光纤通信电子教（学）案

./教师备课基本要求备课是教学的基本环节,任课教师在备课过程中应根据教学大纲,结合教材特点,针对授课对象的具体情况,认真组织教学内容。认真钻研教材,广泛参阅文献资料,抓住基本概念、基本理论、基本技能和每个章节的基本要求,确定教学重点和难点,科学、合理地安排教学内容。不断更新和充实教学内容,注意结合社会实际,反映本学科发展的科学技术新成就,并能体现自己的相关研究成果和学术观点。注重从学生实际出发,科学、合理设计各种教学方法、手段和板书,充分体现以学生为中心,启发学生思考,引导学生掌握学习方法。教学安排与学时分配应与教学日历同步,合理、得当。每次教案应包括教学目的、教学重点、教学难点、教学过程、教学方法和适量的作业布置等项目,并向学生推介的必要参考书目。无论是手写教案还是电子教案均按规定格式编写。教学文件齐全,整体教案应包括"备课基本要求、教学大纲、教学日历、授课表、学生平时考核表、教案",且按此顺序进行装订。课程名称光纤通信使用教材光纤通信技术主编孙学康人民邮电出版时间20xx5月专业班级0712401~02授课时数总64课时;理论:48课时;实践:16课时;其他:课时;授课教师授课时间20xx至20xx学年度第二学期主要参考文献1.X宝富等编《光纤通信》XX电子科技大学20xx2.[美]DjafarK.Mynbaev编《光纤通信技术》机械工业20xx3.吴彦文等编《光网络的生存性技术》邮电大学20xx4.X增基等编《光纤通信》XX电子科技大学20xx教师备课纸第1次课题1、光纤通信概述目的要求1.了解光纤通信发展的历史2.了解光纤通信的优点与应用3.掌握光纤通信系统的基本组成4.了解光纤通信的发展现状与展望教学重点1.光纤通信系统的一般组成2.光端机、光纤链路的基本功能教学难点光纤通信系统的组成与功能教学课时2教学方法讲授法、演示法、讨论法教学内容和步骤《光纤通信》课程内容介绍、专业学习方法、参考资料介绍第1章概论第2章光纤和光缆第3章通信用光器件第4章光端机第5章数字光纤通信系统第6章模拟光纤通信系统第7章光纤通信新技术第8章光纤通信网络1.1光纤通信的发展历史和现状教师备课纸1.1.1探索时期的光通信中国古代用"烽火台"报警欧洲旗语望远镜,目视光通信1880年,美国人贝尔发明了用"光"1960年,美国人梅曼发明了第一台红宝石激光器1.1.2现代光纤通信1966年,英籍华裔学者高锟和霍克哈姆的论文指出利用光纤进行信息传输,奠定了现代光通信基础。1970年,美国康宁公司研制成功损耗20dB/km的石英光纤。1976年,世界上第一个实用光纤通信系统的现场试验成功。光纤通信的发展可以粗略地分为三个阶段：第一阶段<1966~1976年>,是基础研究到商业应用的开发时期。第二阶段<1976~1986年>,提高传输速率和增加传输距离的发展时期。第三阶段<1986~1996年>,全面深入、开展新技术研究的时期1.1.3国内外光纤通信发展的现状1.2光纤通信的优点和应用1.2.1光纤通信的优点1.容许频带很宽,传输容量很大；2.损耗很小,中继距离很长且误码率很小；3.重量轻、体积小；教师备课纸4.抗电磁干扰性能好；5.泄漏小,XX性能好；6.节约金属材料,有利于资源合理使用。1.2.2光纤通信的应用光纤通信的各种应用可概括如下：①通信网②构成因特网的计算机局域网和广域网③有线电视网；工业电视系统；自动控制系统④综合业务光纤接入网1.3光纤通信系统的基本组成1.光发射机：把输入电信号转换为光信号,并用耦合技术把光信号最大限度地注入光纤线路<常简称为电/光或E/O转换>。2.光纤线路：把来自光发射机的光信号,以尽可能小的畸变<失真>和衰减传输到光接收机。教师备课纸3.光接收机：把从光纤线路输出、产生畸变和衰减的微弱光信号转换为电信号,并经放大和处理后恢复成发射前的电信号<常简称为光/电或O/E转换>。1.4数字通信系统和模拟通信系统1.4.1数字通信系统优点：1.抗干扰能力强,传输质量好。2.可再生中继,传输距离长。3.适用各种业务的传输,灵活性大。4.数字通信系统易集成,易实现小型化、微型化。缺点：占用频带较宽,系统的频带利用率不高。例如,一路模拟只占用4KHz的带宽,而一路数字要占用20~64KHz的带宽1.4.2模拟通信系统占用带宽较窄,电路简单、价格便宜。作业光纤通信系统由哪几部分组成？各自有什么主要功能？教学总结光纤通信的入门课,采用多媒体辅助教学,多次举例引发学生思考,对比分析光通信的优势,授课浅显易懂,思路清晰,富有激情,旨在激发学生的学习兴趣,引导学生深入学习本课程。教师备课纸第2次课题2.1~2.3、光纤结构和类型、几何光学与波动光学分析目的要求1.理解并掌握光纤的基本结构与相对折射率概念2.掌握光纤的折射率分布特点与分类3.光纤的几何光学分析方法与数值孔径的概念4.突变型折射率光纤的波动光学分析方法教学重点1.光纤折射率分布特点与分类方法2.光学分析的手段与相对折射率、数值孔径的概念与含义教学难点1.突变型折射率光纤的波动光学分析方法2.麦克斯韦波动方程教学课时2教学方法演示法、练习法、讲授法、探究法教学内容和步骤2.1光纤〔OpticalFiber〕的结构和类型2.1.1光纤结构相对折射率差Δ=〔n1-n2〕/n1Δ越大,光束缚在纤芯的能力越强,但信息传输容量〔速率〕却越小。教师备课纸2.1.2光纤类型1.实用光纤的折射率分布与分类:<a>突变型〔阶跃型〕折射率多模光纤〔Step-IndexFiber,SIF〕<b>渐变型折射率多模光纤〔Graded-IndexFiber,GIF〕<c>单模光纤〔Single-ModeFiber,SMF〕2.典型特种单模光纤的折射率分布与分类：教师备课纸<a>双包层光纤,折射率分布像W形,又称为W型光纤<b>三角芯光纤,折射率分布呈三角形<c>椭圆芯光纤,折射率分布呈椭圆形2.2光纤传输原理2.2.1几何光学分析方法1.数值孔径<NumericalAperture,NA>：光线进入光纤进行全反射的临界角θc的正弦值定义为数值孔径。2.数值孔径NA的物理含义：NA<或θc>越大,光纤接收光的能力越强,耦合效率越高；NA越大,纤芯对光的束缚越强,光纤抗弯曲性能越好；NA越大,经光纤传输后产生的信号畸变越大,因而限制了信息传输容量。3.时间延迟差<脉冲展宽>：2.2.2麦克斯韦方程与波动光学分析思路麦克斯韦方程组：教师备课纸电场分量的波动方程：作业1.实用光纤分为哪几类？单模光纤分为哪些类型？2.相对折射率与数值孔径的概念与含义？两者有何联系？教学总结本次授课初涉专业基础知识,用多媒体图片来演示光纤结构,分类法讲述光纤类型,推演法进行光学分析,授课层次清晰,重点突出、充分理论联系实际,积极设疑互动,强化学生学习效果。教师备课纸第3次课题2.4~2.5、光纤的模式、光纤的色散与损耗目的要求1.了解光纤模式的概念与单模多模光纤的区别2.理解并掌握光纤色散的定义、分类、描述方法与影响3.光纤损耗的产生机理与分类4.光纤的单模传输条件教学重点1.光纤色散的产生机理与分类2.光纤损耗的产生机理与分类教学难点1.光纤模式数目2.色散的描述方法教学课时2教学方法讲授法、发现法、讨论法、演示法教学内容和步骤2.4光纤的模式2.4.1光纤模式的基本概念在波动光学分析法中,对得到的两个贝塞尔函数的微分方程进行求解,并应用纤芯—包层边界条件,可求得特征方程满足边界条件的解βm。此时可得到一个重要结论即电磁场不是以连续而是以离散的模式在光纤中传播的,而βm所对应的这种空间分布,在传播过程中只有相位变化,没有形状的变化,且始终满足边界条件,这种空间分布称为模式。2.4.2归一化频率V与单模传输条件教师备课纸归一化频率V：单模传输条件：传输模式数目随V值增加而增多。当V值减小时,不断发生模式截止,模式数目逐渐减少。特别值得注意的是当V<2.405时,只有HE11<LP01>模式存在,其余模式全部截止。HE11称为基模,由两个偏振态简并而成。由此得到单模传输条件为：上式必定存在一个临界波长λc,当λ<λc时,是多模传输,当λ>λc时,是单模传输,这个临界波长λc称为截止波长。2.5光纤传输特性损耗和色散是光纤最重要的传输特性。损耗限制系统的传输距离,色散则限制系统的传输容量。2.5.1光纤色散1.色散定义色散<Dispersion>是在光纤中传输的光信号,由于不同成分的光的时间延迟不同而产生的一种物理效应。教师备课纸2.色散类型色散包括模式色散、材料色散和波导色散三种类型。模式色散是由于不同模式的时间延迟不同而产生的。材料色散是由于光纤材料折射率随波长改变而产生的。波导色散是由于波导结构参数与波长有关而产生的。3.色散的描述方法色散对光纤传输系统的影响,在时域和频域的表示方法不同。色散通常用3dB光带宽f3dB或脉冲展宽Δτ表示。4.单模光纤的色散理想单模光纤没有模式色散,只有材料色散和波导色散。材料色散和波导色散总称为色度色散,常简称为色散。5.偏振模色散在理想完善的单模光纤中,HE11模由两个具有相同传输常数相互垂直的偏振模简并组成。但实际光纤不可避免地存在一定缺陷,如纤芯教师备课纸椭圆度和内部残余应力,使两个偏振模的传输常数不同,这样产生的时间延迟差称为偏振模色散或双折射色散。2.5.2光纤损耗1.光纤损耗的分类：吸收损耗和散射损耗2.损耗的产生机理：吸收损耗是SiO2材料引起的固有吸收和由杂质引起的吸收产生的。散射损耗是材料微观密度不均匀而引起的瑞利散射和由光纤结构缺陷<如气泡>引起的散射产生的。3.实用光纤的损耗谱作业1.光纤的色散是什么？色散分为哪些类型？2.光纤损耗的产生机理是什么？损耗分为哪些类型？色散和损耗分别对通信系统有何影响？教学总结本次课探讨的是光纤最重要的两个传输特性,不仅从理论上清晰地分析了色散与损耗的产生原理,还运用分类、对比的方法来讲述色散与损耗的分类以与对通信系统的不同影响,教学效果良好。教师备课纸第4次课题2.6~2.7、光纤光缆的连接方法、光纤特性的测量方法目的要求1.了解光纤和光缆的常用工程连接方法2.理解工程中光纤特性测量的种类与重要性3.光纤主要传输特性的测量方法教学重点1.光纤连接的分类2.色散〔带宽〕、损耗与截止波长的测量方法教学难点1.色散〔带宽〕测量2.截止波长的测量教学课时2教学方法演示法、讲授法、实验法教学内容和步骤2.6光缆与光纤光缆的工程连接2.6.1光缆结构和类型光缆一般由缆芯和护套两部分组成,有时在护套外面加有铠装。光缆的类型参多媒体课件图示。2.6.2光纤光缆的工程连接方法一般在工程上有固定连接和活动连接两种连接方法,固定连接需要用到专门的光纤熔接设备,如光纤自动熔接机。2.7光纤特性测量光纤的特性参数可分几何特性、光学特性和传输特性三类。几何特性包括纤芯与包层的直径、偏心度和不圆度；光学特性主要有折射率分教师备课纸布、数值孔径、模场直径和截止波长；传输特性主要有损耗、带宽和色散。下面分别介绍光纤的损耗、带宽<色散>和截止波长的测量。2.7.1损耗测量损耗测量有两种基本方法：一是测量通过光纤的传输光功率,称剪断法和插入法；另一种是测量光纤的后向散射光功率,称后向散射法。1.剪断法光纤损耗系数由式来确定。其中L为被测光纤长度<km>,P1和P2分别为输入光功率和输出光功率<mW或W>。在实际应用中,也可采用插入法作为替代方法。2.后向散射法利用与传输光相反方向的瑞利散射光功率来确定光纤损耗系数的方法,称为后向散射法。设光纤中正向传输光功率为P,经过L1和L2点<L1<L2>时分别为P1和P2<P1>P2>,从这两点返回输入端<L=0>。光检测器的后向散射光教师备课纸功率分别为Pd<L1>和Pd<L2>,经分析推导得到,正向和反向平均损耗系数：后向散射法不仅可以测量损耗系数,还可利用光在光纤中传输的时间来确定光纤的长度L。用后向散射法的原理设计的测量仪器称为光时域反射仪<OTDR>。OTDR不仅可测量光纤损耗系数和光纤长度,还可以测量连接器和接头的损耗,观察光纤沿线的均匀性和确定故障点的位置,是光纤通信系统工程现场测量不可缺少的工具。2.7.2带宽〔色散〕测量光纤带宽测量有时域和频域两种基本方法。时域法是测量通过光纤的光脉冲产生的脉冲展宽,又称脉冲法；频域法是测量通过光纤的频率响应,又称扫频法。光纤色散测量有相移法、脉冲时延法和干涉法等。这里只介绍相移法,教师备课纸这种方法是测量单模光纤色散的基准方法。角频率为ω的正弦信号调制的光波,经长度为L的单模光纤传输后,其时间延迟τ取决于光波长λ。不同时间延迟产生不同相位φ。用波长为λ1和λ2的受调制光波,分别通过被测光纤,由Δλ=λ2-λ1产生的时间延迟差为Δτ,相位移为Δφ。推导可得：为避免测量误差,一般要测量一组λi-φi值,再计算出C<λ>。2.7.3截止波长测量实际工程中截止波长的测量方法有：在弯曲状态下,测量损耗—波长函数的传输功率法；改变波长,观察LP01模和LP11模产生的两个脉冲变为一个脉冲的时延法；改变波长,观察近场图由环形变为高斯形的近场法。这里只介绍传输功率法,这种方法是测量单模光纤截止波长的基准方法,一般实测截止波长稍小于理论截止波长。作业1.光缆的类型有哪些？光纤光缆的连接方法有哪些？2.工程上光纤传输特性的常用测量办法分类与各自原理？教学总结鉴于本课程的应用性较强特补充了该次课内容,运用了多媒体辅助,公式推演,图形辅助等多种教学方法,由浅入深地讲述了光通信工程中值得注意的几个问题,学生积极性高,教学效果良好。教师备课纸第5次课题3.1~3.5、激光器、光检测器原理与分类、光无源器件目的要求1.掌握激光器和光检测器的工作原理2.掌握常见的激光器和光检测器的分类与各自特点3.掌握光无源器件的分类与特点教学重点1.激光器的工作原理、分类与特性2.光检测器的工作原理、分类与特性教学难点1.粒子数反转分布与光学谐振放大2.雪崩光电效应与光检测器噪声特性分析教学课时6教学方法讲授法、演示法、讨论法教学内容和步骤3.1光源3.2光检测器3.3光无源器件通信用光器件可分为有源器件和无源器件两种类型。有源器件包括光源、光检测器和光放大器,分别是光发射机、光接收机和光中继器的关键器件,和光纤一起决定着光纤系统的水平。光无源器件主要有连接器、耦合器、波分复用器、调制器、光开关和隔离器等,它们对光纤通信系统的构成、功能的扩展和性能的提高都是不可缺少的。本章主要介绍通信用光器件的工作原理和主要特性,为系统的设计提供选择依据。教师备课纸3.1光源光源是光发射机的核心部件。本小节首先介绍半导体激光器<LD>的工作原理、基本结构和主要特性,然后进一步介绍性能更优良的分布反馈激光器<DFB-LD>,最后介绍可靠性高、寿命长和价格便宜的发光管<LED>。3.1.1半导体激光器工作原理和基本结构半导体激光器是向半导体PN结注入电流,实现粒子数反转分布,产生受激辐射,再利用谐振腔的正反馈,实现光放大而产生激光振荡的。激光,其英文LASER就是LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation<受激辐射的光放大>的缩写。1.受激辐射和粒子数反转分布电子在低能级的基态和高能级的激发态之间的跃迁有三种基本方式：<1>在正常状态下,电子处于低能级E1,在入射光作用下,它会吸收光子的能量跃迁到高能级E2上,这种跃迁称为受激吸收。电子跃迁后,在低能级留下相同数目的空穴,见图<a>。<2>在高能级E2的电子是不稳定的,即使没有外界的作用,也会自动地跃迁到低能级E1上与空穴复合,释放的能量转换为光子辐射出去,这种跃迁称为自发辐射,见图<b>。<3>在高能级E2的电子,受到入射光的作用,被迫跃迁到低能级E1上与空穴复合,释放的能量产生光辐射,这种跃迁称为受激辐射,见图<c>。教师备课纸相干光与非相干光的本质区别是什么？如何得到粒子数反转分布的状态呢?2.激光振荡和光学谐振腔粒子数反转分布是产生受激辐射的必要条件,但还不能产生激光。只有把激活物质置于光学谐振腔中,对光的频率和方向进行选择,才能获得连续的光放大和激光振荡输出。激光器的阈值条件是什么？光学谐振腔产生激光振荡的相位条件是什么？教师备课纸3.半导体激光器基本结构半导体激光器基本结构是双异质结<DH>平面条形结构。这种结构由三层不同类型半导体材料构成：中间层为有源层,两侧分别为P型和N型半导体,称为限制层。3.1.2半导体激光器的主要特性1.发射波长和光谱特性半导体激光器的发射波长取决于导带的电子跃迁到价带时所释放的能量,这个能量近似等于禁带宽度Eg<eV>,因此激光器发射波长可由公式hf=Eg或来确定。2.激光束的空间分布激光束的空间分布可用近场和远场来描述。近场是指激光器输出反射镜面上的光强分布,远场是指离反射镜面一定距离处的光强分布。3.转换效率和输出光功率特性激光器的电/光转换效率用外微分量子效率表示,其定义是在阈值电流以上,每对复合载流子产生的光子数目。4.频率特性IM激光器输出光功率和调制频率满足：5.温度特性激光器输出光功率随温度变化的两个原因：一是激光器的阈值电流随温度升高而增大；二是外微分量子效率随温度升高而减小。温度升高,阈值电流增大,外微分量子效率减小,输出功率明显下降甚至不激射。教师备课纸3.1.3分布反馈激光器随着技术的进步,要求新型半导体激光器的谱线宽度更窄,并在高速率脉冲调制下保持动态单纵模特性,发射光波长更加稳定,能实现调谐,阈值电流更低,输出光功率更大。分布反馈<DistributedFeedBack,DFB>激光器便是这种类型激光器的典型代表。普通激光器用FP谐振腔两端的反射镜,对激活物质发出的辐射光进行反馈,而DFB激光器用靠近有源层沿长度方向制作的周期性结构<波纹状>衍射光栅实现光反馈。这种衍射光栅的折射率周期性变化,使光沿有源层分布式反馈,所以称为分布反馈激光器。光栅周期Λ与波长的关系由式确定。DFB激光器与FP激光器相比,具有以下优点：①单纵模激光器。②谱线,波长稳定性好。③动态谱线好。④线性好。教师备课纸3.1.4发光二极管发光二极管有两种类型：正面发光型和侧面发光型。发光二极管具有如下工作特性：<1>光谱特性：发光二极管发射的是自发辐射光,没有谐振腔对波长进行选择,谱线较宽；<2>光束的空间分布：正面发光型LED辐射图呈朗伯分布；<3>输出光功率特性；<4>频率特性；3.1.5各种光源的性能对比与应用分析LED通常与多模光纤耦合,用于小容量短距离系统；LD通常与G.652和G.653单模光纤耦合,用于大容量长距离系统；分布反馈激光器主要与G.653或G.654单模光纤或特殊设计的单模光纤耦合,用于超大容量超长距离的新型光纤系统。3.2光检测器光检测器是光接收机的核心部件。3.2.1光电二极管工作原理光电二极管<PD>把光信号转换为电信号,由半导体PN结的光电效应实现的。目前常用的光检测器有PIN-PD和APD-PD两种类型。3.2.2PIN光电二极管PN结中间设置一层掺杂浓度很低的本征半导体I,这便是常用的PIN光电二极管。PIN光电二极管具有如下主要特性：教师备课纸<1>量子效率和光谱特性：光电转换效率用量子效率η或响应度ρ表示。量子效率η的定义为一次光生电子-空穴对和入射光子数的比值〔板书定义式〕。响应度的定义为一次光生电流和入射光功率的比值〔板书定义式〕。<2>响应时间和频率特性；<3>噪声特性：噪声是反映光电二极管特性的一个重要参数,它直接影响光接收机的灵敏度。噪声通常用均方噪声电流<在1Ω负载上消耗的噪声功率>来描述。均方散粒〔散弹或量子〕噪声：〔板书定义式〕暗电流噪声包括晶体材料表面缺陷形成的泄漏电流和载流子热扩散形成的本征暗电流：〔板书定义式〕均方热噪声电流：〔板书定义式〕3.2.3雪崩光电二极管<APD>APD的典型结构如N+PΠP+结构〔也被称为拉通型APD〕。1.倍增因子定义为APD输出光电流和一次光生电流的比值：2.过剩噪声因子是雪崩效应的随机性引起噪声增加的倍数。3.2.4常见光检测器的性能对比与应用分析APD是有增益的光电二极管,常用在光接收机灵敏度要求较高的场合,采用APD有利于延长系统的传输距离；灵敏度要求不高的场合,一般采用PIN-PD。教师备课纸3.3光无源器件无源器件对光纤通信系统的构成、功能的扩展或性能的提高,都是不可缺少的。虽然对各种器件的特性有不同的要求,但是普遍要求插入损耗小、反射损耗大、工作温度X围宽、性能稳定、寿命长、体积小、价格便宜,许多器件还要求便于集成。本节主要介绍无源光器件的类型、原理和主要性能。3.3.1连接器和接头连接器是实现光纤与光纤之间可拆卸<活动>连接的器件,主要用于光纤线路与光发射机输出或光接收机输入之间,或光纤线路与其他光无源器件之间的连接。接头是实现光纤与光纤之间的永久性<固定>连接,主要用于光纤线路的构成,通常在工程现场实施。国内外大多借助专用自动熔接机在现场热熔接,也可用V形槽连接。热熔接接头平均损耗达0.05dB/个。3.3.2光耦合器耦合器的功能是把一个输入的光信号分配给多个输出,或把多个输入的光信号组合成一个输出。这种器件大多与波长无关,与波长相关的耦合器称为波分复用器/解复用器。教师备课纸1.耦合器类型T形耦合器〔a〕星形耦合器〔b〕定向耦合器〔c〕波分复用器/解复用器<也称合波器/分波器>〔d〕2.基本结构耦合器基本类型主要有光纤型、微器件型和波导型三种〔参多媒体〕。3.主要特性耦合器主要特性参数：耦合比：功率分路损耗：附加损耗：插入损耗：方向DIR<隔离度>：一致性U：不同输入端得到的耦合比的均匀性,或者不同输出端耦合比的等同性。3.3.3光隔离器与光环行器互易器件与非互易器件的区别是什么？隔离器就是一种非互易器件,插入损耗的典型值约为1dB。隔离器工作原理如下图所示：教师备课纸3.3.4光环行器一般有三个或四个端口,主要用于光分插复用器。3.3.5光调制器<以马赫-曾德尔干涉型调制器为例>3.3.6光开关分为两大类：机械光开关；固体光开关。教师备课纸机械光开关的优点是插入损耗小,串扰小,适合各种光纤,技术成熟；缺点是开关速度慢。固体光开关正相反,优点是开关速度快；缺点是插入损耗大,串扰大,只适合单模光纤。作业1.光源的类型有哪些？光检测器的类型有哪些？2.各种有源光器件和无源光器件的特性与应用特点如何？3.简述半导体激光器的发光原理。教学总结本次课全面对通信用光器件进行讲解,运用多媒体图片演示、理论分析、特性对比、分类、列表等多种方法,层次清晰,结构鲜明,重难点突出、课堂气氛活跃,与学生互动积极,教学效果好。教师备课纸第6次课题4.1~4.3、光发射机、光接收机与线路编码目的要求1.掌握光发射机的基本结构、原理与主要特性2.掌握光接收机的基本结构、原理与主要特性3.理解数字光纤通信的线路编码原理与分类教学重点1.光端机的基本结构和原理2.线路编码的原理教学难点1.理想光接收机的量子极限与误码率分析2.光发射机的调制特性分析教学课时6教学方法演示法、讲授法、练习法、讨论法教学内容和步骤4.1光发射机光发射机的功能是把电端机输出的基带信号转换为光信号,并用耦合技术有效注入光纤线路。调制分为直接调制和外调制两种方式。4.1.1光发射机基本组成光发射机主要有光源和电路两部分。1.光源是光发射机的核心器件。对其要求如下：<1>发射的光波长应和光纤低损耗"窗口"一致,即中心波长应在0.85μm、1.31μm和1.55μm附近。<2>电/光转换效率要高。教师备课纸<3>调制速率要高,响应速度要快。<4>器件温度稳定性好,可靠性高,寿命长。<5>体积小,重量轻,安装使用方便,价格便宜。2.调制电路和控制电路直接光强调制的数字光发射机主要电路有调制电路、控制电路、线路编码电路和偏置电路。对其要求如下：<1>输出光脉冲的通断比<全"1"码平均光功率和全"0"码平均光功率的比值,或消光比的倒数>应大于10,以保证足够的光接收信噪比。<2>输出光脉冲的宽度应远大于开通延迟<电光延迟>时间,光脉冲的上升时间、下降时间和开通延迟时间应足够短,以便在高速率调制下,输出的光脉冲能准确再现输入电脉冲的波形。<3>对激光器应施加足够的偏置电流,以便抑制在较高速率调制下可能出现的X弛振荡,保证发射机正常工作。<4>应采用自动功率控制<APC>和自动温度控制<ATC>,以保证输出光功率有足够的稳定性。3.线路编码电路因为电端机输出的数字信号是适合电缆传输的双极性码,而光源不能发射负脉冲,所以要变换为适合于光纤传输的单极性码。4.1.2调制特性1.电光延迟和X弛振荡现象2.自脉动现象教师备课纸3.结发热效应4.1.3调制电路和自动功率控制数字调制电路应采用电流开关电路,常用的是差分电流开关电路。工作时,LD输出光功率可能会发生变化,为保证输出光功率的稳定,必须采用APC电路。4.1.4温度特性和自动温度控制4.2光接收机4.2.1光接收机基本组成直接强度调制、直接检测方式的数字光接收机主要包括光检测器、前置放大器、主放大器、均衡器、时钟提取电路、取样判决器以与自动增益控制<AGC>电路。1.光检测器光检测器是光接收机实现光/电转换的关键器件。对其要求如下：<1>波长响应与光纤低损耗窗口<0.85μm、1.31μm和1.55μm>兼容；<2>响应度要高,在一定的接收光功率下,能产生最大的光电流；<3>噪声要尽可能低,能接收极微弱的光信号；<4>性能稳定,可靠性高,寿命长,功耗和体积小。光检测器主要有PIN光电二极管和雪崩光电二极管<APD>。2.放大器前置放大器应是低噪声放大器,其噪声对光接收机灵敏度影响很大。主放大器一般是多级放大器,它的作用是提供足够的增益,并通过它教师备课纸实现自动增益控制<AGC>,以使输入光信号在一定X围内变化时,输出电信号保持恒定。它和AGC电路共同决定着光接收机的动态X围。3.均衡和再生均衡的目的是对经光纤传输、光/电转换和放大后已产生畸变<失真>的电信号进行补偿,使输出信号的波形适合于判决<一般用具有升余弦谱的码元脉冲波形>,以消除码间干扰,减小误码率。再生电路包括判决电路和时钟提取电路,它的功能是从放大器输出的信号与噪声混合的波形中提取码元时钟,并逐个地对码元波形进行取样判决,以得到原发送的码流。4.光电集成接收机4.2.2噪声特性三种前置放大器的噪声比较：<1>双极型晶体管前置放大器的主要特点是输入阻抗低,电路时间常数RC小于信号脉冲宽度T,因而码间干扰小,适于高速率传输系统。<2>场效应管前置放大器的主要特点是输入阻抗高,噪声小,高频特性较差,适用于低速率传输系统。<3>跨阻型前置放大器最大的优点是改善了带宽特性和动态X围,并具有良好的噪声特性。4.2.3误码率由于噪声的存在,放大器输出的是一个随机过程,其取样值是随机变量,因此在判决时可能发生误判,把发射的"0"码误判为"1"码,教师备课纸或把"1"码误判为"0"码。光接收机对码元误判的概率称为误码率<在二元制的情况下,等于误比特率BER>,用较长时间间隔内,在传输的码流中,误判的码元数和接收的总码元数的比值来表示。4.2.4灵敏度灵敏度是衡量光接收机性能的综合指标。灵敏度Pr的定义：在保证通信质量<限定误码率或信噪比>的条件下,光接收机所需的最小平均接收光功率〈P〉min,并以dBm为单位。提问：理想光接收机的灵敏度可以达到多少?影响光接收机的灵敏度有哪些因素?1.理想光接收机的灵敏度假设光检测器的暗电流为零,放大器完全没有噪声,系统可以检测出单个光子形成的电子-空穴对所产生的光电流,这种接收机称为理想光接收机。它的灵敏度只受到光检测器的量子噪声的限制,量子噪声是伴随光信号的随机噪声,只要有光信号输入,就有量子噪声存在。对于数字光纤通信系统,一般至少要有21个光子产生的光电流,才能保证判决时误码率满足要求,这是光接收机可能达到的最高灵敏度,这个极限值是由量子噪声决定的,所以称为量子极限。2.影响光接收机灵敏度的因素影响实际光接收机灵敏度的因素很多,在限定误码率的条件下,决定光接收机灵敏度的主要因素是传输速率和光检测器、前置放大器的特教师备课纸性,特别是噪声特性。4.2.5自动增益控制和动态X围由于前置放大器输出信号幅度较大,所以主放大器的噪声通常不必考虑。主放大器一般由多级放大器级联构成,其功能是提供足够的增益A,以满足判决所需的电平,主放大器的另一个功能是实现自动增益控制<AGC>,使光接收机具有一定的动态X围,以保证在入射光强度变化时输出电流基本恒定。动态X围<DR>的定义是：在限定的误码率条件下,光接收机所能承受的最大平均接收光功率〈P〉max和所需最小平均接收光功率〈P〉min的比值,用dB表示。动态X围是光接收机性能的另一个重要指标,它表示光接收机接收强光的能力,数字光接收机的动态X围一般应大于15dB。4.3线路编码在光纤通信系统中,从电端机输出的是适合于电缆传输的双极性码。光源不可能发射负光脉冲,因此必须进行码型变换,以适合于数字光纤通信系统传输的要求。数字光纤通信系统普遍采用二进制二电平码,即"有光脉冲"表示"１"码,"无光脉冲"表示"0"码。但简单的二电平码会带来如下问题：<1>在码流中,出现"１"码和"0"码的个数是随机变化的,因而直流分量也会发生随机波动<基线漂移>,给光接收机的判决带来困难；<2>在码流中,容易出现长串连"１"码或长串连"0"码,这样可能教师备课纸造成位同步信息丢失,给定时提取造成困难或产生较大的定时误差；<3>不能实现在线误码检测,不利于长途通信系统的维护。4.3.1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加以变换,使其接近于随机序列。相应地,在光接收机的判决器之后,附加一个解扰器,以恢复原始序列。扰码与解扰可由反馈移位寄存器和对应的前馈移位寄存器实现。例如：扰码前：1100000011000…扰码后：1101110110011…扰码仍具有下列缺点：不能完全控制长串连"１"和长串连"0"序列的出现；没有引入冗余字节,不能进行在线误码监测；信号频谱中接近于直流的分量较大,不能解决基线漂移。4.3.2mBnB码mBnB码是把输入的二进制原始码流进行分组,每组有m个二进制码,记为mB,称为一个码字,然后把一个码字变换为n个二进制码,记为nB,并在同一个时隙内输出。这种码型是把mB变换为nB,所以称为mBnB码,其中m和n都是正整数,n>m,一般选取n=m+1。mBnB码有1B2B、3B4B、5B6B、8B9B、17B18B等。1.mBnB码编码原理教师备课纸最简单的mBnB码是1B2B码,即曼彻斯特码,这就是把原码的"０"变换为"01",把"1"变换为"10"。一些禁止使用的码字,称为禁字,例如0000和1111。码字数字和是在nB码的码字中,用"-1"代表"0"码,用"+1"代表"１"码,整个码字的代数和即为WDS。nB码的选择原则是尽可能选择|WDS|最小的码字,禁止使用|WDS|最大的码字,正组和负组交替使用。我国3次群和4次群光纤通信系统最常用的线路码型是5B6B码。mBnB码的缺点是传输辅助信号比较困难。2.编译码器两种编译码电路：一种是组合逻辑电路；另一种是把设计好的码表全部存储到一块只读存储器<PROM>内而构成。4.3.3插入码插入码是把输入二进制原始码流分成每m比特<mB>一组,然后在每组mB码末尾按一定规律插入一个码,组成m+1个码为一组的线路码流。根据插入码的规律,可以分为mB1C码、mB1H码和mB1P码。1.插入码的编码原理mB1C码的编码原理：把原始码流分成每m比特<mB>一组,然后在每组mB码的末尾插入1比特补码,这个补码称为C码,所以称为mB1C码。补码插在mB码的末尾,使连"0"码和连"1"码的数目最少。例如：教师备课纸…………C码的作用是引入冗余码,可以进行在线误码率监测；同时改善了"0"码和"1"码的分布,有利于定时提取。mB1H码是mB1C码演变而成的,即在mB1C码中,扣除部分C码,并在相应的码位上插入一个混合码<H码>,所以称为mB1H码。所插入的H码可以根据不同用途分为三类：第一类是C码,它是第m位码的补码,用于在线误码率监测；第二类是L码,用于区间通信；第三类是G码,用于帧同步、公务、数据、监测等信息的传输。它的优点是码速提高不大,误码增值小；可以实现在线误码检测、区间通信和辅助信息传输。缺点是码流的频谱特性不如mBnB码。但在扰码后再进行4B1H变换,可以满足通信系统的要求。mB1P码称为奇偶校验码,作用和C码相似,但有以下两种情况：<1>P码为奇校验码时,其插入规律是使m+1个码内"1"码的个数为奇数,例如：…………当检测得m+1个码内"１"码为奇数时,则认为无误码。<2>P码为偶校验码时,其插入规律是使m+1个码内"１"码的个数为偶数,例如：……教师备课纸……当检测得m+1个码内"１"码为偶数时,则认为无误码。2.编译码器和mBnB码不同,mB1H码没有一一对应的码结构,所以mB1H码的变换不能采用码表法,一般采用缓存插入法来实现。如4B1H编码电路。作业1.光发射机主要包括哪几部分？光接收机包括哪几部分？2.动态X围DR的定义和物理意义是什么？3.简述线路编码的必要性和分类。教学总结本次课主要对光端机与线路编码进行综合讲述,结构分明,层次清晰,侧重点突出,采用多媒体图形辅助,公式推演得出结论,并举例论证,课堂多次提问,学生互动积极,教学效果良好。教师备课纸第7次课题5.1~5.3、模拟光纤通信系统目的要求1.理解模拟光纤通信系统常用调制方法2.掌握直接光强调制模拟光纤通信系统结构、原理与特性3.掌握副载波复用模拟光纤通信系统的结构、原理与特性教学重点1.模拟光纤通信系统常见调制方法2.两种常见模拟光纤通信系统的原理与主要特性教学难点1.外调制的基本原理2.载噪比与信噪比的异同点教学课时6教学方法讲授法、探究法、演示法教学内容和步骤5.1调制方式5.1.1模拟基带直接光强调制模拟基带直接光强调制<DIM>是用承载信息的模拟基带信号,直接对发射机光源<LED或LD>进行光强调制,使光源输出光功率随输入模拟基带信号的幅值变化而变化。5.1.2模拟间接光强调制模拟间接光强调制方式是先用承载信息的模拟基带信号进行电的预调制,然后用这个预调制的电信号对光源进行光强调制<IM>。这种系统又称为预调制直接光强调制光纤传输系统。1.频率调制<FM>教师备课纸频率调制方式是先用承载信息的模拟基带信号对正弦载波进行调频,产生等幅的频率受调的正弦信号,其频率随输入的模拟基带信号的瞬时值而变化,然后用这个正弦调频信号对光源进行光强调制,形成FM-IM光纤传输系统。2.脉冲频率调制<PFM>脉冲频率调制方式是先用承载信息的模拟基带信号对脉冲载波进行调频,产生等幅、等宽的频率受调的脉冲信号,其脉冲频率随输入的模拟基带信号的瞬时值而变化,然后用这个脉冲调频信号对光源进行光强调制,形成PFM-IM光纤传输系统。3.方波频率调制<SWFM>方波频率调制方式是先用承载信息的模拟基带信号对方波进行调频,产生等幅、不等宽的方波脉冲调频信号,其方波脉冲频率随输入的模拟基带信号的幅度而变化,然后用这个方波脉冲调频信号对光源进行光强调制,形成SWFM-IM光纤传输系统。5.1.3频分复用光强调制频分复用光强调制方式是用每路模拟电视基带信号,分别对某个指定的射频<RF>电信号进行调幅<AM>或调频<FM>,然后用组合器把多个预调RF信号组合成多路宽带信号,再用这种多路宽带信号对光源进行光强调制。光载波经光纤传输后,由远端接收机进行光/电转换和信号分离。因为传统意义上的载波是光载波,为区别起见,把受模拟基带信号预调制的RF电载波称为副载波,这也称为副载波复用<SCM>。教师备课纸SCM模拟电视光纤传输系统的优点：<1>一个光载波可以传输多个副载波,各个副载波可以承载不同类型的业务,有利于数字和模拟混合传输以与不同业务的综合和分离。<2>SCM系统灵敏度较高,又无需复杂的定时技术,FM/SCM可以传输60～120路模拟电视节目,制造成本较低。<3>这种系统不仅可满足目前社会对电视频道日益增多的要求,而且便于在光纤与同轴电缆混合的有线电视系统<HFC>中采用。5.2模拟基带直接光强调制光纤传输系统模拟基带直接光强调制<DIM>光纤传输系统由光发射机<光源通常为发光二极管>、光纤线路和光接收机组成。5.2.1特性参数评价模拟信号直接光强调制系统传输质量的最重要特性参数是信噪比<SNR>和信号失真<信号畸变>。1.信噪比系统的信噪比SNR定义为接收信号功率S和噪声功率<NP>的比值。2.信号失真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。我们暂略去光纤传输和光检测器在光/电转换过程中产生的非线性失真,只讨论光源LED的非线性失真。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。教师备课纸在模拟电视光纤传输系统中,最广泛使用的电路是微分四点相位补偿电路和微分四点增益补偿电路。5.2.2光端机光端机包括光发射机和光接收机。1.光发射机模拟基带直接光强调制光纤电视传输系统对光发射机的基本要求是：<1>发射<入纤>光功率要大,以利于增加传输距离；<2>非线性失真要小,以利于减小微分相位<DP>和微分增益<DG>,或增大调制指数m<mTV>；<3>调制指数m<mTV>要适当大。m大,有利于改善SNR,但m太大,不利于减小DP和DG；<4>光功率温度稳定性要好。2.光接收机模拟基带直接光强调制光纤电视传输系统对光接收机的基本要求是：<1>信噪比<SNR>要高；<2>幅频特性要好；教师备课纸<3>带宽要宽。5.2.3系统性能模拟基带直接光强调制光纤电视传输系统主要技术参数举例如下：<1>视频部分：带宽0～6MHzSNR≥50dB<未加校>DG4%DP4%发射光功率≥15dBm<32μW>接收灵敏度≤30dBm<2>伴音部分：带宽0.04～15kHz输入输出电平0dBrSNR55dB<加校>畸变2%教师备课纸5.3副载波复用光纤传输系统N个频道的模拟基带电视信号分别调制频率为f1,f2,f3,…,fN的射频<RF>信号,把N个带有电视信号的副载波f1s,f2s,f3s,…,fNs组合成多路宽带信号,再用这个宽带信号对光源<一般为LD>进行光强调制,实现电/光转换。光信号经光纤传输后,由光接收机实现光/电转换,经分离和解调,最后输出N个频道的电视信号。我们主要讨论残留边带调幅副载波复用<VSB-AM/SCM>模拟电视光纤传输系统。5.3.1特性参数评价副载波复用模拟电视光纤传输系统传输质量的特性参数主要是载噪比<CNR>和信号失真。1.载噪比载噪比CNR的定义：把满负载、无调制的等幅载波置于传输系统,在教师备课纸规定的带宽内特定频道的载波功率<C>和噪声功率<NP>的比值,并以dB为单位。提高CNR是系统设计中的重要问题,增大P不一定能提高CNR。为了提高CNR,增大m是可取的,但是增大m又会使激光器的线性劣化,要用预失真技术来补偿。综合各种因素,最好采用适当低的光功率和适当大的调制指数。2.信号失真组合二阶互调<CSO>失真：组合三阶差拍<CTB>失真：CSO和CTB将以噪声形式对图像产生干扰,为减小干扰,可以采用如下方法：<1>采用合理的频道频率配置,改善CSO和CTB；<2>限制调制指数m,以保证CSO和CTB符合规定的指标；<3>采用外调制技术,消除线性调频<chirp>产生的信号失真,改善CSO和CTB。5.3.2光端机1.光发射机对残留边带-调幅光发射机的基本要求是：<1>输出光功率要足够大,输出光功率线性要好；<2>调制频率要足够高,调制特性要平坦；<3>输出光波长应在光纤低损耗窗口,谱线宽度要窄；教师备课纸<4>温度稳定性要好。目前可供选择的光发射机有：<1>直接调制1310nm分布反馈<DFB>激光器光发射机<2>外调制1550nm分布反馈<DFB>激光器光发射机<3>外调制掺钕钇铝石榴石<Nd：YAG>固体激光器光发射机2.光接收机对残留边带-调幅光接收机的基本要求是：<1>在一定输入功率条件下,有足够大的RF输出和尽可能小的噪声,以获得大CNR或SNR；<2>要有足够大的工作带宽和频带平坦度,因而要采用高截止频率的光检测器和宽带放大器。教师备课纸5.3.3光链路性能由光发射机、光纤线路和光接收机所构成的基本光纤通信系统,作为一个独立的"光信道",在工程上一般称为光链路,光链路性能通常用在规定CSO和CTB的条件下,载噪比CNR与光链路损耗αL的关系表示,αL=Pt-P0,α和L分别为光链路的平均损耗系数和传输长度,Pt和P0分别为平均发射光功率和平均接收光功率。VSB-AM/SCM系统对光纤链路的要求参课件。作业1.模拟调制的方式有哪些？各有何基本特点？2.信噪比和载噪比有何异同点？定义如何？3.简述模拟通信系统的信号失真主要有哪些？如何避免？教学总结授课采用多媒体图形辅助,分层次对本章节进行深入浅出的讲述,重点难点突出,通过比较、公式推演等方式清晰透明地向学生传授所需掌握的知识,课堂氛围良好,学生反映积极。教师备课纸第8次课题6.1~6.3数字光纤系统传输体制、SDH帧、复用映射结构目的要求1.理解两种数字传输体制的异同点与优缺点2.理解并掌握SDH帧结构与功能3.掌握SDH复用映射结构与原理4.理解并掌握E1信号复用到STM-1的原理教学重点1.SDH帧结构与功能分析2.SDH基本映射单元与一般复用映射结构3.SDH复用映射的原理教学难点1.各种光同步传输模块中帧分区容量的计算方法2.SDH复用映射的原理教学课时6教学方法练习法、演示法、讲授法、讨论法教学内容和步骤本次课需要弄清的问题是什么？1.两种数字传输体制的有何异同点与优缺点？2.SDH是什么样的帧结构？其各部分的功能大致如何？3.不同的光同步传输模块的各帧分区的容量如何确定？4.SDH的基本映射单元有哪些？其复用映射结构与原理是怎样的？5.如何以E1〔2.048Mb/s〕信号复用到STM-1<155.520Mb/s>模块？6.1两种传输体制两种传输体制：准同步数字系列<PDH>和同步数字系列<SDH>。教师备课纸6.1.1准同步数字系列PDH1.准同步数字系列PDH基本速率：一种是以1.544Mb/s为第一级<一次群或基群>基础速率,采用的国家有北美各国和日本；另一种是以2.048Mb/s为第一级<一次群>基础速率,采用的国家有西欧各国和中国。2.PDH的缺点：<1>北美、西欧和亚洲所采用的三种数字系列互不兼容,没有世界统一的标准光接口；<2>各种复用系列都有其相应的帧结构,没有足够的开销比特,使网络设计缺乏灵活性,不能适应电信网络不断扩大、技术更新的要求；<3>复分接必须逐级进行,不能直接分插,因而复接/分接设备结构复杂,上下话路价格昂贵。6.1.2同步数字系列SDH1.SDH网络拓扑SDH不仅适合于点对点传输,而且适合于多点之间的网络传输。2.SDH主要特点<1>SDH采用世界上统一的标准传输速率等级；<2>SDH各网络单元的光接口有严格的标准规X；<3>SDH帧结构中,丰富的开销比特用于网络的运行、维护和管理,便于实现性能监测、故障检测和定位、故障报告等管理功能；<4>采用数字同步复用技术,其最小的复用单位为字节,不必进行码教师备课纸速调整,简化了复接分接的实现设备；<5>采用数字交叉连接设备DXC可以对各种端口速率进行可控的连接配置,对网络资源进行自动化的调度和管理,既提高了资源利用率,又增强了网络的抗毁性和可靠性。3.数字交叉连接设备数字交叉连接设备<DXC>相当于一种自动的数字电路配线架。通常用DXCX/Y来表示一个DXC的配置类型,第一个数字X表示输入端口速率的最高等级,第二个数字Y表示参与交叉连接的最低速率等级。数字0表示64kb/s电路速率；数字1、2、3、4分别表示PDH的1至4次群的速率,其中4也代表SDH的STM-1等级；数字5和6分别代表SDH的STM-4和STM-16等级。例如：DXC1/0表示输入端口的最高速率为一次群的速率<E1：2.048Mb/s>,而交叉连接的基本速率为64kb/s。DXC4/1表示输入端口的最高速率为STM-1<SDH>或140Mb/s<PDH>,而交叉连接的基本速率为2.048Mb/s。数字交叉连接设备与交换机的区别有：<1>DXC的输入输出不是单个用户话路,而是由许多话路组成的群路；<2>两者都能提供动态的通道连接,但连接变动的时间尺度是不同的。前者按大量用户的集合业务量的变化与网络的故障状况来改变连接,由网管系统配置；后者按照用户的呼叫请求来建立或改变连接,由信教师备课纸令系统实现呼叫连接控制。<3>DXC在干线传输网中的主要用途是实现自动化的网络配置管理。6.2SDH帧结构与功能分析6.2.1STM-N帧结构6.2.2帧结构特点分析：1.以字节为基础的块状帧,且每字节为8bit2.传输方向：先从左至右,再从上至下3.帧周期为125微秒,即每秒传输8000帧提问：SDH基本传输模块STM-1传输速率为多少？6.2.3帧的各分区功能分析：1.段开销SOH<SectionOverhead〕段开销是保证信息正常传输所必需的附加字节,主要用于运行、维护和管理,如帧定位、误码检测、公务通信和自动保护倒换等,它包括再生段开销〔RSOH或SOH〕和复用段开销〔MSOH或LOH〕。教师备课纸A1、A2代表帧定位字节,其功能是识别帧的起始位置,从而实现帧同步。A1=11110110,A2=00101000。J0为再生段踪迹字节,该字节用来重复发送段接入点识别符,以便段接收机据此确认其与指定的发射机是否处于连续的连接状态。D1～D12为数据通信通路〔DCC〕,D1～D12字节提供SDH管理网〔SMN〕的传送链路。E1、E2为公务联络字节,E1提供RSOH的公务联络的64kb/s的语音通路,而E2提供MSOH公务管理的64kb/s的语音通路。F1为使用者通路,留给使用者〔通常是网络提供者〕,是为特定维护目的而提供的临时数据/语音通路连接,速率为64kb/s。K1、K2〔b1～b5〕为自动保护倒换〔APS〕通路,当通路出现故障时,发送自动保护倒换指令。K2〔b6～b8〕为复用段的远端缺陷〔MSRDI〕指示字节。当K2字节教师备课纸的后3位发送的信号解扰码为"110"时,表示检测到上游段缺陷或收到复用段告警指示信号。S1〔b5～b8〕为同步状态字节。S1字节的后4位的不同编码表示不同的同步状态,例如"0000"表示同步质量不知道,"1111"表示不应用作同步等。同步信息编码如表所示。B1为比特间插奇偶校验8位码〔BIP8〕,用来实现不中断业务的再生段误码监测。B2为比特间插奇偶校验24×N位码〔BIP24×N〕,用来实现不中断业务的复用段的误码监测。M1可以用来指示复用段的远端差错〔MAREI〕,但是对于不同的STM等级,M1的意义不同。教师备课纸2.信息净载荷<Payload>信息净载荷区是SDH帧内用于承载各种业务信息的部分。其间包含有少量用于运行、维护和管理的通道开销字节<POH>,POH通常被视为净负荷的一部分。3.管理单元指针<AU-PTR>管理单元指针主要用于指示Payload第一个字节在帧内的准确位置<即相对于标准指针位置的偏移量>,接收端根据指针可以准确地进行净载荷的分离、同步和帧定位。SDH利用这种创新的动态指针技术,结合传统的两种码速调整技术与SDH所独有的虚容器VC的概念,解决了低速支路信号复接到高速信号时同步问题。6.2.4各分区容量的具体计算办法以STM-1为例,其传输速率则为9×270×8×8000=155.520Mb/s。提问：1.试计算STM-4模块中RSOH、POH、AU-PTR容量大小？2.试计算STM-64模块的传输速率？教师备课纸6.3SDH的复用映射结构与原理6.3.1基本映射单元的结构与功能1.容器〔C〕容器是用来装载各种速率业务信号的信息结构,主要完成PDH信号和虚容器VC之间的适配功能。ITU-T规定了5种标准容器,即C11、C12、C2、C3、C4,分别对应的速率为1544kb/s、2048kb/s、6312kb/s、34368kb/s、139264kb/s。其中C4为高阶C,其余的为低阶C。我国SDH复用结构中,仅用了3种容器,即C-12,C3和C4。2.虚容器〔VC〕虚容器是用来支持SDH通道层连接的信息结构。它由标准容器C的信号再加上用以对信号进行维护和管理的通道开销〔POH〕构成的。它分为高阶VC和低阶VC。VC-11、VC-12、VC-2和TU-3之前的VC-3为低阶虚容器,VC-4和AU-3前的VC-3为高阶虚容器。3.支路单元〔TU〕支路单元是为低阶通道层和高阶通道层之间提供适配功能的一种信息结构。它由一个低阶VC和一个指示此低阶VC在相应的高阶VC中的初始字节位置的指针TU-PTR组成。4.支路单元组〔TUG〕支路单元组由一个或多个在高阶VC净负荷中占据固定位置的支路单元组成。教师备课纸VC-4/3中有TUG-3和TUG-2两种支路单元组。1个TUG-2由1个TU-2或3个TU-12或4个TU-11组合而成。一个TUG-3由1个TU-3或7个TUG-2组合而成。一个VC-4可容纳3个TUG-3,一个VC-3可容纳7个TUG-2。5.管理单元〔AU〕管理单元是在高阶通道层和复用段层之间提供适配功能的信息结构。它由高阶VC和指示高阶VC在STM-N中的起始字节位置的管理单元指针〔AU-PTR〕组成。高阶VC在STM-N中的位置是浮动的,但AU-PTR在SDH帧结构中的位置是固定的。6.管理单元组〔AUG〕在STM-N净负荷中占据固定位置的一个或多个管理单元AU就组成了管