光纤通信通信系统1课件

1、2022/8/211主要内容 一、数字通信系统概述二、光纤通信系统构成 三、数字网传输模型四、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 2022/8/212第一节 数字通信系统概述一.数字通信的特点： 1. 信号可以中继再生，无噪声积累； 2. 抗干扰能力强，采用纠错编码； 3. 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-PCM二. 数字通信原理： 1. PCM原理 2. PDH复用等级 3. 再生中继2022/8/213三、两种传输体制 光纤大容量数字传输目前都采用同步时分复用(TDM)技术。 复用又分为若干等级，先后有两种传输体制： 准同步数字系列(PDH

2、) 同步数字系列(SDH) 随着光纤通信技术和网络的发展，PDH遇到了许多困难。 美国提出了同步光纤网(SONET)。1988年，ITU-T(原CCITT) 提出了被称为同步数字系列(SDH)的规范建议。SDH解决了PDH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用于光纤信道，也适用于微波和卫星干线传输。2022/8/214第二节 光纤通信系统构成 系统构成： 直接检波-光强度调制 IM-DD 时分复用+波分复用 长波长单模光纤+DWDM通信系统是今后的发展方向。系统设备：1)光发射机功能： PCM/HBD3NRZ/RZ驱动电路光调制光纤 要求工作稳定2)光接收

3、机功能： 光纤光检测NRZ/RZPCM/HBD3 保证接收灵敏度,噪声影响小,响应速度快.3)光中继器2022/8/215光纤通信系统-光发射机数字通信光发送机结构方框图均衡放大扰 码 线路码变换双/单码变换PCM 信号光信号驱动电路中间放大插入脉冲脉 冲 复 接监控 公务 区间通信 其它2022/8/216光纤通信系统-光接收机数字通信光接收机结构方框图光 检测器 线路码变换光信号反 扰 码 脉冲 分离脉 冲 分 接监控 公务 区间通信 其它PCM 信号双/单码变换放 大 器均衡再生器2022/8/217第三节 数字网传输模型R：再生中继器：数字线路终端设备T：数字配线架：数字复用设备DMR

4、RRTTDDTTDDMDM再生中继段n次群数字有线段n次群数字无线段n-1次群数字链路n次群数字链路2022/8/218通信系统数字网传输模型假想参考数字段 HRDS: 相邻的数字配线架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。 本地网(市话) HRDS 为 50 km 二级干线 HRDS 为 280 km 一级干线 HRDS 为 420 km 或 280 km2022/8/219通信系统数字网传输模型假想参考数字链路 HRDL: 5000Km 由一个或多个数字段串联组成，包含数字复用设备和交换

5、设备。 建议的 HRDL长度为 2500 km，但由于各国国土面积不同，采用的HRDL长度也不同。例如我国采用5000 km，美国和加拿大采用6400 km，而日本采用 2500 km。HRDL由许多假设参考数字段（HRDS）组成,HRDS是HRDL的组成部分。2022/8/2110通信系统数字网传输模型 假想标准数字参考连接 HRX: 若干数字链路(HRDL)、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提供数字信号。 max(HRX)= 27500Km HRX总性能指标，可按比例分配到HRDL中； 最长的HRX是根据综合业务数字网（ISDN）的性能要求和 64 kb/s信号的

6、全数字连接来考虑的。假设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。2022/8/2111通信系统数字网传输模型 2022/8/2112 误码率： bit error ratio(BER) 误码率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：10-8 420Km数字段的误码率为 8.3310-10 对于PCM而言，误码率对话音影响程度见下表：第

7、四节 光纤数字通信系统质量指标2022/8/2113光纤数字通信系统质量指标几乎听不懂 510-2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10-3在低话音电平范围内有个别“喀喀”干扰10-4在低话音电平范围内刚察觉到有干扰10-5感觉不到干扰10-6受话者的感受误码率误码率对话音影响程度2022/8/2114抖动: jitter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。抖动的定义是：数字信号在各有效瞬时对标准时间位置的偏差。 偏差时间范围称为抖动幅度(JPP)，偏差时间间隔对时间的变化率称为抖动频率(F)。 这种偏差包括输入脉冲信号在某一平均位置左右

8、变化，和提取时钟信号在中心位置左右变化。光纤数字通信系统质量指标抖动2022/8/2115光纤数字通信系统质量指标抖动示意图 输入信号提取时钟2022/8/2116 可靠性是一个重要指标，它直接影响通信系统的使用、维护和经济效益。对光纤通信系统而言， 可靠性包括光端机、中继器、 光缆线路、辅助设备和备用系统的可靠性。 确定可靠性一般采用故障统计分析法，即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的修复时间。光纤数字通信系统质量指标2022/8/21171. 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障工作的概率，它反映系统完成规定功能的能力

9、。 可靠性R通常用故障率表示，两者的关系为： (1) 可靠性R和故障率 。光纤数字通信系统质量指标2022/8/2118 故障率 是系统工作到时间t，在单位时间内发生故障(功能失效)的概率。 的单位为10-9/h, 称为菲特(fit), 1 fit等于在109 h内发生一次故障的概率。 Rs=R1R2Rn=exp(- s t)式中, Rn和i分别为系统第i个部件的可靠性和故障率。 如果通信系统由n个部件组成，且故障率是统计无关的， 则系统的可靠性Rs可表示为：2022/8/2119 (3) 可用率A和失效率PF。可用率A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： 式中MTTR为

10、平均故障修复时间(不可用时间)。 (2) 故障率和平均故障间隔时间MTBF。两者的关系为2022/8/2120 失效率PF可以表示为：式中m和n分别为主用系统数和备用系统数，P=MTTR/MTBF。由上式得到 PF=(1-A)100% 在有备用系统的情况下， 失效率为：2022/8/2121 2. 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功能的数字光缆通信系统，容许5000 km双向全程每年4次全阻故障，对应于420 km和280 km数字段双向全程分别约为每3年1次和每5年1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100 km, 容许双向全程每年4次全阻故障，对应于50 km数字段双向全程每半年1次全阻故障。 此外，要求LD光源寿命大于10104 h, PIN-FET寿命大于50104 h, APD寿命大于50104 h。2022/8/2122光纤数字通信系统质量指标 以5000 km为基准，按长度平均分配给各种数字段长度，相应的全年指标如下表所示，假设平均故障修复时间MTTR=6 h。99.98599.97799.83699.726A/%0.0150.0230.1640.274F/%1.3442.01614.424MTTR/h255703835837397