此，在要求传输辅助信号或传输辅助信号比较困难。因此，在要求传输辅助信号或有一定数量的区间通信的设备中，不宜用这种码型。有一定数量的区间通信的设备中，不宜用这种码型。 10103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，
9、仅在基群和二次群系统中使用。6.2 光纤通信的线路码型光纤通信的线路码型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。常采用的码型有常采用的码型有8B1H、4B1H、1B1HmB1P码中插入的码中插入的P码为奇偶校验码，利用它可实现误码监码为奇偶校验码，利用它可实现误码监测的功能。测的功能。mB1C码中插入的码中插入的C码为补码，这种码除了进行误码监测外，码为补码，这种码除了进行误码监测外，还可以减少连还可以减少连“0”或连或连“1”的不良影响。的不良影响。mB1H码中插入的码中插入的
10、H码为混合码。这种码型具有多种功能。码为混合码。这种码型具有多种功能。它除了可以完成它除了可以完成mB1P或或mB1C码的功能外，还可同时用来码的功能外，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。从使用上看能。从使用上看mB1H有较强的优势。有较强的优势。11115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) ) 6.2 光纤通信的线路码型光纤通信的线
11、路码型1212 目目前前，ITU-T已已经经对对光光纤纤通通信信系系统统的的各各个个速速率率、各各个个光光接接口口和和电电接接口口的的各各种种性性能能给给出出具具体体的的建建议议，系系统统的的性性能能参参数数也也有有很很多多，这这里里介介绍绍系系统统最最主主要要的的两两大大性性能参数：能参数：误码性能和抖动性能误码性能和抖动性能。 1误码性能误码性能 系系统统的的误误码码性性能能是是衡衡量量系系统统优优劣劣的的一一个个非非常常重重要要的的指指标标，它它反反映映数数字字信信息息在在传传输输过过程程中中受受到到损损伤伤的的程程度。度。 通通常常用用长长期期平平均均误误码码率率、误误码码的的时时间间
12、百百分分数数和和误误码秒百分数来表示。码秒百分数来表示。6.3光纤通信系统的性能指标光纤通信系统的性能指标长期平均误码率简称误码率长期平均误码率简称误码率(BER(BER：Bit Error Rate)Bit Error Rate)它它表示传送的码元被错误判决的概率，数字光纤通信系表示传送的码元被错误判决的概率，数字光纤通信系统的统的BERBER应小于应小于1010-9-9； BER BER不能反映系统是否有突发性、不能反映系统是否有突发性、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。常性，还需引入误码
13、的时间百分数和误码秒百分数。常用的有劣化分百分数用的有劣化分百分数(DM)(DM)和严重误码秒百分数和严重误码秒百分数(SES)(SES)以以及误码秒百分数及误码秒百分数(ES).(ES).在较长时间内观察误码，设在较长时间内观察误码，设T T（1 1分钟或分钟或1 1秒钟）为一个抽样观秒钟）为一个抽样观察时间，设定察时间，设定BERBER的某一门限值为的某一门限值为M,M,记录下每一个记录下每一个T T内的内的BERBER，其中其中BERBER超过门限超过门限M M的的T T次数与总观察时间内的可用时间的比，次数与总观察时间内的可用时间的比，成为误码的百分数。（成为误码的百分数。（64kb/
14、s64kb/s业务误码性能指标：）业务误码性能指标：）DMDM：误码率劣于门限的分，门限值：误码率劣于门限的分，门限值 110 110-6-6SES: SES: 误码率劣于门限的秒，门限值误码率劣于门限的秒，门限值 110 110-3-3ES: ES: 出现误码的秒，门限值出现误码的秒，门限值0 0。 1313 2抖动性能抖动性能 所所谓谓数数字字信信号号的的抖抖动动一一般般指指定定时时抖抖动动，它它是是数数字字传传输输中中的的一一种种不不稳稳定定现现象象，即即数数字字信信号号在在传传输输过过程程中中，脉脉冲冲在在时时间间间间隔隔上上不不再再是是等等间间隔隔的的，而而是是随随时时间间变变化化的
15、一种现象，这种现象就称为抖动。的一种现象，这种现象就称为抖动。 抖动产生的原因主要有：抖动产生的原因主要有： 由于噪声引起的抖动。由于噪声引起的抖动。 时钟恢复电路产生的抖动。时钟恢复电路产生的抖动。 其他原因引起的抖动。其他原因引起的抖动。6.3光纤通信系统的性能指标光纤通信系统的性能指标例如，在逻辑电路中，当输入信号阶跃时，由于信例如，在逻辑电路中，当输入信号阶跃时，由于信号叠加了噪声，输入信号提前超过了逻辑电路的门号叠加了噪声，输入信号提前超过了逻辑电路的门限电平，从而引起抖动限电平，从而引起抖动 在时钟恢复电路中有谐振放大器，如果谐振回路元在时钟恢复电路中有谐振放大器，如果谐振回路元件
16、老化，初始调谐不准等因素可引起谐振频率的变件老化，初始调谐不准等因素可引起谐振频率的变化，这样，这种输出信号经时钟恢复电路限幅整形化，这样，这种输出信号经时钟恢复电路限幅整形恢复为时钟信号时就会出现抖动。恢复为时钟信号时就会出现抖动。引起抖动还有其他原因，如数字系统的复接、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。分接过程，光缆的老化等。1414 抖动的单位是抖动的单位是UI(Unit Interval) 单位时隙单位时隙 1UI1UI就就是是1 1比比特特信信息息所所占占用用的的时时间间，它它在在数数值值上上等等于于传传输输速速率率的的倒倒数数。例例如如：基基群群码码速
17、速率率2.048Mb/s, 2.048Mb/s, 1UI1UI的的时时间间是是488 488 ns,ns,四次群速率四次群速率139.264Mb/s,1UI139.264Mb/s,1UI的时间为的时间为7.18ns.7.18ns. 1UI的时间相差非常大，一般用抖动占的时间相差非常大，一般用抖动占UI的相对值来表示。的相对值来表示。 由由于于抖抖动动难难以以完完全全消消除除，为为保保证证整整个个系系统统正正常常工工作作，根根据据ITU-T建议和我国国标，抖动的性能参数主要有：建议和我国国标，抖动的性能参数主要有：输入抖动容限；输入抖动容限；输出抖动；输出抖动；抖动转移特性。抖动转移特性。6.3
18、光纤通信系统的性能指标光纤通信系统的性能指标是系统能容忍的输入信号中引入的抖动最大值。该是系统能容忍的输入信号中引入的抖动最大值。该参数反映系统对抖动的承受能力。参数反映系统对抖动的承受能力。是系统在无输入抖动的条件下允许输出信号中产生是系统在无输入抖动的条件下允许输出信号中产生的抖动最大值。该参数反映了系统本身引入的抖动的抖动最大值。该参数反映了系统本身引入的抖动程度。程度。系统输出信号的抖动与输入信号中具有对应频率的系统输出信号的抖动与输入信号中具有对应频率的抖动之比。抖动之比。1515需要掌握：需要掌握：1、系统的性能指标系统的性能指标2、光纤通信的线路码型、光纤通信的线路码型 小小 结结作业：作业：7-1 7-2 7-3 7-4 7-5 7-6
