光纖通信劉增基課件第5章

1、 第第 5 5 章章 數字光纖通信系統(tǒng)數字光纖通信系統(tǒng) 5.1 5.1 兩種傳輸體制兩種傳輸體制 5.2 5.2 系統(tǒng)的性能指標系統(tǒng)的性能指標 5.3 5.3 系統(tǒng)的設計系統(tǒng)的設計 返回主目錄第第5 5章章 數字光纖通信系統(tǒng)數字光纖通信系統(tǒng)5.15.1兩種傳輸體制兩種傳輸體制 光纖大容量數字傳輸系統(tǒng)的兩種傳輸體制：光纖大容量數字傳輸系統(tǒng)的兩種傳輸體制：（1 1）準同步數字系列）準同步數字系列(PDH)(PDH)（2 2）同步數字系列）同步數字系列(SDH)(SDH)。 19761976年年PDHPDH實現了標準化。實現了標準化。19841984年美國提出了同步光纖網年美國提出了同步光纖網(SO

2、NET)(SONET)。19881988年，年，ITUT(ITUT(原原CCITT)CCITT)參照參照SONETSONET的概念，提出了被稱為同的概念，提出了被稱為同步數字系列步數字系列(SDH)(SDH)的規(guī)范建議。的規(guī)范建議。SDHSDH是一種比較完善的傳輸體制，這種傳輸體制不僅適用于是一種比較完善的傳輸體制，這種傳輸體制不僅適用于光光纖信道纖信道，也適用于，也適用于微波和衛(wèi)星干線傳輸微波和衛(wèi)星干線傳輸。5.1.15.1.1準同步數字系列準同步數字系列PDHPDH準同步數字系列有兩種基礎速率：準同步數字系列有兩種基礎速率：（1 1）一種是以）一種是以1.544 Mb/s1.544 Mb/

3、s為第一級為第一級( (一次群，或稱基群一次群，或稱基群) )基礎基礎速率，采用的國家有北美各國和日本；速率，采用的國家有北美各國和日本；（2 2）另一種是以）另一種是以2.048 Mb/s2.048 Mb/s為第一級為第一級( (一次群一次群) )基礎速率，基礎速率， 采用的國家有西歐各國和中國。采用的國家有西歐各國和中國。表表5.15.1是世界各國商用數字光纖通信系統(tǒng)的是世界各國商用數字光纖通信系統(tǒng)的PDHPDH傳輸體制，表中示出兩種傳輸體制，表中示出兩種基礎速率各次群的速率、話路數及其關系。基礎速率各次群的速率、話路數及其關系。對于以對于以2.048 Mb/s2.048 Mb/s為基礎速

4、率的制式，各次群的話路數按為基礎速率的制式，各次群的話路數按4 4倍遞增。倍遞增。對于以對于以1.544 Mb/s1.544 Mb/s為基礎速率的制式，在為基礎速率的制式，在3 3次群以上，日本和北美各國次群以上，日本和北美各國又不相同，看起來很雜亂。又不相同，看起來很雜亂。PDHPDH主要適主要適用于中、低速率點對點的傳輸用于中、低速率點對點的傳輸。隨著技術的進步和。隨著技術的進步和社會對信息的需求，數字系統(tǒng)傳輸容量不斷提高，社會對信息的需求，數字系統(tǒng)傳輸容量不斷提高， 網絡管理網絡管理和控制的要求日益重要，寬帶綜合業(yè)務數字網和計算機網絡迅和控制的要求日益重要，寬帶綜合業(yè)務數字網和計算機網絡

5、迅速發(fā)展，現有速發(fā)展，現有PDHPDH的的許多許多缺點缺點也逐漸暴露出來，主要有：也逐漸暴露出來，主要有： (2) (2) 沒有足夠的開銷比特，使網絡設計缺乏靈活性。沒有足夠的開銷比特，使網絡設計缺乏靈活性。(3) (3) 上下話路不方便。上下話路不方便。 (1) (1) 沒有世界統(tǒng)一的標準光接口。沒有世界統(tǒng)一的標準光接口。光/電光 信 號分 接分 接分 接140/34 Mb/s34/8 Mb/s8/2 Mb/s復 接復 接復 接電/光光 信 號2/8 Mb/s8/34 Mb/s34/140 Mb/s2 Mb/s (電信號)SDHADM155 Mb/s光接口155 Mb/s光接口2 Mb/s

6、(電信號)PDH5.1.25.1.2同步數字系列同步數字系列SDHSDH1. SDH1. SDH傳輸網傳輸網 SDHSDH不僅適合于點對點傳輸，而且適合于多點之間的網絡傳輸。不僅適合于點對點傳輸，而且適合于多點之間的網絡傳輸。SDHSDH終端復用器終端復用器TMTM、分插復用設備、分插復用設備ADMADM、數字交叉連接設備、數字交叉連接設備DXCDXC等網絡單元以及連接它們的等網絡單元以及連接它們的( (光纖光纖) )物理鏈路構成。物理鏈路構成。SDHSDH終端的終端的主要功能是復接主要功能是復接/ /分接和提供業(yè)務適配。分接和提供業(yè)務適配。ADMADM是一種特殊的復是一種特殊的復用器，可以它

7、轉發(fā)、分接、復接信號所承載的信息。用器，可以它轉發(fā)、分接、復接信號所承載的信息。DXCDXC類似類似于交換機，它一般有多個輸入和多個輸出，通過適當配置可于交換機，它一般有多個輸入和多個輸出，通過適當配置可提供不同的端到端連接。提供不同的端到端連接。TMADMSTM-nDXCSTM-NADMTMTMSTM-NTMADMSTM-nDXCADMTMSTM-NSTM-NSTM-nSTM-NSTM-NSTM-NSTM-n低速信號低速信號低速信號低速信號(n N) 圖5.2SDH傳輸網絡單元(a) 終端復用器TM； (b) 分插復用設備ADM(Add/Drop Multiplexer); (c) 數字交叉

8、連接設備DXC MUXE1E1STM- N同步復接DMXE1E1STM-N同步分接(a)DMXMUX中繼線STM- N中繼線STM- NDropSTM- nAddSTM- n分接復接本地(b)1: m1: mm:1m:1復接交叉連接矩陣分接1n1n(c)配置管理 圖 5.3傳輸通道的結構 (a) 傳輸通道連接模型； (b) 分層結構 通道終接設備線路終接設備TMADM/DXC再生段Section再生段再生段線路終接設備通道終接設備E1E3E1E3ADM/DXCTM復接段(Line)傳輸通道(Path)(a)PathLineSectionPhotonicSectionPhotonicPathLi

9、neSectionPhotonic再生中繼器(b)再生中繼器與與PDHPDH相比，相比， SDHSDH具有下列特點具有下列特點：(1) SDH(1) SDH采用世界上統(tǒng)一的標準傳輸速率等級。最低的等級也就是最基本采用世界上統(tǒng)一的標準傳輸速率等級。最低的等級也就是最基本的模塊稱為的模塊稱為STM-1STM-1，傳輸速率為，傳輸速率為155.520Mb/s155.520Mb/s； 4 4個個STM1 STM1 同步復接組成同步復接組成STM-4STM-4，傳輸速率為，傳輸速率為4 4155.52 Mb/s=622.080 Mb/s155.52 Mb/s=622.080 Mb/s。(2) SDH(2

10、) SDH各網絡單元的光接口有嚴格的標準規(guī)范。因此，各網絡單元的光接口有嚴格的標準規(guī)范。因此， 光接口成為開放光接口成為開放型接口，任何網絡單元在光纖線路上可以互連，型接口，任何網絡單元在光纖線路上可以互連， 不同廠家的產品可以互不同廠家的產品可以互通，通， (3) (3) 在在SDHSDH幀結構中，豐富的開銷比特用于網絡的運行、幀結構中，豐富的開銷比特用于網絡的運行、 維護和管理，維護和管理，便于實現性能監(jiān)測、故障檢測和定位、故障報告等管理功能。便于實現性能監(jiān)測、故障檢測和定位、故障報告等管理功能。 (4) (4) 采用數字同步復用技術，其最小的復用單位為字節(jié)，不必進行碼速采用數字同步復用技

11、術，其最小的復用單位為字節(jié)，不必進行碼速調整，簡化了復接分接的實現設備，由低速信號復接成高速信號，或從高調整，簡化了復接分接的實現設備，由低速信號復接成高速信號，或從高速信號分出低速信號，不必逐級進行。速信號分出低速信號，不必逐級進行。(5) SDH(5) SDH采用了采用了DXCDXC后，大大提高了網絡的靈活性及對各種業(yè)務量變化的適后，大大提高了網絡的靈活性及對各種業(yè)務量變化的適應能力。應能力。2. SDH2. SDH幀結構幀結構 SDHSDH幀結構是實現數字同幀結構是實現數字同步時分復用、保證網絡可靠步時分復用、保證網絡可靠有效運行的關鍵。圖有效運行的關鍵。圖 5.5 5.5 給給出出SD

12、HSDH幀一個幀一個STMNSTMN幀有幀有9 9行，行，每行由每行由270270N N個字節(jié)組成。個字節(jié)組成。這樣每幀共有這樣每幀共有9 9270270N N個字個字節(jié)，每字節(jié)為節(jié)，每字節(jié)為8 bit8 bit。幀周期。幀周期為為125s125s，即每秒傳輸，即每秒傳輸80008000幀。對于幀。對于STM1 STM1 而言，傳輸速而言，傳輸速率為率為9 92702708 88000=155.520 8000=155.520 Mb/sMb/s。字節(jié)發(fā)送順序為：由。字節(jié)發(fā)送順序為：由上往下逐行發(fā)送，每行先左上往下逐行發(fā)送，每行先左后右。后右。圖 5.5 SDH幀的一般結構 SOH12AU-PT

13、R345SOH9STM-N載荷(含POH)9N261N270N發(fā)送順序SDHSDH幀大體可分為三個部分：幀大體可分為三個部分： (1) (1) 段開銷段開銷(SOH)(SOH)。 段開銷是在段開銷是在SDHSDH幀中為保證信息正常幀中為保證信息正常傳輸所必需的附加字節(jié)傳輸所必需的附加字節(jié)( (每字節(jié)含每字節(jié)含64 kb/s64 kb/s的容量的容量) )，主要用于，主要用于運行、運行、 維護和管理，如幀定位、維護和管理，如幀定位、 誤碼檢測、誤碼檢測、 公務通信、自公務通信、自動保護倒換以及網管信息傳輸。動保護倒換以及網管信息傳輸。對于對于STM-1 STM-1 而言，而言，SOHSOH共使用

14、共使用9 98(8(第第4 4行除外行除外)=72 Byte)=72 Byte相應相應于于576bit576bit。由于每秒傳輸。由于每秒傳輸80008000幀，所以幀，所以SOHSOH的容量為的容量為5765768000=4.608 Mb/s8000=4.608 Mb/s。 根據圖根據圖5.3(a)5.3(a)的傳輸通道連接模型，段開銷又細分為再生的傳輸通道連接模型，段開銷又細分為再生段開銷段開銷(SOH)(SOH)和復接段開銷和復接段開銷(LOH)(LOH)。前者占前。前者占前3 3行，后者占行，后者占5 59 9行。行。 (2) (2) 信息載荷信息載荷(Payload)(Payload

15、)。信息載荷域是信息載荷域是SDHSDH幀內用于承載各幀內用于承載各種業(yè)務信息的部分。對于種業(yè)務信息的部分。對于STM1STM1而言，而言，PayloadPayload有有9 9261=2349 261=2349 Byte, Byte, 相應于相應于234923498 88000=150.336 Mb/s8000=150.336 Mb/s的容量。的容量。 在在PayloadPayload中包含少量字節(jié)用于通道的運行、維護和管理，中包含少量字節(jié)用于通道的運行、維護和管理， 這些字節(jié)稱為通道開銷這些字節(jié)稱為通道開銷(POH)(POH)。(3) (3) 管理單元指針管理單元指針(AU-PTR)(AU

16、-PTR)。管理單元指針是一種指示符，。管理單元指針是一種指示符， 主要用于指示主要用于指示PayloadPayload第一個字節(jié)在幀內的準確位置第一個字節(jié)在幀內的準確位置( (相對于相對于指針位置的偏移量指針位置的偏移量) )。對于。對于STM-1STM-1而言，而言，AU-PTRAU-PTR有有9 9個字節(jié)個字節(jié)( (第第4 4行行) )， 相應于相應于9 98 88000=0.576 Mb/s8000=0.576 Mb/s。 采用指針技術是采用指針技術是SDHSDH的創(chuàng)新，結合虛容器的創(chuàng)新，結合虛容器(VC)(VC)的概念，的概念， 解決了低速信號復接成高速信號時，由于小的頻率誤差所造解

17、決了低速信號復接成高速信號時，由于小的頻率誤差所造成的載荷相對位置漂移的問題。成的載荷相對位置漂移的問題。 3. 3. 復用原理復用原理 將低速支路信號復接為高速信號的方法有兩種：將低速支路信號復接為高速信號的方法有兩種： （1 1）正碼速調整法正碼速調整法 優(yōu)點是容許被復接的支路信號有較大的頻優(yōu)點是容許被復接的支路信號有較大的頻率誤差；缺點是復接與分接相當困難。率誤差；缺點是復接與分接相當困難。（2 2）固定位置映射法固定位置映射法 是讓低速支路信號在高速信號幀中占用是讓低速支路信號在高速信號幀中占用固定的位置。這種方法的優(yōu)點是復接和分接容易實現，但由于固定的位置。這種方法的優(yōu)點是復接和分接

18、容易實現，但由于低速信號可能是屬于低速信號可能是屬于PDHPDH的或由于的或由于SDHSDH網絡的故障，低速信號與網絡的故障，低速信號與高速信號的相對相位不可能對準，并會隨時間而變化。高速信號的相對相位不可能對準，并會隨時間而變化。SDHSDH采用載荷指針技術，結合了上述兩種方法的優(yōu)點采用載荷指針技術，結合了上述兩種方法的優(yōu)點，付出的，付出的代價是要對指針進行處理。超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，為實現代價是要對指針進行處理。超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，為實現指針技術創(chuàng)造了條件。指針技術創(chuàng)造了條件。圖 5.6 載荷包絡與SDH幀的一般關系SDH 幀1(125 s)SDH 幀2(125 s)261字節(jié)9字節(jié)

19、開銷9行載荷包絡AU PTRITUTITUT規(guī)定了規(guī)定了SDHSDH的一般復用映射結構。的一般復用映射結構。所謂映射結構所謂映射結構，是指把支路信號適配裝入虛容器的過程，其，是指把支路信號適配裝入虛容器的過程，其實質是使支路信號與傳送的載荷同步。實質是使支路信號與傳送的載荷同步。 這種結構可以把目前這種結構可以把目前PDHPDH的絕大多數標準速率信號裝入的絕大多數標準速率信號裝入SDHSDH幀。圖幀。圖5.75.7示出示出SDHSDH一般復用映射結構，圖中一般復用映射結構，圖中CnCn是標準容器，是標準容器， 用來裝載現有用來裝載現有PDHPDH的各支路信號，的各支路信號， 即即C C1111

20、#, C#, C1212#, C#, C2 2#, C#, C3 3和和C C4 4 分別裝載分別裝載1.5 Mb/s#, 2Mb/s#, 6 Mb/s#, 34 Mb/s#, 45 1.5 Mb/s#, 2Mb/s#, 6 Mb/s#, 34 Mb/s#, 45 Mb/sMb/s和和140Mb/s140Mb/s的支路信號，并完成速率適配處理的功能。的支路信號，并完成速率適配處理的功能。 在標準容器的基礎上，加入少量通道開銷在標準容器的基礎上，加入少量通道開銷(POH)(POH)字節(jié)，即字節(jié)，即組成相應的虛容器組成相應的虛容器VCVC。VCVC的包絡與網絡同步，但其內部則可的包絡與網絡同步，但

21、其內部則可裝載各種不同容量和不同格式的支路信號。所以引入虛容器裝載各種不同容量和不同格式的支路信號。所以引入虛容器的概念，使得不必了解支路信號的內容，便可以對裝載不同的概念，使得不必了解支路信號的內容，便可以對裝載不同支路信號的支路信號的VCVC進行同步復用、交叉連接和交換處理，實現大進行同步復用、交叉連接和交換處理，實現大容量傳輸。容量傳輸。圖 5.7 SDH的一般復用映射結構 STM-NAUGAU-4VC -4TU-2VC -2C-2TU-12VC -12C-12TU-11VC -11C-11TUG -2134C-3VC -3TU-3VC -3TUG -31773C-4139264 kb/

22、s44736 kb/s34368 kb/s6312 kb/s2048 kb/s1544 kb/sAU-3 N13指針處理復用定位校準映射 由于在傳輸過程中，不能絕對保證所有虛容器的起始相由于在傳輸過程中，不能絕對保證所有虛容器的起始相位始終都能同步，所以要在位始終都能同步，所以要在VC VC 的前面加上管理單元指針的前面加上管理單元指針(AU (AU PTR)PTR)， 以進行定位校準。加入指針后組成的信息單元結構分以進行定位校準。加入指針后組成的信息單元結構分為管理單元為管理單元(AU)(AU)和支路單元和支路單元(TU)(TU)。AUAU由高階由高階VC(VC(如如VC-4)VC-4)加加

23、AUAU指針組成，指針組成， TUTU由低階由低階VCVC加加TUTU指針組成。指針組成。TUTU經均勻字節(jié)間插后，經均勻字節(jié)間插后， 組成支路單元組組成支路單元組(TUG)(TUG)，然后組成，然后組成AU-3AU-3或或AU-4AU-4。3 3個個AU-3AU-3或或1 1個個AU-4AU-4組成管理單元組組成管理單元組(AUG)(AUG)，加上段開銷，加上段開銷SOHSOH，便組成，便組成STM-1 STM-1 同步傳輸信號；同步傳輸信號；N N個個STM-1 STM-1 信號按字節(jié)同步復接，信號按字節(jié)同步復接， 便組成便組成STM-NSTM-N。 最簡單的例子是，由最簡單的例子是，由P

24、DHPDH的的4 4次群信號到次群信號到SDHSDH的的STM-1 STM-1 的復的復接過程。把接過程。把139.264 Mb/s139.264 Mb/s的信號裝入容器的信號裝入容器C-4C-4，經速率適配處，經速率適配處理后，輸出信號速率為理后，輸出信號速率為149.760 Mb/s; 149.760 Mb/s; 在虛容器在虛容器VC-4 VC-4 內加上內加上通道開銷通道開銷POH(POH(每幀每幀9 Byte, 9 Byte, 相應于相應于0.576 Mb/s)0.576 Mb/s)后，輸出信號后，輸出信號速率為速率為150.336 Mb/s150.336 Mb/s；在管理單元；在管理

25、單元AU-4 AU-4 內，加上管理單元指內，加上管理單元指針針AU -PTR(AU -PTR(每幀每幀9 Byte, 9 Byte, 相應于相應于0.576 Mb/s)0.576 Mb/s)，輸出信號速率，輸出信號速率為為150.912 Mb/s; 150.912 Mb/s; 由由 1 1個個AUGAUG加上段開銷加上段開銷SOH(SOH(每幀每幀72 Byte, 72 Byte, 相應于相應于4.608 Mb/s), 4.608 Mb/s), 輸出信號速率為輸出信號速率為155.520 Mb/s, 155.520 Mb/s, 即為即為STM-1STM-1。4. 4. 數字交叉連接設備數字交

26、叉連接設備 數字交叉連接設備數字交叉連接設備(DXC)(DXC)相當于一種自動的數字電路配線相當于一種自動的數字電路配線架。圖架。圖5.2 5.2 表示的是表示的是SDHSDH的的DXC(DXC(也適合于也適合于PDH)PDH)，其核心部分是，其核心部分是可控的交叉連接開關可控的交叉連接開關( (空分或時分空分或時分) )矩陣。參與交叉連接的基矩陣。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。一般每個輸入信號被分接為配的基本單位。一般每個輸入信號被分接為m m個并行支路信號，個并行支路信號，然后通過時分然

27、后通過時分( (或空分或空分) )交換網絡，按照預先存放的交叉連接交換網絡，按照預先存放的交叉連接圖或動態(tài)計算的交叉連接圖對這些電路進行重新編排，最后圖或動態(tài)計算的交叉連接圖對這些電路進行重新編排，最后將重新編排后的信號復接成高速信號輸出。將重新編排后的信號復接成高速信號輸出。 1:m1: mm:1m:1復接交叉連接矩陣分接1n1n配置管理DXCDXC的標示：的標示： 通常用通常用DXCX/YDXCX/Y來表示一個來表示一個DXCDXC的配置類型，其中第一個數的配置類型，其中第一個數字字X X表示輸入端口速率的最高等級，第二個數字表示輸入端口速率的最高等級，第二個數字Y Y表示參與交表示參與交

28、叉連接的最低速率等級。數字叉連接的最低速率等級。數字0 0表示表示64 kb/s64 kb/s電路速率；數字電路速率；數字1 1、2 2、3 3、4 4 分別表示分別表示PDHPDH的的1 1至至 4 4 次群的速率，次群的速率， 其中其中 4 4 也代表也代表SDH SDH 的的STM1 STM1 等級；等級； 數字數字 5 5 和和 6 6 分別代表分別代表SDHSDH的的STM4 STM4 和和STMSTM等級。等級。 例如，例如，DXC 1/0 DXC 1/0 表示輸入端口的最高速率為一次群信號表示輸入端口的最高速率為一次群信號的速率的速率(E(E1 1: 2.048 Mb/s), :

29、 2.048 Mb/s), 而交叉連接的基本速率為而交叉連接的基本速率為64 kb/s; 64 kb/s; DXC 4/1 DXC 4/1 表示輸入端口的最高速率為表示輸入端口的最高速率為155.52 Mb/s(155.52 Mb/s(對于對于SDH)SDH)或或140 Mb/s(140 Mb/s(對于對于PDH)PDH)，而交叉連接的基本速率為，而交叉連接的基本速率為2.048 Mb/s2.048 Mb/s。目前應用最廣泛的是目前應用最廣泛的是DXC 1/0DXC 1/0、DXC 4/1DXC 4/1和和DXC 4/4DXC 4/4。 交叉連接設備與交換機的區(qū)別有：交叉連接設備與交換機的區(qū)別

30、有：(1) DXC (1) DXC 的輸入輸出不是單個用戶話路，的輸入輸出不是單個用戶話路， 而是由許多話路組而是由許多話路組成的群路；成的群路；(2) (2) 兩者都能提供動態(tài)的通道連接，但連接變動的時間尺度是兩者都能提供動態(tài)的通道連接，但連接變動的時間尺度是不同的。前者按大量用戶的集合業(yè)務量的變化及網絡的故障狀不同的。前者按大量用戶的集合業(yè)務量的變化及網絡的故障狀況來改變連接，由網管系統(tǒng)配置；后者按照用戶的呼叫請求來況來改變連接，由網管系統(tǒng)配置；后者按照用戶的呼叫請求來建立或改變連接，由信令系統(tǒng)實現呼叫連接控制。建立或改變連接，由信令系統(tǒng)實現呼叫連接控制。 DXCDXC在干線傳輸網中的主要

31、用途是實現自動化的網絡配置在干線傳輸網中的主要用途是實現自動化的網絡配置管理。管理。 5. SDH5. SDH的應用的應用 SDH可用于點對點傳輸(圖5.8)、 鏈形網(圖5.9)和環(huán)形網(圖5.10)。 SDH環(huán)形網的一個突出優(yōu)點是具有“自愈”能力。SDHTMSDHTM支路信號支路信號再生中繼器STM-N圖 5.8 SDH用于點對點傳輸 圖 5.9 SDH鏈形網 SDHTMSDHTM支路信號支路信號SDHADMSTM- NSTM- NSTM- nSTM- n(n N) 圖 5.10 SDH環(huán)形網(雙環(huán)) SDHADMSDHADMSDHADMSDHADM支路信號支路信號支路信號支路信號5.2

32、5.2 系統(tǒng)的性能指標系統(tǒng)的性能指標5.2.15.2.1參考模型參考模型 為進行系統(tǒng)性能研究，為進行系統(tǒng)性能研究，ITUT(ITUT(原原CCITT)CCITT)建議中提出了一個建議中提出了一個數字傳輸參考模型，稱為假設參考連接數字傳輸參考模型，稱為假設參考連接(HRX)(HRX)。假設在兩個用。假設在兩個用戶之間的通信可能要經過全部線路和各種串聯(lián)設備組成的數字戶之間的通信可能要經過全部線路和各種串聯(lián)設備組成的數字網，而且任何參數的總性能逐級分配后應符合用戶的要求。網，而且任何參數的總性能逐級分配后應符合用戶的要求。LEPCSCTCISCISCISCISCISCTCSCPCLE本 地國 內國

33、際本 地國 內27500 kmT 參考點T 參考點LE本 地 交 換PC一 級 中 心SC二 級 中 心TC三 級 中 心ISC國 際 交 換 中 心數 字 鏈 路數 字 交 換圖 5.11 標準數字假設參考連接HRX 假設參考數字連接（假設參考數字連接（HRXHRX）由各級交換中心和許多假設參）由各級交換中心和許多假設參考數字鏈路考數字鏈路(HRDL)(HRDL)組成。組成。 假設參考數字鏈路（假設參考數字鏈路（HRDLHRDL）由許多假設參考數字段）由許多假設參考數字段(HRDS)(HRDS)組成。組成。 標準數字標準數字HRXHRX的總性能指標按比例分配給的總性能指標按比例分配給HRDL

34、HRDL，HRDLHRDL的性的性能指標再進一步分配給假設參考數字段能指標再進一步分配給假設參考數字段HRDSHRDS，并再度分配給，并再度分配給線路和設備。這樣在系統(tǒng)設計時進行性能預算就變得大大簡線路和設備。這樣在系統(tǒng)設計時進行性能預算就變得大大簡化?；?。圖 5.12 假設參考數字段HRDS X b/s終端設備終端設備X b/sY km*“Y”的合適值取決于網的應用。 目 前50 km 和280 km 被認定是必需的。5.2.25.2.2系統(tǒng)的主要性能指標系統(tǒng)的主要性能指標 1. 1. 誤碼率誤碼率(BER)(BER) 誤碼率是衡量數字光纖通信系統(tǒng)傳輸質量優(yōu)劣的非常重誤碼率是衡量數字光纖通信

35、系統(tǒng)傳輸質量優(yōu)劣的非常重要的指標，它反映了在數字傳輸過程中信息受到損害的程度。要的指標，它反映了在數字傳輸過程中信息受到損害的程度。 BERBER是在一個較長時間內的傳輸碼流中出現誤碼的概率是在一個較長時間內的傳輸碼流中出現誤碼的概率，它對，它對話音影響的程度取決于編碼方法。對于話音影響的程度取決于編碼方法。對于PCMPCM而言，誤碼率對話而言，誤碼率對話音的影響程度如表音的影響程度如表 5.2 5.2 所示。所示。 由于誤碼率隨時間變化，用長時間內的平均誤碼率來衡量系統(tǒng)性由于誤碼率隨時間變化，用長時間內的平均誤碼率來衡量系統(tǒng)性能的優(yōu)劣，顯然不夠準確。在實際監(jiān)測和評定中，能的優(yōu)劣，顯然不夠準確

36、。在實際監(jiān)測和評定中， 規(guī)定一個較長的規(guī)定一個較長的監(jiān)測時間監(jiān)測時間T TL L，例如幾天或一個月，并把這個時間分為，例如幾天或一個月，并把這個時間分為“可用時間可用時間”和和“不可用時間不可用時間”。在連續(xù)在連續(xù)10 s10 s時間內，時間內，BERBER劣于劣于1 11010-3-3，為，為“不可用時間不可用時間”，或稱系統(tǒng)，或稱系統(tǒng)處于故障狀態(tài)；處于故障狀態(tài)； 在連續(xù)在連續(xù)10 s10 s時間內，時間內，BERBER優(yōu)于優(yōu)于1 11010-3-3，為，為“可用時間可用時間”。 規(guī)定一個較短的取樣時間規(guī)定一個較短的取樣時間T T0 0和誤碼率門限值和誤碼率門限值BERBERthth，統(tǒng)計，

37、統(tǒng)計BERBER劣于劣于BERBERthth的時間，并用劣化時間占可用時間的百分數來衡量系統(tǒng)誤碼率的時間，并用劣化時間占可用時間的百分數來衡量系統(tǒng)誤碼率性能的指標。性能的指標。圖 5.13 誤碼率隨時間的變化 TLT010-310-610-710-810-10三種誤碼率參數和指標說明：三種誤碼率參數和指標說明：（1 1）劣化分劣化分(DM)(DM) ：誤碼率為：誤碼率為1 11010-6-6時，感覺不到干擾的影時，感覺不到干擾的影響，選為響，選為BERBERthth。選擇取樣時間。選擇取樣時間T T0 0為為 1 min1 min。選擇。選擇T TL L為為1 1個月。個月。定義誤碼率劣于定義

38、誤碼率劣于 1 11010-6-6的分鐘數為劣化分的分鐘數為劣化分(DM)(DM)。HRXHRX指標要指標要求劣化分占可用分求劣化分占可用分( (可用時間減去嚴重誤碼秒累積的分鐘數可用時間減去嚴重誤碼秒累積的分鐘數) )的的百分數小于百分數小于10%10%。（2 2）嚴重誤碼秒嚴重誤碼秒(SES)(SES) ：由于某些系統(tǒng)會出現短時間內大誤：由于某些系統(tǒng)會出現短時間內大誤碼率的情況，嚴重影響通話質量，因此引入嚴重誤碼秒這個參碼率的情況，嚴重影響通話質量，因此引入嚴重誤碼秒這個參數。選擇監(jiān)測時間數。選擇監(jiān)測時間T TL L為為1 1個月，取樣時間個月，取樣時間T T0 0為為1s1s。定義誤碼率

39、。定義誤碼率劣于劣于 1 11010-3-3的秒鐘數為嚴重誤碼秒的秒鐘數為嚴重誤碼秒(SES)(SES)。HRXHRX指標要求嚴重指標要求嚴重誤碼秒占可用秒的百分數小于誤碼秒占可用秒的百分數小于0.2%0.2%。 （3 3）誤碼秒誤碼秒(ES)(ES) ：選擇監(jiān)測時間：選擇監(jiān)測時間T TL L為為1 1個月，取樣時間個月，取樣時間T T0 0為為1s1s， 誤碼率門限值誤碼率門限值BERBERthth=0=0。定義凡是出現誤碼。定義凡是出現誤碼( (即使只有即使只有1bit)1bit)的秒數稱為誤碼秒的秒數稱為誤碼秒(ES)(ES)。HRXHRX指標要求誤碼秒占可用秒的指標要求誤碼秒占可用秒的

40、百分數小于百分數小于8%8%。相應地，不出現任何誤碼的秒數稱為無誤碼秒。相應地，不出現任何誤碼的秒數稱為無誤碼秒(EFS)(EFS)， 指標要求無誤碼秒占可用秒的百分數大于指標要求無誤碼秒占可用秒的百分數大于92%92%。 對于目前的電話業(yè)務，傳輸一路對于目前的電話業(yè)務，傳輸一路PCMPCM電話的速率為電話的速率為 64 64 kb/skb/s。研究分析表明，合適的誤碼率參數和假設參考連接。研究分析表明，合適的誤碼率參數和假設參考連接HRXHRX的誤碼率指標如表的誤碼率指標如表 5.3 5.3 所示。所示。 標準數字假設參考連接標準數字假設參考連接HRX(27500 km)HRX(27500

41、km)的誤碼率總指標必的誤碼率總指標必須按不同等級的電路質量分配到各部分。圖須按不同等級的電路質量分配到各部分。圖5.145.14示出最長示出最長HRXHRX的電路質量等級劃分，圖中高級和中級之間沒有明顯的界限。的電路質量等級劃分，圖中高級和中級之間沒有明顯的界限。本地交換本地交換中級本地級中級本地級1250 km25000 km1250 km27500 kmT參考點T參考點高級圖 5.14 最長HRX的電路質量等級劃分 我國長途一級干線和長途二級干線都應視為高級電路，長我國長途一級干線和長途二級干線都應視為高級電路，長途二級以下和本地級合并考慮。表途二級以下和本地級合并考慮。表 5.4 5.

42、4 示出示出HRXHRX誤碼率總指標誤碼率總指標按等級的分配。按等級的分配。 表表5.55.5的誤碼率三項指標監(jiān)測時間為的誤碼率三項指標監(jiān)測時間為1 1個月，個月， 在工程驗收在工程驗收時執(zhí)行存在一定困難，通常采用長期平均誤碼率來衡量，監(jiān)測時執(zhí)行存在一定困難，通常采用長期平均誤碼率來衡量，監(jiān)測時間為時間為24 h24 h。 假設誤碼為泊松分布，誤碼率三項指標都可以假設誤碼為泊松分布，誤碼率三項指標都可以換算為長期平均誤碼率。換算為長期平均誤碼率。根據原根據原CCITTCCITT的建議，對于的建議，對于25 000 km25 000 km高級電路長期平均誤碼率高級電路長期平均誤碼率BERBERa

43、vav至少為至少為1 11010-7-7，按長度比例進，按長度比例進行線性折算，得到每公里行線性折算，得到每公里BERBERavav=4=41010-12-12/km/km。所以。所以280 km280 km和和420 420 kmkm數字段的數字段的BERBERavav分別為分別為1.121.121010-9-9和和1.681.681010-9-9，因此取，因此取 1 11010-9-9作為標準。作為標準。 我國長途光纜通信系統(tǒng)進網要求中規(guī)定：長度短于我國長途光纜通信系統(tǒng)進網要求中規(guī)定：長度短于420 420 kmkm時，按時，按 1 11010-9-9計算；長度長于計算；長度長于420 k

44、m420 km時，先按長度比例時，先按長度比例進行折算，再按長度累計附加進去。進行折算，再按長度累計附加進去。 設計值應比實際要求高設計值應比實際要求高 1 1 個數量級。個數量級。短于短于420 km420 km數字段按數字段按BERBERavav=1=11010-10-10設計；設計；50 km50 km中繼段按中繼段按BERBERavav=1=11010-11-11設計。設計。 圖 5.15 抖動示意圖 輸入信號提取時鐘2. 2. 抖動抖動抖動的定義是：抖動的定義是：數字信號在各有效瞬時對標準時間位數字信號在各有效瞬時對標準時間位置的偏差。置的偏差。 偏差時間范圍稱為抖動幅度偏差時間范圍

45、稱為抖動幅度(JPP)(JPP)，偏差，偏差時間間隔對時間的變化率稱為抖動頻率時間間隔對時間的變化率稱為抖動頻率(F)(F)。（1 1）輸入脈沖信號在某一平均位置左右變化；）輸入脈沖信號在某一平均位置左右變化；（2 2）提取時鐘信號在中心位置左右變化。）提取時鐘信號在中心位置左右變化。 抖動現象相當于對數字信號進行相位調制，表現為在穩(wěn)抖動現象相當于對數字信號進行相位調制，表現為在穩(wěn)定的脈沖圖樣中，前沿和后沿出現某些低頻干擾，其頻率一定的脈沖圖樣中，前沿和后沿出現某些低頻干擾，其頻率一般為般為0 02 kHz2 kHz。 抖動單位為抖動單位為UIUI。當脈沖信號為二電平當脈沖信號為二電平NRZN

46、RZ時，時，1UI1UI等于等于1bit1bit信息所占時間，數值上等于傳輸速率信息所占時間，數值上等于傳輸速率f fb b的倒數。的倒數。 抖動嚴重時，使得信號失真、抖動嚴重時，使得信號失真、 誤碼率增大。完全消除誤碼率增大。完全消除抖動是困難的，因此在實際工程中，需要提出容許最大抖動抖動是困難的，因此在實際工程中，需要提出容許最大抖動的指標。的指標。 光纖通信系統(tǒng)各次群輸入口對抖動容限的要求如表光纖通信系統(tǒng)各次群輸入口對抖動容限的要求如表 5.65.6所示所示全程各次群輸出口對抖動容限的要求如表全程各次群輸出口對抖動容限的要求如表5.75.7所示，表中括所示，表中括號內的數值是對數字段的要

47、求。號內的數值是對數字段的要求。 圖 5.16 表5.6和表5.7的圖解說明 Jp p/UIA0A1A20F0F1F2F3F420dB/10倍 頻 程下 降f表 5.6 和表5.7各符號的意義如圖 5.16 所示。 5.2.35.2.3可靠性可靠性 衡量通信系統(tǒng)質量的優(yōu)劣除上述性能指標外，可靠性也是衡量通信系統(tǒng)質量的優(yōu)劣除上述性能指標外，可靠性也是一個重要指標，它直接影響通信系統(tǒng)的使用、維護和經濟效益。一個重要指標，它直接影響通信系統(tǒng)的使用、維護和經濟效益。對光纖通信系統(tǒng)而言，可靠性包括光端機、中繼器、光纜線路、對光纖通信系統(tǒng)而言，可靠性包括光端機、中繼器、光纜線路、輔助設備和備用系統(tǒng)的可靠性

48、。輔助設備和備用系統(tǒng)的可靠性。 確定可靠性一般采用故障統(tǒng)計分析法確定可靠性一般采用故障統(tǒng)計分析法，即根據現場實際調，即根據現場實際調查結果，統(tǒng)計足夠長時間內的故障次數，確定每兩次故障的時查結果，統(tǒng)計足夠長時間內的故障次數，確定每兩次故障的時間間隔和每次故障的修復時間。間間隔和每次故障的修復時間。 1. 1. 可靠性表示方法可靠性表示方法 (1) (1) 可靠性可靠性R R和故障率和故障率。可靠性：可靠性：是指在規(guī)定的條件和時間內系統(tǒng)無故障工作的概率，是指在規(guī)定的條件和時間內系統(tǒng)無故障工作的概率，它反映系統(tǒng)完成規(guī)定功能的能力。它反映系統(tǒng)完成規(guī)定功能的能力。 故障率故障率：是系統(tǒng)工作到時間是系統(tǒng)工

49、作到時間t t，在單位時間內發(fā)生故障，在單位時間內發(fā)生故障( (功功能失效能失效) )的概率。的概率。的單位為的單位為1010-9-9/h, /h, 稱為菲特稱為菲特(fit), 1fit(fit), 1fit等等于在于在10109 9 h h內發(fā)生一次故障的概率。內發(fā)生一次故障的概率?？煽啃钥煽啃訰 R通常用故障率通常用故障率表示，兩者的關系為表示，兩者的關系為 R=exp(-t) (5.1)R=exp(-t) (5.1) 如果通信系統(tǒng)由如果通信系統(tǒng)由n n個部件組成，且故障率是統(tǒng)計無關的，個部件組成，且故障率是統(tǒng)計無關的， 則系統(tǒng)的可靠性則系統(tǒng)的可靠性R Rs s可表示為可表示為 R Rs

50、 s=R=R1 1R R2 2R Rn n=exp(-=exp(-s s t) (5.2) t) (5.2) niin1 式中式中, R, Ri i和和i i分別為系統(tǒng)第分別為系統(tǒng)第i i個部件的可靠性和故障率。個部件的可靠性和故障率。 (2) (2) 故障率故障率和平均故障間隔時間和平均故障間隔時間MTBFMTBF。兩者的關系為。兩者的關系為MTBFn1 (3) (3) 可用率可用率A A和失效率和失效率P PF F?？捎寐省？捎寐蔄 A是在規(guī)定時間內，系是在規(guī)定時間內，系統(tǒng)處于良好工作狀態(tài)的概率，它可以表示為統(tǒng)處于良好工作狀態(tài)的概率，它可以表示為%100%100MTTRMTBFMTBFA總

51、工作時間可用時間 式中式中MTTRMTTR為平均故障修復時間為平均故障修復時間( (不可用時間不可用時間) )。 失效率失效率PFPF可以表示為可以表示為%100%100MTTRMTBFMTBFPF總工作時間不可用時間可用時間由式由式(5.4)(5.4)和式和式(5.5)(5.5)得到得到 P PF F=(1-A)=(1-A)100% (5.6)100% (5.6)在有備用系統(tǒng)的情況下，在有備用系統(tǒng)的情況下， 失效率為失效率為 P PF F= (5.7)= (5.7)式中式中m m和和n n分別為主用系統(tǒng)數和備用系統(tǒng)數，分別為主用系統(tǒng)數和備用系統(tǒng)數，P=MTTR/MTBFP=MTTR/MTBF

52、。 ) 1()!1 ( !)!(npnmnm2. 2. 可靠性指標可靠性指標 根據國家標準的規(guī)定，具有主備用系統(tǒng)自動倒換功能的數字光纜通信系統(tǒng)，容許5000 km雙向全程每年4次全阻故障，對應于420 km和280 km數字段雙向全程分別約為每3年1次和每5年1次全阻故障。市內數字光纜通信系統(tǒng)的假設參考數字鏈路長為100 km, 容許雙向全程每年4次全阻故障，對應于50 km數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, PINFET壽命大于50104 h, APD壽命大于50104 h。 根據上述標準，以5000 km為基準，按長度平均分配給各種數字段長度，相應

53、的全年指標如表5.8所示，假設平均故障修復時間MTTR=6 h。某些國產設備的可靠性指標列于表5.9。5.35.3系系 統(tǒng)統(tǒng) 的的 設設 計計對數字光纖通信系統(tǒng)而言，系統(tǒng)設計的主要任務是：對數字光纖通信系統(tǒng)而言，系統(tǒng)設計的主要任務是：（1 1）選擇最佳路由和局站設置）選擇最佳路由和局站設置（2 2）選擇傳輸體制和傳輸速率）選擇傳輸體制和傳輸速率（3 3）選擇光纖光纜和光端機的基本參數和性能指標）選擇光纖光纜和光端機的基本參數和性能指標 使系統(tǒng)的實施達到最佳的性能價格比。使系統(tǒng)的實施達到最佳的性能價格比。 在技術上，系統(tǒng)設計的主要問題是確定中繼距離，尤其對在技術上，系統(tǒng)設計的主要問題是確定中繼距

54、離，尤其對長途光纖通信系統(tǒng)，中繼距離設計是否合理，對系統(tǒng)的性能和長途光纖通信系統(tǒng)，中繼距離設計是否合理，對系統(tǒng)的性能和經濟效益影響很大。經濟效益影響很大。 中繼距離的設計有三種方法：中繼距離的設計有三種方法：（1 1）最壞情況法）最壞情況法( (參數完全已知參數完全已知) ) （2 2）統(tǒng)計法）統(tǒng)計法( (所有參數都是統(tǒng)計定義所有參數都是統(tǒng)計定義) )（3 3）半統(tǒng)計法）半統(tǒng)計法( (只有某些參數是統(tǒng)計定義只有某些參數是統(tǒng)計定義) ) 這里我們采用最壞情況設計法這里我們采用最壞情況設計法，用這種方法得到的結果，設，用這種方法得到的結果，設計的可靠性為計的可靠性為100%100%，但要犧牲可能達

55、到的最大長度。中繼距離，但要犧牲可能達到的最大長度。中繼距離受光纖線路受光纖線路損耗損耗和和色散色散( (帶寬帶寬) )的限制，明顯隨傳輸速率的增加的限制，明顯隨傳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)的技術水平。而減小。中繼距離和傳輸速率反映著光纖通信系統(tǒng)的技術水平。5.3.15.3.1中繼距離受損耗的限制中繼距離受損耗的限制 圖圖5.175.17示出了無中繼器和中間有一個中繼器的數字光纖線示出了無中繼器和中間有一個中繼器的數字光纖線路系統(tǒng)的示意圖。路系統(tǒng)的示意圖。圖中符號：圖中符號： T,T: T,T: 光端機和數字復接分接設備的接口；光端機和數字復接分接設備的接口； T

56、x: Tx: 光發(fā)射機或中繼器發(fā)射端；光發(fā)射機或中繼器發(fā)射端； Rx: Rx: 光接收機或中繼器接收端；光接收機或中繼器接收端； C C1 1, C, C2 2: : 光纖連接器；光纖連接器； S: S: 靠近靠近T Tx x的連接器的連接器C C1 1的接收端；的接收端； R: R: 靠近靠近R Rx x的連接器的連接器C C2 2的發(fā)射端；的發(fā)射端； S S、R: R: 光纖線路，包括接頭光纖線路，包括接頭TxRxC1SR(a)TTTxRxC1SR(b)TTRC2中繼器C1SC2C2 圖圖5.17數字光纖線路系統(tǒng)數字光纖線路系統(tǒng) (a)無中繼器；無中繼器； (b) 一個中繼器一個中繼器 如

57、果系統(tǒng)傳輸速率較低，光纖損耗系數較大，中繼距離主如果系統(tǒng)傳輸速率較低，光纖損耗系數較大，中繼距離主要受光纖線路損耗的限制要受光纖線路損耗的限制。在這種情況下，要求。在這種情況下，要求S S和和R R兩點之兩點之間光纖線路總損耗必須不超過系統(tǒng)的總功率衰減，即間光纖線路總損耗必須不超過系統(tǒng)的總功率衰減，即 L(L(f f+s s+m m)P)Pt t-P-Pr r-2-2c c-M-Me e 或 L msfccrtaaaMapp2式中，式中，P Pt t 為平均發(fā)射光功率為平均發(fā)射光功率(dBm)(dBm)，P Pr r為接收靈敏度為接收靈敏度(dBm)(dBm)，c c 為連接器損耗為連接器損耗

58、(dB/(dB/對對) )， M Me e 為系統(tǒng)余量為系統(tǒng)余量(dB)(dB)，f f為光纖為光纖損耗系數損耗系數(dB/km), (dB/km), s s為每為每kmkm光纖平均接頭損耗光纖平均接頭損耗(dB/km), (dB/km), m m為每為每kmkm光纖線路損耗余量光纖線路損耗余量(dB/km), L (dB/km), L 為中繼距離為中繼距離(km)(km)。 式式(5.8)(5.8)的計算是簡單的，式中參數的取值應根據產品技的計算是簡單的，式中參數的取值應根據產品技術水平和系統(tǒng)設計需要來確定。術水平和系統(tǒng)設計需要來確定。（1 1）平均發(fā)射光功率）平均發(fā)射光功率P Pt t取決

59、于所用光源，對單模光纖通信系取決于所用光源，對單模光纖通信系統(tǒng)，統(tǒng)，LDLD的平均發(fā)射光功率一般為的平均發(fā)射光功率一般為-3-3-9dBm(0.130.5mw), -9dBm(0.130.5mw), LEDLED平均發(fā)射光功率一般為平均發(fā)射光功率一般為-20-20-25 dBm(0.0030.01mw)-25 dBm(0.0030.01mw)。（2 2）光接收機靈敏度）光接收機靈敏度P Pr r取決于光檢測器和前置放大器的類型，取決于光檢測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。表并受誤碼率的限制，隨傳輸速率而變化。表5.105.10示出長途光纖示出長途光纖通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)

60、BERBERavav111010-10-10時的接收靈敏度時的接收靈敏度P Pr r。 （3 3）連接器損耗一般為）連接器損耗一般為0.30.31 dB/1 dB/對。對。（4 4）設備余量）設備余量M Me e包括由于時間和環(huán)境的變化而引起的發(fā)射光功包括由于時間和環(huán)境的變化而引起的發(fā)射光功率和接收靈敏度下降，以及設備內光纖連接器性能劣化，率和接收靈敏度下降，以及設備內光纖連接器性能劣化，M Me e一一般不小于般不小于3 dB3 dB。（5 5）光纖損耗系數）光纖損耗系數f f取決于光纖類型和工作波長，例如單模取決于光纖類型和工作波長，例如單模光纖在光纖在1310 nm, 1310 nm,