工程碩士光纖課件第四章

1、第四章第四章 數(shù)字光纖通信系統(tǒng)數(shù)字光纖通信系統(tǒng)4.1 數(shù)字光發(fā)射機(jī) 數(shù)字光發(fā)射機(jī)的功能是把電端機(jī)輸出的數(shù)字基帶電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，并用耦合技術(shù)有效注入光纖線路。 輸入電路驅(qū)動(dòng)電路光源光調(diào)制器保護(hù)報(bào)警自動(dòng)偏置光信號(hào) 光發(fā)射機(jī)框圖 4.2 線路編碼 適用于光纖通信的線路碼有許多種，究竟哪種碼型最好，需要根據(jù)具體情況決定，原則如下 :要便于在不中斷通信業(yè)務(wù)的條件下進(jìn)行誤碼檢測(cè)，這就要求碼型有一定的規(guī)律性。碼率增加要少，如碼速提高過(guò)多，會(huì)使系統(tǒng)信噪比因帶寬增大而減少，這對(duì)于高次群系統(tǒng)特別重要 盡量減少碼流中連0連1碼的個(gè)數(shù)，便于定時(shí)信號(hào)的提取。 要有利于減少碼流的基線漂移，即要求碼流中的“1”、“0”

2、碼分布均勻，否則不利于接收端的再生判決。 接收端將線路碼還原后，誤碼增值要小 電路簡(jiǎn)單，體積小，耗電少 碼型碼型變換規(guī)則傳輸速率傳號(hào)率同碼數(shù)誤碼監(jiān)測(cè)加擾nrz給輸入nrz序列加擾fi1/2減小了同碼概率無(wú)1b2b碼cmi“1”：11，00交替 “0”：012 fi1/23按編碼規(guī)則檢查dmi“1”:11,00交替“0”：01（前二個(gè)碼為01，11時(shí)）10（前二個(gè)碼為10，00時(shí)）2 fi1/22同上雙相碼“1”：10“0”：012 fi1/22同上分組碼mbnb在nb碼中選字不均等值小的碼作公共碼；正負(fù)模式交替n fi /m1/22m1.查禁用碼字2.利用rds插入比特碼mb1p（1）p碼滿足

3、奇校驗(yàn)規(guī)則（2）p碼滿足偶校驗(yàn)規(guī)則(m+1) fi /m1/(m+1)2m奇偶校驗(yàn)mb1ci c=bm-i(m+1) fi /m1/(m+1)m模2和=0 各種傳輸線路碼型4.2.1 mbnb碼 mbnb碼就是把輸入碼流分成每m個(gè)比特為一組，然后把每組編成nb輸出。 mbnb碼中增加的碼元可用來(lái)平衡碼流、減少基線漂移、避免碼流中出現(xiàn)長(zhǎng)連“0”和連“1”，使碼流具有豐富的時(shí)鐘成分和減小時(shí)鐘抖動(dòng)，并可在不中斷通信業(yè)務(wù)的條件下進(jìn)行誤碼監(jiān)測(cè)。常用的有1b2b、3b4b、5b6b、6b8b等。 1. 編碼方法 3b為一組，共有8種狀態(tài)， 4b為一組，共有16種狀態(tài) 0123456700000101001

4、110010111011100000401008100012110010001501019100113110120010601101010101411103001170111111011151111類別wds=0wds=+2wds=-2wds=+4wds=-4組數(shù)64411舉例10101110000111110000如果“0”用-1表示，“1”用+1表示，例如0010，則（-1）+（-1）+（+1）+（-1）=-2，就表示該字的“字?jǐn)?shù)和”，記為wds=-2 從有利于減少連0（或連1）數(shù)考慮，最好是wds0的六種，最差的是wds4的兩種 在4b碼的16種狀態(tài)中，如以wds的數(shù)值分類，則可分成五類

5、 輸入3b碼輸出4b碼“+”組(wds=+2、0)下一組“-”組(wds=-2、0)下一組00000101001110010111011110111110010101101001101001111101-+-01000001010101101001101010000010-+-+-+-+2. 3b4b編碼表 3. 3b與4b關(guān)系表輸入3b碼011110010001101001001011輸出3b碼011010000101 11101010000111100110組別-+-+wds0-20+20-2+204.2.2 插入碼 插入碼是把輸入二進(jìn)制原始碼流分成每m比特(mb)一組，然后在每組mb碼末

6、尾按一定規(guī)律插入一個(gè)碼，組成m+1個(gè)碼為一組的線路碼流。 根據(jù)插入碼的用途不同，可以分為mb1c碼、mb1h碼和mb1p碼。 mb1h碼是mb1c碼演變而成的，即在mb1c碼中，扣除部分c碼，并在相應(yīng)的碼位上插入一個(gè)混合碼(h碼)，所以稱為mb1h碼。 所插入的h碼可以根據(jù)不同用途分為三類: 1.第一類是c碼，它是第m位碼的補(bǔ)碼，用于 在線誤碼率監(jiān)測(cè)； 2.第二類是l碼，用于區(qū)間通信; 3.第三類是g碼，用于幀同步、公務(wù)、數(shù)據(jù)、 監(jiān)測(cè)等信息的傳輸。 在mb1p碼中，p碼稱為奇偶校驗(yàn)碼，其作 用和c碼相似，但p碼有以下兩種情況： (1)p碼為奇校驗(yàn)碼時(shí)，其插入規(guī)律是使m+1個(gè) 碼內(nèi)“1”碼的個(gè)數(shù)

7、為奇數(shù)，例如： mb碼為： 100 000 001 110 mb1p碼為： 1000 0001 0010 1101 (2)p碼為偶校驗(yàn)碼時(shí)，其插入規(guī)律是使m+1個(gè) 碼內(nèi)“1”碼的個(gè)數(shù)為偶數(shù)，例如： mb碼為： 100 000 001 110 mb1p碼為：1001 0000 0011 1100 4.2.3 擾碼 為了保證傳輸?shù)耐该餍?，在系統(tǒng)光發(fā)射機(jī)的調(diào)制器前，需要附加一個(gè)擾碼器，將原始的二進(jìn)制碼序列加以變換，使其接近于隨機(jī)序列。 擾碼仍具有下列缺點(diǎn)： 1.不能完全控制長(zhǎng)串連“1”和長(zhǎng)串連“0”序列的出現(xiàn)； 2.沒(méi)有引入冗余，不能進(jìn)行在線誤碼監(jiān)測(cè) 3.信號(hào)頻譜中接近于直流的分量較大，不能解決基線

8、漂移。4.2.4 線路碼的主要性能參數(shù)1.碼速提升率r 設(shè)二進(jìn)制的碼速為f1，線路碼的碼速為f2，則 碼速提升率r可表示為2.最大同碼連續(xù)數(shù)n3.誤碼增殖系數(shù)g112fffr線路碼中總的誤碼數(shù)中總的誤碼數(shù)接收機(jī)還原為二進(jìn)制碼g4.冗余度 5.不中斷業(yè)務(wù)的誤碼監(jiān)測(cè)6.與主信號(hào)同時(shí)能在同一根光纖中傳送監(jiān)測(cè)、公務(wù)、告警以及區(qū)間通信等的能力4.2.5 mb1h碼的運(yùn)用1.mblh碼型的基本結(jié)構(gòu)與特點(diǎn) smbcmbsmb1h碼型的特點(diǎn)有以下幾點(diǎn)：(1)因c碼為mb信號(hào)中最后一個(gè)信號(hào)的補(bǔ)碼，因而減少了碼流中相同碼的連續(xù)個(gè)數(shù)。從而增加了定時(shí)信息，便于定時(shí)提取。(2)利用c碼的特點(diǎn)，可在不中斷業(yè)務(wù)條件下進(jìn)行誤

9、碼檢測(cè)。(3)在s碼位可插入監(jiān)控、公務(wù)聯(lián)絡(luò)、數(shù)據(jù)、以及區(qū)間通信話路信號(hào)。(4)與擾碼共同作用對(duì)于改善光纖數(shù)字傳輸性能效果更佳。(5)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、功耗低、成本低，并便于維護(hù)。(6)能實(shí)現(xiàn)各種信息在同一根光纖中傳送。2.mb1h碼型變換的基本原理 緩存讀出h插入寫脈沖讀脈沖pllsosicpihcpo圖4-6 mb1h碼型變換原理圖(1) 4b1h碼的幀結(jié)構(gòu)b1 b2 b3 b4 h1 4b h2 4b h32hi=32 幀長(zhǎng)=325=160bit (a) 4b1h碼幀結(jié)構(gòu) 1 數(shù)1 0 監(jiān)控 0 數(shù)2 1 公務(wù) 幀同步碼 注 : bpcm信息比特 f1、2、3、4幀同步信號(hào)(1001

10、)s2數(shù)據(jù)通道 s5監(jiān)控通道 s8數(shù)據(jù)通道 s11公務(wù)通道 區(qū)1、2區(qū)間通信通道 c補(bǔ)碼 f1 1 s1 c s2 2 s3 c f2 3 s4 c s5 4 s6 c f3 5 s7 c s8 6 s9 c f4 7 s10 c s11 8 s12 c f1(b) h碼幀結(jié)構(gòu)區(qū)2 區(qū)1 c碼4.3 數(shù)字光接收機(jī)光接收機(jī)的作用是將光電檢測(cè)器檢測(cè)到的微弱光信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大，再生成原來(lái)的電信號(hào)，并用自動(dòng)增益控制電路(agc)保證信號(hào)穩(wěn)定地輸出。 4.3 數(shù)字光接收機(jī)4.3.1 光接收機(jī)的主要性能指標(biāo) 1. 光接收機(jī)的靈敏度 2. 光接收機(jī)的噪聲 (1)光電檢測(cè)器噪聲 (2)放大器噪聲3. 數(shù)字光接收

11、機(jī)的誤碼率4. 模擬光接收機(jī)的信噪比5. 動(dòng)態(tài)范圍 最小輸入光功率最大輸入光功率lg10d（db）6. 抖動(dòng) 抖動(dòng)的性能參數(shù)主要有以下三種： (1)輸入抖動(dòng)容限； (2)輸出抖動(dòng)； (3)抖動(dòng)轉(zhuǎn)移特性。 抖動(dòng)示意圖4.3.2 光接收機(jī)的組成 這里以數(shù)字式光接收機(jī)為例，其組成方框圖如圖示：光電檢測(cè)器與前置放大器主放大器均衡器偏置電路判決器時(shí)鐘恢復(fù)自動(dòng)增益 控制譯碼器4.3.3 前置放大器 前置放大器的任務(wù)是放大微弱的電信號(hào)。希望這一級(jí)放大器具有低噪聲、高增益、高寬帶。 實(shí)際應(yīng)用的前置放大器電路，可有三種型式選擇 1低阻抗前置放大器（雙極型晶體管） 2高阻抗前置放大器（場(chǎng)效應(yīng)管fet） 3跨阻抗放

12、大器 （fet）4.4 光纜數(shù)字線路系統(tǒng) 1.pdh光纜數(shù)字線路系統(tǒng) 光傳輸 (1)雙工傳輸方式使用兩根光纖，每個(gè)方向一根；兩個(gè)方向用一根光纖：不同方向的時(shí)分復(fù)用(tdm即tcm)不同方向的波分復(fù)用(wdm)不同方向的副載波復(fù)用(scdm) (2)傳輸媒質(zhì) 符合g652的單模光纖。 (3)系統(tǒng)的光功率分配系統(tǒng)的光功率分配須有一定的富余度，稱為系統(tǒng)富余度。由光纜富余度(mc)和設(shè)備富余度(me)組成，如圖所示。系統(tǒng)光功率分配光纜富余度(mc)包括：光纜配置的修改(如：增加接頭、增加光纜的長(zhǎng)度)由于環(huán)境因素引起的光纜性能的變化；s和r點(diǎn)間的任何一個(gè)光無(wú)源器件或連接器的性能劣化。設(shè)備富余度(me)包

13、括:時(shí)間和環(huán)境因素對(duì)設(shè)備性能的影響所需的富余度(如：注入功率、接收靈敏度、設(shè)備連接器性能劣化等)。 (4)發(fā)送器光源類型可采用多縱模激光器(mlmld)或發(fā)光二極管(led)作為光源。激光器最好不要求致冷。 (5)接收器 光接收器的動(dòng)態(tài)范圍應(yīng)滿足由于設(shè)備生產(chǎn)偏差，溫度影響和總的光通道衰減的自動(dòng)補(bǔ)償。最大光通道代價(jià)應(yīng)61db，光通道代價(jià)是考慮到發(fā)送的譜特性和光纖色散而引起的。(6)單纖線路終端的光特性對(duì)于單纖系統(tǒng)，線路終端的光反射在參考點(diǎn)sr處應(yīng)小于20db。 (7)光通道s、r點(diǎn)之間光通道的總特性由下述特性確定：光纜、光分支器、光連接器和其它光無(wú)源器件的特性。 (8)典型速率一次群 2.048

14、mb/s 30路話二次群 8.448mb/s 120路話三次群 34.368mb/s 480路話四次群 139.264mb/s 1920路話2.sdh光纜數(shù)字線路系統(tǒng)sdh光纜數(shù)字線路系統(tǒng)是指連接兩個(gè)sdh設(shè)備(終端復(fù)用器，dxc或adm)的光纜鏈路。按照應(yīng)用場(chǎng)合可劃分為局間鏈路和局內(nèi)鏈路。 sdh光纜數(shù)字線路系統(tǒng)1傳輸媒質(zhì)類型 符合下述幾個(gè)建議的單模光纖允許進(jìn)入這些系統(tǒng)：g.652：色散非位移光纖，工作于1310nm或1550nm波長(zhǎng)區(qū)；g.653：色散位移光纖，工作于1550nm波長(zhǎng)區(qū)；g.654：最低損耗光纖，工作于1550mn波長(zhǎng)區(qū)。2.橫向兼容性橫向兼容性，即在單一光纜段內(nèi)混用不同設(shè)

15、備廠家的可能性。這是基于建議g.707所定義的比特率、幀結(jié)構(gòu)的詳細(xì)映射的一致性；同g.781、g.782和g.783中給出的一般特性和功能的一致性；同建議g.784中規(guī)范的運(yùn)行和維護(hù)等的一致性；同建議g.957規(guī)范的光接口的一致性。3.光接口規(guī)范g.957規(guī)范了與sdh有關(guān)的設(shè)備和系統(tǒng)的光接口，基于每個(gè)方向使用一根光纖。(1)光接口分類 相應(yīng)于互連距離小于約2km的為局內(nèi)應(yīng)用(i) 相應(yīng)于互連距離約15公里的為短程局間應(yīng)用(s)相應(yīng)于互連距離工作在1310nm波長(zhǎng)區(qū)約40km，工作在1550nm波長(zhǎng)區(qū)約60km的長(zhǎng)途為局間應(yīng)用(l)。劃分光接口的代碼由下面的方式構(gòu)成：stm等級(jí)為sim1 15

16、5520kbitsstm4、 622080kbitsstm 16 2488320kbitsstm 64 9953280kbitsstm 256 3981312kbits 。 (2)光接口參數(shù)規(guī)范s點(diǎn)規(guī)定為發(fā)送器光連接器之后光纖上的參考點(diǎn)，r點(diǎn)是剛好在接收連接器之前光纖上的參考點(diǎn)。所有s點(diǎn)發(fā)送器，r點(diǎn)接收器及s、r點(diǎn)之間光通道規(guī)范的參數(shù)值是在整個(gè)運(yùn)用條件范圍(即溫度和濕度范圍)內(nèi)都必須滿足的最壞情況值。 4.sdh幀結(jié)構(gòu)sdh幀結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)數(shù)字同步時(shí)分復(fù)用、保證網(wǎng)絡(luò)可靠有效運(yùn)行的關(guān)鍵。如圖所示 rsohau-ptrmsohstm-n載荷(含poh)9*nsoh261*n270*n19.sdh幀的一

17、般結(jié)構(gòu)一個(gè)stm-n幀有9行，每行由270n個(gè)字節(jié)組成。每幀共有9270n個(gè)字節(jié)，每字節(jié)為8bit。幀周期為125 ps，即每秒傳輸8000幀。對(duì)于stm-1而言，傳輸速率為927088000155.520mb/s。 sdh幀大體可分為三個(gè)部分 ：段開(kāi)銷(soh) 信息載荷(payload) 管理單元指針(auptr) (1)段開(kāi)銷(soh)：段開(kāi)銷是在sdh幀中為保證信息正常傳輸所必需的附加字節(jié)(每字節(jié)含64kb/s的容量)，主要用于運(yùn)行、維護(hù)和管理，如幀定位、誤碼檢測(cè)、公務(wù)通信、自動(dòng)保護(hù)倒換以及網(wǎng)管信息傳輸。段開(kāi)銷又細(xì)分為再生段開(kāi)銷(soh)和復(fù)接段開(kāi)銷(loh) (2)信息載荷(payl

18、oad)。信息載荷域是sdh幀內(nèi)用于承載各種業(yè)務(wù)信息的部分。對(duì)于stm-1而言，payload有92612349byte，相應(yīng)于234988000=150.336mb/s的容量。在payload中包含少量字節(jié)用于通道的運(yùn)行、維護(hù)和管理，這些字節(jié)稱為通道開(kāi)銷(poh)。 (3)管理單元指針(auptr)。管理單元指針是一種指示符，主要用于指示payload第一個(gè)字節(jié)在幀內(nèi)的準(zhǔn)確位置(相對(duì)于指針位置的偏移量)。 4.5 sdh在接入網(wǎng)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)與pdh相比，sdh的優(yōu)點(diǎn)有 ：(1)容易從stmn中分離出支路信號(hào)；分插復(fù)用靈活，可以動(dòng)態(tài)改變網(wǎng)絡(luò)配置和帶寬，及時(shí)適應(yīng)用戶對(duì)新業(yè)務(wù)的需求。 (2)有充足

19、的開(kāi)銷，有可擴(kuò)展的維護(hù)管理能力，適應(yīng)未來(lái)網(wǎng)管的需要； (3)有標(biāo)準(zhǔn)的光接口和統(tǒng)一的信息結(jié)構(gòu)，因此sdh系統(tǒng)具有橫向兼容性；(4)從stm1往上采用同步字節(jié)復(fù)用，易于升級(jí)； (5)atm業(yè)務(wù)信號(hào)可作為sdh的凈荷裝入stmn的幀中，這樣為傳送窄帶業(yè)務(wù)過(guò)渡到寬帶業(yè)務(wù)提供了很好的手段。 4.6 基本的物理拓?fù)涓鶕?jù)交換范圍劃分的本地用戶網(wǎng)以星形方式連到一個(gè)中心業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)，所以用戶網(wǎng)適用于星形拓?fù)?。隨著本地交換機(jī)用戶側(cè)數(shù)字接口的標(biāo)準(zhǔn)化(v5接口)，用戶的業(yè)務(wù)信息能以數(shù)字形式通過(guò)sdh環(huán)連到本地交換機(jī)，故環(huán)形拓?fù)湟策m用于用戶網(wǎng)。1.環(huán)形網(wǎng) 一串sdh分插復(fù)用器(adm)或數(shù)字交叉連接設(shè)備(dxc)首尾相接即

20、可構(gòu)成sdh環(huán)形網(wǎng)。環(huán)形網(wǎng)可分兩類，即通道倒換環(huán)和復(fù)用段倒換環(huán)。 再生段模型基本的物理拓?fù)?（1 1）業(yè)務(wù)的疏導(dǎo)和集散功能。）業(yè)務(wù)的疏導(dǎo)和集散功能。 有時(shí)也稱為64kbits通道交換(p-switch) (2)實(shí)現(xiàn)方式 物理上的實(shí)現(xiàn)是在現(xiàn)有adm支路卡的位置插入p-switch卡，就能完成64kbits通道的數(shù)字交叉連接。結(jié)合p-switch卡的adm結(jié)構(gòu)如圖所示。 p-switch可以配置成支路到線路、線路到線路、支路到支路的64kbits通道的交叉連接。 對(duì)p-switch的管理可以納入sdh的管理中；包括故障管理、業(yè)務(wù)提供、性能監(jiān)視、維護(hù)功能等。 虛容器傳輸系統(tǒng)(vc-ts) 4.7 光纖通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述 點(diǎn)到點(diǎn)的光纖通信系統(tǒng)主要有三大塊構(gòu)成，即光發(fā)送端機(jī)、光纖線路和光接收端機(jī)。 一個(gè)光纖通信系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)涉及許多方面的問(wèn)題如： (1)光纜的路由選擇：路由的確定，中繼距離的計(jì)算，中繼站址的選擇等。 (2)通路組織及系統(tǒng)的配置：傳輸路數(shù)的計(jì)算、