第五章光纖通信系統(tǒng)

1、第五章 光纖通信系統(tǒng),5.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 5.1.1 點(diǎn)對點(diǎn)的光纖傳輸結(jié)構(gòu) 5.1.2光纖局域網(wǎng)結(jié)構(gòu) 5.2 光纖數(shù)字通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)誤碼率和抖動(dòng) 5.2.1誤碼性能 5.2.2 抖動(dòng)性能 5.3 光纖通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指標(biāo) 5.3.1 衰減對中繼距離影響的分析,5.3.2 色散對中繼距離的影響的分析 5.3.3 最大中繼距離的計(jì)算 5.4 傳輸系統(tǒng)的可靠性 5.4.1 可靠性的概念 5.4.2 可靠性的表示方法和指標(biāo) 5.4.3 不同系統(tǒng)的可靠性分析 5.4.4 可靠性估算,返回,2,5.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu),5.1.1 點(diǎn)對點(diǎn)的光纖傳輸結(jié)構(gòu),所謂傳輸是指任何地方的兩個(gè)用戶以一定的終端設(shè)備連接方式進(jìn)行信

2、息交流的過程。實(shí)際上這種端與端的連接情況是相當(dāng)復(fù)雜的，其中，點(diǎn)對點(diǎn)的信息傳輸方式是一種最簡單的結(jié)構(gòu)形式。 圖5-1給出了以光電再生的方法作為光信號中繼的點(diǎn)對點(diǎn)光傳輸示意圖，從圖中可以看出，該系統(tǒng)是由發(fā)射端機(jī)（電，光）、接收端機(jī)（光，電）、光中繼器、監(jiān)控系統(tǒng)、備用系統(tǒng)等組成。,3,圖5-1 強(qiáng)度調(diào)制-直接檢波光纖通信系統(tǒng)原理方框圖,5.1.1 點(diǎn)對點(diǎn)的光纖傳輸結(jié)構(gòu),4,光中繼器,5.1.1 點(diǎn)對點(diǎn)的光纖傳輸結(jié)構(gòu),光脈沖信號從光發(fā)射機(jī)輸出經(jīng)光纖傳輸若干距離以后，由于光纖損耗和色散的影響，將使光脈沖信號的幅度受到衰減，波形出現(xiàn)失真，這樣，就限制了光脈沖信號在光纖中作長距離的傳輸。為此就需在光波信號經(jīng)

3、過一定距離傳輸之后，要加一個(gè)光中繼器，以放大衰減的信號，恢復(fù)失真的波形，是光脈沖得到再生。,根據(jù)光中繼器的上述作用，一個(gè)功能最簡單的中繼器，硬是有一個(gè)設(shè)有碼型變換的光接收機(jī)和設(shè)有均放和碼型變換的光發(fā)射機(jī)相接而成，如圖5-2所示。,(1)中繼器的構(gòu)成方框圖,5,根據(jù)光中繼器的上述作用，一個(gè)功能最簡單的中繼器，硬是有一個(gè)設(shè)有碼型變換的光接收機(jī)和設(shè)有均放和碼型變換的光發(fā)射機(jī)相接而成，如圖5-2所示。,5.1.1 點(diǎn)對點(diǎn)的光纖傳輸結(jié)構(gòu),(1)中繼器的構(gòu)成方框圖,6,顯然，一個(gè)幅度受到衰減、波形發(fā)生畸變的信號，經(jīng)過中繼器的放大、再生之后就可揮發(fā)為原來的情況。 但是作為一個(gè)實(shí)用的光中繼器，為了維護(hù)的需要，

4、還應(yīng)具有公務(wù)通信、監(jiān)控、告警的功能，有的中繼器還有區(qū)間通信的功能。另外，實(shí)際使用的中繼器應(yīng)由兩套收發(fā)設(shè)備，一套是輸出，一套是輸入，故實(shí)際中的中繼器方框圖應(yīng)如圖5-3所示。,圖5-3 實(shí)用的中繼器方框圖,5.1.1 點(diǎn)對點(diǎn)的光纖傳輸結(jié)構(gòu),中繼器的結(jié)構(gòu)有的是機(jī)架式的，設(shè)在機(jī)房中，有的是箱式或罐式的，直埋在地下或在架空光纜中架在桿上，對于直埋或架空的中繼器需要有良好的密封性能。,(2)中繼器的結(jié)構(gòu)形式,7,2.監(jiān)控系統(tǒng),監(jiān)控系統(tǒng)為監(jiān)視、監(jiān)測和控制系統(tǒng)的簡稱。它與其他的通信系統(tǒng)一樣，在一個(gè)實(shí)用的光纖通信系統(tǒng)中，為保證通信的可靠，監(jiān)控系統(tǒng)是必不可少的。 由于光纖通信是在近20年來發(fā)展起來的新的通信手段，

5、故能在光纖通信的監(jiān)控系統(tǒng)中，應(yīng)用了許多先進(jìn)的監(jiān)控手段。如用計(jì)算機(jī)進(jìn)行集中監(jiān)控等方式。,5.1.1 點(diǎn)對點(diǎn)的光纖傳輸結(jié)構(gòu),8,監(jiān)控的內(nèi)容,監(jiān)視的內(nèi)容,當(dāng)光纖通信系統(tǒng)中主用系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)即由主控站發(fā)出倒換指令，遙控裝置將被用系統(tǒng)接入，將主用系統(tǒng)退出工作。當(dāng)主用系統(tǒng)恢復(fù)正常后，監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)在發(fā)出指令，將系統(tǒng)由備用切換到主用中。 另外，當(dāng)市電中斷后，將控系統(tǒng)還要發(fā)出啟動(dòng)電機(jī)的指令。又如中繼站溫度過高，則應(yīng)發(fā)出啟動(dòng)風(fēng)扇或者空調(diào)的指令。同樣，還可根據(jù)需要設(shè)置其他控制內(nèi)容。,5.1.1 點(diǎn)對點(diǎn)的光纖傳輸結(jié)構(gòu),a.在數(shù)字光纖通信系統(tǒng)中誤碼率是否滿足指標(biāo)要求,b.各個(gè)光中繼器是否工作正常,c.接受光功率

6、是否滿足指標(biāo)要求,d.光源的壽命,e.電源是否有故障,f.環(huán)境的溫度、濕度是否在要求的范圍內(nèi),除上述內(nèi)容外，還可根據(jù)需要設(shè)置其他監(jiān)測內(nèi)容,控制內(nèi)容,9,監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)功能不同大致有三種構(gòu)成方式：在一個(gè)數(shù)字段內(nèi)對光傳輸設(shè)備和PCM服用設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，這是一種基本的監(jiān)控方式；在具有多個(gè)方向傳輸?shù)慕K端站內(nèi)，對多個(gè)方向進(jìn)行監(jiān)控，這是第二種方式；第三重視對跨越數(shù)字段的設(shè)備進(jìn)行集中監(jiān)控。上述鐘后兩種監(jiān)控方式是建立在第一種方式之上的監(jiān)控方式。,5.1.1 點(diǎn)對點(diǎn)的光纖傳輸結(jié)構(gòu),這種監(jiān)控方式的組成方框圖如圖5.4所示。圖中，主控站、副控站、被控站都裝有微機(jī)，能迅速處理監(jiān)控信息。主控站的功能為收集本站和被控站、副控

7、站發(fā)來的監(jiān)測信息，同時(shí)還可以向這些站發(fā)出指令，對這些站實(shí)行控制。,對一個(gè)數(shù)字段的控制,(2)監(jiān)控系統(tǒng)的基本構(gòu)成,10,副控站是輔助主控站工作的。他亦可收集本站和其他被控站的信息并轉(zhuǎn)發(fā)給主控站。但副控站不能發(fā)控制指令。 這種監(jiān)控系統(tǒng)的工作過程大致如下： 首先是由主控站的監(jiān)控微機(jī)不斷地向各被控站發(fā)出各種詢問指令，被控站監(jiān)控微機(jī)受到詢問指令后就將本站設(shè)備運(yùn)行的情況編成的數(shù)字信號不斷地傳向主控站。主控站微機(jī)受到各被控站發(fā)來的信息后，進(jìn)行判別處理，然后顯示在監(jiān)視器屏幕上，并同時(shí)由打印機(jī)將信息打印出來，以上是監(jiān)測過程。 主控站的監(jiān)控設(shè)備可根據(jù)上述處理的信息，人工或自動(dòng)發(fā)出控制指令。被控站受到指令后，有監(jiān)控

8、設(shè)備完成所需的控制動(dòng)作。以上是控制過程。,如圖5.4 對一個(gè)數(shù)字段監(jiān)控的組成方框圖,5.1.1 點(diǎn)對點(diǎn)的光纖傳輸結(jié)構(gòu),11,對多方向進(jìn)行監(jiān)控系統(tǒng)組成的方框圖如圖5-5所示。途中之花除了監(jiān)控設(shè)備，端站設(shè)備和中繼器未畫出來。其中，,T-SV(Terminal - Supervisory)為端站監(jiān)控設(shè)備； R-SV(Repeator - Supervisory)為中繼器監(jiān)控設(shè)備。 這眾多方向監(jiān)控系統(tǒng)的工作過程大體可以參照上述一個(gè)數(shù)字端監(jiān)控系統(tǒng)來理解。,圖5-5 多方向進(jìn)行監(jiān)控的系統(tǒng)組成方框圖,5.1.1 點(diǎn)對點(diǎn)的光纖傳輸結(jié)構(gòu),對多方向的控制,12,對跨越數(shù)字端的監(jiān)控,這種監(jiān)控系統(tǒng)的組成方框圖如圖5-

9、6所示。,圖5-6 跨越數(shù)字段監(jiān)控系統(tǒng)的組成方框圖,5.1.1 點(diǎn)對點(diǎn)的光纖傳輸結(jié)構(gòu),13,5.1.1 點(diǎn)對點(diǎn)的光纖傳輸結(jié)構(gòu),(3)監(jiān)控信號的傳輸,在上面討論的光通信監(jiān)控系統(tǒng)中，監(jiān)控信號是怎樣在主控站和被控站之間傳輸呢？從目前情況來看，有兩類方式。一類是在光纜中加金屬導(dǎo)線對來傳輸監(jiān)控信號；另一類是由光纜來傳輸控制信號,在光纜中設(shè)專用金屬線來傳遞監(jiān)控信號。用這種方式傳輸監(jiān)控信號的優(yōu)點(diǎn)是：讓主信號（光信號）“走”光纖；讓監(jiān)控信號“走”金屬線。這樣主信號和監(jiān)控信號完全分開，互不影響，光系統(tǒng)的設(shè)備相對簡單。這種方式類似于在同軸電纜中采用的方式,然而，在觀覽中假設(shè)金屬導(dǎo)線對，將帶來較多的缺點(diǎn)。由于金屬線

10、要受雷電和其他強(qiáng)電、磁場的干擾，從而影響傳輸?shù)谋O(jiān)控信號，是監(jiān)控的可靠性要求難以滿足。而且，一般來說，距離越長干擾越嚴(yán)重，因而是監(jiān)控距離受到限制。鑒于以上原因，在觀覽中加金屬線對傳輸監(jiān)控信號不是發(fā)展方向，逐漸被淘汰,14,a.頻分復(fù)用傳輸方式。從對數(shù)字信號的頻域分析來看，光前通信中的主信號（高速數(shù)字信號）的功率譜密度是處在高頻端位置上，其低頻分量很小，幾乎為零，而監(jiān)控信號（低速數(shù)字信號）的功率譜密度，則處在低頻端位置，如圖5-7所示。,這就為采用頻分復(fù)用方式傳輸監(jiān)控信號創(chuàng)造了一個(gè)可行的條件。采用頻分方式可有不同的方法，下面介紹其中的一種信號脈沖調(diào)頂方法。 脈沖調(diào)頂法的實(shí)施方案是：將主信號（即數(shù)字

11、信號電脈沖）做“載波”，用監(jiān)控電數(shù)字信號對這個(gè)主信號進(jìn)行脈沖淺調(diào)幅，即使監(jiān)控信號“載”在主信號脈沖的頂部，或者說對主信號脈沖“調(diào)頂”。最后，在講這個(gè)被“調(diào)頂”的主信號對光源進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制，變?yōu)楣庑盘栺詈线M(jìn)光纖。,5.1.1 點(diǎn)對點(diǎn)的光纖傳輸結(jié)構(gòu),圖5-7 頻分復(fù)用方式傳輸監(jiān)控信號的頻譜示意圖,用光纖傳輸監(jiān)控信號。這種方式又可以分為如下兩種方式,15,主信號被監(jiān)控信號調(diào)頂后的波形示意圖如圖5-8所示,5.1.1 點(diǎn)對點(diǎn)的光纖傳輸結(jié)構(gòu),圖5-8 主信號被調(diào)頂后的波形示意圖,16,在中繼站的接收端，又光纖來的光信號經(jīng)光電檢測變?yōu)殡娦盘柡螅诮?jīng)前放、主放和均衡。由于主信號和監(jiān)控信號的頻率相差很大，因而，

12、可以用高通濾波器將主信號濾出，經(jīng)調(diào)制送入光纖繼續(xù)向前傳輸。而監(jiān)控信號由低通濾波器濾出，經(jīng)判決再生電路恢復(fù)出形狀規(guī)則的波形后送到微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。具有調(diào)頂功能的中繼氈房框圖如圖5-9所示。 目前這種方法在使用5B6B碼型的機(jī)器上，用來傳輸監(jiān)控信號，此外還可傳輸公務(wù)區(qū)間通信等信號。但是這種方法也有一些缺點(diǎn)，如這種調(diào)制方式將造成主信號和監(jiān)控信號之間有微弱的串?dāng)_,5.1.1 點(diǎn)對點(diǎn)的光纖傳輸結(jié)構(gòu),如圖5-9 具有調(diào)頂功能的中繼站方框圖,17,b.時(shí)分復(fù)用方式,時(shí)分復(fù)用方式。這種方式就是在電的主信號碼流中插入冗余（多余）的比特，用這個(gè)冗余的比特來傳輸監(jiān)控等信號。這就是說，將主信號和監(jiān)控信號等信號的碼元

13、在時(shí)間上分開傳輸，達(dá)到復(fù)用的目的。具體實(shí)施方法有：如將主信號碼流中每m個(gè)碼元之后插入一個(gè)碼元，一般稱為H碼（意思是混合碼），這種不斷插入的H碼就可以傳輸監(jiān)控、區(qū)間通信、公務(wù)聯(lián)絡(luò)、數(shù)據(jù)等信號。這種插入的方式就是將要在后面要討論的mB1H編碼方式，這里不再仔細(xì)討論了,5.1.1 點(diǎn)對點(diǎn)的光纖傳輸結(jié)構(gòu),18,3.脈沖插入與脈沖分離,在一個(gè)使用的光纖通信系統(tǒng)中，除了要傳輸從電端機(jī)送來的多路信號之外，為了使整個(gè)系統(tǒng)完善的工作，還需傳送監(jiān)控信號、公務(wù)聯(lián)絡(luò)信號、區(qū)間通信信號以及其他信號。 脈沖復(fù)屆時(shí)將監(jiān)控信號、公務(wù)聯(lián)絡(luò)信號、區(qū)間通信信號等匯接后在讀脈沖的作用下，將上述信號插入信碼流經(jīng)編碼后多余的時(shí)隙下，然后

14、再光纖中傳輸。 在光纖通信系統(tǒng)的接收端設(shè)有脈沖分離電路。它的作用于脈沖插入電路相反，將插入的監(jiān)控信號、公務(wù)聯(lián)絡(luò)信號、區(qū)間通信信號分離出來，送之相應(yīng)的單元中,5.1.1 點(diǎn)對點(diǎn)的光纖傳輸結(jié)構(gòu),19,4.保護(hù)倒換系統(tǒng),5.1.1 點(diǎn)對點(diǎn)的光纖傳輸結(jié)構(gòu),對于通信系統(tǒng)要求其具有高可靠性。光纖數(shù)字通信系統(tǒng)的各個(gè)組成部分的可靠性是技術(shù)、材料、元器件、工藝和使用維護(hù)等諸多因素的總和，根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料分析，傳輸故障主要來自于光纜線路，且多位人為故障，因而需要設(shè)置另外一套光端機(jī)、光中繼器以及光纜線路，工藝各國多個(gè)主用系統(tǒng)共同備用。當(dāng)某一個(gè)主用系統(tǒng)出現(xiàn)故障，則可以通過倒換裝置，啟用該備用系統(tǒng)，以保證信息的正常傳輸,2

15、0,(1)保護(hù)方式,實(shí)際系統(tǒng)中，主要采用m：n的主備比方式，胳臂產(chǎn)和也有采用1 + 1的保護(hù)方式。 m：n主備用方式中，以1：1位最大備用方式，是采用的設(shè)備利用率低，投資過大，但從可靠性的角度來觀察，該方式可靠程度相當(dāng)高。為了進(jìn)一步提高設(shè)備利用率，往往采用多主一備，即N：1的保護(hù)方式。在正常工作狀態(tài)下，一些公務(wù)信息以及不被保護(hù)的數(shù)據(jù)信息均可以利用備用信道進(jìn)行傳輸，一旦主用信道出現(xiàn)告警故障，則啟動(dòng)倒換設(shè)備，獎(jiǎng)杯用信道中傳送的信號切斷，同時(shí)將主用信道中所傳送的信息改由備用系統(tǒng)傳送。這樣，一方面提高了設(shè)備的利用率，同時(shí)又降低了投資成本；但若主備比過大，則會造成倒換設(shè)備的復(fù)雜程度增機(jī)，投資成本加大，因

16、而主備比不宜過大。 1 + 1保護(hù)方式是指系統(tǒng)中同時(shí)存在一個(gè)主用信道和一個(gè)備用信道，而且信息是同時(shí)在主用河北用信道中傳輸。正常情況下，接受端是提取主用信道信號作為接受信號，只有主用信道出現(xiàn)故障時(shí)才啟用倒換設(shè)備，這樣接受端便從備用信道中提取接受信號。從上述分析可以看出，由于是采用了主備信道同時(shí)傳輸有效信息的雙重保險(xiǎn)方式，因而其可靠程度要高于1 + 1保護(hù)方式，但其使用效率卻略低一些。 無論是1：1還是1 + 1的保護(hù)方式，其中最重要的是他們的倒換系統(tǒng)，當(dāng)然不同的保護(hù)方式，其使用的倒換系統(tǒng)的具體操作也會有所區(qū)別，在此分別進(jìn)行說明,5.1.1 點(diǎn)對點(diǎn)的光纖傳輸結(jié)構(gòu),21,(2)1:1保護(hù)系統(tǒng),1：1

17、保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5-10所示。當(dāng)主用通道出現(xiàn)故障時(shí)，則啟用備用通道將其自動(dòng)取代，以保證通信的暢通，這中間的倒換功能是自動(dòng)完成的，那么在什么情況下才能啟動(dòng)倒換程序呢？,圖5-10 1:1自動(dòng)倒換系統(tǒng)示意圖,5.1.1 點(diǎn)對點(diǎn)的光纖傳輸結(jié)構(gòu),22,倒換命令發(fā)出的條件,當(dāng)主用信道出現(xiàn)無光、收失步或較大誤碼，而被用系統(tǒng)正常時(shí)；或者當(dāng)主用信道出現(xiàn)收告警顯示信號（AIS）情況下，光纖通信系統(tǒng)的保護(hù)裝置將自動(dòng)發(fā)出倒換控制命令，然后啟動(dòng)自動(dòng)倒換裝置，進(jìn)行主備系統(tǒng)的倒換，以保證系統(tǒng)的正常工作,倒換操作,當(dāng)下游方向主收端或主發(fā)端存在故障時(shí)，引起主手段的接收盤產(chǎn)生即時(shí)告警，該告警信號向本端的倒換控制盤送倒換請求信號

18、。當(dāng)?shù)箵Q控制盤收到倒換請求后，現(xiàn)檢查本端備用系統(tǒng)工作是否正常，同時(shí)通過上游方向的通道，將聯(lián)絡(luò)信號發(fā)往上游站點(diǎn)，當(dāng)上有站點(diǎn)收到該信號后，一方向產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)答信號，法網(wǎng)下游站點(diǎn)；另一方向，經(jīng)過若干的延遲后，在向下游站點(diǎn)發(fā)送“倒發(fā)控制信號”，同時(shí)實(shí)現(xiàn)上游站點(diǎn)處得主用系統(tǒng)和備用系統(tǒng)的倒換。下游站電在接受到應(yīng)答信號后，向接受倒換盤發(fā)送“倒收控制信號”，使接受盤完成換盤工作，完成主備系統(tǒng)的倒換。由于要求手法兩端盡量同時(shí)進(jìn)行倒換，一面碼流的丟失，因此上游站點(diǎn)延遲發(fā)送“倒發(fā)控制信號”的時(shí)間應(yīng)該等于“應(yīng)答”信號的傳輸和處理的時(shí)間,5.1.1 點(diǎn)對點(diǎn)的光纖傳輸結(jié)構(gòu),23,(3) 1 + 1保護(hù)系統(tǒng),5.1.1 點(diǎn)對

19、點(diǎn)的光纖傳輸結(jié)構(gòu),1 + 1保護(hù)系統(tǒng)是指在發(fā)射端主備系統(tǒng)同時(shí)發(fā)送信息，只是在接受端選擇其中的一路信號送到復(fù)用設(shè)備，故倒換設(shè)備是在接受端進(jìn)行的,24,5.光路中的無源器件,(1) 光纖連接器,5.1.1 點(diǎn)對點(diǎn)的光纖傳輸結(jié)構(gòu),光纖連接器又稱光纖活動(dòng)連接器，俗稱活動(dòng)接頭。它用于設(shè)備（如光端機(jī)、光測試儀表等）與光纖之間的連接、光纖與光纖之間的連接火光纖與其它無元器件的連接。他是組成光纖通信和測量系統(tǒng)不可缺少的一種無源器件。 光纖連接器的作用是將需要連接起來的單根或多根光纖芯線的端面對準(zhǔn)、貼近并能多次使用。,25,由于光纖的芯徑很細(xì)（微米級），因此，對其加工工藝和精度都有比較高的要求。為此，光纖連接器

20、必須滿足如下的條件：,5.1.1 點(diǎn)對點(diǎn)的光纖傳輸結(jié)構(gòu),連接損耗小 連接損耗時(shí)評價(jià)光纖連接器的主要指標(biāo)。目前各種不同結(jié)構(gòu)的單模光纖連接器的插入損耗為0.5dB左右,裝、拆方便 .體積小，成本低,穩(wěn)定性好 連接后，插入損耗隨時(shí)間、環(huán)境的改變應(yīng)變化不大,重復(fù)性好 一般要求重復(fù)使用次數(shù)大于1000次,互換性好 要求同一種型號的活動(dòng)連接器可以互換,26,對于光纖連接器，最重要的是如何使需要連接的兩根光纖的軸心對準(zhǔn)，因?yàn)閮筛饫w軸心的偏離或兩根光纖的斷面之間有家教等等都會引起連接損耗。 簡單地說，光纖連接器是由兩個(gè)插頭、一個(gè)插座三部分組成。如圖5-11所示。其關(guān)鍵是：光纖的纖芯中心要與插頭、插座的中心完

21、全一致,圖5-11 光纖活動(dòng)連接器結(jié)構(gòu)示意圖,5.1.1 點(diǎn)對點(diǎn)的光纖傳輸結(jié)構(gòu),27,目前常用的光纖連接器是以端面直接耦合為基礎(chǔ)的端面對接連接器。如：單模光纖連接器即屬于這一種。 單模光纖連接器的結(jié)構(gòu)如圖5-12所示。在套管和插頭之間有小球軸承，能夠比較精確的校準(zhǔn)兩插頭成一直線。這種連接器的連接損耗時(shí)0.46dB.,5.1.1 點(diǎn)對點(diǎn)的光纖傳輸結(jié)構(gòu),圖5-12 單模光纖連接器,28,(2)光定向耦合器,光定向耦合器的結(jié)構(gòu)和工作原理,在光纖通信系統(tǒng)或光纖測試中，經(jīng)常要遇到需要從光纖的主傳輸通道中取出一部分光，作為檢測、控制用，也有時(shí)需要把兩個(gè)不同方向的光信號和起來送入一根光纖中傳輸，在上述情況下

22、，都需要光定向耦合器來完成。 光定向耦合器按期結(jié)構(gòu)不同可分為棱鏡式和光纖式兩類，如圖5-13所示。 其中，光纖使定向耦合器體積小，工作穩(wěn)定可靠，光纖連接比較的方便，是目前較長使用的一種。下面簡單介紹其工作原理,圖5-13 棱鏡式和光纖式定向耦合器,5.1.1 點(diǎn)對點(diǎn)的光纖傳輸結(jié)構(gòu),29,光纖定向耦合器，是有兩根緊密耦合的光纖，通過光纖界面的曬前場互相重疊而是像光的耦合的一種器件。一般有四個(gè)端口，從端口1輸入的光信號（圖中實(shí)線所示）向端口2方向傳輸，可有端口3耦合出一部分光信號，端口4無光信號輸出。從端口3輸入的光信號（圖中虛線所示）向端口4方向傳輸，可有端口1耦合出一部分光信號，而端口2無光信

23、號輸出。另外，有端口1和端口4輸入的光信號，可合并為一種光信號，有端口2和3輸出，或反之。,工作原理,5.1.1 點(diǎn)對點(diǎn)的光纖傳輸結(jié)構(gòu),30,光纖使定向耦合器的主要參數(shù),a.隔離度A,有端口1輸入的光功率P1應(yīng)從端口2和端口3輸出，端口4理論上應(yīng)無輸出。但是實(shí)際上端口4還是有少量功率光功率的輸出（P4）,其打下就表示了1 4兩個(gè)端口的隔離程度。各力度用英文字母A表示，則1 4端口間的隔離度為,dB,(5-1),一般情況下，要求A 20dB,b.出入損耗L,它表示了定向耦合器損耗的大小。如由端口1輸入光功率P1，應(yīng)有端口2和端口3輸出光功率P2和P3，則插入損耗等于光功率之和與輸入功率之比的分貝

24、值，用字母L表示，則為,dB,(5-2),5.1.1 點(diǎn)對點(diǎn)的光纖傳輸結(jié)構(gòu),c.分光比T,它等于兩個(gè)輸出端口的光功率之比，如從端口1輸入光功率，則分光比為,一般情況下，定向耦合器的分光比為1:11:10，由需要決定,31,（3）光衰減器,光衰減器的作用和原理,當(dāng)輸入光功率超過一定范圍時(shí)，為了使光接受機(jī)不產(chǎn)生失真，或?yàn)榱藵M足光線路中某種測試的需要，就必須對輸入光信號進(jìn)行一定程度的衰減。因此，光衰減器時(shí)光纖通信線路或測試技術(shù)中不可缺少的無源光器件。 目前常用的光衰減器主要采用金屬蒸發(fā)膜來吸收光能，實(shí)現(xiàn)光的衰減，故衰減量的大小與膜的厚度成正比,5.1.1 點(diǎn)對點(diǎn)的光纖傳輸結(jié)構(gòu),32,光衰減器的分離和

25、基本結(jié)構(gòu),光衰減器可分為固定衰減器和可變衰減器兩種，結(jié)構(gòu)如圖5-14所示,a.固定衰減器 它的衰減量是一定的，用于調(diào)節(jié)傳輸線路中某一區(qū)間的損耗。要求體積小、重量輕。具體規(guī)格有3dB，6dB，10dB，20dB，30dB，40dB的標(biāo)準(zhǔn)衰減量。要求衰減量誤差 10%,5.1.1 點(diǎn)對點(diǎn)的光纖傳輸結(jié)構(gòu),圖5-14 光衰減器的基本結(jié)構(gòu) (a) 光固定衰減器,33,這種衰減器可分為連續(xù)可變和分檔可變兩種。前者的衰減范圍可達(dá)60dB以上，商檢量誤差小于10%。通常將這兩種可變衰減器組合起來作用,b.可變衰減器,圖5-14 光衰減器的基本結(jié)構(gòu) (b)光可變衰減器,5.1.1 點(diǎn)對點(diǎn)的光纖傳輸結(jié)構(gòu),34,(

26、4)光隔離器,它是保證光信號只能正向傳輸?shù)钠骷?，避免線路中由于各種因素而產(chǎn)生的反射光再次進(jìn)入激光器，而影響激光器的工作穩(wěn)定性,光隔離器的基本原理和結(jié)構(gòu),光隔離器的基本原理是法拉第旋轉(zhuǎn)效應(yīng)，如圖5-15所時(shí)，其主要有兩個(gè)偏振器和一個(gè)法拉第旋轉(zhuǎn)器組成如圖5-15（a）所示,當(dāng)光入射到某一光學(xué)器件時(shí)，其輸出光為某一種形式的偏振光（如線偏振光），則這種光學(xué)器件就成為偏振器（如線偏振器）。在光隔離器中使用的是線偏振器。線偏振其中有一頭光軸，當(dāng)光的偏振方向與透光軸完全一致時(shí)，則光全部通過。如圖5-15（a）中入射光經(jīng)過偏振器1后，為虛線所示的光,圖5-15（ a）光隔離器的工作原理圖,5.1.1 點(diǎn)對點(diǎn)的

27、光纖傳輸結(jié)構(gòu),35,法拉第旋轉(zhuǎn)器由某種旋光材料制成。按照法拉第效應(yīng)理論，當(dāng)線偏振光經(jīng)過它以后，光的偏振面按順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)一定角度（如45），如果正好與偏振器2中的透光軸方向一致，則正向光入射后，經(jīng)過偏振器1、玄光器和偏振器2，正向光功率全部射出，如圖5-15（b）所示；當(dāng)反向光射入后，有一部分光經(jīng)過偏振器2到達(dá)旋光器，被順時(shí)針旋轉(zhuǎn)45，正好和偏振器1種透光軸方向垂直，因此被全部隔離，如圖5-15（c）所示。,5.1.1 點(diǎn)對點(diǎn)的光纖傳輸結(jié)構(gòu),如圖5-15 (b).(c) 光隔離器的工作原理圖,36,光隔離器的主要參數(shù)和指標(biāo),由于光隔離器的主要作用是只允許正向光信號通過，阻止反向光返回。因此，對

28、光隔離器的主要要求是：插入損耗低、隔離性能好,隔離衰減的大小用i表示，為,(5-4),式中， Pr-隔離方向（即與傳輸方向相反的方向）上的入射光功率。 Pout-隔離方向上的輸出光功率。 制作法拉第旋轉(zhuǎn)器的旋光材料，在0.85m短波長波段，一般采用含稀土族離子的順磁玻璃；在1.3m或1.55m的長波長波段，可采用釔鐵石榴石（YIG）單晶。目前，用YIG單晶制作的晶體法拉第旋轉(zhuǎn)器光隔離器，在1.55m波段隔離衰減可做到40dB,5.1.1 點(diǎn)對點(diǎn)的光纖傳輸結(jié)構(gòu),37,5.1.2光纖局域網(wǎng)結(jié)構(gòu),所謂光纖局域網(wǎng)是治理用光纖將較為靠近的許多用戶連接起來的網(wǎng)絡(luò)，這樣網(wǎng)上的所有用戶都可以通過該網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行相互

29、數(shù)據(jù)交流，因此在光纖局域網(wǎng)中要求用戶都具有發(fā)送/接收數(shù)據(jù)的功能。并且在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的規(guī)定下操作，不同的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議適合于不同的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，適應(yīng)于不同的場合,1. 光纖局部區(qū)域網(wǎng)的用途,光纖局域網(wǎng)可以用在大型工礦企業(yè)的公務(wù)電話、電視電話會議系統(tǒng)以及用于生產(chǎn)過程的閉路電視監(jiān)控等，也可以用于城市管理系統(tǒng)（如道路交通管理），或用于計(jì)算機(jī)網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸以及多個(gè)計(jì)算機(jī)終端公用一個(gè)高性能的專用處理器中，也可用在電力系統(tǒng)的電力調(diào)度網(wǎng)絡(luò)上等等,38,2.光纖局域網(wǎng)的類型,5.1.2光纖局域網(wǎng)結(jié)構(gòu),總線型結(jié)構(gòu),總線型結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)是一種非常典型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，它可以將多臺計(jì)算機(jī)和終端設(shè)備進(jìn)行連接,拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),在圖

30、5-16種給出了總線型結(jié)構(gòu)的示意圖，從中可以看出，每個(gè)分站都有光發(fā)射和光接受部分，每個(gè)終端站與光纖之間都由光分支耦合器相連，這樣用戶可以通過光分支耦合器將各終端所要傳輸?shù)墓庑盘栺詈线M(jìn)入傳輸光纖，或?qū)崿F(xiàn)由傳輸光纖中分取少量光信號的操作，從而在一個(gè)服務(wù)區(qū)域內(nèi)通過一條光纖傳輸多路信號，完成各終端間的數(shù)據(jù)互通,圖5-16 總線形連接局域網(wǎng)構(gòu)成示意圖,39,光分支耦合器,光分支耦合器是將光信號進(jìn)行分路或和路、插入、分配的一種器件。根據(jù)器件是否存在光放大作用，光分支耦合器又分為無源和有源兩種形式,a.無源光分支耦合器,無論是由源還是無源的光分支耦合器，實(shí)際上在分路和合路的功能上并無本質(zhì)區(qū)別，兩者只是光信號

31、傳輸?shù)姆较虿煌?，如圖5-17所示。從圖中,可以看出，由光纖1輸入的光信號，就會再光纖2，3支路里有光信號輸出，而且也可以做到等光功率分配，反之也是如此,b.有源光分支耦合器,在有源光分支耦合器內(nèi)部有光發(fā)射機(jī)和光接受機(jī)。當(dāng)節(jié)點(diǎn)處接受到來自光纖1的光信號時(shí)，首先由光接受機(jī)將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，在經(jīng)過均衡、放大、整形處理，恢復(fù)成標(biāo)準(zhǔn)的脈沖信號，然后啟動(dòng)相應(yīng)支路的光發(fā)射機(jī)，完成電/光轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)各節(jié)點(diǎn)之間的光傳輸,圖5-17 無源光分支耦合器,5.1.2光纖局域網(wǎng)結(jié)構(gòu),40,(2)星型結(jié)構(gòu),星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有交換的功能，使只有別于總線型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖5-18所示，從圖中可以看出，

32、它是利用點(diǎn)對點(diǎn)的光纖傳輸，將所有節(jié)點(diǎn)與一個(gè)中心節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)互連，這個(gè)節(jié)點(diǎn)通常是采用星型耦合器,圖5-18 星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖,5.1.2光纖局域網(wǎng)結(jié)構(gòu),41,星型耦合器,根據(jù)中心節(jié)點(diǎn)處是否具有有源器件，網(wǎng)絡(luò)又有有源星型網(wǎng)絡(luò)和無源星型網(wǎng)絡(luò)之分。通常在無源星型網(wǎng)絡(luò)中心節(jié)點(diǎn)處，使用無源光星型耦合器，其結(jié)構(gòu)如圖5-19所示。這樣來自光纖1的光信號在此中心節(jié)點(diǎn)處，利用該耦合器實(shí)現(xiàn)光信號分配，即光纖2、光纖3、光纖4傳輸該光信號，因?yàn)樵跓o源光星型耦合器處進(jìn)行的是無源光分配，既可以做到等光功率分配，那么分路數(shù)越多，則每支路分得的光功率越弱，因而為保證網(wǎng)絡(luò)正常工作，對無源星型網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)數(shù)目必須有所限制,圖5-1

33、9 星型耦合器,5.1.2光纖局域網(wǎng)結(jié)構(gòu),42,(3)環(huán)形結(jié)構(gòu),環(huán)形結(jié)構(gòu)是一種附著于網(wǎng)絡(luò)上的端系統(tǒng)或站點(diǎn)之間互聯(lián)的方式。目前隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，采用1.31m的多模光纖和標(biāo)準(zhǔn)的光纖分布數(shù)據(jù)接口（FDDI），工作于100Mbit/s速率的環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的光纖局域網(wǎng)得到了很大發(fā)展,拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),在環(huán)形結(jié)構(gòu)中，是通過光纖將多個(gè)節(jié)點(diǎn)一次進(jìn)行連接，從而構(gòu)成單個(gè)封閉的環(huán)路，如圖5-20所示。每個(gè)節(jié)點(diǎn)都是由轉(zhuǎn)發(fā)器組成，其具有發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的功能，這樣數(shù)據(jù)可以沿著各轉(zhuǎn)發(fā)器在環(huán)上一位位的串行傳輸,圖5-20 環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),5.1.2光纖局域網(wǎng)結(jié)構(gòu),43,轉(zhuǎn)發(fā)器,a.轉(zhuǎn)發(fā)器的功能,要是一個(gè)封閉環(huán)路成為一個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)，則需

34、要具有三個(gè)功能，即數(shù)據(jù)插入、數(shù)據(jù)接受和數(shù)據(jù)清除。顯然這些功能均由轉(zhuǎn)發(fā)器完成。這樣環(huán)形網(wǎng)絡(luò)上的各轉(zhuǎn)發(fā)器，除了作為有源元素之外，還起到數(shù)據(jù)接受、數(shù)據(jù)插入設(shè)備的連接點(diǎn)作用。 在此完成數(shù)據(jù)插入和數(shù)據(jù)接受的轉(zhuǎn)發(fā)器的功能與有源星型網(wǎng)絡(luò)中的星型耦合器功能基本相似，但就有源星型網(wǎng)絡(luò)而言，由星型耦合器插入線路的信號傳播到末端，是由末端接收器所吸收，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)清除功能。然而環(huán)形網(wǎng)絡(luò)的路由是閉合路徑，如不進(jìn)行數(shù)據(jù)清除，則數(shù)據(jù)將永遠(yuǎn)在環(huán)路上流通，因而一般是由信源轉(zhuǎn)發(fā)器在該分組數(shù)據(jù)環(huán)路上流動(dòng)一周后進(jìn)行清除工作。,5.1.2光纖局域網(wǎng)結(jié)構(gòu),由此可見，轉(zhuǎn)發(fā)器主要具有如下功能,1.將所接受的所有數(shù)據(jù)向下傳輸,2.提供接受和

35、發(fā)送數(shù)據(jù)的能力,44,b.轉(zhuǎn)發(fā)器的工作狀態(tài),綜合以上轉(zhuǎn)發(fā)器的功能，可以歸納出來，轉(zhuǎn)發(fā)器基本處于監(jiān)聽狀態(tài)、發(fā)送狀態(tài)和接受狀態(tài),1.監(jiān)聽狀態(tài),在監(jiān)聽狀態(tài)下，要求轉(zhuǎn)發(fā)器在一個(gè)很短的延時(shí)之后，將每收到的位重新發(fā)送出去，一般這個(gè)掩飾的理想時(shí)間是一位的時(shí)間（即轉(zhuǎn)發(fā)器發(fā)送一個(gè)完整的位到線上的時(shí)間），在此時(shí)間中，轉(zhuǎn)發(fā)器要對比特流進(jìn)行掃描，看是否存在與所連設(shè)備的地址或地址族一致的地址，由則進(jìn)行數(shù)據(jù)接受，否則仍處于監(jiān)聽狀態(tài),2.接受狀態(tài),如果轉(zhuǎn)發(fā)器識別了此地址，就將這個(gè)分組的余下的內(nèi)容拷貝下來，并將器發(fā)送給相應(yīng)的站點(diǎn)，與此同時(shí)仍由轉(zhuǎn)發(fā)器將收到的每一位重新發(fā)送到通路上，保證數(shù)據(jù)流在環(huán)上的傳輸,3.發(fā)送狀態(tài),當(dāng)與轉(zhuǎn)發(fā)

36、器相連的站點(diǎn)需要進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)，轉(zhuǎn)發(fā)器則要在某種控制模式下，具有發(fā)送權(quán)時(shí)，才能啟動(dòng)光發(fā)射機(jī)，將從相連的站點(diǎn)接受的數(shù)據(jù)發(fā)送到環(huán)路上,5.1.2光纖局域網(wǎng)結(jié)構(gòu),45,4.網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,不同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)目刂茀f(xié)議有所不同，通常按照媒體訪問控制技術(shù)定義為：載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測（CSMA/CD）、令牌總線和令牌環(huán)網(wǎng),(1)載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測,載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測方式，多數(shù)應(yīng)用于總線型和星型拓樸網(wǎng)絡(luò)中，稱為IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)。在CSMA/CD機(jī)制下，通常各站點(diǎn)均處于監(jiān)聽狀態(tài)之下，隨時(shí)對傳輸媒體進(jìn)行掃描，觀察是否有與本站點(diǎn)地址相同的.需要接受的數(shù)據(jù)信號，如果有則進(jìn)入接受狀態(tài)，

37、同時(shí)向傳輸站點(diǎn)發(fā)送確認(rèn)信號，否則仍處于監(jiān)聽狀態(tài)。若本站點(diǎn)需要進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，那么通過對傳輸媒體的監(jiān)視，尋找媒體空閑時(shí)刻，將所傳送的數(shù)據(jù)送入傳輸媒體，但經(jīng)常會遇到有兩個(gè)站點(diǎn)或多個(gè)站點(diǎn)同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)到傳輸媒體上，這樣轉(zhuǎn)傳輸媒體上會發(fā)生數(shù)據(jù)沖突，造成雙方數(shù)據(jù)發(fā)生相互干擾，使得目的站點(diǎn)無法進(jìn)行地址識別與數(shù)據(jù)接收。當(dāng)然在一定等待時(shí)間之內(nèi)傳輸站點(diǎn)也無法接受到確認(rèn)信號，因此傳輸站點(diǎn)認(rèn)為在傳輸站點(diǎn)上發(fā)生沖突，數(shù)據(jù)需重發(fā),5.1.2光纖局域網(wǎng)結(jié)構(gòu),46,(2)令牌總線,令牌總線方式又稱為IEEE802.4標(biāo)準(zhǔn)，它不僅是為辦公環(huán)境而設(shè)計(jì)的。而且還適用于工廠和其他軍事環(huán)境之中，該標(biāo)準(zhǔn)通常運(yùn)用于總線和星型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中間,

38、令牌邏輯環(huán)總線中的邏輯位置,在令牌總線中，網(wǎng)絡(luò)中所有的站點(diǎn)都依次分配一個(gè)固定的邏輯地址，而且每個(gè)站點(diǎn)都具有識別其前和其后站點(diǎn)地址的能力，那么其中第一個(gè)站點(diǎn)和最后一個(gè)站點(diǎn)最為特殊，如果排列是按降序排列，則如圖521所示。,圖521 令牌總線配置,5.1.2光纖局域網(wǎng)結(jié)構(gòu),47,為了表示清楚，圖中按物理地址排列畫出，但在實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)中并沒有如此規(guī)定，從中可以觀察到，第一個(gè)戰(zhàn)點(diǎn)【10】的后一個(gè)站點(diǎn)為最后一個(gè)站點(diǎn)【60】，最后一個(gè)站點(diǎn)【60】的前一個(gè)站點(diǎn)是第一個(gè)站點(diǎn)【10】，這樣網(wǎng)絡(luò)上的所有站點(diǎn)構(gòu)成了一個(gè)邏輯環(huán)，使其物理上的位置與其邏輯地址無關(guān)。為了提高其傳輸效率，通常邏輯環(huán)上接入的站點(diǎn)數(shù)是動(dòng)態(tài)決定的，如

39、圖521所示，即在一給定時(shí)刻，邏輯環(huán)是按降序的站60。站50.。站10的次序排列，最后又由站10回到站60，以此實(shí)現(xiàn)邏輯環(huán)訪問,5.1.2光纖局域網(wǎng)結(jié)構(gòu),圖521 令牌總線配置,48,令牌傳輸及數(shù)據(jù)傳送,各站點(diǎn)的訪問權(quán)是由一個(gè)稱之為令牌的控制幀來規(guī)定，在令牌中包含了一個(gè)目的地址，只有擁有該令牌的站點(diǎn)才有權(quán)在一定時(shí)間內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)幀.探詢其它站和相應(yīng)等項(xiàng)工作。當(dāng)該站點(diǎn)完成自己的工作，或是時(shí)間用完，它便將令牌交給其邏輯位置上緊接其后的那個(gè)站點(diǎn)，使之有權(quán)訪問媒體，其轉(zhuǎn)輸過程如圖522所示,圖522 令牌傳輸過程,5.1.2光纖局域網(wǎng)結(jié)構(gòu),49,圖523 數(shù)據(jù)傳送過程,5.1.2光纖局域網(wǎng)結(jié)構(gòu),例如，在t

40、0時(shí)刻，站10產(chǎn)生令牌，根據(jù)圖中的顯示，該令牌傳輸?shù)哪康牡刂肥?0，這樣按圖521所示的數(shù)據(jù)流流動(dòng)的次序，站點(diǎn)10的后續(xù)站點(diǎn)為60，雖然網(wǎng)絡(luò)上所有站點(diǎn)都能檢測此令牌，但只有站60的地址與之相符，一旦站60獲得令牌，便可以自由地發(fā)送數(shù)據(jù)幀，所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)可以僅一個(gè)幀，也可以包含多個(gè)幀，若站60向戰(zhàn)20發(fā)出一個(gè)數(shù)據(jù)幀，如圖523所示。雖然站20并不是邏輯環(huán)上的成員，但作為邏輯環(huán)以外的成員，盡管它無法傳送數(shù)據(jù)，卻可以接受數(shù)據(jù)幀，而戰(zhàn)60在完成數(shù)據(jù)傳送之后，便將令牌傳遞給后續(xù)站50,50,令牌總線的維護(hù)功能,由于邏輯環(huán)中的站點(diǎn)的次序是動(dòng)態(tài)決定的。因而邏輯環(huán)必須周期地給予沒有加入環(huán)的站點(diǎn)以機(jī)會，可以將它們

41、加入環(huán)中的適當(dāng)位置；同時(shí)某些邏輯環(huán)上的。已經(jīng)完成其傳送任務(wù)的站點(diǎn)又能從環(huán)中刪除；另外對于由于傳輸錯(cuò)誤或站點(diǎn)故障而將令牌丟失時(shí)，要求系統(tǒng)具有自動(dòng)恢復(fù)功能,5.1.2光纖局域網(wǎng)結(jié)構(gòu),51,(3)令牌環(huán)網(wǎng),令牌環(huán)網(wǎng)的媒體控制方式又稱為IEEE802.5標(biāo)準(zhǔn)，它同樣可以應(yīng)用于辦公樓.工廠.軍事環(huán)境，但它主要采用環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),媒體訪問控制協(xié)議,在令牌環(huán)網(wǎng)控制技術(shù)中，使用了稱為令牌的幀結(jié)構(gòu)，當(dāng)環(huán)形網(wǎng)上所有站點(diǎn)均無數(shù)據(jù)需要發(fā)送和接收時(shí)，各站點(diǎn)均處于空閑狀態(tài)之下，則令牌就不停地在環(huán)形網(wǎng)上各站點(diǎn)之間循環(huán)。 當(dāng)某站點(diǎn)有數(shù)據(jù)需要傳輸時(shí)，首先必須等待，直至令牌經(jīng)過本站點(diǎn)，則令令牌中的一位進(jìn)行改動(dòng)，使之成為一個(gè)數(shù)據(jù)幀的

42、開始符，然后進(jìn)行站點(diǎn)填寫（包括源地址和目的地址），最后將數(shù)據(jù)裝入數(shù)據(jù)幀相應(yīng)位置，從而構(gòu)成一個(gè)完整的數(shù)據(jù)幀，啟動(dòng)發(fā)射機(jī)，使之在環(huán)網(wǎng)中傳輸,5.1.2光纖局域網(wǎng)結(jié)構(gòu),52,圖524是令牌環(huán)網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸操作示意圖，從圖中可以看出數(shù)據(jù)幀由A站點(diǎn)發(fā)送經(jīng)D站到達(dá)C站點(diǎn)，由于該數(shù)據(jù)幀的目的地址與C站點(diǎn)的地址相同，故C站點(diǎn)對該數(shù)據(jù)幀進(jìn)行拷貝，同時(shí)數(shù)據(jù)幀繼續(xù)前行經(jīng)過B站點(diǎn)回到A站點(diǎn)，由于A站點(diǎn)為該數(shù)據(jù)幀的源地址，故在此將數(shù)據(jù)幀清除，然后向環(huán)上插入一新的令牌 當(dāng)一個(gè)站點(diǎn)在得到令牌并開始發(fā)送數(shù)據(jù)幀時(shí)，環(huán)上便不存在令牌，這樣環(huán)網(wǎng)上所有想傳輸數(shù)據(jù)的站點(diǎn)都必須等待，直到該數(shù)據(jù)幀在環(huán)上轉(zhuǎn)一周又被發(fā)送站點(diǎn)吸收，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)新

43、令牌插入環(huán)中，此時(shí)下游有數(shù)據(jù)需要傳送的站點(diǎn)，才可以獲得令牌，即傳輸數(shù)據(jù)的權(quán)利,圖524 令牌環(huán)網(wǎng)操作示意圖,5.1.2光纖局域網(wǎng)結(jié)構(gòu),53,(4)CSMA/CD令牌總線和令牌環(huán)網(wǎng)的比較,5.1.2光纖局域網(wǎng)結(jié)構(gòu),在總線.星型網(wǎng)絡(luò)中,媒體訪問技術(shù)可以采用CSMA/CD方式,也可以采用令牌總線方式,而在環(huán)形網(wǎng)中主要采用令牌環(huán)網(wǎng)的媒體訪問技術(shù)方式,當(dāng)然不同的訪問方式,各有優(yōu)缺點(diǎn),下面就其作一簡短的討論,CSMA/CD,載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測方式,具有算法簡單.應(yīng)用范圍廣.可靠性較好的特點(diǎn),同時(shí)協(xié)議給每個(gè)站點(diǎn)提供了公平的訪問機(jī)會,但CSMA/CD最大的問題還是沖突的問題.當(dāng)兩個(gè)站點(diǎn)同時(shí)傳送數(shù)據(jù)時(shí),

44、則在傳送媒體上會發(fā)生數(shù)據(jù)碰撞,造成相互干擾,為了檢測沖突,則要求各站點(diǎn)發(fā)出的信號強(qiáng)度相同,然而對一個(gè)實(shí)際系統(tǒng)來說,是很難做到的,因而檢測設(shè)備很難區(qū)分是由沖突還是由噪聲和失誤所造成的錯(cuò)誤.另外CSMA/CD還要求最小的幀長度,因而當(dāng)傳送許多短消息時(shí),便造成了帶寬的浪費(fèi),特別是一定的傳輸速率和幀長度下,當(dāng)負(fù)載較重時(shí),會出現(xiàn)性能下降的問題.,54,令牌總線,因?yàn)槊總€(gè)邏輯環(huán)中的站點(diǎn),在一定的時(shí)間之內(nèi)都會擁有令牌,所以等待的時(shí)間是有限的,故令牌總線的最大優(yōu)點(diǎn)就在與其確定性,而CSMA/藏的重的時(shí)延只能統(tǒng)計(jì)規(guī)律來描述,即有可能導(dǎo)致某一站點(diǎn)很長時(shí)間被排斥在外.而在令牌總線方式中,是不可能出現(xiàn)的,它為所有站點(diǎn)

45、提供更為公平的訪問,短不能否認(rèn),其復(fù)雜程度相對CAMA/CD來講要高.由于傳輸過程總會存在令牌丟失的可能性,從而導(dǎo)致系統(tǒng)故障,令牌環(huán)網(wǎng),令牌環(huán)網(wǎng)的最大優(yōu)點(diǎn)就是它提供了對媒體訪問的靈活控制及公平性,所有的站點(diǎn)都具有訪問的權(quán)力,然而在輕負(fù)載的情況下,因傳輸前需等待令牌,從而造成效率低,但在重負(fù)載情況下,該協(xié)議則具有高效公平的特點(diǎn),但它最大問題仍在令牌上,一旦出現(xiàn)令牌丟失,則環(huán)網(wǎng)無法正常操作,而雙重令牌又會嚴(yán)重?cái)噥y網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行規(guī)律,因而必須將一個(gè)站設(shè)置為控制站點(diǎn),該站點(diǎn)除具有普通站點(diǎn)所具有的數(shù)據(jù)接受和發(fā)送功能之外,還具有監(jiān)控功能;當(dāng)檢測到令牌丟失,則由該控制站向環(huán)上插入自由令牌:如出現(xiàn)雙重令牌情況,則

46、要負(fù)責(zé)將其中之一清除,以保證環(huán)上只有一個(gè)令牌,故環(huán)網(wǎng)必須具備很強(qiáng)的令牌維護(hù)功能.,5.1.2光纖局域網(wǎng)結(jié)構(gòu),55,綜合以上所述,可以把各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的性能比較結(jié)果列于表5 -1中,表 5 1 各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的性能比較,56,5.2 光纖數(shù)字通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)誤碼率和抖動(dòng),5.2.1誤碼性能,1.定義,光纖數(shù)字傳輸系統(tǒng)的誤碼性能用誤碼率來描述.誤碼率BER定義為,(5-5),2.誤碼性能的評定方,誤碼性能的評定方法可從以下兩個(gè)方面來考慮. 一方面是,光纖數(shù)字通信系統(tǒng)傳輸?shù)男畔⒎N類可以是電話,亦可以是電話,亦可為數(shù)據(jù)等.傳輸電話時(shí)根據(jù)人和語言的特點(diǎn),并非一定要用每秒誤碼這種標(biāo)準(zhǔn)來衡量,僅需用每分鐘誤碼

47、的數(shù)碼率來描述即可.但是,對傳輸數(shù)據(jù)來講,最關(guān)心的是在傳輸數(shù)據(jù)碼組這個(gè)時(shí)刻有無誤碼產(chǎn)生.,57,另一方面,誤碼發(fā)生的特點(diǎn),不僅是隨機(jī)的.單個(gè)地出現(xiàn).而且還有突發(fā)地.成群的出現(xiàn). 在考慮了這個(gè)因素之后,ITU-T建議在27500KM假設(shè)參考連接情況下,誤碼率指標(biāo)如表5-2所示,表 5-2 誤碼分類、定義和指標(biāo),5.2.1誤碼性能,58,表中列出的時(shí)間百分?jǐn)?shù)的含義是,為了有效地衡量和細(xì)致地描述率隨時(shí)間的變化情況,人們在一段較長的時(shí)間TL內(nèi)觀察誤碼的情況.這TL時(shí)間并無特別的規(guī)定,可以從幾天到一個(gè)月時(shí)間.然后在T0時(shí)間內(nèi)(1min或1s)記錄產(chǎn)生誤碼的個(gè)數(shù)并算出誤碼率.最后,計(jì)算在TL時(shí)間內(nèi), T0

48、時(shí)間間隔誤碼率超過某一門限值m的時(shí)間占總時(shí)間的百分?jǐn)?shù).即將圖5-25中超過某門限值m的T0積累時(shí)間(即斜線部分所占時(shí)間)與TL相比.,圖5-25 計(jì)算誤碼率時(shí)間的變化,5.2.1誤碼性能,59,5.2.2 抖動(dòng)性能,1.定義,一般來說抖動(dòng)又稱相位抖動(dòng),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)字信號在傳輸過程中,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)象就稱為抖動(dòng). 例如在圖5-26中.接受脈沖與發(fā)送脈沖之間出現(xiàn)了t1. t2. t3,.的時(shí)間偏離,就是產(chǎn)生了抖動(dòng),圖5-26 產(chǎn)生抖動(dòng)的示意圖,60,2.抖動(dòng)的描述方法,抖動(dòng)的程度原則可以用時(shí)間.相位.數(shù)字周期來表示

49、.現(xiàn)在多數(shù)情況是用數(shù)字周期來表示.即一個(gè)碼元的時(shí)隙為一個(gè)單位間隔,用符號UI(Unit Interval)來表示,也就是一個(gè)UI就是一個(gè)比特傳輸信息所占的時(shí)間.顯然,隨著所傳的碼率的不同,1UI的時(shí)間亦不同,例如表5-3,表 5-3 不同碼速率下1UI的時(shí)間,5.2.2 抖動(dòng)性能,61,3.抖動(dòng)產(chǎn)生的原因,抖動(dòng)產(chǎn)生的原因可以是以下幾種,由于噪聲引起的抖動(dòng),例如在邏輯電路中,當(dāng)輸入信號階躍時(shí),由于信號疊加了噪聲,如在圖5-27中那樣,輸入信號提前超過了邏輯電路的門限電平,使躍變信號提前發(fā)生,從而引起了抖動(dòng),時(shí)鐘恢復(fù)電路產(chǎn)生的抖動(dòng),如前所述,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

50、諧振不準(zhǔn)等因數(shù)可引起諧振頻率的變化.這樣,這種輸出信號經(jīng)時(shí)鐘恢復(fù)電路限幅整形恢復(fù)為時(shí)鐘信號是就會出現(xiàn)抖動(dòng),其他原因引起的抖動(dòng),引起抖動(dòng)還有其他的原因,如數(shù)字系統(tǒng)的復(fù)接.分接過程,光纜的老化等,5.2.2 抖動(dòng)性能,62,4.抖動(dòng)容限,由前面的討論知道,在數(shù)字通信系統(tǒng)中,抖動(dòng)將引起系統(tǒng)誤碼率的增加.為了使光纖數(shù)字系統(tǒng)在有抖動(dòng)的情況下,仍能保證系統(tǒng)的指標(biāo),那么抖動(dòng)就應(yīng)限制在一定范圍之內(nèi),這就是所謂的抖動(dòng)容限. 抖動(dòng)容限可分為輸入抖動(dòng)容限和輸出抖動(dòng)容限.輸入抖動(dòng)容限是指光纖數(shù)字通信系統(tǒng)允許輸入脈沖產(chǎn)生抖動(dòng)的范圍;輸出抖動(dòng)容限則為輸入信號無抖動(dòng)的情況下,光纖數(shù)字通信系統(tǒng)輸出信號的抖動(dòng)范圍,5.2.2

51、抖動(dòng)性能,一般來說,傳輸不同的信號時(shí),抖動(dòng)的容限的指標(biāo)是不相同的.例如傳輸語言.數(shù)據(jù)信號時(shí),系統(tǒng)抖動(dòng)的容限是小于獲等于4%UI;傳輸彩色電視信號時(shí), 系統(tǒng)抖動(dòng)的容限是小于獲等于2%UI 抖動(dòng)信號往往是用峰-峰抖動(dòng)Jp-p來描述的,它是指某個(gè)特定的抖動(dòng)比特的時(shí)間位置,相對于該比特?zé)o抖動(dòng)時(shí)的時(shí)間位置的最大部分偏離. 測量輸入抖動(dòng)容限時(shí),是用一個(gè)低頻信號發(fā)生器,在100300Hz頻率范圍內(nèi),選幾個(gè)頻率點(diǎn)對偽隨機(jī)碼發(fā)生器進(jìn)行調(diào)制,同時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)的誤碼情況.然后,逐漸加大低平信號發(fā)生器的輸出幅度,直到出現(xiàn)誤碼,這是從PCM系統(tǒng)分析儀上測出相應(yīng)的頻率點(diǎn)上的輸入抖動(dòng)容限,63,5.3 光纖通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指標(biāo),

52、光纖數(shù)字通信系統(tǒng)的中繼距離設(shè)計(jì)需要考慮兩個(gè)獨(dú)立的限制因素,即衰減限制和色散限制.后者直接與傳輸輸率有關(guān),在高數(shù)率傳輸情況下甚至成為決定因素,因此高比特率系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中,必須對這兩個(gè)因素的影響都予以考慮,5.3.1 衰減對中繼距離影響的分析,一個(gè)中繼段上的光傳輸衰減包括兩部分的內(nèi)容,其一是光纖本身固有衰減,再者就是光纖的連接損耗和微彎帶來的附加損耗.關(guān)于光纖固有衰減的問題,在前面已經(jīng)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹,在此僅就連接衰減與傳輸距離的關(guān)系加以討論. 因?yàn)楣饫w的衰減大小直接制約著光纖通信系統(tǒng)的有效傳輸距離,所以要求光纖與光纖之間的連接損耗盡量的小,要解決這個(gè)問題,首先要分析一下連接損耗的原因有哪些 ?

53、,64,1. 影響連接損耗的因素,一類是固有損耗,它是有將由將要進(jìn)行連接的兩根光纖彼此特性上的不同或光纖本身的不完善造成的.這類損耗不能通過改善接續(xù)工藝和熔接設(shè)備來根除,因此在進(jìn)行接續(xù)時(shí),需要特別注意選擇兩特性基本相同的光纖進(jìn)行連接.通常要考慮的因素有單模光纖的模場直徑偏差.纖心與包層的同心度偏差以及不圓度等等. 另一類是指由外部原因造成光纖連接損耗增大的現(xiàn)象.例如在接續(xù)時(shí)的橫向錯(cuò)位.光纖間的間隙過大.斷面傾斜等等,均屬于人為的操作工藝不良和操作中的缺陷以及熔接設(shè)備精度不高等原因所致,5.3 光纖通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指標(biāo),65,2.由各光纖參數(shù)失配引起的連接損耗,光纖參數(shù)失配是指連接光纖的雙方,由于

54、本身的光特性參數(shù)不同,或者由于操作工藝的缺陷,如橫向錯(cuò)位.光纖間的間隙過大和端面傾斜等,而造成的系統(tǒng)附加損耗的現(xiàn)象. 下面參照表5-4中不同適配情況下,就單模光纖的測試結(jié)果來進(jìn)行討論,表5-4 不同情況下的連接損耗,66,從上述測試結(jié)果可以看出,當(dāng)兩連接光纖存在橫向錯(cuò)位x=2m就可產(chǎn)生0.74db的連接損耗,可見單模光纖對橫向錯(cuò)位產(chǎn)生的連接損耗最為敏感.,當(dāng)兩連接光纖的特性參數(shù)不一致時(shí),同樣會給系統(tǒng)引入損耗.因此在光纜施工之前要求進(jìn)行配盤,以求參數(shù)詳盡的光纖進(jìn)行連接,已達(dá)到減小由于模場直徑.數(shù)值孔徑失配而帶來的連接損耗,5.3 光纖通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指標(biāo),67,5.3 光纖通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指標(biāo),當(dāng)進(jìn)

55、行連接的光纖軸向存在一段間隙時(shí),即存在縱向間隙,此間折射率分布既不同于發(fā)送光纖.當(dāng)光纖在此間通過時(shí)會使光線改變其路徑,其中一部分仍留在芯子中傳輸,另一部分則被輻射出去,從而構(gòu)成損耗.由此可知.在進(jìn)行接續(xù)時(shí),如光纖端面間隙過大,會使傳導(dǎo)模泄露出去而產(chǎn)生連接損耗,尤其是在用活動(dòng)連接器接續(xù)時(shí)更為突出,由表中參數(shù)可知,當(dāng)兩連接光纖之間只要存在1的傾斜角度.就會產(chǎn)生0.46dB的連接損耗.因而在兩連接光纖進(jìn)行接續(xù)時(shí),它們之間的傾斜角度對連接損耗的影響比較敏感,故此要求在進(jìn)行光纖連接時(shí),端面的處理應(yīng)盡量避免有坡度或傾斜角度.,68,3.傳輸衰減對中繼距離的分析,中繼距離是光纖通信系統(tǒng)的一項(xiàng)主要任務(wù).中繼距

56、離越長,則光纖系統(tǒng)的成本越低,獲得的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益越高.因而這個(gè)問題一直受到系統(tǒng)設(shè)計(jì)者們的重視.當(dāng)前,在廣泛采用的設(shè)計(jì)方法是ITU-T G.956所建議的極限設(shè)計(jì)法.這里將在進(jìn)一步考慮到光纖和接頭損耗特性的基礎(chǔ)上,對中繼距離的設(shè)計(jì)方法極限制設(shè)計(jì)法加以描述,在工程設(shè)計(jì)中,一般光纖系統(tǒng)的中繼距離L可以表示為,(5.6),(5.7),(5.8),5.3 光纖通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指標(biāo),69,5.3 光纖通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指標(biāo),上述公式中 PT表示發(fā)送光功率(dBm), P R表示接受靈敏度(dBm), A CT和ACR分別表示線路系統(tǒng)發(fā)送端和接受端活動(dòng)連接器的接續(xù)損耗(dB), ME是設(shè)備富余度(dB), MC是

57、光纜富余度(dB/KL), Lf是單盤光纜長度(Km), n是中繼段內(nèi)所用光纜的盤數(shù), fi是單盤光纜的衰減系數(shù)(dB/km), Af則是中繼段的平均光纜衰減系數(shù)(dB/km), si是光纖各個(gè)接頭的損耗(dB), As則是中繼段平均接頭損耗(dB), Pd是由光纖色散模分配噪聲和啁啾聲所引起的色散代價(jià)(dB)(功率損耗),通常應(yīng)小于1dB.,70,從以上分析和計(jì)算可以看出,這種設(shè)計(jì)方法僅考慮現(xiàn)場光功率概算參數(shù)值的最壞值,而忽略其實(shí)際分布,因而使設(shè)計(jì)出的中繼距離過于保守,及其距離過短,不能充分發(fā)揮光纖系統(tǒng)的優(yōu)越性.事實(shí)上,光纖系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)值的離散性很大,若能充分利用其統(tǒng)計(jì)分布特性,則有可能各

58、有效地設(shè)計(jì)出光纖系統(tǒng)的中繼距離.這就是近幾年來出現(xiàn)的一種提高光纖系統(tǒng)效益,加長中繼距離的新設(shè)計(jì)方法統(tǒng)計(jì)法.但是,目前還處于研究.探討階段,在此就不再深究,5.3 光纖通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指標(biāo),71,5.3.2 色散對中繼距離的影響的分析,單模光纖的研制和應(yīng)用之所以越來越深入,越來越廣泛,這是由于單模光纖不存在模間色散,因而其總色散很小,即帶寬很寬,能夠傳輸?shù)男畔⑷萘繕O大.加之石英光纖在1.31m和1.55m波長窗口附近損耗最小,使其成為長途大容量信息傳輸?shù)睦硐虢橘|(zhì),因此如何選擇單模光纖的設(shè)計(jì)參數(shù),特別是其色散特性參數(shù),一只是人們所感興趣的一個(gè)具有實(shí)際意義的研究課題,1.產(chǎn)生色散現(xiàn)象的原因,從前面的分

59、析可知,光纖自身存在色散,即材料色散.波導(dǎo)色散和模式色散.對于單模光纖,因?yàn)閮H存在一個(gè)傳輸模,故單模光纖的色散只包括材料色散和波導(dǎo)色散.除此之外,還存在則與光纖色散有關(guān)的種種因素,會使系統(tǒng)性能參數(shù)出現(xiàn)惡化,如誤碼率.衰減常數(shù)變壞.其中比較重要的有三類:碼間干擾.模分配噪聲.啁啾聲. 在此,重點(diǎn)討論由這三種原因造成的對系統(tǒng)中繼距離的限制,72,2. 碼間干擾對中繼傳輸距離的影響,(1)碼間干擾的概念,5.3.2 色散對中繼距離的影響的分析,由于激光發(fā)生器所發(fā)出的光波是由許多根線譜構(gòu)成的,而每根線譜產(chǎn)生的相同波形在光纖中傳輸時(shí),其傳播速度不同,使得所經(jīng)歷的色散不同,而前后錯(cuò)開,使合成的波形不同于單根線譜的波形,導(dǎo)致所傳輸?shù)墓饷}沖的寬度展寬,出現(xiàn)”拖尾 “,因而造成相臨兩光脈沖之間的相互干擾,這種現(xiàn)象稱為碼間干擾,光纖的傳輸函數(shù),一段光纖傳輸特性,可以用一個(gè)二端口網(wǎng)絡(luò)來等效,如圖5-28所示.圖中Pin(t)和Pout(t)分別為輸入.輸出端光脈沖的波形函數(shù);Pin ()和Pout ()分別為對應(yīng)的輸入.輸出端光脈沖的頻譜函數(shù),那么該網(wǎng)絡(luò)頻率特性可以用下式確定,（5-9）,式中,H()稱為網(wǎng)絡(luò)的頻率傳輸函數(shù),圖5-28 光纖的等效網(wǎng)絡(luò),73,若設(shè)輸入.輸