数字光纤通信系统简介

《数字光纤通信系统简介》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数字光纤通信系统简介（7页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、浅谈数字光纤通信系统摘要当今世界， 计算机与通信技术高度结合， 光纤通信有了长足发展。 纵观当今 电信的主要技术， 光纤和光波的变革极大的提高着信息的传输容量。 因而传统的 模拟信号的传输的信息容量已经远远不能满足当前生产生活的实际技术需求， 从 上世纪开始数字信号传输已经逐步取代模拟信号， 成为当前电视、 电话、网络中 信息传输的主要方式。本文就光纤通信网络中的数字光纤通信部分进行了简要的介绍以及分析， 涉及 数字光纤通信系统基本概念特点的解析， 系统的组成结构， 主要传输体制以及线 路的编码方式。关键字 数字光纤通信系统 准同步数字系列（ PDH） 同步数字系列（ SDH） 线路编码内容一

2、数字光纤通信系统概况光纤是数字通信的理想的传输信道。 与模拟通信相比， 数字通信有许多优点， 最主要的是数字系统可以恢复因传输损失导致的信号畸变， 因而传输质量高。 大 容量长距离的光纤通信系统几乎都是采用数字传输方式。在光纤通信系统中，光纤中传输的是二进制光脉冲“ 0”码和“ 1”码，它由 二进制数字信号对光源进行通断调制而产生。而数字信号是对连续变化的模拟信 号进行抽样、量化和编码产生的，称为 PCM（pulse code modulation ），即脉冲 编码调制。这种电的数字信号称为数字基带信号，由PCMfe端机产生。二数字光纤通信系统组成数字光纤通信系统如图 1 所示，与模拟系统主要

3、区别在于数字系统中有模数 转换设备和数字复接设备，即为 PCM 端机。1.模数转换设备。 它将来自用户的模拟信号转换为对应的数字信号。 数字 复接设备则将多路低速数字信号按待定的方式复接成一路高速数字信 号，以便在单根光纤中传输。2.输入接口将来自 PCM 端机的数字基带信号适配成适合在光纤信道中传 输的形态。输入电信号光信号光信号电信号P输光光光输C入发中接出M-接送继0收接端口机光纤光纤机口机线路线路P _CM端机3.光发送机将数字电信号转换为数字光信号， 并将其反馈入光纤传输。发送端一般采用强度调制方式实现数字电信号到数字光信号的转换，即通过直接调制或者间接调制，使得“ 1”码出现时发出

4、光脉冲，而“ 0”码 出现时不发光。这种调制方式称为开关键控，即on-off key，简称 00K方式。4.在接收端，光接收机将数字光信号转换为数字电信号。 接收端一般采用直接检测方式将光脉冲信号转换成电流信号。 当光脉冲照射在光电检测 器的光敏面时就有一个相应的电流脉冲产生，从而接收到“T 码，无光时接收到“0”码。这种采用直接调制/检测方式工作的光纤通信系统 称为IM/DD 系统。同时为了提高系统的灵敏度，并检测微弱光信号，接 收端可以采用相干检测工作方式，在接收端加本振光源，使之与接收到 的微弱光信号在光电检测器中产生混频效应，并获得相应的电信号。5.接收端输出接口的功能与输入接口的功能

5、相反， 接收端 PCM 端机则完成 数字分接，将高速数字信号解复用，分解成多路低速信号，通过数模转 换将数字信号还原为模拟信号并送给用户。如果待传输的信息本身即为 数字信号，则无需转换设备。6.中继器。对于长途传输系统，每隔一定的距离必须加中继器。 光纤通信系统的中继器可以采用光-电-光方式工作，也可以采用直接光放大方式 工作。光-电-光的 3R 中继方式优点可以修复传输中的信号失真，但结 构复杂，实际应用难以实现。但直接光发大运用EDFA 勺方式放大又使得信号失真，噪声增加明显，也存在缺点。当前处于实验室研究阶段的 全光3R 中继则可以同时弥补以上两种中继方式的缺点，实现更好的中 继效果，但

6、离实际生产应用还存在一定的距离。输出图 1三数字光纤通信系统的性能指标数字光纤通信系统的基本指标是误码率 （BER ,其定义是在一定的观测时段 内，错误判决的比特数与传输的总比特数之比，即误码率=某一时段内的错误比特数/ 同一时段内传输总比特数。光纤通信系统的误码率应在10-12-10-9之间。同时，因为突发事件造成的短时间内大量误码可能造成系统传输达不到规定的误码 率指标，所以应用到其他指标作为误码率指标的补充，用来衡量系统的可用性。 比如严重误码秒比例， 为误码率超过 10-3的秒在观测时段内所占的比例， 其他的 指标均可在 ITU-T 中找到规定。四数字光纤通信的传输体制采用时分复用（T

7、DM 技术将多路数字基带信号复接成高速的单路串行信号，然后转换成光脉冲送进同一根光纤传输， 这是高速光纤数字传输的基本方式， 因 此如何将多路低速信号复接成高速信号成为了数字光纤通信传输中的重要环节。 当前有两种体制传输，即准同步数字系列（PDH 和同步数字系列（SDHoPDH早在 1976 年就实现了标准化，但是随着光纤通信技术和网络的发展，PDH 的发展遇到了很多困难。因此美国后来又提出了同步光网络（SONET 标准 1988 年， ITU-T参照 SONE 提出来 SDH 规范，现在已经成为了主要的数字传输体制，在光 纤以及微波和卫星干线的信息传输中都得到了很好的应用。（一） 准同步数字

8、系列 PDH1.PDH 简介。采用准同步数字系列（PDH）的系统，是在数字通信网的每个节点上都分别设置高精度的时钟， 这些时钟的信号都具有统一的标准 速率。尽管每个时钟的精度都很高，但总还是有一些微小的差别。为 了保证通信的质量，要求这些时钟的差别不能超过规定的范围。因此，这种同步方式严格来说不是真正的同步，所以叫做“准同步”。在北美 PDH 通常被称为异步数字体系。初期人们主要致力于复用数字音频 信号，一个带宽为 4KHz 的模拟音频信号可以每秒米样 8000 次， 每个 采样点用 8 比特量化编码，这就产生了一个比特率为 64kbit/s 的数 字音频数据流。高速信息流则被定义为多个这样的

9、64kbit/s 基本信息流的组合。对于这些高速信息流，世界上不同的地方有不同的标准。在北美， 64kbit/s 的信号被称为 DS0,1.544Mbit/s 信号被称为 DS3等，而欧洲则被标记为 E0 E2、E2 等。各国的 PDH 系统只有一次群 和日本标准的二次群信号采用同步复用， 其余各高次群均采用准同步 复用方式。2.PDH 的两种基础速率。以 1.544 Mbit/s 为第一级（一次群，或称基群）基础速率，采用的国家有北美各国和日本；以2.048 Mbit/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。对于以 2.048 Mbit/s为基础速率的制式，各次群的话路数

10、按 4 倍递增，速率的关系 略大于 4 倍；对于以 1.544 Mbit/s 为基础速率的制式，在 3 次群以 上，日本和北美各国又不相同。3.PDH 的复用技术。PDH 数字复用系统由数字复接器和数字分接器组成，如图 2 所示。数字复接器是把两个或两个以上的支路按时分复用方式 合并成一个单一的高次群数字信号的设备。数字分接器的功能是把已合成的高次数字信号分解成原来的低次数字信号。4.PDH 的缺点。PDH 可以很好的适应传统的点对点通信，但这种数字系列主要为传输话音设计，这样的结构已远远不能适应现代通信网络对 信号宽带化，多样化的要求。（1） PDH 的多种体系之间互不兼容，对国际互通造成困

11、难（2）PDH 的高次群是异步复接，无法直接从高次群中直接提取支路 信息，缺乏灵活性。（3）没有统一的光接口， PDH 仅仅规范了电接口的技术标准，各厂 家开发的光接口互不兼容，限制了联网应用的灵活性，增加了 网络的复杂性。（4）PDH 预留的插入比特较少，使得网络的运行、管理和维护较为 困难，无法适应新一代网络的要求。（5） PDH 建立在点对点传输的基础上，网络结构简单，无法提供最 佳的路由选择，使得设备利用率较低。二） 同步数字系列 SDH1.SDH 起源与发展。SDH 在美国提出的 SONE 基础上发展起来，初始提低次群(3)(4)低次群宀丿(1)(2)复接器分接器出 SONE 时是用

12、来解决 AT&T 解体后各供应商之间的设备互操作问题。从合到分的变化反映了平等接入的概念， 原意是让客户具有从当时的 AT&T MCT 和Sprint 中选择长距离载体的权利。许多标准化组织在 MCI 发出制定满足跨段互通需求的标准的请求后，纷纷开始与SONET相关的研究工作。在 SONE 标准制订期间，北美和欧洲的基本速率方 案经过多次修改定为 SONE 帧信号速率为 51.84Mbit/s，于是促成了 北美和欧洲标准的完全兼容， 相关建议集中到一起成了如今的同步数 字系列（ SDH）。2.SDH 的复用等级。SONET 的最低传输速率称为一级光载波信号（OC-1）,SHI 51.84Mbi

13、t/s。一级同步传送信号是形成 OC-1 的基础，OC-1 又是整个同步光信号复用体系的基础。 高级别的信号由低级别的 信号复用而成。高级别信号是指 STS-N（电信号）和 OC-N（光信号），N 为整数。其中 OC 专输系统可以复用的 N 的值为 1,3,9,12,18,24,36,48 直到 768。3.SDH 的设备。SDH 专送单元包括 SDH 终端设备，分插复用设备（ADM， 数字交叉连接设备等网络单元。SDH 终端的主要功能是复接/分复接和 提供业务配合。ADM 是 一种特殊的复用器，它利用分接功能将输入信 号所承载的信息分成两部分： 一部分直接转发， 另一部分卸下给本地 用户，然

14、后信息又通过复接功能转发部分和本地上传部分合成输出。DXC 类似交换机，它一般有多个输入和多个输出，通过适当配置提供 不同的端到端连接。4.SDH 技术的优点。（1）统一的比特率：在 PDH 中,世界上存在着欧洲、北美及日本三种 体系的速率等级。而 SDH实现了统一的比特率。此外还规定了 统一的光接口标准，因此为不同厂家设备间互联提供了可能。（2）极强的网管能力：在 SDH 帧结构中规定了丰富的网管字节，可提 供满足各种要求的能力。(3) 自愈保护环：在 SDH 设备还可组成带有自愈保护能力的环网形式， 这样可有效地防止传输媒介被切断，通信业务全部终止的情况。(4) 采用字节复接技术，使网络中

15、上下支路信号变得十分简单。由于 SDH 具有上述显著优点，它将成为实现信息高速公路的基础 技术之一。但是在与信息高速公路相连接的支路和叉路上， PDH 设备仍将有用武之地。 信息高速公路近来已成为人们的热门话 题。到 21 世纪，人们借助与信息高速公路，可以在家中完成各 种日常活动。而构成信息高速公路的最基本单元公路就 将由 SHD 设备构成。5.SDH 技术前景。随着数据业务逐渐成为全网的主要业务，传统的电路 交换网将逐渐向分组网特别是 IP 网演进。作为支持电路交换方式的 SDH 的 TDM 吉构将越来越不适应未来业务的发展，独立的 SDH 设备的 长远命运正在受到严重挑战。但是 SDH

16、作为一项代表性的技术仍在不 断发展，以寻求更大的生存空间。 这种挑战在中国这样的环境下， SDH 在中近期仍将继续发展。(1)SDH 本身高低端的发展潜力(高于 40Gbit /s，低于 155Mbit s)。(2)未来的超大容量的核心光传送网需要更多的 SDH 接入设备。(3)近期仍然是可靠性和生存性最高的传送网技术。(4)SDH 的级联功能增强了支持 ATM/IP 的能力。(5)SDH 正在融合路由功能，支持以太网透明/交换传输6.SDH 技术新发展。(1)向高端产品发展：10G、40G(重点是克服电子瓶颈、提高性价 比)。(2)在城域网支持业务汇聚功能：MSTP(重点是优化对 IP 技术

17、支 持)。(3)用简化的 SDH 技术来实现城域网接入功能：AON 开销、单纤)。五数字光纤通信系统的线路编码在任何实际的数字光纤链路中， 接收机的判决电路都必须精确地从接收到的 光信号中提取定时信息。 定时信息的主要功能是接收机对接收到的电信号进行正 确的判决，以便准确无误地恢复原数字信号。但是，数字信号是由“1”和“ 0”构成的随机序列，较长的连“ 1”和连“ 0”不可避免地会出现。在采用非归零码 时，接收到长连“ 1”和长连“ 0”都可能导致定时信息丢失；在长连“ 1”出现 时还会导致接收电平基线漂移。 这两种情形都可能造成误码。 另外。 在信号检测 过程中，信道噪声和失真也会导致误码，

18、因此光信号应有内在的误码检测能力。 为了解决发送数字序列中的长连“ 1”和长连“ 0”问题，需要对原始信号进行线 路编码，为了解决因传输损失导致的误码，需要进行纠错编码。1. 分组码。这种类型的分组码就是将由 m 个二进制比特构成的分组转换成更长的由 n(nm 个二进制比特构成的分组。使用这种编码格式时将付出带 宽增加的代价，即附加冗余比特将以 n/m 的比例增加码速率或带宽。mBnB 分组码可以提供足够的定时和检错信息，又因为它们没有长连“1”和长连“0”码，所以也没有基线漂移问题。2. 扰码。扰码是最为简单的线路编码方式。 它将输入二进制序列简单地打乱， 并重新排列，在接收端通过解扰将其还

19、原为原来的二进制序列。扰码可以 使原来序列中的“ 0”和“1”符号统计均匀，同时又不提高码速率，因而 适合高速数据流的传输。3. 前向纠错编码。对于超高速数字光纤通信系统，如 10Gbit/s 或更高，比 特周期极短，系统受色散等因素的影响极为严重， 除了采用色散补偿措施， 采用前向纠错编码(FEC 技术也可以明显提高系统性能。在 FEC 技术应 用中，辅助信息和主信息同时传输， 若主信息丢失或接收到误码， 辅助信 息就可以重构主信息。 同时 FEC模式的冗余信息量比较小，不会占用大量 的额外带宽，所以可以保存高效率。总结随着光纤在当前的信息通道中所占的比例越来越重， 普及率越来越高， 光纤

20、通信已经成为了主要的通信方式。 全光网络的搭建与拓展， 更多规范的统一， 使 光纤将全世界范围内的信息快速的交汇传播， 这不仅大大的增加了用户获取信息 的容量， 更加快了信息传输的速率。 而数字信号恰恰就在高信息容量， 高速传输 等方面有着极大的优势， 因而将数字信号与光纤有机结合构成的数字光纤通信系 统集两者优势于一体。 同时，数字光纤通信系统也在不断的发展中前进， 改善优 化传输体制、 数字编码等重要组成技术。 因此，数字光纤通信系统必将在这个信 息时代中崭露头角，在未来的信息技术发展中扮演着举足轻重的角色，为信息 时代的进一步发展发挥重大的作用！参考文献 1 朱勇 王江平 卢麟 光通信原理与技术 . 科学出版社， 2011.7 140 160 2 陈根祥 光纤通信技术基础 高等教育出版社， 2010.11 371 388