光纖通信電子教（學(xué)）案

./教師備課基本要求備課是教學(xué)的基本環(huán)節(jié),任課教師在備課過(guò)程中應(yīng)根據(jù)教學(xué)大綱,結(jié)合教材特點(diǎn),針對(duì)授課對(duì)象的具體情況,認(rèn)真組織教學(xué)內(nèi)容。認(rèn)真鉆研教材,廣泛參閱文獻(xiàn)資料,抓住基本概念、基本理論、基本技能和每個(gè)章節(jié)的基本要求,確定教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn),科學(xué)、合理地安排教學(xué)內(nèi)容。不斷更新和充實(shí)教學(xué)內(nèi)容,注意結(jié)合社會(huì)實(shí)際,反映本學(xué)科發(fā)展的科學(xué)技術(shù)新成就,并能體現(xiàn)自己的相關(guān)研究成果和學(xué)術(shù)觀點(diǎn)。注重從學(xué)生實(shí)際出發(fā),科學(xué)、合理設(shè)計(jì)各種教學(xué)方法、手段和板書,充分體現(xiàn)以學(xué)生為中心,啟發(fā)學(xué)生思考,引導(dǎo)學(xué)生掌握學(xué)習(xí)方法。教學(xué)安排與學(xué)時(shí)分配應(yīng)與教學(xué)日歷同步,合理、得當(dāng)。每次教案應(yīng)包括教學(xué)目的、教學(xué)重點(diǎn)、教學(xué)難點(diǎn)、教學(xué)過(guò)程、教學(xué)方法和適量的作業(yè)布置等項(xiàng)目,并向?qū)W生推介的必要參考書目。無(wú)論是手寫教案還是電子教案均按規(guī)定格式編寫。教學(xué)文件齊全,整體教案應(yīng)包括"備課基本要求、教學(xué)大綱、教學(xué)日歷、授課表、學(xué)生平時(shí)考核表、教案",且按此順序進(jìn)行裝訂。課程名稱光纖通信使用教材光纖通信技術(shù)主編孫學(xué)康人民郵電出版時(shí)間20xx5月專業(yè)班級(jí)0712401~02授課時(shí)數(shù)總64課時(shí);理論:48課時(shí);實(shí)踐:16課時(shí);其他:課時(shí);授課教師授課時(shí)間20xx至20xx學(xué)年度第二學(xué)期主要參考文獻(xiàn)1.X寶富等編《光纖通信》XX電子科技大學(xué)20xx2.[美]DjafarK.Mynbaev編《光纖通信技術(shù)》機(jī)械工業(yè)20xx3.吳彥文等編《光網(wǎng)絡(luò)的生存性技術(shù)》郵電大學(xué)20xx4.X增基等編《光纖通信》XX電子科技大學(xué)20xx教師備課紙第1次課題1、光纖通信概述目的要求1.了解光纖通信發(fā)展的歷史2.了解光纖通信的優(yōu)點(diǎn)與應(yīng)用3.掌握光纖通信系統(tǒng)的基本組成4.了解光纖通信的發(fā)展現(xiàn)狀與展望教學(xué)重點(diǎn)1.光纖通信系統(tǒng)的一般組成2.光端機(jī)、光纖鏈路的基本功能教學(xué)難點(diǎn)光纖通信系統(tǒng)的組成與功能教學(xué)課時(shí)2教學(xué)方法講授法、演示法、討論法教學(xué)內(nèi)容和步驟《光纖通信》課程內(nèi)容介紹、專業(yè)學(xué)習(xí)方法、參考資料介紹第1章概論第2章光纖和光纜第3章通信用光器件第4章光端機(jī)第5章數(shù)字光纖通信系統(tǒng)第6章模擬光纖通信系統(tǒng)第7章光纖通信新技術(shù)第8章光纖通信網(wǎng)絡(luò)1.1光纖通信的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀教師備課紙1.1.1探索時(shí)期的光通信中國(guó)古代用"烽火臺(tái)"報(bào)警歐洲旗語(yǔ)望遠(yuǎn)鏡,目視光通信1880年,美國(guó)人貝爾發(fā)明了用"光"1960年,美國(guó)人梅曼發(fā)明了第一臺(tái)紅寶石激光器1.1.2現(xiàn)代光纖通信1966年,英籍華裔學(xué)者高錕和霍克哈姆的論文指出利用光纖進(jìn)行信息傳輸,奠定了現(xiàn)代光通信基礎(chǔ)。1970年,美國(guó)康寧公司研制成功損耗20dB/km的石英光纖。1976年,世界上第一個(gè)實(shí)用光纖通信系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)成功。光纖通信的發(fā)展可以粗略地分為三個(gè)階段：第一階段<1966~1976年>,是基礎(chǔ)研究到商業(yè)應(yīng)用的開發(fā)時(shí)期。第二階段<1976~1986年>,提高傳輸速率和增加傳輸距離的發(fā)展時(shí)期。第三階段<1986~1996年>,全面深入、開展新技術(shù)研究的時(shí)期1.1.3國(guó)內(nèi)外光纖通信發(fā)展的現(xiàn)狀1.2光纖通信的優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用1.2.1光纖通信的優(yōu)點(diǎn)1.容許頻帶很寬,傳輸容量很大；2.損耗很小,中繼距離很長(zhǎng)且誤碼率很?。?.重量輕、體積小；教師備課紙4.抗電磁干擾性能好；5.泄漏小,XX性能好；6.節(jié)約金屬材料,有利于資源合理使用。1.2.2光纖通信的應(yīng)用光纖通信的各種應(yīng)用可概括如下：①通信網(wǎng)②構(gòu)成因特網(wǎng)的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)③有線電視網(wǎng)；工業(yè)電視系統(tǒng)；自動(dòng)控制系統(tǒng)④綜合業(yè)務(wù)光纖接入網(wǎng)1.3光纖通信系統(tǒng)的基本組成1.光發(fā)射機(jī)：把輸入電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào),并用耦合技術(shù)把光信號(hào)最大限度地注入光纖線路<常簡(jiǎn)稱為電/光或E/O轉(zhuǎn)換>。2.光纖線路：把來(lái)自光發(fā)射機(jī)的光信號(hào),以盡可能小的畸變<失真>和衰減傳輸?shù)焦饨邮諜C(jī)。教師備課紙3.光接收機(jī)：把從光纖線路輸出、產(chǎn)生畸變和衰減的微弱光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào),并經(jīng)放大和處理后恢復(fù)成發(fā)射前的電信號(hào)<常簡(jiǎn)稱為光/電或O/E轉(zhuǎn)換>。1.4數(shù)字通信系統(tǒng)和模擬通信系統(tǒng)1.4.1數(shù)字通信系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：1.抗干擾能力強(qiáng),傳輸質(zhì)量好。2.可再生中繼,傳輸距離長(zhǎng)。3.適用各種業(yè)務(wù)的傳輸,靈活性大。4.數(shù)字通信系統(tǒng)易集成,易實(shí)現(xiàn)小型化、微型化。缺點(diǎn)：占用頻帶較寬,系統(tǒng)的頻帶利用率不高。例如,一路模擬只占用4KHz的帶寬,而一路數(shù)字要占用20~64KHz的帶寬1.4.2模擬通信系統(tǒng)占用帶寬較窄,電路簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜。作業(yè)光纖通信系統(tǒng)由哪幾部分組成？各自有什么主要功能？教學(xué)總結(jié)光纖通信的入門課,采用多媒體輔助教學(xué),多次舉例引發(fā)學(xué)生思考,對(duì)比分析光通信的優(yōu)勢(shì),授課淺顯易懂,思路清晰,富有激情,旨在激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,引導(dǎo)學(xué)生深入學(xué)習(xí)本課程。教師備課紙第2次課題2.1~2.3、光纖結(jié)構(gòu)和類型、幾何光學(xué)與波動(dòng)光學(xué)分析目的要求1.理解并掌握光纖的基本結(jié)構(gòu)與相對(duì)折射率概念2.掌握光纖的折射率分布特點(diǎn)與分類3.光纖的幾何光學(xué)分析方法與數(shù)值孔徑的概念4.突變型折射率光纖的波動(dòng)光學(xué)分析方法教學(xué)重點(diǎn)1.光纖折射率分布特點(diǎn)與分類方法2.光學(xué)分析的手段與相對(duì)折射率、數(shù)值孔徑的概念與含義教學(xué)難點(diǎn)1.突變型折射率光纖的波動(dòng)光學(xué)分析方法2.麥克斯韋波動(dòng)方程教學(xué)課時(shí)2教學(xué)方法演示法、練習(xí)法、講授法、探究法教學(xué)內(nèi)容和步驟2.1光纖〔OpticalFiber〕的結(jié)構(gòu)和類型2.1.1光纖結(jié)構(gòu)相對(duì)折射率差Δ=〔n1-n2〕/n1Δ越大,光束縛在纖芯的能力越強(qiáng),但信息傳輸容量〔速率〕卻越小。教師備課紙2.1.2光纖類型1.實(shí)用光纖的折射率分布與分類:<a>突變型〔階躍型〕折射率多模光纖〔Step-IndexFiber,SIF〕<b>漸變型折射率多模光纖〔Graded-IndexFiber,GIF〕<c>單模光纖〔Single-ModeFiber,SMF〕2.典型特種單模光纖的折射率分布與分類：教師備課紙<a>雙包層光纖,折射率分布像W形,又稱為W型光纖<b>三角芯光纖,折射率分布呈三角形<c>橢圓芯光纖,折射率分布呈橢圓形2.2光纖傳輸原理2.2.1幾何光學(xué)分析方法1.數(shù)值孔徑<NumericalAperture,NA>：光線進(jìn)入光纖進(jìn)行全反射的臨界角θc的正弦值定義為數(shù)值孔徑。2.數(shù)值孔徑NA的物理含義：NA<或θc>越大,光纖接收光的能力越強(qiáng),耦合效率越高；NA越大,纖芯對(duì)光的束縛越強(qiáng),光纖抗彎曲性能越好；NA越大,經(jīng)光纖傳輸后產(chǎn)生的信號(hào)畸變?cè)酱?因而限制了信息傳輸容量。3.時(shí)間延遲差<脈沖展寬>：2.2.2麥克斯韋方程與波動(dòng)光學(xué)分析思路麥克斯韋方程組：教師備課紙電場(chǎng)分量的波動(dòng)方程：作業(yè)1.實(shí)用光纖分為哪幾類？單模光纖分為哪些類型？2.相對(duì)折射率與數(shù)值孔徑的概念與含義？?jī)烧哂泻温?lián)系？教學(xué)總結(jié)本次授課初涉專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí),用多媒體圖片來(lái)演示光纖結(jié)構(gòu),分類法講述光纖類型,推演法進(jìn)行光學(xué)分析,授課層次清晰,重點(diǎn)突出、充分理論聯(lián)系實(shí)際,積極設(shè)疑互動(dòng),強(qiáng)化學(xué)生學(xué)習(xí)效果。教師備課紙第3次課題2.4~2.5、光纖的模式、光纖的色散與損耗目的要求1.了解光纖模式的概念與單模多模光纖的區(qū)別2.理解并掌握光纖色散的定義、分類、描述方法與影響3.光纖損耗的產(chǎn)生機(jī)理與分類4.光纖的單模傳輸條件教學(xué)重點(diǎn)1.光纖色散的產(chǎn)生機(jī)理與分類2.光纖損耗的產(chǎn)生機(jī)理與分類教學(xué)難點(diǎn)1.光纖模式數(shù)目2.色散的描述方法教學(xué)課時(shí)2教學(xué)方法講授法、發(fā)現(xiàn)法、討論法、演示法教學(xué)內(nèi)容和步驟2.4光纖的模式2.4.1光纖模式的基本概念在波動(dòng)光學(xué)分析法中,對(duì)得到的兩個(gè)貝塞爾函數(shù)的微分方程進(jìn)行求解,并應(yīng)用纖芯—包層邊界條件,可求得特征方程滿足邊界條件的解βm。此時(shí)可得到一個(gè)重要結(jié)論即電磁場(chǎng)不是以連續(xù)而是以離散的模式在光纖中傳播的,而βm所對(duì)應(yīng)的這種空間分布,在傳播過(guò)程中只有相位變化,沒(méi)有形狀的變化,且始終滿足邊界條件,這種空間分布稱為模式。2.4.2歸一化頻率V與單模傳輸條件教師備課紙歸一化頻率V：?jiǎn)文鬏敆l件：傳輸模式數(shù)目隨V值增加而增多。當(dāng)V值減小時(shí),不斷發(fā)生模式截止,模式數(shù)目逐漸減少。特別值得注意的是當(dāng)V<2.405時(shí),只有HE11<LP01>模式存在,其余模式全部截止。HE11稱為基模,由兩個(gè)偏振態(tài)簡(jiǎn)并而成。由此得到單模傳輸條件為：上式必定存在一個(gè)臨界波長(zhǎng)λc,當(dāng)λ<λc時(shí),是多模傳輸,當(dāng)λ>λc時(shí),是單模傳輸,這個(gè)臨界波長(zhǎng)λc稱為截止波長(zhǎng)。2.5光纖傳輸特性損耗和色散是光纖最重要的傳輸特性。損耗限制系統(tǒng)的傳輸距離,色散則限制系統(tǒng)的傳輸容量。2.5.1光纖色散1.色散定義色散<Dispersion>是在光纖中傳輸?shù)墓庑盘?hào),由于不同成分的光的時(shí)間延遲不同而產(chǎn)生的一種物理效應(yīng)。教師備課紙2.色散類型色散包括模式色散、材料色散和波導(dǎo)色散三種類型。模式色散是由于不同模式的時(shí)間延遲不同而產(chǎn)生的。材料色散是由于光纖材料折射率隨波長(zhǎng)改變而產(chǎn)生的。波導(dǎo)色散是由于波導(dǎo)結(jié)構(gòu)參數(shù)與波長(zhǎng)有關(guān)而產(chǎn)生的。3.色散的描述方法色散對(duì)光纖傳輸系統(tǒng)的影響,在時(shí)域和頻域的表示方法不同。色散通常用3dB光帶寬f3dB或脈沖展寬Δτ表示。4.單模光纖的色散理想單模光纖沒(méi)有模式色散,只有材料色散和波導(dǎo)色散。材料色散和波導(dǎo)色散總稱為色度色散,常簡(jiǎn)稱為色散。5.偏振模色散在理想完善的單模光纖中,HE11模由兩個(gè)具有相同傳輸常數(shù)相互垂直的偏振模簡(jiǎn)并組成。但實(shí)際光纖不可避免地存在一定缺陷,如纖芯教師備課紙橢圓度和內(nèi)部殘余應(yīng)力,使兩個(gè)偏振模的傳輸常數(shù)不同,這樣產(chǎn)生的時(shí)間延遲差稱為偏振模色散或雙折射色散。2.5.2光纖損耗1.光纖損耗的分類：吸收損耗和散射損耗2.損耗的產(chǎn)生機(jī)理：吸收損耗是SiO2材料引起的固有吸收和由雜質(zhì)引起的吸收產(chǎn)生的。散射損耗是材料微觀密度不均勻而引起的瑞利散射和由光纖結(jié)構(gòu)缺陷<如氣泡>引起的散射產(chǎn)生的。3.實(shí)用光纖的損耗譜作業(yè)1.光纖的色散是什么？色散分為哪些類型？2.光纖損耗的產(chǎn)生機(jī)理是什么？損耗分為哪些類型？色散和損耗分別對(duì)通信系統(tǒng)有何影響？教學(xué)總結(jié)本次課探討的是光纖最重要的兩個(gè)傳輸特性,不僅從理論上清晰地分析了色散與損耗的產(chǎn)生原理,還運(yùn)用分類、對(duì)比的方法來(lái)講述色散與損耗的分類以與對(duì)通信系統(tǒng)的不同影響,教學(xué)效果良好。教師備課紙第4次課題2.6~2.7、光纖光纜的連接方法、光纖特性的測(cè)量方法目的要求1.了解光纖和光纜的常用工程連接方法2.理解工程中光纖特性測(cè)量的種類與重要性3.光纖主要傳輸特性的測(cè)量方法教學(xué)重點(diǎn)1.光纖連接的分類2.色散〔帶寬〕、損耗與截止波長(zhǎng)的測(cè)量方法教學(xué)難點(diǎn)1.色散〔帶寬〕測(cè)量2.截止波長(zhǎng)的測(cè)量教學(xué)課時(shí)2教學(xué)方法演示法、講授法、實(shí)驗(yàn)法教學(xué)內(nèi)容和步驟2.6光纜與光纖光纜的工程連接2.6.1光纜結(jié)構(gòu)和類型光纜一般由纜芯和護(hù)套兩部分組成,有時(shí)在護(hù)套外面加有鎧裝。光纜的類型參多媒體課件圖示。2.6.2光纖光纜的工程連接方法一般在工程上有固定連接和活動(dòng)連接兩種連接方法,固定連接需要用到專門的光纖熔接設(shè)備,如光纖自動(dòng)熔接機(jī)。2.7光纖特性測(cè)量光纖的特性參數(shù)可分幾何特性、光學(xué)特性和傳輸特性三類。幾何特性包括纖芯與包層的直徑、偏心度和不圓度；光學(xué)特性主要有折射率分教師備課紙布、數(shù)值孔徑、模場(chǎng)直徑和截止波長(zhǎng)；傳輸特性主要有損耗、帶寬和色散。下面分別介紹光纖的損耗、帶寬<色散>和截止波長(zhǎng)的測(cè)量。2.7.1損耗測(cè)量損耗測(cè)量有兩種基本方法：一是測(cè)量通過(guò)光纖的傳輸光功率,稱剪斷法和插入法；另一種是測(cè)量光纖的后向散射光功率,稱后向散射法。1.剪斷法光纖損耗系數(shù)由式來(lái)確定。其中L為被測(cè)光纖長(zhǎng)度<km>,P1和P2分別為輸入光功率和輸出光功率<mW或W>。在實(shí)際應(yīng)用中,也可采用插入法作為替代方法。2.后向散射法利用與傳輸光相反方向的瑞利散射光功率來(lái)確定光纖損耗系數(shù)的方法,稱為后向散射法。設(shè)光纖中正向傳輸光功率為P,經(jīng)過(guò)L1和L2點(diǎn)<L1<L2>時(shí)分別為P1和P2<P1>P2>,從這兩點(diǎn)返回輸入端<L=0>。光檢測(cè)器的后向散射光教師備課紙功率分別為Pd<L1>和Pd<L2>,經(jīng)分析推導(dǎo)得到,正向和反向平均損耗系數(shù)：后向散射法不僅可以測(cè)量損耗系數(shù),還可利用光在光纖中傳輸?shù)臅r(shí)間來(lái)確定光纖的長(zhǎng)度L。用后向散射法的原理設(shè)計(jì)的測(cè)量?jī)x器稱為光時(shí)域反射儀<OTDR>。OTDR不僅可測(cè)量光纖損耗系數(shù)和光纖長(zhǎng)度,還可以測(cè)量連接器和接頭的損耗,觀察光纖沿線的均勻性和確定故障點(diǎn)的位置,是光纖通信系統(tǒng)工程現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量不可缺少的工具。2.7.2帶寬〔色散〕測(cè)量光纖帶寬測(cè)量有時(shí)域和頻域兩種基本方法。時(shí)域法是測(cè)量通過(guò)光纖的光脈沖產(chǎn)生的脈沖展寬,又稱脈沖法；頻域法是測(cè)量通過(guò)光纖的頻率響應(yīng),又稱掃頻法。光纖色散測(cè)量有相移法、脈沖時(shí)延法和干涉法等。這里只介紹相移法,教師備課紙這種方法是測(cè)量單模光纖色散的基準(zhǔn)方法。角頻率為ω的正弦信號(hào)調(diào)制的光波,經(jīng)長(zhǎng)度為L(zhǎng)的單模光纖傳輸后,其時(shí)間延遲τ取決于光波長(zhǎng)λ。不同時(shí)間延遲產(chǎn)生不同相位φ。用波長(zhǎng)為λ1和λ2的受調(diào)制光波,分別通過(guò)被測(cè)光纖,由Δλ=λ2-λ1產(chǎn)生的時(shí)間延遲差為Δτ,相位移為Δφ。推導(dǎo)可得：為避免測(cè)量誤差,一般要測(cè)量一組λi-φi值,再計(jì)算出C<λ>。2.7.3截止波長(zhǎng)測(cè)量實(shí)際工程中截止波長(zhǎng)的測(cè)量方法有：在彎曲狀態(tài)下,測(cè)量損耗—波長(zhǎng)函數(shù)的傳輸功率法；改變波長(zhǎng),觀察LP01模和LP11模產(chǎn)生的兩個(gè)脈沖變?yōu)橐粋€(gè)脈沖的時(shí)延法；改變波長(zhǎng),觀察近場(chǎng)圖由環(huán)形變?yōu)楦咚剐蔚慕鼒?chǎng)法。這里只介紹傳輸功率法,這種方法是測(cè)量單模光纖截止波長(zhǎng)的基準(zhǔn)方法,一般實(shí)測(cè)截止波長(zhǎng)稍小于理論截止波長(zhǎng)。作業(yè)1.光纜的類型有哪些？光纖光纜的連接方法有哪些？2.工程上光纖傳輸特性的常用測(cè)量辦法分類與各自原理？教學(xué)總結(jié)鑒于本課程的應(yīng)用性較強(qiáng)特補(bǔ)充了該次課內(nèi)容,運(yùn)用了多媒體輔助,公式推演,圖形輔助等多種教學(xué)方法,由淺入深地講述了光通信工程中值得注意的幾個(gè)問(wèn)題,學(xué)生積極性高,教學(xué)效果良好。教師備課紙第5次課題3.1~3.5、激光器、光檢測(cè)器原理與分類、光無(wú)源器件目的要求1.掌握激光器和光檢測(cè)器的工作原理2.掌握常見(jiàn)的激光器和光檢測(cè)器的分類與各自特點(diǎn)3.掌握光無(wú)源器件的分類與特點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)1.激光器的工作原理、分類與特性2.光檢測(cè)器的工作原理、分類與特性教學(xué)難點(diǎn)1.粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布與光學(xué)諧振放大2.雪崩光電效應(yīng)與光檢測(cè)器噪聲特性分析教學(xué)課時(shí)6教學(xué)方法講授法、演示法、討論法教學(xué)內(nèi)容和步驟3.1光源3.2光檢測(cè)器3.3光無(wú)源器件通信用光器件可分為有源器件和無(wú)源器件兩種類型。有源器件包括光源、光檢測(cè)器和光放大器,分別是光發(fā)射機(jī)、光接收機(jī)和光中繼器的關(guān)鍵器件,和光纖一起決定著光纖系統(tǒng)的水平。光無(wú)源器件主要有連接器、耦合器、波分復(fù)用器、調(diào)制器、光開關(guān)和隔離器等,它們對(duì)光纖通信系統(tǒng)的構(gòu)成、功能的擴(kuò)展和性能的提高都是不可缺少的。本章主要介紹通信用光器件的工作原理和主要特性,為系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供選擇依據(jù)。教師備課紙3.1光源光源是光發(fā)射機(jī)的核心部件。本小節(jié)首先介紹半導(dǎo)體激光器<LD>的工作原理、基本結(jié)構(gòu)和主要特性,然后進(jìn)一步介紹性能更優(yōu)良的分布反饋激光器<DFB-LD>,最后介紹可靠性高、壽命長(zhǎng)和價(jià)格便宜的發(fā)光管<LED>。3.1.1半導(dǎo)體激光器工作原理和基本結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體激光器是向半導(dǎo)體PN結(jié)注入電流,實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布,產(chǎn)生受激輻射,再利用諧振腔的正反饋,實(shí)現(xiàn)光放大而產(chǎn)生激光振蕩的。激光,其英文LASER就是LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation<受激輻射的光放大>的縮寫。1.受激輻射和粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布電子在低能級(jí)的基態(tài)和高能級(jí)的激發(fā)態(tài)之間的躍遷有三種基本方式：<1>在正常狀態(tài)下,電子處于低能級(jí)E1,在入射光作用下,它會(huì)吸收光子的能量躍遷到高能級(jí)E2上,這種躍遷稱為受激吸收。電子躍遷后,在低能級(jí)留下相同數(shù)目的空穴,見(jiàn)圖<a>。<2>在高能級(jí)E2的電子是不穩(wěn)定的,即使沒(méi)有外界的作用,也會(huì)自動(dòng)地躍遷到低能級(jí)E1上與空穴復(fù)合,釋放的能量轉(zhuǎn)換為光子輻射出去,這種躍遷稱為自發(fā)輻射,見(jiàn)圖<b>。<3>在高能級(jí)E2的電子,受到入射光的作用,被迫躍遷到低能級(jí)E1上與空穴復(fù)合,釋放的能量產(chǎn)生光輻射,這種躍遷稱為受激輻射,見(jiàn)圖<c>。教師備課紙相干光與非相干光的本質(zhì)區(qū)別是什么？如何得到粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布的狀態(tài)呢?2.激光振蕩和光學(xué)諧振腔粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布是產(chǎn)生受激輻射的必要條件,但還不能產(chǎn)生激光。只有把激活物質(zhì)置于光學(xué)諧振腔中,對(duì)光的頻率和方向進(jìn)行選擇,才能獲得連續(xù)的光放大和激光振蕩輸出。激光器的閾值條件是什么？光學(xué)諧振腔產(chǎn)生激光振蕩的相位條件是什么？教師備課紙3.半導(dǎo)體激光器基本結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體激光器基本結(jié)構(gòu)是雙異質(zhì)結(jié)<DH>平面條形結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)由三層不同類型半導(dǎo)體材料構(gòu)成：中間層為有源層,兩側(cè)分別為P型和N型半導(dǎo)體,稱為限制層。3.1.2半導(dǎo)體激光器的主要特性1.發(fā)射波長(zhǎng)和光譜特性半導(dǎo)體激光器的發(fā)射波長(zhǎng)取決于導(dǎo)帶的電子躍遷到價(jià)帶時(shí)所釋放的能量,這個(gè)能量近似等于禁帶寬度Eg<eV>,因此激光器發(fā)射波長(zhǎng)可由公式hf=Eg或來(lái)確定。2.激光束的空間分布激光束的空間分布可用近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)來(lái)描述。近場(chǎng)是指激光器輸出反射鏡面上的光強(qiáng)分布,遠(yuǎn)場(chǎng)是指離反射鏡面一定距離處的光強(qiáng)分布。3.轉(zhuǎn)換效率和輸出光功率特性激光器的電/光轉(zhuǎn)換效率用外微分量子效率表示,其定義是在閾值電流以上,每對(duì)復(fù)合載流子產(chǎn)生的光子數(shù)目。4.頻率特性IM激光器輸出光功率和調(diào)制頻率滿足：5.溫度特性激光器輸出光功率隨溫度變化的兩個(gè)原因：一是激光器的閾值電流隨溫度升高而增大；二是外微分量子效率隨溫度升高而減小。溫度升高,閾值電流增大,外微分量子效率減小,輸出功率明顯下降甚至不激射。教師備課紙3.1.3分布反饋激光器隨著技術(shù)的進(jìn)步,要求新型半導(dǎo)體激光器的譜線寬度更窄,并在高速率脈沖調(diào)制下保持動(dòng)態(tài)單縱模特性,發(fā)射光波長(zhǎng)更加穩(wěn)定,能實(shí)現(xiàn)調(diào)諧,閾值電流更低,輸出光功率更大。分布反饋<DistributedFeedBack,DFB>激光器便是這種類型激光器的典型代表。普通激光器用FP諧振腔兩端的反射鏡,對(duì)激活物質(zhì)發(fā)出的輻射光進(jìn)行反饋,而DFB激光器用靠近有源層沿長(zhǎng)度方向制作的周期性結(jié)構(gòu)<波紋狀>衍射光柵實(shí)現(xiàn)光反饋。這種衍射光柵的折射率周期性變化,使光沿有源層分布式反饋,所以稱為分布反饋激光器。光柵周期Λ與波長(zhǎng)的關(guān)系由式確定。DFB激光器與FP激光器相比,具有以下優(yōu)點(diǎn)：①單縱模激光器。②譜線,波長(zhǎng)穩(wěn)定性好。③動(dòng)態(tài)譜線好。④線性好。教師備課紙3.1.4發(fā)光二極管發(fā)光二極管有兩種類型：正面發(fā)光型和側(cè)面發(fā)光型。發(fā)光二極管具有如下工作特性：<1>光譜特性：發(fā)光二極管發(fā)射的是自發(fā)輻射光,沒(méi)有諧振腔對(duì)波長(zhǎng)進(jìn)行選擇,譜線較寬；<2>光束的空間分布：正面發(fā)光型LED輻射圖呈朗伯分布；<3>輸出光功率特性；<4>頻率特性；3.1.5各種光源的性能對(duì)比與應(yīng)用分析LED通常與多模光纖耦合,用于小容量短距離系統(tǒng)；LD通常與G.652和G.653單模光纖耦合,用于大容量長(zhǎng)距離系統(tǒng)；分布反饋激光器主要與G.653或G.654單模光纖或特殊設(shè)計(jì)的單模光纖耦合,用于超大容量超長(zhǎng)距離的新型光纖系統(tǒng)。3.2光檢測(cè)器光檢測(cè)器是光接收機(jī)的核心部件。3.2.1光電二極管工作原理光電二極管<PD>把光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào),由半導(dǎo)體PN結(jié)的光電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)的。目前常用的光檢測(cè)器有PIN-PD和APD-PD兩種類型。3.2.2PIN光電二極管PN結(jié)中間設(shè)置一層摻雜濃度很低的本征半導(dǎo)體I,這便是常用的PIN光電二極管。PIN光電二極管具有如下主要特性：教師備課紙<1>量子效率和光譜特性：光電轉(zhuǎn)換效率用量子效率η或響應(yīng)度ρ表示。量子效率η的定義為一次光生電子-空穴對(duì)和入射光子數(shù)的比值〔板書定義式〕。響應(yīng)度的定義為一次光生電流和入射光功率的比值〔板書定義式〕。<2>響應(yīng)時(shí)間和頻率特性；<3>噪聲特性：噪聲是反映光電二極管特性的一個(gè)重要參數(shù),它直接影響光接收機(jī)的靈敏度。噪聲通常用均方噪聲電流<在1Ω負(fù)載上消耗的噪聲功率>來(lái)描述。均方散粒〔散彈或量子〕噪聲：〔板書定義式〕暗電流噪聲包括晶體材料表面缺陷形成的泄漏電流和載流子熱擴(kuò)散形成的本征暗電流：〔板書定義式〕均方熱噪聲電流：〔板書定義式〕3.2.3雪崩光電二極管<APD>APD的典型結(jié)構(gòu)如N+PΠP+結(jié)構(gòu)〔也被稱為拉通型APD〕。1.倍增因子定義為APD輸出光電流和一次光生電流的比值：2.過(guò)剩噪聲因子是雪崩效應(yīng)的隨機(jī)性引起噪聲增加的倍數(shù)。3.2.4常見(jiàn)光檢測(cè)器的性能對(duì)比與應(yīng)用分析APD是有增益的光電二極管,常用在光接收機(jī)靈敏度要求較高的場(chǎng)合,采用APD有利于延長(zhǎng)系統(tǒng)的傳輸距離；靈敏度要求不高的場(chǎng)合,一般采用PIN-PD。教師備課紙3.3光無(wú)源器件無(wú)源器件對(duì)光纖通信系統(tǒng)的構(gòu)成、功能的擴(kuò)展或性能的提高,都是不可缺少的。雖然對(duì)各種器件的特性有不同的要求,但是普遍要求插入損耗小、反射損耗大、工作溫度X圍寬、性能穩(wěn)定、壽命長(zhǎng)、體積小、價(jià)格便宜,許多器件還要求便于集成。本節(jié)主要介紹無(wú)源光器件的類型、原理和主要性能。3.3.1連接器和接頭連接器是實(shí)現(xiàn)光纖與光纖之間可拆卸<活動(dòng)>連接的器件,主要用于光纖線路與光發(fā)射機(jī)輸出或光接收機(jī)輸入之間,或光纖線路與其他光無(wú)源器件之間的連接。接頭是實(shí)現(xiàn)光纖與光纖之間的永久性<固定>連接,主要用于光纖線路的構(gòu)成,通常在工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施。國(guó)內(nèi)外大多借助專用自動(dòng)熔接機(jī)在現(xiàn)場(chǎng)熱熔接,也可用V形槽連接。熱熔接接頭平均損耗達(dá)0.05dB/個(gè)。3.3.2光耦合器耦合器的功能是把一個(gè)輸入的光信號(hào)分配給多個(gè)輸出,或把多個(gè)輸入的光信號(hào)組合成一個(gè)輸出。這種器件大多與波長(zhǎng)無(wú)關(guān),與波長(zhǎng)相關(guān)的耦合器稱為波分復(fù)用器/解復(fù)用器。教師備課紙1.耦合器類型T形耦合器〔a〕星形耦合器〔b〕定向耦合器〔c〕波分復(fù)用器/解復(fù)用器<也稱合波器/分波器>〔d〕2.基本結(jié)構(gòu)耦合器基本類型主要有光纖型、微器件型和波導(dǎo)型三種〔參多媒體〕。3.主要特性耦合器主要特性參數(shù)：耦合比：功率分路損耗：附加損耗：插入損耗：方向DIR<隔離度>：一致性U：不同輸入端得到的耦合比的均勻性,或者不同輸出端耦合比的等同性。3.3.3光隔離器與光環(huán)行器互易器件與非互易器件的區(qū)別是什么？隔離器就是一種非互易器件,插入損耗的典型值約為1dB。隔離器工作原理如下圖所示：教師備課紙3.3.4光環(huán)行器一般有三個(gè)或四個(gè)端口,主要用于光分插復(fù)用器。3.3.5光調(diào)制器<以馬赫-曾德?tīng)柛缮嫘驼{(diào)制器為例>3.3.6光開關(guān)分為兩大類：機(jī)械光開關(guān)；固體光開關(guān)。教師備課紙機(jī)械光開關(guān)的優(yōu)點(diǎn)是插入損耗小,串?dāng)_小,適合各種光纖,技術(shù)成熟；缺點(diǎn)是開關(guān)速度慢。固體光開關(guān)正相反,優(yōu)點(diǎn)是開關(guān)速度快；缺點(diǎn)是插入損耗大,串?dāng)_大,只適合單模光纖。作業(yè)1.光源的類型有哪些？光檢測(cè)器的類型有哪些？2.各種有源光器件和無(wú)源光器件的特性與應(yīng)用特點(diǎn)如何？3.簡(jiǎn)述半導(dǎo)體激光器的發(fā)光原理。教學(xué)總結(jié)本次課全面對(duì)通信用光器件進(jìn)行講解,運(yùn)用多媒體圖片演示、理論分析、特性對(duì)比、分類、列表等多種方法,層次清晰,結(jié)構(gòu)鮮明,重難點(diǎn)突出、課堂氣氛活躍,與學(xué)生互動(dòng)積極,教學(xué)效果好。教師備課紙第6次課題4.1~4.3、光發(fā)射機(jī)、光接收機(jī)與線路編碼目的要求1.掌握光發(fā)射機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、原理與主要特性2.掌握光接收機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、原理與主要特性3.理解數(shù)字光纖通信的線路編碼原理與分類教學(xué)重點(diǎn)1.光端機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和原理2.線路編碼的原理教學(xué)難點(diǎn)1.理想光接收機(jī)的量子極限與誤碼率分析2.光發(fā)射機(jī)的調(diào)制特性分析教學(xué)課時(shí)6教學(xué)方法演示法、講授法、練習(xí)法、討論法教學(xué)內(nèi)容和步驟4.1光發(fā)射機(jī)光發(fā)射機(jī)的功能是把電端機(jī)輸出的基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào),并用耦合技術(shù)有效注入光纖線路。調(diào)制分為直接調(diào)制和外調(diào)制兩種方式。4.1.1光發(fā)射機(jī)基本組成光發(fā)射機(jī)主要有光源和電路兩部分。1.光源是光發(fā)射機(jī)的核心器件。對(duì)其要求如下：<1>發(fā)射的光波長(zhǎng)應(yīng)和光纖低損耗"窗口"一致,即中心波長(zhǎng)應(yīng)在0.85μm、1.31μm和1.55μm附近。<2>電/光轉(zhuǎn)換效率要高。教師備課紙<3>調(diào)制速率要高,響應(yīng)速度要快。<4>器件溫度穩(wěn)定性好,可靠性高,壽命長(zhǎng)。<5>體積小,重量輕,安裝使用方便,價(jià)格便宜。2.調(diào)制電路和控制電路直接光強(qiáng)調(diào)制的數(shù)字光發(fā)射機(jī)主要電路有調(diào)制電路、控制電路、線路編碼電路和偏置電路。對(duì)其要求如下：<1>輸出光脈沖的通斷比<全"1"碼平均光功率和全"0"碼平均光功率的比值,或消光比的倒數(shù)>應(yīng)大于10,以保證足夠的光接收信噪比。<2>輸出光脈沖的寬度應(yīng)遠(yuǎn)大于開通延遲<電光延遲>時(shí)間,光脈沖的上升時(shí)間、下降時(shí)間和開通延遲時(shí)間應(yīng)足夠短,以便在高速率調(diào)制下,輸出的光脈沖能準(zhǔn)確再現(xiàn)輸入電脈沖的波形。<3>對(duì)激光器應(yīng)施加足夠的偏置電流,以便抑制在較高速率調(diào)制下可能出現(xiàn)的X弛振蕩,保證發(fā)射機(jī)正常工作。<4>應(yīng)采用自動(dòng)功率控制<APC>和自動(dòng)溫度控制<ATC>,以保證輸出光功率有足夠的穩(wěn)定性。3.線路編碼電路因?yàn)殡姸藱C(jī)輸出的數(shù)字信號(hào)是適合電纜傳輸?shù)碾p極性碼,而光源不能發(fā)射負(fù)脈沖,所以要變換為適合于光纖傳輸?shù)膯螛O性碼。4.1.2調(diào)制特性1.電光延遲和X弛振蕩現(xiàn)象2.自脈動(dòng)現(xiàn)象教師備課紙3.結(jié)發(fā)熱效應(yīng)4.1.3調(diào)制電路和自動(dòng)功率控制數(shù)字調(diào)制電路應(yīng)采用電流開關(guān)電路,常用的是差分電流開關(guān)電路。工作時(shí),LD輸出光功率可能會(huì)發(fā)生變化,為保證輸出光功率的穩(wěn)定,必須采用APC電路。4.1.4溫度特性和自動(dòng)溫度控制4.2光接收機(jī)4.2.1光接收機(jī)基本組成直接強(qiáng)度調(diào)制、直接檢測(cè)方式的數(shù)字光接收機(jī)主要包括光檢測(cè)器、前置放大器、主放大器、均衡器、時(shí)鐘提取電路、取樣判決器以與自動(dòng)增益控制<AGC>電路。1.光檢測(cè)器光檢測(cè)器是光接收機(jī)實(shí)現(xiàn)光/電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵器件。對(duì)其要求如下：<1>波長(zhǎng)響應(yīng)與光纖低損耗窗口<0.85μm、1.31μm和1.55μm>兼容；<2>響應(yīng)度要高,在一定的接收光功率下,能產(chǎn)生最大的光電流；<3>噪聲要盡可能低,能接收極微弱的光信號(hào)；<4>性能穩(wěn)定,可靠性高,壽命長(zhǎng),功耗和體積小。光檢測(cè)器主要有PIN光電二極管和雪崩光電二極管<APD>。2.放大器前置放大器應(yīng)是低噪聲放大器,其噪聲對(duì)光接收機(jī)靈敏度影響很大。主放大器一般是多級(jí)放大器,它的作用是提供足夠的增益,并通過(guò)它教師備課紙實(shí)現(xiàn)自動(dòng)增益控制<AGC>,以使輸入光信號(hào)在一定X圍內(nèi)變化時(shí),輸出電信號(hào)保持恒定。它和AGC電路共同決定著光接收機(jī)的動(dòng)態(tài)X圍。3.均衡和再生均衡的目的是對(duì)經(jīng)光纖傳輸、光/電轉(zhuǎn)換和放大后已產(chǎn)生畸變<失真>的電信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償,使輸出信號(hào)的波形適合于判決<一般用具有升余弦譜的碼元脈沖波形>,以消除碼間干擾,減小誤碼率。再生電路包括判決電路和時(shí)鐘提取電路,它的功能是從放大器輸出的信號(hào)與噪聲混合的波形中提取碼元時(shí)鐘,并逐個(gè)地對(duì)碼元波形進(jìn)行取樣判決,以得到原發(fā)送的碼流。4.光電集成接收機(jī)4.2.2噪聲特性三種前置放大器的噪聲比較：<1>雙極型晶體管前置放大器的主要特點(diǎn)是輸入阻抗低,電路時(shí)間常數(shù)RC小于信號(hào)脈沖寬度T,因而碼間干擾小,適于高速率傳輸系統(tǒng)。<2>場(chǎng)效應(yīng)管前置放大器的主要特點(diǎn)是輸入阻抗高,噪聲小,高頻特性較差,適用于低速率傳輸系統(tǒng)。<3>跨阻型前置放大器最大的優(yōu)點(diǎn)是改善了帶寬特性和動(dòng)態(tài)X圍,并具有良好的噪聲特性。4.2.3誤碼率由于噪聲的存在,放大器輸出的是一個(gè)隨機(jī)過(guò)程,其取樣值是隨機(jī)變量,因此在判決時(shí)可能發(fā)生誤判,把發(fā)射的"0"碼誤判為"1"碼,教師備課紙或把"1"碼誤判為"0"碼。光接收機(jī)對(duì)碼元誤判的概率稱為誤碼率<在二元制的情況下,等于誤比特率BER>,用較長(zhǎng)時(shí)間間隔內(nèi),在傳輸?shù)拇a流中,誤判的碼元數(shù)和接收的總碼元數(shù)的比值來(lái)表示。4.2.4靈敏度靈敏度是衡量光接收機(jī)性能的綜合指標(biāo)。靈敏度Pr的定義：在保證通信質(zhì)量<限定誤碼率或信噪比>的條件下,光接收機(jī)所需的最小平均接收光功率〈P〉min,并以dBm為單位。提問(wèn)：理想光接收機(jī)的靈敏度可以達(dá)到多少?影響光接收機(jī)的靈敏度有哪些因素?1.理想光接收機(jī)的靈敏度假設(shè)光檢測(cè)器的暗電流為零,放大器完全沒(méi)有噪聲,系統(tǒng)可以檢測(cè)出單個(gè)光子形成的電子-空穴對(duì)所產(chǎn)生的光電流,這種接收機(jī)稱為理想光接收機(jī)。它的靈敏度只受到光檢測(cè)器的量子噪聲的限制,量子噪聲是伴隨光信號(hào)的隨機(jī)噪聲,只要有光信號(hào)輸入,就有量子噪聲存在。對(duì)于數(shù)字光纖通信系統(tǒng),一般至少要有21個(gè)光子產(chǎn)生的光電流,才能保證判決時(shí)誤碼率滿足要求,這是光接收機(jī)可能達(dá)到的最高靈敏度,這個(gè)極限值是由量子噪聲決定的,所以稱為量子極限。2.影響光接收機(jī)靈敏度的因素影響實(shí)際光接收機(jī)靈敏度的因素很多,在限定誤碼率的條件下,決定光接收機(jī)靈敏度的主要因素是傳輸速率和光檢測(cè)器、前置放大器的特教師備課紙性,特別是噪聲特性。4.2.5自動(dòng)增益控制和動(dòng)態(tài)X圍由于前置放大器輸出信號(hào)幅度較大,所以主放大器的噪聲通常不必考慮。主放大器一般由多級(jí)放大器級(jí)聯(lián)構(gòu)成,其功能是提供足夠的增益A,以滿足判決所需的電平,主放大器的另一個(gè)功能是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)增益控制<AGC>,使光接收機(jī)具有一定的動(dòng)態(tài)X圍,以保證在入射光強(qiáng)度變化時(shí)輸出電流基本恒定。動(dòng)態(tài)X圍<DR>的定義是：在限定的誤碼率條件下,光接收機(jī)所能承受的最大平均接收光功率〈P〉max和所需最小平均接收光功率〈P〉min的比值,用dB表示。動(dòng)態(tài)X圍是光接收機(jī)性能的另一個(gè)重要指標(biāo),它表示光接收機(jī)接收強(qiáng)光的能力,數(shù)字光接收機(jī)的動(dòng)態(tài)X圍一般應(yīng)大于15dB。4.3線路編碼在光纖通信系統(tǒng)中,從電端機(jī)輸出的是適合于電纜傳輸?shù)碾p極性碼。光源不可能發(fā)射負(fù)光脈沖,因此必須進(jìn)行碼型變換,以適合于數(shù)字光纖通信系統(tǒng)傳輸?shù)囊?。?shù)字光纖通信系統(tǒng)普遍采用二進(jìn)制二電平碼,即"有光脈沖"表示"１"碼,"無(wú)光脈沖"表示"0"碼。但簡(jiǎn)單的二電平碼會(huì)帶來(lái)如下問(wèn)題：<1>在碼流中,出現(xiàn)"１"碼和"0"碼的個(gè)數(shù)是隨機(jī)變化的,因而直流分量也會(huì)發(fā)生隨機(jī)波動(dòng)<基線漂移>,給光接收機(jī)的判決帶來(lái)困難；<2>在碼流中,容易出現(xiàn)長(zhǎng)串連"１"碼或長(zhǎng)串連"0"碼,這樣可能教師備課紙?jiān)斐晌煌叫畔G失,給定時(shí)提取造成困難或產(chǎn)生較大的定時(shí)誤差；<3>不能實(shí)現(xiàn)在線誤碼檢測(cè),不利于長(zhǎng)途通信系統(tǒng)的維護(hù)。4.3.1擾碼為了保證傳輸?shù)耐该餍?在系統(tǒng)光發(fā)射機(jī)的調(diào)制器前,需要附加一個(gè)擾碼器,將原始的二進(jìn)制碼序列加以變換,使其接近于隨機(jī)序列。相應(yīng)地,在光接收機(jī)的判決器之后,附加一個(gè)解擾器,以恢復(fù)原始序列。擾碼與解擾可由反饋移位寄存器和對(duì)應(yīng)的前饋移位寄存器實(shí)現(xiàn)。例如：擾碼前：1100000011000…擾碼后：1101110110011…擾碼仍具有下列缺點(diǎn)：不能完全控制長(zhǎng)串連"１"和長(zhǎng)串連"0"序列的出現(xiàn)；沒(méi)有引入冗余字節(jié),不能進(jìn)行在線誤碼監(jiān)測(cè)；信號(hào)頻譜中接近于直流的分量較大,不能解決基線漂移。4.3.2mBnB碼mBnB碼是把輸入的二進(jìn)制原始碼流進(jìn)行分組,每組有m個(gè)二進(jìn)制碼,記為mB,稱為一個(gè)碼字,然后把一個(gè)碼字變換為n個(gè)二進(jìn)制碼,記為nB,并在同一個(gè)時(shí)隙內(nèi)輸出。這種碼型是把mB變換為nB,所以稱為mBnB碼,其中m和n都是正整數(shù),n>m,一般選取n=m+1。mBnB碼有1B2B、3B4B、5B6B、8B9B、17B18B等。1.mBnB碼編碼原理教師備課紙最簡(jiǎn)單的mBnB碼是1B2B碼,即曼徹斯特碼,這就是把原碼的"０"變換為"01",把"1"變換為"10"。一些禁止使用的碼字,稱為禁字,例如0000和1111。碼字?jǐn)?shù)字和是在nB碼的碼字中,用"-1"代表"0"碼,用"+1"代表"１"碼,整個(gè)碼字的代數(shù)和即為WDS。nB碼的選擇原則是盡可能選擇|WDS|最小的碼字,禁止使用|WDS|最大的碼字,正組和負(fù)組交替使用。我國(guó)3次群和4次群光纖通信系統(tǒng)最常用的線路碼型是5B6B碼。mBnB碼的缺點(diǎn)是傳輸輔助信號(hào)比較困難。2.編譯碼器兩種編譯碼電路：一種是組合邏輯電路；另一種是把設(shè)計(jì)好的碼表全部存儲(chǔ)到一塊只讀存儲(chǔ)器<PROM>內(nèi)而構(gòu)成。4.3.3插入碼插入碼是把輸入二進(jìn)制原始碼流分成每m比特<mB>一組,然后在每組mB碼末尾按一定規(guī)律插入一個(gè)碼,組成m+1個(gè)碼為一組的線路碼流。根據(jù)插入碼的規(guī)律,可以分為mB1C碼、mB1H碼和mB1P碼。1.插入碼的編碼原理mB1C碼的編碼原理：把原始碼流分成每m比特<mB>一組,然后在每組mB碼的末尾插入1比特補(bǔ)碼,這個(gè)補(bǔ)碼稱為C碼,所以稱為mB1C碼。補(bǔ)碼插在mB碼的末尾,使連"0"碼和連"1"碼的數(shù)目最少。例如：教師備課紙…………C碼的作用是引入冗余碼,可以進(jìn)行在線誤碼率監(jiān)測(cè)；同時(shí)改善了"0"碼和"1"碼的分布,有利于定時(shí)提取。mB1H碼是mB1C碼演變而成的,即在mB1C碼中,扣除部分C碼,并在相應(yīng)的碼位上插入一個(gè)混合碼<H碼>,所以稱為mB1H碼。所插入的H碼可以根據(jù)不同用途分為三類：第一類是C碼,它是第m位碼的補(bǔ)碼,用于在線誤碼率監(jiān)測(cè)；第二類是L碼,用于區(qū)間通信；第三類是G碼,用于幀同步、公務(wù)、數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)等信息的傳輸。它的優(yōu)點(diǎn)是碼速提高不大,誤碼增值??；可以實(shí)現(xiàn)在線誤碼檢測(cè)、區(qū)間通信和輔助信息傳輸。缺點(diǎn)是碼流的頻譜特性不如mBnB碼。但在擾碼后再進(jìn)行4B1H變換,可以滿足通信系統(tǒng)的要求。mB1P碼稱為奇偶校驗(yàn)碼,作用和C碼相似,但有以下兩種情況：<1>P碼為奇校驗(yàn)碼時(shí),其插入規(guī)律是使m+1個(gè)碼內(nèi)"1"碼的個(gè)數(shù)為奇數(shù),例如：…………當(dāng)檢測(cè)得m+1個(gè)碼內(nèi)"１"碼為奇數(shù)時(shí),則認(rèn)為無(wú)誤碼。<2>P碼為偶校驗(yàn)碼時(shí),其插入規(guī)律是使m+1個(gè)碼內(nèi)"１"碼的個(gè)數(shù)為偶數(shù),例如：……教師備課紙……當(dāng)檢測(cè)得m+1個(gè)碼內(nèi)"１"碼為偶數(shù)時(shí),則認(rèn)為無(wú)誤碼。2.編譯碼器和mBnB碼不同,mB1H碼沒(méi)有一一對(duì)應(yīng)的碼結(jié)構(gòu),所以mB1H碼的變換不能采用碼表法,一般采用緩存插入法來(lái)實(shí)現(xiàn)。如4B1H編碼電路。作業(yè)1.光發(fā)射機(jī)主要包括哪幾部分？光接收機(jī)包括哪幾部分？2.動(dòng)態(tài)X圍DR的定義和物理意義是什么？3.簡(jiǎn)述線路編碼的必要性和分類。教學(xué)總結(jié)本次課主要對(duì)光端機(jī)與線路編碼進(jìn)行綜合講述,結(jié)構(gòu)分明,層次清晰,側(cè)重點(diǎn)突出,采用多媒體圖形輔助,公式推演得出結(jié)論,并舉例論證,課堂多次提問(wèn),學(xué)生互動(dòng)積極,教學(xué)效果良好。教師備課紙第7次課題5.1~5.3、模擬光纖通信系統(tǒng)目的要求1.理解模擬光纖通信系統(tǒng)常用調(diào)制方法2.掌握直接光強(qiáng)調(diào)制模擬光纖通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、原理與特性3.掌握副載波復(fù)用模擬光纖通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、原理與特性教學(xué)重點(diǎn)1.模擬光纖通信系統(tǒng)常見(jiàn)調(diào)制方法2.兩種常見(jiàn)模擬光纖通信系統(tǒng)的原理與主要特性教學(xué)難點(diǎn)1.外調(diào)制的基本原理2.載噪比與信噪比的異同點(diǎn)教學(xué)課時(shí)6教學(xué)方法講授法、探究法、演示法教學(xué)內(nèi)容和步驟5.1調(diào)制方式5.1.1模擬基帶直接光強(qiáng)調(diào)制模擬基帶直接光強(qiáng)調(diào)制<DIM>是用承載信息的模擬基帶信號(hào),直接對(duì)發(fā)射機(jī)光源<LED或LD>進(jìn)行光強(qiáng)調(diào)制,使光源輸出光功率隨輸入模擬基帶信號(hào)的幅值變化而變化。5.1.2模擬間接光強(qiáng)調(diào)制模擬間接光強(qiáng)調(diào)制方式是先用承載信息的模擬基帶信號(hào)進(jìn)行電的預(yù)調(diào)制,然后用這個(gè)預(yù)調(diào)制的電信號(hào)對(duì)光源進(jìn)行光強(qiáng)調(diào)制<IM>。這種系統(tǒng)又稱為預(yù)調(diào)制直接光強(qiáng)調(diào)制光纖傳輸系統(tǒng)。1.頻率調(diào)制<FM>教師備課紙頻率調(diào)制方式是先用承載信息的模擬基帶信號(hào)對(duì)正弦載波進(jìn)行調(diào)頻,產(chǎn)生等幅的頻率受調(diào)的正弦信號(hào),其頻率隨輸入的模擬基帶信號(hào)的瞬時(shí)值而變化,然后用這個(gè)正弦調(diào)頻信號(hào)對(duì)光源進(jìn)行光強(qiáng)調(diào)制,形成FM-IM光纖傳輸系統(tǒng)。2.脈沖頻率調(diào)制<PFM>脈沖頻率調(diào)制方式是先用承載信息的模擬基帶信號(hào)對(duì)脈沖載波進(jìn)行調(diào)頻,產(chǎn)生等幅、等寬的頻率受調(diào)的脈沖信號(hào),其脈沖頻率隨輸入的模擬基帶信號(hào)的瞬時(shí)值而變化,然后用這個(gè)脈沖調(diào)頻信號(hào)對(duì)光源進(jìn)行光強(qiáng)調(diào)制,形成PFM-IM光纖傳輸系統(tǒng)。3.方波頻率調(diào)制<SWFM>方波頻率調(diào)制方式是先用承載信息的模擬基帶信號(hào)對(duì)方波進(jìn)行調(diào)頻,產(chǎn)生等幅、不等寬的方波脈沖調(diào)頻信號(hào),其方波脈沖頻率隨輸入的模擬基帶信號(hào)的幅度而變化,然后用這個(gè)方波脈沖調(diào)頻信號(hào)對(duì)光源進(jìn)行光強(qiáng)調(diào)制,形成SWFM-IM光纖傳輸系統(tǒng)。5.1.3頻分復(fù)用光強(qiáng)調(diào)制頻分復(fù)用光強(qiáng)調(diào)制方式是用每路模擬電視基帶信號(hào),分別對(duì)某個(gè)指定的射頻<RF>電信號(hào)進(jìn)行調(diào)幅<AM>或調(diào)頻<FM>,然后用組合器把多個(gè)預(yù)調(diào)RF信號(hào)組合成多路寬帶信號(hào),再用這種多路寬帶信號(hào)對(duì)光源進(jìn)行光強(qiáng)調(diào)制。光載波經(jīng)光纖傳輸后,由遠(yuǎn)端接收機(jī)進(jìn)行光/電轉(zhuǎn)換和信號(hào)分離。因?yàn)閭鹘y(tǒng)意義上的載波是光載波,為區(qū)別起見(jiàn),把受模擬基帶信號(hào)預(yù)調(diào)制的RF電載波稱為副載波,這也稱為副載波復(fù)用<SCM>。教師備課紙SCM模擬電視光纖傳輸系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：<1>一個(gè)光載波可以傳輸多個(gè)副載波,各個(gè)副載波可以承載不同類型的業(yè)務(wù),有利于數(shù)字和模擬混合傳輸以與不同業(yè)務(wù)的綜合和分離。<2>SCM系統(tǒng)靈敏度較高,又無(wú)需復(fù)雜的定時(shí)技術(shù),FM/SCM可以傳輸60～120路模擬電視節(jié)目,制造成本較低。<3>這種系統(tǒng)不僅可滿足目前社會(huì)對(duì)電視頻道日益增多的要求,而且便于在光纖與同軸電纜混合的有線電視系統(tǒng)<HFC>中采用。5.2模擬基帶直接光強(qiáng)調(diào)制光纖傳輸系統(tǒng)模擬基帶直接光強(qiáng)調(diào)制<DIM>光纖傳輸系統(tǒng)由光發(fā)射機(jī)<光源通常為發(fā)光二極管>、光纖線路和光接收機(jī)組成。5.2.1特性參數(shù)評(píng)價(jià)模擬信號(hào)直接光強(qiáng)調(diào)制系統(tǒng)傳輸質(zhì)量的最重要特性參數(shù)是信噪比<SNR>和信號(hào)失真<信號(hào)畸變>。1.信噪比系統(tǒng)的信噪比SNR定義為接收信號(hào)功率S和噪聲功率<NP>的比值。2.信號(hào)失真發(fā)射機(jī)光源的輸出功率特性是DIM系統(tǒng)產(chǎn)生非線性失真的主要原因。我們暫略去光纖傳輸和光檢測(cè)器在光/電轉(zhuǎn)換過(guò)程中產(chǎn)生的非線性失真,只討論光源LED的非線性失真。非線性失真一般可以用幅度失真參數(shù)-微分增益<DG>和相位失真參數(shù)-微分相位<DP>表示。教師備課紙?jiān)谀M電視光纖傳輸系統(tǒng)中,最廣泛使用的電路是微分四點(diǎn)相位補(bǔ)償電路和微分四點(diǎn)增益補(bǔ)償電路。5.2.2光端機(jī)光端機(jī)包括光發(fā)射機(jī)和光接收機(jī)。1.光發(fā)射機(jī)模擬基帶直接光強(qiáng)調(diào)制光纖電視傳輸系統(tǒng)對(duì)光發(fā)射機(jī)的基本要求是：<1>發(fā)射<入纖>光功率要大,以利于增加傳輸距離；<2>非線性失真要小,以利于減小微分相位<DP>和微分增益<DG>,或增大調(diào)制指數(shù)m<mTV>；<3>調(diào)制指數(shù)m<mTV>要適當(dāng)大。m大,有利于改善SNR,但m太大,不利于減小DP和DG；<4>光功率溫度穩(wěn)定性要好。2.光接收機(jī)模擬基帶直接光強(qiáng)調(diào)制光纖電視傳輸系統(tǒng)對(duì)光接收機(jī)的基本要求是：<1>信噪比<SNR>要高；<2>幅頻特性要好；教師備課紙<3>帶寬要寬。5.2.3系統(tǒng)性能模擬基帶直接光強(qiáng)調(diào)制光纖電視傳輸系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)舉例如下：<1>視頻部分：帶寬0～6MHzSNR≥50dB<未加校>DG4%DP4%發(fā)射光功率≥15dBm<32μW>接收靈敏度≤30dBm<2>伴音部分：帶寬0.04～15kHz輸入輸出電平0dBrSNR55dB<加校>畸變2%教師備課紙5.3副載波復(fù)用光纖傳輸系統(tǒng)N個(gè)頻道的模擬基帶電視信號(hào)分別調(diào)制頻率為f1,f2,f3,…,fN的射頻<RF>信號(hào),把N個(gè)帶有電視信號(hào)的副載波f1s,f2s,f3s,…,fNs組合成多路寬帶信號(hào),再用這個(gè)寬帶信號(hào)對(duì)光源<一般為L(zhǎng)D>進(jìn)行光強(qiáng)調(diào)制,實(shí)現(xiàn)電/光轉(zhuǎn)換。光信號(hào)經(jīng)光纖傳輸后,由光接收機(jī)實(shí)現(xiàn)光/電轉(zhuǎn)換,經(jīng)分離和解調(diào),最后輸出N個(gè)頻道的電視信號(hào)。我們主要討論殘留邊帶調(diào)幅副載波復(fù)用<VSB-AM/SCM>模擬電視光纖傳輸系統(tǒng)。5.3.1特性參數(shù)評(píng)價(jià)副載波復(fù)用模擬電視光纖傳輸系統(tǒng)傳輸質(zhì)量的特性參數(shù)主要是載噪比<CNR>和信號(hào)失真。1.載噪比載噪比CNR的定義：把滿負(fù)載、無(wú)調(diào)制的等幅載波置于傳輸系統(tǒng),在教師備課紙規(guī)定的帶寬內(nèi)特定頻道的載波功率<C>和噪聲功率<NP>的比值,并以dB為單位。提高CNR是系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的重要問(wèn)題,增大P不一定能提高CNR。為了提高CNR,增大m是可取的,但是增大m又會(huì)使激光器的線性劣化,要用預(yù)失真技術(shù)來(lái)補(bǔ)償。綜合各種因素,最好采用適當(dāng)?shù)偷墓夤β屎瓦m當(dāng)大的調(diào)制指數(shù)。2.信號(hào)失真組合二階互調(diào)<CSO>失真：組合三階差拍<CTB>失真：CSO和CTB將以噪聲形式對(duì)圖像產(chǎn)生干擾,為減小干擾,可以采用如下方法：<1>采用合理的頻道頻率配置,改善CSO和CTB；<2>限制調(diào)制指數(shù)m,以保證CSO和CTB符合規(guī)定的指標(biāo)；<3>采用外調(diào)制技術(shù),消除線性調(diào)頻<chirp>產(chǎn)生的信號(hào)失真,改善CSO和CTB。5.3.2光端機(jī)1.光發(fā)射機(jī)對(duì)殘留邊帶-調(diào)幅光發(fā)射機(jī)的基本要求是：<1>輸出光功率要足夠大,輸出光功率線性要好；<2>調(diào)制頻率要足夠高,調(diào)制特性要平坦；<3>輸出光波長(zhǎng)應(yīng)在光纖低損耗窗口,譜線寬度要窄；教師備課紙<4>溫度穩(wěn)定性要好。目前可供選擇的光發(fā)射機(jī)有：<1>直接調(diào)制1310nm分布反饋<DFB>激光器光發(fā)射機(jī)<2>外調(diào)制1550nm分布反饋<DFB>激光器光發(fā)射機(jī)<3>外調(diào)制摻釹釔鋁石榴石<Nd：YAG>固體激光器光發(fā)射機(jī)2.光接收機(jī)對(duì)殘留邊帶-調(diào)幅光接收機(jī)的基本要求是：<1>在一定輸入功率條件下,有足夠大的RF輸出和盡可能小的噪聲,以獲得大CNR或SNR；<2>要有足夠大的工作帶寬和頻帶平坦度,因而要采用高截止頻率的光檢測(cè)器和寬帶放大器。教師備課紙5.3.3光鏈路性能由光發(fā)射機(jī)、光纖線路和光接收機(jī)所構(gòu)成的基本光纖通信系統(tǒng),作為一個(gè)獨(dú)立的"光信道",在工程上一般稱為光鏈路,光鏈路性能通常用在規(guī)定CSO和CTB的條件下,載噪比CNR與光鏈路損耗αL的關(guān)系表示,αL=Pt-P0,α和L分別為光鏈路的平均損耗系數(shù)和傳輸長(zhǎng)度,Pt和P0分別為平均發(fā)射光功率和平均接收光功率。VSB-AM/SCM系統(tǒng)對(duì)光纖鏈路的要求參課件。作業(yè)1.模擬調(diào)制的方式有哪些？各有何基本特點(diǎn)？2.信噪比和載噪比有何異同點(diǎn)？定義如何？3.簡(jiǎn)述模擬通信系統(tǒng)的信號(hào)失真主要有哪些？如何避免？教學(xué)總結(jié)授課采用多媒體圖形輔助,分層次對(duì)本章節(jié)進(jìn)行深入淺出的講述,重點(diǎn)難點(diǎn)突出,通過(guò)比較、公式推演等方式清晰透明地向?qū)W生傳授所需掌握的知識(shí),課堂氛圍良好,學(xué)生反映積極。教師備課紙第8次課題6.1~6.3數(shù)字光纖系統(tǒng)傳輸體制、SDH幀、復(fù)用映射結(jié)構(gòu)目的要求1.理解兩種數(shù)字傳輸體制的異同點(diǎn)與優(yōu)缺點(diǎn)2.理解并掌握SDH幀結(jié)構(gòu)與功能3.掌握SDH復(fù)用映射結(jié)構(gòu)與原理4.理解并掌握E1信號(hào)復(fù)用到STM-1的原理教學(xué)重點(diǎn)1.SDH幀結(jié)構(gòu)與功能分析2.SDH基本映射單元與一般復(fù)用映射結(jié)構(gòu)3.SDH復(fù)用映射的原理教學(xué)難點(diǎn)1.各種光同步傳輸模塊中幀分區(qū)容量的計(jì)算方法2.SDH復(fù)用映射的原理教學(xué)課時(shí)6教學(xué)方法練習(xí)法、演示法、講授法、討論法教學(xué)內(nèi)容和步驟本次課需要弄清的問(wèn)題是什么？1.兩種數(shù)字傳輸體制的有何異同點(diǎn)與優(yōu)缺點(diǎn)？2.SDH是什么樣的幀結(jié)構(gòu)？其各部分的功能大致如何？3.不同的光同步傳輸模塊的各幀分區(qū)的容量如何確定？4.SDH的基本映射單元有哪些？其復(fù)用映射結(jié)構(gòu)與原理是怎樣的？5.如何以E1〔2.048Mb/s〕信號(hào)復(fù)用到STM-1<155.520Mb/s>模塊？6.1兩種傳輸體制兩種傳輸體制：準(zhǔn)同步數(shù)字系列<PDH>和同步數(shù)字系列<SDH>。教師備課紙6.1.1準(zhǔn)同步數(shù)字系列PDH1.準(zhǔn)同步數(shù)字系列PDH基本速率：一種是以1.544Mb/s為第一級(jí)<一次群或基群>基礎(chǔ)速率,采用的國(guó)家有北美各國(guó)和日本；另一種是以2.048Mb/s為第一級(jí)<一次群>基礎(chǔ)速率,采用的國(guó)家有西歐各國(guó)和中國(guó)。2.PDH的缺點(diǎn)：<1>北美、西歐和亞洲所采用的三種數(shù)字系列互不兼容,沒(méi)有世界統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)光接口；<2>各種復(fù)用系列都有其相應(yīng)的幀結(jié)構(gòu),沒(méi)有足夠的開銷比特,使網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)缺乏靈活性,不能適應(yīng)電信網(wǎng)絡(luò)不斷擴(kuò)大、技術(shù)更新的要求；<3>復(fù)分接必須逐級(jí)進(jìn)行,不能直接分插,因而復(fù)接/分接設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜,上下話路價(jià)格昂貴。6.1.2同步數(shù)字系列SDH1.SDH網(wǎng)絡(luò)拓?fù)銼DH不僅適合于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸,而且適合于多點(diǎn)之間的網(wǎng)絡(luò)傳輸。2.SDH主要特點(diǎn)<1>SDH采用世界上統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)傳輸速率等級(jí)；<2>SDH各網(wǎng)絡(luò)單元的光接口有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)X；<3>SDH幀結(jié)構(gòu)中,豐富的開銷比特用于網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行、維護(hù)和管理,便于實(shí)現(xiàn)性能監(jiān)測(cè)、故障檢測(cè)和定位、故障報(bào)告等管理功能；<4>采用數(shù)字同步復(fù)用技術(shù),其最小的復(fù)用單位為字節(jié),不必進(jìn)行碼教師備課紙速調(diào)整,簡(jiǎn)化了復(fù)接分接的實(shí)現(xiàn)設(shè)備；<5>采用數(shù)字交叉連接設(shè)備DXC可以對(duì)各種端口速率進(jìn)行可控的連接配置,對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行自動(dòng)化的調(diào)度和管理,既提高了資源利用率,又增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的抗毀性和可靠性。3.數(shù)字交叉連接設(shè)備數(shù)字交叉連接設(shè)備<DXC>相當(dāng)于一種自動(dòng)的數(shù)字電路配線架。通常用DXCX/Y來(lái)表示一個(gè)DXC的配置類型,第一個(gè)數(shù)字X表示輸入端口速率的最高等級(jí),第二個(gè)數(shù)字Y表示參與交叉連接的最低速率等級(jí)。數(shù)字0表示64kb/s電路速率；數(shù)字1、2、3、4分別表示PDH的1至4次群的速率,其中4也代表SDH的STM-1等級(jí)；數(shù)字5和6分別代表SDH的STM-4和STM-16等級(jí)。例如：DXC1/0表示輸入端口的最高速率為一次群的速率<E1：2.048Mb/s>,而交叉連接的基本速率為64kb/s。DXC4/1表示輸入端口的最高速率為STM-1<SDH>或140Mb/s<PDH>,而交叉連接的基本速率為2.048Mb/s。數(shù)字交叉連接設(shè)備與交換機(jī)的區(qū)別有：<1>DXC的輸入輸出不是單個(gè)用戶話路,而是由許多話路組成的群路；<2>兩者都能提供動(dòng)態(tài)的通道連接,但連接變動(dòng)的時(shí)間尺度是不同的。前者按大量用戶的集合業(yè)務(wù)量的變化與網(wǎng)絡(luò)的故障狀況來(lái)改變連接,由網(wǎng)管系統(tǒng)配置；后者按照用戶的呼叫請(qǐng)求來(lái)建立或改變連接,由信教師備課紙令系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)呼叫連接控制。<3>DXC在干線傳輸網(wǎng)中的主要用途是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的網(wǎng)絡(luò)配置管理。6.2SDH幀結(jié)構(gòu)與功能分析6.2.1STM-N幀結(jié)構(gòu)6.2.2幀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析：1.以字節(jié)為基礎(chǔ)的塊狀幀,且每字節(jié)為8bit2.傳輸方向：先從左至右,再?gòu)纳现料?.幀周期為125微秒,即每秒傳輸8000幀提問(wèn)：SDH基本傳輸模塊STM-1傳輸速率為多少？6.2.3幀的各分區(qū)功能分析：1.段開銷SOH<SectionOverhead〕段開銷是保證信息正常傳輸所必需的附加字節(jié),主要用于運(yùn)行、維護(hù)和管理,如幀定位、誤碼檢測(cè)、公務(wù)通信和自動(dòng)保護(hù)倒換等,它包括再生段開銷〔RSOH或SOH〕和復(fù)用段開銷〔MSOH或LOH〕。教師備課紙A1、A2代表幀定位字節(jié),其功能是識(shí)別幀的起始位置,從而實(shí)現(xiàn)幀同步。A1=11110110,A2=00101000。J0為再生段蹤跡字節(jié),該字節(jié)用來(lái)重復(fù)發(fā)送段接入點(diǎn)識(shí)別符,以便段接收機(jī)據(jù)此確認(rèn)其與指定的發(fā)射機(jī)是否處于連續(xù)的連接狀態(tài)。D1～D12為數(shù)據(jù)通信通路〔DCC〕,D1～D12字節(jié)提供SDH管理網(wǎng)〔SMN〕的傳送鏈路。E1、E2為公務(wù)聯(lián)絡(luò)字節(jié),E1提供RSOH的公務(wù)聯(lián)絡(luò)的64kb/s的語(yǔ)音通路,而E2提供MSOH公務(wù)管理的64kb/s的語(yǔ)音通路。F1為使用者通路,留給使用者〔通常是網(wǎng)絡(luò)提供者〕,是為特定維護(hù)目的而提供的臨時(shí)數(shù)據(jù)/語(yǔ)音通路連接,速率為64kb/s。K1、K2〔b1～b5〕為自動(dòng)保護(hù)倒換〔APS〕通路,當(dāng)通路出現(xiàn)故障時(shí),發(fā)送自動(dòng)保護(hù)倒換指令。K2〔b6～b8〕為復(fù)用段的遠(yuǎn)端缺陷〔MSRDI〕指示字節(jié)。當(dāng)K2字節(jié)教師備課紙的后3位發(fā)送的信號(hào)解擾碼為"110"時(shí),表示檢測(cè)到上游段缺陷或收到復(fù)用段告警指示信號(hào)。S1〔b5～b8〕為同步狀態(tài)字節(jié)。S1字節(jié)的后4位的不同編碼表示不同的同步狀態(tài),例如"0000"表示同步質(zhì)量不知道,"1111"表示不應(yīng)用作同步等。同步信息編碼如表所示。B1為比特間插奇偶校驗(yàn)8位碼〔BIP8〕,用來(lái)實(shí)現(xiàn)不中斷業(yè)務(wù)的再生段誤碼監(jiān)測(cè)。B2為比特間插奇偶校驗(yàn)24×N位碼〔BIP24×N〕,用來(lái)實(shí)現(xiàn)不中斷業(yè)務(wù)的復(fù)用段的誤碼監(jiān)測(cè)。M1可以用來(lái)指示復(fù)用段的遠(yuǎn)端差錯(cuò)〔MAREI〕,但是對(duì)于不同的STM等級(jí),M1的意義不同。教師備課紙2.信息凈載荷<Payload>信息凈載荷區(qū)是SDH幀內(nèi)用于承載各種業(yè)務(wù)信息的部分。其間包含有少量用于運(yùn)行、維護(hù)和管理的通道開銷字節(jié)<POH>,POH通常被視為凈負(fù)荷的一部分。3.管理單元指針<AU-PTR>管理單元指針主要用于指示Payload第一個(gè)字節(jié)在幀內(nèi)的準(zhǔn)確位置<即相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)指針位置的偏移量>,接收端根據(jù)指針可以準(zhǔn)確地進(jìn)行凈載荷的分離、同步和幀定位。SDH利用這種創(chuàng)新的動(dòng)態(tài)指針技術(shù),結(jié)合傳統(tǒng)的兩種碼速調(diào)整技術(shù)與SDH所獨(dú)有的虛容器VC的概念,解決了低速支路信號(hào)復(fù)接到高速信號(hào)時(shí)同步問(wèn)題。6.2.4各分區(qū)容量的具體計(jì)算辦法以STM-1為例,其傳輸速率則為9×270×8×8000=155.520Mb/s。提問(wèn)：1.試計(jì)算STM-4模塊中RSOH、POH、AU-PTR容量大小？2.試計(jì)算STM-64模塊的傳輸速率？教師備課紙6.3SDH的復(fù)用映射結(jié)構(gòu)與原理6.3.1基本映射單元的結(jié)構(gòu)與功能1.容器〔C〕容器是用來(lái)裝載各種速率業(yè)務(wù)信號(hào)的信息結(jié)構(gòu),主要完成PDH信號(hào)和虛容器VC之間的適配功能。ITU-T規(guī)定了5種標(biāo)準(zhǔn)容器,即C11、C12、C2、C3、C4,分別對(duì)應(yīng)的速率為1544kb/s、2048kb/s、6312kb/s、34368kb/s、139264kb/s。其中C4為高階C,其余的為低階C。我國(guó)SDH復(fù)用結(jié)構(gòu)中,僅用了3種容器,即C-12,C3和C4。2.虛容器〔VC〕虛容器是用來(lái)支持SDH通道層連接的信息結(jié)構(gòu)。它由標(biāo)準(zhǔn)容器C的信號(hào)再加上用以對(duì)信號(hào)進(jìn)行維護(hù)和管理的通道開銷〔POH〕構(gòu)成的。它分為高階VC和低階VC。VC-11、VC-12、VC-2和TU-3之前的VC-3為低階虛容器,VC-4和AU-3前的VC-3為高階虛容器。3.支路單元〔TU〕支路單元是為低階通道層和高階通道層之間提供適配功能的一種信息結(jié)構(gòu)。它由一個(gè)低階VC和一個(gè)指示此低階VC在相應(yīng)的高階VC中的初始字節(jié)位置的指針TU-PTR組成。4.支路單元組〔TUG〕支路單元組由一個(gè)或多個(gè)在高階VC凈負(fù)荷中占據(jù)固定位置的支路單元組成。教師備課紙VC-4/3中有TUG-3和TUG-2兩種支路單元組。1個(gè)TUG-2由1個(gè)TU-2或3個(gè)TU-12或4個(gè)TU-11組合而成。一個(gè)TUG-3由1個(gè)TU-3或7個(gè)TUG-2組合而成。一個(gè)VC-4可容納3個(gè)TUG-3,一個(gè)VC-3可容納7個(gè)TUG-2。5.管理單元〔AU〕管理單元是在高階通道層和復(fù)用段層之間提供適配功能的信息結(jié)構(gòu)。它由高階VC和指示高階VC在STM-N中的起始字節(jié)位置的管理單元指針〔AU-PTR〕組成。高階VC在STM-N中的位置是浮動(dòng)的,但AU-PTR在SDH幀結(jié)構(gòu)中的位置是固定的。6.管理單元組〔AUG〕在STM-N凈負(fù)荷中占據(jù)固定位置的一個(gè)或多個(gè)管理單元AU就組成了管