【正文】 第 5章 光纖通信系統(tǒng) 1 第 5章 數(shù)字光纖通信系統(tǒng) 本章內(nèi)容： 通信網(wǎng)簡介 兩種傳輸體質(zhì) 系統(tǒng)的性能指標(biāo) 系統(tǒng)的設(shè)計 2 通信網(wǎng)簡介 通信網(wǎng) ： 多用戶通信系統(tǒng)互連的通信體系。 通信網(wǎng)的 種類劃分方法 ： ① 按照所能實(shí)現(xiàn)的業(yè)務(wù)種類，通信網(wǎng)可分為：電話通信網(wǎng)，數(shù)據(jù)通信網(wǎng)，和廣播電視網(wǎng)等。 ② 按照網(wǎng)絡(luò)所服務(wù)的范圍：通信網(wǎng)可分為本地網(wǎng)、長途網(wǎng)和國際網(wǎng)等。 ③ 按基本結(jié)構(gòu)形式，通信網(wǎng)可分為：總線形、環(huán)形、星形、網(wǎng)形和復(fù)合型五種基本結(jié)構(gòu)形式。 3 通信網(wǎng)簡介 總線型結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)是一種非常典型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，它可以將多臺計算機(jī)和終端設(shè)備進(jìn)行連接 如圖，每個分站都有光發(fā)射和光接收部分，每個終端站與光纖之間都由光分支耦合器相連，這樣用戶可以通過光分支耦合器將各終端所要傳輸?shù)墓庑盘栺詈线M(jìn)入傳輸光纖，或?qū)崿F(xiàn)由傳輸光纖中分取少量光信號的操作，從而通過一條光纖傳輸多路信號，完成各終端間的數(shù)據(jù)互通 4 星型結(jié)構(gòu)具有 交換 的功能，使之有別于總線型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖 513所示，從圖中可以看出，它是利用點(diǎn)對點(diǎn)的光纖傳輸，將所有節(jié)點(diǎn)與一個中心節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)互連，這個節(jié)點(diǎn)通常是采用星型耦合器 圖 513 星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖 發(fā) 收 發(fā) 收 發(fā) 收 發(fā) 收 發(fā) 收 發(fā) 收 星型指令器 通信網(wǎng)簡介 5 環(huán)形結(jié)構(gòu) 在環(huán)形結(jié)構(gòu)中，是通過光纖將多個節(jié)點(diǎn)依次進(jìn)行連接，從而構(gòu)成單個封閉的環(huán)路，如圖 515所示。每個節(jié)點(diǎn)都是由轉(zhuǎn)發(fā)器組成，其具有發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的功能，這樣數(shù)據(jù)可以沿著各轉(zhuǎn)發(fā)器在環(huán)上一位位的串行傳輸 圖 515 環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 節(jié)點(diǎn) 4 3 2 1 N N1 通信網(wǎng)簡介 6 通信網(wǎng)簡介 構(gòu)成通信網(wǎng)的 基本要素 ： 終端設(shè)備、傳輸鏈路、轉(zhuǎn)接交換設(shè)備、接入部分。 終端設(shè)備： 通信網(wǎng)中的源點(diǎn)和終點(diǎn)。除了信源和信宿之外 ，還包括一部分的變換和反變換裝置。 傳輸鏈路： 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的連接媒介，是信息和信號的傳輸通路。 7 通信網(wǎng)簡介 轉(zhuǎn)換交換設(shè)備： 現(xiàn)代通信網(wǎng)的核心?；竟δ埽和瓿山尤虢粨Q點(diǎn)鏈路的匯集，轉(zhuǎn)接接續(xù)和分配。目前主要采用的是接續(xù)通話電路的電路交換方式，還有類似電報傳送的報文交換方式。 接入部分： 業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)接口和用戶網(wǎng)絡(luò)接口之間的傳送實(shí)體，通過標(biāo)準(zhǔn)接口將用戶接入到業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)。 8 通信網(wǎng)簡介 作為提高線路利用率的主要手段，目前常用的 多路復(fù)用技術(shù) 有： 頻分復(fù)用（ FDM）、時分復(fù)用（ TDM）、碼分復(fù)用（ CDM） 。 FDM系統(tǒng) 的傳輸線路上每路終端信號使用不同的頻率段。 TDM系統(tǒng) 的傳輸線路上每路終端信號使用不同的時間段。 CDM系統(tǒng) 的傳輸線路上每路終端信號使用不同的編碼方式，由此達(dá)到線路復(fù)用的目的。 9 通信網(wǎng)簡介 模擬信號的數(shù)字化： 對于時間上連續(xù)的信號，要實(shí)現(xiàn)時分復(fù)用，就要先將模擬信號轉(zhuǎn)換為時間上的離散信號，即：模擬信號數(shù)字化。 PCM (Pulse Code Modulation)：一種常用的模擬信號數(shù)字化技術(shù)。由三部分組成： 發(fā)送端、信道部分、接收端。 10 通信網(wǎng)簡介 PCM基本單元完成的信號處理過程及功能： 1. 抽樣 ：每隔一定的時間 T，抽取模擬信號的一個樣值（抽樣值）。抽樣后得到的一系列在時間上離散的抽樣值稱為抽樣值序列。 2. 量化 ：將幅度連續(xù)的抽樣信號，通過四舍五入的辦法變換為幅度離散的樣值序列，這樣就能用有限位的二進(jìn)制數(shù)字信號來表示信號的幅度。 3. 編碼和解碼 ：編碼是將抽樣并量化后的信號幅度值變換成一組二進(jìn)制碼元。解碼是將一組二進(jìn)制碼元還原成相應(yīng)信號幅度的量化值。 11 通信網(wǎng)簡介 PCM30/32系統(tǒng)： 將信道按抽樣周期 T加以分割，得到的時間段成為 幀 ，再將幀等分成 M個小時間段，每個小時間段 T/M稱為 時隙 ，在一個幀內(nèi)，為每一路終端信號的編碼信息分配一個時隙，多路終端信號交替?zhèn)鬟f，就實(shí)現(xiàn)了 信道的 PCM復(fù)用 。 根據(jù) ITUT建議，對于語音信號（ 300HZ— 3400HZ）的抽樣頻率為 8kHZ，抽樣值量化級為 256，抽樣值編碼位數(shù)為 8，即單路話音 PCM信號的傳輸速率為 8 8k=64k bit/s。 12 通信網(wǎng)簡介 PCM基群（一次群）： 目前國際上有兩種復(fù)用制式： 30/32路幀結(jié)構(gòu)和 24路幀結(jié)構(gòu)。我國采用的是 30/32幀路結(jié)構(gòu)方式，即每一幀占 125us,分為 32個時隙，一次復(fù)用后的基群復(fù)用速度為 bit/s。 13 圖 數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的組成原理圖 P C M端機(jī)輸入輸入接口電信號光發(fā)送機(jī)光信號光中繼光纖線路 光纖線路光信號光接收機(jī)電信號輸出接口P C M端機(jī)輸出 通信網(wǎng)簡介 14 ? 為了提高信道利用率 ， 可以采用多路復(fù)用的方式在同一條信道上傳輸多路信號 。 目前較常用的方式是 時分復(fù)用 ， 是指不同的信號在同一個信道上占用不同的時隙 。 復(fù)用又分為若干等級 ， 先后有兩種傳輸體制 。 準(zhǔn)同步數(shù)字系列 （ PDH） 和同步數(shù)字系列 （ SDH） . 兩種傳輸體制（ PDH、 SDH） 16 ? PDH（ Plesiochronous Digital Hierarchy） 是指準(zhǔn)同步數(shù)字體系 。 根據(jù)國際電報電話咨詢委員會CCITT（ 現(xiàn)改為國際電聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)化組織 ITUT） 議 ， PDH的基群速率有兩種 ， 即 PCM30/32路系統(tǒng)和PCM24路系統(tǒng) 。 我國和歐洲各國采用 PCM30/32路系統(tǒng) ， 其中每一幀的幀長是 125 μs， 共有 32個時隙（ TS0～ TS31） ， 其中 30個為話路 （ TS1～ TS15和TS17～ TS31） ， 時隙 TS0被用作幀同步信號的傳輸 ， 而時隙 TS16用作信令及復(fù)幀同步信號的傳輸 。 PDH數(shù)字復(fù)用體系 18 ? 每個時隙包含 8 bit， 所以每幀有 8 32=256 bit， 碼速率為 256 bit （ 1/125 μs） = Mb/s。 日本和北美使用的 PCM24路系統(tǒng) ， 基群速率為 Mb/s。 幾個基群信號 （ 一次群 ） 又可以復(fù)用到二次群 ， 幾個二次群又可復(fù)用到三次群 …… 。 表 PDH各次群的標(biāo)準(zhǔn)比特率 。 PDH數(shù)字復(fù)用體系 19 表 PDH各次群的標(biāo)準(zhǔn)比特率 20 ? PDH可以很好地適應(yīng)傳統(tǒng)的點(diǎn)對點(diǎn)通信 ， 但這種數(shù)字系列主要是為話音設(shè)計的 ， 除了低次群采用同步復(fù)接外 ， 高次群均采用異步復(fù)接 ， 通過增加額外比特使各支路信號與復(fù)接設(shè)備同步 ， 雖然各支路的數(shù)字信號流標(biāo)稱值相同 ， 但它們的主時鐘是彼此獨(dú)立的 。 隨著信息化社會的到來 ， 這樣的結(jié)構(gòu)已遠(yuǎn)不能適應(yīng)現(xiàn)代通信網(wǎng)對信號寬帶化 、 多樣化的要求 。 PDH主要存在以下缺點(diǎn)： PDH數(shù)字復(fù)用體系 21 ? (1) 我國和歐洲 、 北美 、 日本各自有不同的 PDH數(shù)字體系 ， 這些體系互不兼容 ， 造成國際互通的困難 。 ? (2) PDH的高次群是異步復(fù)接 ， 每次復(fù)接就進(jìn)行一次碼速調(diào)整 ， 因而無法直接從高次群中提取支路信息 ， 每次插入 /取出一個低次群信號 （ 上下話路 ） 都要逐次群的復(fù)用解復(fù)用 ， 使得復(fù)用結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜 ， 缺乏靈活性 。 PDH數(shù)字復(fù)用體系 22 ? (3) 沒有統(tǒng)一的光接口 。 PDH數(shù)字體系僅僅規(guī)范了電接口的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) ， 各廠家開發(fā)的光接口不兼容 ， 光路互通要先轉(zhuǎn)換為電接口 ， 因此限制了聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的靈活性 ， 增加了網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性 。 ? (4) PDH預(yù)留的插入比特較少 ， 使得網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行 、 管理和維護(hù) （ OAM） 較困難 ， 無法適應(yīng)新一代網(wǎng)絡(luò)的要求 。 PDH數(shù)字復(fù)用體系 23 ? (5) PDH體系建立在點(diǎn)對點(diǎn)傳輸?shù)幕A(chǔ)上 ， 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較為簡單 ， 無法提供最佳的路由選擇 ， 使得設(shè)備利用率較低 。 ? PDH體系所存在的上述種種缺陷導(dǎo)致了一種新的數(shù)字體系 —— 同步數(shù)字體系 SDH（ Synchronous Digital Hierarchy）。 PDH數(shù)字復(fù)用體系 24 SDH成為涉及比特率、 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接口、 復(fù)用結(jié)構(gòu)、 復(fù)用設(shè)備、 網(wǎng)絡(luò)管理、 線路系統(tǒng)、 光接口、 信息模型、 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等的一系列標(biāo)準(zhǔn)， 成為不僅適用于光纖， 也適用于微波和衛(wèi)星傳輸?shù)耐ㄐ偶夹g(shù)體制。 同步數(shù)字復(fù)用體系 (SDH) 25 (1) SDH的主要特點(diǎn)如下： 1) SDH統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)傳輸速率等級 ， 稱之為同步傳送模塊 STMN， 其中第一級為 STM1， 速率為 Mb/s。 PDH互不兼容的三套體系可以在 SDH的 STM1上進(jìn)行兼容 ， 實(shí)現(xiàn)了高速數(shù)字傳輸?shù)氖澜缃y(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn) 。 同步數(shù)字復(fù)用體系 (SDH) 26