第五章 光纤通信系统

1. 第五章 光纤通信系统 5.1 系统结构 5.1.1 点对点的光纤传输结构 5.1.2光纤局域网结构 5.2 光纤数字通信系统的性能指标——误码率和抖动 5.2.1误码性能 5.2.2 抖动性能 5.3 光纤通信系统的设计指标 5.3.1 衰减对中继距离影响的分析 5.3.2 色散对中继距离的影响的分析 5.3.3 最大中继距离的计算 5.4 传输系统的可靠性 5.4.1 可靠性的概念 5.4.2 可靠性的表示方法和指标 5.4.3 不同系统的可靠性分析 5.4.4 可靠性估算 返回

2. 5.1 系统结构 5.1.1 点对点的光纤传输结构 所谓传输是指任何地方的两个用户以一定的终端设备连接方式进行信息交流的过程。实际上这种端与端的连接情况是相当复杂的，其中，点对点的信息传输方式是一种最简单的结构形式。 图5-1给出了以光电再生的方法作为光信号中继的点对点光传输示意图，从图中可以看出，该系统是由发射端机（电，光）、接收端机（光，电）、光中继器、监控系统、备用系统等组成。

3. 5.1.1 点对点的光纤传输结构 图5-1 强度调制-直接检波光纤通信系统原理方框图

4. 5.1.1 点对点的光纤传输结构 • 光中继器 光脉冲信号从光发射机输出经光纤传输若干距离以后，由于光纤损耗和色散的影响，将使光脉冲信号的幅度受到衰减，波形出现失真，这样，就限制了光脉冲信号在光纤中作长距离的传输。为此就需在光波信号经过一定距离传输之后，要加一个光中继器，以放大衰减的信号，恢复失真的波形，是光脉冲得到再生。 • (1)中继器的构成方框图 根据光中继器的上述作用，一个功能最简单的中继器，硬是有一个设有码型变换的光接收机和设有均放和码型变换的光发射机相接而成，如图5-2所示。

5. 电信号 光 前置放大器 调制电路 判决 主放大 均衡 光源 光 时钟提取 光电检测器 自动增益控制 自动功率控制 （AGC） （APC） 图5-2 最简单的光中继器原理方框图 5.1.1 点对点的光纤传输结构 (1)中继器的构成方框图 根据光中继器的上述作用，一个功能最简单的中继器，硬是有一个设有码型变换的光接收机和设有均放和码型变换的光发射机相接而成，如图5-2所示。

6. 光接收部分 光发射部分 光发射部分 光接收部分 通信区间 监 控 点 源 告 警 通信公务 5.1.1 点对点的光纤传输结构 显然，一个幅度受到衰减、波形发生畸变的信号，经过中继器的放大、再生之后就可挥发为原来的情况。 但是作为一个实用的光中继器，为了维护的需要，还应具有公务通信、监控、告警的功能，有的中继器还有区间通信的功能。另外，实际使用的中继器应由两套收发设备，一套是输出，一套是输入，故实际中的中继器方框图应如图5-3所示。 图5-3 实用的中继器方框图 (2)中继器的结构形式 中继器的结构有的是机架式的，设在机房中，有的是箱式或罐式的，直埋在地下或在架空光缆中架在杆上，对于直埋或架空的中继器需要有良好的密封性能。

7. 5.1.1 点对点的光纤传输结构 2.监控系统 监控系统为监视、监测和控制系统的简称。它与其他的通信系统一样，在一个实用的光纤通信系统中，为保证通信的可靠，监控系统是必不可少的。 由于光纤通信是在近20年来发展起来的新的通信手段，故能在光纤通信的监控系统中，应用了许多先进的监控手段。如用计算机进行集中监控等方式。

8. 5.1.1 点对点的光纤传输结构 • 监控的内容 除上述内容外，还可根据需要设置其他监测内容 ①监视的内容 a.在数字光纤通信系统中误码率是否满足指标要求 b.各个光中继器是否工作正常 c.接受光功率是否满足指标要求 d.光源的寿命 e.电源是否有故障 f.环境的温度、湿度是否在要求的范围内 ②控制内容 当光纤通信系统中主用系统出现故障时，监控系统即由主控站发出倒换指令，遥控装置将被用系统接入，将主用系统退出工作。当主用系统恢复正常后，监控系统应在发出指令，将系统由备用切换到主用中。 另外，当市电中断后，将控系统还要发出启动电机的指令。又如中继站温度过高，则应发出启动风扇或者空调的指令。同样，还可根据需要设置其他控制内容。

9. 5.1.1 点对点的光纤传输结构 (2)监控系统的基本构成 监控系统根据功能不同大致有三种构成方式：在一个数字段内对光传输设备和PCM服用设备进行监控，这是一种基本的监控方式；在具有多个方向传输的终端站内，对多个方向进行监控，这是第二种方式；第三重视对跨越数字段的设备进行集中监控。上述钟后两种监控方式是建立在第一种方式之上的监控方式。 ①对一个数字段的控制 这种监控方式的组成方框图如图5.4所示。图中，主控站、副控站、被控站都装有微机，能迅速处理监控信息。主控站的功能为收集本站和被控站、副控站发来的监测信息，同时还可以向这些站发出指令，对这些站实行控制。

10. 光缆 光缆 光缆 端站设备 中继器 中继器 中继器 端站设备 端站监控微机 被控站微机 被控站微机 被控站微机 端站监控微机 主控站 被控站 被控站 被控站 副控站 5.1.1 点对点的光纤传输结构 副控站是辅助主控站工作的。他亦可收集本站和其他被控站的信息并转发给主控站。但副控站不能发控制指令。 这种监控系统的工作过程大致如下： 首先是由主控站的监控微机不断地向各被控站发出各种询问指令，被控站监控微机受到询问指令后就将本站设备运行的情况编成的数字信号不断地传向主控站。主控站微机受到各被控站发来的信息后，进行判别处理，然后显示在监视器屏幕上，并同时由打印机将信息打印出来，以上是监测过程。 主控站的监控设备可根据上述处理的信息，人工或自动发出控制指令。被控站受到指令后，有监控设备完成所需的控制动作。以上是控制过程。 如图5.4 对一个数字段监控的组成方框图

11. T-SV T-SV T-SV T-SV T-SV T-SV T-SV T-SV R-SV R-SV R-SV R-SV R-SV R-SV R-SV R-SV 5.1.1 点对点的光纤传输结构 图5-5 多方向进行监控的系统组成方框图 ②对多方向的控制 对多方向进行监控系统组成的方框图如图5-5所示。途中之花除了监控设备，端站设备和中继器未画出来。其中， T-SV(Terminal - Supervisory)为端站监控设备； R-SV(Repeator - Supervisory)为中继器监控设备。 这众多方向监控系统的工作过程大体可以参照上述一个数字端监控系统来理解。

12. 数字段 数字段 T-SV T-SV T-SV R-SV R-SV R-SV T-SV T-SV T-SV T-SV R-SV R-SV R-SV R-SV 5.1.1 点对点的光纤传输结构 ③对跨越数字端的监控 这种监控系统的组成方框图如图5-6所示。 图5-6 跨越数字段监控系统的组成方框图

13. 5.1.1 点对点的光纤传输结构 (3)监控信号的传输 在上面讨论的光通信监控系统中，监控信号是怎样在主控站和被控站之间传输呢？从目前情况来看，有两类方式。一类是在光缆中加金属导线对来传输监控信号；另一类是由光缆来传输控制信号 ①在光缆中设专用金属线来传递监控信号。用这种方式传输监控信号的优点是：让主信号（光信号）“走”光纤；让监控信号“走”金属线。这样主信号和监控信号完全分开，互不影响，光系统的设备相对简单。这种方式类似于在同轴电缆中采用的方式 然而，在观览中假设金属导线对，将带来较多的缺点。由于金属线要受雷电和其他强电、磁场的干扰，从而影响传输的监控信号，是监控的可靠性要求难以满足。而且，一般来说，距离越长干扰越严重，因而是监控距离受到限制。鉴于以上原因，在观览中加金属线对传输监控信号不是发展方向，逐渐被淘汰

14. 主信号 监控信号 功率谱 5.1.1 点对点的光纤传输结构 ②用光纤传输监控信号。这种方式又可以分为如下两种方式 a.频分复用传输方式。从对数字信号的频域分析来看，光前通信中的主信号（高速数字信号）的功率谱密度是处在高频端位置上，其低频分量很小，几乎为零，而监控信号（低速数字信号）的功率谱密度，则处在低频端位置，如图5-7所示。 图5-7 频分复用方式传输监控信号的频谱示意图 这就为采用频分复用方式传输监控信号创造了一个可行的条件。采用频分方式可有不同的方法，下面介绍其中的一种信号——脉冲调顶方法。 脉冲调顶法的实施方案是：将主信号（即数字信号电脉冲）做“载波”，用监控电数字信号对这个主信号进行脉冲浅调幅，即使监控信号“载”在主信号脉冲的顶部，或者说对主信号脉冲“调顶”。最后，在讲这个被“调顶”的主信号对光源进行强度调制，变为光信号耦合进光纤。

15. 1 1 1 1 0 0 辅助信号 主信号 5.1.1 点对点的光纤传输结构 主信号被监控信号调顶后的波形示意图如图5-8所示 图5-8 主信号被调顶后的波形示意图

16. 高通滤波器 高通滤波器 主信号再生 主信号再生 光电检测 前放 主放 均衡 调制 光源 微机 5.1.1 点对点的光纤传输结构 在中继站的接收端，又光纤来的光信号经光电检测变为电信号后，在经前放、主放和均衡。由于主信号和监控信号的频率相差很大，因而，可以用高通滤波器将主信号滤出，经调制送入光纤继续向前传输。而监控信号由低通滤波器滤出，经判决再生电路恢复出形状规则的波形后送到微型计算机进行处理。具有调顶功能的中继毡房框图如图5-9所示。 目前这种方法在使用5B6B码型的机器上，用来传输监控信号，此外还可传输公务区间通信等信号。但是这种方法也有一些缺点，如这种调制方式将造成主信号和监控信号之间有微弱的串扰 如图5-9 具有调顶功能的中继站方框图

17. 5.1.1 点对点的光纤传输结构 b.时分复用方式 时分复用方式。这种方式就是在电的主信号码流中插入冗余（多余）的比特，用这个冗余的比特来传输监控等信号。这就是说，将主信号和监控信号等信号的码元在时间上分开传输，达到复用的目的。具体实施方法有：如将主信号码流中每m个码元之后插入一个码元，一般称为H码（意思是混合码），这种不断插入的H码就可以传输监控、区间通信、公务联络、数据等信号。这种插入的方式就是将要在后面要讨论的mB1H编码方式，这里不再仔细讨论了

18. 5.1.1 点对点的光纤传输结构 3.脉冲插入与脉冲分离 在一个使用的光纤通信系统中，除了要传输从电端机送来的多路信号之外，为了使整个系统完善的工作，还需传送监控信号、公务联络信号、区间通信信号以及其他信号。 脉冲复届时将监控信号、公务联络信号、区间通信信号等汇接后在读脉冲的作用下，将上述信号插入信码流经编码后多余的时隙下，然后再光纤中传输。 在光纤通信系统的接收端设有脉冲分离电路。它的作用于脉冲插入电路相反，将插入的监控信号、公务联络信号、区间通信信号分离出来，送之相应的单元中

19. 5.1.1 点对点的光纤传输结构 4.保护倒换系统 对于通信系统要求其具有高可靠性。光纤数字通信系统的各个组成部分的可靠性是技术、材料、元器件、工艺和使用维护等诸多因素的总和，根据统计资料分析，传输故障主要来自于光缆线路，且多位人为故障，因而需要设置另外一套光端机、光中继器以及光缆线路，工艺各国多个主用系统共同备用。当某一个主用系统出现故障，则可以通过倒换装置，启用该备用系统，以保证信息的正常传输

20. 5.1.1 点对点的光纤传输结构 (1)保护方式 实际系统中，主要采用m：n的主备比方式，胳臂产和也有采用1 + 1的保护方式。 m：n主备用方式中，以1：1位最大备用方式，是采用的设备利用率低，投资过大，但从可靠性的角度来观察，该方式可靠程度相当高。为了进一步提高设备利用率，往往采用多主一备，即N：1的保护方式。在正常工作状态下，一些公务信息以及不被保护的数据信息均可以利用备用信道进行传输，一旦主用信道出现告警故障，则启动倒换设备，奖杯用信道中传送的信号切断，同时将主用信道中所传送的信息改由备用系统传送。这样，一方面提高了设备的利用率，同时又降低了投资成本；但若主备比过大，则会造成倒换设备的复杂程度增机，投资成本加大，因而主备比不宜过大。 1 + 1保护方式是指系统中同时存在一个主用信道和一个备用信道，而且信息是同时在主用河北用信道中传输。正常情况下，接受端是提取主用信道信号作为接受信号，只有主用信道出现故障时才启用倒换设备，这样接受端便从备用信道中提取接受信号。从上述分析可以看出，由于是采用了主备信道同时传输有效信息的双重保险方式，因而其可靠程度要高于1 + 1保护方式，但其使用效率却略低一些。 无论是1：1还是1 + 1的保护方式，其中最重要的是他们的倒换系统，当然不同的保护方式，其使用的倒换系统的具体操作也会有所区别，在此分别进行说明

21. 光纤 光纤 PCM输入分配单元 PCM输出倒换单元 电发射机 电接受机 输入接口 主用发射 输出接口 主用接受 备用发射 备用接受 输出接口 输入接口 5.1.1 点对点的光纤传输结构 (2)1:1保护系统 1：1保护系统结构如图5-10所示。当主用通道出现故障时，则启用备用通道将其自动取代，以保证通信的畅通，这中间的倒换功能是自动完成的，那么在什么情况下才能启动倒换程序呢？ 图5-10 1:1自动倒换系统示意图

22. 5.1.1 点对点的光纤传输结构 ①倒换命令发出的条件 当主用信道出现无光、收失步或较大误码，而被用系统正常时；或者当主用信道出现收告警显示信号（AIS）情况下，光纤通信系统的保护装置将自动发出倒换控制命令，然后启动自动倒换装置，进行主备系统的倒换，以保证系统的正常工作 ②倒换操作 当下游方向主收端或主发端存在故障时，引起主手段的接收盘产生即时告警，该告警信号向本端的倒换控制盘送倒换请求信号。当倒换控制盘收到倒换请求后，现检查本端备用系统工作是否正常，同时通过上游方向的通道，将联络信号发往上游站点，当上有站点收到该信号后，一方向产生一个应答信号，法网下游站点；另一方向，经过若干的延迟后，在向下游站点发送“倒发控制信号”，同时实现上游站点处得主用系统和备用系统的倒换。下游站电在接受到应答信号后，向接受倒换盘发送“倒收控制信号”，使接受盘完成换盘工作，完成主备系统的倒换。由于要求手法两端尽量同时进行倒换，一面码流的丢失，因此上游站点延迟发送“倒发控制信号”的时间应该等于“应答”信号的传输和处理的时间

23. 5.1.1 点对点的光纤传输结构 (3) 1 + 1保护系统 1 + 1保护系统是指在发射端主备系统同时发送信息，只是在接受端选择其中的一路信号送到复用设备，故倒换设备是在接受端进行的

24. 5.1.1 点对点的光纤传输结构 5.光路中的无源器件 (1) 光纤连接器 光纤连接器又称光纤活动连接器，俗称活动接头。它用于设备（如光端机、光测试仪表等）与光纤之间的连接、光纤与光纤之间的连接火光纤与其它无元器件的连接。他是组成光纤通信和测量系统不可缺少的一种无源器件。 光纤连接器的作用是将需要连接起来的单根或多根光纤芯线的端面对准、贴近并能多次使用。

25. 5.1.1 点对点的光纤传输结构 由于光纤的芯径很细（微米级），因此，对其加工工艺和精度都有比较高的要求。为此，光纤连接器必须满足如下的条件： ①连接损耗小 连接损耗时评价光纤连接器的主要指标。目前各种不同结构的单模光纤连接器的插入损耗为0.5dB左右 ②装、拆方便 .体积小，成本低 ③稳定性好 连接后，插入损耗随时间、环境的改变应变化不大 ④重复性好 一般要求重复使用次数大于1000次 ⑤互换性好 要求同一种型号的活动连接器可以互换

26. 5.1.1 点对点的光纤传输结构 对于光纤连接器，最重要的是如何使需要连接的两根光纤的轴心对准，因为两根光纤轴心的偏离或两根光纤的断面之间有家教等等都会引起连接损耗。 简单地说，光纤连接器是由两个插头、一个插座三部分组成。如图5-11所示。其关键是：光纤的纤芯中心要与插头、插座的中心完全一致 图5-11 光纤活动连接器结构示意图

27. 5.1.1 点对点的光纤传输结构 目前常用的光纤连接器是以端面直接耦合为基础的端面对接连接器。如：单模光纤连接器即属于这一种。 单模光纤连接器的结构如图5-12所示。在套管和插头之间有小球轴承，能够比较精确的校准两插头成一直线。这种连接器的连接损耗时0.46dB. 图5-12 单模光纤连接器

28. 4 3 分光膜 棱镜 1 2 5.1.1 点对点的光纤传输结构 (2)光定向耦合器 ①光定向耦合器的结构和工作原理 在光纤通信系统或光纤测试中，经常要遇到需要从光纤的主传输通道中取出一部分光，作为检测、控制用，也有时需要把两个不同方向的光信号和起来送入一根光纤中传输，在上述情况下，都需要光定向耦合器来完成。 光定向耦合器按期结构不同可分为棱镜式和光纤式两类，如图5-13所示。 其中，光纤使定向耦合器体积小，工作稳定可靠，光纤连接比较的方便，是目前较长使用的一种。下面简单介绍其工作原理 图5-13 棱镜式和光纤式定向耦合器

29. 5.1.1 点对点的光纤传输结构 工作原理 光纤定向耦合器，是有两根紧密耦合的光纤，通过光纤界面的晒前场互相重叠而是像光的耦合的一种器件。一般有四个端口，从端口1输入的光信号（图中实线所示）向端口2方向传输，可有端口3耦合出一部分光信号，端口4无光信号输出。从端口3输入的光信号（图中虚线所示）向端口4方向传输，可有端口1耦合出一部分光信号，而端口2无光信号输出。另外，有端口1和端口4输入的光信号，可合并为一种光信号，有端口2和3输出，或反之。

30. 5.1.1 点对点的光纤传输结构 ②光纤使定向耦合器的主要参数 b.出入损耗L a.隔离度A 它表示了定向耦合器损耗的大小。如由端口1输入光功率P1，应有端口2和端口3输出光功率P2和P3，则插入损耗等于光功率之和与输入功率之比的分贝值，用字母L表示，则为 有端口1输入的光功率P1应从端口2和端口3输出，端口4理论上应无输出。但是实际上端口4还是有少量功率光功率的输出（P4）,其打下就表示了1 4两个端口的隔离程度。各力度用英文字母A表示，则1 4端口间的隔离度为 (5-2) dB dB (5-1) 一般情况下，要求A > 20dB c.分光比T 它等于两个输出端口的光功率之比，如从端口1输入光功率，则分光比为 一般情况下，定向耦合器的分光比为1:1~1:10，由需要决定

31. 5.1.1 点对点的光纤传输结构 （3）光衰减器 ①光衰减器的作用和原理 当输入光功率超过一定范围时，为了使光接受机不产生失真，或为了满足光线路中某种测试的需要，就必须对输入光信号进行一定程度的衰减。因此，光衰减器时光纤通信线路或测试技术中不可缺少的无源光器件。 目前常用的光衰减器主要采用金属蒸发膜来吸收光能，实现光的衰减，故衰减量的大小与膜的厚度成正比

32. 5.1.1 点对点的光纤传输结构 ②光衰减器的分离和基本结构 光衰减器可分为固定衰减器和可变衰减器两种，结构如图5-14所示 a.固定衰减器 它的衰减量是一定的，用于调节传输线路中某一区间的损耗。要求体积小、重量轻。具体规格有3dB，6dB，10dB，20dB，30dB，40dB的标准衰减量。要求衰减量误差 < 10% 图5-14 光衰减器的基本结构 (a) 光固定衰减器

33. 5.1.1 点对点的光纤传输结构 b.可变衰减器 这种衰减器可分为连续可变和分档可变两种。前者的衰减范围可达60dB以上，商检量误差小于10%。通常将这两种可变衰减器组合起来作用 图5-14 光衰减器的基本结构 (b)光可变衰减器

34. 法拉第旋转器 偏振器1 偏振器2 B11 (a) 隔离器 Φ1=0o α1=45o(法拉第角) Φ2=45o 0o 45o 5.1.1 点对点的光纤传输结构 (4)光隔离器 它是保证光信号只能正向传输的器件，避免线路中由于各种因素而产生的反射光再次进入激光器，而影响激光器的工作稳定性 ①光隔离器的基本原理和结构 光隔离器的基本原理是法拉第旋转效应，如图5-15所时，其主要有两个偏振器和一个法拉第旋转器组成如图5-15（a）所示 图5-15（ a）光隔离器的工作原理图 当光入射到某一光学器件时，其输出光为某一种形式的偏振光（如线偏振光），则这种光学器件就成为偏振器（如线偏振器）。在光隔离器中使用的是线偏振器。线偏振其中有一头光轴，当光的偏振方向与透光轴完全一致时，则光全部通过。如图5-15（a）中入射光经过偏振器1后，为虚线所示的光

35. 0o 45o Pf Pf (b) 正向 45o 90o Pf 反向（隔离） (c) 5.1.1 点对点的光纤传输结构 法拉第旋转器由某种旋光材料制成。按照法拉第效应理论，当线偏振光经过它以后，光的偏振面按顺时针方向旋转一定角度（如45º），如果正好与偏振器2中的透光轴方向一致，则正向光入射后，经过偏振器1、玄光器和偏振器2，正向光功率全部射出，如图5-15（b）所示；当反向光射入后，有一部分光经过偏振器2到达旋光器，被顺时针旋转45º，正好和偏振器1种透光轴方向垂直，因此被全部隔离，如图5-15（c）所示。 如图5-15 (b).(c) 光隔离器的工作原理图

36. 5.1.1 点对点的光纤传输结构 ②光隔离器的主要参数和指标 由于光隔离器的主要作用是只允许正向光信号通过，阻止反向光返回。因此，对光隔离器的主要要求是：插入损耗低、隔离性能好 隔离衰减的大小用αi表示，为 (5-4) 式中， Pr----隔离方向（即与传输方向相反的方向）上的入射光功率。 Pout----隔离方向上的输出光功率。 制作法拉第旋转器的旋光材料，在0.85μm短波长波段，一般采用含稀土族离子的顺磁玻璃；在1.3μm或1.55μm的长波长波段，可采用钇铁石榴石（YIG）单晶。目前，用YIG单晶制作的晶体法拉第旋转器光隔离器，在1.55μm波段隔离衰减可做到40dB

37. 5.1.2光纤局域网结构 所谓光纤局域网是治理用光纤将较为靠近的许多用户连接起来的网络，这样网上的所有用户都可以通过该网络进行相互数据交流，因此在光纤局域网中要求用户都具有发送/接收数据的功能。并且在一个网络协议的规定下操作，不同的网络协议适合于不同的网络拓扑结构，不同的拓扑结构，适应于不同的场合 1. 光纤局部区域网的用途 光纤局域网可以用在大型工矿企业的公务电话、电视电话会议系统以及用于生产过程的闭路电视监控等，也可以用于城市管理系统（如道路交通管理），或用于计算机网的数据传输以及多个计算机终端公用一个高性能的专用处理器中，也可用在电力系统的电力调度网络上等等

38. 光纤 T型耦合器 光发射u 光发射u 光发射u 光发射u 光接收u 光接收u 光接收u 光接收u 光发射 光发射 光接收 光接收 5.1.2光纤局域网结构 2.光纤局域网的类型 • 总线型结构 总线型结构网络是一种非常典型的网络结构，它可以将多台计算机和终端设备进行连接 ①拓扑结构 在图5-16种给出了总线型结构的示意图，从中可以看出，每个分站都有光发射和光接受部分，每个终端站与光纤之间都由光分支耦合器相连，这样用户可以通过光分支耦合器将各终端所要传输的光信号耦合进入传输光纤，或实现由传输光纤中分取少量光信号的操作，，从而在一个服务区域内通过一条光纤传输多路信号，完成各终端间的数据互通 图5-16 总线形连接局域网构成示意图

39. 3 1 2 5.1.2光纤局域网结构 ②光分支耦合器 光分支耦合器是将光信号进行分路或和路、插入、分配的一种器件。根据器件是否存在光放大作用，光分支耦合器又分为无源和有源两种形式 a.无源光分支耦合器 无论是由源还是无源的光分支耦合器，实际上在分路和合路的功能上并无本质区别，两者只是光信号传输的方向不同，如图5-17所示。从图中 图5-17 无源光分支耦合器 可以看出，由光纤1输入的光信号，就会再光纤2，3支路里有光信号输出，而且也可以做到等光功率分配，反之也是如此 b.有源光分支耦合器 在有源光分支耦合器内部有光发射机和光接受机。当节点处接受到来自光纤1的光信号时，首先由光接受机将光信号转换成电信号，在经过均衡、放大、整形处理，恢复成标准的脉冲信号，然后启动相应支路的光发射机，完成电/光转换，实现各节点之间的光传输

40. 发 收 发 发 发 发 收 收 收 收 星型指令器 发 收 5.1.2光纤局域网结构 (2)星型结构 星型网络拓扑结构具有交换的功能，使只有别于总线型网络结构 ①拓扑结构 星型网络结构如图5-18所示，从图中可以看出，它是利用点对点的光纤传输，将所有节点与一个中心节点实现互连，这个节点通常是采用星型耦合器 图5-18 星型网络结构示意图

41. 1 3 星型耦合器 2 4 5.1.2光纤局域网结构 图5-19 星型耦合器 ②星型耦合器 根据中心节点处是否具有有源器件，网络又有有源星型网络和无源星型网络之分。通常在无源星型网络中心节点处，使用无源光星型耦合器，其结构如图5-19所示。这样来自光纤1的光信号在此中心节点处，利用该耦合器实现光信号分配，即光纤2、光纤3、光纤4传输该光信号，因为在无源光星型耦合器处进行的是无源光分配，既可以做到等光功率分配，那么分路数越多，则每支路分得的光功率越弱，因而为保证网络正常工作，对无源星型网络中的节点数目必须有所限制

42. 2 1 3 节点 N-1 N 4 5.1.2光纤局域网结构 (3)环形结构 环形结构是一种附着于网络上的端系统或站点之间互联的方式。目前随着技术的不断进步，采用1.31μm的多模光纤和标准的光纤分布数据接口（FDDI），工作于100Mbit/s速率的环形拓扑结构的光纤局域网得到了很大发展 图5-20 环形网络结构 ①拓扑结构 在环形结构中，是通过光纤将多个节点一次进行连接，从而构成单个封闭的环路，如图5-20所示。每个节点都是由转发器组成，其具有发送和接收数据的功能，这样数据可以沿着各转发器在环上一位位的串行传输

43. 5.1.2光纤局域网结构 ②转发器 a.转发器的功能 要是一个封闭环路成为一个通信网络，则需要具有三个功能，即数据插入、数据接受和数据清除。显然这些功能均由转发器完成。这样环形网络上的各转发器，除了作为有源元素之外，还起到数据接受、数据插入设备的连接点作用。 在此完成数据插入和数据接受的转发器的功能与有源星型网络中的星型耦合器功能基本相似，但就有源星型网络而言，由星型耦合器插入线路的信号传播到末端，是由末端接收器所吸收，从而实现数据清除功能。然而环形网络的路由是闭合路径，如不进行数据清除，则数据将永远在环路上流通，因而一般是由信源转发器在该分组数据环路上流动一周后进行清除工作。 由此可见，转发器主要具有如下功能 1.将所接受的所有数据向下传输 2.提供接受和发送数据的能力

44. 5.1.2光纤局域网结构 b.转发器的工作状态 综合以上转发器的功能，可以归纳出来，转发器基本处于监听状态、发送状态和接受状态 1.监听状态 在监听状态下，要求转发器在一个很短的延时之后，将每收到的位重新发送出去，一般这个掩饰的理想时间是一位的时间（即转发器发送一个完整的位到线上的时间），在此时间中，转发器要对比特流进行扫描，看是否存在与所连设备的地址或地址族一致的地址，由则进行数据接受，否则仍处于监听状态 2.接受状态 如果转发器识别了此地址，就将这个分组的余下的内容拷贝下来，并将器发送给相应的站点，与此同时仍由转发器将收到的每一位重新发送到通路上，保证数据流在环上的传输 3.发送状态 当与转发器相连的站点需要进行数据发送时，转发器则要在某种控制模式下，具有发送权时，才能启动光发射机，将从相连的站点接受的数据发送到环路上

45. 5.1.2光纤局域网结构 4.网络协议 不同的网络结构，用于数据传输的控制协议有所不同，通常按照媒体访问控制技术定义为：载波监听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）、令牌总线和令牌环网 (1)载波监听多路访问/冲突检测 载波监听多路访问/冲突检测方式，多数应用于总线型和星型拓朴网络中，称为IEEE802.3标准。在CSMA/CD机制下，通常各站点均处于监听状态之下，随时对传输媒体进行扫描，观察是否有与本站点地址相同的.需要接受的数据信号，如果有则进入接受状态，同时向传输站点发送确认信号，否则仍处于监听状态。若本站点需要进行数据传送，那么通过对传输媒体的监视，寻找媒体空闲时刻，将所传送的数据送入传输媒体，但经常会遇到有两个站点或多个站点同时发送数据到传输媒体上，这样转传输媒体上会发生数据冲突，造成双方数据发生相互干扰，使得目的站点无法进行地址识别与数据接收。当然在一定等待时间之内传输站点也无法接受到确认信号，因此传输站点认为在传输站点上发生冲突，数据需重发

46. 数据流 总线 40 10 30 10 10 20 10 50 10 60 10 10 逻辑排序 (2)令牌总线 5.1.2光纤局域网结构 令牌总线方式又称为IEEE802.4标准，它不仅是为办公环境而设计的。而且还适用于工厂和其他军事环境之中，该标准通常运用于总线和星型的拓扑结构中间 ①令牌逻辑环总线中的逻辑位置 在令牌总线中，网络中所有的站点都依次分配一个固定的逻辑地址，而且每个站点都具有识别其前和其后站点地址的能力，那么其中第一个站点和最后一个站点最为特殊，如果排列是按降序排列，则如图5－21所示。 图5－21 令牌总线配置

47. 数据流 总线 10 50 10 40 10 10 10 10 10 60 30 20 逻辑排序 5.1.2光纤局域网结构 为了表示清楚，图中按物理地址排列画出，但在实际标准中并没有如此规定，从中可以观察到，第一个战点【10】的后一个站点为最后一个站点【60】，最后一个站点【60】的前一个站点是第一个站点【10】，这样网络上的所有站点构成了一个逻辑环，使其物理上的位置与其逻辑地址无关。为了提高其传输效率，通常逻辑环上接入的站点数是动态决定的，如图5－21所示，即在一给定时刻，逻辑环是按降序的站60。站50…..。站10的次序排列，最后又由站10回到站60，以此实现逻辑环访问 图5－21 令牌总线配置

48. 令牌 60 t0 10 50 60 10 10 10 20 10 30 10 10 40 50 10 40 10 30 10 10 10 10 10 60 20 令牌 60 t1 5.1.2光纤局域网结构 ②令牌传输及数据传送 各站点的访问权是由一个称之为令牌的控制帧来规定，在令牌中包含了一个目的地址，只有拥有该令牌的站点才有权在一定时间内发送数据帧.探询其它站和相应等项工作。当该站点完成自己的工作，或是时间用完，它便将令牌交给其逻辑位置上紧接其后的那个站点，使之有权访问媒体，其转输过程如图5－22所示 图5－22 令牌传输过程

49. 数据 20 t2 10 10 10 10 20 30 10 40 10 50 10 60 5.1.2光纤局域网结构 例如，在t0时刻，站10产生令牌，根据图中的显示，该令牌传输的目的地址是60，这样按图5－21所示的数据流流动的次序，站点10的后续站点为60，虽然网络上所有站点都能检测此令牌，但只有站60的地址与之相符，一旦站60获得令牌，便可以自由地发送数据帧，所传输的数据可以仅一个帧，也可以包含多个帧，若站60向战20发出一个数据帧，如图5－23所示。虽然站20并不是逻辑环上的成员，但作为逻辑环以外的成员，尽管它无法传送数据，却可以接受数据帧，而战60在完成数据传送之后，便将令牌传递给后续站50 图5－23 数据传送过程

50. 5.1.2光纤局域网结构 ③令牌总线的维护功能 由于逻辑环中的站点的次序是动态决定的。因而逻辑环必须周期地给予没有加入环的站点以机会，可以将它们加入环中的适当位置；同时某些逻辑环上的。已经完成其传送任务的站点又能从环中删除；另外对于由于传输错误或站点故障而将令牌丢失时，要求系统具有自动恢复功能