通工专业-光纤通信技术-第七章-光纤通信系统

1、7.1 光纤通信系统的基本概念 7.2 数字光纤通信系统7.3 模拟光纤通信系统第七章 光纤通信系统 本章简介 光纤通信系统是组成光网络的基本单元，光纤通信系统主要包括数字光纤通信系统和模拟光纤通信系统。本章将主要对数字和模拟光纤通信系统的组成，工作原理，特性指标及相关应用等作以介绍。 7.1 光纤通信系统的基本概念7.1.1 光纤通信系统的组成 光纤通信系统由光发送部分、光纤和光接收部分三部分组成。 图7.1光纤通信系统示意图 在光发射部分，信息源把用户信息转换为原始电信号，这种信号称为基带信号。电发射机再把基带信号转换为适合信道传输的信号，这个转换如果需要调制，则其输出信号称为已调信号。

2、对于数字电话传输，电话机把话音转换为频率范围为0.33.4 kHz的模拟基带信号，电发射机把这种模拟信号转换为数字信号，例如PCM信号，并把多路数字信号组合在一起，然后输入光发射机. 光纤部分可根据所传信号的质量要求、传输距离、适用场合等指标选单模光纤、多模光纤或其他特殊光纤。 光接收部分则采用和光发射部分相反的操作，将光信号转换为电信号，然后再进行解复用，然后将基带信号送给相关用户。7.1.2 光纤通信系统的分类 光纤通信系统根据不同的分类方法可以划分为不同类型。按系统所用光纤类型可将光纤通信系统分为单模光纤通信系统和多模光纤通信系统；按光纤通信系统应用的场合分为公用型光纤通信系统和专用光纤

3、通信系统，如专网中的电力光纤通信系统，铁道光纤通信系统，军用光纤通信系统等；根据光纤通信系统所处位置分为接入网系统，城域网系统，骨干网系统等；按光纤通信系统所采用的技术不同进行分类等。通常我们是按照光纤通信系统中所传送的信号是数字的还是模拟的，可将光纤通信系统分为模拟光纤通信系统和数字光纤通信系统。 模拟光纤通信系统 通常将采集的模拟基带信号直接调制到光载波上，从光发射机经光纤传送到光接收机，完成模拟信号的传送。 为提高传输质量，也可将模拟基带信号转换为频率调制(FM)、脉冲频率调制(PFM)或脉冲宽度调制(PWM)信号，最后把这种已调信号输入光发射机。 还可以采用频分复用(FDM)技术，用来

4、自不同信息源的视频模拟基带信号(或数字基带信号)分别调制指定的不同频率的射频(RF)电波，然后把多个这种带有信息的RF信号组合成多路宽带信号，最后输入光发射机， 由光载波进行传输。 在这个过程中，受调制的RF电波称为副载波，这种采用频分复用的多路电视传输技术， 称为副载波复用(SCM)。 数字光纤通信系统 通常将来自电端机上的数字信号调制到光载波上经光纤传送到对端，再解调为数字信号。数字信号经电端机解复用后变为基带数字信号，然后送到用户端。 不管是数字系统，还是模拟系统，输入到光发射机带有信息的电信号，都通过调制转换为光信号。光载波经过光纤线路传输到接收端，再由光接收机把光信号转换为电信号。

5、电接收机的功能和电发射机的功能相反，它把接收的电信号转换为基带信号，最后由信息宿恢复用户信息。 在整个通信系统中，在光发射机之前和光接收机之后的电信号段，光纤通信所用的技术和设备与电缆通信相同，不同的只是由光发射机、光纤线路和光接收机所组成的基本光纤传输系统代替了电缆传输。 由于前面各个章节我们已经讲述了光线与光缆、光源器件与光发射机、光检测器件与光接收机等内容，在本章中我们将重点就数字光纤通信系统和模拟光纤通信系统等知识予以讲述。7.2 数字光纤通信系统7.2.1 数字光纤通信系统组成 1.数字光纤通信系统 20 世纪70年代光纤通信的应用和80年代计算机的普及，为数字通信的发展创造了极其有

6、利的条件。 数字光纤通信系统比模拟光纤通信系统具有更多的优点，也更能适应社会对通信能力和通信质量越来越高的要求。数字通信系统的优点1. 抗干扰能力强，传输质量好。数字光纤通信采用二进制信号，信息不包含在脉冲波形中， 而由脉冲的“有”和“无”表示。因此，一般噪声不影响传输质量，只有在抽样和判决过程中，当噪声超过一定阈值时， 才产生误码率。2. 可以用再生中继，传输距离长。数字通信系统可以用不同方式再生传输信号，消除传输过程中的噪声积累，恢复原信号，延长传输距离。3. 适用各种业务的传输，灵活性大。在数字通信系统中，话音、图像等各种信息都变换为二进制数字信号，可以把传输技术和交换技术结合起来，有利

7、于实现综合业务。4. 容易实现高强度的保密通信。只需要将明文与密钥序列逐位模2相加， 就可以实现保密通信。只要精心设计加密方案和密钥序列并经常更换密钥， 便可达到很高的保密强度。5. 数字通信系统大量采用数字电路，易于集成，从而实现小型化、微型化，增强设备可靠性，有利于降低成本。 数字通信系统的缺点是占用频带较宽，系统的频带利用率不高。例如，一路模拟电话只占用4 kHz的带宽，而一路数字电话要占用2064 kHz的带宽。 数字通信系统的许多优点是以牺牲频带为代价得到的，然而光纤通信的频带很宽，完全能够克服数字通信的缺点7.2.2数字光纤通信系统的线路码型 对于数字端机的接口码型，一般采用双极性

8、码，因为对电脉冲信号，以零伏为中心，无论产生正脉冲还是负脉冲都是比较容易的。目前常用的双极性码有码 和CMI码。 码适用于PDH(234)Mb/s（13次群）的数字信号接口。而CMI码适用于PDH 140Mb/s数字信号接口。 对于光缆数字系统，目前主要采用光强度调制方式，即传输信息仅有光源发出的光“有”或“无”两种状态，因此应采用单极性码。光缆线路系统对传输码型的主要要求有：能对中继器进行不中断业务的误码检测;减少码流中长连“0”或长连“1”的码字，以利于端机和中继设备的定时提取，便于信号再生判决;能传输监控、公务和区间信号;能实现比特序列独立性，即不论传输的信息信号如何特殊，其传输系统都不

9、依赖于信息信号而进行正确的传输。1. 扰码 为了保证传输的透明性，在系统光发射机的调制器前，需要附加一个扰码器，将原始的二进制码序列进行变换，使其接近随机序列。它是根据一定的规则将信号码流进行扰码，经过扰码后使线路码流中的“0”、“1”出现概率相等，从而改善了码流的一些特性。缺点：不能完全控制长连“1”和长连“0”序列的出现；没有引入冗余，不能进行在线误码检测；信号频谱中接近于直流的分量较大。 因为扰码不能完全满足光纤通信对线路码型的要求，所以许多光纤设备除采用扰码外，还采用其它类型的线路编码。2. 分组码(1)mBnB码 它是把输入码流中每m比特码分为一组，然后变换为n比特。m、n均为正整数

10、，且nm，一般n =m+1。这样，使变换后的码流有了“富余”（冗余）。 在码流中除了可以传输原来的信息外，还可以传输与误码检测等有关的信息。另外，经过适当的编码之后，可以改善定时信号的提取和直流分量的起伏等问题。 mBnB码型中有1B2B，2B3B，3B4B，5B6B等。其中，5B6B码被认为在编码复杂性和比特冗余度之间是最合理的折衷，因此使用较为普遍。表7.1 5B6B码型的一种方案 (2)mB1C码 这种码型是将信号码流每m比特分为一组，然后在其末位之后再插入一个反码（又称补码）即C码。C码的作用是：如果第m位码为“1”码，则反码为“0”；反之则为“1”。 例如： 8个码元为一组的码组为：

11、11011001；编为8B1C码时的码组为：110110010。因此插入C码可进行误码检测，此外，还可减少连“0”或连“1”的不良影响。(3) mB1H码 这种码是将信码流中每m比特码分为一组，然后在其末位之后插入一个混合码，称为H码。这种码型可同时用来完成区间通信、公务联络、数据传输以及误码检测等功能。(4)其它线路码型 在光纤通信中，有时利用电缆传送数字信号。因此可用ITUTG.703建议的物理/电气接口码型，如伪双极性码即CMI和DMI码。7.2.3数字光纤通信系统特性指标与设计7.2.3.1 数字光纤通信系统的特性指标 目前，光纤通信系统主要是数字系统，因此光纤传输系统的各种性能指标应

12、满足数字传输系统的要求。 而数字信号在传输中也要遇到各种各样的干扰，因此考察光纤通信系统总的传输性能时，要分析各部分设备的性能及各传输段的性能，以便在各指标累加之后，能保证系统的全程性能指标。 为此，对全程通信网的性能指标要作一个合理的分配，首先要确定一个合适的传输模型。ITUT提出了“系统参考模型”的概念，并规定了系统参考模型的性能参数和指标，光纤通信系统的性能指标就应遵循该规定。1.数字光纤系统模型结构 系统参考模型有三种假设形式：假设参考数字连接（HRX），假设参考数字链路（HRDL）及假设参考数字段（HRDS）。(1) 假设参考数字连接（HRX） 假设参考数字连接是针对通信系统的总的性

13、能和指标分配而找出的通信距离最长、结构最复杂、传输质量预计最差的连接。 如果这种连接能满足通信系统的性能指标要求，那么通信距离较短，结构较简单的通信连接肯定能保证传输质量，因而引入了假设参考连接模型。 它是通信网中从用户至用户，包括参与变换与传输的各个部分（如用户线、终端设备、交换机、传输系统等）。ITUT建议的一个标准最长HRX全长为27500km，包含14个假设参考数字链路和13个数字交换点。 实际上经常实现的连接都比标准最长HRX短。假设参考数字连接的具体组成如图7.2示。图7.2 假设参考数字连接组成图 (2) 假设参考数字链路（HRDL） 为了简化数字传输系统的研究，保证全程通信质量

14、，把假设参考数字连接（HRX）中的两个相邻交换点的数字配线架间所有的传输系统，复、分设备等各种传输单元，用假设参考数字链路（HRDL）表示。 由于HRDL是HRX的一个组成部分，因此允许把总的性能指标分配到一个比较短的模型上。ITUT建议HRDL的合适长度是2500km，根据我国地域广阔的特点，我国长途一级干线的数字链路长度为5000km。(3) 假设参考数字段（HRDS） 为了适应传输系统的性能规范，保证全线质量和管理维护方便，具体提供数字传输系统的性能指标，把假设参考数字链路（HRDL）中相邻的数字配线架间的传输系统，即两个光端机之间的光缆传输线路及若干光中继器用假设参考数字段（HRDS）

15、表示。 根据我国的实际情况，长途一级干线的HRDS为420km，长途二级干线的HRDS为280km。因此通信网总的性能指标从HRX上可以按比例分配到HRDL上，再从HRDL上分配到HRDS上。 2.系统的质量指标（1）误码性能误码的定义 光纤数字传输系统的误码性能用误码率来衡量。即在特定的一段时间内所接收的错误码元与同一时间内所接收的总码元数之比。（7.1）误码发生的形态和原因 误码发生的形态主要有两类：一类是随机形态的误码，即误码主要是单个随机发生的，具有偶然性； 另一类是突发的、成群发生的误码，这种误码可能在某个瞬间集中发生，而其它大部分时间无误码发生。 误码发生的原因是多方面的。如电缆数

16、字网中的热噪声，交换设备的脉冲噪声干扰，雷电的电磁感应，电力线产生的干扰等。误码性能的评定方法 评定误码性能的参数包括平均误码率、劣化分、严重误码秒和误码秒。 平均误码率 在一段较长的时间内出现的误码个数和传输的总码元数的比值。平均误码率反映了测试时间内的平均误码结果，因此适合于计量随机误码，但无法反映误码的随机性和突发性。劣化分 每分钟的误码率劣于 这个阈值称为劣化分，用DM表示。我们取总观测时间为 ，它的大小可以是几天或一个月，一个取样观测时间 为1分钟。从总观测时间中扣除不可用时间（连续10秒平均误码率劣于 ）和严重误码秒后所得可用分钟。 ITUT建议该性能指标应达到在 内累计的劣化分个

17、数占可用分钟数时间百分数少于10%。严重误码秒 每秒内的误码率劣于 这个阈值称为严重误码秒，用SES表示。取总观测时间为 ，一个取样观测时间 为1秒钟。 ITUT建议该性能指标应达到在 中可用时间内累计的严重误码秒个数占可用时间秒数的时间百分数少于0.2%。误码秒 每个观测秒内，出现的误码数为0，用ES表示。取总观测时间为 ，一个取样观测时间 为1秒钟。ITUT建议该性能指标应达到在 中可用时间内累计的误码秒占可用时间秒数的时间百分数少于8%。误码指标的分配 在一个连接中通常包含几种不同质量等级的数字传输电路。在27500km的国际连接（HRX）中二级交换中心SC之间的电路部分为高级电路，本地

18、交换点LE与SC之间的电路部分为中级电路，LE与参考点T之间的电路部分为本地级。 误码性能指标是该线路等级分配的，具体分配如表7.3所示。表7.3 误码指标的分配 （2）抖动性能抖动的定义 抖动是数字信号传输中的一种瞬时不稳定现象。即数字信号的各有效瞬间对其理想时间位置的短时间偏离，称为抖动。 抖动可分为相位抖动和定时抖动。相位抖动是指传输过程中所形成的周期性的相位变化。定时抖动是指脉码传输系统中的同步误差。图7.3 定时抖动的图解定义 抖动的大小或幅度通常可用时间、相位或数字周期来表示。目前多用数字周期来表示，即“单位间隔”，用符号UI（Unit Interval），也就是1比特信息所占有的

19、时间间隔。例如码速率为34.363Mb/s的脉冲信号，1UI=1/34.363s。显然它在数值上等于传输比特率的倒数。抖动的类型随机性抖动 在再生中继器内与传输信号关系不大的抖动来源称为随机性抖动。这些抖动主要由于环境变化、器件老化及定时调谐回路失调引起。系统性抖动 由于码间干扰，定时电路幅度相位转换等因素引起的抖动。抖动的容限输入抖动容限 输入抖动容限是指数字段能够允许的输入信号的最低抖动限值，即加大输入信号的抖动值，直到设备由不误码到开始误码的这个分界点。此时的输入信号上的误码即为最大允许输入抖动下限。 图7.4 最大允许输入抖动下限 表7.5 输入口对输入数字信号抖动的最低容限 输出抖动

20、容限 在数字段输入信号无抖动时,由于数字段内的中继器产生抖动,并按一定规律进行累计,于是在数字段输出端产生抖动。 ITUT提出了数字段无输入抖动时的输出抖动上限，即为输出抖动容限。表7.6 输出抖动容限 抖动转移特性 由于输入口数字信号的抖动经设备或系统转移后到达输出口，从而构成了输出抖动的另一个来源。为了保证数字网抖动的总质量目标，ITUT建议抖动转移增益不大于1dB。（3）光接口指标 完整的光纤通信系统的具体组成.光端机与光纤的连接点称为光接口。光接口有两个，一个由S点向光纤发送光信号；另一个由R点从光纤接收信号。图7.5 光纤数字通信系统方框图 平均发送光功率 光端机的平均发送光功率是指

21、光端机在正常工作的情况下，由电端机输出223-1或215-1的伪随机码时，光端机输出端S点测量到的平均光功率。平均发送光功率的功率值用（W）表示，电平值用LT（dBm）表示，光功率值与电平值之间的关系是：（7.2） 对于一个实际的光纤通信系统，平均发送光功率并不是越大越好. 虽然从理论上讲，发送光功率越大，通信距离越长.但光功率越大会使光纤工作在非线性状态，这种非线性状态会对光纤产生不良影响。消光比 消光比是指光端机的电接口输入为全“1”码和全“0”码时的平均发送光功率之比，用EXT表示：（7.3） 无输入信号时，光端机输出平均发送光功率 ，对接收机来说是一种噪声，会降低接收机的灵敏度，因此希

22、望消光比越小越好。 但是，对激光器LD来讲，要使消光比小就要减小偏置电流，从而使光源输出功率降低，谱线宽度增加。所以要全面考虑消光比与其它指标之间的矛盾。接收机灵敏度 接收机灵敏度是指在满足给定误码率条件下，光端机光接口R点能够接收到的最小平均光功率电平值 。通常用dBm作为灵敏度的衡量单位。 接收机的灵敏度是光端机的重要性能指标，它表示了光端机接收微弱信号的能力。它与系统要求的误码率，系统的码速、接收端光电检测器的性能有关。 动态范围 接收机灵敏度是光接收机接收光功率的一个最小值，当接收机收到的信号小于这个最小值时，系统的误码率就达不到要求。若接收机接收的光功率过大，也会使系统的误码率达不到

23、要求。 为了保证系统的误码特性，光接收机收到的光功率只能在一定的范围内。这个范围就是动态范围D。具体的定义是：在满足给定误码率的条件下，光端机输入连接器R点能收到的最大光功率电平值 与收到的最小功率电平值 之差，单位是db。（7.5） 7.2.3.2 光纤通信系统中的中继器 光纤通信利用光纤传输信号。光信号在传输过程会出现两个问题：（1）光纤损耗使光信号的幅度衰减，限制了光信号的传输距离；（2）光纤的色散特性使光信号波形失真，造成噪声和误码率增加。 这些不但限制了光信号的传输距离，也限制了光纤的传输容量。为了增加光纤的通信距离和通信容量，就必须在光纤传输线路中每隔一定距离设置一个中继器。中继器

24、的功能主要有：（1）补偿衰减的光信号；（2）对失真的信号波形进行整形。光纤通信中的中继器主要有两种:1，光电中继器2，全光中继器 1. 光电中继器的基本结构（1）中继器的构成方框图 由于目前长距离传输多为数字信号系统，因此我们主要讨论的也是数字光电中继器。即光电光型中继器。这样的中继器是由一个没有线路码型变换和反变换的光接收和光发射相连接的系统。 这种光中继器的电路要比光端机的电路简单，但主要的电路原理是一样的。图7.7 数字光中继器原理框图 （2）中继器的结构形式 中继器有的是设在机房中，有的是箱式或罐式，有的是直埋在地下或架空光缆在电杆上。对于直埋和架空的室外中继器必须有良好的密封性能。（

25、3）光中继器的公务监控方式 光中继器的公务监控等信号有两种传输方法：一种是与主信道分开，另设传输信道；一种是将这些信号插入到主信道信号中和主信号一起传输，到中继器再分开。 二者各有优缺点。目前主要采用第二种方式。这一过程主要由光中继器中的插、分电路来完成。2. 全光中继器 掺铒光纤放大器是一个直接对光波实现放大的有源器件，可在光纤线路中代替目前广泛使用的光电光型中继器。 图7.8 掺饵光纤放大器用作光中继器的原理框图 掺铒光纤放大器作中继器的优点： 设备简单，没有光电光的转换过程，工作带宽宽。 掺铒光纤放大器作中继器的缺点： 光放大器作中继器时，对波形的整形不起作用。7.2.3.3光纤通信系统

26、中继距离的设计 根据前面所讨论的光纤传输系统的各种指标要求，光发射机与光接收机之间有最大传输距离的问题。因此如要实现长距离通信，在设计一个光纤系统时，最大中继距离的设计就是一个重要问题。从前面的性能讨论知道，最大中继距离要受以下4个因素的影响。（1）发射机耦合入光纤的功率 。 从物理概念上理解，在其它条件不变的情况下，光功率 越大，传输距离越长。（2）光接收机灵敏度 由于光接收机灵敏度的定义是在满足系统误码率指标下的最低接收光功率，因此，在其它条件不变的情况下，接收机灵敏度越高（ 越小），传输距离越长。（3）光纤的每千米衰减系数。 若光纤的每千米衰减系数越小，则光纤传输中损耗的功率越小，光能在

27、光纤中传输的距离越长。（4）光纤的色散。 若光纤的色散大，则经过相同距离的传输出现的波形失真越严重，若传输距离越长，失真越严重。波形失真将引起码间干扰，导致接收机灵敏度降低。下面我们分两种情况讨论：（1）中继距离受光纤衰减限制的情况 如果在光纤通信系统中，信号的码速不是很高，带宽足够宽，则光纤的色散对传输距离的影响不大，可认为光纤传输系统的最大中继距离仅受光纤衰减的影响。则中继距离的长度可按下式计算（7.7） L为中继段长度（km）;PT为入纤光功率（dBm）;Pmin为接收机灵敏度（dBm）;c为一个光纤接头的损耗（dB）;n为光纤系统中的接头数;为光纤每千米衰减系数（dB/km）。 一般光

28、缆线路上，每千米一个接头。（2）色散对中继距离的影响 当光纤系统的码速大于140Mb/s时，如果中继距离过长，由于色散的影响，会造成数字信号脉冲过大的展宽，引起码间干扰，从而降低光接收机的灵敏度。 就目前的速率系统而言，仅考虑色散影响的中继距离的计算公式为（7.8） B为线路码速率（Mb/s）;D为色散系数ps/(kmnm）;为与色散代价有关的系数。 由系统中所选用的光源类型来决定，若采用多纵模激光器，为0.115；若采用单纵模激光器和半导体发光二极管，为0.306。 对于某一传输速率的系统而言，在考虑上述两个因素的同时，分别算出两个中继距离L和LD，然后取距离短的为该传输速率的实际中继距离。

29、 【例7.1】已知一个565Mb/s单模光纤传输系统，其系统 总体要求如下： (1)光纤通信系统光纤损耗为0.1dB/km，有五个接头，平均每个接头损耗为0.2dB，光源的入纤功率为-3dBm，接收机灵敏度为-56dBm。 (2)光纤线路上的线路码型是5B6B，光纤的色散系数为2ps/（kmnm），光源光谱宽度为 1.8nm。 求最大中继距离为多少？解 由公式得 因为， L，所以中继距离为125km。7.2.4 数字光纤通信系统的应用 目前数字通信系统主要包含两种传输体制，一种是准同步数字复用体系(PDH),另一种是同步数字复用体系（SDH）.这两种数字复用体系在早期的电线、电缆及微波等电域传

30、输系统中得到广泛应用。特别是PDH技术体系为数字通信的发展奠定了基础。 这两种数字传输体系结构同样也被引入了早期的光纤通信系统。所以早期的数字光纤通信系统都是以这两种数字信号传输标准进行数字信号传输的。 而近年来，以高速率、大容量、多业务为传送目标的现代光纤数字传输技术已经得到迅猛发展，如以波分复用（DWDM）技术为基础的光网络技术（OTN，在电域叫OTH）和以分组技术为基础的下一代光数字传输网络的分组光网络系统（PTN）等都得到迅速发展和应用推广。 由于现在还有很多通信系统和设备使用PDH标准和SDH标准，所以在近期这两种体系结构还不会被淘汰。下面我们将就光纤数字传输系统中的这两种技术做一介

31、绍，其他技术将会在别的地方介绍。7.2.4.1 PDH系统1.PDH的概念 PDH准同步数字传输系统是将由抽样、量化、编码后得到的PCM数字信号进行准同步复用后进行传送的数字通信系统。 目前PDH技术有两种主流传输标准，一种是北美和日本等国家广泛使用的T-系列标准，其基础速率为1.544Mb/s, 基群帧含有24个信道（时隙TS）； 另一种是欧洲各国和中国采用的E-系列标准，其基础传输速率为2.048Mb/s, 基群帧含有32个信道(TS)。下面我们主要介绍一下E-系列的基群帧结构和复帧结构。 我国采用的是E-系列PDH标准。典型的设备是PCM 30/32系统。由于语音信号的频率通常小于4KH

32、z，根据取样定律，要将模拟语音信号变为数字信号，所选的取样速率应为8KHz,也就是说，两相邻样值之间间隔为125s，在PCM30/32帧结构中。我们称这一时间间隔为一帧。图 7.9 PCM30/32帧结构和复帧结构从图7.9我们可以看到： 1)在PCM30/32帧结构中，每一个时隙（TS），即一个话路，占8个bits,时隙长度为3.9s; 2)PCM30/32一帧含有32个时隙，其中1到15和17到31时隙传语音信号，其他两个时隙传帧同步信号、告警信号、扶正同步信号和信令信号，其帧长为125s。 3)每一路语音信号都需要信令的支持才能进行通信，PCM 30/32系统有30个话路，因此必须传输3

33、0路信令。一路信令信号只需要4bit，1个可以传送两路信令，15个（15帧）可以传送30路信令； 4)信令信号每隔16帧传送一次，16帧称为1复帧，一个复帧的时长是2ms。 PCM30/32是PDH的基群，一帧含有32个时隙，传输速率为2.048Mb/s.其高次群分别为E2、E3、E4和E5等，相关技术参数可参见表4.1。2. PDH技术标准 如前所述，PDH目前主流标准有欧制的E-系列和美制的T-系列，相关标准和对应关系可参见表7.10。一次群（基群）二次群三次群四次群五次群日本24路1.544Mbit/s96路(244)6.312Mbit/s480路(965)32.064Mbit/s144

34、0路(4803)97.728Mbit/s5760路(4404)397.200 Mbit/s北美24路1.544Mbit/s96路(244)6.312 Mbit/s672路(967)44.736 Mbit/s4032路(6726)274.176 Mbit/s欧洲中国30路2.048 Mbit/s120路(304)8.448 Mbit/s480路(1204)34.368 Mbit/s1920路(4804)139.264 Mbit/s7680路(19204)564.992 Mbit/s3.PDH系统 如果中间的传输介质为光纤，那么在复接设备后面应接光发射机，再分接器前面应接光接收机，此时的PDH系统

35、即为光纤PDH数字传输系统。图7.10 数字复接系统方框图4.PDH系统在光纤通信中的与应用 在早期的通信网中，由于交换设备和相关终端设备都是PCM设备，所以当时的数字光纤通信系统中，大都采用PDH数字复接设备用来提高系统的传输能力。 图7.11是PDH复接系统的典型应用。图中可见如果将五次群数字复用信号调制到光端机上，再用光纤来传输此信号，其就实现了光纤数字通信系统。图7.11 PDH复接系统示意图 虽然早期采用PDH作为光纤数字通信标准，解决了当时数字信号传输的问题，但是随着应用和技术的发展，人们发现PDH光纤数字通信系统存在一些固有问题，难以解决。（1）无统一的光接口，无法实现横向兼容；

36、（2）准同步复用方式，上下电路不便；（3）网络管理能力弱，建立集中式电信管理网困难；（4）网络结构缺乏灵活性；（5）面向话音业务等。7.2.4.2 SDH系统SDH的概念 SDH系统是由一些基本网络单元（NE）组成的，在传输媒质上（如光纤、微波等）进行同步信息传输、复用、分插和交叉连接的传送网络。 它的基本网元有终端复用器（TM）、分插复用器（ADM）、同步数字交叉连接设备（SDXC）和再生中继器（REG）等。 SDH网采用灵活的映射和独特的指针调整技术，经过字节间插进行同步复用，将各种类型的信号纳入具有标准接口的同步传送模块STMN传送，从而以高度的兼容性、灵活性和可靠性等，使传送网真正进入

37、智能化的联网应用阶段。（1）SDH的特点新型的复用映射方式：同步复用方式和灵活的映射结构。接口标准统一：全世界统一的NNI，体现了横向兼容性。网络管理能力强：帧结构中丰富的开销比特。组网与自愈能力强：采用先进的ADM、DXC等组网。兼容性好：具有完全的前向兼容性和后向兼容性。先进的指针调整技术：可实现准同步环境下的良好工作。 独立的虚容器设计：具有很好的信息透明性。系列标准规范： 便于国内、国际互连互通。（2）SDH的帧结构 SDH传送体系和PDH一样，其也具有分级结构。在SDH中，分别有STM-1、STM-4、STM-16、STM-64等4种传送模式，通常我们将其简写为STM-N。 STMN

38、信号是一个数字序列，该数字序列通常分成具有固定数量比特的、按一定规律重复的图案，即所谓“帧”。STM-1信号一帧包含2430（2709）字节。图7.12 STM1帧结构 STM-1平面帧以字节为单位，有9行、270列。前9列的1-3行是再生段开销，5-9行是复用段开销，第4行是管理单元指针，其余261列是净负荷（简称净荷）。 STM1信号的传输顺序是逐行、逐列传输直到第9行第270列。每秒传输8000帧（每帧125s），一帧有19440（24308）bit，所以比特率为155.520Mb/s 信息净负荷是帧结构中除了存放传送的各种信息码块，也存放少量用于通道性能监视、管理和控制的通道开销（PO

39、H）字节块，POH通常作为净负荷的一部分与信息一起传送。 段开销是为保证信息净负荷正常灵活传送所必须附加的供网络运行、管理和维护（OAM）使用的字节。 段开销又分为再生段开销（RSOH）和复用段开销（MSOH）两部分，它们分别位于帧结构的三行（第35行）9列和五行（第59行）9列，共计（3+5）9=72个字节（576个比特）。 管理单元指针是用来指示信息净负荷第1个字节在帧内准确位置的指示符，以便在收端正确分离信息净负荷。它位于RSOH和MSOH之间，即帧结构第四行的第19行。 更高速率STMN帧结构类视于STM-1的帧结构，只是它由9行和270N列组成。向前面所述，通常N只能取1、4、16、

40、64。 高速率STMN帧和STM1帧一样，也是每秒传输8000帧（每帧125s），所不同的是段开销和净负荷各扩大了N倍，相应速率是STM1（155.520Mb/s)的N倍。 STM-N（N=1，4, 16, ）的帧结构和段开销，是由STM-1帧结构和段开销按一定规律经字节间插同步复用而成，因而分析清楚STM-1结构，STM-N结构就不难分析。2. SDH技术标准 SDH技术最早由美国人提出，1985年美国ANSI通过此标准，形成了美国国家的正式标准，并将其命名为同步光网络（SONET）。1988年ITU-T接受了SONET的概念，并进行了适当的修改，重新命名为同步数字体系（SDH），使之成为不

41、仅适于光纤，也适于微波和卫星传输的国际标准。SDHSONET等 级标称速率（Mbit/s）简 称等 级标准速率（Mbit/s）OC-1/STS-1（480CH）51.840STM-l（1920CH）155.520155Mbit/sOC-3/STS-3（1440CH）155.520OC-9/STS-9465.560STM-4（7696CH）622.080622Mbit/sOC-12/STS-12622.080OC-18/STS-18933.120OC-24/STS-241244.160OC-36/STS-361865.240STM-16（30720CH）2488.3202.5Gbit/sOC-4

42、8/STS-48（32356CH）2488.320OC-96/STS-96（尚待确定）4975.640STM-64（122880CH）9953.28010Gbit/sOC-192/STS-192（129024CH）9953.280表7.11 SONET和SDH的标准对照 1989年，ITU-T在其蓝皮书上发表了G.707、G.708和G.709三个标准，从而揭开了现代信息传输崭新的一页。 ITUT的G.709建议规定了完整的SDH映射复用结构，描述了各种低速外部信号，它是经历一系列中间信息结构和处理环节装入STMN信号的高速净负荷区的方法和过程.图7.13 G.709建议的SDH复用映射结构图

43、 图中各部分的名称和作用： 标准容器（C-n）、虚容器（VC-n）、支路单元（TU-n）、支路单元组（TUG-n）、管理单元（AU-n）和管理单元组（AUG）。 SDH的基本复用映射结构描述了各种业务信号复用进STM-N帧的过程都要经历映射、定位和复用三个步骤。 我国采用的复用映射结构使得每种速率的信号只有惟一的复用路线到达STM-N ，接口种类由5种简化为3种，主要包括C-12，C-3和C-4三种进入方式。图7.14SDH传送网的典型拓扑结构 TM是SDH终端设备（或称SDH终端复用器）ADM是分插复用设备DXC是数字交叉连接设备3. SDH系统 SDH终端的主要功能是复接/分接和提供业务适

44、配，例如将多路E1信号复接成STMN信号及完成其逆过程，或者实现与非SDH网络业务的适配。 ADM是一种特殊的复用器，它利用分接功能将输入信号所承载的信息分成两部分：一部分直接转发；另一部分卸下给本地用户。然后，信息又通过复接功能将转发部分和本地上送的部分合成输出。 DXC类似于交换机，它一般有多个输入和多个输出，通过适当配置可提供不同的端到端连接。7.3 模拟光纤通信系统7.3.1 模拟光纤通信系统的概念 虽然目前许多光纤通信系统采用数字信号传输方式，但仍然有许多应用领域适宜采用模拟传输。当光纤系统是受带宽限制而不是受损耗限制，以及终端设备的价格成为主要的考虑因素时，就值得采用模拟系统。例如

45、，视频信号的短距离传输，CATV系统等采用模拟传输更为合理。 模拟通信系统除占用带宽较窄外，还有电路简单、价格便宜等优点。因此，目前的电视传输，广泛采用模拟通信系统。 另一方面，由于电视的数字化传输，要求较复杂的技术，特别是当今社会对电视频道数目的要求日益增多，要传输几十甚至上百路电视，需要极复杂的编码和解码技术，设备价格昂贵， 因此目前还不能普遍使用。 在这种情况下，副载波复用(SCM)模拟光纤通信系统得到很大重视和迅速发展。在这种SCM系统中，视频基带信号对射频副载波的调制，可以采用调频(FM)或调幅(AM)。 目前，在卫星模拟电视传输中，视频信号对微波的调制采用的是调频(FM)，所以连接

46、卫星地面站的干线光纤传输系统要采用FM/SCM方式。 光纤通信系统中模拟信号的传输主要采用三种调制技术：最简单和应用最广泛的调制技术是光源的基带直接强度调制；另一种是脉冲频率调制方式；最后一种是光波副载波调制方式。7.3.2 直接光强调制传输系统1.基带模拟光传输系统 基带模拟光调制是用承载信息的模拟基带信号，直接对光发射机光源（LED或LD）进行光强调制，使光源输出光功率随时间变化的波形和输入模拟基带信号的波形成比例。 模拟基带直接光强调制（DIM）光纤传输系统由光发射机、光纤线路和光接收机（光检测器）组成。图7.18 模拟信号直接光强调制系统方框图 评价模拟信号直接光强调制系统的传输质量的

47、最重要的特性参数是信噪比（SNR）和信号失真。 我们在这里定义信噪比为均方信号电流对均方噪声电流之比。信号失真特性 只有当系统输出光功率与输入电信号成比例地随时间变化，系统输出信号才能真实地反映输入信号，即不发生信号失真。 一般情况，实现电/光转换的光源，由于在大信号条件下，线性较差，因此发射机光源的输出功率特性是DIM系统产生非线性失真的主要原因。 非线性失真一般可以用幅度失真参数微分增益(DG)和相位失真参数微分相位(DP)表示。2.脉冲频率调制光传输系统 脉冲频率调制（PFMIM）是一种脉冲重复频率随调制信号幅度大小成线性变化的脉冲调制，这种调制其脉冲宽度保持不变，因此又称为等脉冲频率调

48、制。与直接强度调制（DIM）相比，对光源的线性放宽，改善了信噪比，但也增加了对带宽的要求。7.3.3 副载波光纤传输系统 所谓副载波,是指除光波以外，多路信号还调制在电的频分复用副载波上。这种调制方式多用在模拟电视光纤传输系统。 图7.21 光波副载波传输系统 （1）信噪比 信噪比（CNR）的定义是，把满负载、无调制的等幅载波置于传输系统，在规定的带宽内特定频道的载波功率C和噪声功率 的比值，并以dB为单位，用公式表示为(7.18) （2）信号失真。 副载波复用模拟电视光纤传输系统的信号失真用组合二阶互调（CSO）失真和组合三阶差拍（CTB）失真这两个参数表示。 在给定的频道上，出现的所有双频

49、组合的总和称为二阶互调（CSO）失真。三个频率的非线性组合称为三阶差拍（CTB）失真。一般某一个频道的CSO和CTB分别表示为：(7.22) 7.4 光接入网的基本概念 按照电信网的概念，可以将全网分为公用电信网和用户驻地网两大块。用户驻地网是属于用户所有，因而，通常电信网是指公用电信网部分。公用电信网可以分为长途网（长途端局以上部分），中继网（长途端局和市话局之间以及市话局之间的部分）和接入网（端局至用户之间的部分）。目前国际上已经倾向于将长途网和中继网合在一起称为核心网。相对于核心网而言，其他部分统称为接入网。接入网主要完成将所有用户接入到核心网的任务。1. 接入网定义 ITU-T建议G.902对接入网的定义如下： 接入网是由业务节点接口（SNI）和用户网络接口（UNI）之间的一系列传送实体（如线路设施和传输设施）组成的、为传送电信业务提供所需要的传送承载能力的实施系统，可经由Q3接口进行配置和管理。Y.1231 IP接入网 随着Internet和各种IP类数据业务应用