第5章 数字光纤通信系统
通信网络技术第5章光纤通信技术与数字同步传送网技术
C-12 2 048kbit/s C-11 1 544kbit/s
5.3 同步复用和映射原理
2. 基本单元
（1）容器C
① 作用：完成码速调整 ② 种类：C-11，C-12，C-2，C-3，C-4
容器 容器速率（Mbit/s） 基帧速率（kHz）
5.3 同步复用和映射原理
2. 基本单元
（1）容器C （2）虚容器VC （3）支路单元TU （4）支路单元组TUG （5）管理单元AU （6）管理单元组AUG
一个或多个AU的组合
5.3 同步复用和映射原理
3. 映射
映射是一种在SDH网络边界处，把支路信号 适配装入相应虚容器的过程。
×N
×1
A2 A2 J0
××
B1
E1
D1
D2
F1 × ×
3行
D3
STM-1 再生段(RSOH)开销
A1、A2字节：定帧
A1 A1 A1
9字节
A2 A2 A2
J0 × ×
B1
E1
F1 × × 3行
D1
D2
D3
STM-1 再生段(RSOH)开销
J0字节：再生段踪迹字节
A1 A1 A1
9字节
A2 A2 A2
J0 × ×
STM-1 再生段(RSOH)开销
E1字节：公务
A1 A1 A1
9字节
A2 A2 A2
J0 × ×
B1
E1
F1 × × 3行
D1
D2
D3
STM-1 再生段(RSOH)开销
F1字节：使用者通路
A1 A1 A1
9字节
光纤通信课后习题参考答案
光纤通信课后习题答案第一章习题参考答案1、第一根光纤是什么时候出现的？其损耗是多少？答：第一根光纤大约是1950年出现的。
传输损耗高达1000dB/km左右。
2、试述光纤通信系统的组成及各部分的关系。
答：光纤通信系统主要由光发送机、光纤光缆、中继器和光接收机组成。
系统中光发送机将电信号转换为光信号，并将生成的光信号注入光纤光缆，调制过的光信号经过光纤长途传输后送入光接收机，光接收机将光纤送来的光信号还原成原始的电信号，完成信号的传送。
中继器就是用于长途传输时延长光信号的传输距离。
第二章光纤和光缆1．光纤是由哪几部分组成的？各部分有何作用？答：光纤是由折射率较高的纤芯、折射率较低的包层和外面的涂覆层组成的。
纤芯和包层是为满足导光的要求；涂覆层的作用是保护光纤不受水汽的侵蚀和机械擦伤，同时增加光纤的柔韧性。
2．光纤是如何分类的？阶跃型光纤和渐变型光纤的折射率分布是如何表示的？答：（1）按照截面上折射率分布的不同可以将光纤分为阶跃型光纤和渐变型光纤；按光纤中传输的模式数量，可以将光纤分为多模光纤和单模光纤；按光纤的工作波长可以将光纤分为短波长光纤、长波长光纤和超长波长光纤；按照ITU-T关于光纤类型的建议，可以将光纤分为G.651光纤（渐变型多模光纤）、G.652光纤（常规单模光纤）、G.653光纤（色散位移光纤）、G.654光纤（截止波长光纤）和G.655（非零色散位移光纤）光纤；按套塑（二次涂覆层）可以将光纤分为松套光纤和紧套光纤。
（2）阶跃型光纤的折射率分布渐变型光纤的折射率分布7．均匀光纤纤芯和包层的折射率分别为n1=1.50，n2=1.45，光纤的长度L=10Km。
试求：（1）光纤的相对折射率差Δ；（2）数值孔径NA；（3）若将光纤的包层和涂敷层去掉，求裸光纤的NA和相对折射率差Δ。
解：（1）＝n1-n2（2）（3）若将光纤的包层和涂敷层去掉，则相当于包层的折射率n2=1，则＝n1-n25而最大为1，所以说只要光纤端面的入射角在90O以（2）若a=5μm，保证光纤单模传输时，＝n1-n2第三章光纤的传输特性2．当光在一段长为10km光纤中传输时，输出端的光功率减小至输入端光功率的一半。
数字光纤通信系统详解演示文稿
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第四页，共83页。
5.1.1 准同步数字系列PDH---基础速率
准同步数字系列有两种基础速率
➢以1.544 Mb/s为第一级(一次群，或称基群)基础速率，采用的
国家有北美各国和日本；
➢以2.048 Mb/s为第一级(一次群)基础速率， 采用的国家有西 欧各国和中国。
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第二十三页，共83页。
5.1.2 同步数字传输系列SDH---复用原理（3/6）
这种结构可以把目前PDH的绝大多数标准速率信号装入SDH
帧。
图5.7示出SDH一般复用映射结构，图中C-n是标准容器， 用来 装载现有PDH的各支路信号， 并完成速率适配处理的功能。
在标准容器的基础上，加入少量通道开销(POH)字节，即组成相 应的虚容器VC。
与PDH相比，SDH具有下列特点
➢ SDH采用世界上统一的标准传输速率等级。 最低的等级也就是最基本的模块称为STM-1，传输 速率为155.520 Mb/s； 4个STM-1 同步复接组成STM-4，传输速率为622.080 Mb/s； 16个STM-1 组成STM-16, 传输速率为2488.320 Mb/s，以此类推。
➢ SDH各网络单元的光接口有严格的标准规范。因此， 光接口成为开放型接口，这有利 于建立世界统一的通信网络。 标准的光接口综合进各种不同的网络单元， 简化了硬件， 降低了网络成本。
➢ 在SDH帧结构中，丰富的开销比特用于网络的运行、 维护和管理，便于实现性能监测、故障检测
和定位、故障报告等管理功能。
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光纤通信(第二版)课件PPT(刘增基著)
第1章 概 论
为了克服气候对激光通信的影响，人们自然想到把激光束 限制在特定的空间内传输, 因而提出了透镜波导和反射镜波导的 光波传输系统。透镜波导是在金属管内每隔一定距离安装一个 透镜，每个透镜把经传输的光束会聚到下一个透镜而实现的。 反射镜波导和透镜波导相似，是用与光束传输方向成45°角的 两个平行反射镜代替透镜而构成的。这两种波导，从理论上讲 是可行的，但在实际应用中遇到了不可克服的困难。首先，现 场施工中校准和安装十分复杂；其次，为了防止地面活动对波
由于没有找到稳定可靠和低损耗的传输介质，对光通信的 研究曾一度走入了低谷。
第1章 概 论
1.1.2 现代光纤通信 1966 年，英籍华裔学者高锟(C.K.Kao)和霍克哈姆
(C.A.Hockham)发表了关于传输介质新概念的论文，指出了利用 光纤(Optical Fiber)进行信息传输的可能性和技术途径，奠定了 现代光通信——光纤通信的基础。当时石英纤维的损耗高达 1000 dB/km以上，高锟等人指出：这样大的损耗不是石英纤维 本身固有的特性，而是由于材料中的杂质，例如过渡金属(Fe、 Cu等)离子的吸收产生的。材料本身固有的损耗基本上由瑞利 (Rayleigh)散射决定，它随波长的四次方而下降，其损耗很小。 因此有可能通过原材料的提纯制造出适合于长距离通信使用的 低损耗光纤。如果把材料中金属离子含量的比重降低到10－6以 下，就可以使光纤损耗减小到10 dB/km。再通过改进制造工艺 的热处理提高材料的均匀性，可以进一步把损耗减小到几 dB/km。这个思想和预测受到世界各国极大的重视。
十一五 普通高等教育“十一五”国家级规划教材
光 纤 通 信(第二版)
刘增基 周洋溢 胡辽林 编著
任光亮 周绮丽
西 安 电 子西科 技 大 学 出 版 社
通信网络技术第5章光纤通信技术与数字同步传送网技术
虚容器
VC-11
周期或复帧周期（us） 500
VC-12 500
VC-2 500
VC-3 125
VC-4 125
基帧或复帧频率（Hz） 2000
2000
2000
8000
8000
基帧结构 容量（字节数） 速率（Mbit/s）
4(9×3－1) 4(9×4－1) 4(9×12－1) 9×85
104 1.664
通道层
低阶 组装
器
低阶通道（LPOH）
低阶 组装
器
高阶组装
STM-N复用
再生段 (RSOH)
再生器
高阶通道（HPOH） 复用段（MSOH） 再生段（RSOH）
高阶组装
STM-N复用
再生段 (RSOH)
再生器
传输媒质 层
图8.4 SDH开销功能的组织结构
5.3 同步复用和映射原理
1. SDH通用复用映射结构
所谓SDH是一套可进行同步信息传输、复用、分插 和交叉连接的标准化数字信号的结构等级。
PDH：Plesiochronous digital Hierarchy ，准同步数字体系 SDH：Synchronous Digital Hierarchy，同步数字体系
2. SDH的概念和特点
（2）SDH特点
A2 A2 J0
××
B1
E1
D1
D2
F1 × ×
3行
D3
STM-1 再生段(RSOH)开销
A1、A2字节：定帧
A1 A1 A1
9字节
A2 A2 A2
J0 × ×
B1
E1
F1 × × 3行
D1
D2
数字光纤通信系统课件
光接收机
将光信号转换为电信号，实现 信息的接收。
数字信号处理单元
对电信号进行调制和解调处理 ，以及实现信号的编解码等功
能。
02
数字光纤通信系统关键 技术
调制技术
调相技术
调频技术
通过改变光载波的相位信息承载信号，常 见有二进制相位移位键控（BPSK）和四进 制相位移位键控（QPSK）。
利用光载波的频率变化携带信息，常见有 最小频移键控（MSK）和偏移四相相位移 位键控（OQPSK）。
05
数字光纤通信系统发展 趋势与挑战
超高速率与超长距离传
总结词
随着数据需求的爆炸式增长，超高速率和超长距离传输成为数字光纤通信系统的 重要发展方向。
详细描述
目前，商用数字光纤通信系统的传输速率已经达到Tbps级别，同时，超长距离传 输技术也在不断发展，以满足大规模数据中心和跨国网络之间的连接需求。
传输距离
总结词
传输距离是数字光纤通信系统覆盖范围的直接体现，它决定了系统的服务范围和应用场景。
详细描述
传输距离是指数字光纤通信系统在保证一定通信质量的前提下，光信号能够传输的最大距离。传输距离受到光纤 损耗、光信号衰减、中继器性能等多种因素的影响。长传输距离的系统可以提供更广泛的网络覆盖，满足不同地 区和领域的通信需求。
误码率与Q因子
要点一
总结词
误码率与Q因子是衡量数字光纤通信系统传输质量的指标 ，它们反映了系统传输二进制位错误的概率。
要点二
详细描述
误码率是指数字光纤通信系统在传输过程中，接收端接收 到的二进制位中出现错误的概率，是评估系统传输质量的 重要参数。Q因子是另一种衡量系统传输质量的参数，它 综合考虑了系统的误码率和信号质量，能够更全面地反映 系统的性能。低误码率和高的Q因子意味着系统传输质量 更高，信息传递更准确。
第五章SDHWDM
1.网同步方式
国际上所使用的同步方式有主从同步方式、相互同步 方式和准同步方式，但大多数国家普遍采用主从同步方式
主从同步方式就是要在同步网中设立一个最高级别的 基准主时钟，而其他时钟均逐级与上一级时钟保持同步， 以此实现与主时钟同步的目的，及具体结构如图5-11所示
图5-11 我国同步时钟等级
由图5-11可知，主从同步网多采用树型拓扑结构，基 准时钟通过同步链路逐级向下传输，在各交换节点上，通 过锁相环将本地时钟与接收到的上一级时钟进行相位锁定， 从而达到与基准时钟同步的目的
（1）复用各部相同常用的有容 器（C）、虚容器（VC）、管理单元（AU）、之路单元 （TU）等。
① 容器
容器（C）实际上是一种装载各种速率业务信号的 信息结构，主要完成PDH信号与VC之间的适配功能。
ITU-T规定了5种标准容器，我国的SDH复用结构中， 仅用了装载2.048Mbit/s、34.368Mbit/s和 139.264Mbit/s信号的3种容器，即C-12，C-3和C-4， 其中C-4为高阶容器，C-3和C-12为低阶容器。
2.映射方法
5.1.3 SDH光传输系统
1.点到点链状线路系统
该系统是由具有复用和光接口功能的线路终端、中继 器和光缆传输线路构成，其中中继器可以采用目前常见的 光-电-光再生器，也可以使用掺饵光纤放大器（EDFA）， 在光路上完成放大的功能
2.环路系统
环路系统中，可选用分插复用器，也可以选用交叉连 接设备作为节点设备，它们的区别在于后者具有交叉连接 功能，它是一种集复用、自动配线、保护/恢复、监控和网 管设备的控制下，对由多个电路组成的电路群进行交叉连 接，因此其成本很高，故通常使用在线路交汇处，而接入 设备则可以使用数字环路载波系统（DLC）、宽带综合业务 接入单元（B-ISDN）
数字光纤通信系统优选演示
表5.1 世界各国商用光纤通信制式
国家或地区
中国 西欧
基群 /（Mb•S-
1）
2.048 30ch
二次群 /（Mb•S-
1）
4 8.448 120ch
三次群 /（Mb•S-
1）
四次群 /（Mb•S-
1）
4 34.368 4139.264 480ch 1920ch
五次群 /（Mb•S-
1）
4 564.992 7680ch
24ch
96ch
672ch
6 274.176 4032ch
12 564.992 8064ch
9 432 6048ch
2 1.13Gb / s 16128
4 2.4Gb / s 32256ch
5.1.1 准同步数字系列PDH---光纤通信制式（2/2）
对于以2.048 Mb/s为基础速率的制式，各次群的话路 数按4倍递增，速率的关系略大于4倍。
➢ 各种复用系列都有其相应的帧结构，没有足够的OAM开销比特，使网 络设计缺乏灵活性，无法适应不断演变的电信网要求。
➢ 由于建立在点对点传输基础上的复用结构缺乏灵活性，使得数字通道 设备的利用率很低，非最短的通道路由占了业务量的大部分。
5.1.2 同步数字传输系列SDH---SDH传输网（1/9）
对于以1.544 Mb/s为基础速率的制式，在3次群以上， 日本和北美各国又不相同， 看起来很杂乱。
PDH各次群比特率相对于其标准值有一个规定的容差， 而且是异源的，通常采用正码速调整方法实现准同步复 用。
1次群至4次群接口比特率早在1976年就实现了标准化， 并得到各国广泛采用。
PDH主要适用于中、低速率点对点的传输。
数字光纤通信系统
光纤通信刘增基PPT课件
（5） 1979年美国电报电话(AT&T)公司和日本电报电话公司 研制成功发射波长为1.55 μm的连续振荡半导体激光器。
由于光纤和半导体激光器的技术进步，使 1970 年成为 光纤通信发展的一个重要里程碑。
高锟等人指出：当时石英纤维的损耗高达1000 dB/km以上而 是由于材料中的杂质，例如过渡金属(Fe、 Cu等)离子的吸收 产生的。如果把材料中金属离子含量的比重降低到10-6以下， 就可以使光纤损耗减小到10 dB/km。再通过改进制造工艺的 热处理提高材料的均匀性，可以进一步把损耗减小到几dB/km。
（3） 1989年建成第一条横跨太平洋 的TPC-3/HAW-4，全长 13200 km。
光纤通信从研究到应用，发展非常迅速：技术上不断更新换 代，通信能力(传输速率和中继距离)不断提高，应用范围不 断扩大。 光纤通信的发展可以粗略地分为三个阶段：
第一阶段(1966~1976年)，这是从基础研究到商业应用的 开发时期。在这个时期，实现了短波长(0.85 μm)低速率(45 或34 Mb/s)多模光纤通信系统，无中继传输距离约10 km。
（1）1970 年，美国贝尔实验室、日本电气公司(NEC)和前 苏联先后研制成功室温下连续振荡的镓铝砷(GaAlAs)双异质 结半导体激光器(短波长)。寿命只有几个小时。
（2）1973 年，半导体激光器寿命达到7000小时。
（3）1977 年，贝尔实验室研制的半导体激光器寿命达到10 万小时(约11.4年)，外推寿命达到100万小时，完全满足实 用化的要求。
激光具有波谱宽度窄，方向性极好， 亮度极高，以及频率和 相位较一致的良好特性。是一种理想的光载波。激光器的发明 和应用， 使沉睡了80年的光通信进入一个崭新的阶段。
光传输线路与设备维护(华为版)习题答案要点
第一章光纤通信概述一填空1.华裔学者高锟博士和霍克哈姆科学的预言了制造通信用的超低耗光纤的可能性。
2.目前光纤通信所使用的频段为电磁频谱上的近红外线。
3.数字光纤通信系统由光发射机、光纤、光接收机构成。
二简答1 光纤通信发展的阶段。
请参考1.12 光纤通信的3个低衰耗波长窗口分别是多少。
0.85μm、1.31μm、1.55μm3个窗口3 简述光纤通信的优点和缺点。
优点：1. 频带宽、通信容量大。
2. 损耗低，传输距离远。
3. 信号串扰小，保密性好。
4. 抗电磁干扰，传输质量佳。
5. 尺寸小、重量轻，便于敷设和传输。
6. 材料来源丰富，环境适应性强。
缺点：1. 光纤性质脆，需要涂覆加以保护。
2. 切断和连接光纤时，需要高精度技术和仪表器具。
3. 光路的分路和耦合不方便。
4.光纤不能输送中继器所需要的电能。
5. 弯曲半径不宜太小。
4 简述光全反射原理。
根据折射理论，光从折射率大的介质进入折射率小的介质时，折射角大于入射角，并随着入射角增大而增大。
当入射角增达到临界角0ϕ时，折射角∠2ϕ=90°，这时光以1ϕ角全反射回去，从能量角度看，折射光能量越来越小，反射光能量越来越大，直到折射光消失。
5 简述光纤通信系统的基本组成。
数字光纤通信系统由光发射机、光纤、光接收机构成。
6 光纤通信系统的主要分类有哪些。
按波长：短波长光纤通信系统、长波长光纤通信系统、超长波长光纤通信系统。
按调制信号形式：模拟光纤通信系统、数字光纤通信系统。
按传输信号的调制方式：直接调制光纤通信系统、间接调制光纤通信系统。
按光纤传导模式数量：多模光纤通信系统、单模光纤通信系统。
其他划分略。
第二章 光纤光缆一 填空1. 光纤的特性主要分为传输特性（损耗和色散）、机械特性、温度特性三种。
2. 非色散位移光纤零色散波长在1310nm ，在波长为1550nm 处衰减最小。
3. 光纤的主要色散主要有模式色散、材料色散、波导色散三种。
4. 光纤主要由纤芯和包层构成，单模光纤芯径一般为10μm ，多模光纤芯径一般在50μm 左右。