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1、第第4章章数字光纤通信系统数字光纤通信系统4.1数字光纤通信系统概述数字光纤通信系统概述4.2光纤和光器件光纤和光器件4.3光端机光端机4.4数字光纤系统的两种传输体制数字光纤系统的两种传输体制7/27/202414.1数字光纤通信系统概述数字光纤通信系统概述一、光纤通信发展史和现状一、光纤通信发展史和现状1、探索时期的光通信、探索时期的光通信:中国古代用中国古代用“烽火台烽火台”报警，欧洲人用旗语传报警，欧洲人用旗语传送信息，送信息，这些都可以看作是原始形式的光通信。这些都可以看作是原始形式的光通信。1880年，美国人贝尔年，美国人贝尔(Bell)发明了用光波作载发明了用光波作载波传送话音的
2、波传送话音的“光电话光电话”。光电话证明了用光波作。光电话证明了用光波作为载波传送信息的可行性。贝尔光电话是现代光通为载波传送信息的可行性。贝尔光电话是现代光通信的雏型。信的雏型。7/27/202421960年，美国人梅曼年，美国人梅曼(Maiman)发明了第一台红发明了第一台红宝石激光器，宝石激光器，给光通信带来了新的希望。给光通信带来了新的希望。激光具有激光具有波谱宽度窄，方向性极好，波谱宽度窄，方向性极好，亮度极高，亮度极高，以及频率和相位较一致的良好特性以及频率和相位较一致的良好特性。继红宝石激光器之后，氦继红宝石激光器之后，氦氖氖(He-Ne)激光器、激光器、二氧化碳二氧化碳(CO2
3、)激光器先后出现，并投入实际应用。激光器先后出现，并投入实际应用。激光器的发明和应用，激光器的发明和应用，使光通信进入一个崭新的阶使光通信进入一个崭新的阶段。段。7/27/202432 2、现代光纤通信、现代光纤通信 19661966年，英籍华裔学者高锟指出了利用光纤年，英籍华裔学者高锟指出了利用光纤(Optical Fiber)(Optical Fiber)进行信息传输的可能性和技术途进行信息传输的可能性和技术途径，奠定了现代光通信径，奠定了现代光通信光纤通信的基础。光纤通信的基础。 1970 1970 年，光纤研制取得了重大突破。美国康年，光纤研制取得了重大突破。美国康宁宁(Corning
4、)(Corning)公司就研制成功损耗公司就研制成功损耗20 dB/km20 dB/km的石英的石英光纤。光纤。 1973 1973 年，美国贝尔年，美国贝尔(Bell)(Bell)实验室取得了更大实验室取得了更大成绩，光纤损耗降低到成绩，光纤损耗降低到2.5dB/km2.5dB/km。 1976 1976 年，日本电报电话年，日本电报电话(NTT)(NTT)公司将光纤损耗公司将光纤损耗降低到降低到0.47 dB/km(0.47 dB/km(波长波长1.2m)1.2m)。7/27/202443 3、光纤通信的发展可以粗略地分为三个阶段：、光纤通信的发展可以粗略地分为三个阶段： 第一阶段第一阶段
5、(1966-1976(1966-1976年年) )，这是从基础研究到商，这是从基础研究到商业应用的开发时期。实现了短波长业应用的开发时期。实现了短波长(0.85m)(0.85m)低速率低速率(45(45或或34Mb/s)34Mb/s)多模光纤通信系统。多模光纤通信系统。 第二阶段第二阶段(1976-1986(1976-1986年年) )，这是以提高传输速，这是以提高传输速率和增加传输距离为研究目标和大力推广应用的大发率和增加传输距离为研究目标和大力推广应用的大发展时期。展时期。 光纤从多模发展到单模，工作波长从短波光纤从多模发展到单模，工作波长从短波长长(0.85m)(0.85m)发展到长波长
6、发展到长波长(1.31m(1.31m和和1.55m)1.55m)。 第三阶段第三阶段(1986-1996(1986-1996年年) )，这是以超大容量超长，这是以超大容量超长距离为目标、全面深入开展新技术研究的时期。在这距离为目标、全面深入开展新技术研究的时期。在这个时期，实现了个时期，实现了1.55m1.55m色散移位单模光纤通信系统。色散移位单模光纤通信系统。实验室可以达到更高水平。实验室可以达到更高水平。7/27/20245二、光纤通信的优点和应用二、光纤通信的优点和应用在光纤通信系统中，作为载波的光波频率比电在光纤通信系统中，作为载波的光波频率比电波频率高得多，作为传输介质的光纤又比同
7、轴电缆波频率高得多，作为传输介质的光纤又比同轴电缆或波导管的损耗低得多，因此相对于电缆通信或微或波导管的损耗低得多，因此相对于电缆通信或微波通信，光纤通信具有许多独特的优点。波通信，光纤通信具有许多独特的优点。1.容许频带很宽，传输容量很大容许频带很宽，传输容量很大单波长光纤通信系统的传输速率一般为单波长光纤通信系统的传输速率一般为2.5Gb/s和和10Gb/s。波分复用。波分复用(WDM)和光时分复用和光时分复用(TDM)更是极大地增加了传输容量，更是极大地增加了传输容量，见下表见下表。7/27/20246通信手段传输容量(话路)/条中继距离/km1000km内中继器个数微波无线电96050
8、20小同轴9604250中同轴180061600光缆19203033光缆14000(1Gb/s)8411光缆6000(445MB/S)1347表表光纤通信与电缆或微波通信传输能力的比较光纤通信与电缆或微波通信传输能力的比较7/27/202472.损耗很小，损耗很小，中继距离很长且误码率很小中继距离很长且误码率很小石英光纤在石英光纤在1.31m和和1.55m波长，波长，传输损耗分传输损耗分别为别为0.50dB/km和和0.20dB/km，甚至更低。因此，用，甚至更低。因此，用光纤比用同轴电缆或波导管的中继距离长得多，见表。光纤比用同轴电缆或波导管的中继距离长得多，见表。传输容量大、传输误码率低、
9、中继距离长的优点，传输容量大、传输误码率低、中继距离长的优点，使光纤通信系统不仅适合于长途干线网而且适合于接使光纤通信系统不仅适合于长途干线网而且适合于接入网的使用，入网的使用，这也是降低每公里话路的系统造价的主这也是降低每公里话路的系统造价的主要原因。要原因。7/27/202483.重量轻、重量轻、体积小体积小光纤重量很轻，直径很小。即使做成光缆，在光纤重量很轻，直径很小。即使做成光缆，在芯数相同的条件下，其重量还是比电缆轻得多，体芯数相同的条件下，其重量还是比电缆轻得多，体积也小得多。表给光缆和标准同轴电缆的重量和截积也小得多。表给光缆和标准同轴电缆的重量和截面积的比较。面积的比较。项目8
10、芯18芯光缆电缆光缆电缆重量/(kgm-1)重量比0.4216.3150.4211126直径/mm截面积比211475211659.6表表光缆和电缆的重量和截面积比较光缆和电缆的重量和截面积比较7/27/202494.抗电磁干扰性能好抗电磁干扰性能好光纤由电绝缘的石英材料制成，光纤通信线路光纤由电绝缘的石英材料制成，光纤通信线路不受各种电磁场的干扰和闪电雷击的损坏。不受各种电磁场的干扰和闪电雷击的损坏。5.泄漏小，泄漏小，保密性能好保密性能好在光纤中传输的光泄漏非常微弱，即使在弯曲地在光纤中传输的光泄漏非常微弱，即使在弯曲地段也无法窃听。因此信息在光纤中传输非常安全。段也无法窃听。因此信息在光
11、纤中传输非常安全。6.节约金属材料，节约金属材料，有利于资源合理使用。有利于资源合理使用。7/27/202410总之，光纤通信不仅在技术上具有很大的优越总之，光纤通信不仅在技术上具有很大的优越性，由图可见，随着传输容量的增加，由于采用了性，由图可见，随着传输容量的增加，由于采用了新的传输媒质，新的传输媒质，使得相对造价直线下降。使得相对造价直线下降。图图各种通信系统相对造价与传输容量的比较各种通信系统相对造价与传输容量的比较7/27/202411光纤可以传输数字信号，也可以传输模拟信号。光纤可以传输数字信号，也可以传输模拟信号。光纤通信的各种应用可概括如下：光纤通信的各种应用可概括如下：通信网
12、，包括全球通信网、各国的公共电信网、通信网，包括全球通信网、各国的公共电信网、各种专用通信网、特殊通信手段。各种专用通信网、特殊通信手段。构成因特网的计算机局域网和广域网，如光纤构成因特网的计算机局域网和广域网，如光纤以太网、以太网、路由器之间的光纤高速传输链路。路由器之间的光纤高速传输链路。有线电视网的干线和分配网；工业电视系统，有线电视网的干线和分配网；工业电视系统，如工厂、如工厂、银行、商场、交通和公安部的监控。银行、商场、交通和公安部的监控。综合业务光纤接入网，分为有源接入网和无源综合业务光纤接入网，分为有源接入网和无源接入网，接入网，可实现电话、数据、视频可实现电话、数据、视频(会议
13、电视、可视会议电视、可视电话等电话等)及多媒体业务综合接入核心网，提供各种各及多媒体业务综合接入核心网，提供各种各样的社区服务。样的社区服务。7/27/202412三、光纤通信系统的基本组成三、光纤通信系统的基本组成1、发射和接收发射和接收下图示出单向传输的光纤通信系统，包括发射、下图示出单向传输的光纤通信系统，包括发射、接收和作为广义信道的基本光纤传输系统。接收和作为广义信道的基本光纤传输系统。图图光纤通信系统的基本组成光纤通信系统的基本组成光纤通信系统组成演示光纤通信系统组成演示7/27/202413信息源：信息源：把用户信息转换为原始电信号，这种信号称把用户信息转换为原始电信号，这种信号
14、称为基带信号。为基带信号。电发射机：电发射机：把基带信号转换为适合信道传输的信号，把基带信号转换为适合信道传输的信号，这个转换如果需要调制，这个转换如果需要调制，则其输出信号称为已调信号。则其输出信号称为已调信号。光发射机：光发射机：输入到光发射机带有信息的电信号，通过输入到光发射机带有信息的电信号，通过调制转换为光信号。调制转换为光信号。光接收机：光接收机：光载波经过光纤线路传输到接收端，再由光载波经过光纤线路传输到接收端，再由光接收机把光信号转换为电信号。光接收机把光信号转换为电信号。电接收机：电接收机：功能和电发射机的功能相反。功能和电发射机的功能相反。7/27/202414 2 2、基
15、本光纤传输系统、基本光纤传输系统 基本光纤传输系统作为独立的基本光纤传输系统作为独立的“光信道光信道”单元。单元。 有线通信系统或无线通信系统的发射与接收之间有线通信系统或无线通信系统的发射与接收之间 加入光发射机、光纤线路和光接收机，再配置适当的加入光发射机、光纤线路和光接收机，再配置适当的 光器件，光器件， 可以组成传输能力更强、功能更完善的光可以组成传输能力更强、功能更完善的光 纤通信系统。纤通信系统。 下面简要介绍基本光纤传输系统的三个组成部分。下面简要介绍基本光纤传输系统的三个组成部分。7/27/202415光发射机：光发射机：光发射机的功能：光发射机的功能：把输入电信号转换为光信号
16、，把输入电信号转换为光信号，并用耦合技术把光信号最大限度地注入光纤线路。并用耦合技术把光信号最大限度地注入光纤线路。光发射机组成：光发射机组成：由光源、由光源、驱动器和调制器组成。驱动器和调制器组成。光源是光发射机的核心。光发射机的性能基本上光源是光发射机的核心。光发射机的性能基本上取决于光源的特性。取决于光源的特性。光源种类：光源种类：半导体发光二极管半导体发光二极管(LED)、半导体激、半导体激光二极管光二极管(或称激光器或称激光器)(LD)，单纵模分布反馈单纵模分布反馈(DFB)激光器。激光器。7/27/202416光纤线路：光纤线路：光纤线路功能光纤线路功能：是把来自光发射机的光信号，
17、以：是把来自光发射机的光信号，以尽可能小的失真和衰减传输到光接收机。尽可能小的失真和衰减传输到光接收机。光纤线路组成光纤线路组成：由光纤、光纤接头和光纤连接器：由光纤、光纤接头和光纤连接器组成。组成。光纤基本要求光纤基本要求：损耗和色散这两个传输特性参数：损耗和色散这两个传输特性参数都尽可能地小，都尽可能地小，有足够好的机械特性和环境特性。有足够好的机械特性和环境特性。石英光纤分类石英光纤分类：多模光纤和单模光纤。：多模光纤和单模光纤。单模光纤的传输特性比多模光纤好，价格比多模单模光纤的传输特性比多模光纤好，价格比多模光纤便宜，因而得到更广泛的应用。光纤便宜，因而得到更广泛的应用。单模光纤适合
18、大容量长距离光纤传输系统，小容单模光纤适合大容量长距离光纤传输系统，小容量短距离系统用多模光纤配合半导体发光二极管更加量短距离系统用多模光纤配合半导体发光二极管更加合适。合适。7/27/202417光接收机：光接收机：光接收机的功能光接收机的功能：是把从光纤线路输出、产生：是把从光纤线路输出、产生畸变和衰减的微弱光信号转换为电信号，并经放大畸变和衰减的微弱光信号转换为电信号，并经放大和处理后恢复成发射前的电信号。和处理后恢复成发射前的电信号。光接收机组成光接收机组成：由光检测器、：由光检测器、放大器和相关电放大器和相关电路组成路组成光检测器是光接收机的核心。对光检测器的要求光检测器是光接收机的
19、核心。对光检测器的要求是响应度高、是响应度高、噪声低和响应速度快。噪声低和响应速度快。光检测器种类光检测器种类：光电二极管光电二极管(PIN-PD)、雪崩光、雪崩光电二极管电二极管(APD)。光发射机与光接收机组成演示光发射机与光接收机组成演示7/27/202418光接收机最重要的特性参数是光接收机最重要的特性参数是灵敏度灵敏度。灵敏度是衡量光接收机质量的综合指标，它灵敏度是衡量光接收机质量的综合指标，它反映接收机调整到最佳状态时，反映接收机调整到最佳状态时，接收微弱光信接收微弱光信号的能力。号的能力。灵敏度主要取决于组成光接收机的光电二极灵敏度主要取决于组成光接收机的光电二极管和放大器的噪声
20、，并受传输速率、光发射机的管和放大器的噪声，并受传输速率、光发射机的参数和光纤线路的色散的影响，还与系统要求的参数和光纤线路的色散的影响，还与系统要求的误码率或信噪比有密切关系。误码率或信噪比有密切关系。所以灵敏度也是反映光纤通信系统质量的所以灵敏度也是反映光纤通信系统质量的重要指标。重要指标。7/27/2024194.2光纤和光器件光纤和光器件一、光纤一、光纤1、光纤、光纤光纤就是导光的玻璃纤维的简称光纤就是导光的玻璃纤维的简称,是石英玻璃丝是石英玻璃丝,它的直径只有它的直径只有0.1mm，它和原来传送电话的明线、，它和原来传送电话的明线、电缆一样，是一种新型的信息传输介质，但它比以电缆一样
21、，是一种新型的信息传输介质，但它比以上两种方式传送的信息量要高出成千上万倍，上两种方式传送的信息量要高出成千上万倍，可达可达到上百千兆比特到上百千兆比特/秒秒,而且衰耗极低。而且衰耗极低。7/27/2024202.光纤的导光原理光纤的导光原理光纤为什么能够导光，光纤为什么能够导光，能传送大量信息呢能传送大量信息呢?这里这里我们用简单的比喻，我们用简单的比喻，从物理概念上来说明，以加深从物理概念上来说明，以加深对光纤传输信息的理解。对光纤传输信息的理解。光纤是利用光的全反射特性来导光的。在物理中光纤是利用光的全反射特性来导光的。在物理中学习过光从一种介质向另一种介质传播，由于它们在学习过光从一种
22、介质向另一种介质传播，由于它们在不同介质中传输速率不一样，因此，当通过两个不同不同介质中传输速率不一样，因此，当通过两个不同的介质交界面就会发生折射。的介质交界面就会发生折射。7/27/202421若有两种不同介质若有两种不同介质,其折其折射率分别为射率分别为n0,n1，而且而且n1n0,设界面为设界面为XX；折射率小的称光疏媒质折射率小的称光疏媒质,折折射率大的称光密媒质；射率大的称光密媒质；假定光线从光疏媒质射向光假定光线从光疏媒质射向光密媒质密媒质,其折射情况如图所示。其折射情况如图所示。图中，入射角为图中，入射角为0为入射光为入射光线与法线线与法线YY夹角夹角,折射角为折射角为1为折射
23、光线与为折射光线与YY夹角；夹角；由图可见，由图可见，10。图图光的折射示意图光的折射示意图7/27/202422若使光束从光密媒质若使光束从光密媒质射向光疏媒质时射向光疏媒质时,则折射角则折射角大于入射角，如图所示。大于入射角，如图所示。如果不断增大如果不断增大0可使折可使折射角射角1达到达到90,这时的这时的1称称为临界角。为临界角。当光线从光密媒质射向当光线从光密媒质射向光疏媒质光疏媒质,且入射角大于临且入射角大于临界角时界角时,就会产生全反射现就会产生全反射现象。象。光纤就是利用这种全反光纤就是利用这种全反射来传输光信号的。射来传输光信号的。图图临界角和光线的全反射临界角和光线的全反射
24、7/27/202423以上了解了光的全反射原理之后，下面画出光以上了解了光的全反射原理之后，下面画出光在阶跃光纤中的传播轨迹，即按在阶跃光纤中的传播轨迹，即按“之之”之形传播及之形传播及沿纤芯与包层的分界面掠过，如图沿纤芯与包层的分界面掠过，如图所示。所示。7/27/202424在制造光纤时，在制造光纤时，使光纤芯的折射率高，在外面使光纤芯的折射率高，在外面涂上一包屏层，可使折射率低；涂上一包屏层，可使折射率低；当选择一定的角度当选择一定的角度0时，射入纤芯的光束将会时，射入纤芯的光束将会全部返回纤芯中。全部返回纤芯中。光纤芯线结构如图所示。光纤芯线结构如图所示。光纤的芯线由光纤的芯线由纤芯、
25、包层、涂覆层、套塑纤芯、包层、涂覆层、套塑四部四部分组成。分组成。7/27/202425图图光纤芯线的剖面构造光纤芯线的剖面构造7/27/202426纤芯：纤芯：纤芯位于光纤的中心部位（直径纤芯位于光纤的中心部位（直径d1约约950微米），其微米），其成份是高纯度的二氧化硅。成份是高纯度的二氧化硅。包层：包层：包层位于纤芯的周围（其直径包层位于纤芯的周围（其直径d2约约125微米），其成微米），其成份也是含有极少量掺杂剂的高纯度二氧化硅。份也是含有极少量掺杂剂的高纯度二氧化硅。涂敷层：涂敷层：光纤的最外层是由丙烯酸酯、硅橡胶和尼龙组成的光纤的最外层是由丙烯酸酯、硅橡胶和尼龙组成的涂敷层，其作用
26、是增加光纤的机械强度与可弯曲性。涂敷层，其作用是增加光纤的机械强度与可弯曲性。7/27/2024273.光纤的分类光纤的分类根据波导传输波动理论分析，光纤的传播模式可根据波导传输波动理论分析，光纤的传播模式可分为多模光纤和单模光纤。分为多模光纤和单模光纤。1)多模光纤多模光纤多模光纤即能承受多个模式的光纤。这种光纤结多模光纤即能承受多个模式的光纤。这种光纤结构简单、易于实现构简单、易于实现,接头连接要求不高接头连接要求不高,用起来方便用起来方便,也较便宜。因而在早期的数字光纤通信系统也较便宜。因而在早期的数字光纤通信系统(PDH系列系列)中采用，但这种光纤传输带宽窄、衰耗大、时延差中采用，但这
27、种光纤传输带宽窄、衰耗大、时延差大大,因而已逐步被单模光纤代替。因而已逐步被单模光纤代替。7/27/2024282)单模光纤单模光纤单模光纤即只能传送单一基模的光纤单模光纤即只能传送单一基模的光纤,如图。如图。这种光纤从时域看不存在时延差，从频域看这种光纤从时域看不存在时延差，从频域看,传传输信号的带宽比多模光纤宽得多输信号的带宽比多模光纤宽得多,有利于高码率信息有利于高码率信息长距离传输。长距离传输。7/27/202429图图裸光纤结构示意图裸光纤结构示意图(a)阶跃型多模光纤阶跃型多模光纤;(b)梯度型多模光纤梯度型多模光纤;(c)单模光纤单模光纤7/27/202430二、光缆二、光缆为了
28、使光纤能在工程中实用化，能承受工程为了使光纤能在工程中实用化，能承受工程中拉伸、中拉伸、侧压和各种外力作用侧压和各种外力作用,还要具有一定的还要具有一定的机械强度才能使性能稳定。机械强度才能使性能稳定。因此因此,将光纤制成不将光纤制成不同结构、不同形状和不同种类的光缆以适应光纤同结构、不同形状和不同种类的光缆以适应光纤通信的需要。通信的需要。光缆主要由缆芯、护套和加强元件组成。光缆主要由缆芯、护套和加强元件组成。7/27/202431缆芯缆芯缆芯是由光纤芯组成的缆芯是由光纤芯组成的,它可分为单芯和多芯两种。单它可分为单芯和多芯两种。单芯型缆芯和多芯型缆芯结构的比例如表芯型缆芯和多芯型缆芯结构的
29、比例如表。单芯型由单根二次涂覆处理后的光纤组成。单芯型由单根二次涂覆处理后的光纤组成。多芯型由多根经二次涂覆处理后的光纤组成多芯型由多根经二次涂覆处理后的光纤组成,它又分为它又分为带状结构和单位式结构。带状结构和单位式结构。强度元件强度元件由于光纤的材料比较脆由于光纤的材料比较脆,容易断裂容易断裂,在光缆内中心或四在光缆内中心或四周要加一根或多根加强元件。周要加一根或多根加强元件。护层护层光缆的护层主要是对已形成的光纤芯线起保护作用光缆的护层主要是对已形成的光纤芯线起保护作用,避避免受外部机械力和环境损坏。免受外部机械力和环境损坏。7/27/2024327/27/202433光缆的种类光缆的种
30、类在公用通信网中用的光缆结构如表所示。在公用通信网中用的光缆结构如表所示。7/27/202434下面介绍几种有代表性的光缆结构形式。下面介绍几种有代表性的光缆结构形式。(1)层绞式光缆。层绞式光缆。它是将若干根光纤芯线以强度元件为中心绞它是将若干根光纤芯线以强度元件为中心绞合在一起的一种结构合在一起的一种结构,如图如图(a)所示。特点是成本所示。特点是成本低低,芯线数不超过芯线数不超过10根。根。(2)单位式光缆。单位式光缆。它是将几根至十几根光纤芯线集合成一个单它是将几根至十几根光纤芯线集合成一个单位位,再由数个单位以强度元件为中心绞合成缆再由数个单位以强度元件为中心绞合成缆,如如图图(b)
31、所示所示,其芯线数一般适用于几十芯。其芯线数一般适用于几十芯。7/27/202435(3)骨架式光缆。骨架式光缆。这种结构是将单根或多根光纤放入骨架的螺这种结构是将单根或多根光纤放入骨架的螺旋槽内旋槽内,骨架中心是强度元件骨架中心是强度元件,骨架上的沟槽可以是骨架上的沟槽可以是V型、型、U型或凹型型或凹型,如图如图(c)所示。光纤具有耐侧压、所示。光纤具有耐侧压、抗弯曲、抗拉的特点。抗弯曲、抗拉的特点。(4)带状式光缆。带状式光缆。它是将它是将412根光纤芯线排列成行根光纤芯线排列成行,构成带状光构成带状光纤单元纤单元,再将多个带状单元按一定方式排列成缆再将多个带状单元按一定方式排列成缆,如如
32、图图(d)所示。这种光缆的结构紧凑所示。这种光缆的结构紧凑,采用此种结构可采用此种结构可做成上千芯的高密度用户光缆。做成上千芯的高密度用户光缆。7/27/202436图图(a)层绞式；层绞式；(b)单位式；单位式；(c)骨架式；骨架式；(d)带状带状7/27/2024374.3光端机光端机一、光发射机一、光发射机1、数字光发射机、数字光发射机的功能功能:电端机输出的数字基带电端机输出的数字基带电电电电信号转换为信号转换为光光光光信号；信号；用耦合技术用耦合技术注入注入注入注入光纤线路；光纤线路；用数字电信号对光源进行用数字电信号对光源进行调制。调制。调制。调制。2、调制方式：直接调制和外调制。
33、、调制方式：直接调制和外调制。受调制的光源特性参数有：功率、受调制的光源特性参数有：功率、受调制的光源特性参数有：功率、受调制的光源特性参数有：功率、 幅度、频率幅度、频率幅度、频率幅度、频率和相位，和相位，和相位，和相位，广泛应用的是直接光强广泛应用的是直接光强(功率功率)调制。调制。7/27/202438IIPP输入电信号输入电信号输出光信号输出光信号输出光信号输出光信号输入电信号输入电信号(a)LED数字调制原理；数字调制原理；(b)LD的数字调制原理的数字调制原理当激光器的驱动电流大于阈值电流当激光器的驱动电流大于阈值电流Ith时，输出光功率时，输出光功率P和驱动和驱动电流电流I基本上
34、是基本上是线性关系。线性关系。线性关系。线性关系。输出输出光功率光功率光功率光功率和和输入电流输入电流输入电流输入电流成正比，输出光信号反映输入电信号。成正比，输出光信号反映输入电信号。7/27/2024393、光发射机基本组成、光发射机基本组成数字光发射机的方框图如图所示，主要有数字光发射机的方框图如图所示，主要有光源光源和和电路电路两部分。两部分。光源光源是实现电是实现电/光转换的关键器件，在很大程度光转换的关键器件，在很大程度上决定着光发射机的性能。上决定着光发射机的性能。电路电路的设计应以的设计应以光源光源光源光源为依据，使为依据，使输出光信号输出光信号输出光信号输出光信号准确准确反映
35、反映输入电信号。输入电信号。输入电信号。输入电信号。输入接口线路编码调制电路光源控制电路电信号输入电信号输入光信号输出光信号输出图图数字光发射机方框图数字光发射机方框图7/27/2024401）光源）光源对通信用光源的要求如下对通信用光源的要求如下对通信用光源的要求如下对通信用光源的要求如下：发射的光波长应和光纤低损耗发射的光波长应和光纤低损耗“窗口窗口”一致，即一致，即中心波长应在中心波长应在0.85m、1.31m和和1.55m附近。光谱附近。光谱单色性要好，单色性要好，即谱线宽度要窄，即谱线宽度要窄，以减小光纤色散对以减小光纤色散对带宽的限制。带宽的限制。电电电电/ /光转换效率光转换效率
36、光转换效率光转换效率要高，即要求在足够低的驱动电流要高，即要求在足够低的驱动电流下，下，有足够大而稳定的输出光功率，且线性良好。发有足够大而稳定的输出光功率，且线性良好。发射光束的射光束的方向性要好方向性要好方向性要好方向性要好，以利于提高光源与光纤之间的，以利于提高光源与光纤之间的耦合效率耦合效率耦合效率耦合效率。7/27/202441允许的允许的允许的允许的调制速率要高或响应速度要快，调制速率要高或响应速度要快，以满以满足系统的大传输容量的要求。足系统的大传输容量的要求。器件应能在常温下以连续波方式工作，器件应能在常温下以连续波方式工作，要求温要求温度度稳定性好，稳定性好，可靠性高，寿命长
37、。可靠性高，寿命长。此外，要求器件体积小，重量轻，安装使用方此外，要求器件体积小，重量轻，安装使用方便，价格便宜。便，价格便宜。7/27/2024422）调制电路和控制电路调制电路和控制电路直接光强调制的数字光发射机主要电路有：直接光强调制的数字光发射机主要电路有：调制调制电路、控制电路和线路编码电路电路、控制电路和线路编码电路。3）线路编码电路）线路编码电路电端机输出的数字信号是适合电缆传输的双极电端机输出的数字信号是适合电缆传输的双极性码，而光源不能发射负脉冲，性码，而光源不能发射负脉冲，要变换为适合于光要变换为适合于光纤传输的纤传输的单极性码。单极性码。单极性码。单极性码。7/27/20
38、2443二、二、光接收机光接收机1、光接收机基本组成光接收机基本组成直接强度调制、直接检测方式的数字光接收机直接强度调制、直接检测方式的数字光接收机方框图示于图。方框图示于图。主要包括：主要包括：光检测器、前置放大器、主放大器、均衡器、光检测器、前置放大器、主放大器、均衡器、时钟提取电路、取样判决器以及自动增益控制时钟提取电路、取样判决器以及自动增益控制(AGC)电路。电路。7/27/2024441）光检测器光检测器光检测器是光接收机实现光光检测器是光接收机实现光/电转换的关键器件，其性能电转换的关键器件，其性能特别是响应度和噪声直接影响光接收机的灵敏度。特别是响应度和噪声直接影响光接收机的灵
39、敏度。对光检测对光检测器的要求如下：器的要求如下：波长响应要和光纤低损耗窗口波长响应要和光纤低损耗窗口(0.85m、1.31m和和1.55m)兼容；兼容；响应度要高，响应度要高，在一定的接收光功率下，在一定的接收光功率下，能产生最大的光能产生最大的光电流；电流；噪声要尽可能低，噪声要尽可能低，能接收极微弱的光信号；能接收极微弱的光信号；性能稳定，性能稳定，可靠性高，可靠性高，寿命长，寿命长，功耗体积小。功耗体积小。目前，目前，适合于光纤通信系统应用的光检测器有适合于光纤通信系统应用的光检测器有PIN光电光电二极管和雪崩光电二极管二极管和雪崩光电二极管(APD)。7/27/2024452）放大器
40、）放大器前置放大器应是低噪声放大器，它的噪声对光前置放大器应是低噪声放大器，它的噪声对光接收机的灵敏度影响很大。接收机的灵敏度影响很大。前放的噪声取决于放大器的类型，目前有三种前放的噪声取决于放大器的类型，目前有三种类型的前放可供选择。类型的前放可供选择。主放大器主放大器主放大器主放大器一般是多级放大器，它的作用是：一般是多级放大器，它的作用是：提供足够的增益提供足够的增益；并通过它实现自动增益控制并通过它实现自动增益控制(AGC)，使输入光信，使输入光信号在一定范围内变化时，号在一定范围内变化时，输出电信号保持恒定。输出电信号保持恒定。主放大器和主放大器和AGC决定着光接收机的动态范围。决定
41、着光接收机的动态范围。7/27/2024463）均衡和再生）均衡和再生均衡的目的：均衡的目的：对经光纤传输、光对经光纤传输、光/电转换和放大后已产生畸变电转换和放大后已产生畸变(失真失真)的电信号进行补偿；的电信号进行补偿；使输出信号的波形适合于判决，以消除码间干扰，使输出信号的波形适合于判决，以消除码间干扰，减小误码率。减小误码率。再生电路包括：再生电路包括：判决电路和时钟提取电路判决电路和时钟提取电路7/27/2024472、光电集成接收机光电集成接收机图中除光检测器以外的所有元件都是标准的电图中除光检测器以外的所有元件都是标准的电子器件，子器件，很容易用标准的集成电路很容易用标准的集成电
42、路(IC)技术将它们技术将它们集成在同一芯片上。集成在同一芯片上。不论是硅不论是硅(Si)还是砷化镓还是砷化镓(GaAs)IC技术都能够技术都能够使集成电路的工作带宽超过使集成电路的工作带宽超过2GHz，甚至达到，甚至达到10GHz。为了适合高传输速率的需求，人们一直在努力为了适合高传输速率的需求，人们一直在努力开发单片光接收机，即用开发单片光接收机，即用“光电集成电路光电集成电路(OEIC)技技术术”在同一芯片上集成包括光检测器在内的全部元在同一芯片上集成包括光检测器在内的全部元件。件。7/27/202448在在1991年试验成功的单路年试验成功的单路InGaAsOEIC接收机，接收机，其运
43、行速率达其运行速率达5Gb/s。InGaAsOEIC接收机也可以用接收机也可以用混合法实现混合法实现。如图所示，如图所示，电元件集成在电元件集成在GaAs基片上，而光检测基片上，而光检测器集成在器集成在InP基片上，两个部分通过接触片连接在一基片上，两个部分通过接触片连接在一起。起。图图光电集成接收机光电集成接收机7/27/202449三、线路编码三、线路编码在光纤通信系统中，从电端机输出的是适合在光纤通信系统中，从电端机输出的是适合于电缆传输的双极性码。光源不可能发射负光脉冲于电缆传输的双极性码。光源不可能发射负光脉冲，因此必须进行码型变换，以适合于数字光纤通信，因此必须进行码型变换，以适合
44、于数字光纤通信系统传输的要求。系统传输的要求。数字光纤通信系统普遍采用二进制二电平码，数字光纤通信系统普遍采用二进制二电平码，即即“有光脉冲有光脉冲”表示表示“”码，码，“无光脉冲无光脉冲”表表示示“0”码。码。7/27/2024501、简单的二电平码会带来如下问题：、简单的二电平码会带来如下问题：在码流中，出现在码流中，出现“”码和码和“0”码的个数是随机码的个数是随机变化的，变化的，因而直流分量也会发生随机波动因而直流分量也会发生随机波动(基线漂移基线漂移)，给光接收机的判决带来困难。给光接收机的判决带来困难。 在随机码流中，容易出现长串连在随机码流中，容易出现长串连“”码或长串码或长串连
45、连“0”码，这样可能造成位同步信息丢失，给定时码，这样可能造成位同步信息丢失，给定时提取造成困难或产生较大的定时误差。提取造成困难或产生较大的定时误差。不能实现在线不能实现在线(不中断业务不中断业务)的误码检测，的误码检测，不利于不利于长途通信系统的维护。长途通信系统的维护。7/27/2024512、数字光纤通信系统对线路码型的主要要求是保、数字光纤通信系统对线路码型的主要要求是保证传输的透明性，具体要求有证传输的透明性，具体要求有：能限制信号带宽，减小功率谱中的高低频分能限制信号带宽，减小功率谱中的高低频分量。提高输出功率的稳定性和减小码间干扰，量。提高输出功率的稳定性和减小码间干扰，有有利
46、于提高光接收机的灵敏度。利于提高光接收机的灵敏度。能给光接收机提供足够的定时信息。因而应能给光接收机提供足够的定时信息。因而应尽可能减少连尽可能减少连“”码和连码和连“0”码的数目，使码的数目，使“1”码和码和“0”码的分布均匀，码的分布均匀，保证定时信息丰保证定时信息丰富。富。能提供一定的冗余码，用于平衡码流、误码能提供一定的冗余码，用于平衡码流、误码监测和公务通信。监测和公务通信。7/27/2024523、扰码、扰码为了保证传输的透明性，在系统光发射机的调为了保证传输的透明性，在系统光发射机的调制器前，制器前，需要附加一个扰码器，将原始的二进制码需要附加一个扰码器，将原始的二进制码序列加以
47、变换，使其接近于随机序列。序列加以变换，使其接近于随机序列。相应地，在光接收机的判决器之后，附加一个相应地，在光接收机的判决器之后，附加一个解扰器，以恢复原始序列。解扰器，以恢复原始序列。扰码改变了扰码改变了“”码与码与“0”码的分布，码的分布，从而改从而改善了码流的一些特性。善了码流的一些特性。例如：例如：扰码前：扰码前：1100000011000扰码后：扰码后：11011101100117/27/202453扰码有下列缺点：扰码有下列缺点：不能完全控制长串连不能完全控制长串连“”和长串连和长串连“0”序列的出序列的出现；现；没有引入冗余，没有引入冗余，不能进行在线误码监测；不能进行在线误码
48、监测；信号频谱中接近于直流的分量较大，信号频谱中接近于直流的分量较大，不能解决基线不能解决基线漂移。漂移。因为扰码不能完全满足光纤通信对线路码型的要因为扰码不能完全满足光纤通信对线路码型的要求，求，所以许多光纤通信设备除采用扰码外还采用其它所以许多光纤通信设备除采用扰码外还采用其它类型的线路编码。类型的线路编码。7/27/2024544、mBnB码码mBnB码是把输入的二进制原始码流进行分组，码是把输入的二进制原始码流进行分组，每组有每组有m个二进制码，记为个二进制码，记为mB，称为一个码字，然，称为一个码字，然后把一个码字变换为后把一个码字变换为n个二进制码，记为个二进制码，记为nB，并在同
49、，并在同一个时隙内输出。一个时隙内输出。这种码型是把这种码型是把mB变换为变换为nB，所以称为，所以称为mBnB码，码，其中其中m和和n都是正整数，都是正整数，nm，一般选取，一般选取n=m+1。mBnB码有码有1B2B、3B4B、5B6B、8B9B、17B18B等等等。等。7/27/202455mBnB码编码原理码编码原理最简单的最简单的mBnB码是码是1B2B码，即曼彻斯特码，码，即曼彻斯特码，这就是把原码的这就是把原码的“”变换为变换为“01”，把把“1”变换为变换为“10”。因此最大的连因此最大的连“”和连和连“”的数目不会的数目不会超过两个，例如超过两个，例如1001和和0110。但
50、是在相同时隙内，。但是在相同时隙内，传输传输1比特变为传输比特变为传输2比特，比特，码速提高了码速提高了1倍。倍。7/27/202456以以3B4B码为例，输入的原始码流码为例，输入的原始码流3B码，共有（码，共有（23）8个个码字，码字，变换为变换为4B码时，码时，共有共有(24)16个码字，见表。个码字，见表。为保证信息的完整传输，必须从为保证信息的完整传输，必须从4B码的码的16个码字中挑选个码字中挑选8个码字来代替个码字来代替3B码。码。设计者根据最佳线路码特性的原则来选择设计者根据最佳线路码特性的原则来选择码表。码表。例如：在例如：在3B码中有码中有2个个“0”，变为，变为4B码时补
51、码时补1个个“”；在在3B码中有码中有2个个“1”，变为变为4B码时补码时补1个个“0”。而。而000用用0001和和1110交替使用；交替使用；111用用0111和和1000交替使用。同时，规定一些交替使用。同时，规定一些禁止使用的码字，禁止使用的码字，称为禁字，例如称为禁字，例如0000和和1111。7/27/20245701111111111011011101100101110110101001100100001110110110010101001000011001001000010000004B3B表表3B和和4B的码字的码字7/27/202458作为普遍规则，引入作为普遍规则，引入“
52、码字数字和码字数字和”(WDS)来描述码字的来描述码字的均匀性，并以均匀性，并以WDS的最佳选择来保证线路码的传输特性。的最佳选择来保证线路码的传输特性。所谓所谓“码字数字和码字数字和”，是在，是在nB码的码字中，用码的码字中，用“-1”代表代表“0”码，码，用用“+1”代表代表“”码，整个码字的代数和即为码，整个码字的代数和即为WDS。如果整个码字如果整个码字“”码的数目多于码的数目多于“0”码，则码，则WDS为正；为正；如果如果“0”码的数目多于码的数目多于“1”码，码，则则WDS为负；如果为负；如果“0”码码和和“1”码的数目相等，则码的数目相等，则WDS为为0。例如：对于例如：对于01
53、11，WDS=+2；对于；对于0001，WDS=-2；对于；对于0011，WDS=0。7/27/202459nB码码的的选选择择原原则则是是：尽尽可可能能选选择择|WDS|最最小小的的码码字字，禁禁止止使用使用|WDS|最大的码字。最大的码字。以以3B4B为为例例，应应选选择择WDS=0和和WDS=2的的码码字字，禁禁止止使使用用WDS=4的码字。的码字。线路码（4B）信号码（3B）模式2（负组）模式1（正组）WDS码子WDS码子-20010+211011117-21000+201111106010100101010150100101001100400110001100113001010010
54、10102-20001+211100011-20100+210110000表表一种一种3B4B码表码表7/27/202460我国我国3 3次群和次群和4 4次群光纤通信系统最常用的线路码型是次群光纤通信系统最常用的线路码型是5B6B5B6B码，其编码规则如下：码，其编码规则如下： 5B5B码共有码共有(2(25 5)32)32个码字，变换个码字，变换6B6B码时共有码时共有(2(26 6)64)64个码字，个码字，其中其中WDS=0WDS=0有有2020个，个，WDS=WDS=2 2有有1515个，个，WDS=-2WDS=-2有有1515个，共有个，共有5050个个|WDS|WDS|最小的码字
55、可供选择。最小的码字可供选择。 由于变换为由于变换为6B6B码时只需码时只需3232个码字，为减少连个码字，为减少连“”和连和连“0 0”的数目，的数目， 删去：删去： 000011000011、 110000110000、 001111001111和和111100111100。 禁用禁用WDS=WDS=4 4和和6 6的码字。的码字。 表表4 4示出根据这个规则编制示出根据这个规则编制的一种的一种5B6B5B6B码表，正组和负组交替使用。码表，正组和负组交替使用。 表中正组选用表中正组选用2020个个WDS=0WDS=0和和1212个个WDS=+2WDS=+2，负组选用，负组选用2020个个
56、WDS=0WDS=0和和1212个个WDS=-2WDS=-2。7/27/2024617/27/202462线路码（6B）信号码（5B）模式2（负组）模式1（正组）WDS码子WDS码子-2000101+21110101111131-2001001+21101101111030-2010001+2101101110129011100001110001110028-2000110+21110011101127011010001101001101026011001001100101100125续表续表7/27/202463mBnB码码是是一一种种分分组组码码，设设计计者者根根据据传传输输特特性性的的要
57、要求求确确定定某种码表。某种码表。mBnB码码的的特点是：特点是：(1)码码流流中中“0”和和“1”码码的的概概率率相相等等，连连“0”和和连连“1”的数目较少，定时信息丰富。的数目较少，定时信息丰富。(2)高低频分量较小，信号频谱特性较好，基线漂移小高低频分量较小，信号频谱特性较好，基线漂移小(3)在在码码流流中中引引入入一一定定的的冗冗余余码码，便便于于在在线线误误码码检检测测。mBnB码码的的缺缺点点是是传传输输辅辅助助信信号号比比较较困困难难。因因此此，在在要要求求传传输输辅辅助助信信号号或或有有一一定定数数量量的的区区间间通通信信的的设设备备中中，不不宜宜用用这种码型。这种码型。7/
58、27/2024644.4数字光纤系统的两种传输体制数字光纤系统的两种传输体制光纤大容量数字传输目前都采用光纤大容量数字传输目前都采用同步时分复用同步时分复用(TDM)技术技术。复用又分为若干等级，先后有两种传输复用又分为若干等级，先后有两种传输体制：体制：准同步数字系列准同步数字系列(PDH)、同步数字系列、同步数字系列(SDH)随随着着光光纤纤通通信信技技术术和和网网络络的的发发展展，PDH遇遇到到了了许许多多困困难难。SDH解解决决了了PDH存存在在的的问问题题，是是一一种种比比较较完完善善的的传传输输体体制制，现现已已得得到到大大量量应应用用。这这种种传传输输体体制制不不仅仅适适用用于于
59、光光纤纤信信道道，也也适适用用于于微微波波和和卫卫星星干干线线传传输输。7/27/202465一、一、数字复接原理数字复接原理数字复接实质上是对数字信号的时分多路复用。数字复接实质上是对数字信号的时分多路复用。数字复接系统组成原理如图所示。数字复接系统组成原理如图所示。数字复接设备由数字复接器和数字分接器组成。数字复接设备由数字复接器和数字分接器组成。数字复接器将若干个低等级的支路信号按时分数字复接器将若干个低等级的支路信号按时分复用的方式合并为一个高等级的合路信号。复用的方式合并为一个高等级的合路信号。数字分接器将一个高等级的合路信号分解为原来数字分接器将一个高等级的合路信号分解为原来的低等
60、级支路信号。的低等级支路信号。7/27/202466图图数字复接系统组成原理数字复接系统组成原理7/27/202467码码速速调调整整单单元元：对对输输入入各各支支路路信信号号的的速速率率和和相相位位进进行行调调整整，形形成成与与本本机机定定时时信信号号完完全全同同步步的的数数字字信信号，使输入的各支路信号是同步的。号，使输入的各支路信号是同步的。定定时时单单元元：受受时时钟钟控控制制，产产生生复复接接需需要要的的各各种种定时控制信号。定时控制信号。分分接接器器：合合路路数数字字信信号号和和相相应应的的时时钟钟同同时时送送给给分分接接器器。分分接接器器的的定定时时单单元元受受合合路路时时钟钟控
61、控制制，因因此此它它的工作节拍与复接器定时单元同步。的工作节拍与复接器定时单元同步。同同步步单单元元：从从合合路路信信号号中中提提出出帧帧同同步步信信号号，用用它再去控制分接器定时单元。它再去控制分接器定时单元。恢复单元：把分解出的数字信号恢复出来恢复单元：把分解出的数字信号恢复出来。7/27/202468在数字复接中，如果复接器输入端的各支路信在数字复接中，如果复接器输入端的各支路信号与本机定时信号是同步的，则称为同步复接器。号与本机定时信号是同步的，则称为同步复接器。如如SDH如果不是同步的，如果不是同步的，则称为异步复接器。则称为异步复接器。输入各支路数字信号与本机定时信号标称速率输入各
62、支路数字信号与本机定时信号标称速率相同，但实际上有一个很小的容差，相同，但实际上有一个很小的容差，这种复接器这种复接器称为准同步复接器。如称为准同步复接器。如PDH7/27/202469二、二、准同步数字系列准同步数字系列PDH准同步数字系列有两种基础速率：准同步数字系列有两种基础速率：以以1.544Mb/s为为第第一一级级(一一次次群群，或或称称基基群群)基基础础速率，采用的国家有北美各国和日本；速率，采用的国家有北美各国和日本；以以2.048Mb/s为为第第一一级级(一一次次群群)基基础础速速率率，采采用用的国家有西欧各国和中国。的国家有西欧各国和中国。7/27/2024707/27/20
63、2471对对于于以以2.048Mb/s为为基基础础速速率率的的制制式式，各各次次群群的的话话路数按路数按4倍递增，速率的关系略大于倍递增，速率的关系略大于4倍。倍。对对于于以以1.544Mb/s为为基基础础速速率率的的制制式式，在在3次次群群以以上上，日本和北美各国又不相同，日本和北美各国又不相同，看起来很杂乱。看起来很杂乱。PDH各各次次群群比比特特率率相相对对于于其其标标准准值值有有一一个个规规定定的的容容差差，而而且且是是异异源源的的，通通常常采采用用正正码码速速调调整整方方法法实实现现准准同步复用同步复用。1次次群群至至4次次群群接接口口比比特特率率早早在在1976年年就就实实现现了了
64、标标准准化，并得到各国广泛采用。化，并得到各国广泛采用。PDH主要适用于中、低速率点对点的传输。主要适用于中、低速率点对点的传输。7/27/202472在在这这种种形形势势下下，现现有有PDH的的许许多多缺缺点点也也逐逐渐渐暴暴露露出来，主要有：出来，主要有：(1)北北美美、西西欧欧和和亚亚洲洲所所采采用用的的三三种种数数字字系系列列互互不兼容。不兼容。(2)各各种种复复用用系系列列都都有有其其相相应应的的帧帧结结构构，没没有有足足够的开销比特，使网络设计缺乏灵活性。够的开销比特，使网络设计缺乏灵活性。(3)复复接接/分分接接设设备备结结构构复复杂杂，上上下下话话路路价价格格昂昂贵贵。7/27
65、/202473三、同步数字系列三、同步数字系列SDH1.SDH1.SDH传输网传输网传输网传输网SDHSDH不不仅仅适适合合于于点点对对点点传传输输，而而且且适适合合于于多多点点之之间的网络传输。间的网络传输。图示出图示出SDH传输网的拓扑结构。传输网的拓扑结构。SDH传传输输网网由由SDH终终接接设设备备(或或称称SDH终终端端复复用用器器TM)、分分插插复复用用设设备备ADM、数数字字交交叉叉连连接接设设备备DXC等等网网络络单单元元以以及及连连接接它它们们的的(光光纤纤)物物理理链链路路构构成。成。7/27/202474图图SDH传输网的典型拓扑结构传输网的典型拓扑结构TMADMDXCA
66、DMTMTMTMADMSTM-nSTM-nDXCADMTMSTM-NSTM-NSTM-NSTM-NSTM-NSTM-NSTM-NSTM-nSTM-n低速信号低速信号低速信号低速信号(nN)7/27/202475 SDHSDH终端的主要功能是：复接终端的主要功能是：复接/ /分接和提供业务适配分接和提供业务适配 SDHSDH终端的复接终端的复接/ /分接功能主要由分接功能主要由TMTM设备设备完成。完成。MUXE1E1STM-N同步复接DMXE1E1STM-N同步分接图图SDH传输网络单元传输网络单元(a)终端复用器终端复用器TM；7/27/202476ADMADM是一种特殊的复用器是一种特殊的
67、复用器 它利用分接功能将输入信号所承载信息分两部分：它利用分接功能将输入信号所承载信息分两部分： 一一部部分分直直接接转转发发；一一部部分分卸卸下下给给本本地地用用户户然然后后信信息息又通过复接功能将转发部分和本地上送的部分合成输出又通过复接功能将转发部分和本地上送的部分合成输出DMXMUX中继线中继线STM-N中继线中继线STM-NAddSTM-n分接分接复接复接DropSTM-n本地本地图图SDH传输网络单元分插复用设备传输网络单元分插复用设备ADM(Add/DropMultiplexer)7/27/202477DXCDXC类似于交换机，它一般有多个输入和多个输出，类似于交换机，它一般有多
68、个输入和多个输出，通过适当配置可提供不同的端到端连接。通过适当配置可提供不同的端到端连接。1:m1:mm:1m :1复接复接交叉连接矩阵交叉连接矩阵分接分接1n1n配置管理配置管理图图SDH传输网络单元传输网络单元数字交叉连接设备数字交叉连接设备DXC7/27/2024782、SDH具有下列特点：具有下列特点：(1)SDH采采用用世世界界上上统统一一的的标标准准传传输输速速率率等等级级。最最低低的的等等级级也也就就是是最最基基本本的的模模块块称称为为STM-1，传传输输速速率率为为155.520Mb/s；4个个STM-1同同步步复复接接组组成成STM-4，传传输输速速率率为为622.080Mb
69、/s；16个个STM-1组组成成STM-16,传传输输速速率率为为2488.320Mb/s，以以此此类推。类推。(2)SDH各各网网络络单单元元的的光光接接口口有有严严格格的的标标准准规规范范。因因此此，光光接接口口成成为为开开放放型型接接口口，这这有有利利于于建建立立世世界界统统一一的的通通信信网网络络。标标准准的的光光接接口口综综合合进进各各种种不不同同的的网网络络单单元元，简简化化了了硬硬件件，降降低了网络成本。低了网络成本。(3)在在SDH帧帧结结构构中中，丰丰富富的的开开销销比比特特用用于于网网络络的的运运行行、维维护护和和管管理理，便便于于实实现现性性能能监监测测、故故障障检检测测
70、和和定定位位、故故障障报报告告等管理功能。等管理功能。7/27/202479(4)采采用用数数字字同同步步复复用用技技术术，其其最最小小的的复复用用单单位位为为字字节节，不不必必进进行行码码速速调调整整，简简化化了了复复接接分分接接的的实实现现设设备备，由由低低速速信信号号复接成高速信号，或从高速信号分出低速信号，不必逐级进行。复接成高速信号，或从高速信号分出低速信号，不必逐级进行。(5)采采用用数数字字交交叉叉连连接接设设备备DXC可可以以对对各各种种端端口口速速率率进进行行可可控控的的连连接接配配置置，对对网网络络资资源源进进行行自自动动化化的的调调度度和和管管理理，既既提提高了资源利用率
71、，又增强了网络的抗毁性和可靠性。高了资源利用率，又增强了网络的抗毁性和可靠性。SDH采采用用了了DXC后后，大大大大提提高高了了网网络络的的灵灵活活性性及及对对各各种种业业务量变化的适应能力，使现代通信网络提高到一个崭新的水平。务量变化的适应能力，使现代通信网络提高到一个崭新的水平。7/27/202480图图分插信号流程的比较分插信号流程的比较光/电光信号分接分接分接140/34Mb/s34/8Mb/s8/2Mb/s复接复接复接电/光光信号2/8Mb/s8/34Mb/s34/140Mb/s2Mb/s(电信号)SDHADM155Mb/s光接口155Mb/s光接口2Mb/s(电信号)PDHPDHP
72、DH和和和和SDHSDH分插信号流程的比较分插信号流程的比较分插信号流程的比较分插信号流程的比较采采用用SDH分分插插复复用用器器(ADM)，可可以以利利用用软软件件一一次次直直接接分分出出和和插插入入2Mb/s支路信号，十分简便。支路信号，十分简便。7/27/2024813.SDH3.SDH3.SDH3.SDH帧结构帧结构帧结构帧结构 SDHSDHSDHSDH帧帧帧帧结结结结构构构构是是是是实实实实现现现现数数数数字字字字同同同同步步步步时时时时分分分分复复复复用用用用、保保保保证证证证网网网网络络络络可可可可靠有效运行的关键。靠有效运行的关键。靠有效运行的关键。靠有效运行的关键。 图图给给
73、出出SDHSDH帧帧一一个个STM-NSTM-N帧帧有有9 9行行，每每行行由由270270N N个个字节组成。字节组成。 这样每帧共有这样每帧共有9 9270270N N个字节每字节为个字节每字节为8 bit8 bit。 帧帧周周期期为为125s125s，每每秒秒传传输输80008000帧帧。对对于于STM-1STM-1而而言，传输速率为言，传输速率为9 92702708 88000=155.520 Mb/s8000=155.520 Mb/s。 字字节节发发送送顺顺序序为为：由由上上往往下下逐逐行行发发送送，每每行行先先左左后后右。右。 7/27/202482图图SDH帧的一般结构帧的一般结
74、构7/27/202483SDH帧帧的三个部分：的三个部分：(1)段段开开销销(SOH)。段段开开销销是是在在SDH帧帧中中为为保保证证信信息息正正常常传传输输所所必必需需的的附附加加字字节节，主主要要用用于于运运行行、维维护护和和管管理理，如如帧帧定定位位、误误码码检检测测、公公务务通通信信、自自动动保保护倒换以及网管信息传输。护倒换以及网管信息传输。(2)信信息息载载荷荷(Payload)。信信息息载载荷荷域域是是SDH帧帧内内用用于于承承载载各各种种业业务务信信息息的的部部分分。在在Payload中中包包含含少少量量字字节节用用于于通通道道的的运运行行、维维护护和和管管理理，这这些些字字节
75、节称称为为通道开销通道开销(POH)。7/27/202484根根据据图图的的传传输输通通道道连连接接模模型型，段段开开销销又又细细分分为为再再生生段段开开销销(SOH)和和复复接接段段开开销销(LOH)。前前者者占占前前3行行，后者占后者占59行。行。(3)管理单元指针管理单元指针(AUPTR)。管管理理单单元元指指针针是是一一种种指指示示符符，主主要要用用于于指指示示Payload第第一一个个字字节节在在帧帧内内的的准准确确位位置置(相相对对于于指指针针位置的偏移量位置的偏移量)。采采用用指指针针技技术术是是SDH的的创创新新，结结合合虚虚容容器器(VC)的的概概念念，解解决决了了低低速速信
76、信号号复复接接成成高高速速信信号号时时，由由于于小小的的频频率率误误差差所所造造成成的的载载荷荷相相对对位位置置漂漂移移的的问问题题。7/27/2024854.SDHSDH复用原理复用原理复用原理复用原理ITUT规定了规定了SDH的一般复用映射结构。的一般复用映射结构。所谓映射结构，所谓映射结构，是指把支路信号适配装入虚容是指把支路信号适配装入虚容器的过程，其实质是使支路信号与传送的载荷同器的过程，其实质是使支路信号与传送的载荷同步。步。这种结构可以把目前这种结构可以把目前PDH的绝大多数标准速率的绝大多数标准速率信号装入信号装入SDH帧。帧。图示出图示出SDH一般复用映射结构，图中一般复用映
77、射结构，图中C-n是标是标准容器，准容器，用来装载现有用来装载现有PDH的各支路信号，的各支路信号，并完并完成速率适配处理的功能。成速率适配处理的功能。7/27/202486在标准容器的基础上，加入少量通道开销在标准容器的基础上，加入少量通道开销(POH)(POH)字节，即组成相应的虚容器字节，即组成相应的虚容器VCVC。VC的包络与网络同步，但其内部则可装载各种的包络与网络同步，但其内部则可装载各种不同容量和不同格式的支路信号。不同容量和不同格式的支路信号。引入虚容器的概念，使得不必了解支路信号的引入虚容器的概念，使得不必了解支路信号的内容，便可以对装载不同支路信号的内容，便可以对装载不同支
78、路信号的VC进行同步复进行同步复用、交叉连接和交换处理，实现大容量传输。用、交叉连接和交换处理，实现大容量传输。7/27/202487图图SDH的一般复用映射结构的一般复用映射结构7/27/202488由由于于在在传传输输过过程程中中，不不能能绝绝对对保保证证所所有有虚虚容容器器的的起起始始相相位位始始终终都都能能同同步步，所所以以要要在在VC的的前前面面加加上上管管理理单单元元指指针针(AUPTR)，以进行定位校准。以进行定位校准。加加入入指指针针后后组组成成的的信信息息单单元元结结构构分分为为管管理理单单元元(AU)和和支支路路单元单元(TU)。AU由由高高阶阶VC(如如VC-4)加加AU
79、指指针针组组成成，TU由由低低阶阶VC加加TU指针组成。指针组成。TU经经均均匀匀字字节节间间插插后后，组组成成支支路路单单元元组组(TUG)，然然后后组组成成AU-3或或AU-4。3个个AU-3或或1个个AU-4组组成成管管理理单单元元组组(AUG)，加加上上段段开开销销SOH，便便组组成成STM-1同同步步传传输输信信号号；N个个STM-1信信号号按按字字节节同同步复接，步复接，便组成便组成STM-N。7/27/202489举例：由举例：由PDH的的4次群信号到次群信号到SDH的的STM-1的复接过程的复接过程把把139.264Mb/s的的信信号号装装入入容容器器C-4，经经速速率率适适配
80、配处处理理后后，输输出出信信号号速速率率为为149.760Mb/s;在在虚虚容容器器VC-4内内加加上上通通道道开开销销POH后，输出信号速率为后，输出信号速率为150.336Mb/s；在在管管理理单单元元AU-4内内，加加上上管管理理单单元元指指针针AUPTR(每每帧帧9Byte,相相应应于于0.576Mb/s)，输输出出信信号号速速率率为为150.912Mb/s;由由1个个AUG加加上上段段开开销销SOH，输输出出信信号号速速率率为为155.520Mb/s,即即为为STM-1。7/27/202490 5. SDH5. SDH5. SDH5. SDH的应用的应用的应用的应用 SDHSDH可用
81、于点对点传输、链形网和环形网。可用于点对点传输、链形网和环形网。如图如图 SDHSDH环形网的一个突出优点是具有环形网的一个突出优点是具有“自愈自愈”能力。能力。 当当某某节节点点发发生生故故障障或或光光缆缆中中断断时时，仍仍能能维维持持一一定定的通信能力。的通信能力。 网形网形SDHSDH网络的主要特点是：网络的主要特点是： 端端到到端端之之间间存存在在一一条条以以上上的的路路径径，可可同同时时构构成成一一条条以以上上的的传传输输通通道道，通通过过DXCDXC的的灵灵活活配配置置，使使网网络络具具有有更好的抗毁性和更高的可靠性。更好的抗毁性和更高的可靠性。 7/27/202491图图SDH用于点对点传输用于点对点传输SDHTMSDHTM支路支路信号信号支路支路信号信号STM-N再生中继器再生中继器7/27/202492图图SDH链形网链形网SDHTMSDHTM支路支路信号信号支路支路信号信号SDHADMSTM-n(n N)STM-NSTM-NSTM-n7/27/202493图图SDH环形网环形网(双环双环)SDHADMSDHADMSDHADMSDHADM支路支路信号信号支路信号支路信号支路支路信号信号7/27/202494
