光纤通信精品课件

1、光纤通信第1页，共39页，2022年，5月20日，4点56分，星期一4.1 模拟光纤通信 同轴电缆CATV网络结构 第2页，共39页，2022年，5月20日，4点56分，星期一用光纤替代原来同轴电缆CATV网络干线传输中的同轴电缆，配线和引入线部分仍然保留原来的同轴电缆网结构，组成光纤同轴电缆混合系统（Hybrid Fiber Cable，HFC） HFC系统 第3页，共39页，2022年，5月20日，4点56分，星期一通常前端设备与光节点设备之间采用副载波复用（Sub-Carrier Multiplexing，SCM）进行多路模拟电视信号的光纤传输 第4页，共39页，2022年，5月20日，

2、4点56分，星期一4.2 数字光纤通信系统 数字光纤通信系统组成框图 第5页，共39页，2022年，5月20日，4点56分，星期一光纤传输系统及其网管在系统/网络运行、管理、维护和指配（Operations，Administration，Maintenance & Provisioning，OAM&P）方面的主要任务:（1）根据用户业务需求和系统/网络资源状况来配置系统/网络、开通业务 （2）对系统运行状况（传输性能、关键部件状态等）进行不中断业务的在线实时监测，数字光纤传输系统最重要的一项监测项就是误码性能的监测 （3）故障告警。一旦设备或设备中的部件或光缆线路出现故障，系统应能检测到并在网

3、管界面上显示出来或在设备上指示出来，并要能够及时通知维护人员 第6页，共39页，2022年，5月20日，4点56分，星期一（4）为故障定位和其他维护需求而提供环回控制、主要项目的测试等 （5）为系统/网络OAM信息提供传输通道（6）为系统的运营者提供业务性能、流量等方面的统计信息 （7）为维护管理人员提供话音通信的手段（公务电话） 第7页，共39页，2022年，5月20日，4点56分，星期一具有再生器/中继器的数字光纤传输系统 第8页，共39页，2022年，5月20日，4点56分，星期一4.3 SDH系统 4.3.1 SDH/Sonet技术的产生 全世界统一标准运行维护管理能力强大具有自愈能力

4、便于从高速信号中分插低速信号 第9页，共39页，2022年，5月20日，4点56分，星期一4.3.2 SDH技术的特点 SDH网不仅能与现有的PDH网实现兼容，即使PDH的1.544Mbit/s和2.048Mbit/s两大体系在SDH信息结构上能获得统一，形成数字传输体制上的世界标准 SDH网络通过网络保护和网络恢复具有强大的自愈能力，这不仅使SDH网络的生存性和可靠性大大增强，而且便于组网和降低网络维护的费用 第10页，共39页，2022年，5月20日，4点56分，星期一SDH采用了同步复用方式和灵活的复用映射结构，使低阶信号和高阶信号的复用和解复用一次到位，大大简化了设备的处理过程，省去了

5、大量的有关电路单元、跳线电缆和电路接口数量，从而简化运营和维护，改善网络的业务透明性 SDH标准规范了全世界统一的网络节点接口，对各网络单元的光接口有严格的规范要求，从而使得任何网络单元在光路上得以互通，实现了横向的兼容性 第11页，共39页，2022年，5月20日，4点56分，星期一SDH帧结构中安排了丰富的开销比特，使网络运营管理、维护与指配（OAM&P）的能力大大地加强，通过远程控制，可实现对各网络单元/节点设备的分布式管理，同时也便于新功能和新特性的及时开发和升级，而且促进了更完善的网络管理和智能化设备的发展 SDH采用先进的指针调整技术，支持伪同步工作环境，使来自不同提供者的信息净负

6、荷可以在不同的同步岛之间进行传送，并有能力承受一定的定时基准丢失 第12页，共39页，2022年，5月20日，4点56分，星期一4.4 数字光纤传输系统的总体设计 4.4.1 总体考虑 1网络拓扑、线路路由选择 2网络/系统容量的确定 3光纤/光缆选型 G.652光纤 G.653光纤G.654光纤G.655光纤 4透择合适的设备，核实设备的性能指标 5光传输设计第13页，共39页，2022年，5月20日，4点56分，星期一4.4.2 再生段的设计 光再生段组成 第14页，共39页，2022年，5月20日，4点56分，星期一在实际组网应用中通常有三种光传输设计方法 :最坏值设计法联合设计法统计设

7、计法（包括半统计设计法）应用范围最广的是最坏值设计法 第15页，共39页，2022年，5月20日，4点56分，星期一再生段距离的设计可以分为两种情况： 损耗受限系统，即再生段距离由S和R点之间的光通道损耗决定色散受限系统，即再生段距离由S和R点之间的光通道总色散所决定 第16页，共39页，2022年，5月20日，4点56分，星期一1损耗受限系统 S-R之间的光通道的损耗组成损耗受限系统的最大再生段距离或者称作最大中继距离可以用下式来估算其中 第17页，共39页，2022年，5月20日，4点56分，星期一对于最坏值设计，最大传输距离则 公式中带下标“m”的参数皆为相应参数的最坏值 如光缆富余度按

8、整个段总量留取，则上式变为 第18页，共39页，2022年，5月20日，4点56分，星期一2色散受限系统 对于色散受限系统，系统设计者首先应确定所设计的再生段的总色散（ps/nm），再据此选择合适的光接口及相应的一整套光参数 色散受限系统最大无再生传输距离的最坏值可以用下式估算 第19页，共39页，2022年，5月20日，4点56分，星期一（1）使用多纵模激光器时系统色散受限的最大传输距离 使用多纵模激光器的光缆线路系统的光通路功率代价仅需计算模式分配噪声的功率代价和码间干扰的功率代价两项 模式分配噪声的功率代价和码间干扰的功率代价均和相对展宽因子有关 ， 表示码元脉冲经过信道传输后脉冲的相对

9、展宽值可以求出系统色散受限的最大传输距离 第20页，共39页，2022年，5月20日，4点56分，星期一（2）使用单纵模激光器系统色散受限系统的最大传输距离 对于使用单纵模激光器的光缆线路系统 ，其光通路功率代价仅需计算频率啁啾的功率代价和码间干扰的功率代价两项 频率啁啾的功率代价均和相对展宽因子有一定的关系 采用单纵模激光器的系统 ，可以得到一个十分简明的色散限制最大传输距离 第21页，共39页，2022年，5月20日，4点56分，星期一4.5 数字光纤传输系统的性能指标 1误码概念及其性能参数的定义 误码是指经光接收机的接收与判决再生之后，码流中的某些比特发生了差错，使传输的质量发生了损伤

10、 误码的产生主要有以下因素 各种噪声产生的误码 由于光纤色散导致的码间干扰引起的误码 定时抖动产生的误码 各种外界因素产生的误码 第22页，共39页，2022年，5月20日，4点56分，星期一以“块”为基础的误码事件和误码性能参数有以下几种 差错块误块秒严重误块秒背景块差错 严重误码期 误块秒比 严重误块秒比 背景块差错比 严重误码期强度 第23页，共39页，2022年，5月20日，4点56分，星期一1误码概念及其性能参数的定义 ITU-T所制定的与网络长期误码性能指标相关的标准有G.826和G.828，与网络短期误码性能指标相关的标准有M.2101。对于一次群或高于一次群的固定比特速率传送网

11、，只要求满足G.826/G.828即可 第24页，共39页，2022年，5月20日，4点56分，星期一4.5.2 抖动、漂移性能 1抖动、漂移概念及其影响 （1）抖动 定时抖动（简称抖动）定义为数字脉冲信号的特定时刻（如最佳判决时刻）相对于其理想时间位置的短时间偏离 （2）漂移漂移定义为数字脉冲的特定时刻相对于其理想时间位置的长时间偏移 第25页，共39页，2022年，5月20日，4点56分，星期一2抖动、漂移性能要求 抖动、漂移相关性能指标 ：输入抖动/漂移容限PDH、SDH设备必须容许输入信号含有一定的抖动/漂移，保证系统正常工作所容许的输入信号的最大抖动/漂移范围称为输入抖动/漂移容限

12、最大允许输出抖动/漂移能够使网元任意互连而不影响网络传输质量而允许的网络接口的最大输出抖动/漂移 抖动/漂移转移特性 输出信号的抖动/漂移与输入信号的抖动/漂移的比值随频率变化的特性 第26页，共39页，2022年，5月20日，4点56分，星期一3可用性 可用性指在一个观察期内的可用时间所占的百分比，也称为可用性比率（Availability Ratio，AR），不可用性指在一个观察期内的不可用时间所占的百分比，也称为不可用性比率（Unavailability Ratio，UR） 根据AR和UR的定义，它们满足 AR+UR=1 第27页，共39页，2022年，5月20日，4点56分，星期一4.

13、6 光纤放大器及其在光纤通信系统中的应用 4.6.1 掺铒光纤放大器 1EDFA的工作原理 EDFA未作平坦处理的增益谱 第28页，共39页，2022年，5月20日，4点56分，星期一2EDFA的结构 第29页，共39页，2022年，5月20日，4点56分，星期一3EDFA的基本性能（1）增益特性 增益特性表示了光放大器的放大能力，定义为输出功率与输入功率之比 EDFA的增益大小与多种因素有关，增益一般为15dB40dB 第30页，共39页，2022年，5月20日，4点56分，星期一（2）输出功率特性 第31页，共39页，2022年，5月20日，4点56分，星期一（3）噪声特性 EDPA的噪声

14、主要有4种 ：信号光的散粒噪声 被放大的自发辐射光ASE的散粒噪声 自发辐射ASE光谱与信号光之间的差拍噪声 自发辐射ASE光谱间的差拍噪声 第32页，共39页，2022年，5月20日，4点56分，星期一衡量EDFA的噪声特性可用噪声系数（NF）来度量，其定义为EDFA的输入信噪比与输出信噪比的比值（用dB表示）。 它与同相传输的自发辐射频谱密度和放大器增益密切相关，与输入信号功率、泵浦功率和泵浦方式等有关。 表现为以下3点 在输入小信号情况下，光放大器的噪声系数（NF）随着输入信号光功率的增大而略有减小，而EDFA处于饱和状态时噪声系数随信号功率的增大而增大。 噪声系数随着泵浦功率的增加而减

15、小。 信噪比恶化基本相同，但是当掺铒光纤长度增大时，同向泵浦形式输出的ASE功率最小，因而噪声系数最低；双向泵浦形式的噪声系数居中；反向泵浦形式的噪声系数最高 第33页，共39页，2022年，5月20日，4点56分，星期一4EDFA的应用 （1）EDFA的基本应用形式 第34页，共39页，2022年，5月20日，4点56分，星期一（2）EDFA在DWDM系统中的应用 第35页，共39页，2022年，5月20日，4点56分，星期一（3）EDFA在光缆有线电视传输系统（HFC系统）中的应用 （4）RFA+EDFA混合放大第36页，共39页，2022年，5月20日，4点56分，星期一4.6.2 喇曼光纤放大器 1RFA的工作原理 RFA的放大原理示意图 第37页，共39页，2022年，5月20日，4点56分，星期一2RFA的