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毕业设计光纤通信复用技术的研究资料.doc
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光纤通信复用技术主要分为:光波复用和光信号复用两大类。光波复用分为按波长分割的波分复用(WDM)和按空间分割的空分复用(SDM),而光信号复用又分为按时间分割的时分复用(TDM)和按频率分割的频分复用(FDM),此外还有光码复用(OCDM)、副载波复用(SCM)技术。不难看出,光信号复用是延用无线电通信中的相应复用技术。而光波复用技术则是光纤通信所特有的,它是人们根据光波的特点发展出来的一种新颖的复用通信技术。
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光纤通信的复用技术的研究
[摘 要] 在光纤通信中,复用技术被认为是扩展现存光纤网络工程容量的主要手
段。复用技术主要包括时分复用 TDM(Time Division Multiplexing)技术、空分
复用 SDM(Space Division Multiplexing)技术、波分复用 WDM(WaveLength
Division Multiplexing)技术和频分复用 FDM(Frequency Division Multiplexing)
技术。但是,因为 FDM 和 WDM 一般认为并没有本质上的区别,所以可以认为波分
复用是"粗分",而频分复用是"细分",从而把两者归入一类。
[关键词] 波分复用(WDM) 空分复用(SDM) 时分复用(TDM) 频分复
用(FDM)
The fiber optic correspond by letter of reply
with the technical research
Hu caiju
[Abstract] In fiber-optic correspondence, reply with it is main means that expands the existing fiber-optic
network engineering capacity that technique is think.Reply to the mainly include the with the technique reply
the to use the TDM (Time Division Multiplexing) the technique separately, the empty reply the separately to the
reply to the use the WDM ( WaveLength Division Multiplexing) technique and Frequency the s to the reply to
the use the FDM (Frequency Division Multiplexing) technique the separately with the SDM (Space Division
Multiplexing) technique, the a cent .But, the Frequency replies separately the use is “ that a the to subdivide ”
the FDM and WDM think to have no essential differentiation generally, so can think it is “ that a cent replies to
use thick cent ”, thus return both into together.
[Key words] WDM(WaveLength Division Multiplexing) SDM(Space Division Multiplexing)
TDM(Time Division Multiplexing) FDM(Frequency Division Multiplexing)
一、引言
通信中的复用技术是一种能够充分利用传输线信道容量的多维通信手段,它是先把来自多个
信息源的消息进行合并,然后将这一合成的消息群,经由单一的传输设备进行传输,在接收端再
将这一消息群进行分离,并分别重现,因此,复用实质上是一种起着多通道作用的信息传输方式。
在目前实用的光纤通信系统中,还延用传统的强度调制---直接检波(IM/DD)的系统方式,
即电/光转换和光/电转换的信号传输方式,虽然随着大规模集成电路的不断发展,系统容量也得
到了不断提高,但电子器件处理信息的速率还远远低于光纤所能提供的巨大负荷量,为了进一步
满足各种宽带业务对网络容量的需求,进一步挖掘光纤的频带资源,开发和使用新型光纤通信系
2
统将成为未来的的趋势,其中采用多信道复用技术,便是行之有效的方式之一。
光纤通信复用技术主要分为:光波复用和光信号复用两大类。光波复用分为按波长分割的波
分复用(WDM)和按空间分割的空分复用(SDM),而光信号复用又分为按时间分割的时分复用
(TDM)和按频率分割的频分复用(FDM),此外还有光码复用(OCDM)、副载波复用(SCM)技术。
不难看出,光信号复用是延用无线电通信中的相应复用技术。而光波复用技术则是光纤通信所特
有的,它是人们根据光波的特点发展出来的一种新颖的复用通信技术。
二、光纤数字网的复接体制
数字复用是采用数字 复接的方法来实现的,又称数字复接技术。�
数字复接体系(digital multiplex hierarchy):按照数字率来分级的一系列数字复接器。在
某一用户的话音信号(发与收)采用二线制传输,但端机的发送与接收支路是分开的,即发与收是
采用四线制传输。因此,用户的话音信号需经 2/4 线变换,也就是通过差动变量器(差动变量器
1~2 端发送与 4-1 端接收的传输衰减越小越好,而 4-2 端的衰减要越大越好,以防止通路振鸣)
1~2 端送入 PCM 端机的发送端,经放大(调节话音电平)、低通滤波(限制话音频带、防止 折叠噪
声)、抽样、合路和编码,编码后的 PCM 码、帧同步码、信令码、数据信号码在汇总电 路里按 PCM30/32
系统帧结构排列,最后经码型变换成适宜于信道传输的码型送往信道。接收端首先将接收到信号
进行整形、再生,然后经过码型反变换,恢复成原来的码型,再由分离电路将 PCM 码、信令码、
帧同步码、数据信号码分离,分离出的话路信码经解码、分路门恢复出每一路的 PCM 信号,然后
经低通平滑,恢复成每一路的话音模拟信号,最后经放大、差动变量器 4~1 端送至用户。再生电
路所提取时钟,除了用于抽样判决,识别每一个码元外,还由它来控制收端定时系统产生收端所
需的各种脉冲信号。数字复接系统由数字复接器和数字分接器组成。(如图 2-1)
数字复接器是把两个或两个以上的支路(低次群),按时分复用方式合并成一个单一的高次群
数字信号设备,它由定时、码速调整和复接单元等组成。数字分接器的功能是把已合路的高次群
数字信号,分解成原来的低次群数字信号,它由帧同步、定时、数字分接和码速恢复等单元组成。
图 2-1 数字复接系统方框图
3
1.异步复接
要完成数字复接,各低速数字支路必须彼此同步,有两种方法可以保证这一点:建立同步网
络和采用异步复接。同步复接是用一个高稳定的主时钟来控制被复接的几个低次群,使这几个低
次群的码速统一在主时钟的频率上,这样就达到系统同步的目的。这种同步方法的缺点是主时钟
一旦出现故障,相关的通信系统将全部中断。它只限于在局部区域内使用。不论同步复接或异步
复接,都需要码速变换。虽然同步复接时各低次群的数码率完全一致 ,但复接后的码序列中还要
加入帧同步码、对端告警码等码元,这样数码率就要增加,因此需要码速变换。在准同步网络中,
各群次独立定时,因此高次群复接都采用以比特为单位的异步复接。异步复接是各低次群使用各
自的时钟。这样,各低次群的时钟速率就不一定相等,因而在复界时要先进行码速调整,使各低
次群同步后再复界。所以异步复接实际上是通过两个步骤实现的:先用码速调整将各支路信息码
流调 整到速率、相位都一致,然后进行同步复接。一般采用正码速调速(如图 2-2),这样在发
端就要插入一些码速调整比特,一路低速信号往往要经过多次码速调整,使得在高速信号中很难
直接识别和提取低速支路信号,要上下话路,只能采用一系列背靠背的复接器,将高次群信号一
步步地解复用到所要解出的低次群上,上下路后,再重新一步步地复用到高次群上(如图 2-3)。
显然,这种异步复用方式结构复杂,成本高,设备利用率低,硬件所占的成分大,因此很不灵活。
图 2-2 正码调速方框图
4
图 2-3 异步复接系统上下路方法
目前世界上有三种异步复接体制(表 2-1),三者互不兼容,国际互联时必须进行转换。
表 2-1 三种异步复接体制
以 1�5Mbps 为基础的系列
以 2Mbps 为基础的系列
次群
日本体制
北美体制
欧洲体制
0 次群
64
64
64
1 次群
1554
1554
2048
2 次群
6312
6312
448
3 次群
32064
44736
34368
2.光纤同步网络
⑴ SONET 和 SDH
� 美国贝尔公司首先提出了同步光网络(SONET),美国国家标准协会(ANSI)于 20 世纪 80 年代
制 定了有关 SONET 的国家标准。当时的 CCITT 采纳了 SONET 的概念,进行了一些修改和扩充,重
新命名为同步数字体系(SDH),并制定了一系列的国际标准。
SDH 和 SONET 的基本原理完全相同,标准也兼容,但还是略有差别(表 2-2)。
5
表 2-2 SONET、SDH 比较
SDH
SONET
等级
速率(Mbps)
速率(Mbps)
等级
51.840
STM-1
OC-1
STM-1
155.520
155.520
STM-3
OC-3
466.560
STM-9
OC-9
STM-4
622.080
622.080
STM-12
OC-12
933.120
STM-18
OC-18
1244.160
STM-24
OC-24
1866.240
STM-36
OC-36
STM-16
2488.320
2488.320
STM-48
OC-48
STM-64
9953.280
9953.280
STM-192
OC-192
SONET 的电信号称同步传递信号 STS(Synchronous Transport Signal),光信号称光载体
OC(Optical Carrier Level),它的基本比特率是 51.840Mbps;SDH 的基本速率为 155.520Mbps,
其速率分级名称为同步传递模块 STM(Synchronous Transport Module)。我国采用 SDH 标准,因此
下面的叙述都按 SDH 分级方式。
⑵ SDH 的特点
SDH 网的主要特点是同步复用、标准光接口和强大的网管功能,这三点在后面都要详细明。SDH
网络还是一个非常灵活的网络,这体现在以下几个方面。
① 支持多种业务
SDH 的复用结构中定义了多种容器 C 和虚容器 VC,各种业务只要装入虚容器就可作为一个独
立的实体在 SDH 网中进行传送。C、VC 以及联和复帧结构的定义使 SDH 可以灵活地支持多种电路
层业务,包括各种速率的异步数字系列、DQDB、FDDI、ATM 等,以及将来可能出现的新业务 。另
外,段开销中大量的备用通道也增强了 SDH 网的可扩展性。SDH 的这种灵活性和可扩展性使它成
为宽带综合业务数字网理所当然的基础传送网络。
② 迅速、灵活地更改路由,具有很强的生存性
PDH 中改变网络连接要靠人工更改配线架的接线,耗时长、成本高且易出错。在 SDH 网中,
大规模采用软件控制,通过软件就可以控制网络中的所有交叉连接设备和复用设备,需要改变路
由时,通过软件更改交叉连接设备和分插复用器的连接,只要几秒钟就可灵活地重组网络。特别
是 SDH 的自愈环,在某条链路出现故障时,可以迅速地改变路由,从而大大提高了 SDH 网的可靠
性。
③ 定义了标准的网络接口和标准网络单元,提高了不同厂商之间设备的兼容性,使组网时有
更大的灵活性。
三、光纤通信复用技术
⒈ 波分复用(WDM)
⑴ 波分复用(WDM)通信基本原理
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奔跑的Lunzi
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