【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) 本章內容： 通信網(wǎng)簡介 兩種傳輸體質 系統(tǒng)的性能指標 系統(tǒng)的設計 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 按照所能實現(xiàn)的業(yè)務種類，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)絡所服務的范圍：通信網(wǎng)可分為本地網(wǎng)、長途網(wǎng)和國際網(wǎng)等。 ③ 按基本結構形式，通信網(wǎng)可分為：總線形、環(huán)形、星形、網(wǎng)形和復合型五種基本結構形式。 3 通信網(wǎng)簡介 總線型結構網(wǎng)絡是一種非常典型的網(wǎng)絡結構，它可以將多臺計算機和終端設備進行連接 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入傳輸光纖，或實現(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 星型結構具有 交換 的功能，使之有別于總線型網(wǎng)絡結構 星型網(wǎng)絡結構如圖 513所示，從圖中可以看出，它是利用點對點的光纖傳輸，將所有節(jié)點與一個中心節(jié)點實現(xiàn)互連，這個節(jié)點通常是采用星型耦合器 圖 513 星型網(wǎng)絡結構示意圖 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)形結構 在環(huán)形結構中，是通過光纖將多個節(jié)點依次進行連接，從而構成單個封閉的環(huán)路，如圖 515所示。每個節(jié)點都是由轉發(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)可以沿著各轉發(fā)器在環(huán)上一位位的串行傳輸 圖 515 環(huán)形網(wǎng)絡結構 節(jié)點 4 3 2 1 N N1 通信網(wǎng)簡介 6 通信網(wǎng)簡介 構成通信網(wǎng)的 基本要素 ： 終端設備、傳輸鏈路、轉接交換設備、接入部分。 終端設備： 通信網(wǎng)中的源點和終點。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)絡節(jié)點的連接媒介，是信息和信號的傳輸通路。 7 通信網(wǎng)簡介 轉換交換設備： 現(xiàn)代通信網(wǎng)的核心?；竟δ埽和瓿山尤虢粨Q點鏈路的匯集，轉接接續(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)務節(jié)點接口和用戶網(wǎng)絡接口之間的傳送實體，通過標準接口將用戶接入到業(yè)務節(jié)點。 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 多路復用技術 有： 頻分復用（ FDM）、時分復用（ TDM）、碼分復用（ 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，由此達到線路復用的目的。 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，要實現(xiàn)時分復用，就要先將模擬信號轉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。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制碼元。解碼是將一組二進制碼元還原成相應信號幅度的量化值。 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，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，就實現(xiàn)了 信道的 PCM復用 。 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用制式： 30/32路幀結構和 24路幀結構。我國采用的是 30/32幀路結構方式，即每一幀占 125us,分為 32個時隙，一次復用后的基群復用速度為 bit/s。 13 圖 數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的組成原理圖 P C M端機輸入輸入接口電信號光發(fā)送機光信號光中繼光纖線路 光纖線路光信號光接收機電信號輸出接口P C M端機輸出 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 時分復用 ， 是指不同的信號在同一個信道上占用不同的時隙 。 復用又分為若干等級 ， 先后有兩種傳輸體制 。 準同步數(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)標準化組織 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用作信令及復幀同步信號的傳輸 。 PDH數(shù)字復用體系 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 ） 又可以復用到二次群 ， 幾個二次群又可復用到三次群 …… 。 表 PDH各次群的標準比特率 。 PDH數(shù)字復用體系 19 表 PDH各次群的標準比特率 20 ? PDH可以很好地適應傳統(tǒng)的點對點通信 ， 但這種數(shù)字系列主要是為話音設計的 ， 除了低次群采用同步復接外 ， 高次群均采用異步復接 ， 通過增加額外比特使各支路信號與復接設備同步 ， 雖然各支路的數(shù)字信號流標稱值相同 ， 但它們的主時鐘是彼此獨立的 。 隨著信息化社會的到來 ， 這樣的結構已遠不能適應現(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： PDH數(shù)字復用體系 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的高次群是異步復接 ， 每次復接就進行一次碼速調整 ， 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 ） 都要逐次群的復用解復用 ， 使得復用結構相當復雜 ， 缺乏靈活性 。 PDH數(shù)字復用體系 22 ? (3) 沒有統(tǒng)一的光接口 。 PDH數(shù)字體系僅僅規(guī)范了電接口的技術標準 ， 各廠家開發(fā)的光接口不兼容 ， 光路互通要先轉換為電接口 ， 因此限制了聯(lián)網(wǎng)應用的靈活性 ， 增加了網(wǎng)絡的復雜性 。 ? (4) PDH預留的插入比特較少 ， 使得網(wǎng)絡的運行 、 管理和維護 （ OAM） 較困難 ， 無法適應新一代網(wǎng)絡的要求 。 PDH數(shù)字復用體系 23 ? (5) PDH體系建立在點對點傳輸?shù)幕A上 ， 網(wǎng)絡結構較為簡單 ， 無法提供最佳的路由選擇 ， 使得設備利用率較低 。 ? PDH體系所存在的上述種種缺陷導致了一種新的數(shù)字體系 —— 同步數(shù)字體系 SDH（ Synchronous Digital Hierarchy）。 PDH數(shù)字復用體系 24 SDH成為涉及比特率、 網(wǎng)絡節(jié)點接口、 復用結構、 復用設備、 網(wǎng)絡管理、 線路系統(tǒng)、 光接口、 信息模型、 網(wǎng)絡結構等的一系列標準， 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體制。 同步數(shù)字復用體系 (SDH) 25 (1) SDH的主要特點如下： 1) SDH統(tǒng)一的標準傳輸速率等級 ， 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上進行兼容 ， 實現(xiàn)了高速數(shù)字傳輸?shù)氖澜缃y(tǒng)一標準 。 同步數(shù)字復用體系 (SDH) 26