模块四第三节 高速公路通信系统设备选用与集成

2008-42008-4

四川交通职业技术学院《公路联网收费系统应用与维护》精品课程

设备选用集成

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光通信设备介绍4.3.1 典型通信系统设备选用和集成

小结

光端机 所谓光端机是光纤通信系统中的光纤传输终端设备。光端机包括光发送机和光接收机。框图如图光发送机的主要作用是将电端机送来的数字基带电信号变换为光信号，并藕合进光纤线路中进行传输。 光接收机的主要作用是将光纤传输微弱的光信号变换为电信号，并对电信号进行放大、整形、再生输人到电接收端机。

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光发射机1 、数字光发射机的功能 :

电端机输出的数字基带电电信号转换为光光信号； 用耦合技术注入注入光纤线路； 用数字电信号对光源进行调制。调制。2 、调制方式：直接调制和外调制。 受调制的光源特性参数有：功率、 幅度、频受调制的光源特性参数有：功率、 幅度、频率和相位，率和相位，广泛应用的是直接光强 ( 功率 ) 调制。

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小结 (a) LED 数字调制原理； (b) LD 的数字调制原理 当激光器的驱动电流大于阈值电流 Ith 时，输出光功率 P 和驱动电流 I 基本上是线性关系。线性关系。 输出光功率光功率和输入电流输入电流成正比，输出光信号反映输入电信号。

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3 、光发射机基本组成 数字光发射机的方框图如图所示，主要有光源和电路两部分。 光源是实现电 / 光转换的关键器件，在很大程度上决定着光发射机的性能。 电路的设计应以光源光源为依据，使输出光信号输出光信号准确反映输入电信号。输入电信号。

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输入接口 线路编码 调制电路 光源

控制电路

电信号输入 光信号输出图 数字光发射机方框图

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1 ）光源

对通信用光源的要求如下对通信用光源的要求如下 ：

发射的光波长应和光纤低损耗“窗口”一致，即中心波长应在 0.85 μm 、 1.31 μm 和 1.55 μm 附近。光谱单色性要好， 即谱线宽度要窄， 以减小光纤色散对带宽的限制。 电电 // 光转换效率光转换效率要高，即要求在足够低的驱动电流下， 有足够大而稳定的输出光功率，且线性良好。发射光束的方向性要好方向性要好，以利于提高光源与光纤之间的耦合效率耦合效率。

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允许的允许的调制速率要高或响应速度要快， 以满足系统的大传输容量的要求。 器件应能在常温下以连续波方式工作， 要求温度 稳定性好， 可靠性高，寿命长。 此外，要求器件体积小，重量轻，安装使用方 便，价格便宜。

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2 ） 调制电路和控制电路 直接光强调制的数字光发射机主要电路有：调制电路、控制电路和线路编码电路。

3 ）线路编码电路

电端机输出的数字信号是适合电缆传输的双极性码，而光源不能发射负脉冲， 要变换为适合于光纤传输的单极性码。单极性码。

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光接收机1 、光接收机基本组成 直接强度调制、直接检测方式的数字光接收机方框图示于图。 主要包括： 光检测器、前置放大器、主放大器、均衡器、 时钟提取电路、取样判决器以及自动增益控制 (AGC) 电路。

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1 ） 光检测器 光检测器是光接收机实现光 / 电转换的关键器件，其性能特别是响应度和噪声直接影响光接收机的灵敏度。 对光检测器的要求如下： 波长响应要和光纤低损耗窗口 (0.85 μm 、 1.31μm和 1.55 μm)兼容； 响应度要高， 在一定的接收光功率下， 能产生最大的光电流；

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噪声要尽可能低， 能接收极微弱的光信号； 性能稳定， 可靠性高， 寿命长， 功耗体积小。 目前， 适合于光纤通信系统应用的光检测器有 PIN 光电二极管和雪崩光电二极管 (APD) 。

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  2 ）放大器 前置放大器应是低噪声放大器，它的噪声对光接收机的灵敏度影响很大。 前放的噪声取决于放大器的类型，目前有三种类型的前放可供选择。 主放大器主放大器一般是多级放大器，它的作用是： 提供足够的增益 ； 并通过它实现自动增益控制 (AGC) ，使输入光信号在一定范围内变化时， 输出电信号保持恒定。 主放大器和 AGC 决定着光接收机的动态范围。

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3 ）均衡和再生 均衡的目的： 对经光纤传输、光 / 电转换和放大后已产生畸变(失真 ) 的电信号进行补偿； 使输出信号的波形适合于判决，以消除码间干扰，减小误码率。 再生电路包括：判决电路和时钟提取电路

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2 、 光电集成接收机 图中除光检测器以外的所有元件都是标准的电子器件， 很容易用标准的集成电路 (IC) 技术将它们集成在同一芯片上。 不论是硅 (Si)还是砷化镓 (GaAs)IC 技术都能够使集成电路的工作带宽超过 2 GHz ，甚至达到 10 GHz 。 为了适合高传输速率的需求，人们一直在努力开发单片光接收机，即用“光电集成电路 (OEIC) 技术”在同一芯片上集成包括光检测器在内的全部元件。

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无源光器件 在光纤通信的传输系统中，在传输线路中还需要各种辅助器件以实现光纤与光纤之间或光纤与光端机之间的连接、耦合、合分路、线路倒换以及保护等多种功能。 主要的无源器件有光纤连接器、光缆连接器、光纤耦合器、光开关、光复用器 (合波器和分波器 )、光分路器、光隔离器、光衰耗器、光滤波器等等

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（ 1 ）光纤连接器 光纤连接器又叫光纤活动连接器。这是用于连接两根光纤或光缆形成连续光通路的可以可拆卸重复使用的光“无源器件”，被广泛应用在光纤传输线路、光纤配线架和光纤测试仪器、仪表中，也是目前使用数量最多的光无源器件。

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光纤连接器特性的参数主要是：插入损耗、回波损耗、重复性和互换性等。插入损耗：即连接损耗，是指光纤中的光信号通过光纤连接器，其输出光功率与输入光功率的比的分贝数 。回波损耗：指在光纤连接处，后向反射光功率与输入光功率的比的分贝数。回波损耗越大越好 重复性和互换性 ：重复性是指光纤连接器多次插拨后插入损耗的变化，用分贝 (dB)表示。互换性是指连接器各部件互换时插入损耗的变化，也用分贝(dB)表示。

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（ 2 ）耦合器件 光耦合器是一种用于传送和分配光信号的无源器件。通常，光耦合器在光纤局域网、光纤有线电视网、干涉型光纤传感器和某些测量仪表中有广泛的应用。

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耦合器特性的主要参数是：插入损耗、功率耦合系数、分光比和隔离度。插入损耗：是指某一输出端口的光功率与全部输入光功率的比的分贝数 。隔离度：是指光耦合器的某一光路对其他光路中的光信号的隔离能力。分光比：为耦合器各输出端口输出功率与总输出功率的比值， .功率耦合系数：为耦合器输出功率与输入光功率之比 .

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光波分复用器（WDM ）是对光波波长进行分离与合成的光无源器件。 复用器用在光纤通信系统的发送端，其作用是将不同频率的光信号组合起来，送入一根光纤。解复用器用在接收端，其作用是将光纤送来的多路信号按频率一一分开。

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（ 3 ）光衰减器 能够使传输线路中的光信号产生定量衰减的器件称

为光衰减器。

（ 4 ）光开关 光开关是使传输通路中的光路控制器件，起着控

制光信号通、断或转换光路的作用。

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一、光纤数字传输系统 采用 OptiX2500+(Metro3000) 设备与OptiX155/622H(Metro1000) 设备联合组网，形成 1 个 2.5G 环和一个 155M 环，共同组成高速公路通信系统的基础承载网，实现交换机、接入网、宽带、数据业务的全数字化传输。此承载网由目前通信主流 MSTP 光网络设备组成，满足了通信系统后期扩容的需求。

4.3.1 典型通信系统设备选用和集成

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二、程控数字交换系统 1. 数字程控交换机 2.综合接入平台 三、紧急电话系统 根据 2005 年 10 月 27日交通部对《公路工程技术标准》 (JTGB01 － 2003) 的局部修订，即将“公路两侧应设置紧急报警设施”的条款内容，改为“公路两侧应合理设置紧急报警设施”。本节不再介绍紧急电话系统的构建，改为在后续章节中详细介绍高速公路应急通信系统的构建。

4.3.1 典型通信系统设备选用和集成

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四、数据图像传输系统 数据通信平台作为 TCP/IP 网络技术的模拟平台，由出口路由器、汇聚层 L3 交换机、接入层 L2 交换机组成，可以以光传输网络平台为承载网进行联合运行。目前可将宽带网作为模拟业务搭载在数据通信平台上，今后可通过对设备硬件及软件的扩展升级对VoIP 、视频会议等业务进行模拟，还可以通过升级支持 IPv6 等先进技术。

视讯系统平台采用华为 ViewPoint8000 系列视讯系统，包括 GK 和软、硬终端设备建设视讯系统平台。 宽带网络平台分为三个层面：接入层、汇聚层和骨干层。

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五、移动通信系统 该系统亦涵盖于高速公路应急通信系统中。 六、其它辅助系统 1. 电源、电池 2. 配线架

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京沪高速公路全路铺设 20 芯光缆，采用同步光纤数字传输系统（ SDH STM-1 ）、光纤接入网系统会同程控数字交换系统形成一套综合业务通信系统。 通信系统为收费、监控提供的传输功能简述如下： （ 1 ）监控数据传输 （ 2 ）监控图象传输 （ 3 ）收费数据传输 （ 4 ）收费图象传输

4.3.2 案例介绍——京沪高速公路通信系统

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一、光纤数字传输系统 1. 干线网 2. 基层用户接入网 通信系统地址布设图、通信系统构成图 二、数字程控交换机系统（ SPC ） 1. 系统改造方案 2. 同步系统 3. 指令电话系统（ CTS ） 程控交换机网络结构图、乐山管理处程控数字交换机中继图、眉山通信分中心程控数字交换机中继图

4.3.3 成乐路通信系统改建工程设计

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4.3.3 成乐路通信系统改建工程设计 三、紧急救援呼叫系统 四、数据图像传输通路 1. 监控数据、图像传输通路 监控数据传输通路图 2. 收费数据、图像传输通路 收费数据传输通路图、信道分配图 五、室外光缆 光缆配置图小结

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4.3.3 成乐路通信系统改建工程设计 六、楼内电缆敷设 七、通信电源和接地 有人站通信电源系统图、有人站通信站配电房布局图、无人站通信电源系统图 八、工程施工规范 1. 电缆敷设的相关工程规范 2. 架内及架间电缆的布放及绑扎 ⑴布放工艺规范 ⑵绑扎工艺规范

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4.3.3 成乐路通信系统改建工程设计 3. 配线架上电缆的布放、绑扎及卡线 ⑴布放工艺规范 ⑵绑扎工艺规范 ⑶接线工艺规范 4. 电源线布放、绑扎及连接 ⑴布放工艺规范 ⑵绑扎工艺规范 ⑶连接工艺规范 5. 地线的布放、绑扎及连接 ⑴绑扎工艺规范 ⑵连接规则及工艺规范

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通过成乐高速公路通信系统改建，思考自愈网是如何构成的及其工作原理是什么？

根据高速公路通信系统的组成，分光纤数字传输系统、程控数字交换系统、紧急电话系统、数据图像传输系统、移动通信系统、其它辅助系统来学习典型通信系统设备选用和集成。 通过对某案例——京沪高速公路通信系统的学习，进一步掌握设备选用和集成方法。 按照高速公路通信系统设备选用和集成方法，完成了成乐路通信系统改建工程设计，注意按照工程施工规范的要求进行施工。

提问与思考

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课后任务

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查阅更多本接介绍的通信系统相关设备的资料：型号、厂家、参数或性能、价格等。