第7講_通信系統(tǒng)(1)

1、2021-7-231 光纖數(shù)字通信系統(tǒng)光纖數(shù)字通信系統(tǒng) fiber digital communication system 2021-7-232 主要內(nèi)容主要內(nèi)容 一、數(shù)字通信系統(tǒng)概述一、數(shù)字通信系統(tǒng)概述 二、光纖通信系統(tǒng)構(gòu)成二、光纖通信系統(tǒng)構(gòu)成 三、數(shù)字網(wǎng)傳輸模型三、數(shù)字網(wǎng)傳輸模型 四、光纖數(shù)字通信系統(tǒng)質(zhì)量指標四、光纖數(shù)字通信系統(tǒng)質(zhì)量指標 五、系統(tǒng)的傳輸距離與信息容量五、系統(tǒng)的傳輸距離與信息容量 2021-7-233 第一節(jié)第一節(jié) 數(shù)字通信系統(tǒng)概述數(shù)字通信系統(tǒng)概述 一一. .數(shù)字通信的特點：數(shù)字通信的特點： 1. 信號可以中繼再生，無噪聲積累；信號可以中繼再生，無噪聲積累； 2. 抗干擾能

2、力強，采用糾錯編碼；抗干擾能力強，采用糾錯編碼； 3. 時分多路復(fù)用，可大容量傳輸。時分多路復(fù)用，可大容量傳輸。 目前應(yīng)用最為廣泛的數(shù)字通信技術(shù)目前應(yīng)用最為廣泛的數(shù)字通信技術(shù)-PCM 二二. 數(shù)字通信原理：數(shù)字通信原理： 1. PCM原理原理 2. PDH復(fù)用等級復(fù)用等級 3. 再生中繼再生中繼 2021-7-234 三、兩種傳輸體制三、兩種傳輸體制 光纖大容量數(shù)字傳輸目前都采用光纖大容量數(shù)字傳輸目前都采用同步時分復(fù)用同步時分復(fù)用 (TDM)(TDM)技術(shù)技術(shù)。 復(fù)用又分為若干等級，先后有兩種傳輸復(fù)用又分為若干等級，先后有兩種傳輸 體制：體制： 準同步數(shù)字系列準同步數(shù)字系列(PDH)(PDH)

3、 同步數(shù)字系列同步數(shù)字系列(SDH)(SDH) 隨著光纖通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，隨著光纖通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，PDHPDH遇到了許遇到了許 多困難。多困難。 美國提出了美國提出了同步光纖網(wǎng)同步光纖網(wǎng)(SONET)(SONET)。19881988年，年，ITU-ITU- T(T(原原CCITT) CCITT) 提出了被稱為提出了被稱為同步數(shù)字系列同步數(shù)字系列(SDH)(SDH)的規(guī)范的規(guī)范 建議。建議。SDHSDH解決了解決了PDHPDH存在的問題，是一種比較完善的存在的問題，是一種比較完善的 傳輸體制，現(xiàn)已得到大量應(yīng)用。這種傳輸體制不僅適傳輸體制，現(xiàn)已得到大量應(yīng)用。這種傳輸體制不僅適 用于光纖信

4、道，也適用于微波和衛(wèi)星干線傳輸。用于光纖信道，也適用于微波和衛(wèi)星干線傳輸。 2021-7-235 第二節(jié)第二節(jié) 光纖通信系統(tǒng)構(gòu)成光纖通信系統(tǒng)構(gòu)成 系統(tǒng)構(gòu)成：系統(tǒng)構(gòu)成： 直接檢波直接檢波-光強度調(diào)制光強度調(diào)制 IM-DD 時分復(fù)用時分復(fù)用+波分復(fù)用波分復(fù)用 長波長單模長波長單模光纖光纖+DWDM+DWDM通信系統(tǒng)是今后的發(fā)展方向。通信系統(tǒng)是今后的發(fā)展方向。 系統(tǒng)設(shè)備：系統(tǒng)設(shè)備： 1)1)光發(fā)射機功能：光發(fā)射機功能： PCM/HBD3PCM/HBD3NRZ/RZNRZ/RZ驅(qū)動電路驅(qū)動電路光調(diào)制光調(diào)制光纖光纖 要求工作穩(wěn)定要求工作穩(wěn)定 2)2)光接收機功能：光接收機功能： 光纖光纖光檢測光檢測NR

5、Z/RZNRZ/RZPCM/HBD3PCM/HBD3 保證接收靈敏度保證接收靈敏度, ,噪聲影響小噪聲影響小, ,響應(yīng)速度快響應(yīng)速度快. . 3)3)光中繼器光中繼器 2021-7-236 光纖通信系統(tǒng)光纖通信系統(tǒng)- -光發(fā)射機光發(fā)射機 l數(shù)字通信光發(fā)送機結(jié)構(gòu)方框圖數(shù)字通信光發(fā)送機結(jié)構(gòu)方框圖 均衡放大均衡放大 擾擾 碼 碼 線路碼變換 線路碼變換 雙雙/ /單碼變換單碼變換 PCM PCM 信號信號 光光 信信 號號 驅(qū)動電路驅(qū)動電路 中間放大中間放大 插入脈沖插入脈沖 脈脈 沖沖 復(fù)復(fù) 接接 監(jiān)控監(jiān)控 公務(wù)公務(wù) 區(qū)間通信區(qū)間通信 其它其它 2021-7-237 光纖通信系統(tǒng)光纖通信系統(tǒng)- -

6、光接收機光接收機 l數(shù)字通信光接收機結(jié)構(gòu)方框圖數(shù)字通信光接收機結(jié)構(gòu)方框圖 光光 檢測器檢測器 線路碼變換 線路碼變換 光光 信信 號號 反反 擾 擾 碼 碼 脈沖脈沖 分離分離 脈脈 沖沖 分分 接接 監(jiān)控監(jiān)控 公務(wù)公務(wù) 區(qū)間通信區(qū)間通信 其它其它 PCM PCM 信號信號 雙雙/ /單碼變換單碼變換 放放 大大 器器 均衡均衡 再生器再生器 2021-7-238 第三節(jié)第三節(jié) 數(shù)字網(wǎng)傳輸模型數(shù)字網(wǎng)傳輸模型 R R：再生中繼器再生中繼器 ：數(shù)字線路終端設(shè)備數(shù)字線路終端設(shè)備T T ：數(shù)字配線架數(shù)字配線架 ：數(shù)字復(fù)用設(shè)備數(shù)字復(fù)用設(shè)備 D D M M R RR RR RT TT TD DD DT T

7、T TD DD DM MD DM M 再生中繼段再生中繼段 n n次群數(shù)字有線段次群數(shù)字有線段 n n次群數(shù)字無線段次群數(shù)字無線段 n-1n-1次群數(shù)字鏈路次群數(shù)字鏈路 n n次群數(shù)字鏈路次群數(shù)字鏈路 2021-7-239 通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)數(shù)字網(wǎng)傳輸模型 l假想?yún)⒖紨?shù)字段假想?yún)⒖紨?shù)字段 HRDS:HRDS: 相鄰的相鄰的數(shù)字配線架數(shù)字配線架之間用于傳之間用于傳 送規(guī)定速率的數(shù)字信號的全部傳輸設(shè)備。一個數(shù)字段送規(guī)定速率的數(shù)字信號的全部傳輸設(shè)備。一個數(shù)字段 含兩個數(shù)字線路終端設(shè)備和若干個串聯(lián)的再生中繼段含兩個數(shù)字線路終端設(shè)備和若干個串聯(lián)的再生中繼段 及其間的傳輸媒質(zhì)。通常不含數(shù)字復(fù)用設(shè)備。及其間的

8、傳輸媒質(zhì)。通常不含數(shù)字復(fù)用設(shè)備。 本地網(wǎng)本地網(wǎng)( (市話市話) HRDS ) HRDS 為為 50 km 50 km 二級干線二級干線 HRDS HRDS 為為 280 km 280 km 一級干線一級干線 HRDS HRDS 為為 420 km 420 km 或或 280 km 280 km 2021-7-2310 通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)數(shù)字網(wǎng)傳輸模型 l假想?yún)⒖紨?shù)字鏈路假想?yún)⒖紨?shù)字鏈路 HRDL:HRDL: 5000Km5000Km 由一個或多個由一個或多個數(shù)字段數(shù)字段串聯(lián)組成，包含數(shù)字復(fù)串聯(lián)組成，包含數(shù)字復(fù) 用設(shè)備和交換設(shè)備。用設(shè)備和交換設(shè)備。 建議的建議的 HRDLHRDL長度為長度為 25

9、00 km2500 km，但由于各國，但由于各國 國土面積不同，采用的國土面積不同，采用的HRDLHRDL長度也不同。例如長度也不同。例如 我國采用我國采用5000 km5000 km，美國和加拿大采用，美國和加拿大采用6400 km6400 km ，而日本采用，而日本采用 2500 km2500 km。HRDLHRDL由許多假設(shè)參考由許多假設(shè)參考 數(shù)字段（數(shù)字段（HRDSHRDS）組成）組成,HRDS,HRDS是是HRDLHRDL的組成部分。的組成部分。 2021-7-2311 通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)數(shù)字網(wǎng)傳輸模型 假想標準數(shù)字參考連接假想標準數(shù)字參考連接 HRX: HRX: 若干數(shù)字鏈路若干數(shù)字

10、鏈路(HRDL)(HRDL)、數(shù)字交換設(shè)備串接構(gòu)、數(shù)字交換設(shè)備串接構(gòu) 成數(shù)字連接，用于在兩個用戶或網(wǎng)絡(luò)接口之間成數(shù)字連接，用于在兩個用戶或網(wǎng)絡(luò)接口之間 提供數(shù)字信號。提供數(shù)字信號。 max(HRX)= 27500Km max(HRX)= 27500Km HRX HRX總性能指標，可按比例分配到總性能指標，可按比例分配到HRDLHRDL中；中； 最長的最長的HRX是根據(jù)綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（是根據(jù)綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（ISDN）的性能）的性能 要求和要求和 64 kb/s信號的全數(shù)字連接來考慮的。信號的全數(shù)字連接來考慮的。假設(shè)假設(shè)在兩個在兩個 用戶之間的通信可能要經(jīng)過全部線路和各種串聯(lián)設(shè)備組用戶之間的通信可

11、能要經(jīng)過全部線路和各種串聯(lián)設(shè)備組 成的數(shù)字網(wǎng)，而且任何參數(shù)的總性能逐級分配后應(yīng)符合成的數(shù)字網(wǎng)，而且任何參數(shù)的總性能逐級分配后應(yīng)符合 用戶的要求。用戶的要求。 2021-7-2312 通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)數(shù)字網(wǎng)傳輸模型 2021-7-2313 誤碼率：誤碼率： bit error ratio(BER) 誤碼率誤碼率是衡量數(shù)字光纖通信系統(tǒng)傳輸質(zhì)量優(yōu)劣是衡量數(shù)字光纖通信系統(tǒng)傳輸質(zhì)量優(yōu)劣 的非常重要的指標，它反映了在數(shù)字傳輸過程中信的非常重要的指標，它反映了在數(shù)字傳輸過程中信 息受到損害的程度。息受到損害的程度。 BER是在一個較長時間內(nèi)的傳輸碼流中出現(xiàn)誤碼是在一個較長時間內(nèi)的傳輸碼流中出現(xiàn)誤碼 的概率，

12、它對話音影響的程度取決于編碼方法。的概率，它對話音影響的程度取決于編碼方法。 5000Km、140Mb/s的全程誤碼率為：的全程誤碼率為：10-8 420Km數(shù)字段的誤碼率為數(shù)字段的誤碼率為 8.33 10-10 對于對于PCMPCM而言，而言，誤碼率對話音影響程度見下表：誤碼率對話音影響程度見下表： 第四節(jié)第四節(jié) 光纖數(shù)字通信系統(tǒng)光纖數(shù)字通信系統(tǒng)質(zhì)量質(zhì)量指標指標 2021-7-2314 光纖數(shù)字通信系統(tǒng)光纖數(shù)字通信系統(tǒng)質(zhì)量質(zhì)量指標指標 幾乎聽不懂幾乎聽不懂 510-2 強烈干擾，聽懂程度明顯下降強烈干擾，聽懂程度明顯下降10-2 在各種話音電平范圍內(nèi)都察覺到有干擾在各種話音電平范圍內(nèi)都察覺到

13、有干擾10-3 在低話音電平范圍內(nèi)有個別在低話音電平范圍內(nèi)有個別“喀喀喀喀”干干 擾擾 10-4 在低話音電平范圍內(nèi)剛察覺到有干擾在低話音電平范圍內(nèi)剛察覺到有干擾10-5 感覺不到干擾感覺不到干擾10-6 受話者的感受受話者的感受誤碼率誤碼率 誤碼率對話音影響程度誤碼率對話音影響程度 2021-7-2315 抖動抖動: : jitter又稱相位抖動、定時抖動，是數(shù)字通信又稱相位抖動、定時抖動，是數(shù)字通信 傳輸中的一種不穩(wěn)定現(xiàn)象。傳輸中的一種不穩(wěn)定現(xiàn)象。 抖動抖動的定義是：數(shù)字信號在各有效瞬時對標準時間的定義是：數(shù)字信號在各有效瞬時對標準時間 位置的偏差。位置的偏差。 偏差時間范圍稱為偏差時間范

14、圍稱為抖動幅度抖動幅度(JPP)(JPP)，偏差時間，偏差時間 間隔對時間的變化率稱為間隔對時間的變化率稱為抖動頻率抖動頻率(F)(F)。 這種偏差包括輸入脈沖信號在某一平均位置這種偏差包括輸入脈沖信號在某一平均位置 左右變化，和提取時鐘信號在中心位置左右變化左右變化，和提取時鐘信號在中心位置左右變化 。 光纖數(shù)字通信系統(tǒng)光纖數(shù)字通信系統(tǒng)質(zhì)量質(zhì)量指標指標抖動抖動 2021-7-2316 光纖數(shù)字通信系統(tǒng)光纖數(shù)字通信系統(tǒng)質(zhì)量質(zhì)量指標指標 抖動示意圖抖動示意圖 輸入輸入 信號信號 提取提取 時鐘時鐘 2021-7-2317 可靠性可靠性是一個重要指標，它直接影響通信系是一個重要指標，它直接影響通信

15、系 統(tǒng)的使用、維護和經(jīng)濟效益。對光纖通信系統(tǒng)而統(tǒng)的使用、維護和經(jīng)濟效益。對光纖通信系統(tǒng)而 言，言， 可靠性包括光端機、中繼器、可靠性包括光端機、中繼器、 光纜線路、光纜線路、 輔助設(shè)備和備用系統(tǒng)的可靠性。輔助設(shè)備和備用系統(tǒng)的可靠性。 確定可靠性一般采用確定可靠性一般采用故障統(tǒng)計分析法故障統(tǒng)計分析法，即，即 根據(jù)現(xiàn)場實際調(diào)查結(jié)果，統(tǒng)計足夠長時間內(nèi)的故根據(jù)現(xiàn)場實際調(diào)查結(jié)果，統(tǒng)計足夠長時間內(nèi)的故 障次數(shù)，確定每兩次故障的時間間隔和每次故障障次數(shù)，確定每兩次故障的時間間隔和每次故障 的修復(fù)時間。的修復(fù)時間。 光纖數(shù)字通信系統(tǒng)光纖數(shù)字通信系統(tǒng)質(zhì)量質(zhì)量指標指標 2021-7-2318 )exp(tR 1.

16、 可靠性表示方法可靠性表示方法 可靠性是指在規(guī)定的條件和時間內(nèi)系統(tǒng)無故可靠性是指在規(guī)定的條件和時間內(nèi)系統(tǒng)無故 障工作的概率，它反映系統(tǒng)完成規(guī)定功能的能力。障工作的概率，它反映系統(tǒng)完成規(guī)定功能的能力。 可靠性可靠性R通常用故障率通常用故障率 表示，兩者的關(guān)系為：表示，兩者的關(guān)系為： (1) 可靠性可靠性R和和故障率故障率 。 光纖數(shù)字通信系統(tǒng)光纖數(shù)字通信系統(tǒng)質(zhì)量質(zhì)量指標指標 2021-7-2319 n i is 1 故障率故障率 是系統(tǒng)工作到時間是系統(tǒng)工作到時間t，在單位時間內(nèi)發(fā)生，在單位時間內(nèi)發(fā)生 故障故障(功能失效功能失效)的概率。的概率。 的單位為的單位為10-9/h, 稱為菲特稱為菲特

17、(fit), 1 fit等于在等于在109 h內(nèi)發(fā)生一次故障的概率內(nèi)發(fā)生一次故障的概率。 Rs=R1R2Rn=exp(- s s t) 式中式中, Rn和和 i i分別為系統(tǒng)第分別為系統(tǒng)第i個部件的可靠性和故障率。個部件的可靠性和故障率。 如果通信系統(tǒng)由如果通信系統(tǒng)由n個部件組成，且故障率是統(tǒng)計個部件組成，且故障率是統(tǒng)計 無關(guān)的，無關(guān)的， 則系統(tǒng)的可靠性則系統(tǒng)的可靠性Rs可表示為：可表示為： 2021-7-2320 (3) 可用率可用率A和失效率和失效率PF?？捎寐?。可用率A是在規(guī)定時間是在規(guī)定時間 內(nèi)，系統(tǒng)處于良好工作狀態(tài)的概率，它可以表示為：內(nèi)，系統(tǒng)處于良好工作狀態(tài)的概率，它可以表示為：

18、MTBF 1 %100%100 MTTRMTBF MTBF A 總總工工作作時時間間 可可用用時時間間 式中式中MTTR為平均故障修復(fù)時間為平均故障修復(fù)時間(不可用時間不可用時間)。 (2) 故障率故障率 和平均故障間隔時間和平均故障間隔時間MTBF。兩者的。兩者的 關(guān)系為關(guān)系為 2021-7-2321 失效率失效率PF可以表示為：可以表示為： 式中式中m和和n分別為主用系統(tǒng)數(shù)和備用系統(tǒng)數(shù)，分別為主用系統(tǒng)數(shù)和備用系統(tǒng)數(shù)， P=MTTR/MTBF。 )1( )!1( ! )!( nP nm nm PF %100%100 MTTRMTBF MTTR PF 總總工工作作時時間間 不不可可用用時時間間

19、 由上式得到由上式得到 PF=(1-A)100% 在有備用系統(tǒng)的情況下，在有備用系統(tǒng)的情況下， 失效率為：失效率為： 2021-7-2322 2. 可靠性指標可靠性指標 根據(jù)國家標準的規(guī)定，具有主備用系統(tǒng)自動倒換根據(jù)國家標準的規(guī)定，具有主備用系統(tǒng)自動倒換 功能的數(shù)字光纜通信系統(tǒng)，功能的數(shù)字光纜通信系統(tǒng)，容許容許5000 km雙向全程每年雙向全程每年 4次全阻故障，對應(yīng)于次全阻故障，對應(yīng)于420 km和和280 km數(shù)字段雙向全程數(shù)字段雙向全程 分別約為每分別約為每3年年1次和每次和每5年年1次全阻故障次全阻故障。 市內(nèi)數(shù)字光纜通信系統(tǒng)的假設(shè)參考數(shù)字鏈路長為市內(nèi)數(shù)字光纜通信系統(tǒng)的假設(shè)參考數(shù)字鏈路長為 1