光纖及其應(yīng)用

1、光纖及其應(yīng)用遼寧科技大學(xué)電信學(xué)院通信系1重難點(diǎn) 光纖通信系統(tǒng) 教學(xué)內(nèi)容 數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的組成線(xiàn)路碼型系統(tǒng)性能指標(biāo)系統(tǒng)的性能指標(biāo)和光纖通信的線(xiàn)路碼型第六章 光纖通信系統(tǒng) 26.1數(shù)字光纖通信系統(tǒng)6.2光纖通信的線(xiàn)路碼型6.3光纖通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)第六章 光纖通信系統(tǒng)31數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的組成目前最常用、最主要的方式是強(qiáng)度調(diào)制直接檢測(cè)(IM-DD)數(shù)字光纖通信系統(tǒng)。6.1 數(shù)字光纖通信系統(tǒng)42 PCM端機(jī) 通信中傳送的許多信號(hào)(如話(huà)音、圖像信號(hào)等)都是模擬信號(hào)。PCM端機(jī)的任務(wù)，就是把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)(A/D變換)，完成PCM編碼，并且按照時(shí)分復(fù)用的方式把多路信號(hào)復(fù)接、合群，從而輸出高比特

2、率的數(shù)字信號(hào)。PCM編碼包括取樣、量化、編碼三個(gè)步驟.6.1 數(shù)字光纖通信系統(tǒng)53 脈沖插入與脈沖分離 在一個(gè)實(shí)用的光纖通信系統(tǒng)中，除了要傳輸從電端機(jī)送來(lái)的多路信號(hào)之外，為了使整個(gè)系統(tǒng)完善地工作，還需傳送監(jiān)控信號(hào)、公務(wù)聯(lián)絡(luò)信號(hào)、區(qū)間通信信號(hào)以及其他信號(hào)。 脈沖復(fù)接是將監(jiān)控信號(hào)、公務(wù)聯(lián)絡(luò)信號(hào)、區(qū)間通信信號(hào)等匯接后在讀脈沖的作用下，將上述信號(hào)插入信碼流經(jīng)編碼后多余的時(shí)隙中，然后在光纖中傳輸。 在光纖通信系統(tǒng)的接收端設(shè)有脈沖分離電路。它的作用與脈沖插入電路相反，將插入的監(jiān)控信號(hào)、公務(wù)聯(lián)絡(luò)信號(hào)、區(qū)間通信信號(hào)分離出來(lái)，送至相應(yīng)的單元中。6.1 數(shù)字光纖通信系統(tǒng)61碼型轉(zhuǎn)換的必要性和應(yīng)遵循的原則在數(shù)字光纖

3、通信系統(tǒng)中，所傳的信號(hào)是數(shù)字信號(hào)。然而，根據(jù)原國(guó)際電報(bào)電話(huà)咨詢(xún)委員會(huì)（CCITT）的建議，在脈沖編碼調(diào)制（PCM）通信系統(tǒng)中，接口碼速率與接口碼型如下表 6.2 光纖通信的線(xiàn)路碼型表中，HDB3稱(chēng)為三階高密度雙極性碼，這種碼型的特點(diǎn)之一是具有雙極性，即具有+1、-1、0三種電平，這種雙極性碼由于采取了一定措施，使碼流中的+1和-1交替出現(xiàn)，因而沒(méi)有直流分量，于是在PCM 系統(tǒng)的中繼器與電纜線(xiàn)路連接時(shí)，可以使用變量器，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端供電，同時(shí)，這種碼型又可利用其正、負(fù)極性交替出現(xiàn)的規(guī)律進(jìn)行自動(dòng)誤碼監(jiān)測(cè)等。 7選擇線(xiàn)路碼型應(yīng)盡量解決以下問(wèn)題：6.2 光纖通信的線(xiàn)路碼型常用的碼型有：分組碼、偽雙極性碼

4、、插入比特碼。碼流中“1”及“0”碼的出現(xiàn)是隨機(jī)的，可能會(huì)出現(xiàn)長(zhǎng)串的連“1”或連“0”，這時(shí)定時(shí)信息將會(huì)消失，使接收機(jī)定時(shí)信息提取產(chǎn)生困難；(2)簡(jiǎn)單的單極性碼流中有直流成分，且當(dāng)碼流中“0”與“1”作隨機(jī)變化時(shí)直流成分也作隨機(jī)變化，從而引起數(shù)字信號(hào)的基線(xiàn)漂移，給判決和再生帶來(lái)困難。(3)盡可能在不中斷業(yè)務(wù)的條件下檢測(cè)線(xiàn)路的BER。82分組碼分組碼又稱(chēng)為mBnB碼。定義：它是把輸入二進(jìn)制信碼流中每m比特碼分為一組，然后變換為n比特(nm) 二進(jìn)制碼，并在同樣大小的時(shí)隙內(nèi)輸出。mBnB碼型有1B2B，2B3B，3B4B，5B6B，5B7B，6B8B等。我國(guó)在三次群或四次群系統(tǒng)中常采用5B6B編碼

5、。6.2 光纖通信的線(xiàn)路碼型5B6B碼優(yōu)點(diǎn)是：冗余度較小；對(duì)于三、四次群，可以利用計(jì)算機(jī)的IC-PROM器件直接編、譯碼，電路設(shè)計(jì)得到簡(jiǎn)化；連“0”和連“1”數(shù)小，定時(shí)方便；可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)行誤碼監(jiān)測(cè)。缺點(diǎn)是：傳輸輔助信號(hào)比較困難。因此，在要求傳輸輔助信號(hào)或有一定數(shù)量的區(qū)間通信的設(shè)備中，不宜用這種碼型。 93偽雙極性碼 光纖通信中使用的偽雙極性碼是用“11”和“00”來(lái)代表雙極性碼中的+1和-1。 這種編碼的優(yōu)點(diǎn)是可使信碼流的直流分量為0，缺點(diǎn)是冗余度大，僅在基群和二次群系統(tǒng)中使用。6.2 光纖通信的線(xiàn)路碼型4插入比特碼插入比特碼是將信碼流中每m比特劃為一組，然后在這一組的末尾一位之后插入一個(gè)比特碼

6、輸出，根據(jù)插入碼的類(lèi)型分為：mB1P碼，mB1C碼，mB1H碼。常采用的碼型有8B1H、4B1H、1B1HmB1P碼中插入的P碼為奇偶校驗(yàn)碼，利用它可實(shí)現(xiàn)誤碼監(jiān)測(cè)的功能。mB1C碼中插入的C碼為補(bǔ)碼，這種碼除了進(jìn)行誤碼監(jiān)測(cè)外，還可以減少連“0”或連“1”的不良影響。mB1H碼中插入的H碼為混合碼。這種碼型具有多種功能。它除了可以完成mB1P或mB1C碼的功能外，還可同時(shí)用來(lái)做幾路區(qū)間通信，公務(wù)聯(lián)絡(luò)、數(shù)據(jù)傳輸以及誤碼監(jiān)測(cè)的功能。從使用上看mB1H有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。105加擾二進(jìn)碼除了以上三種光線(xiàn)通信線(xiàn)路碼型外，光纖通信還廣泛使用加擾二進(jìn)碼。它改變了原來(lái)的碼序列并改善了碼流的一些特性(如限制了連“1”

7、和連“0”數(shù)) 6.2 光纖通信的線(xiàn)路碼型11 目前，ITU-T已經(jīng)對(duì)光纖通信系統(tǒng)的各個(gè)速率、各個(gè)光接口和電接口的各種性能給出具體的建議，系統(tǒng)的性能參數(shù)也有很多，這里介紹系統(tǒng)最主要的兩大性能參數(shù)：誤碼性能和抖動(dòng)性能。 1誤碼性能 系統(tǒng)的誤碼性能是衡量系統(tǒng)優(yōu)劣的一個(gè)非常重要的指標(biāo)，它反映數(shù)字信息在傳輸過(guò)程中受到損傷的程度。 通常用長(zhǎng)期平均誤碼率、誤碼的時(shí)間百分?jǐn)?shù)和誤碼秒百分?jǐn)?shù)來(lái)表示。6.3光纖通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)長(zhǎng)期平均誤碼率簡(jiǎn)稱(chēng)誤碼率(BER：Bit Error Rate)它表示傳送的碼元被錯(cuò)誤判決的概率，數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的BER應(yīng)小于10-9； BER不能反映系統(tǒng)是否有突發(fā)性、成群的誤碼存在，

8、為了有效地反映系統(tǒng)實(shí)際的誤碼特性，還需引入誤碼的時(shí)間百分?jǐn)?shù)和誤碼秒百分?jǐn)?shù)。常用的有劣化分百分?jǐn)?shù)(DM)和嚴(yán)重誤碼秒百分?jǐn)?shù)(SES)以及誤碼秒百分?jǐn)?shù)(ES).在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)觀(guān)察誤碼，設(shè)T（1分鐘或1秒鐘）為一個(gè)抽樣觀(guān)察時(shí)間，設(shè)定BER的某一門(mén)限值為M,記錄下每一個(gè)T內(nèi)的BER，其中BER超過(guò)門(mén)限M的T次數(shù)與總觀(guān)察時(shí)間內(nèi)的可用時(shí)間的比，成為誤碼的百分?jǐn)?shù)。（64kb/s業(yè)務(wù)誤碼性能指標(biāo)：）DM：誤碼率劣于門(mén)限的分，門(mén)限值 110-6SES: 誤碼率劣于門(mén)限的秒，門(mén)限值 110-3ES: 出現(xiàn)誤碼的秒，門(mén)限值0。 12 2抖動(dòng)性能 所謂數(shù)字信號(hào)的抖動(dòng)一般指定時(shí)抖動(dòng)，它是數(shù)字傳輸中的一種不穩(wěn)定現(xiàn)象，即數(shù)字

9、信號(hào)在傳輸過(guò)程中，脈沖在時(shí)間間隔上不再是等間隔的，而是隨時(shí)間變化的一種現(xiàn)象，這種現(xiàn)象就稱(chēng)為抖動(dòng)。 抖動(dòng)產(chǎn)生的原因主要有： 由于噪聲引起的抖動(dòng)。 時(shí)鐘恢復(fù)電路產(chǎn)生的抖動(dòng)。 其他原因引起的抖動(dòng)。6.3光纖通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)例如，在邏輯電路中，當(dāng)輸入信號(hào)階躍時(shí)，由于信號(hào)疊加了噪聲，輸入信號(hào)提前超過(guò)了邏輯電路的門(mén)限電平，從而引起抖動(dòng) 在時(shí)鐘恢復(fù)電路中有諧振放大器，如果諧振回路元件老化，初始調(diào)諧不準(zhǔn)等因素可引起諧振頻率的變化，這樣，這種輸出信號(hào)經(jīng)時(shí)鐘恢復(fù)電路限幅整形恢復(fù)為時(shí)鐘信號(hào)時(shí)就會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)。引起抖動(dòng)還有其他原因，如數(shù)字系統(tǒng)的復(fù)接、分接過(guò)程，光纜的老化等。13 抖動(dòng)的單位是UI(Unit Interval) 單位時(shí)隙 1UI就是1比特信息所占用的時(shí)間，它在數(shù)值上等于傳輸速率的倒數(shù)。例如：基群碼速率2.048Mb/s, 1UI的時(shí)間是488 ns,四次群速率139.264Mb/s,1UI的時(shí)間為7.18ns. 1UI的時(shí)間相差非常大，一般用抖動(dòng)占UI的相對(duì)值來(lái)表示。 由于抖動(dòng)難以完全消除，為保證整個(gè)系統(tǒng)正常工作，根據(jù)ITU-T建議和我國(guó)國(guó)標(biāo)，抖動(dòng)的性能參數(shù)主要有：輸入抖動(dòng)容限；輸出抖動(dòng)；抖動(dòng)轉(zhuǎn)移特性。6.3光纖通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)是系統(tǒng)能容忍的輸入信號(hào)中引入的抖動(dòng)