1、7.1 光纖通信系統(tǒng)的基本概念 7.2 數(shù)字光纖通信系統(tǒng) 7.3 模擬光纖通信系統(tǒng),第七章 光纖通信系統(tǒng),本章簡介,光纖通信系統(tǒng)是組成光網(wǎng)絡(luò)的基本單元，光纖通信系統(tǒng)主要包括數(shù)字光纖通信系統(tǒng)和模擬光纖通信系統(tǒng)。本章將主要對數(shù)字和模擬光纖通信系統(tǒng)的組成，工作原理，特性指標及相關(guān)應(yīng)用等作以介紹。,7.1 光纖通信系統(tǒng)的基本概念,7.1.1 光纖通信系統(tǒng)的組成,如圖7.1所示，為光纖通信系統(tǒng)組成模型?？梢姽饫w通信系統(tǒng)由光發(fā)送部分、光纖和光接收部分三部分組成。,圖7.1光纖通信系統(tǒng)示意圖,在光發(fā)射部分，信息源把用戶信息轉(zhuǎn)換為原始電信號，這種信號稱為基帶信號。電發(fā)射機再把基帶信號轉(zhuǎn)換為適合信道傳輸?shù)男盘枺?/p>

2、這個轉(zhuǎn)換如果需要調(diào)制，則其輸出信號稱為已調(diào)信號。,對于數(shù)字電話傳輸，電話機把話音轉(zhuǎn)換為頻率范圍為0.33.4 kHz的模擬基帶信號，電發(fā)射機把這種模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，例如PCM信號，并把多路數(shù)字信號組合在一起，然后輸入光發(fā)射機，同樣也可將SDH信號輸入道光發(fā)射機在光線中傳輸。對于模擬電視傳輸，則用攝像機把圖像轉(zhuǎn)換為6 MHz的模擬基帶信號，直接輸入光發(fā)射機。,光纖部分可根據(jù)所傳信號的質(zhì)量要求、傳輸距離、適用場合等指標選單模光纖、多模光纖或其他特殊光纖。 光接收部分則采用和光發(fā)射部分相反的操作，將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，然后再進行解復用，然后將基帶信號送給相關(guān)用戶。,7.1.2 光纖通信系統(tǒng)的分

3、類,光纖通信系統(tǒng)根據(jù)不同的分類方法可以劃分為不同類型。 按系統(tǒng)所用光纖類型可將光纖通信系統(tǒng)分為單模光纖通信系統(tǒng)和多模光纖通信系統(tǒng)； 按光纖通信系統(tǒng)應(yīng)用的場合分為公用型光纖通信系統(tǒng)和專用光纖通信系統(tǒng)，如專網(wǎng)中的電力光纖通信系統(tǒng)，鐵道光纖通信系統(tǒng)，軍用光纖通信系統(tǒng)等；,根據(jù)光纖通信系統(tǒng)所處位置分為接入網(wǎng)系統(tǒng)，城域網(wǎng)系統(tǒng)，骨干網(wǎng)系統(tǒng)等； 4. 按光纖通信系統(tǒng)所采用的技術(shù)不同進行分類等。,5. 通常我們是按照光纖通信系統(tǒng)中所傳送的信號是數(shù)字的還是模擬的，可將光纖通信系統(tǒng)分為模擬光纖通信系統(tǒng)和數(shù)字光纖通信系統(tǒng)。下面我們就以這種分類方法來分別介紹模擬光纖通信系統(tǒng)和數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的概念和相關(guān)技術(shù)。,模擬光

4、纖通信系統(tǒng)通常將采集的模擬基帶信號直接調(diào)制到光載波上，從光發(fā)射機經(jīng)光纖傳送到光接收機，完成模擬信號的傳送。為提高傳輸質(zhì)量，也可將模擬基帶信號轉(zhuǎn)換為頻率調(diào)制(FM)、脈沖頻率調(diào)制(PFM)或脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號，最后把這種已調(diào)信號輸入光發(fā)射機。,還可以采用頻分復用(FDM)技術(shù)，用來自不同信息源的視頻模擬基帶信號(或數(shù)字基帶信號)分別調(diào)制指定的不同頻率的射頻(RF)電波，然后把多個這種帶有信息的RF信號組合成多路寬帶信號，最后輸入光發(fā)射機， 由光載波進行傳輸。 在這個過程中，受調(diào)制的RF電波稱為副載波，這種采用頻分復用的多路電視傳輸技術(shù)， 稱為副載波復用(SCM)。,數(shù)字光纖通信系統(tǒng)通常將

5、來自電端機上的數(shù)字信號調(diào)制到光載波上經(jīng)光纖傳送到對端，再解調(diào)為數(shù)字信號。數(shù)字信號經(jīng)電端機解復用后變?yōu)榛鶐?shù)字信號，然后送到用戶端。通常數(shù)字電端機包括數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，編解碼電路，復用和去復用電路，相關(guān)保護電路等。,不管是數(shù)字系統(tǒng)，還是模擬系統(tǒng)，輸入到光發(fā)射機帶有信息的電信號，都通過調(diào)制轉(zhuǎn)換為光信號。光載波經(jīng)過光纖線路傳輸?shù)浇邮斩?，再由光接收機把光信號轉(zhuǎn)換為電信號。電接收機的功能和電發(fā)射機的功能相反，它把接收的電信號轉(zhuǎn)換為基帶信號，最后由信息宿恢復用戶信息。,在整個通信系統(tǒng)中，在光發(fā)射機之前和光接收機之后的電信號段，光纖通信所用的技術(shù)和設(shè)備與電纜通信相同，不同的只是由光發(fā)射機、光纖線路和光接收機所組

6、成的基本光纖傳輸系統(tǒng)代替了電纜傳輸。,由于前面各個章節(jié)我們已經(jīng)講述了光線與光纜、光源器件與光發(fā)射機、光檢測器件與光接收機等內(nèi)容，在本章中我們將重點就數(shù)字光纖通信系統(tǒng)和模擬光纖通信系統(tǒng)等知識予以講述。,7.2 數(shù)字光纖通信系統(tǒng),7.2.1 數(shù)字光纖通信系統(tǒng)組成,1.數(shù)字光纖通信系統(tǒng) 數(shù)字光纖通信系統(tǒng)比模擬光纖通信系統(tǒng)具有更多的優(yōu)點，也更能適應(yīng)社會對通信能力和通信質(zhì)量越來越高的要求。數(shù)字通信系統(tǒng)用參數(shù)取值離散的信號(如脈沖的有和無、電平的高和低等)代表信息，強調(diào)的是信號和信息之間的一一對應(yīng)關(guān)系；而模擬通信系統(tǒng)則用參數(shù)取值連續(xù)的信號代表信息，強調(diào)的是變換過程中信號和信息之間的線性關(guān)系。這種基本特征決

7、定著兩種通信方式的優(yōu)缺點和不同時期的發(fā)展趨勢。,20 世紀70年代光纖通信的應(yīng)用和80年代計算機的普及，為數(shù)字通信的發(fā)展創(chuàng)造了極其有利的條件。目前雖有數(shù)字通信幾乎完全代替模擬通信的趨勢，但是模擬通信仍然有著重要的應(yīng)用。,數(shù)字通信系統(tǒng)的優(yōu)點,1. 抗干擾能力強，傳輸質(zhì)量好。在模擬通信系統(tǒng)中，噪聲疊加在信號上，兩者很難分開，放大時噪聲和信號一起放大，不能改善因傳輸而劣化的信噪比。數(shù)字光纖通信采用二進制信號，信息不包含在脈沖波形中， 而由脈沖的“有”和“無”表示。因此，一般噪聲不影響傳輸質(zhì)量，只有在抽樣和判決過程中，當噪聲超過一定閾值時， 才產(chǎn)生誤碼率。,2. 可以用再生中繼，傳輸距離長。數(shù)字通信系

8、統(tǒng)可以用不同方式再生傳輸信號，消除傳輸過程中的噪聲積累，恢復原信號，延長傳輸距離。,3. 適用各種業(yè)務(wù)的傳輸，靈活性大。在數(shù)字通信系統(tǒng)中，話音、圖像等各種信息都變換為二進制數(shù)字信號，可以把傳輸技術(shù)和交換技術(shù)結(jié)合起來，有利于實現(xiàn)綜合業(yè)務(wù)。,4. 容易實現(xiàn)高強度的保密通信。只需要將明文與密鑰序列逐位模2相加， 就可以實現(xiàn)保密通信。只要精心設(shè)計加密方案和密鑰序列并經(jīng)常更換密鑰， 便可達到很高的保密強度。,5. 數(shù)字通信系統(tǒng)大量采用數(shù)字電路，易于集成，從而實現(xiàn)小型化、微型化，增強設(shè)備可靠性，有利于降低成本。,數(shù)字通信系統(tǒng)的缺點是占用頻帶較寬，系統(tǒng)的頻帶利用率不高注：這里沒有考慮語音、視頻壓縮編碼和多元

9、制數(shù)字調(diào)制的作用。 例如，一路模擬電話只占用4 kHz的帶寬，而一路數(shù)字電話要占用2064 kHz的帶寬。數(shù)字通信系統(tǒng)的許多優(yōu)點是以犧牲頻帶為代價得到的，然而光纖通信的頻帶很寬，完全能夠克服數(shù)字通信的缺點。因而對于電話的傳輸， 數(shù)字光纖通信系統(tǒng)是最佳的選擇。,7.2.2數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的線路碼型,對于數(shù)字端機的接口碼型，一般采用雙極性碼，因為對電脈沖信號，以零伏為中心，無論產(chǎn)生正脈沖還是負脈沖都是比較容易的。目前常用的雙極性碼有碼 和CMI碼。 碼適用于PDH(234)Mb/s（13次群）的數(shù)字信號接口。而CMI碼適用于PDH 140Mb/s數(shù)字信號接口。,對于光纜數(shù)字系統(tǒng)，目前主要采用光強度

10、調(diào)制方式，即傳輸信息僅與發(fā)光器件發(fā)出的光“有”或“無”兩種狀態(tài)，因此應(yīng)采用單極性碼。光纜線路系統(tǒng)對傳輸碼型的主要要求有： 能對中繼器進行不中斷業(yè)務(wù)的誤碼檢測;,減少碼流中長連“0”或長連“1”的碼字，以利于端機和中繼設(shè)備的定時提取，便于信號再生判決; 能傳輸監(jiān)控、公務(wù)和區(qū)間信號; 能實現(xiàn)比特序列獨立性，即不論傳輸?shù)男畔⑿盘柸绾翁厥?，其傳輸系統(tǒng)都不依賴于信息信號而進行正確的傳輸。,1. 擾碼,為了保證傳輸?shù)耐该餍?，在系統(tǒng)光發(fā)射機的調(diào)制器前，需要附加一個擾碼器，將原始的二進制碼序列進行變換，使其接近隨機序列。它是根據(jù)一定的規(guī)則將信號碼流進行擾碼，經(jīng)過擾碼后使線路碼流中的“0”、“1”出現(xiàn)概率相等，

11、從而改善了碼流的一些特性。但是它仍然具有下列缺點：,不能完全控制長連“1”和長連“0”序列的出現(xiàn)； 沒有引入冗余，不能進行在線誤碼檢測； 信號頻譜中接近于直流的分量較大。 因為擾碼不能完全滿足光纖通信對線路碼型的要求，所以許多光纖設(shè)備除采用擾碼外，還采用其它類型的線路編碼。,2. 分組碼,(1)mBnB碼 最典型的分組碼為mBnB碼，它是把輸入碼流中每m比特碼分為一組，然后變換為n比特。m、n均為正整數(shù)，且nm，一般n =m+1。這樣，變換之后，碼組的比特數(shù)比變換前大，即輸入碼字共有種，輸出碼字可能組成種，使變換后的碼流有了“富余”（冗余）。有了它，在碼流中除了可以傳輸原來的信息外，還可以傳輸

12、與誤碼檢測等有關(guān)的信息。另外，經(jīng)過適當?shù)木幋a之后，可以改善定時信號的提取和直流分量的起伏等問題。,mBnB碼型中有1B2B，2B3B，3B4B，5B6B等。其中，5B6B碼被認為在編碼復雜性和比特冗余度之間是最合理的折衷，因此使用較為普遍。,表7.1 5B6B碼型的一種方案,(2)mB1C碼 這種碼型是將信碼流每m比特分為一組，然后在其末位之后再插入一個反碼（又稱補碼）即C碼。C碼的作用是：如果第m位碼為“1”碼，則反碼為“0”；反之則為“1”。,例如： 8個碼元為一組的碼組為：11011001；編為8B1C碼時的碼組為：110110010。因此插入C碼可進行誤碼檢測，此外，還可減少連“0”或

13、連“1”的不良影響。,(3) mB1H碼 這種碼是將信碼流中每m比特碼分為一組，然后在其末位之后插入一個混合碼，稱為H碼。這種碼型具有多種功能，除可完成mB1P和mB1C碼的功能外，還可同時用來完成區(qū)間通信、公務(wù)聯(lián)絡(luò)、數(shù)據(jù)傳輸以及誤碼檢測等功能。,(4)其它線路碼型 在光纖通信中，有時利用電纜傳送數(shù)字信號。因此可用ITUTG.703建議的物理/電氣接口碼型，如偽雙極性碼即CMI和DMI碼。,表7.2 CMI碼變換規(guī)則,CMI碼由于結(jié)構(gòu)均勻，傳輸性能好，可以用游動數(shù)字和的方法檢測誤碼，因此誤碼檢測性能好。由于它是一種電接口碼型，因此139264kb/s光纖傳輸系統(tǒng)就用CMI碼作為光線路碼型。另外

14、，它還不需重新變換，直接用四次群復用設(shè)備送來的CMI信號調(diào)制光源。接收端也可直接將再生還原的CMI碼直接送給四次群復用設(shè)備，而不需線路碼型的變換和反變換設(shè)備。,CMI碼的缺點是：碼速提高率（等于100%）太大以及傳送輔助信息的性能較差。,7.2.3數(shù)字光纖通信系統(tǒng)特性指標與設(shè)計,7.2.3.1 數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的特性指標 目前，光纖通信系統(tǒng)主要是數(shù)字系統(tǒng)，因此光纖傳輸系統(tǒng)的各種性能指標應(yīng)滿足數(shù)字傳輸系統(tǒng)的要求。而數(shù)字信號在傳輸中也要遇到各種各樣的干擾，因此考察光纖通信系統(tǒng)總的傳輸性能時，要分析各部分設(shè)備的性能及各傳輸段的性能，以便在各指標累加之后，能保證系統(tǒng)的全程性能指標。,為此，對全程通信網(wǎng)

15、的性能指標要作一個合理的分配，首先要確定一個合適的傳輸模型。ITUT提出了“系統(tǒng)參考模型”的概念，并規(guī)定了系統(tǒng)參考模型的性能參數(shù)和指標，光纖通信系統(tǒng)的性能指標就應(yīng)遵循該規(guī)定。,1.數(shù)字光纖系統(tǒng)模型結(jié)構(gòu),系統(tǒng)參考模型有三種假設(shè)形式：假設(shè)參考數(shù)字連接（HRX），假設(shè)參考數(shù)字鏈路（HRDL）及假設(shè)參考數(shù)字段（HRDS）。,(1) 假設(shè)參考數(shù)字連接（HRX）,假設(shè)參考數(shù)字連接是針對通信系統(tǒng)的總的性能和指標分配而找出的通信距離最長、結(jié)構(gòu)最復雜、傳輸質(zhì)量預計最差的連接。如果這種連接能滿足通信系統(tǒng)的性能指標要求，那么通信距離較短，結(jié)構(gòu)較簡單的通信連接肯定能保證傳輸質(zhì)量，因而引入了假設(shè)參考連接模型。,它是通信

16、網(wǎng)中從用戶至用戶，包括參與變換與傳輸?shù)母鱾€部分（如用戶線、終端設(shè)備、交換機、傳輸系統(tǒng)等）。ITUT建議的一個標準最長HRX全長為27500km，包含14個假設(shè)參考數(shù)字鏈路和13個數(shù)字交換點。,實際上經(jīng)常實現(xiàn)的連接都比標準最長HRX短。假設(shè)參考數(shù)字連接的具體組成如圖7.2示。,圖7.2 假設(shè)參考數(shù)字連接組成圖,(2) 假設(shè)參考數(shù)字鏈路（HRDL）,為了簡化數(shù)字傳輸系統(tǒng)的研究，保證全程通信質(zhì)量，把假設(shè)參考數(shù)字連接（HRX）中的兩個相鄰交換點的數(shù)字配線架間所有的傳輸系統(tǒng)，復、分設(shè)備等各種傳輸單元，用假設(shè)參考數(shù)字鏈路（HRDL）表示。,由于HRDL是HRX的一個組成部分，因此允許把總的性能指標分配到一

17、個比較短的模型上。ITUT建議HRDL的合適長度是2500km，根據(jù)我國地域廣闊的特點，我國長途一級干線的數(shù)字鏈路長度為5000km。,(3) 假設(shè)參考數(shù)字段（HRDS）,為了適應(yīng)傳輸系統(tǒng)的性能規(guī)范，保證全線質(zhì)量和管理維護方便，具體提供數(shù)字傳輸系統(tǒng)的性能指標，把假設(shè)參考數(shù)字鏈路（HRDL）中相鄰的數(shù)字配線架間的傳輸系統(tǒng)，即兩個光端機之間的光纜傳輸線路及若干光中繼器用假設(shè)參考數(shù)字段（HRDS）表示。,根據(jù)我國的實際情況，長途一級干線的HRDS為420km，長途二級干線的HRDS為280km。因此通信網(wǎng)總的性能指標從HRX上可以按比例分配到HRDL上，再從HRDL上分配到HRDS上。,2.系統(tǒng)的質(zhì)

18、量指標,（1）誤碼性能 誤碼的定義 光纖數(shù)字傳輸系統(tǒng)的誤碼性能用誤碼率來衡量。即在特定的一段時間內(nèi)所接收的錯誤碼元與同一時間內(nèi)所接收的總碼元數(shù)之比。,（7.1）,（7.1）,（7.1）,（7.1）,（7.1）,誤碼發(fā)生的形態(tài)和原因 誤碼發(fā)生的形態(tài)主要有兩類：一類是隨機形態(tài)的誤碼，即誤碼主要是單個隨機發(fā)生的，具有偶然性；另一類是突發(fā)的、成群發(fā)生的誤碼，這種誤碼可能在某個瞬間集中發(fā)生，而其它大部分時間無誤碼發(fā)生。誤碼發(fā)生的原因是多方面的。如電纜數(shù)字網(wǎng)中的熱噪聲，交換設(shè)備的脈沖噪聲干擾，雷電的電磁感應(yīng)，電力線產(chǎn)生的干擾等。,誤碼性能的評定方法 評定誤碼性能的參數(shù)包括平均誤碼率、劣化分、嚴重誤碼秒和誤

19、碼秒。,平均誤碼率,在一段較長的時間內(nèi)出現(xiàn)的誤碼個數(shù)和傳輸?shù)目偞a元數(shù)的比值。平均誤碼率反映了測試時間內(nèi)的平均誤碼結(jié)果，因此適合于計量隨機誤碼，但無法反映誤碼的隨機性和突發(fā)性。,劣化分鐘,每分鐘的誤碼率劣于 這個閾值稱為劣化分，用DM表示。我們?nèi)】傆^測時間為 ，它的大小可以是幾天或一個月，一個取樣觀測時間 為1分鐘。從總觀測時間中扣除不可用時間（連續(xù)10秒平均誤碼率劣于 ）和嚴重誤碼秒后所得可用分鐘。ITUT建議該性能指標應(yīng)達到在 內(nèi)累計的劣化分個數(shù)占可用分鐘數(shù)時間百分數(shù)少于10%。,嚴重誤碼秒,每秒內(nèi)的誤碼率劣于 這個閾值稱為嚴重誤碼秒，用SES表示。取總觀測時間為 ，一個取樣觀測時間 為1秒

20、鐘。ITUT建議該性能指標應(yīng)達到在 中可用時間內(nèi)累計的嚴重誤碼秒個數(shù)占可用時間秒數(shù)的時間百分數(shù)少于0.2%。,誤碼秒,每個觀測秒內(nèi)，出現(xiàn)的誤碼數(shù)為0，用ES表示。取總觀測時間為 ，一個取樣觀測時間 為1秒鐘。ITUT建議該性能指標應(yīng)達到在 中可用時間內(nèi)累計的誤碼秒占可用時間秒數(shù)的時間百分數(shù)少于8%。,誤碼指標的分配,在一個連接中通常包含幾種不同質(zhì)量等級的數(shù)字傳輸電路。在27500km的國際連接（HRX）中二級交換中心SC之間的電路部分為高級電路，本地交換點LE與SC之間的電路部分為中級電路，LE與參考點T之間的電路部分為本地級。,誤碼性能指標是該線路等級分配的，具體分配如表7.3所示。,表7.

21、3 誤碼指標的分配,本地級和中級指標可以合并到一起考慮，即它們一起分配到總指標的60%。高級電路的指標可以分配到每千米長度上去，從而可以得到不同長度的HRDL和HRDS的誤碼性能指標。,表7.4 HRDL和HRDS的誤碼性能指標的分配,（2）抖動性能,抖動的定義 抖動是數(shù)字信號傳輸中的一種瞬時不穩(wěn)定現(xiàn)象。即數(shù)字信號的各有效瞬間對其理想時間位置的短時間偏離，稱為抖動。,抖動可分為相位抖動和定時抖動。相位抖動是指傳輸過程中所形成的周期性的相位變化。定時抖動是指脈碼傳輸系統(tǒng)中的同步誤差。,圖7.3 定時抖動的圖解定義,抖動的大小或幅度通常可用時間、相位或數(shù)字周期來表示。目前多用數(shù)字周期來表示，即“單

22、位間隔”，用符號UI（UnitInterval），也就是1比特信息所占有的時間間隔。例如碼速率為34.363Mb/s的脈沖信號，1UI=1/34.363s。顯然它在數(shù)值上等于傳輸比特率的倒數(shù)。,抖動產(chǎn)生的原因 數(shù)字再生中繼器引起的抖動。 由于再生中繼器中的定時恢復電路的不完善及再生中繼器的累計導致了抖動的產(chǎn)生和累加。,數(shù)字復接及分接器引起的抖動。 在復接器的支路輸入口，各支路數(shù)字信號附加上碼速調(diào)整控制比特和幀定位信號形成群輸出信號。而在分接器的輸入口，要將附加比特扣除，恢復原分支數(shù)字信號，這些將不可避免地引起抖動。,噪聲引起的抖動。 由于數(shù)字信號處理電路引起的各種噪聲。 其它原因。 由于環(huán)境溫

23、度的變化、傳輸線路的長短及環(huán)境條件等也會引起抖動。,抖動的類型 隨機性抖動。 在再生中繼器內(nèi)與傳輸信號關(guān)系不大的抖動來源稱為隨機性抖動。這些抖動主要由于環(huán)境變化、器件老化及定時調(diào)諧回路失調(diào)引起。 系統(tǒng)性抖動。 由于碼間干擾，定時電路幅度相位轉(zhuǎn)換等因素引起的抖動。,抖動的容限 輸入抖動容限。 輸入抖動容限是指數(shù)字段能夠允許的輸入信號的最低抖動限值，即加大輸入信號的抖動值，直到設(shè)備由不誤碼到開始誤碼的這個分界點。此時的輸入信號上的誤碼即為最大允許輸入抖動下限。,圖7.4 最大允許輸入抖動下限,表7.5 輸入口對輸入數(shù)字信號抖動的最低容限,輸出抖動容限。 在數(shù)字段輸入信號無抖動時,由于數(shù)字段內(nèi)的中繼

24、器產(chǎn)生抖動,并按一定規(guī)律進行累計,于是在數(shù)字段輸出端產(chǎn)生抖動。ITUT提出了數(shù)字段無輸入抖動時的輸出抖動上限，即為輸出抖動容限，具體要求見表7.6。,表7.6 輸出抖動容限,抖動轉(zhuǎn)移特性。 由于輸入口數(shù)字信號的抖動經(jīng)設(shè)備或系統(tǒng)轉(zhuǎn)移后到達輸出口，從而構(gòu)成了輸出抖動的另一個來源。為了保證數(shù)字網(wǎng)抖動的總質(zhì)量目標，ITUT建議抖動轉(zhuǎn)移增益不大于1dB。,（3）光接口指標,一個完整的光纖通信系統(tǒng)的具體組成如圖7.5所示。,圖7.5 光纖數(shù)字通信系統(tǒng)方框圖,我們把光端機與光纖的連接點稱為光接口。光接口有兩個，一個由S點向光纖發(fā)送光信號；另一個由R點從光纖接收信號。光中繼器兩側(cè)均與光纖相連，所以它兩側(cè)的接口

25、均為光接口。光接口是光纖通信系統(tǒng)特有的接口。在S點的主要指標有平均發(fā)送光功率和消光比，在R點的主要指標有接收機靈敏度和動態(tài)范圍。,平均發(fā)送光功率 光端機的平均發(fā)送光功率是指光端機在正常工作的情況下，由電端機輸出223-1或215-1的偽隨機碼時，光端機輸出端S點測量到的平均光功率。平均發(fā)送光功率的功率值用（W）表示，電平值用LT（dBm）表示，光功率值與電平值之間的關(guān)系是：,（7.2）,對于一個實際的光纖通信系統(tǒng)，平均發(fā)送光功率并不是越大越好，雖然從理論上講，發(fā)送光功率越大，通信距離越長，但光功率越大會使光纖工作在非線性狀態(tài)，這種非線性狀態(tài)會對光纖產(chǎn)生不良影響。,消光比 消光比是指光端機的電接

26、口輸入為全“1”碼和全“0”碼時的平均發(fā)送光功率之比，用EXT表示：,（7.3）,但由于光端機的輸入信號是偽隨機碼，它的“0”碼和“1”碼是等概率的，因此光端機輸入全“1”碼的平均發(fā)送光功率P1為光端機平均發(fā)送光功率 的2倍。,（7.4）,無輸入信號時，光端機輸出平均發(fā)送光功率 ，對接收機來說是一種噪聲，會降低接收機的靈敏度，因此希望消光比越小越好。但是，對激光器LD來講，要使消光比小就要減小偏置電流，從而使光源輸出功率降低，譜線寬度增加。所以要全面考慮消光比與其它指標之間的矛盾。,接收機靈敏度 接收機靈敏度是指在滿足給定誤碼率條件下，光端機光接口R點能夠接收到的最小平均光功率電平值 。通常用

27、dBm作為靈敏度的衡量單位。接收機的靈敏度是光端機的重要性能指標，它表示了光端機接收微弱信號的能力。它與系統(tǒng)要求的誤碼率，系統(tǒng)的碼速、接收端光電檢測器的性能有關(guān)。,動態(tài)范圍 光接收機對它能接收到的光功率有一個最小值（接收機靈敏度），當接收機收到的信號小于這個最小值時，系統(tǒng)的誤碼率就達不到要求。若接收機接收的光功率過大，也會使系統(tǒng)的誤碼率達不到要求。,為了保證系統(tǒng)的誤碼特性，光接收機收到的光功率只能在一定的范圍內(nèi)。這個范圍就是動態(tài)范圍D。具體的定義是：在滿足給定誤碼率的條件下，光端機輸入連接器R點能收到的最大光功率電平值 與收到的最小功率電平值 之差，其中功率電平值的單位是dbm。,（7.5）,

28、（4）電接口指標,圖7.22中的A、B點為電接口。通常把A點稱為輸入口，B點稱為輸出口。在輸入口和輸出口都需要測試的指標是：比特率及容差、反射損耗。在輸入口測試的指標有輸入口允許衰減和抗干擾能力、輸入抖動容限；在輸出口測試的指標有輸出口脈沖波形、無輸入抖動時的輸出抖動容限。,比特率及容差 比特率指在單位時間（1秒）內(nèi)傳送的比特數(shù)。即數(shù)字信號的傳輸速率。實際傳送的數(shù)字信號的比特率與規(guī)定的標稱比特率之間有些差別，這個差別就是容差。容差用“ppm”（10-6）表示。表7.7給出了數(shù)字信號的標稱比特率及容差。,表7.7各級電接口的標稱比特率及容差,反射損耗 當光端機接口處的實際阻抗 與傳輸電纜的特性阻

29、抗 有差異時，就會在光端機接口處產(chǎn)生反射。反射信號與入射信號相疊加，就會造成誤碼。這種反射作用的大小通常用反射損耗來衡量。反射損耗 的定義為,（7.6）,由公式看出，光端機電接口阻抗越匹配，反射損耗越大，反射信號的影響就越小。為了保證設(shè)備的正常工作，反射損耗應(yīng)達到規(guī)定值。,表7.8給出了一、二、三次群電接口對輸入口提出的反射損耗的要求，及四次群電接口對輸入口及輸出口提出的反射損耗的要求。,表7.8電接口發(fā)射損耗指標,輸入口允許衰減 各次群光端機，連接上游設(shè)備和輸入口的電纜及數(shù)字配線架對信號都有一定的衰減，這就要求光端機在接收該信號時仍不發(fā)生誤碼，這種光端機輸入口能承受一定傳輸衰減的特性，即為允

30、許衰減。,表7.9輸入口允許衰減和抗干擾能力指標,輸入口抗干擾能力 前面所講的反射信號是一種干擾信號，通常把光端機在接收被干擾的有用信號后仍不產(chǎn)生誤碼的能力稱為輸入口的抗干擾能力。因此，用有用信號的功率與干擾信號的功率之比來表示抗干擾能力的大小?？垢蓴_能力指標見表6.7。,輸出口脈沖波形 為使不同廠家的設(shè)備具有兼容性，要求這些設(shè)備的接口波形必須符合ITUT提出的要求，即如圖7.6所示脈沖波形樣板。,圖7.6 2048kbit/s接口脈沖樣板,光纖通信利用光纖傳輸信號。光信號在傳輸過程會出現(xiàn)兩個問題： （1）光纖損耗使光信號的幅度衰減，限制了光信號的傳輸距離； （2）光纖的色散特性使光信號波形失

31、真，造成噪聲和誤碼率增加。,這些不但限制了光信號的傳輸距離，也限制了光纖的傳輸容量。為了增加光纖的通信距離和通信容量，就必須在光纖傳輸線路中每隔一定距離設(shè)置一個中繼器。中繼器的功能主要有： （1）補償衰減的光信號； （2）對失真的信號波形進行整形。,所以，在長距離傳輸時，中繼器是保證高可靠性和高質(zhì)量傳輸?shù)闹匾糠帧?光纖通信中的中繼器主要有兩種:一種是光電中繼器，另一種是全光中繼器。,1. 光電中繼器的基本結(jié)構(gòu),（1）中繼器的構(gòu)成方框圖 由于目前長距離傳輸多為數(shù)字信號系統(tǒng)，因此我們主要討論的也是數(shù)字光電中繼器。即光電光型中繼器。這樣的中繼器是由一個沒有線路碼型變換和反變換的光接收和光發(fā)射相連接

32、的系統(tǒng)。,如圖7.7所示。這種光中繼器的電路要比光端機的電路簡單，但主要的電路原理是一樣的。,圖7.7 數(shù)字光中繼器原理框圖,（2）中繼器的結(jié)構(gòu)形式 中繼器有的是設(shè)在機房中，有的是箱式或罐式，有的是直埋在地下或架空光纜在電桿上。對于直埋和架空的室外中繼器必須有良好的密封性能。,（3）光中繼器的公務(wù)監(jiān)控方式 光中繼器的公務(wù)監(jiān)控等信號有兩種傳輸方法： 一種是與主信道分開，另設(shè)傳輸信道； 一種是將這些信號插入到主信道信號中和主信號一起傳輸，到中繼器再分開。二者各有優(yōu)缺點。目前主要采用第二種方式。這一過程主要由光中繼器中的插、分電路來完成。,2. 全光中繼器,目前，在光纖通信中，中繼器主要還是光電中繼

33、器，這是一種間接的信號放大過程。但是隨著光纖通信技術(shù)和光器件的快速發(fā)展，一種光纖放大器作為光中繼器的用途越來越受到廣泛關(guān)注。目前所研制的光放大器主要是摻鉺光纖放大器。這種放大器的工作原理及工作特性在前邊章節(jié)已作過詳細討論，這里我們僅就它的用途作一介紹。,摻鉺光纖放大器是一個直接對光波實現(xiàn)放大的有源器件，可在光纖線路中代替目前廣泛使用的光電光型中繼器，其工作原理圖如圖7.8所示。,圖7.8 摻餌光纖放大器用作光中繼器的原理框圖,用摻鉺光纖放大器作中繼器的優(yōu)點是，設(shè)備簡單，沒有光電光的轉(zhuǎn)換過程，工作帶寬寬。缺點是，光放大器作中繼器時，對波形的整形不起作用。,7.2.3.3光纖通信系統(tǒng)中繼距離的設(shè)計

34、,根據(jù)前面所討論的光纖傳輸系統(tǒng)的各種指標要求，光發(fā)射機與光接收機之間有最大傳輸距離的問題。因此如要實現(xiàn)長距離通信，在設(shè)計一個光纖系統(tǒng)時，最大中繼距離的設(shè)計就是一個重要問題。從前面的性能討論知道，最大中繼距離要受以下4個因素的影響。,（1）發(fā)射機耦合入光纖的功率 。 從物理概念上理解，在其它條件不變的情況下，光功率 越大，傳輸距離越長。,（2）光接收機靈敏度 由于光接收機靈敏度的定義是在滿足系統(tǒng)誤碼率指標下的最低接收光功率，因此，在其它條件不變的情況下，接收機靈敏度越高（ 越?。?，傳輸距離越長。,（3）光纖的每千米衰減系數(shù)。 若光纖的每千米衰減系數(shù)越小，則光纖傳輸中損耗的功率越小，光能在光纖中傳

35、輸?shù)木嚯x越長。,（4）光纖的色散。 若光纖的色散大，則經(jīng)過相同距離的傳輸出現(xiàn)的波形失真越嚴重，若傳輸距離越長，失真越嚴重。波形失真將引起碼間干擾，導致接收機靈敏度降低。 下面我們分兩種情況討論：,（1）中繼距離受光纖衰減限制的情況,如果在光纖通信系統(tǒng)中，信號的碼速不是很高，帶寬足夠?qū)?，則光纖的色散對傳輸距離的影響不大，可認為光纖傳輸系統(tǒng)的最大中繼距離僅受光纖衰減的影響。則中繼距離的長度可按下式計算,（7.7）,其中,L為中繼段長度（km）;PT為入纖光功率（dBm）;Pmin為接收機靈敏度（dBm）;c為一個光纖接頭的損耗（dB）;n為光纖系統(tǒng)中的接頭數(shù);為光纖每千米衰減系數(shù)（dB/km）。一

36、般光纜線路上，每千米一個接頭。,（2）色散對中繼距離的影響,當光纖系統(tǒng)的碼速大于140Mb/s時，如果中繼距離過長，由于色散的影響，會造成數(shù)字信號脈沖過大的展寬，引起碼間干擾，從而降低光接收機的靈敏度。就目前的速率系統(tǒng)而言，僅考慮色散影響的中繼距離的計算公式為,（7.8）,其中,為傳輸距離（km）;B為線路碼速率（Mb/s）;D為色散系數(shù)ps/(kmnm）;為與色散代價有關(guān)的系數(shù)。由系統(tǒng)中所選用的光源類型來決定，若采用多縱模激光器，因其具有碼間干擾和模分配噪聲兩種色散機理，取為0.115；若采用單縱模激光器和半導體發(fā)光二極管，則取為0.306。,對于某一傳輸速率的系統(tǒng)而言，在考慮上述兩個因素的

37、同時，分別算出兩個中繼距離L和LD，然后取距離短的為該傳輸速率的實際中繼距離。,【例7.1】已知一個565Mb/s單模光纖傳輸系統(tǒng)，其系統(tǒng) 總體要求如下： (1)光纖通信系統(tǒng)光纖損耗為0.1dB/km，有五個接頭，平均每個接頭損耗為0.2dB，光源的入纖功率為-3dBm，接收機靈敏度為-56dBm。 (2)光纖線路上的線路碼型是5B6B，光纖的色散系數(shù)為2ps/（kmnm），光源光譜寬度為 1.8nm。 求最大中繼距離為多少？,解 由公式得,因為，,L，所以中繼距離為125km。,7.2.4 數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的應(yīng)用,目前數(shù)字通信系統(tǒng)主要包含兩種傳輸體制，一種是準同步數(shù)字復用體系(PDH),另一

38、種是同步數(shù)字復用體系（SDH）.這兩種數(shù)字復用體系在早期的電線、電纜及微波等電域傳輸系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。特別是PDH技術(shù)體系為數(shù)字通信的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。,這兩種數(shù)字傳輸體系結(jié)構(gòu)同樣也被引入了早期的光纖通信系統(tǒng)。所以早期的數(shù)字光纖通信系統(tǒng)都是以這兩種數(shù)字信號傳輸標準進行數(shù)字信號傳輸?shù)摹?而近年來，以高速率、大容量、多業(yè)務(wù)為傳送目標的現(xiàn)代光纖數(shù)字傳輸技術(shù)已經(jīng)得到迅猛發(fā)展，如以波分復用（DWDM）技術(shù)為基礎(chǔ)的光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（OTN，在電域叫OTH）和以分組技術(shù)為基礎(chǔ)的下一代光數(shù)字傳輸網(wǎng)絡(luò)的分組光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（PTN）等都得到迅速發(fā)展和應(yīng)用推廣。,由于現(xiàn)在還有很多通信系統(tǒng)和設(shè)備使用PDH標準和SDH標準，所以

39、在近期這兩種體系結(jié)構(gòu)還不會被淘汰。下面我們將就光纖數(shù)字傳輸系統(tǒng)中的這兩種技術(shù)做一介紹，其他技術(shù)將會在別的地方介紹。,7.2.4.1 PDH系統(tǒng),1.PDH的概念 PDH準同步數(shù)字傳輸系統(tǒng)是將由抽樣、量化、編碼后得到的PCM數(shù)字信號進行準同步復用后進行傳送的數(shù)字通信系統(tǒng)。目前PDH技術(shù)有兩種主流傳輸標準，一種是北美和日本等國家廣泛使用的T-系列標準，其基礎(chǔ)速率為1.544Mb/s, 基群幀含有24個信道（時隙TS）；另一種是歐洲各國和中國采用的E-系列標準，其基礎(chǔ)傳輸速率為2.048Mb/s, 基群幀含有32個信道(TS)，我們經(jīng)常稱其為PCM30/32系統(tǒng)。下面我們主要介紹一下E-系列的基群幀

40、結(jié)構(gòu)和復幀結(jié)構(gòu)。,我國采用的是E-系列PDH標準。典型的設(shè)備是PCM 30/32系統(tǒng)。由于語音信號的頻率通常小于4KHz，根據(jù)取樣定律，要將模擬語音信號變?yōu)閿?shù)字信號，所選的取樣速率應(yīng)為8KHz,也就是說，兩相鄰樣值之間間隔為125s，在PCM30/32幀結(jié)構(gòu)中。我們稱這一時間間隔為一幀。,圖 7.9 PCM30/32幀結(jié)構(gòu)和復幀結(jié)構(gòu),從圖7.9我們可以看到： 1)在PCM30/32幀結(jié)構(gòu)中，每一個時隙（TS），即一個話路，占8個bits,時隙長度為3.9s; 2)PCM30/32一幀含有32個時隙，其中1到15和17到31時隙傳語音信號，其他兩個時隙傳幀同步信號、告警信號、扶正同步信號和信令信

41、號，其幀長為125s。,3)每一路語音信號都需要信令的支持才能進行通信，PCM 30/32系統(tǒng)有30個話路，因此必須傳輸30路信令。一路信令信號只需要4bit，1個可以傳送兩路信令，15個（15幀）可以傳送30路信令； 4)信令信號每隔16幀傳送一次，16幀稱為1復幀，一個復幀的時長是2ms。,PCM30/32是PDH的基群，一幀含有32個時隙，傳輸速率為2.048Mb/s.其高次群分別為E2、E3、E4和E5等，相關(guān)技術(shù)參數(shù)可參見表4.1。,2. PDH技術(shù)標準,如前所述，PDH目前主流標準有歐制的E-系列和美制的T-系列，相關(guān)標準和對應(yīng)關(guān)系可參見表7.10。,3.PDH系統(tǒng),如圖7.10,

42、是典型的PDH系統(tǒng)組成原理圖。,圖7.10 數(shù)字復接系統(tǒng)方框圖,低次群支路數(shù)字信號經(jīng)復接器復接成高次群信號后，經(jīng)傳輸介質(zhì)傳輸?shù)浇邮斩?，接收端進行與發(fā)送端相反的操作，將高次群信號去復用成低次群信號。如果中間的傳輸介質(zhì)為光纖的話，那么在復接設(shè)備后面應(yīng)接光發(fā)射機，再分解器前面應(yīng)屆光接收機，此時的PDH系統(tǒng)即為光纖PDH數(shù)字傳輸系統(tǒng)。,4.PDH系統(tǒng)在光纖通信中的與應(yīng)用,在早期的通信網(wǎng)中，由于交換設(shè)備和相關(guān)終端設(shè)備都是PCM設(shè)備，所以當時的數(shù)字光纖通信系統(tǒng)中，大都采用PDH數(shù)字復接設(shè)備用來提高系統(tǒng)的傳輸能力。圖7.11是PDH復接系統(tǒng)的典型應(yīng)用。圖中可見如果將五次群數(shù)字復用信號調(diào)制到光端機上，再用光纖

43、來傳輸此信號，其就實現(xiàn)了光纖數(shù)字通信系統(tǒng)。,圖7.11 PDH復接系統(tǒng)示意圖,雖然早期采用PDH作為光纖數(shù)字通信標準，解決了當時數(shù)字信號傳輸?shù)膯栴}，但是隨著應(yīng)用和技術(shù)的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)PDH光纖數(shù)字通信系統(tǒng)存在一些固有問題，難以解決。如：（1）無統(tǒng)一的光接口，無法實現(xiàn)橫向兼容；（2）準同步復用方式，上下電路不便；（3）網(wǎng)絡(luò)管理能力弱，建立集中式電信管理網(wǎng)困難；（4）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)缺乏靈活性；（5）面向話音業(yè)務(wù)等。面對這些問題，人們開始尋找新的技術(shù)標準，后來的SDH技術(shù)因而應(yīng)運而生了。,7.2.4.2 SDH系統(tǒng),SDH的概念 SDH系統(tǒng)是由一些基本網(wǎng)絡(luò)單元（NE）組成的，在傳輸媒質(zhì)上（如光纖、微波等）

44、進行同步信息傳輸、復用、分插和交叉連接的傳送網(wǎng)絡(luò)。 它的基本網(wǎng)元有終端復用器（TM）、分插復用器（ADM）、同步數(shù)字交叉連接設(shè)備（SDXC）和再生中繼器（REG）等。,SDH網(wǎng)采用靈活的映射和獨特的指針調(diào)整技術(shù)，經(jīng)過字節(jié)間插進行同步復用，將各種類型的信號納入具有標準接口的同步傳送模塊STMN傳送，從而以高度的兼容性、靈活性和可靠性等，使傳送網(wǎng)真正進入智能化的聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用階段。,（1）SDH的特點,新型的復用映射方式：同步復用方式和靈活的映射結(jié)構(gòu)。 接口標準統(tǒng)一：全世界統(tǒng)一的NNI，體現(xiàn)了橫向兼容性。 網(wǎng)絡(luò)管理能力強：幀結(jié)構(gòu)中豐富的開銷比特。 組網(wǎng)與自愈能力強：采用先進的ADM、DXC等組網(wǎng)。,兼容

45、性好：具有完全的前向兼容性和后向兼容性。 先進的指針調(diào)整技術(shù)：可實現(xiàn)準同步環(huán)境下的良好工作。 獨立的虛容器設(shè)計：具有很好的信息透明性。 系列標準規(guī)范： 便于國內(nèi)、國際互連互通。,（2）SDH的幀結(jié)構(gòu),SDH傳送體系和PDH一樣，其也具有分級結(jié)構(gòu)。在SDH中，分別有STM-1、STM-4、STM-16、STM-64等4種傳送模式，通常我們將其簡寫為STM-N。,STMN信號是一個數(shù)字序列，該數(shù)字序列通常分成具有固定數(shù)量比特的、按一定規(guī)律重復的圖案，即所謂“幀”。STM-1信號一幀包含2430（2709）字節(jié)。若將2430字節(jié)分為9段，依序作為19行便構(gòu)成平面幀，見圖7.12 。,圖7.12 ST

46、M1幀結(jié)構(gòu),STM-1平面幀以字節(jié)為單位，有9行、270列。前9列的13行是再生段開銷，59行是復用段開銷，第4行是管理單元指針，其余261列是凈負荷（簡稱凈荷）。STM1信號的傳輸順序從第1行第1列開始，依次為第2、3、270列，第1行傳完再傳第2行的第1270列，逐行、逐列傳輸直到第9行第270列。每秒傳輸8000幀（每幀125s），一幀有19440（24308）bit，所以比特率為155.520Mb/s。,幀結(jié)構(gòu)由信息凈負荷（Payload，含通道開銷POH）、段開銷（SOH）和管理單元指針（AUPTR）三個主要區(qū)域組成。 信息凈負荷是幀結(jié)構(gòu)中除了存放傳送的各種信息碼塊，也存放少量用于通

47、道性能監(jiān)視、管理和控制的通道開銷（POH）字節(jié)塊，POH通常作為凈負荷的一部分與信息一起傳送。,段開銷是為保證信息凈負荷正常靈活傳送所必須附加的供網(wǎng)絡(luò)運行、管理和維護（OAM）使用的字節(jié)。段開銷又分為再生段開銷（RSOH）和復用段開銷（MSOH）兩部分，它們分別位于幀結(jié)構(gòu)的三行（第35行）9列和五行（第59行）9列，共計（3+5）9=72個字節(jié)（576個比特）。,管理單元指針是用來指示信息凈負荷第1個字節(jié)在幀內(nèi)準確位置的指示符，以便在收端正確分離信息凈負荷。它位于RSOH和MSOH之間，即幀結(jié)構(gòu)第四行的第19行。,更高速率STMN幀結(jié)構(gòu)類視于STM-1的幀結(jié)構(gòu)，只是它由9行和270N列組成。向

48、前面所述，通常N只能取1、4、16、64。高速率STMN幀和STM1幀一樣，也是每秒傳輸8000幀（每幀125s），所不同的是段開銷和凈負荷各擴大了N倍，相應(yīng)速率是STM1（155.520Mb/s)的N倍。,STM-N（N=1，4, 16, ）的幀結(jié)構(gòu)和段開銷，是由STM-1幀結(jié)構(gòu)和段開銷按一定規(guī)律經(jīng)字節(jié)間插同步復用而成，因而分析清楚STM-1結(jié)構(gòu)，STM-N結(jié)構(gòu)就不難分析。,2. SDH技術(shù)標準,SDH技術(shù)最早由美國人提出，1985年美國ANSI通過此標準，形成了美國國家的正式標準，并將其命名為同步光網(wǎng)絡(luò)（SONET）。1988年ITU-T接受了SONET的概念，并進行了適當?shù)男薷?，重新命?/p>

49、為同步數(shù)字體系（SDH），使之成為不僅適于光纖，也適于微波和衛(wèi)星傳輸?shù)膰H標準。,表7.11 SONET和SDH的標準對照,1989年，ITU-T在其藍皮書上發(fā)表了G.707、G.708和G.709三個標準，從而揭開了現(xiàn)代信息傳輸嶄新的一頁。 ITUT的G.707建議規(guī)定了完整的SDH映射復用結(jié)構(gòu)，描述了各種低速外部信號，它是經(jīng)歷一系列中間信息結(jié)構(gòu)和處理環(huán)節(jié)裝入STMN信號的高速凈負荷區(qū)的方法和過程，如圖7.13所示。,圖7.13 G.709建議的SDH復用映射結(jié)構(gòu)圖,圖中各部分的名稱和作用： 標準容器（C-n）、虛容器（VC-n）、支路單元（TU-n）、支路單元組（TUG-n）、管理單元（A

50、U-n）和管理單元組（AUG）。,SDH的基本復用映射結(jié)構(gòu)描述了各種業(yè)務(wù)信號復用進STM-N幀的過程都要經(jīng)歷映射、定位和復用三個步驟。 我國采用的復用映射結(jié)構(gòu)使得每種速率的信號只有惟一的復用路線到達STM-N ，接口種類由5種簡化為3種，主要包括C-12，C-3和C-4三種進入方式。,3. SDH系統(tǒng),SDH系統(tǒng)是由基本網(wǎng)絡(luò)單元組成的，其基本網(wǎng)絡(luò)單元包括TM、ADM和DXC。圖7.14所示為SDH傳送網(wǎng)的典型拓撲結(jié)構(gòu)（不含光傳輸通道中的再生中繼器（REG）。其中TM是SDH終端設(shè)備（或稱SDH終端復用器），ADM是分插復用設(shè)備，DXC是數(shù)字交叉連接設(shè)備。,圖7.14SDH傳送網(wǎng)的典型拓撲結(jié)構(gòu),

51、SDH終端的主要功能是復接/分接和提供業(yè)務(wù)適配，例如將多路E1信號復接成STMN信號及完成其逆過程，或者實現(xiàn)與非SDH網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的適配。,ADM是一種特殊的復用器，它利用分接功能將輸入信號所承載的信息分成兩部分：一部分直接轉(zhuǎn)發(fā)；另一部分卸下給本地用戶。然后，信息又通過復接功能將轉(zhuǎn)發(fā)部分和本地上送的部分合成輸出。,DXC類似于交換機，它一般有多個輸入和多個輸出，通過適當配置可提供不同的端到端連接。 再生中繼器REG:RGE有兩種，一種是純光的再生中繼器，主要進行光功率放大以延長光傳輸距離；另一種是電再生中繼器，通過光/電變換、電信號抽樣、判決、再生整形、電/光變換，以達到消除線路噪聲積累，保證線路

52、上傳送信號波形的完好。,4. SDH系統(tǒng)在光纖通信中的與應(yīng)用,我國的SDH網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分為四個層次，如圖7.15所示。第一層為省際長途一級干線網(wǎng)，在省會城市及業(yè)務(wù)量較大的匯接節(jié)點城市裝有DXC4/4，其間由高速STM16/STM64光纖鏈路或STM16/64的DWDM系統(tǒng)連接，形成了一個大容量、高可靠性的網(wǎng)孔形國家骨干網(wǎng)結(jié)構(gòu)，并輔以少量線形網(wǎng)。,圖7.15我國的SDH傳送網(wǎng)的物理拓撲結(jié)構(gòu),該層能經(jīng)濟有效地恢復大部分業(yè)務(wù)，并實施大容量的通道業(yè)務(wù)調(diào)配和監(jiān)視。對于政府機關(guān)、金融機構(gòu)等有高可靠性要求的節(jié)點，還可采用快速業(yè)務(wù)恢復的子網(wǎng)連接保護（SNCP）或自愈環(huán)保護的子層結(jié)構(gòu)。,圖7.16 SDH系統(tǒng)在分層

53、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用,圖7.17 PDH/SDH數(shù)字光纖通信系統(tǒng),7.3 模擬光纖通信系統(tǒng),7.3.1 模擬光纖通信系統(tǒng)的概念,雖然目前許多光纖通信系統(tǒng)采用數(shù)字信號傳輸方式，但仍然有許多應(yīng)用領(lǐng)域適宜采用模擬傳輸。當光纖系統(tǒng)是受帶寬限制而不是受損耗限制，以及終端設(shè)備的價格成為主要的考慮因素時，就值得采用模擬系統(tǒng)。例如，視頻信號的短距離傳輸，CATV系統(tǒng)等采用模擬傳輸更為合理。,模擬通信系統(tǒng)除占用帶寬較窄外，還有電路簡單、價格便宜等優(yōu)點。因此，目前的電視傳輸，廣泛采用模擬通信系統(tǒng)。 另一方面，由于電視的數(shù)字化傳輸，要求較復雜的技術(shù)，特別是當今社會對電視頻道數(shù)目的要求日益增多，要傳輸幾十甚至上百路電視，

54、需要極復雜的編碼和解碼技術(shù)，設(shè)備價格昂貴， 因此目前還不能普遍使用。,在這種情況下，副載波復用(SCM)模擬光纖通信系統(tǒng)得到很大重視和迅速發(fā)展。在這種SCM系統(tǒng)中，視頻基帶信號對射頻副載波的調(diào)制，可以采用調(diào)頻(FM)或調(diào)幅(AM)。目前，在衛(wèi)星模擬電視傳輸中，視頻信號對微波的調(diào)制采用的是調(diào)頻(FM)，所以連接衛(wèi)星地面站的干線光纖傳輸系統(tǒng)要采用FM/SCM方式。,在現(xiàn)有電視設(shè)備都是模擬的，而數(shù)字電視又未能普遍應(yīng)用的今天和未來一段時間里，采用SCM模擬光纖通信系統(tǒng)傳輸多路電視，不失為一種明智的選擇。,光纖通信系統(tǒng)中模擬信號的傳輸主要采用三種調(diào)制技術(shù)：最簡單和應(yīng)用最廣泛的調(diào)制技術(shù)是光源的基帶直接強度

55、調(diào)制；另一種是脈沖頻率調(diào)制方式；最后一種是光波副載波調(diào)制方式。,7.3.2 直接光強調(diào)制傳輸系統(tǒng),1.基帶模擬光傳輸系統(tǒng) 基帶模擬光調(diào)制是用承載信息的模擬基帶信號，直接對光發(fā)射機光源（LED或LD）進行光強調(diào)制，使光源輸出光功率隨時間變化的波形和輸入模擬基帶信號的波形成比例。,模擬基帶直接光強調(diào)制（DIM）光纖傳輸系統(tǒng)由光發(fā)射機、光纖線路和光接收機（光檢測器）組成。系統(tǒng)的原理方框圖如圖2.18所示。,圖7.18 模擬信號直接光強調(diào)制系統(tǒng)方框圖,評價模擬信號直接光強調(diào)制系統(tǒng)的傳輸質(zhì)量的最重要的特性參數(shù)是信噪比（SNR）和信號失真。 我們在這里定義信噪比為均方信號電流對均方噪聲電流之比。,設(shè)調(diào)制信

56、號為 m(t)= cosmt 式中， 為調(diào)制指數(shù)， =(Pmax- )/ ， 為平均發(fā)送光功率（即為調(diào)制載波功率）; 為調(diào)制信號的角頻率。則發(fā)送的信號光功率為,(7.9),Pout(t)= (1+ cost),(7.10),（1）當用APD檢測器時，光電流為 I(t)= (1+ cost)(7.11) 式中， = ，為平均接收光功率。 信噪比為：,（7.12）,式中，總的噪聲電流包括光電流散彈噪聲，暗電流噪聲及電路的熱噪聲。其中 為暗電流，為倍增增益，F(xiàn)()為過剩噪聲因子，F(xiàn)n為放大器的噪聲系數(shù)， 為負載電阻，e為電子電荷，B為噪聲帶寬。,（2）用PIN檢測器時，=1，F(xiàn)()=1。 （3）用于

57、電視傳輸時，常用峰-峰圖像信號功率與均方噪聲功率之比來定義信噪比，若采用PIN檢測器，則噪比為,（7.13）,式中，系數(shù)b表示亮度與復合視頻之比。,信號失真特性,只有當系統(tǒng)輸出光功率與輸入電信號成比例地隨時間變化，系統(tǒng)輸出信號才能真實地反映輸入信號，即不發(fā)生信號失真。一般情況，實現(xiàn)光/電轉(zhuǎn)換的光源，由于在大信號條件下，線性較差，因此發(fā)射機光源的輸出功率特性是DIM系統(tǒng)產(chǎn)生非線性失真的主要原因。非線性失真一般可以用幅度失真參數(shù)微分增益（DG）和相位失真參數(shù)（DP）表示。,DG可以從LED輸出功率特性曲線得出，其定義為,(7.14),DP是LED發(fā)射光功率P和驅(qū)動電流I的相位延遲差，其定義為 DP

58、=( )-( ) 其中, 和 為LED不同數(shù)值的驅(qū)動電流，一般 大于 。,雖然LED的線性比LD好，但仍然不能滿足高質(zhì)量電視傳輸?shù)囊?。模擬信號直接光強調(diào)制光纖傳輸系統(tǒng)的非線性補償方式有許多。一類是附加光學器件，如前饋法、準前饋法、光負反饋法、相移調(diào)制法等。,另一類是純電子學法即從電路上進行補償。目前主要采用從電路方面進行非線性補償，如預失真補償方式。這種補償方式不僅能獲得對LED的補償，而且能同時對系統(tǒng)其它元件的非線性進行補償。,基帶信號的光源直接強度調(diào)制方式的優(yōu)點是方法簡單。但對采用這種調(diào)制方案的發(fā)射機有下列要求： 發(fā)射光功率要大，以利于增加傳輸距離； 非線性失真要小，以利于減小微分相位（DP）和微分增益（DG），或增大調(diào)制指數(shù); 增大調(diào)制指數(shù)，有利于改善信噪比，但不利于減小DP和DG; 光功率穩(wěn)定性要好。,而對采用該方案的接收機有下列要求： 信噪比要高； 幅頻特性要好； 帶寬要寬。,2.脈沖頻率調(diào)制光傳輸系統(tǒng),脈沖頻率調(diào)制（PFMIM）是一種脈沖重復頻率隨調(diào)制信號幅度大小成線性變化的脈沖調(diào)制，這種調(diào)制其脈沖寬度保持不變，因此又稱為等脈沖頻率調(diào)制。與直接強度調(diào)制（DIM）相比，對光源的線性放寬，改善了信噪比，但也增加了對帶寬的要求。,PFMIM光纖傳輸系