光纖通信系統(tǒng)和通信網(wǎng)

光纖通信系統(tǒng)和通信網(wǎng)第一頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日4.1光同步數(shù)字傳輸網(wǎng)4.1.1兩種傳輸體制4.1.2SDH傳送網(wǎng)第二頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日4.1.1兩種傳輸體制光纖大容量數(shù)字傳輸目前都采用同步時(shí)分復(fù)用(TDM)技術(shù)，復(fù)用又分為若干等級，因而先后有兩種傳輸體制：準(zhǔn)同步數(shù)字系列(PDH)和同步數(shù)字系列(SDH)。第三頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日4.1.1.1準(zhǔn)同步數(shù)字系列PDHPDH（PlesiochronousdigitalHierarchy)準(zhǔn)同步數(shù)字系列有兩種基礎(chǔ)速率：一種是以1.544Mb/s為第一級(一次群，或稱基群)基礎(chǔ)速率，采用的國家有北美各國和日本；另一種是以2.048Mb/s為第一級(一次群)基礎(chǔ)速率，采用的國家有西歐各國和中國。第四頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日PDH主要適用于中、低速率點(diǎn)對點(diǎn)的傳輸。隨著技術(shù)的進(jìn)步和社會對信息的需求，數(shù)字系統(tǒng)傳輸容量不斷提高，網(wǎng)絡(luò)管理和控制的要求日益重要，寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)迅速發(fā)展，迫切需要建立在世界范圍內(nèi)統(tǒng)一的通信網(wǎng)絡(luò)。在這種形勢下，現(xiàn)有PDH的許多缺點(diǎn)也逐漸暴露出來，主要有：(1)北美、西歐和亞洲所采用的三種數(shù)字系列互不兼容，沒有世界統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)光接口，使得國際電信網(wǎng)的建立及網(wǎng)絡(luò)的營運(yùn)、管理和維護(hù)變得十分復(fù)雜和困難。第五頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日(2)各種復(fù)用系列都有其相應(yīng)的幀結(jié)構(gòu)，沒有足夠的開銷比特，使網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)缺乏靈活性，不能適應(yīng)電信網(wǎng)絡(luò)不斷擴(kuò)大、技術(shù)不斷更新的要求。(3)由于低速率信號插入到高速率信號，或從高速率信號分出，都必須逐級進(jìn)行，不能直接分插，因而復(fù)接/分接設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，上下話路價(jià)格昂貴。第六頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日圖1-1PDH中分插支路信號的過程第七頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日4.1.1.2同步數(shù)字系列SDHSDH（synchronousdigitalHierarchy)概念:是一套可進(jìn)行同步信息傳輸、復(fù)用、分插、和交叉連接的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)字信號的結(jié)構(gòu)等級。與PDH相比，SDH具有下列特點(diǎn)：SDH采用世界上統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)傳輸速率等級。最低的等級也就是最基本的模塊稱為STM-1。SDH各網(wǎng)絡(luò)單元的光接口有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。簡化了信號的互通以及信號的傳輸、復(fù)用、交叉連接等過程。在SDH幀結(jié)構(gòu)中，豐富的開銷比特用于網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行、維護(hù)和管理，便于實(shí)現(xiàn)性能監(jiān)測、故障檢測和定位、故障報(bào)告等管理功能。第八頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日(4)采用數(shù)字同步復(fù)用技術(shù)，其最小的復(fù)用單位為字節(jié)，不必進(jìn)行碼速調(diào)整，簡化了復(fù)接分接的實(shí)現(xiàn)設(shè)備，由低速信號復(fù)接成高速信號，或從高速信號分出低速信號，不必逐級進(jìn)行。(5)SDH網(wǎng)的基本網(wǎng)絡(luò)單元有終端復(fù)用器（TM）、分插復(fù)用器（ADM）、再生中繼器（REG）和同步數(shù)字交叉連接設(shè)備（SDXC）等。第九頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日

圖5.2SDH傳輸網(wǎng)絡(luò)單元(a)終端復(fù)用器TM；(b)分插復(fù)用設(shè)備ADM(Add/DropMultiplexer);(c)數(shù)字交叉連接設(shè)備DXC第十頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日圖5.4分插信號流程的比較第十一頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日

圖5.4示出PDH和SDH分插信號流程的比較。在PDH中，為了從140Mb/s碼流中分出一個(gè)2Mb/s的支路信號，必須經(jīng)過140/34Mb/s,34/8Mb/s和8/2Mb/s三次分接。而若采用SDH分插復(fù)用器(ADM)，可以利用軟件一次直接分出和插入2Mb/s支路信號，十分簡便。

SDH也有不足之處:(1)大規(guī)模使用軟件控制和將業(yè)務(wù)量集中在少數(shù)幾個(gè)高速鏈路和交叉節(jié)點(diǎn)上，這些關(guān)鍵部位出現(xiàn)問題可能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的重大故障，甚至造成全網(wǎng)癱瘓(2)采用指針調(diào)整技術(shù)會產(chǎn)生較大的抖動，造成傳輸損傷第十二頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日SDH的速率與幀結(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。速率等級最基本的模塊信號（即同步傳遞模塊）是STM-1，其速率為155.520Mbit／s。更高等級的STM-N信號可以是將基本模塊信號STM-1同步復(fù)用、字節(jié)間插的結(jié)果。其中N是正整數(shù)。目前SDH只能支持一定的N值，即N為1、4、16、64。STM-1，傳輸速率為155.520Mb/sSTM-4，傳輸速率為4×155.52Mb/s=622.080Mb/sSTM-16，傳輸速率為16×155.52Mb/s=2488.320Mb/s第十三頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日SDH幀結(jié)構(gòu)第十四頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日幀結(jié)構(gòu)的特征：一個(gè)STM-N幀有9行，每行由270×N個(gè)字節(jié)組成。每幀共有9×270×N個(gè)字節(jié)，每字節(jié)為8bit。幀周期為125μs，即每秒傳輸8000幀。對于STM-1而言，傳輸速率為9×270×8×8000=155.520Mb/s。字節(jié)發(fā)送順序?yàn)椋河缮贤轮鹦邪l(fā)送，每行先左后右。SDH幀大體可分為三個(gè)部分：

(1)段開銷(SOH)。段開銷是在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、公務(wù)通信、自動保護(hù)倒換以及網(wǎng)管信息傳輸。第十五頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日段開銷又細(xì)分為再生段開銷(SOH)和復(fù)接段開銷(LOH)。前者占前3行，后者占5～9行。(2)信息載荷(Payload)。信息載荷區(qū)是SDH幀內(nèi)用于承載各種業(yè)務(wù)信息的部分。對于STM1而言，Payload有9×261=2349Byte,相應(yīng)于2349×8×8000=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(相對于指針位置的偏移量)。對于STM1而言，AUPTR有9個(gè)字節(jié)(第4行)，相應(yīng)于9×8×8000=0.576Mb/s。第十六頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日采用指針技術(shù)是SDH的創(chuàng)新，結(jié)合虛容器(VC)的概念，解決了低速信號復(fù)接成高速信號時(shí)，由于小的頻率誤差所造成的載荷相對位置漂移的問題。第十七頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日同步復(fù)用與映射方法將低速支路信號復(fù)接為高速信號。圖2-1G.709建議的SDH復(fù)用結(jié)構(gòu)第十八頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日

SDH的基本復(fù)用單元標(biāo)準(zhǔn)容器(C)：是一種用來裝載各種速率的業(yè)務(wù)信號的信息結(jié)構(gòu)，主要完成適配功能（例如速率調(diào)整），以便讓那些最常使用的準(zhǔn)同步數(shù)字體系信號能夠進(jìn)入有限數(shù)目的標(biāo)準(zhǔn)容器。虛容器(VC)：是用來支持SDH的通道層連接的信息結(jié)構(gòu)。它由容器輸出的信息凈負(fù)荷加上通道開銷（POH）組成。支路單元和支路單元組（TU和TUG）：負(fù)責(zé)將低階虛容器經(jīng)支路單元組裝進(jìn)高階虛容器）。管理單元(AU)和管理單元組(AUG):負(fù)責(zé)將高階虛容器經(jīng)管理單元組裝進(jìn)STM-N幀。第十九頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日映射——是將各種速率的G.703支路信號先分別經(jīng)過碼速調(diào)整裝入相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)容器，然后再裝進(jìn)虛容器的過程。映射分為異步、比特同步和字節(jié)同步三種方法。工作模式：浮動和鎖定兩種。定位——是一種以附加于VC上的支路單元指針指示和確定低階VC幀的起點(diǎn)在TU凈負(fù)荷中位置或管理單元指針指示和確定高階VC幀的起點(diǎn)在AU凈負(fù)荷中的位置的過程。復(fù)用——即以字節(jié)交錯間插方式把TU組織進(jìn)高階VC或把AU組織進(jìn)STM-N的過程。第二十頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日網(wǎng)同步的概念網(wǎng)同步是使網(wǎng)中所有交換節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘頻率和相位保持一致（或者說所有交換節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘頻率和相位都控制在預(yù)先確定的容差范圍內(nèi)），以便使網(wǎng)內(nèi)各交換節(jié)點(diǎn)的全部數(shù)字流實(shí)現(xiàn)正確有效的交換。第二十一頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日圖6-1數(shù)字網(wǎng)示意圖第二十二頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日網(wǎng)同步的必要性（1）若寫入速率大于讀出速率——將會造成存儲器溢出，致使輸入信息比特丟失（即漏讀）。如圖6-2（a）所示。（2）寫入速率小于讀出速率——可能會造成某些比特被讀出兩次，即重復(fù)讀出（重讀）。如圖6-2（b）所示。第二十三頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日圖6-2漏讀、重讀現(xiàn)象示意圖第二十四頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日網(wǎng)同步的方式：主從同步方式、相互同步方式等。主從同步方式一般采用等級制，目前ITU-T將時(shí)鐘劃分為四級：①一級時(shí)鐘——基準(zhǔn)主時(shí)鐘，由G.811建議規(guī)范；②二級時(shí)鐘——轉(zhuǎn)接局從時(shí)鐘，由G.812建議規(guī)范；③三級時(shí)鐘——端局從時(shí)鐘，也由G.812建議規(guī)范；④四級時(shí)鐘——數(shù)字小交換機(jī)（PBX）、遠(yuǎn)端模塊或SDH網(wǎng)絡(luò)單元從時(shí)鐘，由G.813建議規(guī)范。第二十五頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日圖6-3主從同步方式第二十六頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日4.1.2SDH傳送網(wǎng)傳送網(wǎng)主要指邏輯功能意義上的網(wǎng)絡(luò)，是一個(gè)復(fù)雜龐大的網(wǎng)絡(luò)。為了便于網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)和管理，通常用分層(Laying)和分割(Partitioning)的概念第二十七頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日圖5-4傳送網(wǎng)的分層模型第二十八頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日從垂直方向看：傳送網(wǎng)是由兩個(gè)相互獨(dú)立的傳送網(wǎng)絡(luò)層（即層網(wǎng)絡(luò)）構(gòu)成，即通道層和傳輸媒質(zhì)層。電路層網(wǎng)絡(luò):面向公用交換業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)。如電路交換業(yè)務(wù)、分組交換業(yè)務(wù)、租用線業(yè)務(wù)和BISDN虛通路等。通道層網(wǎng)絡(luò)：通道層網(wǎng)絡(luò)為電路層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)（如交換機(jī)）提供透明的通道（即電路群）。傳輸媒質(zhì)層網(wǎng)絡(luò):指那些能夠支持一個(gè)或多個(gè)通道層網(wǎng)絡(luò)，并能在通道層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)處提供適當(dāng)通道容量的網(wǎng)絡(luò)。第二十九頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日SDH網(wǎng)的物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)基本物理拓?fù)漕愋偷谌?，共一百二十七頁?022年，8月28日(1)點(diǎn)到點(diǎn)鏈狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)將各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)串聯(lián)起來，同時(shí)保持首尾兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)呈開放狀態(tài)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。中間各點(diǎn)使用分插復(fù)用器。(2)星形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu):其中一個(gè)特殊網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)（即樞紐點(diǎn)）與其他的互不相連的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)直接相連，這樣除樞紐點(diǎn)之外的任意兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的通信，都必須通過此樞紐點(diǎn)才能完成連接，因而一般在特殊點(diǎn)配置交叉連接器（DXC）以提供多方向的互連，而在其他節(jié)點(diǎn)上配置終端復(fù)用器（TM）。(3)樹形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是指將點(diǎn)到點(diǎn)拓?fù)鋯卧哪┒它c(diǎn)連接到幾個(gè)樞紐點(diǎn)時(shí)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)通常在這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，連接三個(gè)以上方向的節(jié)點(diǎn)應(yīng)設(shè)置DXC，其他節(jié)點(diǎn)可設(shè)置TM或ADM。第三十一頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日(4)環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)串聯(lián)起來，并且使之首尾相連，而構(gòu)成的一個(gè)封閉環(huán)路的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，具有自愈功能，即系統(tǒng)可以自動地進(jìn)行環(huán)回倒換處理，排除故障網(wǎng)元，而無需人為的干涉就可恢復(fù)業(yè)務(wù)的功能。(5)網(wǎng)孔形結(jié)構(gòu)若干個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)直接相互連接時(shí)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。使用的設(shè)備是DXC。第三十二頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日光纖通信中的線形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)第三十三頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日光纖通信中的環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)第三十四頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日光纖通信中的網(wǎng)孔形結(jié)構(gòu)第三十五頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日

2、環(huán)形網(wǎng)絡(luò)

環(huán)形網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖所示，它是目前用得較多的一種網(wǎng)絡(luò)形式。其特點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)通信結(jié)點(diǎn)都有兩個(gè)相鄰的結(jié)點(diǎn)，每個(gè)結(jié)點(diǎn)都具有再生中繼的功能，都要執(zhí)行路由的任務(wù)。各結(jié)點(diǎn)用光纖。

終端機(jī)ABCDEF間接中繼器光纖環(huán)路光纖圖4.3.3-3環(huán)形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

線路連成環(huán)狀，可以相互通信光纖網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

第三十六頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日3、星形網(wǎng)絡(luò)

其特點(diǎn)是有一個(gè)中心結(jié)點(diǎn)。全網(wǎng)的監(jiān)控系統(tǒng)就設(shè)在中心結(jié)點(diǎn)，用來調(diào)整整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的信息傳輸和管理網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行情況。網(wǎng)絡(luò)中任何一個(gè)通信結(jié)點(diǎn)必須經(jīng)過中心結(jié)點(diǎn)，才可以將信息傳輸給其他結(jié)點(diǎn)。各結(jié)點(diǎn)通過一根雙向傳輸?shù)墓饫w線路或兩根單向傳輸?shù)墓饫w線路與中心結(jié)點(diǎn)相連。

星形網(wǎng)絡(luò)可采用“載波監(jiān)聽多次訪問/碰撞檢測”方法，避免信號發(fā)生碰撞。

圖4.3.3-4星形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

終端機(jī)ABCDEF結(jié)點(diǎn)中心結(jié)點(diǎn)光纖光纖網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

第三十七頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日自愈網(wǎng)(Self-healingNetwork)就是無需人為干預(yù)網(wǎng)絡(luò)就能在極短時(shí)間內(nèi)從失效狀態(tài)中自動恢復(fù)所攜帶的業(yè)務(wù)，使用戶感覺不到網(wǎng)絡(luò)已出現(xiàn)了故障。其基本原理就是使網(wǎng)絡(luò)具有備用路由，并重新確立通信能力。自愈網(wǎng)的概念只涉及重新確立通信，不管具體失效元部件的修復(fù)或更換，后者仍需人員干預(yù)才能完成。由于通信系統(tǒng)的可靠性要求很高，而光器件的可靠性比電子器件要差。為了保證通信系統(tǒng)的暢通，光路（包括光端機(jī)、光纖和光中繼器）應(yīng)設(shè)置備用系統(tǒng)。第三十八頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日自動線路保護(hù)倒換是最簡單的自愈形式，其結(jié)構(gòu)有兩種；即1+1和1∶n結(jié)構(gòu)方式。1+1線路保護(hù)倒換結(jié)第三十九頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日1∶n線路保護(hù)倒換結(jié)構(gòu)第四十頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日

環(huán)路保護(hù)按照自愈環(huán)結(jié)構(gòu)來劃分，可分為通道倒換環(huán)和復(fù)用段倒換環(huán)。前者是指業(yè)務(wù)量的保護(hù)，它是以通道為基礎(chǔ)的保護(hù)，它是利用通道AIS信號決定是否應(yīng)進(jìn)行倒換；后者是指業(yè)務(wù)量的保護(hù)，它是以復(fù)用段為基礎(chǔ)的保護(hù)，當(dāng)復(fù)用段出故障時(shí)，復(fù)用段的業(yè)務(wù)信號都轉(zhuǎn)向保護(hù)環(huán)。第四十一頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日圖5-10二纖單向復(fù)用段倒換環(huán)第四十二頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日4.2光纖通信系統(tǒng)及系統(tǒng)的性能指標(biāo)4.2.1模擬光纖通信系統(tǒng)4.2.2數(shù)字光纖通信系統(tǒng)4.2.3系統(tǒng)的性能指標(biāo)第四十三頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日4.2.1模擬光纖通信系統(tǒng)用于有線電視（CATV，CommunityAntennaTelevision）網(wǎng)絡(luò)。是四十年代出現(xiàn)的一種電視接收系統(tǒng)，它是多臺電視接收機(jī)共用一套天線的設(shè)備。由于系統(tǒng)各部件之間采用了大量的同軸電纜作為信號傳輸線，因而CATV系統(tǒng)又叫電纜電視系統(tǒng)。就是目前城市正在發(fā)展的有線電視。由于通信技術(shù)的迅速發(fā)展，CATV系統(tǒng)不但能接收電視塔發(fā)射的電視節(jié)目，還可能通過衛(wèi)星地面站接收衛(wèi)星傳播的電視節(jié)目。電視節(jié)目容量增大，傳輸?shù)男盘栙|(zhì)量高，且具有雙向傳輸功能。另外，CATV網(wǎng)是高效廉價(jià)的綜合網(wǎng)絡(luò)，它的發(fā)展為信息高速公路的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。最終目的是使CATV網(wǎng)走向?qū)拵щp向的多媒體通信。用光纖取代同軸電纜作為傳輸媒介。目前的電視信號大多數(shù)是模擬信號。它的傳輸系統(tǒng)就構(gòu)成了模擬光纖通信系統(tǒng)。第四十四頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日4.2.1.1模擬光纖傳輸方式模擬光纖傳輸方式主要有以下幾種方式：1.模擬基帶直接光強(qiáng)調(diào)制2.模擬間接光強(qiáng)調(diào)制方式3.頻分復(fù)用光強(qiáng)調(diào)制方式第四十五頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日模擬基帶直接光強(qiáng)調(diào)制(D-IM)是用承載信息的模擬基帶信號，直接對發(fā)射機(jī)光源(LED或LD)進(jìn)行光強(qiáng)調(diào)制，使光源輸出光功率隨時(shí)間變化的波形和輸入模擬基帶信號的波形成比例。

20世紀(jì)70年代末期，光纖開始用于模擬電視傳輸時(shí)，采用一根多模光纖傳輸一路電視信號的方式，就是這種基帶傳輸方式。所謂基帶，就是對載波調(diào)制之前的視頻信號頻帶。對于廣播電視節(jié)目而言，視頻信號帶寬(最高頻率)是6MHz，加上調(diào)頻的伴音信號，這種模擬基帶光纖傳輸系統(tǒng)每路電視信號的帶寬為8MHz。第四十六頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日模擬基帶信號（視頻信號）對光源進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制系統(tǒng)方框圖第四十七頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日模擬基帶直接光強(qiáng)調(diào)制光纖電視傳輸系統(tǒng)方框圖

在發(fā)射端，模擬基帶電視信號和調(diào)頻(FM)伴音信號分別輸入LED驅(qū)動器，在接收端進(jìn)行分離。改進(jìn)DP和DG的預(yù)失真電路置于接收端。第四十八頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日模擬間接光強(qiáng)調(diào)制方式是先用承載信息的模擬基帶信號進(jìn)行電的預(yù)調(diào)制，然后用這個(gè)預(yù)調(diào)制的電信號對光源進(jìn)行光強(qiáng)調(diào)制(IM)。這種系統(tǒng)又稱為預(yù)調(diào)制直接光強(qiáng)調(diào)制光纖傳輸系統(tǒng)。第四十九頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日頻分復(fù)用光強(qiáng)調(diào)制方式用每路模擬電視基帶信號，分別對某個(gè)指定的射頻(RF)電信號進(jìn)行調(diào)幅(AM)或調(diào)頻(FM)，然后用組合器把多個(gè)預(yù)調(diào)RF信號組合成多路寬帶信號，再用這種多路寬帶信號對發(fā)射機(jī)光源進(jìn)行光強(qiáng)調(diào)制。光載波經(jīng)光纖傳輸后，由遠(yuǎn)端接收機(jī)進(jìn)行光/電轉(zhuǎn)換和信號分離。因?yàn)閭鹘y(tǒng)意義上的載波是光載波，為區(qū)別起見，把受模擬基帶信號預(yù)調(diào)制的RF電載波稱為副載波，這種復(fù)用方式也稱為副載波復(fù)用(SCM)。第五十頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日圖6.１0副載波復(fù)用模擬電視光纖傳輸系統(tǒng)方框圖

第五十一頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日N個(gè)頻道的模擬基帶電視信號分別調(diào)制頻率為f1,f2,f3,…,fN的射頻(RF)信號，把N個(gè)帶有電視信號的副載波f1s,f2s,f3s，…,fNs組合成多路寬帶信號，再用這個(gè)寬帶信號對光源(一般為LD)進(jìn)行光強(qiáng)調(diào)制，實(shí)現(xiàn)電/光轉(zhuǎn)換。光信號經(jīng)光纖傳輸后，由光接收機(jī)實(shí)現(xiàn)光/電轉(zhuǎn)換，經(jīng)分離和解調(diào)，最后輸出N個(gè)頻道的電視信號。第五十二頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日

對于副載波復(fù)用模擬電視光纖傳輸系統(tǒng)，評價(jià)其傳輸質(zhì)量的特性參數(shù)主要是載噪比(CNR)和信號失真。

1.載噪比

載噪比CNR的定義是：把滿負(fù)載、無調(diào)制的等幅載波置于傳輸系統(tǒng)，在規(guī)定的帶寬內(nèi)特定頻道的載波功率(C)和噪聲功率(NP)的比值，并以dB為單位，用公式表示為：（6.22）4.2.1.2模擬光纖通信系統(tǒng)特性參數(shù)第五十三頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日

式中,〈i2c〉為均方載波電流，〈i2n〉為均方噪聲電流。

或CNR=10lg(6.23)第五十四頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日圖6.11激光器模擬調(diào)制原理PmaxPminIomPomIminImaxIbpPbI輸出信號輸入信號第五十五頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日

2.信號失真副載波復(fù)用模擬電視光纖傳輸系統(tǒng)產(chǎn)生信號失真的原因很多，但主要原因是作為載波信號源的半導(dǎo)體激光器在電/光轉(zhuǎn)換時(shí)的非線性效應(yīng)。

由于到達(dá)光檢測器的信號非常微弱，在光/電轉(zhuǎn)換時(shí)可能產(chǎn)生的信號失真可以忽略。只要光纖帶寬足夠?qū)?，傳輸過程可能產(chǎn)生的信號失真也可以忽略。

第五十六頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日4.2.2數(shù)字光纖通信系統(tǒng)光纖傳輸系統(tǒng)是數(shù)字通信的理想通道。與模擬通信相比較，數(shù)字通信有很多的優(yōu)點(diǎn)，靈敏度高、傳輸質(zhì)量好。因此，大容量長距離的光纖通信系統(tǒng)大多采用數(shù)字傳輸方式。光纖通信系統(tǒng)第五十七頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日電發(fā)射端機(jī)要任務(wù)是PCM編碼和信號的多路復(fù)用。多路復(fù)用是指將多路信號組合在一條物理信道上進(jìn)行傳輸，到接收端再用專門的設(shè)備將各路信號分離出來，多路復(fù)用可以極大地提高通信線路的利用率。在光纖通信系統(tǒng)中，光纖中傳輸?shù)氖嵌M(jìn)制光脈沖“0”碼和“1”碼，它由二進(jìn)制數(shù)字信號對光源進(jìn)行通斷調(diào)制而產(chǎn)生。而數(shù)字信號是對連續(xù)變化的模擬信號進(jìn)行抽樣、量化和編碼產(chǎn)生的，稱為PCM（pulsecodemodulation），即脈沖編碼調(diào)制。這種電的數(shù)字信號稱為數(shù)字基帶信號，由PCM電端機(jī)產(chǎn)生。4.2.2.1框圖的介紹第五十八頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日抽樣是指從原始的時(shí)間和幅度連續(xù)的模擬信號中離散地抽取一部分樣值，變換成時(shí)間和幅度都是離散的數(shù)字信號的過程。編碼是指按照一定的規(guī)則將抽樣所得的M種信號用一組二進(jìn)制或者其它進(jìn)制的數(shù)來表示，每種信號都可以由N個(gè)2二進(jìn)制數(shù)來表示，M和N滿足M=2N。例如如果量化后的幅值有8種，則編碼時(shí)每個(gè)幅值都需要用3個(gè)二進(jìn)制的序列來表示。需要注意的是，此處的編碼僅指信源編碼，這和后面提到的信道編碼是有所區(qū)別的。多路復(fù)用技術(shù)包括：頻分多路復(fù)用（FDM）、時(shí)分多路復(fù)用（TDM）、波分多路復(fù)用（WDM）、碼分多址（CDMA）和空分多址（SDMA）。在數(shù)字光纖通信系統(tǒng)中，多路復(fù)用采用時(shí)分復(fù)用的形式。第五十九頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日第六十頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日光發(fā)送端機(jī)從PCM設(shè)備（電端機(jī)）送來的電信號是適合PCM傳輸?shù)拇a型，為HDB3碼或CMI碼。信號進(jìn)入光發(fā)送機(jī)后，首先進(jìn)入輸入接口電路，進(jìn)行信道編碼，變成由“0”和“1”碼組成的不歸零碼（NRZ）。然后在碼型變換電路中進(jìn)行碼型變換，變換成適合于光線路傳輸?shù)膍BnB碼或插入碼，再送入光發(fā)送電路，將電信號變換成光信號，送入光纖傳輸。線路編碼：又稱信道編碼，其作用是消除或減少數(shù)字電信號中的直流和低頻分量，以便于在光纖中傳輸、接收及監(jiān)測。大體可歸納為三類：擾碼二進(jìn)制、字變換碼、插入型碼。第六十一頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日

在光纖通信系統(tǒng)中，從電端機(jī)輸出的是適合于電纜傳輸?shù)碾p極性碼。光源不可能發(fā)射負(fù)光脈沖，因此必須進(jìn)行碼型變換，以適合于數(shù)字光纖通信系統(tǒng)傳輸?shù)囊?。?shù)字光纖通信系統(tǒng)普遍采用二進(jìn)制二電平碼，即“有光脈沖”表示“１”碼，“無光脈沖”表示“0”碼。即簡單的二電平碼。第六十二頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日簡單的二電平碼會帶來如下問題：

?

在碼流中，出現(xiàn)“１”碼和“0”碼的個(gè)數(shù)是隨機(jī)變化的，因而直流分量也會發(fā)生隨機(jī)波動(基線漂移)，給光接收機(jī)的判決帶來困難。

?

在隨機(jī)碼流中，容易出現(xiàn)長串連“１”碼或長串連“0”碼，這樣可能造成位同步信息丟失，給定時(shí)提取造成困難或產(chǎn)生較大的定時(shí)誤差。

?

不能實(shí)現(xiàn)在線(不中斷業(yè)務(wù))的誤碼檢測，不利于長途通信系統(tǒng)的維護(hù)。第六十三頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日

擾碼為了保證傳輸?shù)耐该餍裕谙到y(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。相應(yīng)地，在光接收機(jī)的判決器之后，附加一個(gè)解擾器，以恢復(fù)原始序列。擾碼與解擾可由反饋移位寄存器和對應(yīng)的前饋移位寄存器實(shí)現(xiàn)。擾碼改變了“１”碼與“0”碼的分布，從而改善了碼流的一些特性。例如：擾碼前：1100000011000…

擾碼后：1101110110011…第六十四頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日

擾碼有下列缺點(diǎn)：①不能完全控制長串連“１”和長串連“0”序列的出現(xiàn)②沒有引入冗余，不能進(jìn)行在線誤碼監(jiān)測；③信號頻譜中接近于直流的分量較大，不能解決基線漂移。因?yàn)閿_碼不能完全滿足光纖通信對線路碼型的要求，所以許多光纖通信設(shè)備除采用擾碼外還采用其它類型的線路編碼。第六十五頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日mBnB碼

mBnB碼是把輸入的二進(jìn)制原始碼流進(jìn)行分組，每組有m個(gè)二進(jìn)制碼，記為mB，稱為一個(gè)碼字，然后把一個(gè)碼字變換為n個(gè)二進(jìn)制碼，記為nB，并在同一個(gè)時(shí)隙內(nèi)輸出。這種碼型是把mB變換為nB，所以稱為mBnB碼，其中m和n都是正整數(shù)，n>m，一般選取n=m+1。mBnB碼有1B2B、3B4B、5B6B、8B9B、17B18B等等。

第六十六頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日最簡單的mBnB碼是1B2B碼，即曼徹斯特碼，這就是把原碼的“０”變換為“01”，把“1”變換為“10”。因此最大的連“０”和連“１”的數(shù)目不會超過兩個(gè)，例如1001和0110。但是在相同時(shí)隙內(nèi)，傳輸1比特變?yōu)閭鬏?比特，碼速提高了1倍。第六十七頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日

以3B4B碼為例，輸入的原始碼流3B碼，共有(23)8個(gè)碼字，變換為4B碼時(shí)，共有(24)16個(gè)碼字，見表4.2。為保證信息的完整傳輸，必須從4B碼的16個(gè)碼字中挑選8個(gè)碼字來代替3B碼。設(shè)計(jì)者應(yīng)根據(jù)最佳線路碼特性的原則來選擇碼表。例如：在3B碼中有2個(gè)“0”，變?yōu)?B碼時(shí)補(bǔ)1個(gè)“１”；在3B碼中有2個(gè)“1”，變?yōu)?B碼時(shí)補(bǔ)1個(gè)“0”。而000用0001和1110交替使用；111用0111和1000交替使用。同時(shí)，規(guī)定一些禁止使用的碼字，稱為禁字，例如0000和1111。第六十八頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日01111111111011011101100101110110101001100100001110110110010101001000011001001000010000004B3B

表4.23B和4B的碼字第六十九頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日

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)插入碼的規(guī)律，可以分為mB1C碼、mB1H碼和mB1P碼。插入碼的編碼原理

mB1C碼的編碼原理是，把原始碼流分成每m比特(mB)一組，然后在每組mB碼的末尾插入1比特補(bǔ)碼，這個(gè)補(bǔ)碼稱為C碼，所以稱為mB1C碼。補(bǔ)碼插在mB碼的末尾，連“0”碼和連“1”碼的數(shù)目最少。

圖4.23mB1C碼的結(jié)構(gòu)第七十頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日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：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；第二類是L碼，用于區(qū)間通信；第三類是G碼，用于幀同步、公務(wù)、數(shù)據(jù)、監(jiān)測等信息的傳輸。第七十一頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日

光中繼器統(tǒng)的光中繼器采用的是光－電－光(O-E-O)的模式，光電檢測器先將光纖送來的非常微弱的并失真了的光信號轉(zhuǎn)換成電信號，再通過放大、整形、再定時(shí)，還原成與原來的信號一樣的電脈沖信號。然后用這一電脈沖信號驅(qū)動激光器發(fā)光，又將電信號變換成光信號，向下一段光纖發(fā)送出光脈沖信號。自從摻鉺光纖放大器問世以后，光中繼實(shí)現(xiàn)了全光中繼第七十二頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日光接收機(jī)

從光纖傳來的光信號進(jìn)入光接收電路，將光信號變成電信號并放大后，進(jìn)行定時(shí)再生，又恢復(fù)成數(shù)字信號。由于發(fā)送端有碼型變換，因此，在接收端要進(jìn)行碼型反變換，然后將信號送入輸出接口電路，變成適合PCM傳輸?shù)腍DB3碼或CMI碼，送給PCM。第七十三頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日備用系統(tǒng)與輔助設(shè)備

為了確保系統(tǒng)的暢通，通常設(shè)置備用系統(tǒng)。正常情況下只有主系統(tǒng)工作，一旦主要系統(tǒng)出現(xiàn)故障，就可以立即切換到備用系統(tǒng)，這樣就可以保障通信的正確無誤。輔助設(shè)備是對系統(tǒng)的完善，它包括監(jiān)控管理系統(tǒng)、公務(wù)通信系統(tǒng)、自動倒換系統(tǒng)、告警處理系統(tǒng)、電源供給系統(tǒng)等。第七十四頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日1.誤碼率(BER)

誤碼率是衡量數(shù)字光纖通信系統(tǒng)傳輸質(zhì)量優(yōu)劣的非常重要的指標(biāo)，它反映了在數(shù)字傳輸過程中信息受到損害的程度。

BER是在一個(gè)較長時(shí)間內(nèi)的傳輸碼流中出現(xiàn)誤碼的概率，它對話音影響的程度取決于編碼方法。對于PCM而言，誤碼率對話音的影響程度如表5.2所示。由于誤碼率隨時(shí)間變化，用長時(shí)間內(nèi)的平均誤碼率來衡量系統(tǒng)性能的優(yōu)劣，顯然不夠準(zhǔn)確。在實(shí)際監(jiān)測和評定中，應(yīng)采用誤碼時(shí)間百分?jǐn)?shù)和誤碼秒百分?jǐn)?shù)的方法。對于數(shù)字光通信系統(tǒng)來說，一般要求系統(tǒng)的誤比特率小于10-9。

4.2.2.2系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)第七十五頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日幾乎聽不懂5×10-2強(qiáng)烈干擾，聽懂程度明顯下降10-2在各種話音電平范圍內(nèi)都察覺到有干擾10-3在低話音電平范圍內(nèi)有個(gè)別“喀喀”干擾10-4在低話音電平范圍內(nèi)剛察覺到有干擾10-5感覺不到干擾10-6受話者的感受誤碼率表5.2誤碼率對話音影響程度第七十六頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日圖5.13誤碼率隨時(shí)間的變化

如圖5.13所示，規(guī)定一個(gè)較長的監(jiān)測時(shí)間TL，例如幾天或一個(gè)月，并把這個(gè)時(shí)間分為“可用時(shí)間”和“不可用時(shí)間”。第七十七頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日

在連續(xù)10s時(shí)間內(nèi)，BER劣于1×10-3，為“不可用時(shí)間”，或稱系統(tǒng)處于故障狀態(tài)；故障排除后,在連續(xù)10s時(shí)間內(nèi)，BER優(yōu)于1×10-3，為“可用時(shí)間”。對于64kb/s的數(shù)字信號，BER=1×10-3，相應(yīng)于每秒有64個(gè)誤碼。同時(shí)，規(guī)定一個(gè)較短的取樣時(shí)間T0和誤碼率門限值BERth，統(tǒng)計(jì)BER劣于BERth的時(shí)間，并用劣化時(shí)間占可用時(shí)間的百分?jǐn)?shù)來衡量系統(tǒng)誤碼率性能的指標(biāo)。第七十八頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日劣化分（DM）：定義誤碼率劣于1×10-6的分鐘數(shù)。HRX指標(biāo)要求劣化分占可用分(可用時(shí)間減去嚴(yán)重誤碼秒累積的分鐘數(shù))的百分?jǐn)?shù)小于10%。嚴(yán)重誤碼秒（SES）：定義誤碼率劣于1×10-3的秒鐘數(shù)。HRX指標(biāo)要求嚴(yán)重誤碼秒占可用秒的百分?jǐn)?shù)小于0.2%。誤碼秒(ES)：凡是出現(xiàn)誤碼(即使只有1bit)的秒數(shù)。HRX指標(biāo)要求誤碼秒占可用秒的百分?jǐn)?shù)小于8%。相應(yīng)地，不出現(xiàn)任何誤碼的秒數(shù)稱為無誤碼秒(EFS)，指標(biāo)要求無誤碼秒占可用秒的百分?jǐn)?shù)大于92%。第七十九頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日2.抖動抖動是數(shù)字信號傳輸過程中產(chǎn)生的一種瞬時(shí)不穩(wěn)定現(xiàn)象。抖動的定義是：數(shù)字信號在各有效瞬時(shí)對標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間位置的偏差。以時(shí)間間隔（UI，UnitInterval）表示。偏差時(shí)間范圍稱為抖動幅度(JPP)，偏差時(shí)間間隔對時(shí)間的變化率稱為抖動頻率(F)。這種偏差包括輸入脈沖信號在某一平均位置左右變化，和提取時(shí)鐘信號在中心位置左右變化，見圖5.15所示。第八十頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日圖5.15抖動示意圖第八十一頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日4.2.2.3系統(tǒng)性能指標(biāo)的測試主要的性能測試：誤碼率(BER)和抖動。常用儀器：光功率計(jì)、可變光衰減器。專用儀器：誤碼測試儀、誤碼分析儀、數(shù)字傳輸分析儀、SDH分析儀。數(shù)字傳輸分析儀：具有誤碼誤碼分析儀的全部功能外，還包括抖動發(fā)生器。此設(shè)備能測試全部誤碼性能和抖動性能。第八十二頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日誤碼測試儀由三大部分組成：發(fā)碼發(fā)生器、誤碼檢測器和指標(biāo)器。第八十三頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日接收機(jī)靈敏度動態(tài)范圍第八十四頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日抖動性能的測試第八十五頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日4.3光纖通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)根據(jù)用戶對傳輸距離和傳輸容量(話路數(shù)或比特率)及其分布的要求，按照國家相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和當(dāng)前設(shè)備的技術(shù)水平，經(jīng)過綜合考慮和反復(fù)計(jì)算，選擇最佳路由和局站設(shè)置、傳輸體制和傳輸速率以及光纖光纜和光端機(jī)的基本參數(shù)和性能指標(biāo)，以使系統(tǒng)的實(shí)施達(dá)到最佳的性能價(jià)格比。系統(tǒng)設(shè)計(jì)在技術(shù)上主要問題確定中繼距離，尤其對長途光纖通信系統(tǒng)，中繼距離設(shè)計(jì)是否合理，對系統(tǒng)的性能和經(jīng)濟(jì)效益影響很大。第八十六頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日中繼距離受光纖線路損耗和色散(帶寬)的限制，明顯隨傳輸速率的增加而減小。中繼距離和傳輸速率反映著光纖通信系統(tǒng)的技術(shù)水平。

中繼距離的設(shè)計(jì)有三種方法：最壞情況法(參數(shù)完全已知)、統(tǒng)計(jì)法(所有參數(shù)都是統(tǒng)計(jì)定義)和半統(tǒng)計(jì)法(只有某些參數(shù)是統(tǒng)計(jì)定義)。我們采用最壞情況設(shè)計(jì)法，用這種方法得到的結(jié)果，設(shè)計(jì)的可靠性為100%，但要犧牲可能達(dá)到的最大長度。第八十七頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日中繼距離受損耗的限制

圖5.17數(shù)字光纖線路系統(tǒng)(a)無中繼器；(b)一個(gè)中繼器第八十八頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日圖中符號：

T′,T:光端機(jī)和數(shù)字復(fù)接分接設(shè)備的接口；

Tx:光發(fā)射機(jī)或中繼器發(fā)射端；

Rx:光接收機(jī)或中繼器接收端；

C1,C2:光纖連接器；

S:靠近Tx的連接器C1的接收端；

R:靠近Rx的連接器C2的發(fā)射端；

SR:光纖線路，包括接頭。第八十九頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日

如果系統(tǒng)傳輸速率較低，光纖損耗系數(shù)較大，中繼距離主要受光纖線路損耗的限制。在這種情況下，要求S和R兩點(diǎn)之間光纖線路總損耗必須不超過系統(tǒng)的總功率衰減，即

式中，PT為平均發(fā)射光功率(dBm)，PR為接收靈敏度(dBm)，Ac為連接器損耗(dB/對)，Me為系統(tǒng)余量(dB)，Af為光纖損耗系數(shù)(dB/km),As為每km光纖平均接頭損耗(dB/km),Am為每km光纖線路損耗余量(dB/km),

Lf是每盤光纖光纜的長度。

L為中繼距離(km)。Pp是光通道代價(jià)。第九十頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日

如果系統(tǒng)的傳輸速率較高，光纖線路色散較大，中繼距離主要受色散(帶寬)的限制。為使光接收機(jī)靈敏度不受損傷，保證系統(tǒng)正常工作，必須對光纖線路總色散(總帶寬)進(jìn)行規(guī)范。我們要討論的問題是，對于一個(gè)傳輸速率已知的數(shù)字光纖線路系統(tǒng)，允許的線路總色散是多少，并據(jù)此計(jì)算中繼距離。對于數(shù)字光纖線路系統(tǒng)而言，色散增大，意味著數(shù)字脈沖展寬增加，因而在接收端要發(fā)生碼間干擾，使接收靈敏度降低，或誤碼率增大。嚴(yán)重時(shí)甚至無法通過均衡來補(bǔ)償，使系統(tǒng)失去設(shè)計(jì)的性能。4.3.2中繼距離受色散(帶寬)的限制第九十一頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日對于多模光纖系統(tǒng)，色散特性通常用3dB帶寬表示。光纖線路總帶寬B和速率fb的關(guān)系為：B=(0.83～0.56)fb中繼距離L與1km光纖帶寬B1的關(guān)系為B1=BLγ,所以L=［（1.21～1.78）Ｂ1/fb］1/γ(5.13)或?qū)懗?/p>

Lγfb=(1.21～1.78)B1(5.14)以fb為參數(shù)，B1與L的關(guān)系示于圖5.19,圖中取σ/T=0.3，γ=0.75。由此可見，中繼距離L與傳輸速率fb的乘積取決于1km光纖的帶寬(色散)，這個(gè)乘積反映了光纖通信系統(tǒng)的技術(shù)水平。第九十二頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日4.4光纖放大器在光纖通信系統(tǒng)中，為了延長傳輸距離，在傳輸線路中采用中繼器。傳統(tǒng)的中繼方式：O/E/O，過程繁瑣，信號失真大。應(yīng)用光放大的中繼方式，對信號的格式和速率具有高度的透明性，使得這個(gè)通信系統(tǒng)更加簡單靈活。目前有實(shí)用意義的光放大器主要有三種:半導(dǎo)體激光放大器非線性光纖放大器摻雜光纖放大器光纖放大器實(shí)際上是把工作物質(zhì)制作成光纖形狀的固體激光器，所以也稱為光纖激光器。第九十三頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日4.4.1半導(dǎo)體激光放大器(SOA)是在LD兩端鍍上增透膜而成的，是粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布的受激輻射產(chǎn)生的放大，材料與LD相同(AlGaAs／InGaAsP)，又分為諧振型或稱F-P式光放大器(FPA)和行波式光放大器(TWLA)。SOA的主要優(yōu)點(diǎn)是尺寸小、功率消耗低,便于光電集成.其主要缺點(diǎn)是插入損耗大、對偏振態(tài)敏感。第九十四頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日4.4.2非線性光纖放大器受激拉曼散射光纖放大器(SRA）利用石英光纖的非線性效應(yīng)而制成在合適波長的強(qiáng)光作用下，石英光纖會出現(xiàn)受激喇曼散射(SRS)效應(yīng)，當(dāng)信號光和泵光沿著光纖一起傳輸時(shí)，光功率將由泵光轉(zhuǎn)移到信號光，從而把信號光放大。SRA具有頻帶寬、增益高、輸出功率大、響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)是泵浦效率低、閾值高，因而需要的泵浦功率很高。受激布里淵散射光纖放大器(SBA)第九十五頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日4.4.3摻雜光纖放大器EDFA：Erbium-DopedFiberAmplifier。與前兩者相比，它的優(yōu)點(diǎn):

高增益、低噪聲、偏振不敏感。能放大不同速率和調(diào)制方式的信號。具有幾十納米的放大帶寬。和WDM（波分復(fù)用）技術(shù)相結(jié)合大大提高系統(tǒng)容量和傳輸距離。

EDFA給1.55m窗口的光纖通信帶來了一場革命摻鉺光纖放大器(EDFA)已經(jīng)實(shí)用化材料摻Er3+光纖第九十六頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日隔離器WDMEDF隔離器泵浦激光器輸入信號輸入信號隔離器WDMEDF隔離器輸入信號輸入信號泵浦激光器隔離器WDMEDF隔離器輸入信號輸入信號泵浦激光器泵浦激光器前向泵浦后向泵浦雙向泵浦4.3.3.1EDFA光放大器結(jié)構(gòu)第九十七頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日4.3.3.2EDFA的工作原理鉺(Er)是一種稀土元素(屬于鑭系元素)，原子序數(shù)是68，原子量為167.3。光放大利用了瀾系元素的4f能級。在摻鉺光纖中，由于石英基質(zhì)的作用，4f的每一個(gè)能級分裂成一個(gè)能帶。第九十八頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日基態(tài)亞穩(wěn)態(tài)泵浦態(tài)1s平均壽命平均壽命第九十九頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日EDFA工作過程第一百頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日摻鉺光纖之所以能放大光信號的基本原理:Er+3能吸收泵浦光的能量，由基態(tài)4I15/2躍遷至處于高能級的泵浦態(tài)，對于不同的泵浦波長電子躍遷至不同的能級，當(dāng)用980nm波長的光泵浦時(shí)，Er+3從基態(tài)躍遷至泵浦態(tài)4I11/2

。由于泵浦態(tài)上載流子的壽命時(shí)間只有1us，電子迅速以非輻射方式由泵浦態(tài)豫馳至亞穩(wěn)態(tài)4I13/2

，在亞穩(wěn)態(tài)上載流子有較長的壽命，在源源不斷的泵浦下,亞穩(wěn)態(tài)上的粒子數(shù)積累,從而實(shí)現(xiàn)了粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布。第一百零一頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日當(dāng)有1.55um信號光通過已被激活的摻餌光纖時(shí)，在信號光的感應(yīng)下，亞穩(wěn)態(tài)上的粒子以受激輻射的方式躍遷到基態(tài).對應(yīng)于每一次躍遷,都將產(chǎn)生一個(gè)與感應(yīng)光子完全一樣的光子,從而實(shí)現(xiàn)了信號光在摻鉺光纖的傳播過程中不斷放大.在放大過程中，亞穩(wěn)態(tài)的粒子也會以自發(fā)輻射的方式躍遷到基態(tài)，自發(fā)輻射產(chǎn)生的光子也會被放大，這種放大的自發(fā)輻射(ASE：AmplifiedSpontaneousEmission)會消耗泵浦功率并引入噪聲。當(dāng)用1480nm波長的光泵浦時(shí)，Er+3從基態(tài)躍遷至該能帶的上部，然后粒子迅速以非輻射方式由泵浦態(tài)豫馳至亞穩(wěn)態(tài)，在亞穩(wěn)態(tài)上積累。第一百零二頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日4.3.3.3EDFA光放大器譜線第一百零三頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日4.3.3.4摻鉺光纖放大器的特性指標(biāo)1.功率增益增益的大小與泵浦功率以及光纖長度等諸因素有關(guān)。放大器的功率增益隨泵浦功率的增加而增加有飽和現(xiàn)象:當(dāng)泵浦功率達(dá)到一定值時(shí)，放大器增益出現(xiàn)飽和，即泵浦功率再增加，而增益基本保持不變．開始時(shí)功率增益隨摻餌光纖長度的增加而上升，當(dāng)光纖長度達(dá)到一定值后，增益反而逐漸下降．當(dāng)光纖為某一長度時(shí)，可獲得最佳增益，這個(gè)光纖長度稱為最大增益的光纖長度．第一百零四頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日2.輸出飽和功率在摻鉺光纖放大器中，輸入信號功率和輸出信號功率并不完全呈正比關(guān)系，而是存在著飽和的趨勢．輸出飽和功率是一個(gè)描述輸入信號功率與輸出信號功率之間關(guān)系的參量。摻餌光纖放大器的最大輸出功率常用3dB飽和輸出功率來表示。當(dāng)飽和增益下降3dB時(shí)所對應(yīng)的輸出功率值為3dB飽和輸出功率。它代表了摻鉺光纖放大器的最大輸出能力。3.噪聲系數(shù)衡量摻鉺光纖放大器噪聲特性可用噪聲系數(shù)F來表示。定義為:NF＝(放大器的輸入信噪比)/(放大器的輸出信噪比)第一百零五頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日4.5光接入網(wǎng)4.5.1光接入網(wǎng)概述4.5.2無源光網(wǎng)絡(luò)4.5.3有源光網(wǎng)絡(luò)4.5.4光纖同軸電纜混合網(wǎng)第一百零六頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日4.5.1光接入網(wǎng)概述1.接入網(wǎng)的概念電信網(wǎng)包含了為在不同地方的用戶提供各種電信業(yè)務(wù)的所有傳輸及復(fù)用設(shè)備、交換設(shè)備及各種線路設(shè)施等。接入網(wǎng)是電信網(wǎng)的重要組成部分，負(fù)責(zé)將電信業(yè)務(wù)透明地傳送到用戶。

ITUT的G.902建議(參看圖8.23)對接入網(wǎng)給出如下定義：接入網(wǎng)由業(yè)務(wù)結(jié)點(diǎn)接口(SNI)和用戶網(wǎng)絡(luò)接口(UNI)之間的一系列傳送實(shí)體(如線路設(shè)施和傳輸設(shè)施)組成，為供給電信業(yè)務(wù)而提供所需的傳送承載能力，可經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)管理接口(Q3)配置和管理。原則上對接入網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)的UNI和SNI的類型和數(shù)目沒有限制。接入網(wǎng)不解釋信令。第一百零七頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日圖8.23接入網(wǎng)的界定第一百零八頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日2.光接入網(wǎng)的參考配置光接入網(wǎng)(OAN)為共享相同網(wǎng)絡(luò)側(cè)接口并由光傳輸系統(tǒng)所支持的接入鏈路群，有時(shí)稱之為光纖環(huán)路系統(tǒng)(FITL)。從系統(tǒng)配置上可以分為無源光網(wǎng)絡(luò)(PON)和有源光網(wǎng)絡(luò)(AON)，如圖4.24所示。

ODN:光分配網(wǎng)絡(luò)，是OLT和ONU之間的光傳輸媒質(zhì)，由無源光器件組成。

OLT：光線路終端，提供OAN網(wǎng)絡(luò)側(cè)接口，并且連接一個(gè)或多個(gè)ODN。

ODT：光遠(yuǎn)程終端，由光有源設(shè)備組成。

ONU：光網(wǎng)絡(luò)單元，提供OAN用戶側(cè)接口，并且連接到一個(gè)ODN或ODT。第一百零九頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日圖4.24光接入網(wǎng)的參考配置第一百一十頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日ONU：光網(wǎng)絡(luò)單元，提供OAN用戶側(cè)接口，并且連接到一個(gè)ODN或ODT。

UNI：用戶網(wǎng)絡(luò)接口。

SNI：業(yè)務(wù)結(jié)點(diǎn)接口。

S：光發(fā)送參考點(diǎn)。

R：光接收參考點(diǎn)。

AF：適配功能。

V：與業(yè)務(wù)結(jié)點(diǎn)間的參考點(diǎn)。

T：與用戶終端間的參考點(diǎn)。

a:AF與ONU之間的參考點(diǎn)。第一百一十一頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日目前，用戶網(wǎng)光纖化的途徑主要有兩個(gè)：一是在現(xiàn)有電話銅纜用戶網(wǎng)的基礎(chǔ)上，引入光纖傳輸技術(shù)改造成光接入網(wǎng)；二是在現(xiàn)有有線電視(CATV)同軸電纜網(wǎng)的基礎(chǔ)上，引入光纖傳輸技術(shù)使之成為光纖/同軸混合網(wǎng)(HFC)。第一百一十二頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日1.網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)無源光網(wǎng)絡(luò)的信號由端局和電視節(jié)目中心通過光纖和光分路器直接分送到用戶，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖8.26所示。其下行業(yè)務(wù)由光功率分配器以廣播方式發(fā)送給用戶，在靠近用戶接口處的過濾器讓每個(gè)用戶接收發(fā)給它的信號。在上行方向，用戶業(yè)務(wù)是在預(yù)定的時(shí)間發(fā)送，目的是讓它們分時(shí)地發(fā)送光信號，因此要定期測定端局與每個(gè)用戶的延時(shí)，以便上行傳輸同步，這是PON技術(shù)的難點(diǎn)。由于光信號經(jīng)過分路器分路后，損耗較大，因而傳輸距離不能很遠(yuǎn)。4.5.2無源光網(wǎng)絡(luò)第一百一十三頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日(a)采用TDM+FDM+WDM的PON第一百一十四頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日(b)采用TDM+WDM的PON第一百一十五頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日

圖(a)使用1310/1550兩波長WDM器件來分離寬帶和窄帶業(yè)務(wù)，其中1310nm波長區(qū)傳送TDM方式的窄帶業(yè)務(wù)信號，1550nm波長區(qū)傳送FDM方式的圖像業(yè)務(wù)信號(主要是CATV信號)。圖(b)也使用1310/1550兩波長WDM器件來分離寬帶和窄帶業(yè)務(wù)，與圖8.26(a)不同之處在于先將電視信號編碼為數(shù)字信號，再用TDM方式傳輸。2.多址技術(shù)

PON中常用的多址技術(shù)有三種：頻分多址(FDMA)、時(shí)分多址(TDMA)和波分多址(WDMA)，它們的原理框圖如圖8.27所示。第一百一十六頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日圖4.27無源光網(wǎng)絡(luò)的三種多址技術(shù)

(a)頻分多址；(b)時(shí)分多址；(c)波分多址第一百一十七頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日FDMA的特點(diǎn)是將頻帶分割為許多互不重疊的部分，分配給每個(gè)用戶使用。其優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡單，技術(shù)成熟；缺點(diǎn)是當(dāng)多個(gè)載波信號同時(shí)傳輸時(shí)，會產(chǎn)生串?dāng)_和互調(diào)噪聲，會出現(xiàn)強(qiáng)信號抑制弱信號現(xiàn)象，單路的有效輸出功率降低，且傳輸質(zhì)量隨著用戶數(shù)的增多而急劇下降。

TDMA的特點(diǎn)是將工作時(shí)間分割成周期性的互不重疊的時(shí)隙，分配給每個(gè)用戶。其優(yōu)點(diǎn)是在任何時(shí)刻只有一個(gè)用戶的信號通過上行信道，可以充分利用信號功率，沒有互調(diào)噪聲；缺點(diǎn)是為了分配時(shí)隙，需要精確地測定每個(gè)用戶的傳輸時(shí)延，并且易受窄帶噪聲的影響。第一百一十八頁，共一百二十七頁，2022年，8月28日WDMA的特點(diǎn)是以波長作為用戶的地址，將不同的光波長分配給不同的用戶，用可調(diào)諧濾波器或可調(diào)諧激光器來實(shí)現(xiàn)波分多址。其優(yōu)點(diǎn)是不同波長的信號可以同時(shí)在同一信