電信傳輸技術(shù)第四章課件

4.1光纖傳輸鏈路的基本單元光纖傳輸鏈路由圖4-1所示，其關(guān)鍵部分是由光源和驅(qū)動(dòng)電路組成的光發(fā)送機(jī)、將光纖包在其中對(duì)光纖起到機(jī)械加固和保護(hù)作用的光纜以及由光檢測(cè)器、光放大電路、信號(hào)恢復(fù)電路組成的光接收機(jī)三大部分組成。4.1光纖傳輸鏈路的基本單元光纖傳輸鏈路由圖4-1所示，其關(guān)1圖4-1圖4-121.光纖和光纜在光纖鏈路中，成纜后的光纖是最重要的元件之一，有關(guān)光纖的基本概念已在第2章介紹。與銅纜類似，光纜可以架空鋪設(shè)，也可以鋪設(shè)在管道內(nèi)、鋪設(shè)于海底或直埋于地下。2.發(fā)送機(jī)核心是光源。光源的主要功能就是將輸入電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)。一般鋪設(shè)好光纜以后，光源應(yīng)有與光纖纖芯相匹配的尺寸，以便于將光功率注入光纖。1.光纖和光纜3

3.接收機(jī)

光接收器的關(guān)鍵設(shè)備是光電檢測(cè)器。光信號(hào)注入光纖以后，由于光纖材料的散射、吸收和色散機(jī)理，會(huì)導(dǎo)致信號(hào)隨傳輸距離的增加而產(chǎn)生連續(xù)的衰減和失真。 3.接收機(jī)44.2光纖的導(dǎo)光原理4.2.1基本光學(xué)定律1.光速和材料的折射率 光在不同的介質(zhì)中以不同的速度傳播，看起來(lái)就好像不同的介質(zhì)以不同的阻力阻礙光的傳播。描述介質(zhì)的這一特征的參數(shù)就是折射率，或者折射指數(shù)。4.2光纖的導(dǎo)光原理4.2.1基本光學(xué)定律5如果v是光在某種介質(zhì)中的速度，c是光在真空中的傳播速度，那么介質(zhì)的折射率n為如果v是光在某種介質(zhì)中的速度，c是光在真空中的傳播速6例【4.1】已知光從空氣照射玻璃并從其中穿過(guò)，問(wèn)光在玻璃中的傳播速度是多少？ 解：取光對(duì)玻璃的折射率n=1.5，得到光在玻璃中的傳播速度為例【4.1】已知光從空氣照射玻璃并從其中穿過(guò)，問(wèn)光在玻璃中72.光線的反射定律和折射定律光在傳播過(guò)程中，若從一種介質(zhì)傳播到另一種介質(zhì)的交界面時(shí)，因兩種介質(zhì)的折射率不等，將會(huì)在交界面上發(fā)生反射和折射現(xiàn)象，如圖4-5所示，圖中是入射角，是折射角。是反射角2.光線的反射定律和折射定律光在傳播過(guò)程中，若從一種8（a)光從空氣進(jìn)入玻璃(b)光從玻璃進(jìn)入空氣

圖4-5入射光線、反射光線和折射光線（a)光從空氣進(jìn)入玻璃(b)光從玻璃進(jìn)入空氣

圖9【例4.2】圖4-5中,那么和的值是多少？

解：,由，

可求得【例4.2】圖4-5中,10（a）任意角度入射（b）入射角度增加（a）任意角度入射（b）入射角度增加11（c）臨界入射角—發(fā)生全內(nèi)反射

（d）入射角度大于臨界入射角—所有的光全部被反射回（c）臨界入射角—發(fā)生全內(nèi)反射

（d）入射角度124.2.2光纖對(duì)光的傳導(dǎo)1.纖芯和包層的折射率根據(jù)光纖橫截面上折射率分布的不同，可分為階躍型光纖和漸變型光纖圖4-8給出了階躍型光纖的結(jié)構(gòu)示意圖。4.2.2光纖對(duì)光的傳導(dǎo)1.纖芯和包層的折射率13（a）折射率圖(b)光纖的橫截面—前視圖(c)光纖的橫截面—右視圖（a）折射率圖(b)光纖的橫截面—前視圖(c)14【例4.4】已知纖芯的折射率，包層的折射率，在什么條件下光可以保持在纖芯中？ 解：這個(gè)條件就是全反射。為了實(shí)現(xiàn)全反射，至少要使光纖以臨界入射角入射到纖芯包層邊界則【例4.4】已知纖芯的折射率，包層的折射率152.臨界入射角和臨界傳播角臨界傳播角指光線與光纖中心線的角度（在光纖術(shù)語(yǔ)中常稱它為“臨界角”）；臨界入射角是光線和與纖芯和包層間的光邊界垂直的直線間的角度2.臨界入射角和臨界傳播角臨界傳播角指光線與光纖16圖4-10臨界入射角和臨界傳播角圖4-10臨界入射角和臨界傳播角173.光纖接受角度光當(dāng)然要從像LED或LD這樣的某個(gè)源發(fā)出，而這個(gè)源是在光纖之外的，所以我們必須把它導(dǎo)向到光纖中。圖4-11示出了從一個(gè)光源輻射的光如何進(jìn)入一根光纖的過(guò)程。3.光纖接受角度光當(dāng)然要從像LED或LD這樣的某個(gè)源發(fā)出，18圖4-11光從光源導(dǎo)向光纖的過(guò)程圖4-11光從光源導(dǎo)向光纖的過(guò)程19 【例4.5】已知光纖纖芯的折射率，包層的折射率的光纖，問(wèn)其接受角是多少？ 解：因?yàn)椋?由，對(duì)于空氣，。則，求得所以接受角度。 【例4.5】已知光纖纖芯的折射率，包層204.數(shù)值孔徑NA 數(shù)值孔徑表征光纖從光源接收光線的能力。NA值越大，光纖接收收集光的能力越強(qiáng)。 數(shù)值孔徑NA的定義是： 由于，，則得到NA的常用公式：

4.數(shù)值孔徑NA 數(shù)值孔徑表征光纖從光源接收光線的能力。N21

4.3光纖的傳輸特性4.3.1光纖的損耗特性 一、彎曲損耗 1.宏彎損耗宏彎損耗是指由整個(gè)光纖軸線的彎曲造成的損耗，其原理如圖4-12所示。4.3光纖的傳輸特性4.3.1光纖的損耗特性22圖4-12彎曲損耗圖4-12彎曲損耗232.微彎損耗微彎損耗是指由光纖軸線微小的崎變?cè)斐傻膿p耗。其原理如圖4-13所示。纖芯包層接口在幾何上的不完善可能會(huì)造成在相應(yīng)區(qū)域上微觀的凸起或凹陷。光束最初以臨界傳播角傳輸，經(jīng)過(guò)在這些不完善點(diǎn)處的反射以后，傳播角會(huì)發(fā)生變化。結(jié)果就是不再滿足全內(nèi)反射條件，部分光束被折射掉，即它們泄露出纖芯，從而產(chǎn)生微彎損耗。2.微彎損耗微彎損耗是指由光纖軸線微小的崎變?cè)斐傻膿p24圖4-13微彎損耗圖4-13微彎損耗25二、散射損耗光纖本身?yè)p耗的原因，大致包括兩類：散射損耗和吸收損耗。所謂散射是指光通過(guò)密度或折射率等不均勻的物質(zhì)時(shí)，除了在光的傳播方向以外，在其它方向也可以看到光，這種現(xiàn)象稱為光的散射散射損耗中瑞利散射和結(jié)構(gòu)缺陷散射對(duì)光纖傳輸?shù)挠绊戄^大。二、散射損耗光纖本身?yè)p耗的原因，大致包括兩類：散射損261.瑞利散射這種散射是由于光纖材料的折射率隨機(jī)性變化而引起的2.結(jié)構(gòu)缺陷散射在光纖制造過(guò)程中，由于結(jié)構(gòu)缺陷（如光纖中的氣泡、未發(fā)生反應(yīng)的原材料以及纖芯和包層交界處粗糙等），將會(huì)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)缺陷散射損耗，這種損耗與光波長(zhǎng)無(wú)關(guān)1.瑞利散射這種散射是由于光纖材料的折射率隨機(jī)性變化而27三、吸收損耗吸收損耗是光波通過(guò)光纖材料時(shí)，有一部分光能變成熱能，造成光功率的損失。造成吸收損耗的原因很多，但都與光纖材料有關(guān)，下面主要介紹本征吸收和雜質(zhì)吸收。（1）本征吸收材料的固有吸收損耗與波長(zhǎng)有關(guān)，對(duì)于石英系光纖，本征吸收有兩個(gè)吸收帶，一個(gè)是紫外吸收帶，另一個(gè)是紅外吸收帶。三、吸收損耗吸收損耗是光波通過(guò)光纖材料時(shí)，有一部分28 （2）雜質(zhì)吸收雜質(zhì)吸收是由光纖材料的不純凈而造成的附加吸收損耗。影響最嚴(yán)重的是：金屬過(guò)渡離子和水的氫氧根離子吸收電磁能量而造成的損耗。 （2）雜質(zhì)吸收29四、對(duì)衰減的計(jì)算 光纖損耗（Loss）是指光纖輸出端的功率與發(fā)射到光纖時(shí)的功率的比值。

其中功率和以瓦（W）為單位。四、對(duì)衰減的計(jì)算 光纖損耗（Loss）是指光纖輸出端的功30

【例4.7】一個(gè)傳輸系統(tǒng)使用衰減A為0.5dB/km的光纖。如果輸入功率是1mw，鏈路長(zhǎng)度為15km，求出輸出光功率。解：由（4.3-3）式

得【例4.7】一個(gè)傳輸系統(tǒng)使用衰減A為0.5dB/km的31 【例4.8】如果發(fā)射功率為1mW，接收器的敏感性為50uw，計(jì)算衰減為0.5Db/km的光纖鏈路的最大傳輸距離。 解：由于的最小值是由接收器的敏感性來(lái)決定的，則。由公式（4.3-4）得

【例4.8】如果發(fā)射功率為1mW，接收器的敏感性為50uw324.3.2光纖的色散特性 光纖色散是光纖的另一個(gè)重要特性，由于光纖中色散的存在，會(huì)使得輸入脈沖在傳輸過(guò)程中展寬，產(chǎn)生碼間干擾，增加誤碼率，這就限制了傳輸容量和傳輸距離。光纖的色散可歸結(jié)為三類：模式色散、材料色散，波導(dǎo)色散。4.3.2光纖的色散特性 光纖色散是光纖的另一個(gè)重要特33一、模式及模式數(shù)量1模式

光在光纖中是以一組獨(dú)立的光束或光線傳播。如果我們能夠看到光纖內(nèi)部的話，我們會(huì)看到一組光線以不同的傳播角

傳播，傳播角的值從零到臨界值一、模式及模式數(shù)量1模式34 （a）不同光束的模式 （a）不同光束的模式35(b)不同的光束具有不同的相位變化(b)不同的光束具有不同的相位變化36?光纖只支持那些在同一相位完成整個(gè)鋸齒形的模式?光纖只支持那些在同一相位完成整個(gè)鋸齒形的模式372.模式數(shù)量

光纖中的模式數(shù)量依賴于光纖的光特性和幾何特性。一根光纖的纖芯直徑越大纖芯所能容納的光就越多，所具有的模式就越多；同樣，光的波長(zhǎng)越短光纖所能容納的模式也越多。2.模式數(shù)量光纖中的模式數(shù)量依賴于光纖的光特性和幾38

一根光纖中模式的數(shù)量由歸一化頻率（normalizedfrequency）參數(shù)V來(lái)決定，這個(gè)參數(shù)常被稱為V參數(shù)。這個(gè)值等于

（4.3-5）其中,d為纖芯直徑，λ為工作波長(zhǎng)，n1和n2分別為纖芯和包層的折射率。 對(duì)于階躍折射率光纖，當(dāng)V值較大（V>20）時(shí)，可以采用下公式計(jì)算模式的數(shù)量N

一根光纖中模式的數(shù)量由歸一化頻率（normalizedf39

（4.3-6） 對(duì)于漸變折射率光纖，模式的數(shù)量N為

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3．模式的物理意義在光纖中，總的光功率是由單個(gè)的模式攜帶的，所以在光纖輸出端這些小部分結(jié)合起來(lái)就成了帶一定功率的輸出光束。3．模式的物理意義在光纖中，總的光功率是由單個(gè)41二、模式色散1.色散的概念在光纖中，信號(hào)的不同模式或不同頻率在傳輸時(shí)具有不同的速度，因而信號(hào)到達(dá)終端時(shí)會(huì)出現(xiàn)傳輸時(shí)延差，從而引起信號(hào)畸變，這種現(xiàn)象統(tǒng)稱色散。 2.模式色散由于光束在光纖內(nèi)部的模式結(jié)構(gòu)所造成的脈沖展寬被稱為模式色散二、模式色散1.色散的概念42

3.模式色散的計(jì)算色散的大小用時(shí)延差表示?，F(xiàn)以階躍型多模光纖為例，對(duì)其最大模式色散進(jìn)行估算在多模階躍光纖中，傳輸最快和最慢的兩條光線分別是沿軸心傳播的光線1和以臨界角傳播的光線2，如圖4-18所示。 使用弱光纖可以表示為3.模式色散的計(jì)算色散的大小用時(shí)延差表示。43【例4.10】對(duì)于一個(gè)，階躍折射率光纖，問(wèn)一個(gè)光脈沖在此光纖中傳輸5km之后光脈沖擴(kuò)展（即模式色散）為多少？解：由于弱光纖相差很小，這里用代替。根據(jù)公式（4.3-11）得

【例4.10】對(duì)于一個(gè)，階躍折射率光44

4.模式色散對(duì)傳輸速率的影響假設(shè)我們需要以10Mbps（兆比特每秒）的速度傳輸信息,也就是說(shuō)每秒鐘想要傳輸個(gè)脈沖；換句話說(shuō)，每個(gè)周期的持續(xù)時(shí)間為100ns.模式色散會(huì)使這些脈沖產(chǎn)生擴(kuò)展讓我們看【例4.10】中的數(shù)字4.模式色散對(duì)傳輸速率的影響假設(shè)我們需要以10Mb45電信傳輸技術(shù)第四章課件46三、減少模式色散的措施 1.采用漸變折射率光纖（1）漸變折射率光纖的結(jié)構(gòu)由圖4-18的分析已知，在階躍型多模光纖的纖芯中，零級(jí)模式沿中心軸線傳播，較高級(jí)的模式以等于或小于臨界傳播角傳播。這樣，同樣速度的光束傳輸不同的距離，它們以不同的時(shí)間到達(dá)接收器，從而形成脈沖擴(kuò)展（模式色散）。三、減少模式色散的措施 1.采用漸變折射率光纖47（2）漸變折射率光纖如何減少模式色散對(duì)于漸變折射率光纖，其模式色散（最大脈沖擴(kuò)展）可由下公式給出

（4.3-12）其中△是相對(duì)折射率，c是光在真空中的速度，為纖芯群折射率。（2）漸變折射率光纖如何減少模式色散對(duì)于漸變折射率光纖48【例4.11】對(duì)于一個(gè)，的漸變折射率光纖，如果鏈路長(zhǎng)5km，計(jì)算其由模式色散（脈沖擴(kuò)展值）。解：由公式（4.3-12）得

【例4.11】對(duì)于一個(gè)，的漸變492.采用單模光纖單模光纖也由纖芯和包層構(gòu)成，一般纖芯直徑2a＝4-10，包層直徑2b=125單模光纖是在給定的工作波長(zhǎng)上，只傳輸單一基模的光纖.不會(huì)產(chǎn)生模式色散2.采用單模光纖單模光纖也由纖芯和包層構(gòu)成，一般503.各種光纖模式色散的比較（a）階躍折射率多模光線3.各種光纖模式色散的比較（a）階躍折射率多模光線51（b）漸變折射率多模光纖（b）漸變折射率多模光纖52（c）階躍折射率單模光纖（c）階躍折射率單模光纖53四、材料色散材料色散是由光纖材料自身特性造成的。石英玻璃的折射率，嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，并不是一個(gè)固定的常數(shù)，而是對(duì)不同的傳輸波長(zhǎng)有不同的值。光纖傳輸實(shí)際上用的光源發(fā)出的光，并不是只有理想的單一波長(zhǎng)，而是有一定的波譜寬度。四、材料色散材料色散是由光纖材料自身特性造成的。54由材料色散造成的脈沖擴(kuò)展可用以下公式進(jìn)行計(jì)算

（4.3-13）其中，是材料色散系數(shù)，單位是；是光源光譜寬度。由材料色散造成的脈沖擴(kuò)展可用以下公式進(jìn)行計(jì)算55 【例4.12】某光纖的材料色散系數(shù)，其譜線寬度，試求該光傳輸1km之后的材料色散。（注：） 解：由式（4.3-13）得

【例4.12】某光纖的材料色散系數(shù)56五、波導(dǎo)色散波導(dǎo)色散是由光纖中的光波導(dǎo)引起的，由此產(chǎn)生的脈沖展寬現(xiàn)象叫做波導(dǎo)色散。這類色散在開路介質(zhì)中是不存在的。波導(dǎo)色散主要存在單模光纖中。多模光纖中的波導(dǎo)色散可以忽略。五、波導(dǎo)色散波導(dǎo)色散是由光纖中的光波導(dǎo)引起的，由此574.4光源和光發(fā)射機(jī)4.4.1半導(dǎo)體光源器件 為了提高光纖通信系統(tǒng)的傳輸性能，要求光源在下面幾個(gè)方面具有良好的質(zhì)量指標(biāo)：(1)光源的發(fā)射波長(zhǎng)應(yīng)該與光纖的低損耗窗口一致，目前為0．85、l．3和1.55這三個(gè)低損耗窗口。4.4光源和光發(fā)射機(jī)4.4.1半導(dǎo)體光源器件58 （2）光源的譜線宜窄，這樣可以減小光纖色散對(duì)信號(hào)傳輸質(zhì)量的影響。光源的譜線寬度直接影響到光纖的色散特性，限制了傳輸速率和傳輸距離。目前較好的半導(dǎo)體激光器譜線寬度可達(dá)到0.1nm。 （3）光源與光纖的耦合效率要高，使更多的光功率進(jìn)入光纖傳輸。目前，半導(dǎo)體激光器與尾纖的耦合效率為10％－20％，最好可達(dá)50％。 （4）調(diào)制方法簡(jiǎn)單。 （2）光源的譜線宜窄，這樣可以減小光纖色散對(duì)信號(hào)傳輸質(zhì)量的59 （5）響應(yīng)速度要快，以滿足高速率傳輸?shù)男枰?（6）能夠室溫連續(xù)工作。并能提供足夠的光輸出功率；目前，半導(dǎo)體激光器尾纖的輸出功率可達(dá)500～2mw；半導(dǎo)體發(fā)光二極管的尾纖輸出功率可達(dá)10左右；（7）體積小、重量輕。壽命長(zhǎng)。其壽命應(yīng)在10萬(wàn)小時(shí)以上。 （5）響應(yīng)速度要快，以滿足高速率傳輸?shù)男枰?0一、半導(dǎo)體激光器（LD）的工作特性1.閾值特性一、半導(dǎo)體激光器（LD）的工作特性1.閾值特性612.光譜特性當(dāng)時(shí)，發(fā)出的是熒光，因此，光譜很寬，如圖4-23(a)所示，其寬度常達(dá)數(shù)百埃（）。當(dāng)后，發(fā)射光譜突然變窄，譜線中心強(qiáng)度急劇增加，表明發(fā)出激光，2.光譜特性623.溫度特性圖4-25激光器閾值電流隨溫度的變化3.溫度特性圖4-25激光器閾值電流隨溫度的變化63二、半導(dǎo)體發(fā)光二極管（LED）的工作特性1.光譜較寬 由于LED是屬于自發(fā)輻射發(fā)光，因此，其譜線寬度要比LD寬的多，在這一點(diǎn)對(duì)于高速率信號(hào)的傳輸是不利的。目前，國(guó)內(nèi)一般邊發(fā)光二極管的最高調(diào)制頻率為70－100MHz。二、半導(dǎo)體發(fā)光二極管（LED）的工作特性1.光譜較寬642.P－I曲線的線性較好由于LED是無(wú)閾值器件，它隨著注入電流的增加，輸出光功率近似呈線性地增加，其P－I曲線如圖4-27所示。因此，在進(jìn)行調(diào)制時(shí)，其動(dòng)態(tài)范圍大，信號(hào)失真小2.P－I曲線的線性較好由于LED是無(wú)閾值器件，它隨著注65圖4-27發(fā)光二極管的P-I特性圖4-27發(fā)光二極管的P-I特性663.光纖的耦合效率較低4.壽命長(zhǎng)。發(fā)光二極管的壽命可以達(dá)到h以上。5.溫度特性較好3.光纖的耦合效率較低674.4.2光源的調(diào)制 在目前廣泛使用的強(qiáng)度調(diào)制——直接檢波光纖傳輸系統(tǒng)中，要將電信號(hào)調(diào)到光波上，這就要對(duì)光源進(jìn)行調(diào)制。實(shí)現(xiàn)調(diào)制的方法有兩類：一類是直接調(diào)制；另一類是間接調(diào)制4.4.2光源的調(diào)制 在目前廣泛使用的強(qiáng)度調(diào)制——直接檢波光68一、光源的直接調(diào)制

光源的直接調(diào)制方式又稱為內(nèi)調(diào)制。常用的直接調(diào)制方法有下列三種：（1）模擬強(qiáng)度調(diào)制（AIM），這種方式與基帶傳輸相似。（2）脈位調(diào)制（PPM），這種方式適應(yīng)光源和檢測(cè)管的特性，實(shí)際上仍屬于模擬調(diào)制。（3）數(shù)字調(diào)制，如PCM-IM，這是光纖通信最常用的調(diào)制方式。一、光源的直接調(diào)制光源的直接調(diào)制方式又稱為內(nèi)調(diào)制。常用691.模擬信號(hào)的直接調(diào)制1.模擬信號(hào)的直接調(diào)制702.數(shù)字信號(hào)的直接調(diào)制2.數(shù)字信號(hào)的直接調(diào)制71二、光源的間接調(diào)制1.電光調(diào)制器電光調(diào)制器的基本工作原理是晶體的線性電光效應(yīng)。電光效應(yīng)是指電場(chǎng)引起晶體折射率變化的現(xiàn)象，能夠產(chǎn)生電光效應(yīng)的晶體稱為電光晶體。2.聲光調(diào)制器

聲光調(diào)制器是利用介質(zhì)的聲光效應(yīng)制成。二、光源的間接調(diào)制1.電光調(diào)制器724.4.3光發(fā)送機(jī)光發(fā)射機(jī)的原理方框圖4.4.3光發(fā)送機(jī)光發(fā)射機(jī)的原理方框圖731.輸入盤各部分功能①均衡器

對(duì)于使用不同速率的光端機(jī)，CCITT規(guī)定了系列數(shù)字接口的碼型，以2048kbit/s為基群速率的數(shù)字系列各比特率所規(guī)定的接口碼型1.輸入盤各部分功能①均衡器74表4.4-1數(shù)字復(fù)接等級(jí)對(duì)應(yīng)的接口碼型表4.4-1數(shù)字復(fù)接等級(jí)對(duì)應(yīng)的接口碼型75②碼型變換由均衡器輸出的HDB3碼（又稱三階高密度雙極性碼）或CMI碼（又稱傳號(hào)反轉(zhuǎn)碼），前者是三值雙極性碼（即+l，0、-l），后者是歸零碼，在數(shù)字電路中為了處理方便，需通過(guò)碼型變換電路，將其變換為非歸零碼（即NRZ碼）。②碼型變換由均衡器輸出的HDB3碼（又稱三階高密度雙極性76③擾碼若信碼流中出現(xiàn)長(zhǎng)連“0”或長(zhǎng)連“1”的情況，將會(huì)給時(shí)鐘信號(hào)的提取帶來(lái)困難，為了避免出現(xiàn)這種情況，需加一擾碼電路，它可有規(guī)律地破壞長(zhǎng)連“0”和長(zhǎng)連“1”的碼流。從而達(dá)到“0”、“l(fā)”等概出現(xiàn)。擾碼以后的信號(hào)再進(jìn)行線路編碼。③擾碼77④時(shí)鐘提取 由于碼型變換和擾碼過(guò)程都需要以時(shí)鐘信號(hào)作為依據(jù)，因此，在均衡電路之后，由時(shí)鐘提取電路提取出時(shí)鐘信號(hào)，供碼型變換和擾碼電路使用。④時(shí)鐘提取78 ⑤編碼 如上所述，經(jīng)過(guò)擾碼后的碼流，盡量使得“l(fā)”和“0”的個(gè)數(shù)均等，這樣便于接收端提取時(shí)鐘信號(hào)。另外從實(shí)用角度來(lái)看，為了便于不間斷業(yè)務(wù)的誤碼監(jiān)測(cè)、區(qū)間通信聯(lián)絡(luò)、監(jiān)控及克服直流分量的波動(dòng)，在實(shí)際的光纖傳輸系統(tǒng)中，都要對(duì)經(jīng)過(guò)擾碼以后的信碼流進(jìn)行編碼，以滿足上述要求。經(jīng)過(guò)編碼以后，就變?yōu)檫m合在光纖線路中傳送的線路碼型。 ⑤編碼792.發(fā)送盤各部分的功能發(fā)送盤主要完成將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，并將光信號(hào)送入光纖的任務(wù)。 ①驅(qū)動(dòng)光源驅(qū)動(dòng)電路是光發(fā)送盤的核心②自動(dòng)光功率控制（APC）和自動(dòng)溫度控制（ATC）電路對(duì)由LD管構(gòu)成的光源，發(fā)送盤還有自動(dòng)光功率控制（APC）和自動(dòng)溫度控制電路（ATC）2.發(fā)送盤各部分的功能803.其他保護(hù)、監(jiān)測(cè)電路

發(fā)送盤除上述各部分電路外，還有如下一些輔助電路：①光源過(guò)流保護(hù)電路。以防止反向沖擊電流過(guò)大；②無(wú)光告警電路。這時(shí)延遲告警電路將發(fā)出告警指示；③LD偏流（壽命）告警。光發(fā)送盤中的LD管，隨著使用時(shí)間的增長(zhǎng)，其閾值電流也將逐漸加大。3.其他保護(hù)、監(jiān)測(cè)電路發(fā)送盤除上述各部分電路外，還814.5光接收機(jī)一、光纖數(shù)字接收機(jī)的組成4.5光接收機(jī)一、光纖數(shù)字接收機(jī)的組成821.光電檢測(cè)器

光接收機(jī)中實(shí)現(xiàn)將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的器件稱為光電檢測(cè)器。光電檢測(cè)器是利用材料的光電效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的。2.前置放大器前置放大器在將信號(hào)放大的過(guò)程中，放大器本身的電阻將引入熱噪聲；放大器中的晶體管將引入散彈噪聲。1.光電檢測(cè)器光接收機(jī)中實(shí)現(xiàn)將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的833.主放大器

主放大器的作用有兩個(gè)：一是將前置放大器輸出的信號(hào)電平放大到判決電路所需要的信號(hào)電平；二是一個(gè)增益可調(diào)節(jié)的放大器。當(dāng)光電檢測(cè)器輸出的信號(hào)出現(xiàn)起伏時(shí)，通過(guò)光接收機(jī)的自動(dòng)增益控制電路對(duì)主放大器的增益進(jìn)行調(diào)整，以使主放大器的輸出信號(hào)幅度在一定范圍不受輸入信號(hào)的影響。3.主放大器主放大器的作用有兩個(gè)：一是將前置放大84二、光接收機(jī)的主要指標(biāo) 1.光接收機(jī)靈敏度 光接收機(jī)的靈敏度，就是在滿足給定的誤碼率指標(biāo)條件下最低接收的平均光功率

。

光接收機(jī)靈敏度中的光功率若用相對(duì)值來(lái)描述，工程上常用dBm來(lái)表示，即

二、光接收機(jī)的主要指標(biāo) 1.光接收機(jī)靈敏度85

上式中，

指在滿足給定的誤碼率指標(biāo)條件下最低接收光功率。

指1mw光功率。

上述靈敏度的物理含義是：如果一部光接收機(jī)在滿足給定的誤碼率指標(biāo)下所需的平均光功率低，說(shuō)明這部接收機(jī)在微弱的輸入光條件下就能正常工作上式中，指在滿足給定的誤碼率指標(biāo)條件下最低接收光功862.光接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍 光接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍D，是在保證系統(tǒng)的誤碼率指標(biāo)要求下，接收機(jī)的最低輸入光功率（用dBm來(lái)描述）和最大允許輸入光功率（用dBm來(lái)描述）之差（dB）。即

（dB）2.光接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍 光接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍D，是在保證系統(tǒng)的874.6SDH光傳輸網(wǎng)4.6.1SDH的基本概念和特點(diǎn)1.SDH的基本概念SDH是由一些基本網(wǎng)絡(luò)單元（NE）組成，在信道上進(jìn)行同步信息傳輸、復(fù)用和交叉連接的網(wǎng)絡(luò)。目前實(shí)際應(yīng)用的基本網(wǎng)絡(luò)單元有四種，即終端復(fù)用器（TM）、分插復(fù)用器（ADM）、再生中繼器（REG）和SDH數(shù)字交叉連接設(shè)備（SDXC）。4.6SDH光傳輸網(wǎng)4.6.1SDH的基本概念和特點(diǎn)88（1）終端復(fù)用器（TM）圖4-32

終端復(fù)用器

（1）終端復(fù)用器（TM）圖4-32終端復(fù)用器89 （2）分插復(fù)用器（ADM）分插復(fù)用器用于SDH傳輸網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)接站點(diǎn)處，例如鏈的中間節(jié)點(diǎn)或環(huán)上節(jié)點(diǎn)，是SDH網(wǎng)上使用最多、最重要的一種網(wǎng)元，它是一個(gè)三端口的器件，如圖4-33所示。 （2）分插復(fù)用器（ADM）90 圖4-33分插復(fù)用器 圖4-33分插復(fù)用器91（3）再生中繼器（REG） 再生中繼器（REG）是光中繼器，它是雙端口器件，只有兩個(gè)線路端口W和E，如圖4-34所示。其作用是將光纖長(zhǎng)距離傳輸后受到較大衰減及色散畸變的光脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)后進(jìn)行放大整形、再定時(shí)、再生為規(guī)劃的電脈沖信號(hào)，再調(diào)制光源變換為光脈沖信號(hào)送入光纖繼續(xù)傳輸，以延長(zhǎng)傳輸距離。（3）再生中繼器（REG）92圖4-34再生中繼器圖4-34再生中繼器93 （4）SDH數(shù)字交叉連接設(shè)備（SDXC） 數(shù)字交叉連接設(shè)備主要完成STM-N信號(hào)的交叉連接功能，它是一個(gè)多端口器件，它實(shí)際上相當(dāng)于一個(gè)交叉矩陣，完成各個(gè)信號(hào)間的交叉連接，如圖4-35所示。 （4）SDH數(shù)字交叉連接設(shè)備（SDXC）94 圖4-35數(shù)字交叉連接設(shè)備功能圖 圖4-35數(shù)字交叉連接設(shè)備功能圖95通常用SDXCm/n來(lái)表示一個(gè)SDXC的類型和性能（注m≥n），m表示可接入SDXC的最高速率等級(jí)，n表示在交叉矩陣中能夠進(jìn)行交叉連接的最低速率級(jí)別。m越大表示SDXC的承載容量越大；n越小表示SDXC的交叉靈活性越大通常用SDXCm/n來(lái)表示一個(gè)SDXC的類型和性能96表4.6-1m、n數(shù)值與速率對(duì)應(yīng)表表4.6-1m、n數(shù)值與速率對(duì)應(yīng)表97由上述四種網(wǎng)絡(luò)單元構(gòu)成的SDH系統(tǒng)如圖4-36所示。圖中示出了再生段、復(fù)用段和通道的劃分。圖4-37為SDH設(shè)備實(shí)例圖。圖4-38為SDH機(jī)房實(shí)例圖。由上述四種網(wǎng)絡(luò)單元構(gòu)成的SDH系統(tǒng)如圖4-36所示。圖982.SDH的特點(diǎn)SDH的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）有全世界統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接口（NNI)，包括統(tǒng)一的數(shù)字速率等級(jí)、幀結(jié)構(gòu)、復(fù)接方法、線路接口、監(jiān)控管理等等。實(shí)現(xiàn)了數(shù)字傳輸體制上的世界標(biāo)準(zhǔn)及多廠家設(shè)備的橫向兼容。（2）采用標(biāo)準(zhǔn)化的信息結(jié)構(gòu)等級(jí)，其基本模塊是速率為155.520Mbit/s的同步傳輸模塊第一級(jí)（記作STM-1）。2.SDH的特點(diǎn)SDH的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：99（3）SDH的幀結(jié)構(gòu)中安排了豐富的開銷比特，使網(wǎng)絡(luò)的管理和維護(hù)功能大大加強(qiáng)，而且適應(yīng)將來(lái)B-ISDN的要求。（4）SDH采用同步復(fù)用方式和靈活的復(fù)用映射結(jié)構(gòu)，利用設(shè)置指針的辦法，可以在任意時(shí)刻，在總的復(fù)接碼流中確定任意支路字節(jié)的位置，從而可以從高速信號(hào)一次直接插入或取出低速支路信號(hào)，使上下業(yè)務(wù)十分容易。（3）SDH的幀結(jié)構(gòu)中安排了豐富的開銷比特，使網(wǎng)絡(luò)的管理和維100（5）SDH確定了統(tǒng)一新型的網(wǎng)絡(luò)部件，這些部件是TM，ADM，SDXC以及REG。這些部件都有世界統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。此外，由于用一個(gè)光接口代替大量的電接口，可以直接經(jīng)光接口通過(guò)中間節(jié)點(diǎn)，省去大量電路單元。（6）SDH對(duì)網(wǎng)管設(shè)備的接口進(jìn)行了規(guī)范，使不同廠家的網(wǎng)管系統(tǒng)互聯(lián)成為可能。這種網(wǎng)管不僅簡(jiǎn)單而且?guī)缀跏菍?shí)時(shí)的，因此降低了網(wǎng)管費(fèi)用，提高了網(wǎng)絡(luò)的效率、靈活性和可靠性。（5）SDH確定了統(tǒng)一新型的網(wǎng)絡(luò)部件，這些部件是TM，ADM101（7）SDH與現(xiàn)有PDH完全兼容，體現(xiàn)了后向兼容性。同時(shí)SDH還能容納各種新的業(yè)務(wù)信號(hào)，如高速局域網(wǎng)的光纖分布式數(shù)據(jù)接口（FDDI）信號(hào)，城域網(wǎng)的分布排隊(duì)雙總線（DQDB）信號(hào)，以及異步傳遞模式（ATM）信元，體現(xiàn)了完全的前向兼容性。（7）SDH與現(xiàn)有PDH完全兼容，體現(xiàn)了后向兼容性。同時(shí)SD1024.6.2SDH的速率與幀結(jié)構(gòu)1.SDH的速率SDH具有統(tǒng)一規(guī)范的速率。SDH信號(hào)以同步傳輸模塊（STM）的形式傳送。SDH信號(hào)最基本的同步傳輸模塊是STM-1，其速率為155.520Mbit/s。更高等級(jí)的STM-N信號(hào)是將STM-1經(jīng)字節(jié)間插同步復(fù)接而成。其中，N是正整數(shù)。目前SDH僅支持N=1，4，16，64。4.6.2SDH的速率與幀結(jié)構(gòu)1.SDH的速率103 有三個(gè)信號(hào)A、B、C如圖4-39（a）所示，幀結(jié)構(gòu)各為每幀3個(gè)字節(jié)，若將這三個(gè)信號(hào)通過(guò)字節(jié)間插復(fù)用方式復(fù)用成信號(hào)D，那D就應(yīng)該是這樣一種幀結(jié)構(gòu)：幀中有9個(gè)字節(jié)，且這9個(gè)字節(jié)的排放次序如圖4-39（b）所示，則這樣的復(fù)用方式就是字節(jié)間插復(fù)用方式。 有三個(gè)信號(hào)A、B、C如圖4-39（a）所示，幀結(jié)構(gòu)各為每幀104圖4-39字節(jié)間插復(fù)用示意圖圖4-39字節(jié)間插復(fù)用示意圖1052.幀結(jié)構(gòu)STM-N信號(hào)幀結(jié)構(gòu)的安排應(yīng)盡可能使支路低速信號(hào)在一幀內(nèi)均勻地、有規(guī)律的分布。這樣便于實(shí)現(xiàn)支路信號(hào)的同步復(fù)用、交叉連接（DXC）、分/插和交換，也即為了方便從高速信號(hào)中直接上/下低速支路信號(hào)。 鑒于此，ITU-T規(guī)定了STM-N的幀是以字節(jié)（8bit）為單位的矩形塊狀的幀結(jié)構(gòu)，如圖4-40所示。2.幀結(jié)構(gòu)106圖4-40SDH幀結(jié)構(gòu)圖4-40SDH幀結(jié)構(gòu)107從圖4-40可以看出，STM-N的幀結(jié)構(gòu)由3部分組成：段開銷（SOH），包括再生段開銷（RSOH）和復(fù)用段開銷（MSOH）；管理單元指針（AU-PTR）；信息凈負(fù)荷（payload）區(qū)域. （1）信息凈負(fù)荷（payload）區(qū)域信息凈負(fù)荷區(qū)域是幀結(jié)構(gòu)中存放各種信息負(fù)載的地方。（2）段開銷（SOH）從圖4-40可以看出，STM-N的幀結(jié)構(gòu)由3部分組108段開銷（SOH）是指STM-N幀結(jié)構(gòu)中為了保證信息凈負(fù)荷正常、靈活傳送所必須附加的供網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行、管理和維護(hù)（OAM）使用的字節(jié)。 段開銷（SOH）又分為再生段開銷（RSOH）和復(fù)用段開銷（MSOH），分別對(duì)相應(yīng)的段層進(jìn)行監(jiān)控。我們講過(guò)段其實(shí)也相當(dāng)于一條大的傳輸通道，RSOH和MSOH的作用也就是對(duì)這一條大的傳輸通道進(jìn)行監(jiān)控。段開銷（SOH）是指STM-N幀結(jié)構(gòu)中為了保證信109（3）管理單元指針（AU-PTR） 管理單元指針位于STM-N幀中第4行的9×N列，共9×N個(gè)字節(jié)。其作用是用來(lái)指示信息凈負(fù)荷的第一個(gè)字節(jié)在STM-N幀內(nèi)的準(zhǔn)確位置的指示符，以便收端能根據(jù)這個(gè)位置指示符的值（指針值）正確分離信息凈負(fù)荷。（3）管理單元指針（AU-PTR） 管理單元指針位于1104.6.3SDH的復(fù)用結(jié)構(gòu)和步驟 各種業(yè)務(wù)信號(hào)復(fù)用進(jìn)STM-N幀的過(guò)程都要經(jīng)歷映射（相當(dāng)于信號(hào)打包）、定位（相當(dāng)于指針調(diào)整）、復(fù)用三個(gè)步驟。

1.復(fù)用結(jié)構(gòu)ITU-T規(guī)定了一整套完整的復(fù)用結(jié)構(gòu)（也就是復(fù)用路線），通過(guò)這些路線可將PDH3個(gè)系列的數(shù)字信號(hào)以多種方法復(fù)用成STM-N信號(hào)。4.6.3SDH的復(fù)用結(jié)構(gòu)和步驟 各種業(yè)務(wù)信號(hào)復(fù)用進(jìn)ST111圖4-42我國(guó)SDH基本復(fù)用結(jié)構(gòu)圖4-42我國(guó)SDH基本復(fù)用結(jié)構(gòu)112 為了對(duì)SDH的復(fù)用映射過(guò)程有一個(gè)較全面的認(rèn)識(shí)，也為后面介紹映射、定位、復(fù)用的概念作鋪墊，現(xiàn)以139.264Mbit/s支路信號(hào)復(fù)用映射成STM-N幀為例詳細(xì)說(shuō)明整個(gè)復(fù)用映射過(guò)程。參見(jiàn)圖4-43。 為了對(duì)SDH的復(fù)用映射過(guò)程有一個(gè)較全面的認(rèn)識(shí)，也為后面介紹113 圖4-43139.264Mbit/s支路信號(hào)的復(fù)用映射過(guò)程 圖4-43139.264Mbit/s支路信號(hào)的復(fù)用映射114首先將標(biāo)稱速率為139.264Mbit/s的支路信號(hào)裝進(jìn)C-4，經(jīng)適配處理后C-4的輸出速率為149.760Mbit/s。然后加上每幀9字節(jié)的POH（相當(dāng)于576kbit/s）后，便構(gòu)成了VC-4（150.336Mbit/s），以上過(guò)程稱為映射。首先將標(biāo)稱速率為139.264Mbit/s的支路信號(hào)1152.SDH的復(fù)用步驟 由圖4-43可見(jiàn)，在將低速支路信號(hào)復(fù)用成STM-N信號(hào)時(shí)，要經(jīng)過(guò)3個(gè)步驟：映射、定位、復(fù)用。映射是一種在SDH網(wǎng)絡(luò)邊界處（例如SDH/PDH邊界處）將支路信號(hào)適配進(jìn)虛容器的過(guò)程。2.SDH的復(fù)用步驟 由圖4-43可見(jiàn)，在將低速支路信1164.6.4SDH網(wǎng)絡(luò)1.SDH網(wǎng)絡(luò)的物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 如果信息是從一點(diǎn)到另一點(diǎn)進(jìn)行傳輸，這就是點(diǎn)到點(diǎn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，常規(guī)PDH系統(tǒng)和早期PDH系統(tǒng)即基于這種物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。除此之外，還有五種基本類型的物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖4-44所示。4.6.4SDH網(wǎng)絡(luò)1.SDH網(wǎng)絡(luò)的物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)117 圖4-44SDH基本物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 圖4-44SDH基本物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)118從以上可看出，各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)各有其優(yōu)點(diǎn)。在作具體的選擇時(shí)，應(yīng)綜合考慮網(wǎng)絡(luò)的生存性、網(wǎng)絡(luò)配置的容量，同時(shí)考慮網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)適于新業(yè)務(wù)的引進(jìn)等多種實(shí)際因素和具體情況。一般來(lái)說(shuō)，星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)適合用戶接入網(wǎng)，環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和線形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)適用于中繼網(wǎng)，樹形和網(wǎng)孔形相結(jié)合的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)適用于長(zhǎng)途網(wǎng)從以上可看出，各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)各有其優(yōu)點(diǎn)。在作具體的選1192.SDH自愈網(wǎng) 所謂自愈網(wǎng)就是無(wú)需人為干預(yù)，網(wǎng)絡(luò)就能在極短時(shí)間內(nèi)從失效故障中自動(dòng)恢復(fù)所攜帶的業(yè)務(wù)，使用戶感覺(jué)不到網(wǎng)絡(luò)已出了故障。其基本原理就是使網(wǎng)絡(luò)具備備用（替代）路由，并重新確立通信能力。自愈的概念只涉及重新確立電信傳輸，而不管具體失效元部件的修復(fù)與更換，而后者仍需人工干預(yù)才能完成。2.SDH自愈網(wǎng) 所謂自愈網(wǎng)就是無(wú)需人為干預(yù)，網(wǎng)絡(luò)就能在極短120（1）線路保護(hù)倒換線路保護(hù)倒換有兩種方式：①1+1方式。1+1方式采用并發(fā)優(yōu)收，即工作段和保護(hù)段在發(fā)送端永久地連在一起（橋接），信號(hào)同時(shí)發(fā)往工作段和保護(hù)段，在接收端擇優(yōu)選擇接收性能良好的信號(hào)。②1：n方式。所謂1：n方式是保護(hù)段由n個(gè)工作段共用，當(dāng)其中任意一個(gè)出現(xiàn)故障時(shí)，均可倒至保護(hù)段。1：1方式是1：n方式的一個(gè)特例。（1）線路保護(hù)倒換線路保護(hù)倒換有兩種方式：①1+1方式121線路保護(hù)倒換的主要特點(diǎn)有：①業(yè)務(wù)恢復(fù)時(shí)間很快，可短于50ms。②若工作段和保護(hù)段屬同纜復(fù)用（即主用和備用光纖在同一纜芯內(nèi)），則有可能導(dǎo)致工作段（主用）和保護(hù)段（備用）同時(shí)因意外故障而被切斷，此時(shí)這種保護(hù)方式就失去作用了。線路保護(hù)倒換的主要特點(diǎn)有：①業(yè)務(wù)恢復(fù)時(shí)間很快，可短于50ms122（2）環(huán)形網(wǎng)保護(hù) 當(dāng)把網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)連成一個(gè)環(huán)形時(shí)，可以進(jìn)一步改善網(wǎng)絡(luò)的生存性和成本，這是SDH網(wǎng)的一種典型拓?fù)浞绞健－h(huán)形網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)一般用ADM（也可以用DXC），而利用ADM的分插能力和智能構(gòu)成的自愈環(huán)是SDH的特色之一，也是目前研究和應(yīng)用比較活躍的領(lǐng)域。采用環(huán)形網(wǎng)實(shí)現(xiàn)自愈的方式稱為自愈環(huán)。（2）環(huán)形網(wǎng)保護(hù) 當(dāng)把網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)連成一個(gè)環(huán)形時(shí)，可以進(jìn)一步123圖4-45二纖單向通道倒換環(huán)圖4-45二纖單向通道倒換環(huán)124 （3）DXC保護(hù) DXC保護(hù)主要是指利用DXC設(shè)備在網(wǎng)孔形網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行保護(hù)的方式。 在業(yè)務(wù)量集中的長(zhǎng)途網(wǎng)中，一個(gè)節(jié)點(diǎn)有很多大容量的光纖支路，它們彼此之間構(gòu)成互連的網(wǎng)孔形拓?fù)?。若是在?jié)點(diǎn)處采用DXC4/4設(shè)備，則一旦某處光纜被切斷時(shí)，利用DXC4/4的快速交叉連接特性，可以很快地找出替代路由，并且恢復(fù)通信。于是產(chǎn)生了DXC保護(hù)方式，如圖4-46所示。 （3）DXC保護(hù)125 圖4-46采用DXC為節(jié)點(diǎn)的保護(hù) 圖4-46采用DXC為節(jié)點(diǎn)的保護(hù)126 （4）混合保護(hù)所謂混合保護(hù)是采用環(huán)形網(wǎng)保護(hù)和DXC保護(hù)相結(jié)合，這樣可以取長(zhǎng)補(bǔ)短，大大增加網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)能力?；旌媳Ｗo(hù)結(jié)構(gòu)如圖4-47所示。 （4）混合保護(hù)127圖4-47混合保護(hù)結(jié)構(gòu)圖4-47混合保護(hù)結(jié)構(gòu)128 （5）各種自愈網(wǎng)的比較 線路保護(hù)倒換方式（采用路由備用線路）配置容易，網(wǎng)絡(luò)管理簡(jiǎn)單，而且恢復(fù)時(shí)間很短（50ms以內(nèi)），但缺點(diǎn)是成本較高，主要適用于兩點(diǎn)間有穩(wěn)定的大業(yè)務(wù)量的點(diǎn)到點(diǎn)應(yīng)用場(chǎng)合。 （5）各種自愈網(wǎng)的比較1293.我國(guó)SDH網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)我國(guó)的SDH系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),一般都采用有自愈功能的環(huán)型網(wǎng)結(jié)構(gòu)及少部分的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)線性結(jié)構(gòu)（一級(jí)干線），我國(guó)SDH系統(tǒng)組網(wǎng)分為四個(gè)層面,如圖4-48所示。3.我國(guó)SDH網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)我國(guó)的SDH系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),130 圖4-48我國(guó)SDH網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 圖4-48我國(guó)SDH網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)131 最高層為一級(jí)干線網(wǎng),它是國(guó)家骨干網(wǎng),是由比較大的省會(huì)城市構(gòu)成網(wǎng)型網(wǎng)結(jié)構(gòu)，并輔以少量線型網(wǎng)。在業(yè)務(wù)量大的匯接點(diǎn)城市裝有DXC4/4，具有STM-N接口和PDH系列的140Mb/s接口。第二層為二級(jí)干線網(wǎng),主要實(shí)現(xiàn)省內(nèi)的骨干環(huán)型網(wǎng)（少量線型網(wǎng)），其主要匯接點(diǎn)有DXC4/4和DXC4/1，有PDH的2Mb/s、34Mb/s和140Mb/s接口，也有SDH系列接口，具有靈活的調(diào)度電路能力。 最高層為一級(jí)干線網(wǎng),它是國(guó)家骨干網(wǎng),是由比較大的省會(huì)城132第三層一般為中繼線網(wǎng)（長(zhǎng)途市局和市內(nèi)局間連接），可按區(qū)域組成若干環(huán)，由ADM組成各類自愈環(huán)，也可以以路由備用方式構(gòu)成兩結(jié)點(diǎn)環(huán)。第三層一般為中繼線網(wǎng)（長(zhǎng)途市局和市內(nèi)局間連接），可按區(qū)133第四層面為用戶接入網(wǎng)。它是SDH網(wǎng)中最龐大、最復(fù)雜的部分，從建設(shè)投資來(lái)看，它占50%以上。用戶光纖化正在實(shí)施，光纖到路邊FTTC，光纖到大樓FTTB，光纖到家庭FTTH為最終目標(biāo)，這些均要作長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮，應(yīng)搞一體化的SDH/CATV網(wǎng)，開通多媒體業(yè)務(wù)，直至提供圖像、電視和高清晰度電視等寬帶業(yè)務(wù)。第四層面為用戶接入網(wǎng)。它是SDH網(wǎng)中最龐大、最復(fù)雜的部134 綜上所述，我國(guó)的SDH網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)： （1）具有四個(gè)相對(duì)獨(dú)立而又綜合一體的層面； （2）簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)； （3）適應(yīng)現(xiàn)行行政管理體制； （4）各個(gè)層面可獨(dú)立實(shí)現(xiàn)最佳化； （5）具有體制和規(guī)劃的統(tǒng)一性、完整性和先進(jìn)性。 綜上所述，我國(guó)的SDH網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：1354.6.5SDH網(wǎng)絡(luò)傳輸性能傳輸系統(tǒng)的性能對(duì)整個(gè)電信傳輸網(wǎng)的通信質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。影響SDH傳輸網(wǎng)傳輸性能的主要傳輸損傷包括誤碼、抖動(dòng)和漂移。4.6.5SDH網(wǎng)絡(luò)傳輸性能傳輸系統(tǒng)的性能對(duì)整個(gè)136 1.誤碼性能 誤碼是指經(jīng)接收、判決、再生后，數(shù)字碼流中的某些比特發(fā)生了差錯(cuò)，使傳輸?shù)男畔①|(zhì)量產(chǎn)生損傷。 （1）誤碼的產(chǎn)生和分布誤碼可說(shuō)是傳輸系統(tǒng)的一大害，輕則使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，重則導(dǎo)致傳輸中斷(以上)。 1.誤碼性能137 從網(wǎng)絡(luò)性能角度出發(fā)可將誤碼分成兩大類：①內(nèi)部機(jī)理產(chǎn)生的誤碼。系統(tǒng)的此種誤碼包括由各種噪聲源產(chǎn)生的誤碼；定位抖動(dòng)產(chǎn)生的誤碼；復(fù)用器、交叉連接設(shè)備和交換機(jī)產(chǎn)生的誤碼；以及由光纖色散產(chǎn)生的碼間干擾引起的誤碼，此類誤碼會(huì)由系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間的誤碼性能反應(yīng)出來(lái)。 從網(wǎng)絡(luò)性能角度出發(fā)可將誤碼分成兩大類：①內(nèi)部機(jī)理產(chǎn)生的誤碼138②脈沖干擾產(chǎn)生的誤碼。由突發(fā)脈沖諸如電磁干擾、設(shè)備故障、電源瞬態(tài)干擾等原因產(chǎn)生的誤碼。此類誤碼具有突發(fā)性和大量性，往往系統(tǒng)在突然間出現(xiàn)大量誤碼，可通過(guò)系統(tǒng)的短期誤碼性能反映出來(lái)。②脈沖干擾產(chǎn)生的誤碼。由突發(fā)脈沖諸如電磁干擾、設(shè)備故障、電源139（2）誤碼性能的度量傳統(tǒng)誤碼性能的度量（G.821)是度量64kbit/s的通道在27500km全程端到端連接的數(shù)字參考電路的誤碼性能，是以比特的錯(cuò)誤情況為基礎(chǔ)的。（2）誤碼性能的度量傳統(tǒng)誤碼性能的度量（G.821)140（4）誤碼減少策略 ①內(nèi)部誤碼的減?。焊纳剖招艡C(jī)的信噪比是降低系統(tǒng)內(nèi)部誤碼的主要途徑。另外，適當(dāng)選擇發(fā)送機(jī)的消光比，改善接收機(jī)的均衡特性，減少定位抖動(dòng)都有助于改善內(nèi)部誤碼性能。在再生段的平均誤碼率低于數(shù)量級(jí)以下，可認(rèn)為處于“無(wú)誤碼”運(yùn)行狀態(tài)。②外部干擾誤碼的減少：基本對(duì)策是加強(qiáng)所有設(shè)備的抗電磁干擾和靜電放電能力，例如，加強(qiáng)接地。此外在系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)劃時(shí)留有充足的冗度也是一種簡(jiǎn)單可行的對(duì)策。（4）誤碼減少策略 ①內(nèi)部誤碼的減小：改善收信機(jī)的信噪比是降141

2.可用性參數(shù) （1）不可用時(shí)間 傳輸系統(tǒng)的任一個(gè)傳輸方向的數(shù)字信號(hào)連續(xù)10秒期間內(nèi)每秒的誤碼率均劣于，從這10秒的第一秒鐘起就認(rèn)為進(jìn)入了不可用時(shí)間。 （2）可用時(shí)間 當(dāng)數(shù)字信號(hào)連續(xù)10秒期間內(nèi)每秒的誤碼率均優(yōu)于，那么從這10秒鐘的第一秒起就認(rèn)為進(jìn)入了可用時(shí)間。 2.可用性參數(shù)142 （3）可用性 可用時(shí)間占全部總時(shí)間的百分比稱之為可用性。為保證系統(tǒng)的正常使用，系統(tǒng)要滿足一定的可用性指標(biāo)。 （3）可用性143

3.抖動(dòng)漂移性能 抖動(dòng)和漂移與系統(tǒng)的定時(shí)特性有關(guān)。定時(shí)抖動(dòng)（抖動(dòng)）是指數(shù)字信號(hào)的特定時(shí)刻（例如最佳抽樣時(shí)刻）相對(duì)其理想時(shí)間位置的短時(shí)間偏離。所謂短時(shí)間偏離是指變化頻率高于10Hz的相位變化。而漂移指數(shù)字信號(hào)的特定時(shí)刻相對(duì)其理想時(shí)間位置的長(zhǎng)時(shí)間的偏離，所謂長(zhǎng)時(shí)間是指變化頻率低于10HZ的相位變化。 抖動(dòng)和漂移會(huì)使收端出現(xiàn)信號(hào)溢出或取空，從而導(dǎo)致信號(hào)滑動(dòng)損傷。 3.抖動(dòng)漂移性能144 （1）抖動(dòng)和漂移的產(chǎn)生機(jī)理有兩個(gè)SDH網(wǎng)特有的抖動(dòng)源：①在將支路信號(hào)裝入VC時(shí)，加入了固定塞入比特和控制塞入比特，分接時(shí)需要移去這些比特，這將導(dǎo)致時(shí)鐘缺口，經(jīng)濾波后產(chǎn)生殘余抖動(dòng)——脈沖塞入抖動(dòng)；②指針調(diào)整抖動(dòng)。此種抖動(dòng)是由指針進(jìn)行正／負(fù)調(diào)整和去調(diào)整時(shí)產(chǎn)生的。 （1）抖動(dòng)和漂移的產(chǎn)生機(jī)理145 （2）抖動(dòng)性能規(guī)范

SDH網(wǎng)中常見(jiàn)的度量抖動(dòng)性能的參數(shù)有：①輸入抖動(dòng)容限。輸入抖動(dòng)容限分為PDH輸入口的（支路口）和STM-N輸入口（線路口）的兩種輸入抖動(dòng)容限。對(duì)于PDH輸入口則是在使設(shè)備不產(chǎn)生誤碼的情況下，該輸入口所能承受的最大輸入抖動(dòng)值。 （2）抖動(dòng)性能規(guī)范146 ②輸出抖動(dòng)與輸入抖動(dòng)容限類似，也分為PDH支路口和STM-N線路口。定義為在設(shè)備輸入無(wú)抖動(dòng)的情況下，由端口輸出的最大抖動(dòng)。 ③映射和結(jié)合抖動(dòng) 在PDH/SDH網(wǎng)絡(luò)邊界處由于指針調(diào)整和映射會(huì)產(chǎn)生SDH的特有抖動(dòng)，為了規(guī)范這種抖動(dòng)采用映射抖動(dòng)和結(jié)合抖動(dòng)來(lái)描述這種抖動(dòng)情況。 ②輸出抖動(dòng)147 ④抖動(dòng)轉(zhuǎn)移函數(shù)—抖動(dòng)轉(zhuǎn)移特性 抖動(dòng)轉(zhuǎn)移函數(shù)定義為設(shè)備輸出的STM-N信號(hào)的抖動(dòng)與設(shè)備輸入的STM-N信號(hào)的抖動(dòng)的比值隨頻率的變化關(guān)系，此頻率指抖動(dòng)的頻率。 ④抖動(dòng)轉(zhuǎn)移函數(shù)—抖動(dòng)轉(zhuǎn)移特性148（3）抖動(dòng)減少的策略①線路系統(tǒng)的抖動(dòng)減少：線路系統(tǒng)抖動(dòng)是SDH網(wǎng)的主要抖動(dòng)源，設(shè)法減少線路系統(tǒng)產(chǎn)生的抖動(dòng)是保證整個(gè)網(wǎng)絡(luò)性能的關(guān)鍵之一②PDH支路口輸出抖動(dòng)的減少：由于SDH采用的指針調(diào)整可能會(huì)引起很大的相位躍變（因?yàn)橹羔樥{(diào)整是以字節(jié)為單位的）和伴隨產(chǎn)生的抖動(dòng)和漂移，因而在SDH/PDH網(wǎng)邊界處支路口采用解同步器來(lái)減少其抖動(dòng)和漂移幅度，解同步器有緩存和相位平滑作用（3）抖動(dòng)減少的策略①線路系統(tǒng)的抖動(dòng)減少：線路系統(tǒng)抖動(dòng)是SD1494.7實(shí)現(xiàn)高速大容量的光傳輸技術(shù)4.7.1復(fù)用技術(shù)分類從分割復(fù)用技術(shù)所分割的“域”的角度可將復(fù)用技術(shù)分為空間域的空分復(fù)用（SDM）、時(shí)間域的時(shí)分復(fù)用（TDM）、頻率域的頻分復(fù)用（FDM）和碼字域的碼分復(fù)用（CDM），如圖4-49所示。它們分別從不同域拓展了通信傳輸系統(tǒng)的容量，豐富了信號(hào)交換和控制的方式4.7實(shí)現(xiàn)高速大容量的光傳輸技術(shù)4.7.1復(fù)用技術(shù)分類150圖4-49不同域的分割復(fù)用技術(shù)圖4-49不同域的分割復(fù)用技術(shù)151在早期的模擬通信系統(tǒng)中曾經(jīng)利用頻分復(fù)用FDM構(gòu)成載波電話，發(fā)揮了很好的作用。在模擬載波通信系統(tǒng)中，為了充分利用電纜的帶寬資源，提高系統(tǒng)的傳輸容量，通常利用頻分復(fù)用的方法，即在同一根電纜中同時(shí)傳輸若干個(gè)信道的信號(hào)，接收端根據(jù)各載波頻率的不同，利用帶通濾波器濾出每一個(gè)信道的信號(hào)。在早期的模擬通信系統(tǒng)中曾經(jīng)利用頻分復(fù)用FDM構(gòu)成載波152目前光網(wǎng)絡(luò)的光復(fù)用技術(shù)主要有波分復(fù)用（WDM）、光時(shí)分復(fù)用（OTDM）和光碼分復(fù)用（OCDM）三種。波分復(fù)用以其簡(jiǎn)單、實(shí)用等特點(diǎn)在現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮了巨大的作用。相應(yīng)地光空分復(fù)用（空分交換）、光時(shí)分復(fù)用和光碼分復(fù)用等復(fù)用技術(shù)分別從空間域、時(shí)間域和碼字域的角度拓展了光通信系統(tǒng)的容量，豐富了光信號(hào)交換和控制的方式，開拓了光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的新篇章。目前光網(wǎng)絡(luò)的光復(fù)用技術(shù)主要有波分復(fù)用（WDM）、光153WDM將信道帶寬以頻率分割的方式分配給每一個(gè)用戶；OTDM將時(shí)間幀分割成小的時(shí)間片分配給每一個(gè)用戶，用戶在時(shí)間上順序發(fā)送信號(hào)并同時(shí)占有整個(gè)帶寬；OCDM系統(tǒng)中，用戶被預(yù)先分配一個(gè)特定的地址碼，各路信號(hào)在光域上進(jìn)行編解碼來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的復(fù)用，每個(gè)用戶同時(shí)占有整個(gè)帶寬，在時(shí)間和頻率上重疊，利用地址碼在光域內(nèi)的正交性來(lái)實(shí)現(xiàn)彼此的區(qū)分。WDM將信道帶寬以頻率分割的方式分配給每一個(gè)用戶；O154圖4-50WDM、OTDM、OCDM三種不同復(fù)用方式圖4-50WDM、OTDM、OCDM三種不同復(fù)用方式1554.7.2波分復(fù)用WDM技術(shù)就是為了充分利用單模光纖低損耗區(qū)帶來(lái)的巨大帶寬資源，根據(jù)每一信道光波的頻率（或波長(zhǎng)）不同將光纖的低損耗窗口劃分成若干個(gè)信道，把光波作為信號(hào)的載波，在發(fā)送端采用波分復(fù)用器（合波器）將不同規(guī)定波長(zhǎng)的信號(hào)光載波合并起來(lái)送入一根光纖進(jìn)行傳輸。在接收端，再由一波分復(fù)用器（分波器）將這些不同波長(zhǎng)承載不同信號(hào)的光載波分開的復(fù)用方式。4.7.2波分復(fù)用WDM技術(shù)就是為了充分利用單模光纖低156圖4-51波分復(fù)用系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)圖4-51波分復(fù)用系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)157WDM技術(shù)的應(yīng)用第一次把復(fù)用方式從電信號(hào)轉(zhuǎn)移到光信號(hào)，在光域上用波分復(fù)用（即頻率復(fù)用）的方式提高傳輸速率，光信號(hào)實(shí)現(xiàn)了直接復(fù)用和放大，而不再回到電信號(hào)上處理，并且各個(gè)波長(zhǎng)彼此獨(dú)立，對(duì)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式透明。WDM技術(shù)己經(jīng)在網(wǎng)絡(luò)中被廣泛采用，是目前唯一成熟且付諸實(shí)施的超大容量光傳輸技術(shù)。因此，從某種意義上講，WDM技術(shù)的應(yīng)用標(biāo)志著光信息傳輸時(shí)代的“真正”到來(lái)。WDM技術(shù)的應(yīng)用第一次把復(fù)用方式從電信號(hào)轉(zhuǎn)移到光信號(hào)，1584.7.3光時(shí)分復(fù)用光時(shí)分復(fù)用的原理和電時(shí)分復(fù)用相同，電時(shí)分復(fù)用由于受到電子速率極限的限制，速率不可能很高，于是人們自然想到了直接在光域上進(jìn)行時(shí)分復(fù)用的方法。光時(shí)分復(fù)用是直接在光域上進(jìn)行信道復(fù)用和解復(fù)用，電光變換（E/O）和光電變換（O/E）則在復(fù)用器之前和解復(fù)用器之后進(jìn)行，從而避免了電子器件速率的限制4.7.3光時(shí)分復(fù)用光時(shí)分復(fù)用的原理和電時(shí)分復(fù)用相同159圖4-52OTDM傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖4-52OTDM傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖160OTDM系統(tǒng)主要包括脈沖源、復(fù)用／解復(fù)用器、色散補(bǔ)償模塊、調(diào)制模塊以及時(shí)鐘同步模塊。超短脈沖光源在時(shí)鐘的控制下產(chǎn)生重復(fù)頻率為時(shí)鐘頻率的超短光脈沖，該超短光脈沖經(jīng)光纖放大器（EDFA）放大后分成N路，每路光脈沖由各支路信號(hào)單獨(dú)調(diào)制，支路信號(hào)的頻率和時(shí)鐘源的頻率相同。調(diào)制后的信號(hào)經(jīng)過(guò)不同的時(shí)延后用合路器合并成一路信號(hào)，完成復(fù)用功能，即變成一路高速OTDM信號(hào)。OTDM系統(tǒng)主要包括脈沖源、復(fù)用／解復(fù)用器、色散補(bǔ)償模161光時(shí)分復(fù)用是光纖通信的未來(lái)發(fā)展方向之一，它具有以下特點(diǎn)：（1）由于各ONU是在不同時(shí)隙依次進(jìn)入光功率分配器，并合成一路光信號(hào)，其信號(hào)按時(shí)間既緊湊又不重疊地排列著，與各ONU的輸入信號(hào)相比，提高了傳輸速率；（2）OTDM系統(tǒng)采用的歸零碼完全適合于比特級(jí)的全光信號(hào)處理，從而使超高速幀頭處理成為可能；光時(shí)分復(fù)用是光纖通信的未來(lái)發(fā)展方向之一，它具有以下特點(diǎn)：162（3）光時(shí)分復(fù)用只利用一個(gè)光載波就可傳送多路光脈沖信號(hào)，因此，可大幅度提高系統(tǒng)容量，如與DWM相結(jié)合，即利用多個(gè)光載波來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)分多路光脈沖信號(hào)的傳送，可成倍地提高系統(tǒng)容量；（4）采用光時(shí)分復(fù)用技術(shù)比較容易實(shí)現(xiàn)信道的按需分配。（3）光時(shí)分復(fù)用只利用一個(gè)光載波就可傳送多路光脈沖信號(hào)，因此1634.7.4光碼分復(fù)用光碼分復(fù)用（OCDM，OpticalCodeDivisionMultiplex）是近年來(lái)興起的另一種充分利用現(xiàn)有光纖帶寬的復(fù)用技術(shù)。在電通信領(lǐng)域，碼分復(fù)用是一種擴(kuò)頻通信技術(shù)，在發(fā)送端將不同的用戶信息采用相互正交的擴(kuò)頻碼序列進(jìn)行調(diào)制后再發(fā)送，在接收端采用相關(guān)解調(diào)來(lái)恢復(fù)原始數(shù)據(jù)。OCDM與電CDM相比，無(wú)論是在適用范圍、目的，還是在實(shí)現(xiàn)技術(shù)上都有顯著的不同，同WDM和OTDM技術(shù)相比具有嶄新的特點(diǎn)。4.7.4光碼分復(fù)用光碼分復(fù)用（OCDM，Optica164OCDM典型系統(tǒng)框圖如圖4-53所示，大致的過(guò)程是首先給每個(gè)用戶分配一個(gè)地址碼，用來(lái)標(biāo)記這個(gè)用戶的身份。不同的用戶有不同的地址碼，并且它們互相正交（或準(zhǔn)正交）。在發(fā)射端，要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信號(hào)首先采用適當(dāng)?shù)恼{(diào)制方式，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的光域上的信號(hào)，然后再經(jīng)過(guò)一個(gè)編碼器進(jìn)行擴(kuò)頻處理，標(biāo)記上這個(gè)用戶的地址信息，成為偽隨機(jī)信號(hào)。OCDM典型系統(tǒng)框圖如圖4-53所示，大致的過(guò)程是首先給每個(gè)165圖4-53OCDM通信系統(tǒng)框圖圖4-53OCDM通信系統(tǒng)框圖166概括說(shuō)來(lái)，OCDMA技術(shù)具有如下優(yōu)勢(shì)：（1）OCDMA技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的直接復(fù)用與交換，能動(dòng)態(tài)分配帶寬，且擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)容易，網(wǎng)管簡(jiǎn)單，因此非常適于實(shí)時(shí)、高突發(fā)、高速率和高保密性的通信業(yè)務(wù)；（2）通過(guò)給用戶分配碼字實(shí)現(xiàn)多址接入，可以在無(wú)交換中心的情況下實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到點(diǎn)、點(diǎn)到多點(diǎn)的通信，并且一個(gè)節(jié)點(diǎn)的故障不影響系統(tǒng)中的其他節(jié)點(diǎn)，用戶可以即時(shí)接入，時(shí)延也很?。桓爬ㄕf(shuō)來(lái)，OCDMA技術(shù)具有如下優(yōu)勢(shì)：（1）OCDMA技術(shù)可167（3）具有很高的保密性、安全性，在基于波分復(fù)用（WDM）網(wǎng)絡(luò)中，只要將光纖微彎，使用光譜儀對(duì)泄漏光進(jìn)行分析，即可獲得并破解各路信號(hào)，而采用CDMA技術(shù)后，入侵者在沒(méi)有獲得編碼方案和相應(yīng)碼組序列的條件下，得到的只是偽隨機(jī)光信號(hào)，破解各路信號(hào)的概率極低；（3）具有很高的保密性、安全性，在基于波分復(fù)用（WDM）網(wǎng)絡(luò)168（4）光信號(hào)處理簡(jiǎn)單，沒(méi)有像波分復(fù)用（WDM）系統(tǒng)那樣對(duì)波長(zhǎng)有嚴(yán)格的要求，另一方面，也不需要光時(shí)分復(fù)用（OTDM）系統(tǒng)那樣嚴(yán)格的時(shí)鐘同步，從而大大降低了收發(fā)設(shè)備的成本（4）光信號(hào)處理簡(jiǎn)單，沒(méi)有像波分復(fù)用（WDM）系統(tǒng)那樣對(duì)波長(zhǎng)169從宏觀上看，OCDMA技術(shù)目前正處于研究的初期階段，但是其明顯的優(yōu)勢(shì)使人們有理由相信它的極大的發(fā)展?jié)摿?。今后，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展與成熟，WDM、OTDM、OCDMA技術(shù)將相互結(jié)合、補(bǔ)充，在未來(lái)超高速傳送網(wǎng)中得到廣泛應(yīng)用。從宏觀上看，OCDMA技術(shù)目前正處于研究的初期階段，1704.1光纖傳輸鏈路的基本單元光纖傳輸鏈路由圖4-1所示，其關(guān)鍵部分是由光源和驅(qū)動(dòng)電路組成的光發(fā)送機(jī)、將光纖包在其中對(duì)光纖起到機(jī)械加固和保護(hù)作用的光纜以及由光檢測(cè)器、光放大電路、信號(hào)恢復(fù)電路組成的光接收機(jī)三大部分組成。4.1光纖傳輸鏈路的基本單元光纖傳輸鏈路由圖4-1所示，其關(guān)171圖4-1圖4-11721.光纖和光纜在光纖鏈路中，成纜后的光纖是最重要的元件之一，有關(guān)光纖的基本概念已在第2章介紹。與銅纜類似，光纜可以架空鋪設(shè)，也可以鋪設(shè)在管道內(nèi)、鋪設(shè)于海底或直埋于地下。2.發(fā)送機(jī)核心是光源。光源的主要功能就是將輸入電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)。一般鋪設(shè)好光纜以后，光源應(yīng)有與光纖纖芯相匹配的尺寸，以便于將光功率注入光纖。1.光纖和光纜173

3.接收機(jī)

光接收器的關(guān)鍵設(shè)備是光電檢測(cè)器。光信號(hào)注入光纖以后，由于光纖材料的散射、吸收和色散機(jī)理，會(huì)導(dǎo)致信號(hào)隨傳輸距離的增加而產(chǎn)生連續(xù)的衰減和失真。 3.接收機(jī)1744.2光纖的導(dǎo)光原理4.2.1基本光學(xué)定律1.光速和材料的折射率 光在不同的介質(zhì)中以不同的速度傳播，看起來(lái)就好像不同的介質(zhì)以不同的阻力阻礙光的傳播。描述介質(zhì)的這一特征的參數(shù)就是折射率，或者折射指數(shù)。4.2光纖的導(dǎo)光原理4.2.1基本光學(xué)定律175如果v是光在某種介質(zhì)中的速度，c是光在真空中的傳播速度，那么介質(zhì)的折射率n為如果v是光在某種介質(zhì)中的速度，c是光在真空中的傳播速176例【4.1】已知光從空氣照射玻璃并從其中穿過(guò)，問(wèn)光在玻璃中的傳播速度是多少？ 解：取光對(duì)玻璃的折射率n=1.5，得到光在玻璃中的傳播速度為例【4.1】已知光從空氣照射玻璃并從其中穿過(guò)，問(wèn)光在玻璃中1772.光線的反射定律和折射定律光在傳播過(guò)程中，若從一種介質(zhì)傳播到另一種介質(zhì)的交界面時(shí)，因兩種介質(zhì)的折射率不等，將會(huì)在交界面上發(fā)生反射和折射現(xiàn)象，如圖4-5所示，圖中是入射角，是折射角。是反射角2.光線的反射定律和折射定律光在傳播過(guò)程中，若從一種178（a)光從空氣進(jìn)入玻璃(b)光從玻璃進(jìn)入空氣

圖4-5入射光線、反射光線和折射光線（a)光從空氣進(jìn)入玻璃(b)光從玻璃進(jìn)入空氣

圖179【例4.2】圖4-5中,那么和的值是多少？

解：,由，

可求得【例4.2】圖4-5中,180（a）任意角度入射（b）入射角度增加（a）任意角度入射（b）入射角度增加181（c）臨界入射角—發(fā)生全內(nèi)反射

（d）入射角度大于臨界入射角—所有的光全部被反射回（c）臨界入射角—發(fā)生全內(nèi)反射

（d）入射角度1824.2.2光纖對(duì)光的傳導(dǎo)1.纖芯和包層的折射率根據(jù)光纖橫截面上折射率分布的不同，可分為階躍型光纖和漸變型光纖圖4-8給出了階躍型光纖的結(jié)構(gòu)示意圖。4.2.2光纖對(duì)光的傳導(dǎo)1.纖芯和包層的折射率183（a）折射率圖(b)光纖的橫截面—前視圖(c)光纖的橫截面—右視圖（a）折射率圖(b)光纖的橫截面—前視圖(c)184【例4.4】已知纖芯的折射率，包層的折射率，在什么條件下光可以保持在纖芯中？ 解：這個(gè)條件就是全反射。為了實(shí)現(xiàn)全反射，至少要使光纖以臨界入射角入射到纖芯包層邊界則【例4.4】已知纖芯的折射率，包層的折射率1852.臨界入射角和臨界傳播角臨界傳播角指光線與光纖中心線的角度（在光纖術(shù)語(yǔ)中常稱它為“臨界角”）；臨界入射角是光線和與纖芯和包層間的光邊界垂直的直線間的角度2.臨界入射角和臨界傳播角臨界傳播角指光線與光纖186圖4-10臨界入射角和臨界傳播角圖4-10臨界入射角和臨界傳播角1873.光纖接受角度光當(dāng)然要從像LED或LD這樣的某個(gè)源發(fā)出，而這個(gè)源是在光纖之外的，所以我們必須把它導(dǎo)向到光纖中。圖4-11示出了從一個(gè)光源輻射的光如何進(jìn)入一根光纖的過(guò)程。3.光纖接受角度光當(dāng)然要從像LED或LD這樣的某個(gè)源發(fā)出，188圖4-11光從光源導(dǎo)向光纖的過(guò)程圖4-11光從光源導(dǎo)向光纖的過(guò)程189 【例4.5】已知光纖纖芯的折射率，包層的折射率的光纖，問(wèn)其接受角是多少？ 解：因?yàn)椋?由，對(duì)于空氣，。則，求得所以接受角度。 【例4.5】已知光纖纖芯的折射率，包層1904.數(shù)值孔徑NA 數(shù)值孔徑表征光纖從光源接收光線的能力。NA值越大，光纖接收收集光的能力越強(qiáng)。 數(shù)值孔徑NA的定義是： 由于，，則得到NA的常用公式：

4.數(shù)值孔徑NA 數(shù)值孔徑表征光纖從光源接收光線的能力。N191

4.3光纖的傳輸特性4.3.1光纖的損耗特性 一、彎曲損耗 1.宏彎損耗宏彎損耗是指由整個(gè)光纖軸線的彎曲造成的損耗，其原理如圖4-12所示。4.3光纖的傳輸特性4.3.1光纖的損耗特性192圖4-12彎曲損耗圖4-12彎曲損耗1932.微彎損耗微彎損耗是指由光纖軸線微小的崎變?cè)斐傻膿p耗。其原理如圖4-13所示。纖芯包層接口在幾何上的不完善可能會(huì)造成在相應(yīng)區(qū)域上微觀的凸起或凹陷。光束最初以臨界傳播角傳輸，經(jīng)過(guò)在這些不完善點(diǎn)處的反射以后，傳播角會(huì)發(fā)生變化。結(jié)果就是不再滿足全內(nèi)反射條件，部分光束被折射掉，即它們泄露出纖芯，從而產(chǎn)生微彎損耗。2.微彎損耗微彎損耗是指由光纖軸線微小的崎變?cè)斐傻膿p194圖4-13微彎損耗圖4-13微彎損耗195二、散射損耗光纖本身?yè)p耗的原因，大致包括兩類：散射損耗和吸收損耗。所謂散射是指光通過(guò)密度或折射率等不均勻的物質(zhì)時(shí)，除了在光的傳播方向以外，在其它方向也可以看到光，這種現(xiàn)象稱為光的散射散射損耗中瑞利散射和結(jié)構(gòu)缺陷散射對(duì)光纖傳輸?shù)挠绊戄^大。二、散射損耗光纖本身?yè)p耗的原因，大致包括兩類：散射損1961.瑞利散射這種散射是由于光纖材料的折射率隨機(jī)性變化而引起的2.結(jié)構(gòu)缺陷散射在光纖制造過(guò)程中，由于結(jié)構(gòu)缺陷（如光纖中的氣泡、未發(fā)生反應(yīng)的原材料以及纖芯和包層交界處粗糙等），將會(huì)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)缺陷散射損耗，這種損耗與光波長(zhǎng)無(wú)關(guān)1.瑞利散射這種散射是由于光纖材料的折射率隨機(jī)性變化而197三、吸收損耗吸收損耗是光波通過(guò)光纖材料時(shí)，有一部分光能變成熱能，造成光功率的損失。造成吸收損耗的原因很多，但都與光纖材料有關(guān)，下面主要介紹本征吸收和雜質(zhì)吸收。（1）本征吸收材料的固有吸收損耗與波長(zhǎng)有關(guān)，對(duì)于石英系光纖，本征吸收有兩個(gè)吸收帶，一個(gè)是紫外吸收帶，另一個(gè)是紅外吸收帶。三、吸收損耗吸收損耗是光波通過(guò)光纖材料時(shí)，有一部分198 （2）雜質(zhì)吸收雜質(zhì)吸收是由光纖材料的不純凈而造成的附加吸收損耗。影響最嚴(yán)重的是：金屬過(guò)渡離子和水的氫氧根離子吸收電磁能量而造成的損耗。 （2）雜質(zhì)吸收199四、對(duì)衰減的計(jì)算 光纖損耗（Loss）是指光纖輸出端的功率與發(fā)射到光纖時(shí)的功率的比值。

其中功率和以瓦（W）為單位。四、對(duì)衰減的計(jì)算 光纖損耗（Loss）是指光纖輸出端的功200

【例4.7】一個(gè)傳輸系統(tǒng)使用衰減A為0.5dB/km的光纖。如果輸入功率是1mw，鏈路長(zhǎng)度為15km，求出輸出光功率。解：由（4.3-3）式

得【例4.7】一個(gè)傳輸系統(tǒng)使用衰減A為0.5dB/km的201 【例4.8】如果發(fā)射功率為1mW，接收器的敏感性為50uw，計(jì)算衰減為0.5Db/km的光纖鏈路的最大傳輸距離。 解：由于的最小值是由接收器的敏感性來(lái)決定的，則。由公式（4.3-4）得

【例4.8】如果發(fā)射功率為1mW，接收器的敏感性為50uw2024.3.2光纖的色散特性 光纖色散是光纖的另一個(gè)重要特性，由于光纖中色散的存在，會(huì)使得輸入脈沖在傳輸過(guò)程中展寬，產(chǎn)生碼間干擾，增加誤碼率，這就限制了傳輸容量和傳輸距離。光纖的色散可歸結(jié)為三類：模式色散、材料色散，波導(dǎo)色散。4.3.2光纖的色散特性 光纖色散是光纖的另一個(gè)重要特203一、模式及模式數(shù)量1模式

光在光纖中是以一組獨(dú)立的光束或光線傳播。如果我們能夠看到光纖內(nèi)部的話，我們會(huì)看到一組光線以不同的傳播角

傳播，傳播角的值從零到臨界值一、模式及模式數(shù)量1模式204 （a）不同光束的模式 （a）不同光束的模式205(b)不同的光束具有不同的相位變化(b)不同的光束具有不同的相位變化206?光纖只支持那些在同一相位完成整個(gè)鋸齒形的模式?光纖只支持那些在同一相位完成整個(gè)鋸齒形的模式2072.模式數(shù)量

光纖中的模式數(shù)量依賴于光纖的光特性和幾何特性。一根光纖的纖芯直徑越大纖芯所能容納的光就越多，所具有的模式就越多；同樣，光的波長(zhǎng)越短光纖所能容納的模式也越多。2.模式數(shù)量光纖中的模式數(shù)量依賴于光纖的光特性和幾208

一根光纖中模式的數(shù)量由歸一化頻率（normalizedfrequency）參數(shù)V來(lái)決定，這個(gè)參數(shù)常被稱為V參數(shù)。這個(gè)值等于

（4.3-5）其中,d為纖芯直徑，λ為工作波長(zhǎng)，n1和n2分別為纖芯和包層的折射率。 對(duì)于階躍折射率光纖，當(dāng)V值較大（V>20）時(shí)，可以采用下公式計(jì)算模式的數(shù)量N

一根光纖中模式的數(shù)量由歸一化頻率（normalizedf209

（4.3-6） 對(duì)于漸變折射率光纖，模式的數(shù)量N為

210

3．模式的物理意義在光纖中，總的光功率是由單個(gè)的模式攜帶的，所以在光纖輸出端這些小部分結(jié)合起來(lái)就成了帶一定功率的輸出光束。3．模式的物理意義在光纖中，總的光功率是由單個(gè)211二、模式色散1.色散的概念在光纖中，信號(hào)的不同模式或不同頻率在傳輸時(shí)具有不同的速度，因而信號(hào)到達(dá)終端時(shí)會(huì)出現(xiàn)傳輸時(shí)延差，從而引起信號(hào)畸變，這種現(xiàn)象統(tǒng)稱色散。 2.模式色散由于光束在