光纤通信系统和通信网

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1、第五章 光纤通信系统和通信网5.1、光纤通信系统的组成、光纤通信系统的组成 P15.2、系统性能及测试、系统性能及测试 P225.3、光纤通信系统的总体设计光纤通信系统的总体设计 P355.4、光同步数字传输网光同步数字传输网 P455.5、光纤放大器在系统中的应用、光纤放大器在系统中的应用 P1255.6、城域光网络和接入网、城域光网络和接入网 P1505.1 光纤通信系统的组成思考题：思考题：1本周的传输实验假设将本周的传输实验假设将S200拨到数字端传拨到数字端传输正弦波，该如何设计实验步骤？输正弦波，该如何设计实验步骤？2声音图像传输实验中又该如何？声音图像传输实验中又该如何？光纤通信

2、系统工作原理光纤通信系统工作原理1、电发射机：、电发射机：过程：过程：模拟信号模拟信号 PCM编码完成编码完成A/D转换转换 时分复用时分复用高比特率数字信号高比特率数字信号PCM编码：编码：1、取样、取样: Nyquist取样定理：取样频率取样定理：取样频率f2f 2、量化、量化3、编码、编码 2、光发射机、光发射机TX 电发射机输出的数字信号通过输入接口进入电发射机输出的数字信号通过输入接口进入光发射机。光发射机。输入接口的作用：输入接口的作用：1保证电、光发射机间信号的幅度、阻保证电、光发射机间信号的幅度、阻抗抗 的适配，以适合光发射机的要求；的适配，以适合光发射机的要求；2进行码型变换

3、，将传送码流转换成便进行码型变换，将传送码流转换成便于在光纤中传输、接收及监测的线路码型于在光纤中传输、接收及监测的线路码型,使信息和时钟能够共同在系统中传输。使信息和时钟能够共同在系统中传输。输入接口的作用：输入接口的作用：1保证电、光发射机间信号的幅度、阻抗保证电、光发射机间信号的幅度、阻抗 的适配，以适合光发射机的要求；的适配，以适合光发射机的要求；2进行码型变换，将传送码流转换成便于进行码型变换，将传送码流转换成便于在光纤中传输、接收及监测的线路码型在光纤中传输、接收及监测的线路码型,使信使信息和时钟能够共同在系统中传输。息和时钟能够共同在系统中传输。光纤通信中的常用线路码型光纤通信中

4、的常用线路码型1扰码二进制扰码二进制 ：SDH系统采用系统采用2字变换码字变换码: mBnB、伪双极性、伪双极性CMI、DMI码码 3插入型码插入型码: mB1H/1C码码, mB1P码码1扰码二进制扰码二进制概念：通过改变码序列中概念：通过改变码序列中0、1分布来改善码流的分布来改善码流的 性能性能特点：无冗余度、不直接支持误码检测与辅助信特点：无冗余度、不直接支持误码检测与辅助信号传送号传送实现方法：带有反响线的实现方法：带有反响线的m级移位存放器电路级移位存放器电路构成构成M序列的移位存放器可以用特征多项式序列的移位存放器可以用特征多项式f(x)表示为：表示为： 其中系数为其中系数为1表

5、示这一级有反响线，反之系数表示这一级有反响线，反之系数为为0时无反响线。时无反响线。以以SDH系统的七级扰码器形成线路码为例系统的七级扰码器形成线路码为例2字变换码字变换码mBnB码：码：特点：码速提高特点：码速提高 n/m 倍倍编码规律：以编码规律：以2B3B码为例码为例 5B6B是我国是我国PDH系统的标准码型系统的标准码型5B6B码的优点：码的优点：A、冗余度较小；、冗余度较小；B、可以利用计算机的、可以利用计算机的IC-PROM器件直接编、译器件直接编、译码，电路设计得到简化；码，电路设计得到简化；C、连、连“0和连和连“1数小，定时方便；数小，定时方便；D、可以实现运行误码监测。、可

6、以实现运行误码监测。5B6B码的缺点是：码的缺点是：A、本身的电子电路较复杂；、本身的电子电路较复杂；B、耗电较多，中继远供电困难；、耗电较多，中继远供电困难；C、辅助信息的传递较困难。、辅助信息的传递较困难。8B10B码码(在应用千兆以太网中在应用千兆以太网中) 伪双极性伪双极性CMI、DMI码码其中其中CMI码是码是PDH四次群电端机的接口码实验四次群电端机的接口码实验其编码机制为：其编码机制为：0用用01编码，编码，1用用00或或11交替编码。交替编码。举例：举例：0 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 0 1 1 1 0用用CMI编码机制转换后为：编码机制转换后为：01010111

7、001101000101110100110001010101001100011101010001110011013 3插入型码插入型码: : 插入奇偶校验码：插入奇偶校验码： mB1P mB1P码码插入补码：插入补码： mB1H/1C mB1H/1C码码 mB1CmB1C码码00001 10000 01111 10100 11111 10100 00000 01011000010100001011110101001111110101001000001010110mB1H/1CmB1H/1C码：码：H H完成辅助信息的传递完成辅助信息的传递3 3、光中继器需要与否视情况而定、光中继器需要与否视情

8、况而定作用：信号放大，整形，再生。作用：信号放大，整形，再生。传统模式：传统模式：OEOOEO缺点：复杂缺点：复杂现行模式：现行模式：EDFAEDFA缺点：无整形再生功能，需考虑色散补偿和缺点：无整形再生功能，需考虑色散补偿和放大的自发辐射噪声积累的问题。放大的自发辐射噪声积累的问题。 4 4、接收机、接收机1 1光接收机作用：将光信号变换为电信号，再光接收机作用：将光信号变换为电信号，再进行放大、再生，恢复出原来传输的信号，送给进行放大、再生，恢复出原来传输的信号，送给电接收机。电接收机。2 2电接收机作用：将高比特率的数字信号进行电接收机作用：将高比特率的数字信号进行时分复用解复用，然后再

9、复原成模拟信号，送给时分复用解复用，然后再复原成模拟信号，送给用户。用户。输入接口作用：实现码型、电平和阻抗的匹配。输入接口作用：实现码型、电平和阻抗的匹配。5 5、辅助系统、辅助系统网络管理系统网络管理系统( (含告警处理系统含告警处理系统) )属于电信管理网属于电信管理网TMNTMN的一局部，包括故障管理的一局部，包括故障管理告警监视，故障定位、性能管理性能数据告警监视，故障定位、性能管理性能数据的收集，传送，报告，存储、配置管理运行的收集，传送，报告，存储、配置管理运行系统，业务，保护、平安管理注册，日志，系统，业务，保护、平安管理注册，日志，口令，平安等级等口令，平安等级等公务通信系统

10、：可分为段间和段内公务通信系统：可分为段间和段内自动倒换系统：收无光，收失步，误码率过高等自动倒换系统：收无光，收失步，误码率过高等情况情况电源供给系统：机房中的直流电源供给系统：机房中的直流- -直流电源变换器及直流电源变换器及其自动保护电路，供电电源一般为其自动保护电路，供电电源一般为-24V-24V，-48V-48V或或- -60V60V6 6、备用系统、备用系统由于光器件的可靠性比电子器件差，由于光器件的可靠性比电子器件差，为了保证通信系统的畅通，整个光路为了保证通信系统的畅通，整个光路应该设置备用系统，当主用系统出现应该设置备用系统，当主用系统出现故障时，可通过自动倒换开关倒换到故障

11、时，可通过自动倒换开关倒换到备用系统上来。备用系统上来。备用模式：备用模式：1+11+1或或N+1 N+1 5.2 系统性能及测试1 1、误码性能、误码性能1 1误码性能参数误码性能参数误码率：表示传送的码元被错误判决的概率，误码率：表示传送的码元被错误判决的概率，常以长时间测量中误码数目与传送的总码常以长时间测量中误码数目与传送的总码元之比表示，所以又称长期平均误码率元之比表示，所以又称长期平均误码率BERBER。误码秒百分数误码秒百分数ESES：长时间观测中误码秒：长时间观测中误码秒数与总的可用秒数之比。数与总的可用秒数之比。误码的时间百分数：误码的时间百分数：BERBER超过某一门限值的

12、次超过某一门限值的次数与总观察时间内的可用时间的比。数与总观察时间内的可用时间的比。其中有劣化分百分数其中有劣化分百分数DMDM、严重误码秒百分数、严重误码秒百分数SESSES64Kb/s64Kb/s业务误码性能指标业务误码性能指标 类别定义门限值T。时间全程全网指标劣化分（DM）误码率劣于门限的分110-61分钟时间百分数10%严重误码秒（SES）误码率劣于门限的秒110-31秒钟时间百分数0.2%误码秒(ES)出现误码的秒01秒钟时间百分数8% 块块EBEB：一系列与通道有关的连续比特称为块。：一系列与通道有关的连续比特称为块。误码块：当一块内的任意比特发生过失时就称该块是过失误码块：当一

13、块内的任意比特发生过失时就称该块是过失块，有时也称误码块。块，有时也称误码块。误块秒误块秒ESES : :当某一秒内具有一个或多个误块时，就称当某一秒内具有一个或多个误块时，就称该秒为误块秒。该秒为误块秒。误块秒比误块秒比ESRESR：对一个确定的测试时间而言，在可用：对一个确定的测试时间而言，在可用时间以内出现的时间以内出现的ESES与总秒数之比称为误块秒比。与总秒数之比称为误块秒比。 严重误块秒比严重误块秒比SESRSESR：当某一秒内含有不少于：当某一秒内含有不少于30%30%的误的误块或者至少出现一种缺陷时，就以该秒为严重误块秒。对块或者至少出现一种缺陷时，就以该秒为严重误块秒。对于一

14、个确定的测试时间而言，在可用时间以内出现的于一个确定的测试时间而言，在可用时间以内出现的SESRSESR数与总秒数之比称为严重误块秒比。数与总秒数之比称为严重误块秒比。 2 2误码率的计算误码率的计算 在在n n比特序列中发生比特序列中发生m m个误码的概率为：个误码的概率为： n n比特序列中出现不多于比特序列中出现不多于k k比特误码的概率为：比特误码的概率为： 2. 2. 抖动性能抖动性能1 1概念：数字信号包括时钟信号的各有概念：数字信号包括时钟信号的各有效瞬间对于标准时间的位置偏差，称为抖效瞬间对于标准时间的位置偏差，称为抖动或漂动。动或漂动。10Hz10Hz以下的相位变化称为以下的

15、相位变化称为漂动漂动, , 而而10Hz10Hz以上的那么称为抖动。以上的那么称为抖动。2 2原因：随机噪声产生低频振荡的相位调制，原因：随机噪声产生低频振荡的相位调制，加载到传输的数字信号上，产生抖动。加载到传输的数字信号上，产生抖动。3 3抖动的单位：抖动的单位：UI, UI, 表示单位时隙，当传输表示单位时隙，当传输信号为信号为NRZNRZ码时，码时，1UI1UI就是比特信息所占就是比特信息所占用的时间，它在数值上等于传输速率的倒用的时间，它在数值上等于传输速率的倒数。数。4 4影响：使判决时间偏离最正确的判决时间影响：使判决时间偏离最正确的判决时间 5 5抖动性能参数抖动性能参数a)a

16、)输入抖动容限：输入抖动容限：系统容许的输入信号的最大抖动范围。系统容许的输入信号的最大抖动范围。b)b)PDHPDH各次群输入接口的抖动容限必须在图中所示的曲线各次群输入接口的抖动容限必须在图中所示的曲线之上之上 b) b) 输出抖动：输出抖动：系统无输入抖动时输出口的信号抖动特性。系统无输入抖动时输出口的信号抖动特性。复用设备STM-N接口抖动产生接口测量滤波器峰-峰幅度STM-1500Hz-1.3MHz0.50UI65KHz-1.3MHz0.10UISTM-41000Hz-5MHz0.50UI250KHz-5MHz0.10UISTM-165000Hz-20MHz0.50UI1MHz-20

17、MHz0.10UIc) c) 抖动转移特性抖动转移特性: :系统输出信号的抖动与输入信号中具有对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。应频率的抖动之比。 SDH SDH系统与其它数字通信系统相比又引入了系统与其它数字通信系统相比又引入了二种新的抖动源，即映射抖动和组合抖动。二种新的抖动源，即映射抖动和组合抖动。 映射抖动映射抖动: : 支路信号映射进支路信号映射进STM-NSTM-N时引入的时引入的抖动。在无指针调整时，在支路口测试。抖动。在无指针调整时，在支路口测试。 组合抖动：组合抖动：支路映射和指针调整结合引入支路映射和指针调整结合引入的抖动。在特定的指针调整序列下，测试

18、的抖动。在特定的指针调整序列下，测试支路口的输出抖动。支路口的输出抖动。3.3.系统性能的测试系统性能的测试1 1主要的测试仪表：主要的测试仪表：误码测试仪：误码测试误码测试仪：误码测试误码分析仪误码分析仪: :误码测试，误码分析，误码测试，误码分析，BERBER，ESES，SESSES，DMDM。数字传输分析仪：另外包括抖动发生器，可数字传输分析仪：另外包括抖动发生器，可产生测试所需要的各种幅度可调低频信号，产生测试所需要的各种幅度可调低频信号，并将其调制到发码上，产生带有抖动的数并将其调制到发码上，产生带有抖动的数字系列，接收局部还可测试抖动。字系列，接收局部还可测试抖动。SDHSDH分析

19、仪分析仪: :除可测试误码和抖动性能外，还除可测试误码和抖动性能外，还能分析和检测能分析和检测SDHSDH设备的帧结构和复用映射设备的帧结构和复用映射结构。结构。另外还有光频谱分析仪、光功率计等。实另外还有光频谱分析仪、光功率计等。实验室设备状况验室设备状况 误码测试仪原理框图误码测试仪原理框图2 2误码率、灵敏度和抖动的测试误码率、灵敏度和抖动的测试a a 灵敏度：在保证一定误码率下光接收机所需要接收的最灵敏度：在保证一定误码率下光接收机所需要接收的最低平均光功率。低平均光功率。测试仪器：误码测试仪、光衰减器、连接器、光功率计测试仪器：误码测试仪、光衰减器、连接器、光功率计光接收机灵敏度的测

20、试原理图光接收机灵敏度的测试原理图长光纤测试方法如下：测试方法如下： 按图示接好测试系统，误码仪的发送局部按规定送按图示接好测试系统，误码仪的发送局部按规定送 出出 或或 伪随机码，用来调制光发射机；伪随机码，用来调制光发射机； 增大光衰减器的衰减量，同时监测误码，直到误码仪指增大光衰减器的衰减量，同时监测误码，直到误码仪指示的的误码率为某一要求值；示的的误码率为某一要求值； 断开光纤连接器，用光功率计测量此时的接收光功率，断开光纤连接器，用光功率计测量此时的接收光功率，即为要求误码率下的接收灵敏度。即为要求误码率下的接收灵敏度。 b b 动态范围：动态范围：先测出要求误码率下的接收机灵敏度；

21、先测出要求误码率下的接收机灵敏度；逐渐减小光衰减器的衰减量，直至误码仪指示为要求的逐渐减小光衰减器的衰减量，直至误码仪指示为要求的误码率，此时接收光功率为最大输入功率，动态范围可误码率，此时接收光功率为最大输入功率，动态范围可表示为：表示为：c c 输入抖动容限：输入抖动容限：所用仪表：低频信号发生器、可变光衰减器、抖动测试仪所用仪表：低频信号发生器、可变光衰减器、抖动测试仪还有什么仪器可用来代替？还有什么仪器可用来代替？思考题：该系统能否测试输出抖动和抖动转移特性？思考题：该系统能否测试输出抖动和抖动转移特性？测试方法：测试方法：如下图接好测试系统，开关如下图接好测试系统，开关K1K1置置1

22、 1，K2K2置置2 2，由误码仪发送，由误码仪发送 或或 伪随机码。伪随机码。监视光端机的误码率，调整可变光衰减器的衰减量，使光监视光端机的误码率，调整可变光衰减器的衰减量，使光接收机接收的光功率恰好在无误码的根底上增加接收机接收的光功率恰好在无误码的根底上增加1dB1dB，使，使误码性能有所好转。误码性能有所好转。将低频信号发生器发出测试的低频信号加于误码仪的发送将低频信号发生器发出测试的低频信号加于误码仪的发送端，调制伪随机码，造成光端机输入信号的抖动，逐渐加端，调制伪随机码，造成光端机输入信号的抖动，逐渐加大低频信号幅度，直至将要发生误码为止；大低频信号幅度，直至将要发生误码为止； 将开关将开关K1K1置置3 3，测出此时的抖动值，即为此频率下输入抖，测出此时的抖动值，即为此频率下输入抖动容限；动容限；改变低频测试信号的频率，重复上述过程，逐频点测量，改变低频测试信号的频率，重复上述过程，逐频点测量，最后画出输入抖动与频率的对应关系。最后画出输入抖动与频率的对应关系。