工程硕士光纤课件第四章(1).ppt

第四章 数字光纤通信系统,4.1 数字光发射机 数字光发射机的功能是把电端机输出的数字基带电信号转换为光信号，并用耦合技术有效注入光纤线路。,4.2 线路编码,适用于光纤通信的线路码有许多种，究竟哪种码型最好，需要根据具体情况决定，原则如下:要便于在不中断通信业务的条件下进行误码检测，这就要求码型有一定的规律性。码率增加要少，如码速提高过多，会使系统信噪比因带宽增大而减少，这对于高次群系统特别重要,尽量减少码流中连0连1码的个数，便于定时信号的提取。要有利于减少码流的基线漂移，即要求码流中的“1”、“0”码分布均匀，否则不利于接收端的再生判决。接收端将线路码还原后，误码增值要小 电路简单，体积小，耗电少,各种传输线路码型,4.2.1 mBnB码,mBnB码就是把输入码流分成每m个比特为一组，然后把每组编成nB输出。mBnB码中增加的码元可用来平衡码流、减少基线漂移、避免码流中出现长连“0”和连“1”，使码流具有丰富的时钟成分和减小时钟抖动，并可在不中断通信业务的条件下进行误码监测。常用的有1B2B、3B4B、5B6B、6B8B等。,1.编码方法,3B为一组，共有8种状态，4B为一组，共有16种状态,如果“0”用-1表示，“1”用+1表示，例如0010，则（-1）+（-1）+（+1）+（-1）=-2，就表示该字的“字数和”，记为WDS=-2 从有利于减少连0（或连1）数考虑，最好是WDS0的六种，最差的是WDS4的两种,在4B码的16种状态中，如以WDS的数值分类，则可分成五类,2.3B4B编码表,3.3B与4B关系表,4.2.2 插入码,插入码是把输入二进制原始码流分成每m比特(mB)一组，然后在每组mB码末尾按一定规律插入一个码，组成m+1个码为一组的线路码流。根据插入码的用途不同，可以分为mB1C码、mB1H码和mB1P码。,mB1H码是mB1C码演变而成的，即在mB1C码中，扣除部分C码，并在相应的码位上插入一个混合码(H码)，所以称为mB1H码。所插入的H码可以根据不同用途分为三类:,1.第一类是C码，它是第m位码的补码，用于 在线误码率监测；2.第二类是L码，用于区间通信;3.第三类是G码，用于帧同步、公务、数据、监测等信息的传输。,在mB1P码中，P码称为奇偶校验码，其作 用和C码相似，但P码有以下两种情况：(1)P码为奇校验码时，其插入规律是使m+1个 码内“1”码的个数为奇数，例如：mB码为：100 000 001 110 mB1P码为：1000 0001 0010 1101,(2)P码为偶校验码时，其插入规律是使m+1个 码内“1”码的个数为偶数，例如：mB码为：100 000 001 110 mB1P码为：1001 0000 0011 1100,4.2.3 扰码,为了保证传输的透明性，在系统光发射机的调制器前，需要附加一个扰码器，将原始的二进制码序列加以变换，使其接近于随机序列。扰码仍具有下列缺点：1.不能完全控制长串连“1”和长串连“0”序列的出现；2.没有引入冗余，不能进行在线误码监测 3.信号频谱中接近于直流的分量较大，不能解决基线漂移。,4.2.4 线路码的主要性能参数,1.码速提升率R 设二进制的码速为f1，线路码的码速为f2，则 码速提升率R可表示为2.最大同码连续数N3.误码增殖系数G,4.冗余度 5.不中断业务的误码监测6.与主信号同时能在同一根光纤中传送监测、公务、告警以及区间通信等的能力,4.2.5 mB1H码的运用,1.mBlH码型的基本结构与特点,mB1H码型的特点有以下几点：(1)因C码为mB信号中最后一个信号的补码，因而减少了码流中相同码的连续个数。从而增加了定时信息，便于定时提取。(2)利用C码的特点，可在不中断业务条件下进行误码检测。,(3)在S码位可插入监控、公务联络、数据、以及区间通信话路信号。(4)与扰码共同作用对于改善光纤数字传输性能效果更佳。(5)电路结构简单、可靠性高、功耗低、成本低，并便于维护。(6)能实现各种信息在同一根光纤中传送。,2.mB1H码型变换的基本原理,(1)4B1H码的帧结构,Hi=32 帧长=325=160bit(a)4B1H码帧结构,1 数1 0 监控 0 数2 1 公务 帧同步码,注:BPCM信息比特 F1、2、3、4帧同步信号(1001)S2数据通道 S5监控通道 S8数据通道 S11公务通道 区1、2区间通信通道 C补码,4.3 数字光接收机,光接收机的作用是将光电检测器检测到的微弱光信号，经过放大，再生成原来的电信号，并用自动增益控制电路(AGC)保证信号稳定地输出。,4.3 数字光接收机,4.3.1 光接收机的主要性能指标 1.光接收机的灵敏度 2.光接收机的噪声(1)光电检测器噪声(2)放大器噪声,3.数字光接收机的误码率4.模拟光接收机的信噪比5.动态范围,（dB）,6.抖动 抖动的性能参数主要有以下三种：(1)输入抖动容限；(2)输出抖动；(3)抖动转移特性。,抖动示意图,4.3.2 光接收机的组成,这里以数字式光接收机为例，其组成方框图如图示：,4.3.3 前置放大器,前置放大器的任务是放大微弱的电信号。希望这一级放大器具有低噪声、高增益、高宽带。,实际应用的前置放大器电路，可有三种型式选择 1低阻抗前置放大器（双极型晶体管）2高阻抗前置放大器（场效应管FET）3跨阻抗放大器（FET）,4.4 光缆数字线路系统,1.PDH光缆数字线路系统,光传输,(1)双工传输方式使用两根光纤，每个方向一根；两个方向用一根光纤：不同方向的时分复用(TDM即TCM)不同方向的波分复用(WDM)不同方向的副载波复用(SCDM),(2)传输媒质 符合G652的单模光纤。,(3)系统的光功率分配系统的光功率分配须有一定的富余度，称为系统富余度。由光缆富余度(Mc)和设备富余度(Me)组成，如图所示。,系统光功率分配,光缆富余度(Mc)包括：光缆配置的修改(如：增加接头、增加光缆的长度)由于环境因素引起的光缆性能的变化；S和R点间的任何一个光无源器件或连接器的性能劣化。,设备富余度(Me)包括:时间和环境因素对设备性能的影响所需的富余度(如：注入功率、接收灵敏度、设备连接器性能劣化等)。,(4)发送器光源类型可采用多纵模激光器(MLMLD)或发光二极管(LED)作为光源。激光器最好不要求致冷。,(5)接收器 光接收器的动态范围应满足由于设备生产偏差，温度影响和总的光通道衰减的自动补偿。最大光通道代价应61dB，光通道代价是考虑到发送的谱特性和光纤色散而引起的。,(6)单纤线路终端的光特性对于单纤系统，线路终端的光反射在参考点SR处应小于20dB。,(7)光通道S、R点之间光通道的总特性由下述特性确定：光缆、光分支器、光连接器和其它光无源器件的特性。,(8)典型速率一次群 2.048Mb/s 30路话二次群 8.448Mb/s 120路话三次群 34.368Mb/s 480路话四次群 139.264Mb/s 1920路话,2.SDH光缆数字线路系统SDH光缆数字线路系统是指连接两个SDH设备(终端复用器，DXC或ADM)的光缆链路。按照应用场合可划分为局间链路和局内链路。,SDH光缆数字线路系统,1传输媒质类型 符合下述几个建议的单模光纤允许进入这些系统：G.652：色散非位移光纤，工作于1310nm或1550nm波长区；,G.653：色散位移光纤，工作于1550nm波长区；G.654：最低损耗光纤，工作于1550mn波长区。,2.横向兼容性横向兼容性，即在单一光缆段内混用不同设备厂家的可能性。这是基于建议G.707所定义的比特率、帧结构的详细映射的一致性；同G.781、G.782和G.783中给出的一般特性和功能的一致性；,同建议G.784中规范的运行和维护等的一致性；同建议G.957规范的光接口的一致性。,3.光接口规范G.957规范了与SDH有关的设备和系统的光接口，基于每个方向使用一根光纤。,(1)光接口分类 相应于互连距离小于约2km的为局内应用(I)相应于互连距离约15公里的为短程局间应用(S)相应于互连距离工作在1310nm波长区约40km，工作在1550nm波长区约60km的长途为局间应用(L)。,划分光接口的代码由下面的方式构成：STM等级为SIM1 155520kbitsSTM4、622080kbitsSTM 16 2488320kbitsSTM 64 9953280kbitsSTM 256 3981312kbits。,(2)光接口参数规范S点规定为发送器光连接器之后光纤上的参考点，R点是刚好在接收连接器之前光纤上的参考点。所有S点发送器，R点接收器及S、R点之间光通道规范的参数值是在整个运用条件范围(即温度和湿度范围)内都必须满足的最坏情况值。,4.SDH帧结构SDH帧结构是实现数字同步时分复用、保证网络可靠有效运行的关键。如图所示,RSOH,AU-PTR,MSOH,STM-N载荷(含POH),9*N,SOH,261*N,270*N,1,9,.,SDH帧的一般结构,一个STM-N帧有9行，每行由270N个字节组成。每帧共有9270N个字节，每字节为8bit。帧周期为125 Ps，即每秒传输8000帧。对于STM-1而言，传输速率为927088000155.520Mb/s。,SDH帧大体可分为三个部分：段开销(SOH)信息载荷(Payload)管理单元指针(AUPTR),(1)段开销(SOH)：段开销是在SDH帧中为保证信息正常传输所必需的附加字节(每字节含64kb/s的容量)，主要用于运行、维护和管理，如帧定位、误码检测、公务通信、自动保护倒换以及网管信息传输。段开销又细分为再生段开销(SOH)和复接段开销(LOH),(2)信息载荷(Payload)。信息载荷域是SDH帧内用于承载各种业务信息的部分。对于STM-1而言，Payload有92612349Byte，相应于234988000=150.336Mb/s的容量。在Payload中包含少量字节用于通道的运行、维护和管理，这些字节称为通道开销(POH)。,(3)管理单元指针(AUPTR)。管理单元指针是一种指示符，主要用于指示Payload第一个字节在帧内的准确位置(相对于指针位置的偏移量)。,4.5 SDH在接入网中的应用优势,与PDH相比，SDH的优点有：(1)容易从STMN中分离出支路信号；分插复用灵活，可以动态改变网络配置和带宽，及时适应用户对新业务的需求。(2)有充足的开销，有可扩展的维护管理能力，适应未来网管的需要；,(3)有标准的光接口和统一的信息结构，因此SDH系统具有横向兼容性；(4)从STM1往上采用同步字节复用，易于升级；(5)ATM业务信号可作为SDH的净荷装入STMN的帧中，这样为传送窄带业务过渡到宽带业务提供了很好的手段。,4.6 基本的物理拓扑,根据交换范围划分的本地用户网以星形方式连到一个中心业务节点，所以用户网适用于星形拓扑。随着本地交换机用户侧数字接口的标准化(V5接口)，用户的业务信息能以数字形式通过SDH环连到本地交换机，故环形拓扑也适用于用户网。,1.环形网 一串SDH分插复用器(ADM)或数字交叉连接设备(DXC)首尾相接即可构成SDH环形网。环形网可分两类，即通道倒换环和复用段倒换环。,再生段模型,基本的物理拓扑,（1）业务的疏导和集散功能。,有时也称为64kbits通道交换(P-SWITCH),(2)实现方式,物理上的实现是在现有ADM支路卡的位置插入P-SWITCH卡，就能完成64kbits通道的数字交叉连接。结合P-SWITCH卡的ADM结构如图所示。,P-SWITCH可以配置成支路到线路、线路到线路、支路到支路的64kbits通道的交叉连接。,对P-SWITCH的管理可以纳入SDH的管理中；包括故障管理、业务提供、性能监视、维护功能等。,虚容器传输系统(VC-TS),4.7 光纤通信系统设计概述,点到点的光纤通信系统主要有三大块构成，即光发送端机、光纤线路和光接收端机。一个光纤通信系统的工程设计涉及许多方面的问题如：(1)光缆的路由选择：路由的确定，中继距离的计算，中继站址的选择等。(2)通路组织及系统的配置：传输路数的计算、分路、转接的考虑。备用、监控系统的安排等。,4.7 光纤通信系统设计概述,(3)指标的确定和分配：误码率和相位抖动的确定和分配。(4)光缆的选择和端机等设备的选型。(5)供电方式的选择。(6)机房安装设计,4.7.1 系统部件的选择,在具体选择系统部件之前，首先应对将要设计的系统的情况和指标有所了解。下面讨论如何选择部件：1.工作波长的选择 2.光电检测器的选择 3.光源的选择 4.光纤的选择,4.7.2 设计光纤通信系统时有关指标的计算和核算,1.光纤的色散与带宽2.光纤每公里带宽与L公里带宽间关系 常用的模式色散经验公式为,式中：B0为光纤每公里带宽；L是光纤长度(公里)；Bm是L公里光纤带宽；q是系数，在0.51之间取值，q=0.5意味着光纤模式转换已达稳定状态，q1意味着很少有模式间转换，或是单模光纤情况。一般q取0.7左右。,4.7.2 设计光纤通信系统时有关指标的计算和核算,3.损耗限制系统最大中继距离的计算最大中继距离是指在光发射机和光接收机之间不设中继器时的最大距离。,最大中继距离要受以下四个因素影响(1)发射光功率PT(2)光接收机灵敏度Pmin(3)光纤的每公里损耗a(4)光纤的色散,耦合入光纤的光发射功率接收机灵敏度+L公里光纤的损耗+接头损耗+富余量。PT=Pmin+L+N c+(68)dB 将上式移项，即有,(68)dB是富余量，留给系统设计时所需的富余量和光源、光电检测器、光纤等随时间增加带来的性能退化，或由于温度变化及维修带来损耗的变化。,