光發射機與光接收機第1頁，課件共56頁，創作于2023年2月光端機的性能指標；光纖通信系統基本構成；光端機的組成及工作原理；

PDH、SDH兩種傳輸體制；主要內容第2頁，課件共56頁，創作于2023年2月掌握發射機和接收機的性能指標掌握光纖通信系統基本構成；掌握發射機和接收機的框圖和工作原理理解PDH、SDH兩種傳輸體制。教學重點第3頁，課件共56頁，創作于2023年2月4.2線路編碼4.5光-電-光中繼器的原理4.1光發射機原理4.3光發射機的主要技術指標4.4數字接收機的組成及技術指標4.6PDH傳輸體制及長途光纜系統的構成第4頁，課件共56頁，創作于2023年2月光纖通信系統、主要由光發送設備、光接收機設備、光傳輸設備組成。光發送設備和光接收機設備常稱為光發射機和光接收機，兩者合在一起為光端機。把電端機輸出的數字基帶信號對光源進行直接光強度調制轉換為光信號，并用耦合技術有效注入光纖線路。電/光轉換是用承載信息的數字電信號對光源進行調制實現。4.1光發射機原理第5頁，課件共56頁，創作于2023年2月4.1光發射機原理一、光發射機框圖擾碼線路編碼調制電路光源背向光監測碼型變換均衡放大輸入碼型變換電路APCAPC光發送電路時鐘提取告警檢測圖1光發射機的組成框圖(動畫)電信號光信號數字光發送機的基本組成包括均衡放大、碼型變換、復用、擾碼、時鐘提取、光源、光源的調制電路、光源的控制電路（ATC和APC）及光源的監測和保護電路等。如圖1。第6頁，課件共56頁，創作于2023年2月二、光發射機原理光發射機的作用是將從復用設備送來的HDB3信碼變換成NRZ碼，接著將NRZ碼編為適合在光纜線路上傳輸的碼型，最后在進行電/光轉換，將電信號轉換成光信號并耦合進光纖。4.1光發射機原理（1）均衡放大：補償由電纜傳輸所產生的衰減和畸變。（2）碼型變換：將HDB3碼或CMI碼變化為NRZ碼。（3）復用：用一個大傳輸信道同時傳送多個低速信號。（4）擾碼：使信號達到“0”、“1”等概出現，利于時鐘提取。（5）時鐘提取：提取PCM時鐘信號，供給其它電路使用。（6）調制（驅動）電路：完成電/光變換任務。（7）光源：產生作為光載波的光信號。（8）溫度控制和功率控制：穩定工作溫度和輸出平均光功率。（9）其他保護、監測電路：如光源過流保護電路、無光告警電路、LD偏流（壽命）告警等。第7頁，課件共56頁，創作于2023年2月4.2線路編碼4.5光-電-光中繼器的原理4.1光發射機原理4.3光發射機的主要技術指標4.4數字接收機的組成及技術指標4.6PDH傳輸體制及長途光纜系統的構成第8頁，課件共56頁，創作于2023年2月

PCM通信系統中的接口速率和碼型，如表1所示。表1 PDH接口碼速率與接口碼型

PCM系統中的這些碼型并不都適合在數字光纖通信系統中傳輸。為此，在光端機中必須進行碼型變換。在PDH系統中，常用的線路編碼有分組碼mBnB，1B2B碼（CMI、DMI和雙相碼等）和插入碼，SDH光纖通信系統中廣泛使用的是加擾的NRZ碼。各種碼的編碼規律、傳輸速率如表2所示?；?/p>

群二

次

群三

次

群四

次

群接口碼速率

(Mbit/s)2.0488.44834.368139.264接口碼型HDB3HDB3HDB3CMI4.2光線路編碼第9頁，課件共56頁，創作于2023年2月碼

型碼型變換規則傳輸速率誤碼監測適用系統1B2B碼CMI“1”：11,00交替“0”：012fi按編碼規則檢查PDH雙相碼“1”：10

“0”：012fi同上DMI“1”：11,00交替“0”：01（前二個碼為01，11時）10（前二個碼為10，00時）2fi同上分組碼mBnB在nB碼中選擇不均等值小的碼作公共碼；正負模式交替nfi/m（1）查禁用碼字（2）利用DRS插入碼mB1P（1）P碼滿足奇校驗規則（2）P碼滿足偶校驗規則(m+1)fi/m奇偶校驗mB1C(m+1)fi/m模2和=0mB1H加擾NRZ給輸入NRZ序列加擾fi無SDH表2 常用的線路編碼4.2光線路編碼第10頁，課件共56頁，創作于2023年2月一、分組碼分組碼常用mBnB表示，它是把輸入碼流每m比特分成一組，然后把每組編成n比特輸出。每組的m個二進制碼，記為mB，變換為n個二進制碼，記為nB，因此稱為mBnB碼，其中m和n都是正整數，通常n＞m，一般選取n=m+1。常用的mBnB碼有1B2B、3B4B、5B6B、8B9B和17B18B等。最簡單的mBnB碼是1B2B碼，它是把原信息碼的“0”變換為“01”，把“1”變換為“10”。因此最大的連“0”和連“1”的數目不會超過兩個，例如1001和0110。但是碼速率提高了1倍。

mBnB碼的缺點是傳輸輔助信號比較困難。4.2光線路編碼第11頁，課件共56頁，創作于2023年2月二、插入碼插入碼是把輸入二進制原始碼流分成每m比特（mB）為一組，然后在每組mB碼末尾按一定的規律插入一個碼，組成m+1個碼為一組新的線路碼流。根據插入碼的用途不同，可以分為mB1C碼、mB1H碼和mB1P碼等。（1）mB1C碼

mB1C碼的編碼原理是，把原始碼流分成每m比特（mB）為一組，然后在每組mB碼的末尾插入1比特補碼，這個補碼稱為C碼，所以稱為mB1C碼。例如：mB碼100110001101…mBlC碼1001110100101010…4.2光線路編碼第12頁，課件共56頁，創作于2023年2月（2）mB1H碼

mB1H碼是由mB1C碼演變而成的，即在mB1C碼中，扣除部分C碼，并在相應的碼位上插入一個混合碼（H碼），所以稱為mB1H碼。所插入的H碼可以根據不同用途分為三類：第一類是C碼，它是第m位碼的補碼，用于在線誤碼率監測；第二類是L碼，用于區間通信；第三類是G碼，用于幀同步、公務、數據、監測等信息的傳輸。4.2光線路編碼第13頁，課件共56頁，創作于2023年2月4.2光線路編碼第14頁，課件共56頁，創作于2023年2月4.2光線路編碼

C為不中斷業務的誤碼檢測；G為幀同步碼（F1、F2、F3、F4）；30路區間通信碼（S1、S3、S4、S6、S7、S9、S10、S12，即一幀中有8個bit用于區間通信），數據1（S2），數據2（S8），檢測（S5），公務碼（S11）一個完整的4B1H編碼為：F14BC4BS14BC4BS24BC4BS34BC4BF24BC4BS4……其一幀為16×10=160bit幀同步碼（F1、F2、F3、F4）：4個30路區間通信碼（S1、S3、S4、S6、S7、S9、S10、S12）：8個數據1（S2）,數據2（S8）,檢測（S5）,公務碼（S11）：各1個B碼（即原始數碼流）：16×8=128bitC碼（末位反碼）：16×1=16bit碼速為輸入碼速的5/4倍。第15頁，課件共56頁，創作于2023年2月mB碼100000001110…mBlP碼1000000100101101…（3）mB1P碼在mBlP碼中，P碼稱為奇偶校驗碼，P碼有以下兩種情況。①P碼為奇校驗碼時，其插入規律是使m+1個碼內“1”碼的個數為奇數，例如：②P碼為偶校驗碼時，其插入規律是使m+1個碼內“1”碼的個數為偶數，例如：mB碼100000001110…mBlP碼1001000000111100…4.2光線路編碼第16頁，課件共56頁，創作于2023年2月三、1B2B碼（1）CMI碼

CMI碼又稱傳號反轉碼，它是一種1B2B碼。其變換規則是原碼的“0”碼用“01”碼代替，原碼的“1”碼用“00”或“11”交替代替。（2）雙相碼雙相碼又稱分相碼。也是一種1B2B碼。其變換規則是原碼的“0”碼用“01”碼代替，原碼的“1”碼用“10”代替。

4.2光線路編碼第17頁，課件共56頁，創作于2023年2月（3）DMI碼

DMI碼又稱不同模式反轉碼，它是一種1B2B碼。其變換規則是原碼的“1”碼用“00”或“11”交替代替。原碼的“0”碼，若前二個碼為“01”，“11”時用“01”代替，前二個碼為“10”，“00”時用“10”代替。4.2光線路編碼第18頁，課件共56頁，創作于2023年2月四、擾碼

SDH光纖通信系統中廣泛使用的是加擾的NRZ碼，它是利用一定規則對信號碼流進行擾碼，經過擾碼后使線路碼流中的“0”和“1”出現的概率相同，因此碼流中不會出現長連“0”或長連“1”的情況，從而有利于接收端提取時鐘信號。信號序列擾亂方法有：用一個隨機序列與輸入信號序列進行邏輯加，這樣就能把任何輸入信號序列變換為隨機序列，但完全隨機的序列不能再現。用偽隨機序列代替完全隨機序列進行擾碼與解擾。4.2光線路編碼第19頁，課件共56頁，創作于2023年2月4.2線路編碼4.5光-電-光中繼器的原理4.1光發射機原理4.3光發射機的主要技術指標4.4數字接收機的組成及技術指標4.6PDH傳輸體制及長途光纜系統的構成第20頁，課件共56頁，創作于2023年2月4.3光發射機的主要指標光發射機的平均輸出光功率衡量光發射機的輸出能力，測量平均輸出光功率的儀表是光功率計，光功率單位是dBm。一、光發射機的平均輸出光功率第21頁，課件共56頁，創作于2023年2月4.3光發射機的主要指標消光比的定義為全“1”碼平均發送光功率與全“0”碼平均發送光功率之比?？捎孟率奖硎?/p>

式中，P1為全“1”碼時的平均光功率；P0為全“0”碼時的平均光功率。消光比的大小有兩個意義：（1）反映發射機的調制狀態，消光比太大，表明光發射機調制不完善，光電轉化效率低（2）影響接收機的靈敏度。消光比過大，接收機的靈敏度就下降很大。二、消光比（EXT）第22頁，課件共56頁，創作于2023年2月4.2線路編碼4.5光-電-光中繼器的原理4.1光發射機原理4.3光發射機的主要技術指標4.4數字接收機的組成及技術指標4.6PDH傳輸體制及長途光纜系統的構成第23頁，課件共56頁，創作于2023年2月光接收機作用是將光纖傳輸后的幅度被衰減、波形產生畸變的、微弱的光信號變換為電信號，并對電信號進行放大、整形、再生后，再生成與發送端相同的電信號，輸入到電接收端機，并且用自動增益控制電路（AGC）保證穩定的輸出。光接收機中的關鍵器件是半導體光檢測器，它和接收機中的前置放大器合稱光接收機前端。前端性能是決定光接收機的主要因素。4.4數字接收機的組成及技術指標一、作用第24頁，課件共56頁，創作于2023年2月強度調制—直接檢波（IM-DD）的光接收機方框圖如圖4所示，主要包括光電檢測器、前置放大器、主放大器、均衡器、時鐘恢復電路、取樣判決器以及自動增益控制（AGC）電路等。圖4數字光接收機方框圖（動畫）二、框圖4.4數字接收機的組成及技術指標第25頁，課件共56頁，創作于2023年2月

1．光電檢測器光電檢測器是把光信號變換為電信號的關鍵器件，對其要求是：①在系統的工作波長上要有足夠高的響應度，即對一定的入射光功率，光電檢測器能輸出盡可能大的光電流。②波長響應要和光纖的3個低損耗窗口兼容。③有足夠高的響應速度和足夠的工作帶寬。④產生的附加噪聲盡可能低，能夠接收極微弱的光信號。⑤光電轉換線性好，保真度高。⑥工作性能穩定，可靠性高，壽命長。⑦功耗和體積小，使用簡便。三、各部件功能4.4數字接收機的組成及技術指標第26頁，課件共56頁，創作于2023年2月2．放大器光接收機的放大器包括前置放大器和主放大器兩部分。對前置放大器要求是較低的噪聲、較寬的帶寬和較高的增益。前置放大器的的類型目前有3種：低阻抗前置放大器、高阻抗前置放大器和跨阻抗前置放大器（或跨導前置放大器）。主放大器一般是多級放大器，它的功能主要是提供足夠高的增益，把來自前置放大器的輸出信號放大到判決電路所需的信號電平。并通過它實現自動增益控制（AGC），以使輸入光信號在一定范圍內變化時，輸出電信號應保持恒定輸出。主放大器和AGC決定著光接收機的動態范圍。4.4數字接收機的組成及技術指標第27頁，課件共56頁，創作于2023年2月

3．均衡器均衡器的作用是對已畸變(失真)和有碼間干擾的電信號進行均衡補償，減小誤碼率。4.4數字接收機的組成及技術指標

4.時鐘提取電路：用來恢復采樣所需的時鐘鉗位：鉗位是以一定的電壓或電流幅度為參考值，對輸入的電信號進行整形，即大于參考值的所有幅度歸于一個幅度值，小于參考值的幅度歸于另一個幅度值。波形圖如下。第28頁，課件共56頁，創作于2023年2月

4.4數字接收機的組成及技術指標箝位前：箝位后：

“非線性變換”將部分NRZ碼變為“RZ”碼第29頁，課件共56頁，創作于2023年2月4.4數字接收機的組成及技術指標光發：光收：

均衡：時鐘：判決：

5.判決電路：將升余弦信號恢復為“0”或“1”的數字信號第30頁，課件共56頁，創作于2023年2月6．自動增益控制（AGC）

AGC就是用反饋環路來控制主放大器的增益。作用是增加了光接收機的動態范圍，使光接收機的輸出保持恒定。解碼和擾碼電路實現發送端的擾碼的解碼編碼電路將解擾后的信碼編成適合電纜傳輸的碼型（HDB3）4.4數字接收機的組成及技術指標第31頁，課件共56頁，創作于2023年2月1、光接收機的靈敏度光接收機的靈敏度是指在系統滿足給定誤碼率指標的條件下，光接收機所需的最小平均接收光功率Pmin（mW）。工程中常用毫瓦分貝（dBm）來表示，即

(4-2)

4.4數字接收機的組成及技術指標四、主要技術指標數字光接收機主要指標有光接收機的靈敏度和動態范圍。第32頁，課件共56頁，創作于2023年2月光接收機的動態范圍是指在保證系統誤碼率指標的條件下，接收機的最低輸入光功率（dBm）和最大允許輸入光功率（dBm）之差（dB）。

2、光接收機的動態范圍第33頁，課件共56頁，創作于2023年2月4.2線路編碼4.5光-電-光中繼器的原理4.1光發射機原理4.3光發射機的主要技術指標4.4數字接收機的組成及技術指標4.6PDH傳輸體制及長途光纜系統的構成第34頁，課件共56頁，創作于2023年2月光信號在傳輸過程會出現兩個問題：①光纖的損耗特性使光信號的幅度衰減，限制了光信號的傳輸距離；②光纖的色散特性使光信號波形失真，造成碼間干擾，使誤碼率增加。以上兩點不但限制了光信號的傳輸距離，也限制了光纖的傳輸容量。為增加光纖的通信距離和通信容量，必須設置光中繼器。4.5光-電-光中繼器的原理光中繼器的功能是補償光能量損耗，恢復信號脈沖形狀有：①補償衰減的光信號；②對畸變失真的信號波形進行整形。光中繼器主要有兩種：一種是傳統的光中繼器（即光電中繼），一種是全光中繼器。第35頁，課件共56頁，創作于2023年2月一、光電中繼器的構成傳統的光中繼器采用光—電—光（O-E-O）轉換形式的中繼器。如圖6所示。圖6典型的數字光中繼器原理方框圖二、光電中繼器的結構形式有的設在機房中，有的是箱式或罐式，有的是直埋在地下或架空光纜在電桿上。4.5光-電-光中繼器的原理第36頁，課件共56頁，創作于2023年2月目前全光放大器主要是摻鉺光纖放大器。摻鉺光纖放大器是一個直接對光波實現放大的有源器件，其工作原理如圖7所示。用摻鉺光纖放大器作中繼器的優點是，設備簡單，沒有光—電—光的轉換過程，工作頻帶寬。缺點是，光放大器作中繼器時，對波形的整形不起作用。圖7摻鉺光纖放大器用作光中繼器的原理框圖（動畫）4.5光-電-光中繼器的原理第37頁，課件共56頁，創作于2023年2月4.2線路編碼4.5光-電-光中繼器的原理4.1光發射機原理4.3光發射機的主要技術指標4.4數字接收機的組成及技術指標4.6PDH傳輸體制及長途光纜系統的構成第38頁，課件共56頁，創作于2023年2月光纖通信系統有PDH(準同步數字復接系列，PlesiochronousDigitalHierarchy)系統、SDH(同步數字復接系列)系統和DWDM系統。4.6PDH傳輸體制及長途光纜系統的構成一、數字光纖通信系統組成數字光纖通信系統的組成第39頁，課件共56頁，創作于2023年2月4.6PDH傳輸體制及長途光纜系統的構成數字光纖通信系統由電收發端機、電輸入輸出接口、光端機、光纜、中繼器（光－電－光中繼器或光放大器）等部分組成。電收發端機：完成模擬信號與數字信號的相互轉化。輸入/輸出接口：對電收發端機和光端機的數字信號起連接作用。光端機：光端機主要由復分接電路和光收發模塊組成，用于完成數字電信號與數字光信號的互相轉化和數字光信號的收發。光纜與光中繼器：形成數字光信號的傳輸通道，光中繼器還有延伸傳輸距離的作用。第40頁，課件共56頁，創作于2023年2月實際速率為2048kb/s，偏差為的支路信號，先進行正碼速調整，都調到2112kb／s．即讓4個支路速率都達到同步后．再復接組成8448kb／s的二次群。在接收端則進行相反的變換。

PDH系列有兩種制式，一種是以1544kb／s為第一級比特率而構成的，另一種是以2048kb/s為第一級比特構成的。我國使用后一種制式，其基群、二次群、三次群、四次群的速率依次為2048kbps、8448kbps、34368kbps、139264kbps，話務容量為30、120、480、1920路。二、PDH系列有兩種制式4.6PDH傳輸體制及長途光纜系統的構成第41頁，課件共56頁，創作于2023年2月

PDH數字光纜通信系統由PCM基群復用設備、高次群數字復用設、光端機、光中繼機和光纜等部分組成。PCM基群復用設備的主要作用是對話音信號進行取樣、量化、編碼，然后將30個話路進行復接，組成基群幀結構，速率為2048kb／s，在接收端則進行相反的處理。高次群數字復用設備包括二次群復用設備、三次群復用設備、四次群復用設備等。其主要作用是將低次群復接組成高次群。三、PDH長途光纜通信系統的構成4.6PDH傳輸體制及長途光纜系統的構成第42頁，課件共56頁，創作于2023年2月圖9所示的是PDH光纜通信系統的一例。圖中MUX1—基群復用設備；MUX3—三次群復用設備；MUX2—二次群復用設備；MUX1-3—三次群跳群復用設備MUX4—四次群復用設備；0LT2—二次群光端機；OLT3—三次群光端機；OLT4一四次群光端機；接口0—音頻或64kb／s接口；接口1—2048kb／s接口；接口2—8448kb／s接口；接口3—34368kb／s接口；接口4—139264kb／s接口；4.6PDH傳輸體制及長途光纜系統的構成第43頁，課件共56頁，創作于2023年2月圖9PDH光纜通信系統舉例4.6PDH傳輸體制及長途光纜系統的構成第44頁，課件共56頁，創作于2023年2月S點—光接口。S點是緊靠著光發送機的話動連接器盾的參考點，是光發送機與光纜線路之間的互連點；R點—光接口。R點是緊靠著光接收機的活動連接器前的參考點，是光接收機與光纜線路之間的互連點；REG一光中繼機。復用設備機架間連線使用銅軸線，接口1、接口2、接口3的碼型為HDB3碼，接口4的碼型為CMI碼。4.6PDH傳輸體制及長途光纜系統的構成第45頁，課件共56頁，創作于2023年2月1、二次群光纜通信系統的組成由圖可見，由MUX1、MUX2、OLT2、光纜、光中繼機等就可組成二次群光纜通信系統。接口1、接口2為電接口，S和R點為光接口。系統的傳輸容量為120路。2、三次群光纜通信系統的組成由MUX1、MUX2、MUX3、OLT3、光纜、光中繼機即可組成三次群光纜通信系統；由MUX1、MUXl-3、OLT3、光纜、光中繼機也可組成三次群光纜通信系統。容量為480路。3、四次群光纜通信系統的組成由MUX1、MUX2、MUX3、MUX4、OLT4、光纜、光中繼機等可組成四次群光纜通信系統。接口1、接口2、接口3、接口4為電接口，S、R為光接口。電接口的速率依次為2048kb/s、8448kb/s、34368kb/s、139264kb/s，碼型依次為HDB3、HDB3、HDB3和CMI。話路容量為1920路。4.6PDH傳輸體制及長途光纜系統的構成第46頁，課件共56頁，創作于2023年2月

1、PDH體制的缺陷

1)接口方面——與設備互連有關

電接口——地區性的電接口規范，無世界標準。光接口——無光接口規范，各廠家獨自開發。四、PDH概述4.6PDH傳輸體制及長途光纜系統的構成第47頁，課件共56頁，創作于2023年2月565Mb/s139Mb/s34Mb/s8Mb/s2Mb/s1.6Gb/s400Mb/s100Mb/s32Mb/s6.3Mb/s1.5Mb/s274Mb/s45Mb/s6.3Mb/s×4×4×4×4×4×4×4×4×6×7×3歐洲系列日本系列北美系列×54.6PDH傳輸體制及長途光纜系統的構成第48頁，課件共56頁，創作于2023年2月2)復用方式

PDH采用異步復用方式通過正碼速調整（塞入bit）匹配和容納信號時鐘的偏差低速信號在高速信號中的位置無規律性從高速信號插/分低速信號要一級一級進行復用/解復用增加了信號的損傷，不利于大容量傳輸四、PDH概述4.6PDH傳輸體制及長途光纜系統的構成140Mb/s34Mb/s34Mb/s8Mb/s8Mb/s2Mb/s解解解復復復用用用復復復用用140Mb/s用第49頁，課件共56頁，創作于2023年2月

3)運行維護功能(OAM)——決定設備維護成本與信號幀中開銷(冗余)字節的數量有關

PCM30/32僅TS0、TS16用于OAM開銷，OAM功能弱線路編碼時要加冗余碼進行性能監控

4)無統一的網管接口無法形成統一的TMN四、PDH概述4.6PDH傳輸體制及長途光纜系統的構成因此，PDH體制不適應大容量傳輸網的組建，SDH體制應運而生。第50頁，課件共56頁，創作于2023年2月五、SDH概述4.6PDH傳輸體制及長途光纜系統的構成

1、SDH概念是一整套可進行同步數字傳輸、復用和交叉連接的標準化數字信號的等級結構。

2、SDH體制的優勢