光纖通信課件劉增基_西安電子科技大學(xué)出版社5

1、 第第 5 章章 數(shù)字光纖通信系統(tǒng)數(shù)字光纖通信系統(tǒng) 5.1 兩種傳輸體制兩種傳輸體制 5.2 系統(tǒng)的性能指標(biāo)系統(tǒng)的性能指標(biāo) 5.3 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 返回主目錄模擬信號(hào)的數(shù)字化（脈沖編碼調(diào)制PCM）1.抽樣2.量化3.編碼時(shí)分復(fù)用要求收發(fā)雙方同步工作，要求時(shí)分復(fù)用要有良好的同步系統(tǒng)。我國(guó)數(shù)字電話采用的是PCM 30/32復(fù)用結(jié)構(gòu)。PCM 30/32復(fù)用結(jié)構(gòu)數(shù)字電話同步復(fù)用與異步復(fù)用同步復(fù)用與異步復(fù)用1.如果所有被復(fù)接支路信號(hào)的時(shí)鐘來(lái)自同一個(gè)時(shí)鐘源， 而且被復(fù)接的各支路信號(hào)與本機(jī)定時(shí)信號(hào)是同步的（即同一時(shí)鐘源），這樣的支路復(fù)接稱為同步復(fù)用。2.如果所有被復(fù)接支路信號(hào)的時(shí)鐘來(lái)自不同的時(shí)鐘源，

2、而且被復(fù)接的各支路信號(hào)與本機(jī)定時(shí)信號(hào)是異步的， 這樣的支路復(fù)接稱為異步復(fù)用。準(zhǔn)同步復(fù)接 同步復(fù)接是用一個(gè)高穩(wěn)定的主時(shí)鐘來(lái)控制被復(fù)接的幾個(gè)低次群，使這幾個(gè)低次群的數(shù)碼率（簡(jiǎn)稱碼速）統(tǒng)一在主時(shí)鐘的頻率上（這樣就使幾個(gè)低次群系統(tǒng)達(dá)到同步的目的）。同步復(fù)接方法的缺點(diǎn)是一旦主時(shí)鐘發(fā)生故障時(shí)，相關(guān)的通信系統(tǒng)將全部中斷，所以它只限于局部地區(qū)使用。 異步復(fù)接是各低次群各自使用自己的時(shí)鐘，由于各低次群的時(shí)鐘頻率不一定相等，使得各低次群的數(shù)碼率不完全相同（這是不同步的），因而先要進(jìn)行碼速調(diào)整，使各低次群獲得同步，再?gòu)?fù)接。PDH大多采用異步復(fù)接。碼速調(diào)整碼速調(diào)整 碼速調(diào)整是利用插入一些碼元將各一次群的速率由2048

3、kbits左右統(tǒng)一調(diào)整成2112kbits。接收端進(jìn)行碼速恢復(fù)，通過去掉插入的碼元，將各一次群的速率由2112kbits還原成2048kbits左右。 5.1 兩種傳輸體制兩種傳輸體制 光纖大容量數(shù)字傳輸目前都采用同步時(shí)分復(fù)用同步時(shí)分復(fù)用(TDM)技術(shù)技術(shù)。 復(fù)用又分為若干等級(jí)，先后有兩種傳輸體制： 準(zhǔn)同步數(shù)字系列準(zhǔn)同步數(shù)字系列(PDH) 同步數(shù)字系列同步數(shù)字系列(SDH) 隨著光纖通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，PDH遇到了許多困難。 美國(guó)提出了同步光纖網(wǎng)同步光纖網(wǎng)(SONET)。 1988年，ITU-T(原CCITT) 提出了被稱為同步數(shù)字系列同步數(shù)字系列(SDH)的規(guī)范建議。 SDH解決了PDH存

4、在的問題，是一種比較完善的傳輸體制，現(xiàn)已得到大量應(yīng)用。這種傳輸體制不僅適用于光纖信道，也適用于微波和衛(wèi)星干線傳輸。 International Telecommunication Union 遠(yuǎn)程通信標(biāo)準(zhǔn)化組織 5.1.1 準(zhǔn)同步數(shù)字系列準(zhǔn)同步數(shù)字系列PDH 準(zhǔn)同步數(shù)字系列有兩種基礎(chǔ)速率：準(zhǔn)同步數(shù)字系列有兩種基礎(chǔ)速率： 以1.544 Mb/s為第一級(jí)(一次群一次群，或稱基群基群)基礎(chǔ)速率，采用的國(guó)家有北美各國(guó)和日本，也成為T制； 以2.048 Mb/s為第一級(jí)(一次群)基礎(chǔ)速率， 采用的國(guó)家有西歐各國(guó)和中國(guó)，也成為E制。六次群六次群/（MbS-1）五次群五次群/（MbS-1）四次群四次群/（M

5、bS-1）三次群三次群/（MbS-1）二次群二次群/（MbS-1）北美北美日本日本中國(guó)中國(guó)西歐西歐基群基群/（MbS-1）國(guó)家或地區(qū)國(guó)家或地區(qū)ch30048.2ch120448. 84ch480368.344ch1920264.1394ch7680992.5644chch307204.241536013.12ch24544.1ch96312. 64ch480064.325ch1440728.973ch576020.3974ch230405888. 14ch24544.1ch96312. 64ch672736.447chchch604843298064992.564124032176.2746c

6、hsGbsGb32256/4 . 2416128/13. 12表表5.1 世界各國(guó)商用光纖通信制式世界各國(guó)商用光纖通信制式 對(duì)于以2.048 Mb/s為基礎(chǔ)速率的制式，各次群的話路數(shù)按4倍遞增，速率的關(guān)系略大于4倍。 對(duì)于以1.544 Mb/s為基礎(chǔ)速率的制式，在3次群以上，日本和北美各國(guó)又不相同， 看起來(lái)很雜亂。 PDH各次群比特率相對(duì)于其標(biāo)準(zhǔn)值有一個(gè)規(guī)定的容差，而且是異源的，通常采用正碼速調(diào)整碼速調(diào)整方法實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)同步復(fù)用實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)同步復(fù)用。 1次群至4次群接口比特率早在1976年就實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化，并得到各國(guó)廣泛采用。 PDH主要適用于中、低速率點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸。主要適用于中、低速率點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸。 在這

7、種形勢(shì)下，現(xiàn)有在這種形勢(shì)下，現(xiàn)有PDH的許多缺點(diǎn)也逐漸暴露出來(lái)，的許多缺點(diǎn)也逐漸暴露出來(lái)，主要有：主要有： (1) 北美、西歐和亞洲所采用的三種數(shù)字系列互不兼容。 (2) 各種復(fù)用系列都有其相應(yīng)的幀結(jié)構(gòu)，沒有足夠的開銷比特，使網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)缺乏靈活性。 (3) 復(fù)接/分接設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，上下話路價(jià)格昂貴。 5.1.2 同步數(shù)字系列同步數(shù)字系列SDH SDH不僅適合于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸，而且適合于多點(diǎn)之間的網(wǎng)絡(luò)傳輸。（1） SDH網(wǎng)有全世界統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接口（NNI），從而簡(jiǎn)化了信號(hào)的互通以及信號(hào)的傳輸、復(fù)用、交叉連接等過程。（2） SDH網(wǎng)有一套標(biāo)準(zhǔn)化的信息結(jié)構(gòu)等級(jí)，稱為同步傳遞模塊STM-N（N=1、4、1

8、6、64），并具有一種塊狀幀結(jié)構(gòu)，允許安排豐富的開銷比特（即比特流中除去信息凈負(fù)荷后的剩余部分）用于網(wǎng)絡(luò)的管理。（3） SDH網(wǎng)有一套特殊的復(fù)用結(jié)構(gòu)，允許現(xiàn)存準(zhǔn)同步數(shù)字體系、同步數(shù)字體系和B-ISDN的信號(hào)都能納入其幀結(jié)構(gòu)中傳輸，即具有兼容性和廣泛的適應(yīng)性。（4) SDH網(wǎng)大量采用軟件進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)配置和控制，增加新功能和新特性非常方便，適合將來(lái)不斷發(fā)展的需要。（5） SDH網(wǎng)有標(biāo)準(zhǔn)的光接口，即允許不同廠家的設(shè)備在光路上互通。（6） SDH網(wǎng)的基本網(wǎng)絡(luò)單元有終端復(fù)用器（TM）、分插復(fù)用器（ADM）、再生中繼器（REG）和同步數(shù)字交叉連接設(shè)備（SDXC）等。圖圖 5.1 SDH傳輸網(wǎng)的典型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)傳輸

9、網(wǎng)的典型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)TMADMDXCADMTMTMTMADMSTM-nSTM-nDXCADMTMSTM-NSTM-NSTM-NSTM-NSTM-NSTM-NSTM-NSTM-nSTM-n低速信號(hào)低速信號(hào)低速信號(hào)低速信號(hào)(nN)SDH終端終端的主要功能是： SDH終端的功能主要由TM設(shè)備完成。MUXE1E1STM-N同步復(fù)接DMXE1E1STM-N同步分接圖5.2 SDH傳輸網(wǎng)絡(luò)單元 (a) 終端復(fù)用器TM； ADM是一種特殊的復(fù)用器 它利用分接功能將輸入信號(hào)所承載的信息分成兩部分：所承載的信息分成兩部分： 一部分直接轉(zhuǎn)發(fā) 一部分卸下給本地用戶然后信息又通過復(fù)接功能將轉(zhuǎn) 發(fā)部分和本地上送的部分合成輸

10、出DMXMUX中繼線中繼線STM-N中繼線中繼線STM-NAddSTM-n分接分接復(fù)接復(fù)接DropSTM- n本地本地圖圖5.2(b) SDH傳輸網(wǎng)絡(luò)單元分插復(fù)用設(shè)備傳輸網(wǎng)絡(luò)單元分插復(fù)用設(shè)備ADM(Add/DropMultiplexer) DXC類似于交換機(jī)類似于交換機(jī)，它一般有多個(gè)輸入和多個(gè)輸出，通過適當(dāng)配置可提供不同的端到端連接。1: m1: mm:1m :1復(fù)接復(fù)接交叉連接矩陣交叉連接矩陣分接分接1n1n配置管理配置管理圖圖5.2 (c) SDH傳輸網(wǎng)絡(luò)單元數(shù)字交叉連接設(shè)備傳輸網(wǎng)絡(luò)單元數(shù)字交叉連接設(shè)備DXC 再生中繼器（REG）是光中繼器，其作用是將光纖長(zhǎng)距離傳輸后受到較大衰減及色散畸變

11、的光脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)或進(jìn)行放大、整形、再定時(shí)、再生為規(guī)劃的電脈沖信號(hào)，再調(diào)制光源變換為光脈沖信號(hào)送入光纖繼續(xù)傳輸，以延長(zhǎng)通信距離。 圖圖 5.3 (a) 傳輸通道的結(jié)構(gòu)傳輸通道連接模型傳輸通道的結(jié)構(gòu)傳輸通道連接模型通道通道終接設(shè)備終接設(shè)備線路線路終接設(shè)備終接設(shè)備TMADM/DXC再生段再生段Section再生段再生段再生段再生段線路線路終接設(shè)備終接設(shè)備通道通道終接設(shè)備終接設(shè)備E1E3E1E3ADM/DXCTM復(fù)接段復(fù)接段(Line)傳輸通道傳輸通道(Path)再生中繼器再生中繼器 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(jié)構(gòu)，其連接模型如圖5.3(

12、a)。 每個(gè)通道通道(Path)由一個(gè)或多個(gè)復(fù)接段復(fù)接段(Line)構(gòu)成，而每一復(fù)接段又由若干個(gè)再生段再生段(Section)串接而成。PathPathLineLineSectionSectionSectionPhotonicPhotonicPhotonic再生中繼器再生中繼器圖圖 5.3 (b) 傳輸通道的結(jié)構(gòu)分層結(jié)構(gòu)傳輸通道的結(jié)構(gòu)分層結(jié)構(gòu) 與與PDH相比，相比，SDH具有下列特點(diǎn)：具有下列特點(diǎn)： (1) SDH采用世界上統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)傳輸速率等級(jí)。 最低的等級(jí)也就是最基本的模塊稱為STM-1，傳輸速率為155.520 Mb/s； 4個(gè)STM-1 同步復(fù)接組成STM-4，傳輸速率為622.080

13、 Mb/s； 16個(gè)STM-1 組成STM-16, 傳輸速率為2488.320 Mb/s，以此類推。 (2) SDH各網(wǎng)絡(luò)單元的光接口有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。因此， 光接口成為開放型接口，這有利于建立世界統(tǒng)一的通信網(wǎng)絡(luò)。 標(biāo)準(zhǔn)的光接口綜合進(jìn)各種不同的網(wǎng)絡(luò)單元， 簡(jiǎn)化了硬件，降低了網(wǎng)絡(luò)成本。 (3) 在SDH幀結(jié)構(gòu)中，豐富的開銷比特用于網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行、 維護(hù)和管理，便于實(shí)現(xiàn)性能監(jiān)測(cè)、故障檢測(cè)和定位、故障報(bào)告等管理功能。 (4) 采用數(shù)字同步復(fù)用技術(shù)，其最小的復(fù)用單位為字節(jié)， 不必進(jìn)行碼速調(diào)整，簡(jiǎn)化了復(fù)接分接的實(shí)現(xiàn)設(shè)備，由低速信號(hào)復(fù)接成高速信號(hào)，或從高速信號(hào)分出低速信號(hào)，不必逐級(jí)進(jìn)行。 (5) 采用數(shù)字交叉

14、連接設(shè)備DXC可以對(duì)各種端口速率進(jìn)行可控的連接配置，對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行自動(dòng)化的調(diào)度和管理，既提高了資源利用率，又增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的抗毀性和可靠性。 SDH采用了DXC后，大大提高了網(wǎng)絡(luò)的靈活性及對(duì)各種業(yè)務(wù)量變化的適應(yīng)能力，使現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)提高到一個(gè)嶄新的水平。 SDH也有其不足的地方：也有其不足的地方： 1. 頻帶利用率低2. 指針調(diào)整機(jī)理復(fù)雜 3. 軟件的大量使用對(duì)系統(tǒng)安全性的影響 圖圖 5.4 分插信號(hào)流程的比較分插信號(hào)流程的比較光/電光信號(hào)分接分接分接140/34 Mb/s34/8 Mb/s8/2 Mb/s復(fù)接復(fù)接復(fù)接電/光光信號(hào)2/8 Mb/s8/34 Mb/s34/140 Mb/s2 Mb/s(

15、電信號(hào))SDHADM155 Mb/s光接口155 Mb/s光接口2 Mb/s(電信號(hào))PDH 采用SDH分插復(fù)用器分插復(fù)用器(ADM)，可以利用軟件一次直接分出和插入 2 Mb/s支路信號(hào)，十分簡(jiǎn)便。 這樣每幀共有9270N個(gè)字節(jié)， 每字節(jié)為8 bit。 幀周期為125s， 即每秒傳輸8000幀。 對(duì)于STM-1而言，傳輸速率為927088000=155.520 Mb/s。 字節(jié)發(fā)送順序?yàn)椋河缮贤轮鹦邪l(fā)送，每行先左后右。字節(jié)發(fā)送順序?yàn)椋河缮贤轮鹦邪l(fā)送，每行先左后右。 SOH12AU-PTR345SOH9STM-N載荷(含POH)9N261N270N發(fā)送順序SDH幀的三個(gè)部分：幀的三個(gè)部分：

16、 (1) 段開銷段開銷(SOH)。 段開銷是在SDH幀中為保證信息正常傳輸所必需的附加字節(jié)(每字節(jié)含64 kb/s的容量)，主要用于運(yùn)行、 維護(hù)和管理，如幀定位、 誤碼檢測(cè)、 公務(wù)通信、自動(dòng)保護(hù)倒換以及網(wǎng)管信息傳輸。 根據(jù)圖5.3(a)的傳輸通道連接模型，段開銷又細(xì)分為再生段再生段開銷開銷(SOH)和復(fù)接段開銷復(fù)接段開銷(LOH)。前者占前3行，后者占59行。 (2) 信息載荷信息載荷(Payload)。信息載荷域是SDH幀內(nèi)用于承載各種業(yè)務(wù)信息的部分。 在Payload中包含少量字節(jié)用于通道的運(yùn)行、 維護(hù)和管理， 這些字節(jié)稱為通道開銷通道開銷(POH)。 (3) 管理單元指針管理單元指針(A

17、U PTR)。管理單元指針。管理單元指針是一種指示符， 主要用于指示Payload第一個(gè)字節(jié)在幀內(nèi)的準(zhǔn)確位置(相對(duì)于指針位置的偏移量)。 采用指針技術(shù)是SDH的創(chuàng)新，結(jié)合虛容器虛容器(VC)的概念， 解決了低速信號(hào)復(fù)接成高速信號(hào)時(shí)，由于小的頻率誤差所造成的載荷相對(duì)位置漂移的問題。 將低速支路信號(hào)復(fù)接為高速信號(hào)，通常有兩種傳統(tǒng)方法： 正碼速調(diào)整法正碼速調(diào)整法和固定位置映射法固定位置映射法。 正碼速調(diào)整法正碼速調(diào)整法的優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：容許被復(fù)接的支路信號(hào)有較大的頻率誤差；缺點(diǎn)缺點(diǎn)：復(fù)接與分接相當(dāng)困難。 固定位置映射法固定位置映射法是讓低速支路信號(hào)在高速信號(hào)幀中占用固定的位置。 這種方法的優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：復(fù)接和

18、分接容易實(shí)現(xiàn)，但由于低速信號(hào)可能是屬于PDH的或由于SDH網(wǎng)絡(luò)的故障，低速信號(hào)與高速信號(hào)的相對(duì)相位不可能對(duì)準(zhǔn)，并會(huì)隨時(shí)間而變化。 結(jié)合了正碼速調(diào)整法正碼速調(diào)整法和固定位置映射法固定位置映射法的優(yōu)點(diǎn)，付出的代價(jià)是要對(duì)指針進(jìn)行處理。 圖 5.6 示出載荷包絡(luò)與STM-1幀的一段關(guān)系與指針?biāo)鸬淖饔?。通過指針的值，接收端就可以確定載荷的起始位置。 ITUT規(guī)定了SDH的一般復(fù)用映射結(jié)構(gòu)復(fù)用映射結(jié)構(gòu)。 所謂映射結(jié)構(gòu)映射結(jié)構(gòu)， 是指把支路信號(hào)適配裝入虛容器的過程，其實(shí)質(zhì)是使支路信號(hào)與傳送的載荷同步。 圖圖 5.6 載荷包絡(luò)與載荷包絡(luò)與SDH幀的一般關(guān)系幀的一般關(guān)系SDH幀1(125 s)SDH幀2(12

19、5 s)261字節(jié)9字節(jié)開銷9行載荷包絡(luò)AU PTR復(fù)用單元（1）容器C（2）虛容器VC（3）支路單元TU與支路單元組TUG（4）管理單元AU（5）同步傳輸模塊STM-NC-111.5Mb/sC-122Mb/sC-26Mb/sC-334Mb/sC-4140Mb/s 虛容器是用來(lái)支持SDH的通道層連接的信息結(jié)構(gòu)（虛容器屬于SDH傳送網(wǎng)分層模型中通道層的信息結(jié)構(gòu)）。虛容器有5種：VC-11、VC-12、VC-2、VC-3和VC-4。它由容器輸出的信息凈負(fù)荷加上通道開銷（POH）組成，即 虛容器可分成低階虛容器和高階虛容器兩類。 其中VC-11、VC-12、VC-2及TU-3中的VC-3是低階通道層

20、的信息結(jié)構(gòu)；而AU-3中VC-3和VC-4是高階通道層的信息結(jié)構(gòu)。VC-n=C-n+VC-nPOHVC的輸出將作為其后接基本單元（TU或AU）的信息凈負(fù)荷。VC的包封速率是與SDH網(wǎng)絡(luò)同步的，因此不同VC是互相同步的，而VC內(nèi)部卻允許裝載來(lái)自不同容器的異步凈負(fù)荷。3.支路單元和支路單元組（支路單元和支路單元組（TU和和TUG） 支路單元（TU）是提供低階通道層和高階通道層之間適配的信息結(jié)構(gòu)（即負(fù)責(zé)將低階虛容器經(jīng)支路單元組裝進(jìn)高階虛容器）。有四種支路單元，即TU-n（n11，12，2，3）。TU-n由一個(gè)相應(yīng)的低階VC-n和一個(gè)相應(yīng)的支路單元指針（TU-nPTR）組成，即TU-nVC-n+TU-

21、nPTRTU-n PTR指示VC-n凈負(fù)荷起點(diǎn)在TU幀內(nèi)的位置。在高階VC凈負(fù)荷中固定地占有規(guī)定位置的一個(gè)或多個(gè)TU的集合稱為支路單元組（TUG）。4.管理單元和管理單元組（管理單元和管理單元組（AU和和AUG） 管理單元（AU）是提供高階通道層和復(fù)用段層之間適配的信息結(jié)構(gòu)（即負(fù)責(zé)將高階虛容器經(jīng)管理單元組裝進(jìn)STM-N幀，STM-N幀屬于SDH傳送網(wǎng)分層模型中段層的信息結(jié)構(gòu)。有AU-3和AU-4兩種管理單元。AU-n（n3，4）由一個(gè)相應(yīng)的高階VC-n和一個(gè)相應(yīng)的管理單元指針（AU-nPTR）組成，即AU-n=VC-n+AU-nPTR；n=3,4AU-n PTR指示VC-n凈負(fù)荷起點(diǎn)在AU幀內(nèi)

22、的位置。 為了準(zhǔn)確地確定起始點(diǎn)的位置，設(shè)置兩種指針（AU-PTR和TU-PTR） AU-PTR指定高階VC在相應(yīng)AU幀內(nèi)的位置 TU-PTR 指定VC-1、VC-2、VC-3在相應(yīng)TU幀內(nèi)的位置進(jìn)行靈活動(dòng)態(tài)的定位。 在N個(gè)AUG的基礎(chǔ)上再附加段開銷（SOH）便可形成最終的STM-N幀結(jié)構(gòu)。注意：注意：映射、定位和復(fù)用的概念 映射是將各種速率的支路信號(hào)先分別經(jīng)過碼速調(diào)整裝入相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)容器，然后再裝進(jìn)虛容器的過程。 2.048Mbit/s信號(hào)裝進(jìn)VC-12 34.368Mbit/s信號(hào)裝進(jìn)VC-3 139.264Mbit/s信號(hào)裝進(jìn)VC-4 定位是一種以附加指針的方式指定負(fù)荷位置的過程。 以附加于

23、VC-12上的TU-12 PTR指示和確定VC-12的起點(diǎn)在TU-12凈負(fù)荷中位置的過程。 以附加于VC-3上的TU-3 PTR指示和確定VC-3的起點(diǎn)在TU-3凈負(fù)荷中的位置的過程。 以附加于VC-4上的AU-4PTR指示和確定VC-4的起點(diǎn)在AU-4凈負(fù)荷中的位置的過程。 復(fù)用是一種把TU組織進(jìn)高階VC或把AU組織進(jìn)STM-N的過程。 將TU-12經(jīng)TUG-2再經(jīng)TUG-3裝進(jìn)VC-4的過程。 將TU-3經(jīng)TUG-3裝進(jìn)VC-4的過程及將AU-4裝進(jìn)STM-N幀的過程。我國(guó)的SDH復(fù)用結(jié)構(gòu) 我國(guó)的SDH復(fù)用映射結(jié)構(gòu)規(guī)范可有3個(gè)PDH支路信號(hào)輸入口。 1個(gè)139.264Mbits可被復(fù)用成一

24、個(gè)STM-1（155.520Mbits）； 63個(gè)2.048Mbits可被復(fù)用成一個(gè)STM-1 3個(gè)34.368Mbits也能復(fù)用成一個(gè)STM-1。圖圖2-2 我國(guó)的基本復(fù)用映射結(jié)構(gòu)我國(guó)的基本復(fù)用映射結(jié)構(gòu)舉例：由舉例：由PDH的的4次群信號(hào)到次群信號(hào)到SDH的的STM-1的復(fù)接過程的復(fù)接過程 把139.264 Mb/s的信號(hào)裝入容器C-4，經(jīng)速率適配處理后，輸出信號(hào)速率為149.760 Mb/s; 在虛容器VC-4內(nèi)加上通道開銷通道開銷POH(每幀9 Byte, 相應(yīng)于0.576 Mb/s)后，輸出信號(hào)速率為150.336 Mb/s； 在管理單元AU-4內(nèi)，加上管理單元指針AU PTR(每幀9

25、 Byte, 相應(yīng)于0.576 Mb/s)，輸出信號(hào)速率為150.912 Mb/s; 由 1個(gè)AUG加上段開銷SOH(每幀72 Byte, 相應(yīng)于4.608 Mb/s), 輸出信號(hào)速率為155.520 Mb/s, 即為STM-1。圖圖 5.7 SDH的一般復(fù)用映射結(jié)構(gòu)的一般復(fù)用映射結(jié)構(gòu) STM -NAUGAU -4VC -4TU -2VC -2C-2TU -12VC -12C-12TU -11VC -11C-11TUG -2134C-3VC -3TU -3VC -3TUG -31773C-4139264 kb/s44736 kb/s34368 kb/s6312 kb/s2048 kb/s154

26、4 kb/sAU -3N13指 針 處 理復(fù) 用定 位 校 準(zhǔn)映 射 數(shù)字交叉連接設(shè)備數(shù)字交叉連接設(shè)備(DXC)相當(dāng)于一種自動(dòng)的數(shù)字電路配線架。 圖5.2 ，其核心部分是可控的交叉交叉連接連接表示的是SDH的DXC(也適合于PDH)開關(guān)開關(guān)(空分或時(shí)分)矩陣矩陣。 參與交叉連接的基本電路速率可以等于或低于端口速率，它取決于信道容量分配的基本單位。 一般每個(gè)輸入信號(hào)被分接為m個(gè)并行支路信號(hào)，然后通過時(shí)分(或空分)交換網(wǎng)絡(luò)，按照預(yù)先存放的交叉連接圖或動(dòng)態(tài)計(jì)算的交叉連接圖對(duì)這些電路進(jìn)行重新編排，最后將重新編排后的信號(hào)復(fù)接成高速信號(hào)輸出。 通常用DXC X/Y來(lái)表示一個(gè)DXC的配置類型，其中第一個(gè)數(shù)字

27、X表示輸入端口速率的最高等級(jí)，第二個(gè)數(shù)字Y表示參與交叉連接的最低速率等級(jí)。 數(shù)字0表示64 kb/s電路速率；數(shù)字1、2、3、4 分別表示PDH的1至 4 次群的速率， 其中 4 也代表SDH 的STM-1 等級(jí)； 數(shù)字 5 和 6 分別代表SDH的STM-4 和STM-16等級(jí)。 交叉連接設(shè)備與交換機(jī)的區(qū)別有：交叉連接設(shè)備與交換機(jī)的區(qū)別有： (1) DXC 的輸入輸出不是單個(gè)用戶話路， 而是由許多話路組成的群路； (2) 兩者都能提供動(dòng)態(tài)的通道連接，但連接變動(dòng)的時(shí)間尺度是不同的。前者按大量用戶的集合業(yè)務(wù)量的變化及網(wǎng)絡(luò)的故障狀況來(lái)改變連接，由網(wǎng)管系統(tǒng)配置；后者按照用戶的呼叫請(qǐng)求來(lái)建立或改變連接

28、，由信令系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)呼叫連接控制。 DXC在干線傳輸網(wǎng)中的主要用途是：在干線傳輸網(wǎng)中的主要用途是： 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的網(wǎng)絡(luò)配置管理。 主要功能有：主要功能有： （1）分離本地交換業(yè)務(wù)和非本地交換業(yè)務(wù)， 為非本地交換業(yè)務(wù)迅速提供可用路由； （2）為臨時(shí)性重要事件(如運(yùn)動(dòng)會(huì)、發(fā)生地震等)迅速提供通信電路；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障(如某些干線中斷)時(shí)，能迅速提供網(wǎng)絡(luò)的重新配置； （3）根據(jù)業(yè)務(wù)流量的季節(jié)變化使網(wǎng)絡(luò)配置最佳化；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中混合使用PDH和SDH時(shí)，可作為PDH與SDH的網(wǎng)關(guān)。 SDH可用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸(圖5.8)、 鏈形網(wǎng)(圖5.9)和環(huán)形網(wǎng)(圖5.10)。 SDH環(huán)形網(wǎng)環(huán)形網(wǎng)的一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)是具有“自愈自愈

29、”能力。 當(dāng)某節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障或光纜中斷時(shí)，仍能維持一定的通信能力。 當(dāng)然， SDH通過ADM和DXC等網(wǎng)絡(luò)單元可以構(gòu)成更為復(fù)雜的網(wǎng)形網(wǎng)網(wǎng)形網(wǎng)(如圖 5.1 所示)。 網(wǎng)形網(wǎng)形SDH網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)的主要特點(diǎn)主要特點(diǎn)是： 端到端之間存在一條以上的路徑，可同時(shí)構(gòu)成一條以上的傳輸通道，通過DXC的靈活配置，使網(wǎng)絡(luò)具有更好的抗毀性和更高的可靠性。 圖圖 5.8 SDH用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸SDHTMSDHTM支路支路信號(hào)信號(hào)支路支路信號(hào)信號(hào)STM- N再生中繼器再生中繼器 圖圖 5.9 SDH鏈形網(wǎng)鏈形網(wǎng) SDHTMSDHTM支路支路信號(hào)信號(hào)支路支路信號(hào)信號(hào)SDHADMSTM-n(n N)STM- NST

30、M-NSTM-n 圖圖 5.10 SDH環(huán)形網(wǎng)環(huán)形網(wǎng)(雙環(huán)雙環(huán)) SDHADMSDHADMSDHADMSDHADM支路支路信號(hào)信號(hào)支路信號(hào)支路信號(hào)支路信號(hào)支路信號(hào)支路支路信號(hào)信號(hào)5.2 系統(tǒng)的性能指標(biāo)系統(tǒng)的性能指標(biāo) 5.2.1 參考模型參考模型 為進(jìn)行系統(tǒng)性能研究，ITUT(原CCITT)建議中提出了一個(gè)數(shù)字傳輸參考模型，稱為，見圖5.11。 最長(zhǎng)的是根據(jù)綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(ISDN)的性能要求和64 kb/s信號(hào)的全數(shù)字連接來(lái)考慮的。 假設(shè)在兩個(gè)用戶之間的通信可能要經(jīng)過全部線路和各種串聯(lián)設(shè)備組成的數(shù)字網(wǎng)，而且任何參數(shù)的總性能逐級(jí)分配后應(yīng)符合用戶的要求。Integrated Serv

31、ices Digital Network 圖圖 5.11 標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字假設(shè)參考連接標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字假設(shè)參考連接HRXLEPCSCTCISCISCISCISCISCTCSCPCLE本地國(guó)內(nèi)國(guó)際本地國(guó)內(nèi)27500 kmT 參考點(diǎn)T 參考點(diǎn)LE本地交換PC一級(jí)中心SC二級(jí)中心TC三級(jí)中心ISC國(guó)際交換中心數(shù)字鏈路數(shù)字交換 如圖 5.11 所示， 最長(zhǎng)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字HRX為27 500 km, 它由各級(jí)交換中心和許多假設(shè)參考數(shù)字鏈路參考數(shù)字鏈路(HRDL)組成。圖圖 5.12 假設(shè)參考數(shù)字段假設(shè)參考數(shù)字段HRDS X b/s終端設(shè)備終端設(shè)備X b/sY km*“Y” 的合適值取決于網(wǎng)的應(yīng)用。目前50 km和280 k

32、m被認(rèn)定是必需的。 標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字HRX 的總性能指標(biāo)按比例分配給HRDL，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)大大簡(jiǎn)化。假設(shè)參考數(shù)字段的性能指標(biāo)從假設(shè)參考數(shù)字鏈路的指標(biāo)分配中得到，并再度分配給線路和設(shè)備。HRDSHRDLHRX長(zhǎng)途傳輸280km市話中繼50km建議2500km最長(zhǎng)27500km 5.2.2 系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)系統(tǒng)的主要性能指標(biāo) 1. 誤碼率誤碼率(BER) 誤碼率誤碼率是衡量數(shù)字光纖通信系統(tǒng)傳輸質(zhì)量?jī)?yōu)劣的非常重要的指標(biāo)，它反映了在數(shù)字傳輸過程中信息受到損害的程度。 BER是在一個(gè)較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)的傳輸碼流中出現(xiàn)誤碼的概率，是在一個(gè)較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)的傳輸碼流中出現(xiàn)誤碼的概率，它對(duì)話音影響的程度取決于編碼方法。它對(duì)話音影響

33、的程度取決于編碼方法。對(duì)于PCM而言，誤碼率對(duì)話音的影響程度如表 5.2 所示。 由于誤碼率隨時(shí)間變化，用長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)的平均誤碼率來(lái)衡量系統(tǒng)性能的優(yōu)劣，顯然不夠準(zhǔn)確。在實(shí)際監(jiān)測(cè)和評(píng)定中，在實(shí)際監(jiān)測(cè)和評(píng)定中， 應(yīng)采應(yīng)采用誤碼時(shí)間百分?jǐn)?shù)和誤碼秒百分?jǐn)?shù)的方法。用誤碼時(shí)間百分?jǐn)?shù)和誤碼秒百分?jǐn)?shù)的方法。 幾乎聽不懂 510-2強(qiáng)烈干擾，聽懂程度明顯下降10-2在各種話音電平范圍內(nèi)都察覺到有干擾10-3在低話音電平范圍內(nèi)有個(gè)別“喀喀”干擾10-4在低話音電平范圍內(nèi)剛察覺到有干擾10-5感覺不到干擾10-6受話者的感受誤碼率表表5.2 誤碼率對(duì)話音影響程度誤碼率對(duì)話音影響程度圖圖 5.13 誤碼率隨時(shí)間的變化誤碼

34、率隨時(shí)間的變化 如圖 5.13 所示， 規(guī)定一個(gè)較長(zhǎng)的監(jiān)測(cè)時(shí)間TL，例如幾天或一個(gè)月，并把這個(gè)時(shí)間分為“可用時(shí)間可用時(shí)間”和“不可用時(shí)不可用時(shí)間間”。 在連續(xù)10 s時(shí)間內(nèi)，BER劣于110-3，為“不可用時(shí)間不可用時(shí)間”，或稱系統(tǒng)處于故障狀態(tài)系統(tǒng)處于故障狀態(tài)；故障排除后,在連續(xù)10 s時(shí)間內(nèi)，BER優(yōu)于110-3，為“可用時(shí)間可用時(shí)間”。 對(duì)于64 kb/s的數(shù)字信號(hào)， BER=110-3，相應(yīng)于每秒有64個(gè)誤碼。同時(shí)，規(guī)定一個(gè)較短的取樣時(shí)間T0和誤碼率門限值BERth，統(tǒng)計(jì)BER劣于BERth的時(shí)間，并用劣化時(shí)間占可用時(shí)間的百分?jǐn)?shù)來(lái)衡量系統(tǒng)誤碼率性能的指標(biāo)。 對(duì)三種誤碼率參數(shù)和指標(biāo)說(shuō)明如下

35、：對(duì)三種誤碼率參數(shù)和指標(biāo)說(shuō)明如下： 劣化分劣化分(DM) 誤碼率為110-6時(shí)，感覺不到干擾的影響，選為BERth。每次通話時(shí)間平均35 min, 選擇取樣時(shí)間T0為 1 min是合適的。 監(jiān)測(cè)時(shí)間以較長(zhǎng)為好，選擇TL為1個(gè)月。定義誤碼率劣于 110-6的分鐘數(shù)為劣化分劣化分(DM)。HRX指標(biāo)要求劣化分占指標(biāo)要求劣化分占可用分可用分(可用時(shí)間減去嚴(yán)重誤碼秒累積的分鐘數(shù)可用時(shí)間減去嚴(yán)重誤碼秒累積的分鐘數(shù))的百分?jǐn)?shù)小的百分?jǐn)?shù)小于于10%。 嚴(yán)重誤碼秒嚴(yán)重誤碼秒(SES) 由于某些系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)短時(shí)間內(nèi)大誤碼率的情況，嚴(yán)重影響通話質(zhì)量，因此引入嚴(yán)重誤碼秒這個(gè)參數(shù)。 選擇監(jiān)測(cè)時(shí)間TL為1個(gè)月，取樣時(shí)間T

36、0為1 s。定義誤碼率劣于 110-3的秒鐘數(shù)為嚴(yán)重誤碼秒嚴(yán)重誤碼秒(SES)。HRX指標(biāo)要求嚴(yán)重指標(biāo)要求嚴(yán)重誤碼秒占可用秒的百分?jǐn)?shù)小于誤碼秒占可用秒的百分?jǐn)?shù)小于0.2%。 誤碼秒誤碼秒(ES) 選擇監(jiān)測(cè)時(shí)間TL為1個(gè)月，取樣時(shí)間T0為1s， 誤碼率門限值BERth=0。定義凡是出現(xiàn)誤碼(即使只有1 bit)的秒數(shù)稱為誤碼秒誤碼秒(ES)。HRX指標(biāo)要求誤碼秒占可用秒的百分?jǐn)?shù)小指標(biāo)要求誤碼秒占可用秒的百分?jǐn)?shù)小于于8%。相應(yīng)地，不出現(xiàn)任何誤碼的秒數(shù)稱為無(wú)誤碼秒無(wú)誤碼秒(EFS)， 指標(biāo)要求無(wú)誤碼秒占可用秒的百分?jǐn)?shù)大于指標(biāo)要求無(wú)誤碼秒占可用秒的百分?jǐn)?shù)大于92%。 表5.3列出的是標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字假設(shè)參考連

37、接HRX(27500 km)的誤碼率總指標(biāo)。為了設(shè)計(jì)需要，必須把總指標(biāo)按不同等級(jí)的電路為了設(shè)計(jì)需要，必須把總指標(biāo)按不同等級(jí)的電路質(zhì)量分配到各部分。質(zhì)量分配到各部分。 1.3 10-68% BER 的秒數(shù)的秒數(shù)誤碼秒（誤碼秒（ES）3 10-60.2%BER劣于劣于10-3的分?jǐn)?shù)的分?jǐn)?shù)嚴(yán)重誤碼秒（嚴(yán)重誤碼秒（SES）6.2 10-710%BER劣于劣于10-6的分?jǐn)?shù)的分?jǐn)?shù)裂化分（裂化分（DM）長(zhǎng)期平均誤碼率長(zhǎng)期平均誤碼率指標(biāo)指標(biāo)定義定義誤碼率參數(shù)誤碼率參數(shù)0表表5.3 誤碼率參數(shù)和誤碼率參數(shù)和HRX的誤碼率指標(biāo)的誤碼率指標(biāo) 對(duì)于目前的電話業(yè)務(wù)，傳輸一路PCM電話的速率為 64 kb/s。研究分析

38、表明，合適的誤碼率參數(shù)和假設(shè)參考連接HRX的誤碼率指標(biāo)如表 5.3 所示。 圖5.14示出最長(zhǎng)HRX的電路質(zhì)量等級(jí)劃分的電路質(zhì)量等級(jí)劃分，圖中高級(jí)和中級(jí)之間沒有明顯的界限。我國(guó)長(zhǎng)途一級(jí)干線和長(zhǎng)途二級(jí)干線都應(yīng)視為高級(jí)電路，長(zhǎng)途二級(jí)以下和本地級(jí)合并考慮。本地交換本地交換中級(jí)本地級(jí)中級(jí)本地級(jí)1250 km25000 km1250 km27500 kmT參考點(diǎn)T參考點(diǎn)高級(jí)圖圖 5.14 最長(zhǎng)最長(zhǎng)HRX的電路質(zhì)量等級(jí)劃分的電路質(zhì)量等級(jí)劃分 表表 5.4 HRX誤碼率總指標(biāo)按等級(jí)分配誤碼率總指標(biāo)按等級(jí)分配2 1.2%3.2%ES 8%2 0.015%2 0.015%0.04%SES 0.1%2 1.5%2

39、 1.5%4%DM10%本地級(jí)電路本地級(jí)電路中級(jí)電路中級(jí)電路高級(jí)電路高級(jí)電路誤碼率指標(biāo)誤碼率指標(biāo)2 1.2%3.6 10-2%5.4 10-2%1.28 10-4%ES4.5 10-4%6.7 10-4%1.6 10-6%SES4.5 10-2%6.7 10-2%1.6 10-4%DM420km280km1km誤碼率誤碼率表表5.5 HRDS高級(jí)電路誤碼率指標(biāo)高級(jí)電路誤碼率指標(biāo) 表5.5的誤碼率三項(xiàng)指標(biāo)監(jiān)測(cè)時(shí)間為1個(gè)月，在工程驗(yàn)收時(shí)執(zhí)行存在一定困難，通常采用長(zhǎng)期平均誤碼率來(lái)衡量，監(jiān)測(cè)時(shí)間為24 h。 假設(shè)誤碼為泊松分布，誤碼率三項(xiàng)指標(biāo)都可以換算為長(zhǎng)長(zhǎng)期平均誤碼率期平均誤碼率。 根據(jù)原CCITT

40、的建議，對(duì)于25000 km高級(jí)電路長(zhǎng)期平均誤碼率BERav至少為110-7，按長(zhǎng)度比例進(jìn)行線性折算，得到每公里BERav=410-12/km。所以280 km和420 km數(shù)字段的BERav分別為1.1210-9和1.6810-9，因此取 110-9作為標(biāo)準(zhǔn)。 我國(guó)長(zhǎng)途光纜通信系統(tǒng)進(jìn)網(wǎng)要求中規(guī)定：長(zhǎng)度短于長(zhǎng)度短于420 km時(shí)，按時(shí)，按 110-9計(jì)算；長(zhǎng)度長(zhǎng)于計(jì)算；長(zhǎng)度長(zhǎng)于420 km時(shí)，先按長(zhǎng)度比例時(shí)，先按長(zhǎng)度比例進(jìn)行折算，再按長(zhǎng)度累計(jì)附加進(jìn)去。進(jìn)行折算，再按長(zhǎng)度累計(jì)附加進(jìn)去。 設(shè)計(jì)值應(yīng)比實(shí)際要求高 1 個(gè)數(shù)量級(jí)，即短于420 km數(shù)字段按BERav=110-10設(shè)計(jì)，50 km中繼段按

41、BERav=110-11設(shè)計(jì)。2. 抖動(dòng)抖動(dòng) 抖動(dòng)抖動(dòng)是數(shù)字信號(hào)傳輸過程中產(chǎn)生的一種瞬時(shí)不穩(wěn)定現(xiàn)象。 抖動(dòng)抖動(dòng)的定義是：數(shù)字信號(hào)在各有效瞬時(shí)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間位置的偏差。 偏差時(shí)間范圍稱為抖動(dòng)幅度抖動(dòng)幅度(JP-P)，偏差時(shí)間間隔對(duì)時(shí)間的變化率稱為抖動(dòng)頻率抖動(dòng)頻率(F)。 這種偏差包括輸入脈沖信號(hào)在某一平均位置左右變化，和提取時(shí)鐘信號(hào)在中心位置左右變化， 見圖5.15所示。 圖圖 5.15 抖動(dòng)示意圖抖動(dòng)示意圖 輸入信號(hào)提取時(shí)鐘 抖動(dòng)現(xiàn)象相當(dāng)于對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行相位調(diào)制，抖動(dòng)現(xiàn)象相當(dāng)于對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行相位調(diào)制，表現(xiàn)為在穩(wěn)定的脈沖圖樣中，前沿和后沿出現(xiàn)某些低頻干擾，其頻率一般為02 kHz。抖動(dòng)單位為UI，表

42、示單位時(shí)隙。 當(dāng)脈沖信號(hào)為二電平NRZ時(shí)，1 UI等于1bit信息所占時(shí)間， 數(shù)值上等于傳輸速率fb的倒數(shù)。 抖動(dòng)嚴(yán)重時(shí)，使得信號(hào)失真、抖動(dòng)嚴(yán)重時(shí)，使得信號(hào)失真、 誤碼率增大。誤碼率增大。完全消除抖動(dòng)是困難的，因此在實(shí)際工程中，需要提出容許最大抖動(dòng)的指標(biāo)。表表5.6 各次群入口對(duì)抖動(dòng)的要求各次群入口對(duì)抖動(dòng)的要求3500kHZ800kHZ400kHZ100kHZF410kHZ10kHZ3kHZ18kHZF3500HZ1kHZ400HZ2.4kHZF2200HZ100HZ20HZ20HZF10.0750.150.20.2A21.51.51.51.5A1F0A0223-1139264223-1343

43、68215-11.2 105HZ1528448215-11.5 105HZ36.92048偽隨機(jī)測(cè)偽隨機(jī)測(cè)試信號(hào)序試信號(hào)序列列調(diào)制數(shù)字信號(hào)的正弦調(diào)制數(shù)字信號(hào)的正弦信號(hào)頻率信號(hào)頻率JP-P/UI 參數(shù)參數(shù) 速率速率（kb s-1） 光纖通信系統(tǒng)各次群輸入口對(duì)抖動(dòng)容限的要求如表 5.6所示0.07（0.075）0.15（0.15）0.2（0.2）0.2（0.2）A23500kHZ800kHZ400kHZ100kHZF410kHZ10kHZ3kHZ18kHZF2F1A1200HZ1.5（0.75）139264100HZ1.5（0.75）3436820HZ1.5（0.75）844820HZ1.5（0.

44、75）2048測(cè)量帶通濾波器帶寬：低頻截止頻率測(cè)量帶通濾波器帶寬：低頻截止頻率為為F1或或F2，高頻截止頻率為，高頻截止頻率為F4輸出口最大抖動(dòng)容限值輸出口最大抖動(dòng)容限值JP-P/UI 參數(shù)參數(shù) 速率速率（kb s-1）表表5.7 全程和數(shù)字段各次群輸出口對(duì)抖動(dòng)的要求全程和數(shù)字段各次群輸出口對(duì)抖動(dòng)的要求 全程各次群輸出口對(duì)抖動(dòng)容限的要求如表5.7所示， 表中括號(hào)內(nèi)的數(shù)值是對(duì)數(shù)字段的要求。 圖圖 5.16 表表5.6和表和表5.7的圖解說(shuō)明的圖解說(shuō)明 Jpp/UIA0A1A20F0F1F2F3F420dB/10倍頻程下降f 表 5.6 和表5.7各符號(hào)的意義如圖 5.16 所示。 5.2.3 可

45、靠性可靠性 可靠性是一個(gè)重要指標(biāo)，它直接影響通信系統(tǒng)的使用、維護(hù)和經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)光纖通信系統(tǒng)而言，對(duì)光纖通信系統(tǒng)而言， 可靠性包括光端機(jī)、可靠性包括光端機(jī)、中繼器、中繼器、 光纜線路、輔助設(shè)備和備用系統(tǒng)的可靠性。光纜線路、輔助設(shè)備和備用系統(tǒng)的可靠性。 確定可靠性一般采用故障統(tǒng)計(jì)分析法，即根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際調(diào)查結(jié)果，統(tǒng)計(jì)足夠長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)的故障次數(shù)，確定每?jī)纱喂收系臅r(shí)間間隔和每次故障的修復(fù)時(shí)間。(5.1)exp(tR1. 可靠性表示方法可靠性表示方法 可靠性是指在規(guī)定的條件和時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)無(wú)故障工作的概率，它反映系統(tǒng)完成規(guī)定功能的能力。 可靠性R通常用故障率 表示，兩者的關(guān)系為： (1) 可靠性可靠性R和故障率故

46、障率 。niis1 故障率故障率 是系統(tǒng)工作到時(shí)間t，在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生故障(功能失效)的概率。 的單位為10-9/h, 稱為菲特(fit), 1 fit等于在109 h內(nèi)發(fā)生一次故障的概率。 Rs=R1R2Rn=exp(- t) (5.2)s式中, Ri和 分別為系統(tǒng)第i個(gè)部件的可靠性和故障率。i 如果通信系統(tǒng)由n個(gè)部件組成，且故障率是統(tǒng)計(jì)無(wú)關(guān)的， 則系統(tǒng)的可靠性Rs可表示為： (3) 可用率A和失效率PF?？捎寐蔄是在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，系統(tǒng)處于良好工作狀態(tài)的概率，它可以表示為：MTBF1（5.3）%100%100MTTRMTBFMTBFA總工作時(shí)間可用時(shí)間(5.4) 式中MTTR為平均故障修復(fù)時(shí)間

47、(不可用時(shí)間)。 (2) 故障率 和平均故障間隔時(shí)間MTBF。兩者的關(guān)系為 失效率PF可以表示為： PF= (5.7)式中m和n分別為主用系統(tǒng)數(shù)和備用系統(tǒng)數(shù)，P=MTTR/MTBF。) 1()!1 ( !)!(nPnmnm由式(5.4)和式(5.5)得到 PF=(1-A)100% (5.6)在有備用系統(tǒng)的情況下， 失效率為：%100%100MTTRMTBFMTBFA總工作時(shí)間可用時(shí)間(5.4) 2. 可靠性指標(biāo)可靠性指標(biāo) 根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，具有主備用系統(tǒng)自動(dòng)倒換功能的數(shù)字光纜通信系統(tǒng)，容許5000 km雙向全程每年4次全阻故障，對(duì)應(yīng)于420 km和280 km數(shù)字段雙向全程分別約為每3年1次

48、和每5年1次全阻故障。 市內(nèi)數(shù)字光纜通信系統(tǒng)的假設(shè)參考數(shù)字鏈路長(zhǎng)為100 km, 容許雙向全程每年4次全阻故障，對(duì)應(yīng)于50 km數(shù)字段雙向全程每半年1次全阻故障。此外，要求LD光源壽命大于10104 h, PIN-FET壽命大于50104 h, APD壽命大于50104 h。99.98599.97799.83699.726A/%0.0150.0230.1640.274F/%1.3442.01614.424MTTR/h2557038358373970456620/fit391072607036502190MTBF/h0.2240.3362.44雙向全程故障次數(shù)雙向全程故障次數(shù)2804203000

49、5000鏈路長(zhǎng)度鏈路長(zhǎng)度/km表表5.8 數(shù)字光纜通信系統(tǒng)可靠性指標(biāo)數(shù)字光纜通信系統(tǒng)可靠性指標(biāo) 根據(jù)上述標(biāo)準(zhǔn)，以5000 km為基準(zhǔn)，按長(zhǎng)度平均分配給各種數(shù)字段長(zhǎng)度，相應(yīng)的全年指標(biāo)如表5.8所示，假設(shè)平均故障修復(fù)時(shí)間MTTR=6 h。5707(一端一端)20四次群設(shè)備四次群設(shè)備28539(一端一端)4中繼器中繼器28539(一端一端)4光端機(jī)光端機(jī)200(每每km)1.35（420km）光纖（雙向）光纖（雙向） /fitMTBF/年年可靠性可靠性表表5.9 某些國(guó)產(chǎn)設(shè)備的可靠性指標(biāo)某些國(guó)產(chǎn)設(shè)備的可靠性指標(biāo) 5.3 系系 統(tǒng)統(tǒng) 的的 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 對(duì)數(shù)字光纖通信系統(tǒng)而言，系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是對(duì)數(shù)字

50、光纖通信系統(tǒng)而言，系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是: 根據(jù)用戶對(duì)傳輸距離和傳輸容量(話路數(shù)或比特率)及其分布的要求，按照國(guó)家相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和當(dāng)前設(shè)備的技術(shù)水平，經(jīng)過綜合考慮和反復(fù)計(jì)算。 選擇最佳路由和局站設(shè)置、選擇最佳路由和局站設(shè)置、 傳輸體制和傳輸速率以及光傳輸體制和傳輸速率以及光纖光纜和光端機(jī)的基本參數(shù)和性能指標(biāo)，以使系統(tǒng)的實(shí)施達(dá)到纖光纜和光端機(jī)的基本參數(shù)和性能指標(biāo)，以使系統(tǒng)的實(shí)施達(dá)到最佳的性能價(jià)格比。最佳的性能價(jià)格比。 在技術(shù)上，系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要問題是確定中繼距離，尤其對(duì)長(zhǎng)途光纖通信系統(tǒng)，中繼距離設(shè)計(jì)是否合理，對(duì)系統(tǒng)的性能和經(jīng)濟(jì)效益影響很大。 中繼距離的設(shè)計(jì)有三種方法：中繼距離的設(shè)計(jì)有三種方法： 最壞

51、情況法(參數(shù)完全已知) 統(tǒng)計(jì)法(所有參數(shù)都是統(tǒng)計(jì)定義) 半統(tǒng)計(jì)法(只有某些參數(shù)是統(tǒng)計(jì)定義) 這里我們采用最壞情況設(shè)計(jì)法，用這種方法得到的結(jié)果，設(shè)計(jì)的可靠性為100%，但要犧牲可能達(dá)到的最大長(zhǎng)度。 中繼距離受光纖線路損耗和色散中繼距離受光纖線路損耗和色散(帶寬帶寬)的限制，明顯隨傳的限制，明顯隨傳輸速率的增加而減小。輸速率的增加而減小。中繼距離和傳輸速率反映著光纖通信系統(tǒng)的技術(shù)水平。 T, T: 光端機(jī)和數(shù)字復(fù)接分接設(shè)備的接口； Tx: 光發(fā)射機(jī)或中繼器發(fā)射端； Rx: 光接收機(jī)或中繼器接收端； C1, C2: 光纖連接器； S: 靠近Tx的連接器C1的接收端； R: 靠近Rx的連接器C2的發(fā)射

52、端； SR: 光纖線路，包括接頭。5.3.1 中繼距離受損耗的限制中繼距離受損耗的限制 圖5.17示出了無(wú)中繼器和中間有一個(gè)中繼器的數(shù)字光纖線路系統(tǒng)的示意圖，圖中符號(hào)： 圖圖5.17數(shù)字光纖線路系統(tǒng)數(shù)字光纖線路系統(tǒng) (a)無(wú)中繼器；無(wú)中繼器； (b) 一個(gè)中繼器一個(gè)中繼器 TxRxC1SR(a)TTTxRxC1SR(b)TTRC2中繼器C1SC2C2 如果系統(tǒng)傳輸速率較低，光纖損耗系數(shù)較大，中繼距離如果系統(tǒng)傳輸速率較低，光纖損耗系數(shù)較大，中繼距離主要受光纖線路損耗的限制。主要受光纖線路損耗的限制。在這種情況下，要求S和R兩點(diǎn)之間光纖線路總損耗必須不超過系統(tǒng)的總功率衰減，即 式中，Pt 為平均發(fā)

53、射光功率平均發(fā)射光功率(dBm)，Pr為接收靈敏度接收靈敏度(dBm)，c 為連接器損耗連接器損耗(dB/對(duì)對(duì))， Me 為系統(tǒng)余量系統(tǒng)余量(dB)，f為光纖損耗光纖損耗系數(shù)系數(shù)(dB/km), s為每每km光纖平均接頭損耗光纖平均接頭損耗(dB/km), m為每每km光纖線路損耗余量光纖線路損耗余量(dB/km), L 為中繼距離為中繼距離(km) 。ecrtmsfMppL2或(5.8)msfecrtMppL2 平均發(fā)射光功率平均發(fā)射光功率Pt取決于所用光源取決于所用光源，對(duì)單模光纖通信系統(tǒng)，LD的平均發(fā)射光功率一般為-3-9dBm, LED平均發(fā)射光功率一般為-20-25 dBm。 光接收

54、機(jī)靈敏度光接收機(jī)靈敏度Pr取決于光檢測(cè)器和前置放大器的類型取決于光檢測(cè)器和前置放大器的類型， 并受誤碼率的限制，隨傳輸速率而變化。表5.10示出長(zhǎng)途光纖通信系統(tǒng)BERav110-10時(shí)的接收靈敏度Pr。-30-33PIN-FETAPD13104 139.264-37-42PIN-FETAPD1310139.264-41PIN-FET131034.368-49PIN13108.448靈敏度靈敏度Pr/dBm光檢測(cè)器光檢測(cè)器標(biāo)稱波長(zhǎng)標(biāo)稱波長(zhǎng)/nm傳輸速率傳輸速率/（Mb s-1）表表5.10 BERav 1 10-19時(shí)的接收靈敏度時(shí)的接收靈敏度Pr 連接器損耗一般為連接器損耗一般為0.31 dB

55、/對(duì)。對(duì)。設(shè)備余量Me包括由于時(shí)間和環(huán)境的變化而引起的發(fā)射光功率和接收靈敏度下降， 以及設(shè)備內(nèi)光纖連接器性能劣化，Me一般不小于3 dB。 光纖損耗系數(shù)光纖損耗系數(shù)f取決于光纖類型和工作波長(zhǎng)，取決于光纖類型和工作波長(zhǎng)，例如單模光纖在1310 nm, f為0.40.45 dB/km; 在1550 nm, f為0.220.25 dB/km。 光纖損耗余量m一般為0.10.2 dB/km, 但一個(gè)中繼段總余量不超過5 dB。 平均接頭損耗可取0.05 dB/個(gè)，每千米光纖平均接頭損耗s可根據(jù)光纜生產(chǎn)長(zhǎng)度計(jì)算得到。最大色散最大色散/ps nm-1最大損耗最大損耗/dB120（多縱模）（多縱模）2424

56、131015504 139.264300（多縱模）（多縱模）282813101550139.264不要求（多縱模）不要求（多縱模）35131034.368不要求不要求4013108.448S和和R之間的容限之間的容限BER 1 10-10標(biāo)稱波長(zhǎng)標(biāo)稱波長(zhǎng)/nm標(biāo)稱速率標(biāo)稱速率/（Mb s-1）表表5.11 S和和R之間數(shù)字光纖線路的容限之間數(shù)字光纖線路的容限 根據(jù)ITU-T(原CCITT)G.955建議，用LD作光源的常規(guī)單模光纖(G.652)系統(tǒng)，在S和R之間數(shù)字光纖線路的容限如表5.11 所示。 5.3.2 中繼距離受色散中繼距離受色散(帶寬帶寬)的限制的限制 如果系統(tǒng)的傳輸速率較高，光纖

57、線路色散較大，中繼距離如果系統(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主要受色散(帶寬帶寬)的限制。的限制。 為使光接收機(jī)靈敏度不受損傷， 保證系統(tǒng)正常工作，必須對(duì)光纖線路總色散對(duì)光纖線路總色散(總帶寬總帶寬)進(jìn)行規(guī)范。進(jìn)行規(guī)范。 對(duì)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(yán)重時(shí)甚至無(wú)法通過均衡來(lái)補(bǔ)償，使系統(tǒng)失去設(shè)計(jì)的性能。 g(t)=exp (5.9) )2(22t由式(5.10)得到a和的數(shù)值關(guān)系， 并列于表5.12。 )/1ln(21(Ta(5.10)式中為均方根均方根(rms)脈沖寬度脈沖寬度。

58、把/T=a定義為相對(duì)rms脈沖寬度，碼間干擾的定義如圖5.18所示。由式(5.9)和圖5.18得到： 設(shè)傳輸速率為fb=1/T，發(fā)射脈沖為半占空歸零歸零(RZ)碼碼，輸出脈沖為高斯波形，如圖5.18 所示。高斯波形可以表示為：圖圖 5.18 高斯波形的碼間干擾高斯波形的碼間干擾 )(tgtT12113.5 10-24.4 10-21.7 10-23.9 10-3 3.4 10-40.500.400.350.300.25a = /T表表5.12 相對(duì)相對(duì)rms脈沖寬度脈沖寬度a和碼間干擾和碼間干擾 的關(guān)系的關(guān)系 美國(guó)Bell實(shí)驗(yàn)室S.D.Personick的早期研究中，曾建議采用下列標(biāo)準(zhǔn)來(lái)考查光

59、纖線路色散對(duì)系統(tǒng)傳輸性能的限制。 當(dāng)a=0.25時(shí)，碼間干擾只有峰值的0.034%，完全可以忽略不計(jì)。當(dāng)a=0.5時(shí)，增加到13.5%，此時(shí)功率代價(jià)為78dB，難以通過均衡進(jìn)行補(bǔ)償。一般系統(tǒng)設(shè)計(jì)選取a=0.250.35，功率代價(jià)不超過2 dB。 為確定中繼距離和光纖線路色散(帶寬)的關(guān)系，把輸出脈沖用半高全寬度半高全寬度(FWHM)表示，即22)()2(f（5.11）式中, =/0.4247, =aT, a為相對(duì)rms脈沖寬度，T=1/fb，fb為系統(tǒng)的比特傳輸速率。f為光纖線路光纖線路(FWHM)脈沖展寬脈沖展寬，取決于所用光纖類型和色散特性。 對(duì)于多模光纖系統(tǒng)對(duì)于多模光纖系統(tǒng)，色散特性通常

60、用3dB帶寬表示，如式(2.47b)所示。因此，f=0.44/B, B為長(zhǎng)度等于為長(zhǎng)度等于L的光纖線路總的光纖線路總帶寬帶寬，它與單位長(zhǎng)度光纖帶寬的關(guān)系為B=B1/L。 B1為為1km光纖的帶寬，通常由測(cè)試確定。光纖的帶寬，通常由測(cè)試確定。=0.51, 稱為串接因子串接因子，取決于系統(tǒng)工作波長(zhǎng)，光纖類型和線路長(zhǎng)度。把這些關(guān)系代入式(5.11)，并取a=0.250.35，得到光纖線路總帶寬B和速率fb的關(guān)系為： B=(0.830.56)fb (5.12) 中繼距離中繼距離L與與1km光纖帶寬光纖帶寬B1的關(guān)系的關(guān)系為B1=BL, 所以 L=（1.211.78）1/fb1/ (5.13)以fb為參