第7讲_通信系统(1)

1、2022-4-291光纤数字通信系统光纤数字通信系统fiber digital communication system2022-4-292主要内容主要内容 一、数字通信系统概述一、数字通信系统概述二、光纤通信系统构成二、光纤通信系统构成 三、数字网传输模型三、数字网传输模型四、光纤数字通信系统质量指标四、光纤数字通信系统质量指标 五、系统的传输距离与信息容量五、系统的传输距离与信息容量 2022-4-293第一节第一节 数字通信系统概述数字通信系统概述一一. .数字通信的特点：数字通信的特点： 1. 信号可以中继再生，无噪声积累；信号可以中继再生，无噪声积累； 2. 抗干扰能力强，采用纠错编

2、码；抗干扰能力强，采用纠错编码； 3. 时分多路复用，可大容量传输。时分多路复用，可大容量传输。 目前应用最为广泛的数字通信技术目前应用最为广泛的数字通信技术-PCM二二. 数字通信原理：数字通信原理： 1. PCM原理原理 2. PDH复用等级复用等级 3. 再生中继再生中继2022-4-294三、两种传输体制三、两种传输体制 光纤大容量数字传输目前都采用光纤大容量数字传输目前都采用同步时分复用同步时分复用(TDM)(TDM)技术技术。 复用又分为若干等级，先后有两种传输复用又分为若干等级，先后有两种传输体制：体制： 准同步数字系列准同步数字系列(PDH)(PDH) 同步数字系列同步数字系列

3、(SDH)(SDH) 随着光纤通信技术和网络的发展，随着光纤通信技术和网络的发展，PDHPDH遇到了许遇到了许多困难。多困难。 美国提出了美国提出了同步光纤网同步光纤网(SONET)(SONET)。19881988年，年，ITU-ITU-T(T(原原CCITT) CCITT) 提出了被称为提出了被称为同步数字系列同步数字系列(SDH)(SDH)的规范的规范建议。建议。SDHSDH解决了解决了PDHPDH存在的问题，是一种比较完善的存在的问题，是一种比较完善的传输体制，现已得到大量应用。这种传输体制不仅适传输体制，现已得到大量应用。这种传输体制不仅适用于光纤信道，也适用于微波和卫星干线传输。用于

4、光纤信道，也适用于微波和卫星干线传输。2022-4-295第二节第二节 光纤通信系统构成光纤通信系统构成 系统构成：系统构成： 直接检波直接检波-光强度调制光强度调制 IM-DD 时分复用时分复用+波分复用波分复用 长波长单模长波长单模光纤光纤+DWDM+DWDM通信系统是今后的发展方向。通信系统是今后的发展方向。系统设备：系统设备：1)1)光发射机功能：光发射机功能： PCM/HBD3PCM/HBD3NRZ/RZNRZ/RZ驱动电路驱动电路光调制光调制光纤光纤 要求工作稳定要求工作稳定2)2)光接收机功能：光接收机功能： 光纤光纤光检测光检测NRZ/RZNRZ/RZPCM/HBD3PCM/H

5、BD3 保证接收灵敏度保证接收灵敏度, ,噪声影响小噪声影响小, ,响应速度快响应速度快. .3)3)光中继器光中继器2022-4-296光纤通信系统光纤通信系统- -光发射机光发射机l数字通信光发送机结构方框图数字通信光发送机结构方框图均衡放大均衡放大扰扰 码码 线路码变换线路码变换双双/ /单码变换单码变换PCM PCM 信号信号光光信信号号驱动电路驱动电路中间放大中间放大插入脉冲插入脉冲脉脉 冲冲 复复 接接监控监控 公务公务 区间通信区间通信 其它其它2022-4-297光纤通信系统光纤通信系统- -光接收机光接收机l数字通信光接收机结构方框图数字通信光接收机结构方框图光光 检测器检测

6、器 线路码变换线路码变换光光信信号号反反 扰扰 码码 脉冲脉冲 分离分离脉脉 冲冲 分分 接接监控监控 公务公务 区间通信区间通信 其它其它PCM PCM 信号信号双双/ /单码变换单码变换放放 大大 器器均衡均衡 再生器再生器2022-4-298第三节第三节 数字网传输模型数字网传输模型R R：再生中继器再生中继器：数字线路终端设备数字线路终端设备T T：数字配线架数字配线架：数字复用设备数字复用设备D DM MR RR RR RT TT TD DD DT TT TD DD DM MD DM M再生中继段再生中继段n n次群数字有线段次群数字有线段n n次群数字无线段次群数字无线段n-1n-

7、1次群数字链路次群数字链路n n次群数字链路次群数字链路2022-4-299通信系统通信系统数字网传输模型l假想参考数字段假想参考数字段 HRDS:HRDS: 相邻的相邻的数字配线架数字配线架之间用于传之间用于传送规定速率的数字信号的全部传输设备。一个数字段送规定速率的数字信号的全部传输设备。一个数字段含两个数字线路终端设备和若干个串联的再生中继段含两个数字线路终端设备和若干个串联的再生中继段及其间的传输媒质。通常不含数字复用设备。及其间的传输媒质。通常不含数字复用设备。 本地网本地网( (市话市话) HRDS ) HRDS 为为 50 km 50 km 二级干线二级干线 HRDS HRDS

8、为为 280 km 280 km 一级干线一级干线 HRDS HRDS 为为 420 km 420 km 或或 280 km 280 km2022-4-2910通信系统通信系统数字网传输模型l假想参考数字链路假想参考数字链路 HRDL:HRDL: 5000Km5000Km 由一个或多个由一个或多个数字段数字段串联组成，包含数字复串联组成，包含数字复用设备和交换设备。用设备和交换设备。 建议的建议的 HRDLHRDL长度为长度为 2500 km2500 km，但由于各国，但由于各国国土面积不同，采用的国土面积不同，采用的HRDLHRDL长度也不同。例如长度也不同。例如我国采用我国采用5000 k

9、m5000 km，美国和加拿大采用，美国和加拿大采用6400 km6400 km，而日本采用，而日本采用 2500 km2500 km。HRDLHRDL由许多假设参考由许多假设参考数字段（数字段（HRDSHRDS）组成）组成,HRDS,HRDS是是HRDLHRDL的组成部分。的组成部分。2022-4-2911通信系统通信系统数字网传输模型 假想标准数字参考连接假想标准数字参考连接 HRX: HRX: 若干数字链路若干数字链路(HRDL)(HRDL)、数字交换设备串接构、数字交换设备串接构成数字连接，用于在两个用户或网络接口之间成数字连接，用于在两个用户或网络接口之间提供数字信号。提供数字信号。

10、 max(HRX)= 27500Km max(HRX)= 27500Km HRX HRX总性能指标，可按比例分配到总性能指标，可按比例分配到HRDLHRDL中；中； 最长的最长的HRX是根据综合业务数字网（是根据综合业务数字网（ISDN）的性能）的性能要求和要求和 64 kb/s信号的全数字连接来考虑的。信号的全数字连接来考虑的。假设假设在两个在两个用户之间的通信可能要经过全部线路和各种串联设备组用户之间的通信可能要经过全部线路和各种串联设备组成的数字网，而且任何参数的总性能逐级分配后应符合成的数字网，而且任何参数的总性能逐级分配后应符合用户的要求。用户的要求。2022-4-2912通信系统通

11、信系统数字网传输模型 2022-4-2913 误码率：误码率： bit error ratio(BER) 误码率误码率是衡量数字光纤通信系统传输质量优劣是衡量数字光纤通信系统传输质量优劣的非常重要的指标，它反映了在数字传输过程中信的非常重要的指标，它反映了在数字传输过程中信息受到损害的程度。息受到损害的程度。 BER是在一个较长时间内的传输码流中出现误码是在一个较长时间内的传输码流中出现误码的概率，它对话音影响的程度取决于编码方法。的概率，它对话音影响的程度取决于编码方法。 5000Km、140Mb/s的全程误码率为：的全程误码率为：10-8 420Km数字段的误码率为数字段的误码率为 8.3

12、3 10-10 对于对于PCMPCM而言，而言，误码率对话音影响程度见下表：误码率对话音影响程度见下表：第四节第四节 光纤数字通信系统光纤数字通信系统质量质量指标指标2022-4-2914光纤数字通信系统光纤数字通信系统质量质量指标指标几乎听不懂几乎听不懂 510-2强烈干扰，听懂程度明显下降强烈干扰，听懂程度明显下降10-2在各种话音电平范围内都察觉到有干扰在各种话音电平范围内都察觉到有干扰10-3在低话音电平范围内有个别在低话音电平范围内有个别“喀喀喀喀”干干扰扰10-4在低话音电平范围内刚察觉到有干扰在低话音电平范围内刚察觉到有干扰10-5感觉不到干扰感觉不到干扰10-6受话者的感受受话

13、者的感受误码率误码率误码率对话音影响程度误码率对话音影响程度2022-4-2915抖动抖动: : jitter又称相位抖动、定时抖动，是数字通信又称相位抖动、定时抖动，是数字通信传输中的一种不稳定现象。传输中的一种不稳定现象。抖动抖动的定义是：数字信号在各有效瞬时对标准时间的定义是：数字信号在各有效瞬时对标准时间位置的偏差。位置的偏差。 偏差时间范围称为偏差时间范围称为抖动幅度抖动幅度(JPP)(JPP)，偏差时间，偏差时间间隔对时间的变化率称为间隔对时间的变化率称为抖动频率抖动频率(F)(F)。 这种偏差包括输入脉冲信号在某一平均位置这种偏差包括输入脉冲信号在某一平均位置左右变化，和提取时钟

14、信号在中心位置左右变化左右变化，和提取时钟信号在中心位置左右变化。光纤数字通信系统光纤数字通信系统质量质量指标指标抖动抖动2022-4-2916光纤数字通信系统光纤数字通信系统质量质量指标指标抖动示意图抖动示意图 输入输入信号信号提取提取时钟时钟2022-4-2917 可靠性可靠性是一个重要指标，它直接影响通信系是一个重要指标，它直接影响通信系统的使用、维护和经济效益。对光纤通信系统而统的使用、维护和经济效益。对光纤通信系统而言，言， 可靠性包括光端机、中继器、可靠性包括光端机、中继器、 光缆线路、光缆线路、辅助设备和备用系统的可靠性。辅助设备和备用系统的可靠性。 确定可靠性一般采用确定可靠性

15、一般采用故障统计分析法故障统计分析法，即，即根据现场实际调查结果，统计足够长时间内的故根据现场实际调查结果，统计足够长时间内的故障次数，确定每两次故障的时间间隔和每次故障障次数，确定每两次故障的时间间隔和每次故障的修复时间。的修复时间。光纤数字通信系统光纤数字通信系统质量质量指标指标2022-4-2918)exp(tR1. 可靠性表示方法可靠性表示方法 可靠性是指在规定的条件和时间内系统无故可靠性是指在规定的条件和时间内系统无故障工作的概率，它反映系统完成规定功能的能力。障工作的概率，它反映系统完成规定功能的能力。 可靠性可靠性R通常用故障率通常用故障率 表示，两者的关系为：表示，两者的关系为

16、： (1) 可靠性可靠性R和和故障率故障率 。光纤数字通信系统光纤数字通信系统质量质量指标指标2022-4-2919 niis1 故障率故障率 是系统工作到时间是系统工作到时间t，在单位时间内发生，在单位时间内发生故障故障(功能失效功能失效)的概率。的概率。 的单位为的单位为10-9/h, 称为菲特称为菲特(fit), 1 fit等于在等于在109 h内发生一次故障的概率内发生一次故障的概率。 Rs=R1R2Rn=exp(- s s t)式中式中, Rn和和 i i分别为系统第分别为系统第i个部件的可靠性和故障率。个部件的可靠性和故障率。 如果通信系统由如果通信系统由n个部件组成，且故障率是统

17、计个部件组成，且故障率是统计无关的，无关的， 则系统的可靠性则系统的可靠性Rs可表示为：可表示为：2022-4-2920 (3) 可用率可用率A和失效率和失效率PF。可用率。可用率A是在规定时间是在规定时间内，系统处于良好工作状态的概率，它可以表示为：内，系统处于良好工作状态的概率，它可以表示为：MTBF1 %100%100 MTTRMTBFMTBFA总总工工作作时时间间可可用用时时间间 式中式中MTTR为平均故障修复时间为平均故障修复时间(不可用时间不可用时间)。 (2) 故障率故障率 和平均故障间隔时间和平均故障间隔时间MTBF。两者的。两者的关系为关系为2022-4-2921 失效率失效

18、率PF可以表示为：可以表示为：式中式中m和和n分别为主用系统数和备用系统数，分别为主用系统数和备用系统数，P=MTTR/MTBF。)1()!1( !)!( nPnmnmPF%100%100 MTTRMTBFMTTRPF总总工工作作时时间间不不可可用用时时间间由上式得到由上式得到 PF=(1-A)100% 在有备用系统的情况下，在有备用系统的情况下， 失效率为：失效率为：2022-4-2922 2. 可靠性指标可靠性指标 根据国家标准的规定，具有主备用系统自动倒换根据国家标准的规定，具有主备用系统自动倒换功能的数字光缆通信系统，功能的数字光缆通信系统，容许容许5000 km双向全程每年双向全程每年4次全阻故障，对应于次全阻故障，对应于420 km和和280 km数字段双向全程数字段双向全程分别约为每分别约为每3年年1次和每次和每5年年1次全阻故障次全阻故障。 市内数字光缆通信系统的假设参考数字链路长为市内数字光缆通信系统的假设参考数字链路长为1