第7講_通信系統(tǒng)(1)

1、2022-4-291光纖數(shù)字通信系統(tǒng)光纖數(shù)字通信系統(tǒng)fiber digital communication system2022-4-292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(biāo)四、光纖數(shù)字通信系統(tǒng)質(zhì)量指標(biāo) 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 2022-4-293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(diǎn)：數(shù)字通信的特點(diǎn)： 1. 信號(hào)可以中繼再生，無(wú)噪聲積累；信號(hào)可以中繼再生，無(wú)噪聲積累； 2. 抗干擾能力強(qiáng)，采用糾錯(cuò)編

2、碼；抗干擾能力強(qiáng)，采用糾錯(cuò)編碼； 3. 時(shí)分多路復(fù)用，可大容量傳輸。時(shí)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(jí)復(fù)用等級(jí) 3. 再生中繼再生中繼2022-4-294三、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(shí)分復(fù)用同步時(shí)分復(fù)用(TDM)(TDM)技術(shù)技術(shù)。 復(fù)用又分為若干等級(jí)，先后有兩種傳輸復(fù)用又分為若干等級(jí)，先后有兩種傳輸體制：體制： 準(zhǔn)同步數(shù)字系列準(zhǔn)同步數(shù)字系列(PDH)(PDH) 同步數(shù)字系列同步數(shù)字系列

3、(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(guó)提出了美國(guó)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(wèn)題，是一種比較完善的存在的問(wèn)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道，也適用于微波和衛(wèi)星干線傳輸。用于

4、光纖信道，也適用于微波和衛(wèi)星干線傳輸。2022-4-295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(qiáng)度調(diào)制光強(qiáng)度調(diào)制 IM-DD 時(shí)分復(fù)用時(shí)分復(fù)用+波分復(fù)用波分復(fù)用 長(zhǎng)波長(zhǎng)單模長(zhǎng)波長(zhǎng)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(jī)功能：光發(fā)射機(jī)功能： PCM/HBD3PCM/HBD3NRZ/RZNRZ/RZ驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)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(jī)功能：光接收機(jī)功能： 光纖光纖光檢測(cè)光檢測(cè)NRZ/RZNRZ/RZPCM/HBD3PCM/H

5、BD3 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2022-4-296光纖通信系統(tǒng)光纖通信系統(tǒng)- -光發(fā)射機(jī)光發(fā)射機(jī)l數(shù)字通信光發(fā)送機(jī)結(jié)構(gòu)方框圖數(shù)字通信光發(fā)送機(jī)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(hào)信號(hào)光光信信號(hào)號(hào)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)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2022-4-297光纖通信系統(tǒng)光纖通信系統(tǒng)- -光接收機(jī)光接收機(jī)l數(shù)字通信光接收機(jī)結(jié)構(gòu)方框圖數(shù)字通信光接收機(jī)結(jié)構(gòu)方框圖光光 檢測(cè)器檢測(cè)

6、器 線路碼變換線路碼變換光光信信號(hào)號(hào)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(hào)信號(hào)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2022-4-298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 DM MR RR RR RT TT TD DD DT TT 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(wú)線段次群數(shù)字無(wú)線段n-1n-

7、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2022-4-299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(hào)的全部傳輸設(shè)備。一個(gè)數(shù)字段送規(guī)定速率的數(shù)字信號(hào)的全部傳輸設(shè)備。一個(gè)數(shù)字段含兩個(gè)數(shù)字線路終端設(shè)備和若干個(gè)串聯(lián)的再生中繼段含兩個(gè)數(shù)字線路終端設(shè)備和若干個(gè)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(jí)干線二級(jí)干線 HRDS HRDS

8、為為 280 km 280 km 一級(jí)干線一級(jí)干線 HRDS HRDS 為為 420 km 420 km 或或 280 km 280 km2022-4-2910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(gè)或多個(gè)由一個(gè)或多個(gè)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(zhǎng)度為長(zhǎng)度為 2500 km2500 km，但由于各國(guó)，但由于各國(guó)國(guó)土面積不同，采用的國(guó)土面積不同，采用的HRDLHRDL長(zhǎng)度也不同。例如長(zhǎng)度也不同。例如我國(guó)采用我國(guó)采用5000 k

9、m5000 km，美國(guó)和加拿大采用，美國(guó)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。2022-4-2911通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)數(shù)字網(wǎng)傳輸模型 假想標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字參考連接假想標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字參考連接 HRX: HRX: 若干數(shù)字鏈路若干數(shù)字鏈路(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(gè)用戶或網(wǎng)絡(luò)接口之間成數(shù)字連接，用于在兩個(gè)用戶或網(wǎng)絡(luò)接口之間提供數(shù)字信號(hào)。提供數(shù)字信號(hào)。

10、 max(HRX)= 27500Km max(HRX)= 27500Km HRX HRX總性能指標(biāo)，可按比例分配到總性能指標(biāo)，可按比例分配到HRDLHRDL中；中； 最長(zhǎng)的最長(zhǎng)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(hào)的全數(shù)字連接來(lái)考慮的。信號(hào)的全數(shù)字連接來(lái)考慮的。假設(shè)假設(shè)在兩個(gè)在兩個(gè)用戶之間的通信可能要經(jīng)過(guò)全部線路和各種串聯(lián)設(shè)備組用戶之間的通信可能要經(jīng)過(guò)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(jí)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(jí)分配后應(yīng)符合用戶的要求。用戶的要求。2022-4-2912通信系統(tǒng)通

11、信系統(tǒng)數(shù)字網(wǎng)傳輸模型 2022-4-2913 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?jī)?yōu)劣是衡量數(shù)字光纖通信系統(tǒng)傳輸質(zhì)量?jī)?yōu)劣的非常重要的指標(biāo)，它反映了在數(shù)字傳輸過(guò)程中信的非常重要的指標(biāo)，它反映了在數(shù)字傳輸過(guò)程中信息受到損害的程度。息受到損害的程度。 BER是在一個(gè)較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)的傳輸碼流中出現(xiàn)誤碼是在一個(gè)較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)的傳輸碼流中出現(xiàn)誤碼的概率，它對(duì)話音影響的程度取決于編碼方法。的概率，它對(duì)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 8.3

12、3 10-10 對(duì)于對(duì)于PCMPCM而言，而言，誤碼率對(duì)話音影響程度見(jiàn)下表：誤碼率對(duì)話音影響程度見(jiàn)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(biāo)指標(biāo)2022-4-2914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(biāo)指標(biāo)幾乎聽(tīng)不懂幾乎聽(tīng)不懂 510-2強(qiáng)烈干擾，聽(tīng)懂程度明顯下降強(qiáng)烈干擾，聽(tīng)懂程度明顯下降10-2在各種話音電平范圍內(nèi)都察覺(jué)到有干擾在各種話音電平范圍內(nèi)都察覺(jué)到有干擾10-3在低話音電平范圍內(nèi)有個(gè)別在低話音電平范圍內(nèi)有個(gè)別“喀喀喀喀”干干擾擾10-4在低話音電平范圍內(nèi)剛察覺(jué)到有干擾在低話音電平范圍內(nèi)剛察覺(jué)到有干擾10-5感覺(jué)不到干擾感覺(jué)不到干擾10-6受話者的感受受話

13、者的感受誤碼率誤碼率誤碼率對(duì)話音影響程度誤碼率對(duì)話音影響程度2022-4-2915抖動(dòng)抖動(dòng): : jitter又稱相位抖動(dòng)、定時(shí)抖動(dòng)，是數(shù)字通信又稱相位抖動(dòng)、定時(shí)抖動(dòng)，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(dòng)抖動(dòng)的定義是：數(shù)字信號(hào)在各有效瞬時(shí)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的定義是：數(shù)字信號(hào)在各有效瞬時(shí)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間位置的偏差。位置的偏差。 偏差時(shí)間范圍稱為偏差時(shí)間范圍稱為抖動(dòng)幅度抖動(dòng)幅度(JPP)(JPP)，偏差時(shí)間，偏差時(shí)間間隔對(duì)時(shí)間的變化率稱為間隔對(duì)時(shí)間的變化率稱為抖動(dòng)頻率抖動(dòng)頻率(F)(F)。 這種偏差包括輸入脈沖信號(hào)在某一平均位置這種偏差包括輸入脈沖信號(hào)在某一平均位置左右變化，和提取時(shí)鐘

14、信號(hào)在中心位置左右變化左右變化，和提取時(shí)鐘信號(hào)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(biāo)指標(biāo)抖動(dòng)抖動(dòng)2022-4-2916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(biāo)指標(biāo)抖動(dòng)示意圖抖動(dòng)示意圖 輸入輸入信號(hào)信號(hào)提取提取時(shí)鐘時(shí)鐘2022-4-2917 可靠性可靠性是一個(gè)重要指標(biāo)，它直接影響通信系是一個(gè)重要指標(biāo)，它直接影響通信系統(tǒng)的使用、維護(hù)和經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)光纖通信系統(tǒng)而統(tǒng)的使用、維護(hù)和經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)光纖通信系統(tǒng)而言，言， 可靠性包括光端機(jī)、中繼器、可靠性包括光端機(jī)、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

15、一般采用故障統(tǒng)計(jì)分析法故障統(tǒng)計(jì)分析法，即，即根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際調(diào)查結(jié)果，統(tǒng)計(jì)足夠長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)的故根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際調(diào)查結(jié)果，統(tǒng)計(jì)足夠長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)的故障次數(shù)，確定每?jī)纱喂收系臅r(shí)間間隔和每次故障障次數(shù)，確定每?jī)纱喂收系臅r(shí)間間隔和每次故障的修復(fù)時(shí)間。的修復(fù)時(shí)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(biāo)指標(biāo)2022-4-2918)exp(tR1. 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(shí)間內(nèi)系統(tǒng)無(wú)故可靠性是指在規(guī)定的條件和時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)無(wú)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

16、： (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(biāo)指標(biāo)2022-4-2919 niis1 故障率故障率 是系統(tǒng)工作到時(shí)間是系統(tǒng)工作到時(shí)間t，在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生，在單位時(shí)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(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(gè)部件的可靠性和故障率。個(gè)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(gè)部件組成，且故障率是統(tǒng)

17、計(jì)個(gè)部件組成，且故障率是統(tǒng)計(jì)無(wú)關(guān)的，無(wú)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：2022-4-2920 (3) 可用率可用率A和失效率和失效率PF?？捎寐省？捎寐蔄是在規(guī)定時(shí)間是在規(guī)定時(shí)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：MTBF1 %100%100 MTTRMTBFMTBFA總總工工作作時(shí)時(shí)間間可可用用時(shí)時(shí)間間 式中式中MTTR為平均故障修復(fù)時(shí)間為平均故障修復(fù)時(shí)間(不可用時(shí)間不可用時(shí)間)。 (2) 故障率故障率 和平均故障間隔時(shí)間和平均故障間隔時(shí)間MTBF。兩者的。兩者的關(guān)系為關(guān)系為2022-4-2921 失效率失效

18、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( !)!( nPnmnmPF%100%100 MTTRMTBFMTTRPF總總工工作作時(shí)時(shí)間間不不可可用用時(shí)時(shí)間間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：2022-4-2922 2. 可靠性指標(biāo)可靠性指標(biāo) 根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，具有主備用系統(tǒng)自動(dòng)倒換根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，具有主備用系統(tǒng)自動(dòng)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(duì)應(yīng)于次全阻故障，對(duì)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(zhǎng)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(zhǎng)為1