數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)課程設計

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1. 引言4</b></p><p>　　1.1 設計背景4</p><p>　　1.2 光纖通信技術4</p><p>　　1.2.1 光纖通信概念4</p><p>　　1.2.2 光纖通信發(fā)

2、展4</p><p>　　1.3 數(shù)字光纖傳輸?shù)膬?yōu)點5</p><p>　　1.4 光纖通信技術的發(fā)展前景6</p><p>　　2.數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)設計7</p><p>　　2.1數(shù)字光纖傳輸?shù)膬煞N體制7</p><p>　　2.1.1準同步數(shù)字系列PDH8</p><p>　　

3、2.1.2準同步數(shù)字系列SDH8</p><p>　　2.2 整體設計10</p><p>　　2.3 光發(fā)射機11</p><p>　　2.3.1 光源11</p><p>　　2.3.2 調制電路和控制電路11</p><p>　　2.3.3 線路編碼電路12</p><p>　

4、　2.4 光接收機13</p><p>　　2.4.1 光檢測器13</p><p>　　2.4.2 放大器14</p><p>　　2.4.3 均衡和再生14</p><p>　　3.數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)分析14</p><p>　　3.1性能指標14</p><p>　　3.2系統(tǒng)設

5、計分析15</p><p>　　3.2.1中繼距離受損耗的限制15</p><p>　　3.2.2中繼距離受色散(帶寬)的限制16</p><p><b>　　4．總結16</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　隨著數(shù)字技術和光纖通信技

6、術各自的進步，以及社會對于光纖集成網(wǎng)絡以實現(xiàn)資源共享的要求日益增長，數(shù)據(jù)與光纖通信技術也已緊密地結合起來，成為了社會的強大物質技術基礎。現(xiàn)代社會，數(shù)字光纖通信已經(jīng)越來越多地應用到了社會各個領域中。</p><p>　　光纖通信系統(tǒng)最重要的部分是光發(fā)射機、信道和光接受機三個模塊。通過各種光電設備連接成SDH 同步數(shù)字序列的數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)。</p><p><b>　　1. 引言&

7、lt;/b></p><p><b>　　1.1 設計背景</b></p><p>　　光纖通信技術光纖通信自從問世以來，給整個通信領域帶來了一場革命，它使高速率、大容量的通信成為可能。光纖通信由于具有損耗低、傳輸頻帶寬容量大、體積小、重量輕、抗電磁干擾、不易串音等優(yōu)點而備受業(yè)內(nèi)人士的青睞，發(fā)展非常迅速。</p><p>　　在現(xiàn)代社會，

8、光纖通信越來越多地與另一種通信方式—數(shù)字通信聯(lián)系在了一起，二者一同成為辦公自動化，局域網(wǎng)辦公，網(wǎng)絡資源共享，社區(qū)網(wǎng)絡通信甚至是建設信息高速公路的核心技術。這兩種技術也成了當下的熱門研究課題。</p><p>　　1.2 光纖通信技術</p><p>　　1.2.1 光纖通信概念</p><p>　　所謂光纖通信，就是利用光纖來傳輸攜帶信息的光波以達到通信之目的。要使

9、光波成為攜帶信息的載體，必須對之進行調制，在接收端再把信息從光波中檢測出來。然而，對光波進行調制與解調，由于目前技術水平所限，目前大都采用強度調制與直接檢波方式。又因為目前的光源器件與光接收器件的非線性比較嚴重，所以對光器件的線性度要求比較低的數(shù)字光纖通信在光纖通信中占據(jù)主要位置。</p><p>　　數(shù)字光纖通信系統(tǒng)基本上由光發(fā)送機、光纖與光接收機組成。發(fā)送端的電端機把信息（如話音）進行模/數(shù)轉換，用轉換后的數(shù)

10、字信號去調制發(fā)送機中的光源器件(LED)，則LED 就會發(fā)出攜帶信息的光波。即當數(shù)字信號為“1”時，光源器件發(fā)送一個“傳號”光脈沖；當數(shù)字信號為“0”時，光源器件發(fā)送一個“空號”（不發(fā)光）。光波經(jīng)光纖傳輸后到達接收端。在接收端，光接收機把數(shù)字信號從光波中檢測出來送給電端機，而電端機再進行數(shù)/模轉換，恢復成原來的信息。就這樣完成了一次通信的全過程。</p><p>　　1.2.2 光纖通信發(fā)展</p>

11、<p>　　通信向大容量，長距離的方向發(fā)展已經(jīng)是必然的發(fā)展趨勢，在社會的進步與發(fā)展，以及人們?nèi)找嬖鲩L的物質與文化需求下。由于光波具有極高的頻率（大約3 億兆赫茲），也就是說是具有極高的寬帶從而可以容納巨大的通信信息，所以用光波作為載體來進行通信一直是人們幾百年來追求的目標所在。</p><p>　　在60年代中期以前，光圈波導、氣體透鏡波導、空心金屬波導管等，作為傳送光波的媒體以實現(xiàn)通信，因衰耗過大或

12、者造價昂貴而無法實現(xiàn)。</p><p>　　1966年7月，華裔學者高錕在PIEE 雜志上發(fā)表的文章《用于光頻的光纖表面波導》，從理論上分析證明了用光纖以實現(xiàn)光通信的可能性，并設計了通信用階躍光纖。并科學預言了制造通信用的超低耗光纖的可能性，原材料提純，加適當摻雜劑，光纖衰耗系數(shù)降低到20dB/km 以下，被譽為光纖通信的里程碑。</p><p>　　1970年美國康寧玻璃公司，用改進型化

13、學相沉積法制造出世界上第一根超低耗光纖，成為光纖通信發(fā)展的導火索。證明了用當時的科學技術與工藝方法制造通信用的超低耗光纖是完全有可能的，是光通信研究的重大實質性突破。</p><p>　　自1970年以后，從光纖的衰耗看：從70年的20 dB/km降至90年的0.14dB/km，這個數(shù)值已經(jīng)接近石英光纖的理論衰耗極限值0.1dB/km。</p><p>　　從光器件看：1970年，美國貝爾

14、實驗室研制出世界上第一只在室溫下連續(xù)波工作的砷化鎵鋁半導體激光器，為光纖通信找到了合適的光源器件。后來逐漸發(fā)展到異質結條形激光器、分布反饋式單縱模激光器（DFB）以及多量子阱激光器（MQW）。光接收器件從硅PIN 光二極管發(fā)展到雪崩光二極管APD。</p><p>　　從光纖通信系統(tǒng)看：從小容量到大容量、從短距離到長距離、從低水平到高水平、從舊體制（PDH）到新體制（SDH）的迅猛發(fā)展。</p>&

15、lt;p>　　1976年，世界上第一個實用化光纖通信系統(tǒng)。碼率為45 Mb/s，中繼距離為10 km。 </p><p>　　1980 年，多模光纖通信系統(tǒng)商用化（140Mb/s），并著手單模光纖通信系統(tǒng)的現(xiàn)場試驗工作。</p><p>　　1990 年，單模光纖通信系統(tǒng)進入商用化階段（565 Mb/s），并著手進行零色散移位光纖和波分復用及相干通信的現(xiàn)場試驗，而且陸續(xù)制

16、定數(shù)字同步體系（SDH）的技術標準。</p><p>　　1993年，SDH 產(chǎn)品開始商用化622Mb/s ，1995年，2.5Gb/s SDH 商用化，1996年，10Gb/s SDH商用化，1997年波分復用技術（WDM）的20Gb/s 、40Gb/s SDH 試驗取得突破。</p><p>　　此外，在光孤子通信、超長波長通信和相干光通信方面也正在取得巨大進展。總之，短短不到三十年的

17、時間，但光纖通信技術卻取得了極其驚人的進展。因此，光纖通信技術并未停滯不前，而是向更高水平、更高階段方向發(fā)展。</p><p>　　1.3 數(shù)字光纖傳輸?shù)膬?yōu)點</p><p>　　光通信與電通信相比，具有無以倫比的優(yōu)越性。</p><p><b>　　1. 通信容量大</b></p><p>　　一根光纖同時傳輸24 萬

18、個話路的試驗已經(jīng)取得成功，它比傳統(tǒng)的明線、同軸電纜、微波等要高出幾十乃至上千倍以上。一根光纖的傳輸容量如此巨大，而一根光纜中可以包括幾十根甚至上千根光纖，再加上波分復用技術，其通信容量之大就更加驚人了。</p><p><b>　　2. 中繼距離長</b></p><p>　　石英光纖具有極低的衰耗系數(shù)0.19dB/km 以下，若配以適當?shù)墓獍l(fā)送與光接收設備，可使其中

19、繼距離達數(shù)百公里以上。傳統(tǒng)的電纜、微波等根本無法與之相比的。因此光纖通信特別適用于長途一、二級干線通信。此外，已在進行的光孤子通信試驗，全球無中繼的光纖通信目的能實現(xiàn)。</p><p><b>　　3. 保密性能好</b></p><p>　　光波在光纖中傳輸時只在纖芯進行，基本上沒有光“泄露”，因此其保密性能極好。</p><p><b

20、>　　4. 適應能力強</b></p><p>　　不怕外界強電磁場的干擾、耐腐蝕，可撓性強大于一定彎曲半徑其性能不受影響。</p><p>　　5. 體積小、重量輕、便于施工維護</p><p>　　光纜的敷設方式方便靈活，既可以直埋、管道敷設，又可以水底和架空。</p><p>　　6. 原材料來源豐富，潛在價格低廉&l

21、t;/p><p>　　制造石英光纖的最基本原材料是二氧化硅，即砂子是取之不盡、用之不竭的。因此其潛在價格是十分低廉的。</p><p>　　1.4 光纖通信技術的發(fā)展前景</p><p>　　光纖通信雖然僅有近三十年的時間，但光纖通信的技術無論是光纖制造技術還是光電器件的制造技術，以及光纖通信系統(tǒng)水平都取得驚人的進展，已經(jīng)成為現(xiàn)代通信最主要的傳輸手段。光纖的衰耗從20d

22、B/km到現(xiàn)在低于0.14dB/km，已十分接近石英光纖理論衰耗極限0.1dB /km,光纖的帶寬也從10MHZ·km 發(fā)展到1000GHZ·km 以上。光源器件從結構十分簡單、GaAs 激光器發(fā)展到分布反饋式和多量子阱的單縱模激光器。光纖通信系統(tǒng)的水平的提高，從1976年的45Mb/S發(fā)展到10Gb/S。1985年的多模，1990年單模光纖商用化，而現(xiàn)在技術更加先進的SDH 光纖通信已經(jīng)席卷世界各地。</p&

23、gt;<p>　　但是，光纖通信的潛力是巨大的，目前的光纖通信應用水平是其能力的1～2％左右。因此光纖通信技術并未停滯不前，而是向更高水平、更高層次的方向發(fā)展。</p><p>　　1. 波分復用技術（WDM）</p><p>　　用一根光纖同時傳輸幾種不同波長的光波以達到擴大通信容量的目的。在系統(tǒng)的發(fā)送端，分系統(tǒng)發(fā)出不同波長的光波λ1、λ2、λ3、λ4，由合波器合成一束光波

24、進入光纖傳輸，在接收端分波器把幾種光波分開，分別輸入到各個分系統(tǒng)的光接收機。波分復用的關鍵技術是合波器與分波器。</p><p><b>　　2. 相干光通信</b></p><p>　　目前光纖通信都是采用強度調制與直接檢波的工作方式，光源器件的調制速率、光接收機的靈敏度受到局限難以提高，適應不了超大容量、超長距離通信的要求。所謂相干光通信，就是在發(fā)端由激光器發(fā)出譜

25、線極窄、頻率穩(wěn)定、相位恒定的相干光，并用先進的調制方法如FSK、ASK 和PSK 對之進行調制。在收端，把由光纖傳輸來的相干光載波與本振光源發(fā)出的相干光，經(jīng)光耦合器后加到光混頻器上進行混頻與差頻，然后把差頻后的中頻光信號進行放大、檢波。相干光通信的關鍵技術是光源器件、光波的匹配。</p><p>　　3. 超長波長光纖通信</p><p>　　石英光纖的衰耗已接近理論值，無潛力可挖。研究發(fā)

26、現(xiàn)，氟化物光纖在波長3.4 微米處的衰耗理論值，可低達0.001dB/km;而金屬鹵化物光纖的衰耗理論值可低達0.01～0.00001dB/km，若光纖衰耗小于0.001dB/km，中繼距離可達三萬多公里，那么實現(xiàn)全球無中繼的光纖通信就會成為現(xiàn)實。</p><p><b>　　4. 光集成技術</b></p><p>　　和電子技術中的集成電路相類似，微型光學元件如光

27、源器件、光檢測器件、光透鏡、光濾波器、光柵等集成在芯片上，構成復雜性能的光器件；還和集成電路等電子元件集成在一起形成光電部件如光發(fā)送機與光接收機等。采用光集成技術，設備的體積、重量大大減少，提高了穩(wěn)定性與可靠性。</p><p><b>　　5. 光孤子通信</b></p><p>　　通信容量越大，要求光脈沖越窄，如2.5Gb/s 系統(tǒng)的光脈沖寬度約為400ps。窄

28、光脈沖經(jīng)光纖傳輸后因色散使脈沖展寬引起碼間干擾，因此脈沖展寬一直制約大容量、長距離傳輸。研究發(fā)現(xiàn)，當注入光強密度足夠大時會引起光脈沖變窄的現(xiàn)象，其光脈沖寬度可低達幾個ps，即所謂光孤子脈沖。因此用孤子脈沖可以實現(xiàn)超大容量的光纖通信。</p><p>　　2.數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)設計</p><p>　　2.1數(shù)字光纖傳輸?shù)膬煞N體制</p><p>　　光纖大容量數(shù)字傳輸

29、目前都采用同步時分復用(TDM)技術。 復用又分為若干等級，先后有兩種傳輸體制：準同步數(shù)字系列(PDH)，同步數(shù)字系列(SDH)，隨著光纖通信技術和網(wǎng)絡的發(fā)展，PDH遇到了許多困難，美國提出了同步光纖網(wǎng)(SONET)，1988年，ITU-T(原CCITT) 提出了被稱為同步數(shù)字系列(SDH)的規(guī)范建議。SDH解決了PDH存在的問題，是一種比較完善的傳輸體制，現(xiàn)已得到大量應用。</p><p>　　2.1.1準同步

30、數(shù)字系列PDH</p><p>　　兩種基礎速率：24路64kbps組成1.544 Mb/s為第一級(一次群，或稱基群)基礎速率，采用的國家有北美和日本；以2.048 Mb/s為第一級(一次群)基礎速率32路64kbps， 歐洲各國和中國。</p><p>　　對于以2.048 Mb/s為基礎速率的制式，各次群的話路數(shù)按4倍遞增，速率的關系略大于4倍。對于以1.544 Mb/s為基礎速率的

31、制式，在3次群以上，日本和北美各國又不相同， 看起來很雜亂。PDH各次群比特率相對于其標準值有一個規(guī)定的容差，而且是異源的，通常采用正碼速調整方法實現(xiàn)準同步復用。1次群至4次群接口比特率早在1976年就實現(xiàn)了標準化，并得到各國廣泛采用。 PDH主要適用于中、低速率點對點的傳輸。</p><p>　　在這種形勢下，現(xiàn)有PDH的許多缺點也逐漸暴露出來，主要有： </p><p>　　(1) 北

32、美、西歐和亞洲所采用的三種數(shù)字系列互不兼容。 (2) 各種復用系列都有其相應的幀結構，沒有足夠的開銷比特，使網(wǎng)絡設計缺乏靈活性。(3) 復接/分接設備結構復雜，上下話路價格昂貴。</p><p>　　2.1.2準同步數(shù)字系列SDH</p><p>　　同步數(shù)字系列SDH傳輸網(wǎng)不僅適合于點對點傳輸，而且適合于多點之間的網(wǎng)絡傳輸。SDH傳輸網(wǎng)由SDH終接設備(或稱SDH終端復用器TM)、分插復

33、用設備ADM、數(shù)字交叉連接設備DXC等網(wǎng)絡單元以及連接它們的(光纖)物理鏈路構成。圖2.1示出SDH傳輸網(wǎng)的拓撲結構。</p><p>　　圖2-1 SDH傳輸網(wǎng)的典型拓撲結構</p><p>　　SDH終端的主要功能是，復接/分接和提供業(yè)務適配，主要由TM設備完成。</p><p>　　ADM是一種特殊的復用器，它利用分接功能將輸入信號所承載的信息分成兩部分：

34、一部分直接轉發(fā)，另一部分卸下給本地用戶然后信息又通過復接功能將轉，發(fā)部分和本地上送的部分合成輸出</p><p>　　DXC類似于交換機，它一般有多個輸入和多個輸出，通過適當配置可提供不同的端到端連接。</p><p>　　SDH傳輸網(wǎng)的連接模型，通過DXC的交叉連接作用，在SDH傳輸網(wǎng)內(nèi)可提供許多條傳輸通道，每條通道都有相似的結構，每個通道(Path)由一個或多個復接段(Line)構成，

35、而每一復接段又由若干個再生段(Section)串接而成。</p><p>　　與PDH相比，SDH具有下列特點：</p><p>　　(1) SDH采用世界上統(tǒng)一的標準傳輸速率等級。 最低的等級也就是最基本的模塊稱為STM-1，傳輸速率為155.520 Mb/s； 4個STM-1 同步復接組成STM-4，傳輸速率為622.080 Mb/s； 16個STM-1 組成STM-16, 傳輸速率為

36、2488.320 Mb/s，以此類推。</p><p>　　(2) SDH各網(wǎng)元光接口有嚴格規(guī)范。因此，光接口成為開放接口，利于建世界統(tǒng)一的通信網(wǎng)絡。 標準光接口綜合進各種不同的網(wǎng)絡單元，簡化硬件，降低成本。</p><p>　　(3) 在SDH幀結構中，開銷比特用于網(wǎng)絡運行維護和管理，便于性能監(jiān)測、故障檢測和定位、故障報告等管理功能。 </p><p&

37、gt;　　(4) 數(shù)字同步復用技術，最小復用單位為字節(jié)，不必進行碼速調整，簡化復接分接實現(xiàn)設備，低速信號復接成高速信號，高速信號分出低速信號，不必逐級進行。</p><p>　　(5) 數(shù)字交叉連接設備DXC對各種端口速率可控的連接配置，對網(wǎng)絡資源自動化的調度和管理，提高資源利用率，增強了網(wǎng)絡的抗毀性和可靠性。</p><p>　　SDH采用了DXC后，大大提高了網(wǎng)絡的靈活性及對各種業(yè)務量

38、變化的適應能力，使現(xiàn)代通信網(wǎng)絡提高到一個嶄新的水平。</p><p><b>　　2.2 整體設計</b></p><p>　　本系統(tǒng)主要由三部分組成：光發(fā)射機、傳輸光纖和光接收機。其電/光和光/電變換的基本方式是直接強度調制和直接檢波。實現(xiàn)過程如下：輸入電信號是數(shù)字信號；調制器將電信號轉換成適合驅動光源器件的電流信號并用來驅動光源器件，對光源器件進行直接強度調制，完

39、成電/光變換的功能；光源輸出的光信號直接耦合到傳輸光纖中，經(jīng)一定長度的光纖傳輸后送達接收端；在接收端，光電檢測器對輸入的光信號進行直接檢波，將光信號轉換成相應的電信號，再經(jīng)過放大恢復等處理過程，以彌補線路傳輸過程中帶來的信號損傷（如損耗、波形畸變），最后輸出和原始輸入信號相一致的電信號，從而完成整個傳送過程。</p><p>　　系統(tǒng)框圖如圖2.2所示。</p><p>　　光發(fā)端機將電信

40、號直接調制至光載波上去，采用強度調制（IM）；光接收機完成光信號的解調，采用直接檢測（DD），屬于非相干解調。光載波由半導體光源產(chǎn)生，由半導體光檢測器將光信號轉換成電信號從而達到傳輸信號的目的。</p><p>　　系統(tǒng)傳輸部分的原理框圖如圖2.2 所示。</p><p>　　圖2-3 傳輸原理框圖</p><p><b>　　2.3 光發(fā)射機</b

41、></p><p>　　數(shù)字光發(fā)射機的功能是把電端機輸出的數(shù)字基帶信號轉換為光信號，并用耦合技術有效注入光纖線路。主要有光源和電路兩部分。光源是實現(xiàn)電/光轉換的關鍵器件，在很大程度上決定著光發(fā)射機的性能。</p><p>　　圖2-4 數(shù)字光發(fā)射機方框圖</p><p><b>　　2.3.1 光源</b></p><

42、p><b>　　對光源的要求如下：</b></p><p>　?。?） 發(fā)射的光波長應和光纖低損耗“窗口”一致，即中心波長應在0.85um，1.31um，1.55um附近。單色性好。</p><p>　?。?） 電/光轉換效率高，在低驅動電流下，有夠大穩(wěn)定的輸出光功率，且線性良好。</p><p>　?。?） 允許的調制速率要高或相應速度

43、要快。</p><p>　?。?） 溫度特性好，可靠性高，壽命長</p><p>　　目前，有半導體激光器（LD）和發(fā)光二極管（LED）可滿足不同場合的要求。</p><p>　　2.3.2 調制電路和控制電路</p><p>　　直接光強調制的數(shù)字光發(fā)射機主要電路有調制電路、控制電路和線路編碼電路。選用的LD作為光源，所以還需要偏置電路。對

44、調制電路和控制電路的要求如下：</p><p>　?。?） 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)）應大于10，以保證足夠的光接收信噪比。</p><p>　?。?） 輸出光脈沖的寬度遠大于電光延遲，光脈沖的上升、下降、開通延遲應足夠短，以便在高速率調制下，輸出的光脈沖準確再現(xiàn)輸入電脈沖的波形。</p><p>　?。?

45、） 對激光器應施加足夠的偏置電流，以便抑制在較高速率調制下可能出現(xiàn)的張弛震蕩，保證發(fā)射機正常工作。</p><p>　　（4）采用自動功率控制和自動溫度控制，以保證輸出光功率有足夠可靠穩(wěn)定性。</p><p>　　2.3.3 線路編碼電路</p><p>　　線路編碼必要性，是因為電端機輸出的數(shù)字信號是適合電纜傳輸?shù)碾p極性碼，而光源不能發(fā)射負脈沖，所以要變換為適合于

46、光纖傳輸?shù)膯螛O性碼。</p><p>　　數(shù)字光纖通信系統(tǒng)常用的線路碼型有：擾碼、mBnB碼和插入碼。本設計采用的是mBnB碼型。其編碼規(guī)則如下表所示：</p><p>　　表2-1 3B4B碼編碼規(guī)則</p><p>　　3B4B編碼電路的主要作用是將送來的串行數(shù)據(jù)流以3bit為一組，轉換成4bit為組的碼流，并以串行形式送出。圖2.4示出了編碼電路原理框圖即可實

47、現(xiàn)。</p><p>　　圖2-5 3B4B碼編碼框圖</p><p>　　如圖2.5所示為相應的譯碼原理框圖可以實現(xiàn)譯碼。</p><p>　　圖2-6 3B4B碼譯碼框圖</p><p><b>　　2.4 光接收機</b></p><p>　　直接強度調制、直接檢測方式的數(shù)字光接收機方框

48、圖示于圖2.7，主要包括光檢測器、前置放大器、主放大器、均衡器、時鐘提取電路、取樣判決器以及自動增益控制（AGC）</p><p>　　圖2-7 數(shù)字光接收機框圖</p><p>　　2.4.1 光檢測器</p><p>　　光檢測器是光接收機實現(xiàn)光/電轉換的關鍵器件，其性能特別是響應度和噪聲直接影響光接收機的靈敏度。對光檢測器的要求如下：</p>

49、<p>　　（1） 波長響應要和光纖低損耗窗口（0.85um、1.31um和1.55um）兼容；</p><p>　　（2） 響應度要高，在一定的接收光功率下，能產(chǎn)生最大的光電流；</p><p>　?。?） 噪聲要盡可能低，能接受極微弱的光信號；</p><p>　?。?） 性能穩(wěn)定，可靠性高，壽命長，功耗和體積小。</p><p&g

50、t;　　目前，適合于光纖通信系統(tǒng)應用的光檢測器有PIN光電二極管和雪崩二極管（APD）。</p><p><b>　　2.4.2 放大器</b></p><p>　　前置放大器應是低噪聲放大器，它的噪聲對光接收機的靈敏度影響很大。</p><p>　　主放大器一般是多級放大器，它的作用是提供足夠的增益，并通過它實現(xiàn)自動增益控制（AGC），以使輸

51、入光信號在一定范圍內(nèi)變化時，輸出電信號保持恒定。</p><p>　　2.4.3 均衡和再生</p><p>　　均衡的目的是對經(jīng)光纖傳輸、光/電轉換和放大后已產(chǎn)生畸變（失真）的電信號進行補償，使輸出信號的波形適合于判決，以消除碼間干擾，減小誤碼率。</p><p>　　再生電路包括判決電路和時鐘提取電路，從放大器輸出的信號與噪聲混合的波形中提取碼元時鐘，并逐個地堆

52、碼元進行取樣判決，以得到原發(fā)送的碼流。</p><p>　　3.數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)分析</p><p><b>　　3.1性能指標</b></p><p>　　ITUT建議數(shù)字傳輸參考模型，稱假設參考連接(HRX) 最長的HRX是根據(jù)ISDN的性能和64 kb/s信號的全數(shù)字連接考慮。假設兩用戶的通信要經(jīng)過全線路和各種串聯(lián)設備組成數(shù)字網(wǎng)，任何總性

53、能逐級分配后應符合用戶要求。最長的HRX為27 500 km, 由各級交換中心和許多假設參考數(shù)字鏈路(HRDL)組成標準數(shù)字HRX 的總性能指標按比例分配給HRDL，建議HRDL長2500 km, 由于各國國情不同，采用HRDL長度不同HRDL由許多假設參考數(shù)字段(HRDS)組成，用于長途傳輸HRDS長280 km, 用于市話HRDS長50 km。我國長途傳輸?shù)腍RDS長420 km(一級干線)和280 km(二級干線)兩種。參考數(shù)字段

54、的性能指標從假設參考數(shù)字鏈路的指標分配中得到，并再分配給線路和設備。</p><p>　　圖3-1標準數(shù)字假設參考連接HRX</p><p>　　誤碼率(BER)衡量數(shù)字光纖通信系統(tǒng)傳輸質量優(yōu)劣指標，反映數(shù)字傳輸過程中信息受損程度。 BER是傳輸碼流中出現(xiàn)誤碼的概率，對信息影響度取決于編碼，如PCM。故障排除后,在連續(xù)10 s時間內(nèi)，BER優(yōu)于1×10-3，為“可用時間”。對于6

55、4 kb/s的數(shù)字信號， BER=1×10-3，相應于每秒有64個誤碼。統(tǒng)計劣化占可用百分數(shù)衡量系統(tǒng)誤碼率性能指標。</p><p>　　對三種誤碼率參數(shù)和指標說明如下：劣化分(DM) 誤碼率為1×10-6時，感覺不到干擾的影響，選為BERth。 SES由于某些系統(tǒng)會出現(xiàn)短時間內(nèi)大誤碼率的情況，嚴重影響通話質量選擇監(jiān)測時間TL為1個月，取樣時間T0為1 s。定義誤碼率劣于 1×10-

56、3的秒鐘數(shù)為嚴重誤碼秒(SES)。HRX指標要求嚴重誤碼秒占可用秒的百分數(shù)小于0.2%。誤碼秒(ES) 選擇監(jiān)測時間TL為1個月，取樣時間T0為1s， 誤碼率門限值BERth=0。不出現(xiàn)任何誤碼的秒數(shù)稱為無誤碼秒(EFS)， 指標要求無誤碼秒占可用秒的百分數(shù)大于92%。</p><p>　　可靠性表示方法，可靠性R和故障率φ，平均故障間隔時間MTBF，可用率A和失效率PF，MTTR平均故障修復時間(不可用時

57、間)。</p><p><b>　　3.2系統(tǒng)設計分析</b></p><p>　　數(shù)字光纖通信系統(tǒng)而言，系統(tǒng)設計任務是:傳輸距離和傳輸容量(話路數(shù)或比特率)、分布要求，按照標準和當前設備技術水平，經(jīng)過綜合考慮和計算。選最佳路由和局站設置、 傳輸體制和傳輸速率以及光纖光纜和光端機的基本參數(shù)和性能指標，以使系統(tǒng)的實施達到最佳的性能價格比。</p><

58、p>　　技術上，系統(tǒng)設計的主問題是確定中繼距離，尤其對長途光纖通信系統(tǒng)，中繼距離設計是否合理，對系統(tǒng)的性能和經(jīng)濟效益影響很大。</p><p>　　3.2.1中繼距離受損耗的限制</p><p>　　圖3-2數(shù)字光纖線路系統(tǒng)(a) 無中繼器；(b) 一個中繼器</p><p>　　Pt 為平均發(fā)射光功率(dBm)，Pr為接收靈敏度(dBm)，αc 為連接器損耗

59、(dB/對)， Me 為系統(tǒng)余量(dB)，αf為光纖損耗系數(shù)(dB/km), αs為每km光纖平均接頭損耗(dB/km), αm為每km光纖線路損耗余量(dB/km), L 為中繼距離(km)。</p><p>　　3.2.2中繼距離受色散(帶寬)的限制</p><p>　　系統(tǒng)的傳輸速率較高，光纖線路色散較大，中繼距離主要受色散(帶寬)的限制。</p><p>　

60、　對于數(shù)字光纖線路系統(tǒng)而言，色散增大，意味著數(shù)字脈沖展寬增加，因而在接收端要發(fā)生碼間干擾，使接收靈敏度降低， 或誤碼率增大。嚴重時無法通過均衡來補償</p><p>　　g(t)=exp(-t*t/(2σσ)) </p><p>　　Δτf=0.44/B B=B1/Lγ B=(0.83～0.56)

61、fb</p><p>　　L=［（1.21～1.78）Ｂ1/fb］1/γ Lγfb=(1.21～1.78)B1 </p><p>　　從損耗限制和色散限制兩個計算結果中，選取較短的距離，作為中繼距離計算的最終結果。 </p><p><b>　　4．總結</b></p><p>　　介紹了光纖通信技術的產(chǎn)生、發(fā)展

62、歷程、研究現(xiàn)狀以及應用越來越廣泛的新技術，展望了光纖通信技術的發(fā)展趨勢。了解了光纖通信的基礎知識并在之上研究制作了數(shù)字光纖通信傳輸系統(tǒng)，詳細地研究了光纖通信系統(tǒng)的工作原理，和完成光纖傳輸?shù)母鞑糠纸M成的模塊光電器件，具體分析了各個器件的工作功能和實現(xiàn)原理，很深刻的對光網(wǎng)絡的認識，對于以后的光網(wǎng)絡發(fā)展充滿期待，其光系統(tǒng)的發(fā)展?jié)摿o窮等待著我們?nèi)ネ诰?，本次課程設計非常感謝任課的李新春老師與指導老師郭偉給予的幫助與指導。</p>

63、<p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 劉增基等.光纖通信.西安:西安電子科技大學出版社,2001</p><p>　　[2] Djafar K.Mynbaev(著),徐公權等(譯).光纖通信技術.北京:機械工業(yè)出版社,2002</p><p>　　[3] 楊心強等.數(shù)據(jù)通信與計算機網(wǎng)絡(第二版).北京:電子

64、工業(yè)出版社,2003</p><p>　　[4] 楊祥林.光纖通信系統(tǒng).國防工業(yè)出版社,2000</p><p>　　[5] 畢厚杰,汪濤編著.寬帶IP(數(shù)據(jù))和視頻接入技術.北京:北京郵電大學出版社,2002</p><p>　　[6] 沈金龍編著.現(xiàn)代電信交換和網(wǎng)絡.北京:人民郵電出版社,2001</p><p>　　[7] 陳顯智等編著