第 5章 光纤通信系统与设计2009-12-30 第5章 光纤通信系统与设计 5.1 强度调制 -5.2 光纤通信的线路码型5.3 光纤通信的性能指标5.4 光纤通信系统设计5.4.15.4.2小结综合实验实验一 光纤通信设备的认识实验二 误码测试实验三 光纤通信系统抖动性能的测试 习题2009-12-30 2009-12-30 5.1 强度调制 -直接检测数字光纤通信系统 1.强度调制 - 直接检测数字光纤通信系统的组成图5-1 点对点 IM-DD 数字光纤通信系统结构2.PCM端机特率的数字信号。图5-2所示。把原信号的瞬时值变成一系列等距离的不连续脉冲。 的方法把它分配到有限个不同的幅度电平上。码过程也称为模/数变换,可记作A/D。2009-12-30 2009-12-30 图 5-2 PCM的编码过程3.两种数字体系制:准同步数字通信系统(PDH和同步数字通信系统 (PDH。的复接系列就称为准同步数字复接系列,即PDH。 SDH。 表5-1 PDH各次群的标准比特率表5-2 SDH速率等级 5.监视控制系统监控信号仍采用光纤传输。有如下两种方式: 频分复用传输方式。 时分复用方式 个主信号进行脉冲浅调幅,即使监控信号“载”在主信号脉冲的顶 上,用来传输监控信号,此外还可传输公务区间通信等信号。 1.分组码8B9B和17B18B等。最简单的mBnB码是1B2B码,它是把原信息码的 “ 0” “ 01” ,把 “ 1” 变换为 “ 10” 。因此最大的连 “ 0” 和连 “ 1” 两个,例如1001和0110。但是码速率提高了1倍。 mBnB码的缺点是传输辅助信号比较困难。 2.插入码mB1H码和mB1P码等。(1mB1C码所以称为mB1C码。例如:m B 码 100110001101 m BlC 码 1001110100101010 (2mB1H码 m B 码 100000001110 m BlP 码1000000100101101(3mB1P码 P码为奇校验码时,其插入规律是使m+1个码内 “ 1” 为奇数,例如: P码为偶校验码时,其插入规律是使m+1个码内 “ 1数为偶数,例如:m B 码 100000001110m BlP 码10010000001111003. 1B2B 码(1 CMI 码CMI 码又称传号反转码,它是一种 1B2B的 “ 0” 码用 “ 01” 码代替,原码的 “ 1” 码用 “ 00” 或 “ 11” (2双相码双相码又称分相码。也是一种 1B2B码用 “ 01” 码代替,原码的 “ 1” 码用 “ 10” 代替。(3 DMI 码DMI 码又称不同模式反转码,它是一种 1B2B原码的 “ 1” 码用 “ 00” 或 “ 11” 交替代替。原码的 “ 0” 时用 “ 01” 代替,前二个码为 “ 10” , “ 00” 时用 “ 4.扰码SDH 光纤通信系统中广泛使用的是加扰的 NRZ定规则对信号码流进行扰码,经过扰码后使线路码流中的 “ 0出现的概率相同,因此码流中不会出现长连 “ 0” 或长连 “ 1” 从而有利于接收端提取时钟信号。信号序列扰乱方法有:zz图 5-6所示为一个五级扰码器和解扰器的构成。 图 5-6 扰乱器与解扰器的构成 5.3 光纤通信的性能指标 抖动性能。1.误码性能 它反映数字信息在传输过程中收到损伤的程度。 可用下式表示:(5-8B E B B BER E= 在系统中有效瞬间可以是一个明显的可辨的数字信号上任何一个固定 点。在数字传输中,随着传输速率的提高,脉冲的宽度和间隔越窄,抖 动的影响就越显著。因为抖动使接收端脉冲移位,从而可能把 “ 1” 判为 “ 0” ,或把 “ 0” 判为 “ 1” ,造成误码。 抖动可以分为相位抖动和定时抖动。所谓相位抖动,是指传输过程中 在数字传输系统中,抖动的来源有以下几个方面:线路系统的抖动、随 机性抖动源、系统抖动源、复用器的抖动、PDH复用器的抖动和SDH复用 器的抖动。 抖动的大小或幅度通常可用时间、相位度数或数字周期来表示。根据 ITU建议,普遍采用数字周期来度量,即用 “ 单位间隔 ” 或称时隙(UI 来表示。当脉冲信号为二电平NRZ时,1UI相当于1比特信息所占用的时 间,它在数值上等于传输比特率的倒数。即 不同的码速率,1UI的时间是不同的,见表5-7,很显然不同的码速 率,1UI的时间相差非常大,一般用抖动占UI的相对值来表示。bf UI /1= 表5-7 不同码速率对应的1UI的时间(2抖动特性的指标动容限和输出抖动容限。码速(Mb/s2.0488.44834.368139.264单位抖(ns 48811829.17.18 框图与图5-8相似,只是去掉了正弦信号发生器。 增益。测出不同频率下的抖动增益即得抖动转移特性。 CCITT建议最大增益应小于1 dB。 5.4 光纤通信系统设计坏值选取,而不管其具体分布如何。按照ITU T建议G.957的规定,允许的光通道损耗P SR 为 P SR =PT P R P P (5-9 P T 为光发送功率;P R 为光接收灵敏度;P P P P S-R 点的允许损耗为(5-10式中 A f 表示再生段平均光缆衰减系数(dB/km,A S 是再生段平均接头损耗(dB ,L f 是单盘光缆的盘长(km ,M c 是光缆富余度(dB/km,A C 是光纤配线盘上的附加活动连接器损耗(dB 5-1Cc fS f SR 2A L M L L A L A P += 5.4.1 损耗受限系统的再生段距离的设计(所以 (其中 (5LM L AA A M P A A M P L M L L A L A P P +=+= (221c fSf S e P C Ce P c f S f R T cfSf Se P C R T l 2M L AA A MP A P P L +=nA ni /1fi f =1/(1si S =n A n 式中P T 为发送光功率(dBm,P R 为光接收灵敏度 (dBm,A C (dB,P P 为光通道功率代价(dB,由反射功率代价P r 散功率代价P d 组成,M e 为系统设备富裕度(dB,M c 度(dB/km,n是再生段内所用光缆的盘数,fi 的衰减系数(dB/km,A f 表示再生段平均光缆衰减系数 (dB/km,si 是单个光纤接头的损耗(dB,A S均接头损耗(dB。 采用最坏值法设计时,再生段距离L l的计算公式(5 可以简化为下式 (cfsmfm smem Pm Cm Rm Tm l 2M L A A A M P A P P L +=+-5.4.2 色散受限系统的再生段距离的设计 啁啾等。(1光纤色度色散(2模分配噪声声称为模分配噪声。 5.4.2 色散受限系统的再生段距离的设计 (3频率啁啾是所谓的啁啾声现象。 求,单独讨论色散效应随着传输距离的积累最终允许严重到 什么程度。如图 5-10所示,设发送机输出的是一个规整的 “ 101”展宽,直至两个 “ 1” 码出现码间重叠。 图 5-10 “101” 码组在传输过程中的畸变展宽重叠 5.4.2 色散受限系统的再生段距离的设计L d =DSR /Dm (5-16其中 D SR 为 S 点和 R 标准表格中查到, D m 数,单位为 ps/(nmkm(1多纵模激光器(MLM-LD 和发光二极管(LED (5-17式中 f b 是线路信号比特率,单位为 Mbit/s; D m 数,单位为 ps/(nmkmLD 时,取 0.115,若为发光二极管,取 =m b 6d 10D f L 5.2 色散受限系统设计(2单纵模激光器(SLM-LD (式中 为啁啾系数,当采用普通 DFB 时, 取值范围为 46值范围为 24; 为波长(单位为 nm ; f b (单位为 Tbit/s。以 2.4Gbit/s系统为例,假设工作波长 为 1550nm , 17ps/(nm km ,则采用普通量子阱激光器(设 =3=0.5后,传输距离可以分别达 101km 和 2b2m C 71400f D L =5.2 色散受限系统设计 （3）采用外调制器 LC = c Dm f b 2 2 （5-19） 式中c为光速。 以2.4Gbit/s为例，=1550nm，Dm=17ps/（nmkm），则采 用MZ外调制器的系统色度色散受限距离可以延长到1 275km左右。 实际系统设计分析时，首先根据式（5-12）或（5-15）算出损 耗受限的距离，再根据式（5-16）至式（5-19）算出色散受限的距 离，最后选择其中较短的一个即为最大再生段距离。 2009-12-30 36 5.3 应用举例 以STM16长途通信系统光传输设计为例。 计划建设一条2.4Gbit/s单模光纤干线系统，系统采用单纵模激光 器，沿途具备设站条件的候选站点间的距离为（3758）km，系统 设计要求设备富余度Me为4dB，光缆富余度Mc为0.05dB/km。 根据上述58km的最长站间距离可以初选L16.2系统（其目标距 离80km），并假设工作波长为极端的1 580nm，单盘光缆的衰减系 数fi=0.22dB/km，单个光纤接头的损耗si=0.1（dB），单盘光缆 的盘长Lf=2km，活动连接器损耗AC=0.35dB，光纤色散系数Dm=20ps/ （nmkm）。依据L16.2规定，PT=（23）dBm，PR=28dBm， PP=2dB，设激光器啁啾系数的=3，则依据式（5-12）和式（5-18） 可以分别计算出： 2009-12-30 37 PT PR 2 AC PPM EAS Ll = AS Af + + MC Lf 2 (28 2 0.35 2 4 + 0.1 19.4 = = = 60( km 0.1 0.32 0.22 + + 0.05 2 71400 71400 LC = = = 82(km 2 2 2 2 3 20 1580 0.0024 Dm f b 由于LlLC，所以此系统为损耗受限系统，且能满 足58km无中继传输距离的要求。 2009-12-30 38