光纖通信技術(shù)_Chapter4課件

1、光纖通信系統(tǒng)：模擬光纖通信系統(tǒng): CATV （Cable Television , CATV ）數(shù)字光纖通信系統(tǒng): SDH為體系、DWDM、PON4 . 1 模擬光纖通信1. 基本結(jié)構(gòu)第 4 章 光 纖 通 信 系 統(tǒng)12 . 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)第 4 章 光 纖 通 信 系 統(tǒng)23 . 性能要求(1) 光發(fā)射機(jī)輸出光功率：mW(dBm) 510mW, 20mW波長(zhǎng)：1310nm, 1550nm+EDFA半導(dǎo)體激光器的P-I特性曲線的線性要好，以避免交調(diào)失真、諧波失真等；CSO:Composite Second Order Power：復(fù)合二階功率：-60dBcCTB:Composite Tripe B

2、eat:復(fù)合三重差拍: -65dBcCarrier to Noise Ratio:載噪比: 50dB半導(dǎo)體激光器的調(diào)制特性要好，即調(diào)制帶寬寬且幅頻特性平坦1.5GHz。(2) 光接收機(jī)( l ）大CNR （載噪比）或SNR （信噪比）以保證電視信號(hào)質(zhì)量；( 2 ）要有足夠大的工作帶寬和頻帶平坦度。光通道1310nm: TX-RX /0.2dB= 10dBm/0.2=50Km； 1550nm: TX+EDFA=幾百公里第 4 章 光 纖 通 信 系 統(tǒng)34 . 2 數(shù)字光纖通信系統(tǒng)1. 光纖通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)第 4 章 光 纖 通 信 系 統(tǒng)42 數(shù)字光纖通信系統(tǒng)組成第 4 章 光 纖 通 信 系 統(tǒng)

3、52 數(shù)字光纖通信系統(tǒng)組成（1）把多路業(yè)務(wù)信號(hào)復(fù)用成更高速率等級(jí)的信號(hào)；（2）對(duì)于SDH 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，為系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行管理維護(hù)插入OAM 開(kāi)銷，并進(jìn)一步地為方便接收端進(jìn)行定時(shí)提取進(jìn)行擾碼，破壞長(zhǎng)連“0”和長(zhǎng)連“1” ；（3）對(duì)光源進(jìn)行數(shù)字調(diào)制；（4）經(jīng)光纖傳輸，傳輸過(guò)程中由于受光纖衰減和色散的影響，光信號(hào)隨光纖傳輸距離的增大而功率變?nèi)?、波形變差；?）光電檢測(cè)器完成光電轉(zhuǎn)換，放大均衡，提取時(shí)鐘信號(hào)，在時(shí)鐘信號(hào)的作用下判決再生出數(shù)字信號(hào)；（6）解擾并取出OAM開(kāi)銷進(jìn)行處理或進(jìn)行線路解碼，同時(shí)處理OAM 開(kāi)銷；（7）解復(fù)用出各路數(shù)字業(yè)務(wù)信號(hào)。第 4 章 光 纖 通 信 系 統(tǒng)63 數(shù)字光纖通信OAM

4、開(kāi)銷的作用 按業(yè)務(wù)需求和系統(tǒng)（網(wǎng)絡(luò)）資源狀況來(lái)配置系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)、開(kāi)通業(yè)務(wù)。 對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀況，進(jìn)行不中斷業(yè)務(wù)的在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，誤碼性能的監(jiān)測(cè)。 故障告警。一旦設(shè)備或設(shè)備中的部件或光纜線路出現(xiàn)故障，系統(tǒng)應(yīng)能檢測(cè)到并在網(wǎng)管界面上顯示出來(lái)或在設(shè)備上指示出來(lái)，并要能夠及時(shí)通知維護(hù)人員。 為故障定位和其他維護(hù)需求而提供環(huán)回控制、主要項(xiàng)目的測(cè)試等。 為系統(tǒng)（網(wǎng)絡(luò)）OAM 信息提供傳輸通道。比如網(wǎng)管對(duì)遠(yuǎn)端設(shè)備的配置信息就是通過(guò)網(wǎng)管ECC （嵌入控制通道）傳送到遠(yuǎn)端設(shè)備的；對(duì)有些實(shí)時(shí)性要求高的信息，如在有保護(hù)倒換功能的系統(tǒng)（網(wǎng)絡(luò)）中的保護(hù)倒換協(xié)議信息，安排專門(mén)的傳輸通道使其在相關(guān)設(shè)備間傳遞。 為系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)者提供業(yè)務(wù)性

5、能、流量等方面的統(tǒng)計(jì)信息。 為維護(hù)管理人員提供話音通信的手段（公務(wù)電話）。第 4 章 光 纖 通 信 系 統(tǒng)74 數(shù)字光纖通信系統(tǒng)擾碼的作用數(shù)字流有可能出現(xiàn)長(zhǎng)連“0”、連“1”情況，長(zhǎng)連“0 ”和非歸零碼：發(fā)射機(jī)：激光器功率不穩(wěn)定接收機(jī)：長(zhǎng)連“1 ”期間信號(hào)電平?jīng)]有變化，反映不出發(fā)送時(shí)鐘信息，定時(shí)信息消失；所以，對(duì)于SDH 系統(tǒng)，通過(guò)擾碼來(lái)破壞業(yè)務(wù)信息數(shù)字流的長(zhǎng)連“0 ”、連“1” 非對(duì)稱性，并且使光線路碼流為隨機(jī)分布，接收端解擾碼；第 4 章 光 纖 通 信 系 統(tǒng)85 數(shù)字光纖通信系統(tǒng)中繼和再生中繼再生器的功能：光電轉(zhuǎn)換3R (Reshaping , Retiming , Regenera

6、ting)開(kāi)銷處理電光轉(zhuǎn)換。無(wú)中繼距離：12800ps/nm /17ps/nm.km=752Km第 4 章 光 纖 通 信 系 統(tǒng)94.3 SDH-Synchronous Digital Hierarchy系統(tǒng)-同步數(shù)字體系4.3.2 SDH技術(shù)的特點(diǎn)(1) SDH網(wǎng)不僅能與現(xiàn)有的PDH 網(wǎng)實(shí)現(xiàn)兼容，即使PDH 的1.544Mbit/s和2.048Mbit/s兩大體系在SDH信息結(jié)構(gòu)上能獲得統(tǒng)一，形成數(shù)字傳輸體制上的世界標(biāo)準(zhǔn)?？v向兼容。SDH 網(wǎng)絡(luò)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)保護(hù)和網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)具有強(qiáng)大的自愈能力，這不僅使SDH 網(wǎng)絡(luò)的生存性和可靠性大大增強(qiáng)，而且便于組網(wǎng)和降低網(wǎng)絡(luò)維護(hù)的費(fèi)用。SDH 自愈環(huán)網(wǎng)不大于50

7、ms （單點(diǎn)故障情況下）的保護(hù)倒換時(shí)間是電信級(jí)設(shè)備高性能的重要標(biāo)志之一。50ms 的保護(hù)倒換時(shí)間對(duì)上層業(yè)務(wù)是透明的，即上層業(yè)務(wù)“感知”不到下層SDH 網(wǎng)絡(luò)的故障和保護(hù)倒換，業(yè)務(wù)“連接”均保持。由SDH 數(shù)字交叉連接設(shè)備等構(gòu)成的網(wǎng)格型等拓?fù)涞腟DH 網(wǎng)絡(luò)，能夠通過(guò)SDH 交叉連接的可控制并配合合適的路由算法，在網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時(shí)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)，以保證高質(zhì)量業(yè)務(wù)滿足其性能要求。SDH 采用了同步復(fù)用方式和靈活的復(fù)用映射結(jié)構(gòu)，使低階信號(hào)和高階信號(hào)的復(fù)用和解復(fù)用一次到位，大大簡(jiǎn)化了設(shè)備的處理過(guò)程，省去了大量的有關(guān)電路單元、跳線電纜和電路接口數(shù)量，從而簡(jiǎn)化運(yùn)營(yíng)和維護(hù)，改善網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)透明性。SDH 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范了全

8、世界統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接口，對(duì)各網(wǎng)絡(luò)單元的光接口有嚴(yán)格的規(guī)范要求，從而使得任何網(wǎng)絡(luò)單元在光路上得以互通，實(shí)現(xiàn)了橫向的兼容性。第 4 章 光 纖 通 信 系 統(tǒng)10(5) SDH 幀結(jié)構(gòu)中安排了豐富的開(kāi)銷比特，使網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)、管理、維護(hù)（OAM ) 的能力大大地加強(qiáng)，通過(guò)遠(yuǎn)程控制，可實(shí)現(xiàn)對(duì)各網(wǎng)絡(luò)單元及節(jié)點(diǎn)設(shè)備的分布式管理，同時(shí)也便于新功能和新特性的及時(shí)開(kāi)發(fā)和升級(jí)，而且促進(jìn)了更完善的網(wǎng)絡(luò)管理和智能化設(shè)備的發(fā)展。(6) SDH 采用先進(jìn)的指針調(diào)整技術(shù)，支持偽同步工作環(huán)境，使來(lái)自不同提供者的信息凈負(fù)荷可以在不同的同步島之間進(jìn)行傳送，并有能力承受一定的定時(shí)基準(zhǔn)丟失。第 4 章 光 纖 通 信 系 統(tǒng)114.3.

9、3 SDH傳輸網(wǎng)結(jié)構(gòu)SDH 傳送網(wǎng)分層模型是一般傳送網(wǎng)分層模型的特例，圖的右邊是一般傳送網(wǎng)分層模型，圖的左邊是適用于我國(guó)SDH 傳送網(wǎng)的分層模型，圖的中間是各層的名稱。（1） 電路層網(wǎng)絡(luò) （2） 通道層網(wǎng)絡(luò) （3） 傳輸媒質(zhì)層網(wǎng)絡(luò)第 4 章 光 纖 通 信 系 統(tǒng)12（1） 電路層網(wǎng)絡(luò)直接為用戶提供通信業(yè)務(wù)。諸如電路交換業(yè)務(wù)、分組交換業(yè)務(wù)和租用專線業(yè)務(wù)等。主要節(jié)點(diǎn)設(shè)備：有交換機(jī)、交叉連接設(shè)備等。電路層網(wǎng)絡(luò)的端到端電路連接一般由交換機(jī)建立。電路層不屬于SDH 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的內(nèi)容，所以稱非SDH 客戶，SDH 所承載的PDH 信號(hào)，例如2048kbit/s 、34368kbit/s和139264kbi

10、t/s 等信號(hào)的技術(shù)指標(biāo)都在PDH 的標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定。 第 4 章 光 纖 通 信 系 統(tǒng)13（2） 通道層網(wǎng)絡(luò)支持一個(gè)或多個(gè)電路層網(wǎng)絡(luò)，為電路層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)（如交換機(jī)）提供透明的通道。VC-12 可以看作電路層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間通道的一種基本傳送單位，VC-3 / VC-4 可以作為骨干通道的基本傳送單位。通道的建立可以由網(wǎng)管操作控制交叉連接設(shè)備完成，通過(guò)交叉連接設(shè)備提供半永久性連接。劃分為低階通道層（VC-12 、VC-2和VC-3 ）和高階通道層（VC-4 ） 。SDH 網(wǎng)的一個(gè)重要特點(diǎn)是能夠?qū)νǖ缹泳W(wǎng)絡(luò)的連接進(jìn)行管理和控制，因此網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用十分靈活和方便。通道層網(wǎng)絡(luò)與其相鄰的傳輸媒質(zhì)網(wǎng)絡(luò)是相互獨(dú)立的。它可

11、以將各種電路層業(yè)務(wù)映射進(jìn)復(fù)用段層所要求的格式內(nèi)。第 4 章 光 纖 通 信 系 統(tǒng)14 （3） 傳輸媒質(zhì)層網(wǎng)絡(luò)與傳輸媒質(zhì)（光纜或微波）有關(guān)，它支持一個(gè)或多個(gè)通道層網(wǎng)絡(luò)。為通道層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間提供合適的通道容量。STM -N 可以作為傳輸媒質(zhì)層網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)容量。劃分為段層網(wǎng)絡(luò)和物理媒質(zhì)層網(wǎng)絡(luò)（簡(jiǎn)稱物理層），其中段層網(wǎng)絡(luò)涉及提供通道層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間信息傳遞的所有功能，而物理層涉及具體的，支持段層網(wǎng)絡(luò)的傳輸媒質(zhì)，如光纜和微波（準(zhǔn)確地講是光纖和空間）。在SDH 網(wǎng)中，段層網(wǎng)絡(luò)還可以細(xì)分為復(fù)用段層網(wǎng)絡(luò)和再生段層網(wǎng)絡(luò)。其中復(fù)用段層網(wǎng)絡(luò)為通道層提供同步和復(fù)用功能，并完成復(fù)用段開(kāi)銷的處理和傳遞；再生段涉及再生器之

12、間或再生器與復(fù)用段終端設(shè)備之間的信息傳遞，諸如定幀、擾碼、再生段誤碼監(jiān)視以及再生段開(kāi)銷的處理和傳遞。物理層網(wǎng)絡(luò)主要完成光電脈沖形式的比特傳送任務(wù)，與開(kāi)銷無(wú)關(guān)。物理層分為光接口和電接口。第 4 章 光 纖 通 信 系 統(tǒng)154.3.4 SDH 的網(wǎng)元構(gòu)成SDH 網(wǎng)絡(luò)的基本網(wǎng)絡(luò)單元, 簡(jiǎn)稱網(wǎng)元（NE ) ，SDH 有4大類網(wǎng)元。(1) 同步數(shù)字交叉連接設(shè)備（SDXC ) SDXC ：允許接入不同等級(jí)速率的數(shù)字信號(hào)，能對(duì)接入信號(hào)的全部或一部分進(jìn)行交叉連接（交換），也能從高階信號(hào)中分出和插人低階信號(hào)。例如從STM-1 信號(hào)中分插2Mbit/s信號(hào)。分插復(fù)用設(shè)備（ADM ) ADM ：能夠從線路信號(hào)中分

13、出和插人低階信號(hào)。例如從STM-16 中分插STM-1 信號(hào)。第 4 章 光 纖 通 信 系 統(tǒng)16同步復(fù)用設(shè)備（MUX ) MUX： 能把PDH 信號(hào)復(fù)用進(jìn)SDH 信號(hào)，還能將低階SDH 信號(hào)復(fù)接成高階SDH 信號(hào)。同步再生器（REG ) REG： 基本功能是接收來(lái)自光纖線路的信號(hào)，將它再生，并往下一段光纖線路傳送。它還要產(chǎn)生新的再生段開(kāi)銷加到承載信號(hào)上，并能對(duì)線路信號(hào)質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)視。OAM：為了對(duì)網(wǎng)元自身以及它們構(gòu)成的系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行管理，所有的網(wǎng)元都要能夠和傳輸網(wǎng)管理系統(tǒng)相連，相互通信實(shí)現(xiàn)網(wǎng)管功能。第 4 章 光 纖 通 信 系 統(tǒng)174.3.5 SDH 的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接口傳輸網(wǎng)是由傳輸網(wǎng)絡(luò)

14、節(jié)點(diǎn)和傳輸線路構(gòu)成的，傳輸線路有光纜線路、微波接力系統(tǒng)和衛(wèi)星通信系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接口NNI的定義是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的接口。SDH傳輸規(guī)定了6個(gè)傳輸比特率系列。STM-N ( N = 0 , 1 , 4 , 16 ，64，256 ），意思是第N 級(jí)同步傳送模塊(Synchronous Transport Module)。STM 的基礎(chǔ)速率是155520kbit/s ，稱STM-1 ，該速率的N 倍構(gòu)成更大容量的STM-N 信號(hào)。第 4 章 光 纖 通 信 系 統(tǒng)184.3.5 SDH 的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接口 SDH傳輸規(guī)定了6個(gè)傳輸比特率系列。 STM-N ( N = 0 , 1 , 4 , 16 ，64，2

15、56 ），表示第N 級(jí)同步傳送模塊(Synchronous Transport Module)。 STM 的基礎(chǔ)速率是155520kbit/s ，稱STM-1 ，該速率的N 倍構(gòu)成更大容量的STM-N 信號(hào)。第 4 章 光 纖 通 信 系 統(tǒng)194.3.6 SDH 的開(kāi)銷OAM ：SDH 的一個(gè)主要特點(diǎn)是它有標(biāo)準(zhǔn)化的貫穿全網(wǎng)的運(yùn)行、管理和維護(hù)（OAM ）功能，在SDH 的幀結(jié)構(gòu)中安排開(kāi)銷（overhead ）就是為了實(shí)現(xiàn)OAM 功能。開(kāi)銷：就是一些附加比特或附加字節(jié)按功能塊的概念，SDH 傳輸系統(tǒng)的管理正是按這種概念進(jìn)行分段管理。再生段、復(fù)用段、高階通道和低階通道：利用各自的開(kāi)銷來(lái)承載相應(yīng)的管

16、理信息。第 4 章 光 纖 通 信 系 統(tǒng)204.3.6 SDH 的開(kāi)銷再生段開(kāi)銷（RSOH ) ：用于各個(gè)再生器之間的管理；復(fù)用段開(kāi)銷（MSOH ) ：用于各個(gè)復(fù)用器之間的管理；高階通道開(kāi)銷（H POH ) ：用于高階通道的管理；低階通道開(kāi)銷（LPOH ) ：用于低階通道的管理。第 4 章 光 纖 通 信 系 統(tǒng)214.3.3 SDH傳輸系統(tǒng)SDH 傳輸系統(tǒng)可以看作是SDH 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用特例。通過(guò)這種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸?shù)暮?jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)，有助于理解一些重要的概念。第 4 章 光 纖 通 信 系 統(tǒng)22復(fù)用段開(kāi)銷再生段開(kāi)銷高階通道開(kāi)銷低階通道開(kāi)銷低階容器信息4.3.4 SDH的幀結(jié)構(gòu)在物理媒質(zhì)層上傳送的用STM-

17、N （同步傳輸模塊）信號(hào)是一個(gè)數(shù)字序列，將這個(gè)序列截?cái)酁橐淮淮男蛄?，按照?guī)定結(jié)構(gòu)，固定數(shù)量的連續(xù)比特群稱為幀，STM-N 幀用平面矩陣表示。STM-N 幀的大?。?9 行, 270 xN 列字節(jié)，每字節(jié)8 個(gè)比特。傳送一幀的時(shí)間稱為周期，固定幀周期為125 us ，即幀頻為8kHz（每秒傳送8000幀），正好是電話的采樣速率。STM-1 幀，分為9 行，每行270 列個(gè)字節(jié)，共有2430 個(gè)字節(jié)，依序作為第1 -9 行構(gòu)成平面結(jié)構(gòu)幀。第 4 章 光 纖 通 信 系 統(tǒng)234.3.4 SDH的幀結(jié)構(gòu)再生段上傳送的信號(hào)幀，它由再生段凈荷和再生段開(kāi)銷組成。再生段凈荷支持復(fù)用段層信號(hào)傳送，而再生段

18、開(kāi)銷用于再生段的監(jiān)控和維護(hù)管理。再生段開(kāi)銷在再生段的始端產(chǎn)生、加入到幀中，在再生段的末端終結(jié)，即從幀中取出進(jìn)行處理；所以，在SDH 網(wǎng)中每個(gè)網(wǎng)元處，再生段開(kāi)銷都要終結(jié)（加入或取出），只有再生段凈荷透明地通過(guò)再生器。復(fù)用段上傳送的信號(hào)幀，它由復(fù)用段凈荷和復(fù)用段開(kāi)銷組成。復(fù)用段凈荷支持通道層信號(hào)傳送，復(fù)用段開(kāi)銷用于復(fù)用段的監(jiān)控和維護(hù)管理。復(fù)用段開(kāi)銷在復(fù)用段的始端產(chǎn)生，在復(fù)用段的末端終結(jié)；所以，在SDH 網(wǎng)中除再生器以外的每個(gè)網(wǎng)元處，復(fù)用段開(kāi)銷都要終結(jié)。第 4 章 光 纖 通 信 系 統(tǒng)24復(fù)用段信號(hào)適配：將復(fù)用段信號(hào)放進(jìn)再生段凈荷區(qū)的過(guò)程叫做適配，由于在SDH 體系中復(fù)用段信號(hào)和再生段信號(hào)完全同步

19、，既無(wú)頻差又無(wú)相差，復(fù)用段信號(hào)在再生段幀中有固定的位置，適配就非常簡(jiǎn)單。第 4 章 光 纖 通 信 系 統(tǒng)254.3.5 SDH幀的開(kāi)銷第 4 章 光 纖 通 信 系 統(tǒng)26再生段開(kāi)銷（RSOH ):在幀的左上角3 行x 9 字節(jié);復(fù)用段開(kāi)銷（MSOH ):在幀的左下角5 行x 9 字節(jié);管理單元指針(AU):在幀的中部第4 行的前9 個(gè)字節(jié)。4.3.5 SDH幀的開(kāi)銷第 4 章 光 纖 通 信 系 統(tǒng)27再生段開(kāi)銷 (1) 幀定位：Al , A2用于STM-1 幀定位，規(guī)定為兩種固定代碼：A1 = 11110110B=F6H A2 = 00101000B=28H頁(yè)定位4.3.5 SDH幀的開(kāi)

20、銷第 4 章 光 纖 通 信 系 統(tǒng)28再生段開(kāi)銷 (2) 再生段蹤跡：J0/C1 它是再生段接入點(diǎn)的識(shí)別符，重復(fù)發(fā)送一個(gè)代表某段接入點(diǎn)的標(biāo)志，從而使段的接收端能夠確認(rèn)自己與預(yù)定的段的發(fā)送端是否保持著連接。用連續(xù)16 個(gè)STN-1幀內(nèi)的J0 字節(jié)組成16 字節(jié)的幀來(lái)傳送接入點(diǎn)識(shí)別符，下表說(shuō)明這個(gè)幀的內(nèi)容，其第一個(gè)字節(jié)是該幀的起始標(biāo)志，它包含對(duì)上一幀進(jìn)行循環(huán)冗余校驗(yàn)CRC-7 計(jì)算的結(jié)果。頁(yè)碼定位第 4 章 光 纖 通 信 系 統(tǒng)29(3) STM-l 識(shí)別符：C1 ITU-T 早先建議在J0 位置上安排的是C1 字節(jié)，用來(lái)標(biāo)志單個(gè)STM-1在高階STM-N中的位置。采用C1字節(jié)的老設(shè)備與采用J

21、0 字節(jié)的新設(shè)備互通時(shí)，置J0 為00000001 ，表示“再生段蹤跡未規(guī)定”。再生段誤碼監(jiān)視：B1 用于再生段誤碼監(jiān)測(cè)，使用8 比特作奇偶校驗(yàn)，稱為比特間插奇偶(BIP)校驗(yàn)- 8 比特，簡(jiǎn)稱BIP-8 。產(chǎn)生B1 字節(jié)的方法是對(duì)前一個(gè)STM -N 幀擾碼后的所有比特進(jìn)行BIP 運(yùn)算，將得到的結(jié)果置于當(dāng)前這一個(gè)STM-N 幀擾碼前的B1 字節(jié)位置。 (5) 公務(wù)通信：E1 用于再生段公務(wù)聯(lián)絡(luò)線(EOW) ，可提供一個(gè)64kbit/s通路。第 4 章 光 纖 通 信 系 統(tǒng)30使用者通路：F1 為網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)者提供一個(gè)64kbit/s通路，為特殊維護(hù)目的提供臨時(shí)的數(shù)據(jù)話音通路。數(shù)據(jù)通信通路（DCC

22、 ) : D1 , D2 , D3 用于再生段傳送再生器的運(yùn)行、維護(hù)和管理信息，可提供速率達(dá)192kbit/s的DCC 通路。(8) 其他在幀圖中，標(biāo)有x 的字節(jié)是留給國(guó)內(nèi)使用的字節(jié)。標(biāo)有的是不擾碼字節(jié)。標(biāo)有 的字節(jié)是與傳輸媒質(zhì)特征有關(guān)的字節(jié)。所有未作標(biāo)記的字節(jié)有待今后國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。第 4 章 光 纖 通 信 系 統(tǒng)31復(fù)用段開(kāi)銷（1） 復(fù)用段誤碼監(jiān)視：B2 用于復(fù)用段的誤碼監(jiān)測(cè)，G.707建議：規(guī)定使用3 個(gè)B2 共24 比特作奇偶校驗(yàn)，即BIP-24 。 產(chǎn)生B2 字節(jié)的方法是對(duì)前一個(gè)STM-N幀中除再生段開(kāi)銷以外的所有比特作BIP 運(yùn)算將其結(jié)果置于當(dāng)前STM-N 幀擾碼前的B2 字節(jié)處。

23、數(shù)據(jù)通信通路：D4 一D12用于復(fù)用段傳送運(yùn)行、維護(hù)和管理信息?？商峁┧俾蔬_(dá)576kbit/s的通路。公務(wù)通信：E2用于復(fù)用段公務(wù)聯(lián)絡(luò)線（EOW ) ，可提供速率為64kbit/s的 通路。第 4 章 光 纖 通 信 系 統(tǒng)32（4） 自動(dòng)保護(hù)倒換（APS）通路：K1 , K2 ( b1-b5 ) 用于復(fù)用段保護(hù)倒換信令。各比特的安排和面向比特的協(xié)議在G.783 建議的附錄A “復(fù)用段保護(hù)協(xié)議、命令和操作”中規(guī)定。K1 ( b1-b4）指示倒換請(qǐng)求的原因，K1 ( b5-b8）指示提出倒換請(qǐng)求的工作系統(tǒng)序號(hào)，K2 ( b1-b5 ）指示復(fù)用段接收側(cè)備用系統(tǒng)倒換開(kāi)關(guān)所橋接到的工作系統(tǒng)序號(hào)。(5)

24、 復(fù)用段遠(yuǎn)端缺陷指示（MS-RDI): K2(b6-b8) 用于向復(fù)用段發(fā)送端回送接收端狀態(tài)指示信號(hào)，告訴發(fā)送端，接收端檢測(cè)到上游段的缺陷或收到復(fù)用段告警指示信號(hào)（MS -AIS ）。當(dāng)K2 （b6-b8 ) = 110 ，表示MS 一RDI 。其他狀態(tài)預(yù)留將來(lái)使用。第 4 章 光 纖 通 信 系 統(tǒng)33（6） 同步狀態(tài)：S1 ( b5-b8 ) 用于傳送同步狀態(tài)信息（SSM ) ，該字節(jié)各代碼的含義附表，例如：0000質(zhì)量情況不明（現(xiàn)有同步網(wǎng)）0001預(yù)留0010 G.811基準(zhǔn)時(shí)鐘（7） 復(fù)用段遠(yuǎn)端差錯(cuò)指示（MS-REI ) : M1用于將復(fù)用段遠(yuǎn)端檢測(cè)到的差錯(cuò)信息往回傳送，遠(yuǎn)端差錯(cuò)信息由

25、檢測(cè)BIP-24 x N (B2)來(lái)獲得。BIP 規(guī)則違反計(jì)數(shù)的方法是把B2 的每一比特作為檢測(cè)單位，對(duì)奇偶校驗(yàn)規(guī)律破壞計(jì)數(shù)，相應(yīng)M1的代碼以二進(jìn)制計(jì)數(shù)表示有多少個(gè)差錯(cuò)，其最大范圍是0-255 。對(duì)于STM-1需要指示0-24 個(gè)差錯(cuò)，Ml 的產(chǎn)生和解釋如表第 4 章 光 纖 通 信 系 統(tǒng)34（7） 復(fù)用段遠(yuǎn)端差錯(cuò)指示（MS-REI ) : M1第 4 章 光 纖 通 信 系 統(tǒng)354.3.6 SDH的映射和復(fù)用第 4 章 光 纖 通 信 系 統(tǒng)364.3.6 SDH的映射和復(fù)用第 4 章 光 纖 通 信 系 統(tǒng)374.3.6 SDH的映射和復(fù)用第 4 章 光 纖 通 信 系 統(tǒng)384.3.

26、7 光接口標(biāo)準(zhǔn)化：為了實(shí)現(xiàn)不同廠商的SDH 設(shè)備在光鏈路上互通，SDH 光接口的光特性需要標(biāo)準(zhǔn)化來(lái)規(guī)范STM-1 到STM-256的光接口標(biāo)準(zhǔn)。 光接口的分類 根據(jù)SDH 系統(tǒng)中是否使用光放大器，以及速率是否達(dá)到STM-64，將SDH 光接口分為兩大系統(tǒng) : 第I 類系統(tǒng)：不包括任何光放大器，速率低于STM-64的系統(tǒng)；第II 類系統(tǒng)：包括光放大器或速率為STM-64 、256 的系統(tǒng)。對(duì)于第I類系統(tǒng)的光接口還可以按照使用場(chǎng)合和傳輸距離分為三種： 局內(nèi)：2Km局間短距離:15Km局間長(zhǎng)距離:80Km不同種類的光接口用不同的代碼來(lái)表示，代碼由一個(gè)字母和兩個(gè)數(shù)字組成。第1 個(gè)字母應(yīng)用場(chǎng)合和傳輸距離

27、；第1 位數(shù)字表示STM-N 的等級(jí)；第2 位數(shù)字表示光纖類型。第 4 章 光 纖 通 信 系 統(tǒng)39第1 個(gè)字母含義如下：I: 表示局內(nèi)通信S: 表示局間短距離通信L: 表示局間長(zhǎng)距離通信V: 表示局間很長(zhǎng)距離通信U: 表示局間超長(zhǎng)距離通信VSR: 表示距離不超過(guò)600米的通信。第1 位數(shù)字含義如下：-1 表示STM-1 -4 表示STM-4- 16 表示STM-16 -64表示STM-64 - 256 表示STM-256第2 位數(shù)字含義如下：空白或1 表示工作波長(zhǎng)1310nm，用G.652 光纖2 表示工作波長(zhǎng)1550nm，用G.652光纖3 表示工作波長(zhǎng)1550nm，用G.653光纖5

28、表示工作波長(zhǎng)1550nm，用G.655光纖例：L-1.2I-4.1第 4 章 光 纖 通 信 系 統(tǒng)40JE：加強(qiáng)型第 4 章 光 纖 通 信 系 統(tǒng)414.4 數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 數(shù)字光纖通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)規(guī)劃：網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、路由選擇、網(wǎng)絡(luò)容量、業(yè)務(wù)通路、設(shè)備線路類型、最大中繼距離計(jì)算等。4.4.1 總體考慮 光纖通信系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)：根據(jù)業(yè)務(wù)容量、用戶地理位置、用戶對(duì)業(yè)務(wù)的質(zhì)量 要求等，按照ITU-T 的建議和我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，確定網(wǎng)絡(luò)的容量、拓?fù)?、路由等?. 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、線路路由選擇 根據(jù)網(wǎng)絡(luò)在通信網(wǎng)中的位置、功能、作用、承載業(yè)務(wù)的生存性要求等選擇合適的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹?骨干網(wǎng)：網(wǎng)絡(luò)生存性要求較高的網(wǎng)絡(luò)

29、適合采用網(wǎng)格拓?fù)洌?城域網(wǎng)：網(wǎng)絡(luò)生存性要求較高的網(wǎng)絡(luò)適合采用環(huán)形拓?fù)洌?接入網(wǎng)：網(wǎng)絡(luò)生存性要求不高而要求成本盡可能低廉的網(wǎng)絡(luò)適合采用星形拓?fù)?、無(wú)源樹(shù)形拓?fù)洹９?jié)點(diǎn)之間的光纜線路路由選擇要服從通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的整體規(guī)劃，要兼顧當(dāng)前和未來(lái)的需求，而且要便于施工和維護(hù)。第 4 章 光 纖 通 信 系 統(tǒng)422 網(wǎng)絡(luò)（系統(tǒng)）容量的確定網(wǎng)絡(luò)（系統(tǒng)）容量一般按網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行后的幾年里所需容量來(lái)確定，而且網(wǎng)絡(luò)應(yīng)方便擴(kuò)容以滿足未來(lái)容量需求。城域網(wǎng)中系統(tǒng)的單波長(zhǎng)速率為：2 . 5Gbit/s、10Gbit/s骨干網(wǎng)單波長(zhǎng)速率為：10Gbit/s 根據(jù)容量的需求采用8、16、32、40、80波的波分復(fù)用。3 光纖（光纜）選型

30、G652 光纖： 1310nm 波長(zhǎng)性能最佳單模光纖, 0色散光纖（或稱非色散位移光纖），是目前最常用的單模光纖;應(yīng)用于城域網(wǎng)和接入網(wǎng)，DWDM密集波分復(fù)用的骨干網(wǎng)也常采用G652 光纖；對(duì)于速率很高、距離很長(zhǎng)的系統(tǒng)，應(yīng)采用有小PMD ( Polarization Mode Dispersion ）的G652B 光纖光纜。第 4 章 光 纖 通 信 系 統(tǒng)43(2) G653 光纖為1550nm 波長(zhǎng)性能最佳的單模光纖。將零色散波長(zhǎng)由1310nm 移到最低衰減的1550nm 波長(zhǎng)區(qū)，不僅具有最低衰減特性，而且又是零色散波長(zhǎng)。應(yīng)用于在1550nm 波長(zhǎng)區(qū)開(kāi)通長(zhǎng)距離10Gbit/s 或以上速率的系

31、統(tǒng)。工作波長(zhǎng)零色散區(qū)的非線性影響，容易產(chǎn)生嚴(yán)重的四波混頻效應(yīng)，不支持波分復(fù)用系統(tǒng)，故G653 光纖僅用于單信道高速率系統(tǒng)。新建或改建的大容量光纖傳輸系統(tǒng)均為波分復(fù)用系統(tǒng)，故G653 光纖基本不采用。(3) G654 光纖為1550nm 波長(zhǎng)衰減最小單模光纖，一般多用于長(zhǎng)距離海底光纜系統(tǒng)。陸地傳輸一般不采用。第 4 章 光 纖 通 信 系 統(tǒng)44(4) G655 光纖 G655 光纖是非零色散位移單模光纖 應(yīng)用于密集波分復(fù)用的大容量的骨干網(wǎng) G655 光纖特點(diǎn)：克服G652 光纖在1550nm 波長(zhǎng)色散大克服G653 光纖在1550nm 波長(zhǎng)產(chǎn)生的非線性效應(yīng)不支持波分復(fù)用系統(tǒng)的缺點(diǎn)；跟據(jù)PMD

32、和色散的不同要求，G655 光纜又分為：G655A 、G655B 和G655C 三種。第 4 章 光 纖 通 信 系 統(tǒng)454 選擇設(shè)備和性能指標(biāo)發(fā)送、接收、中繼、分插、交叉連接設(shè)備是組成光纖傳輸鏈路的必要元素，選擇性能好、可靠性高、兼容性好的設(shè)備是系統(tǒng)設(shè)計(jì)成功的重要保障。5 光傳輸設(shè)計(jì)各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)都是建立在點(diǎn)到點(diǎn)基礎(chǔ)上的，所以S-R 點(diǎn)之間的光傳輸距離確定是光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。傳輸距離由光纖衰減和色散等因素決定。系統(tǒng)速率、工作波長(zhǎng)等各種因素對(duì)傳輸距離也均有影響。在實(shí)際的工程應(yīng)用中，設(shè)計(jì)方式分為兩種情況：第一種情況是衰減受限系統(tǒng)，即傳輸距離根據(jù)S 和R 點(diǎn)之間的光通道衰減決定。第二種

33、是色散受限系統(tǒng)，即傳輸距離根據(jù)S 和R 點(diǎn)之間的光通道色散決定。S-R 點(diǎn)之間的傳輸距離也就是分層光傳送網(wǎng)的再生段或復(fù)用段（無(wú)須再生時(shí)）的傳輸距離。第 4 章 光 纖 通 信 系 統(tǒng)464.4.2 再生段的設(shè)計(jì)再生段模型：光再生段模型包括發(fā)送機(jī)、光通道和接收機(jī)。發(fā)送機(jī)與光通道之間定義S 參考點(diǎn)，光通道與接收機(jī)之間定義R 參考點(diǎn)，S 參考點(diǎn)與R 參考點(diǎn)之間為光通道。光再生段組成如圖所示第 4 章 光 纖 通 信 系 統(tǒng)47再生段評(píng)估：在實(shí)際組網(wǎng)應(yīng)用中通常有三種光傳輸設(shè)計(jì)方法：最壞值設(shè)計(jì)法：能夠滿足系統(tǒng)光接口的橫向兼容性，具有簡(jiǎn)單可靠的特點(diǎn)。但最壞值設(shè)計(jì)采用在系統(tǒng)所有組成均在最壞情況下保證系統(tǒng)正常

34、工作的設(shè)計(jì)思想，因此有些保守，導(dǎo)致資源的浪費(fèi)和建設(shè)成本的相對(duì)提高聯(lián)合設(shè)計(jì)法：不能保證系統(tǒng)光接口的橫向兼容性統(tǒng)計(jì)設(shè)計(jì)法：不能保證系統(tǒng)光接口的橫向兼容性，存在很小的系統(tǒng)先期失效概率，但能夠充分利用系統(tǒng)資源，降低工程建設(shè)成本半統(tǒng)計(jì)設(shè)計(jì)法：統(tǒng)計(jì)設(shè)計(jì)法的經(jīng)濟(jì)性和可靠性介于最壞值設(shè)計(jì)法和統(tǒng)計(jì)設(shè)計(jì)法之間。第 4 章 光 纖 通 信 系 統(tǒng)48再生段R-S的設(shè)計(jì) 為了更好地實(shí)現(xiàn)光接口橫向兼容性，用最壞值法設(shè)計(jì)同步光纜數(shù)字線路系統(tǒng)時(shí)，設(shè)備富余度與未分配的富余度都不再單獨(dú)進(jìn)行規(guī)范，而是分散給發(fā)送、接收端機(jī)、光纜。再生段距離的設(shè)計(jì)可以分為兩種情況來(lái)討論：損耗受限系統(tǒng)，即再生段距離由S 和R 點(diǎn)之間的光通道損耗決定色

35、散受限系統(tǒng)，即再生段距離由S 和R 點(diǎn)之間的光通道總色散所決定。損耗受限系統(tǒng)光再生段整個(gè)光通道損耗的組成如圖4 .11所示。圖中示意出原來(lái)的設(shè)備富余度Me 現(xiàn)在分散給了：光發(fā)送機(jī)（MeT ）光纖（MeL）光接收機(jī)（MeR ) 第 4 章 光 纖 通 信 系 統(tǒng)49PT：S點(diǎn)發(fā)送光功率（dBm ) ; PR: R點(diǎn)接收靈敏度（dBm ) ; Ac : S-R段的活動(dòng)連接器損耗（dB ) ，通常系統(tǒng)設(shè)備的尾纖經(jīng)光纜配線架連接到光纜線路，使用2 個(gè)活動(dòng)連接器；PP：S-R段光通道功率代價(jià)（dB ) ，由反射功率代價(jià)Pt 和色散功率代價(jià)Pd組成；Af：S-R段平均光纜損耗系數(shù)（dB/Km ) ， af

36、i：?jiǎn)伪P(pán)光纜的損耗系數(shù)（dB/Km) ; n ：S-R段內(nèi)光纜的盤(pán)數(shù)；As：S-R段平均焊接頭損耗（dB ) ，一般最壞值取值為0.1dB; asi：?jiǎn)蝹€(gè)光纖焊接頭的損耗（dB ) ， Lf：?jiǎn)伪P(pán)光纜的長(zhǎng)度（km ) ，一般取值2km; Mc ：每公里的光纜富余度(dB/km)。損耗受限系統(tǒng)計(jì)算：第 4 章 光 纖 通 信 系 統(tǒng)50對(duì)于最壞值設(shè)計(jì)，最大傳輸距離:公式中帶下標(biāo)m參數(shù)皆為相應(yīng)參數(shù)的最壞值。如光纜富余度按整個(gè)段總量留取MC，則變?yōu)椋哼@里MC為S-R 之間總光纜富余度，如光纜富余度總共留5dB 。第 4 章 光 纖 通 信 系 統(tǒng)51色散受限系統(tǒng) （1）決定色散限制最大傳輸距離的因素

37、是光纖色散系數(shù)和光源光譜特性。 色散受限系統(tǒng)的最大傳輸距離使用了ITU-T定義的光通路功率代價(jià)概念。 ITU-T 建議G.957 規(guī)定了一個(gè)通路由反射、碼間干擾、模分配噪聲以及激光器啁啾等因素引起的總退化造成的功率代價(jià)允許范圍為1dB 以下，而對(duì)于色散值較高的系統(tǒng)，如10G 以上系統(tǒng)，該功率代價(jià)可以放寬至2dB 。 （2）ITU-T G.957 定義的光通路功率代價(jià)主要包括： 發(fā)送眼圖的功率代價(jià)、消光比的功率代價(jià)、模式分配噪聲的功率代價(jià)、頻率啁啾的功率代價(jià)、碼間干擾的功率代價(jià)、偏振模色散的功率代價(jià)、光放大器的噪聲引入的功率代價(jià)和反射的功率代價(jià)8 種。其中影響較大的是碼間干擾、頻率啁啾和模式分配

38、噪聲的功率代價(jià)。 （3）確定所設(shè)計(jì)的再生段的許允總色散（ps/nm) 選擇合適的光接口及相應(yīng)的一整套光參數(shù)。最經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)應(yīng)該選擇光接口：最大色散值大于實(shí)際系統(tǒng)設(shè)計(jì)色散值，同時(shí)在滿足要求的各光接口中具有最小的最大色散值。第 4 章 光 纖 通 信 系 統(tǒng)52（4）色散受限系統(tǒng)最大無(wú)再生傳輸距離的最壞值可以用下式估算：DSR 為選定的標(biāo)準(zhǔn)光接口的S 和R 點(diǎn)之間允許的最大色散容限值，如12800 ps/nm; Dm為允許工作波長(zhǎng)范圍內(nèi)的最大光纖色散系數(shù)，單位為：ps/nm km。A. 使用多縱模激光器時(shí)系統(tǒng)色散受限的最大傳輸距離 多縱模激光器引起的頻率啁啾對(duì)最大傳輸距離的影響很小，所以使用多縱模激

39、光器的光纜線路系統(tǒng)的光通路功率代價(jià)僅需計(jì)算模式分配噪聲的功率代價(jià)和碼間干擾的功率代價(jià)兩項(xiàng)。而模式分配噪聲的功率代價(jià)和碼間干擾的功率代價(jià)均和相對(duì)展寬因子有關(guān)。相對(duì)展寬因子表示碼元脈沖經(jīng)過(guò)信道傳輸后脈沖的相對(duì)展寬值，其表達(dá)式如下所示：第 4 章 光 纖 通 信 系 統(tǒng)53B 使用單縱模激光器系統(tǒng)色散受限系統(tǒng)的最大傳輸距離 由于單縱模激光器的模式分配噪聲很小，所以其光通路功率代價(jià)僅需計(jì)算頻率啁啾的功率代價(jià)和碼間干擾的功率代價(jià)兩項(xiàng)。其中頻率啁啾帶來(lái)的功率代價(jià)又根據(jù)系統(tǒng)使用的激光器類型及系統(tǒng)碼速率的不同分成兩種情況。一般與激光器張弛振蕩周期Tc的一半 和系統(tǒng)的碼速率B 有關(guān)。Tc 和激光器的類型及其直流

40、偏置有很大關(guān)系，一般的典型取值為50250ps 。情況1 ：當(dāng)B 1/(2Tc)的時(shí)，激光器的頻率啁啾發(fā)生在整個(gè)光脈沖的持續(xù)時(shí)間之內(nèi)在這兩種情況下, 頻率啁啾的功率代價(jià)均和相對(duì)展寬因子有一定的關(guān)系，只是在不同的情況下，頻率啁啾功率代價(jià)的計(jì)算方法有所不同。采用這樣的方法，結(jié)果比較精準(zhǔn)，但是要先確定其相對(duì)展寬因子的值，所以相對(duì)來(lái)說(shuō)比較復(fù)雜。在實(shí)際工程中可以采用簡(jiǎn)單些的計(jì)算方法。第 4 章 光 纖 通 信 系 統(tǒng)54C 高斯脈沖近似計(jì)算：采用單縱模激光器的系統(tǒng)，光脈沖為高斯形，允許的脈沖展寬不超過(guò)10的發(fā)送脈寬，則可以得到一個(gè)十分簡(jiǎn)明的色散限制最大傳輸距離的近似計(jì)算公式如下： 為啁啾系數(shù)，為單縱模激

41、光器的中心波長(zhǎng)（nm) ，Dm為光纖的最大色散系數(shù)(ps/nm.km) , B為系統(tǒng)碼速率（Tbit/s）。以2.5Gbit/s系統(tǒng)為例，假設(shè)工作波長(zhǎng)1550nm, Dm 為17ps/nm.km，量子阱激光器（設(shè)=3），傳輸距離為90km EA 調(diào)制器（設(shè)=0.5），傳輸距離為560km 。實(shí)際系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析時(shí)，首先根據(jù)Ll式算出損耗受限的距離，再根據(jù)Ld式算出色散受限的距離，其中較短的距離為最大再生段距離。第 4 章 光 纖 通 信 系 統(tǒng)55應(yīng)用舉例：某光纖傳輸系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)合為長(zhǎng)距離局間通信（目標(biāo)距離40km80km) ，使用已敷設(shè)的G652 光纜，工作波長(zhǎng)為1550nm，系統(tǒng)投入使用后兩三

42、年容量需求為2.5Gbit/s。根據(jù)上述需求可選擇采用L-16.2 光接口，該光接口及相關(guān)各項(xiàng)參數(shù)如下：最小發(fā)送光功率PT：-2dBm 最差接收靈敏度PR: -28dBm允許最大色散值Dmax :1200ps / nm光纖活動(dòng)連接損耗Ac :0.2dB光纖光纜平均衰耗Af :0.23dB / km光纖光纜色散系數(shù)D: 17ps/nm. Km熔接接頭平均損耗As: 0.04dB / km光纜線路富余度Mc:0.05dB / km光功率代價(jià)PP:2dB第 4 章 光 纖 通 信 系 統(tǒng)56解：計(jì)算損耗受限最大傳輸距離為計(jì)算色散受限最大傳輸距離為因此，可以確定此系統(tǒng)的最大再生段距離為70 . 6km

43、 ，為色散限制系統(tǒng)。第 4 章 光 纖 通 信 系 統(tǒng)574.5 數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)的性能指標(biāo)網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)：誤碼性能、抖動(dòng)性能和可用性4.5.1 誤碼性能1 誤碼產(chǎn)生因素: 各種噪聲產(chǎn)生的誤碼，如接收端的熱噪聲、量子噪聲，發(fā)送端的模分配噪聲及光路上光反射引起的噪聲等，這些噪聲都是以隨機(jī)量為參數(shù)，使得抽樣的幅度變化產(chǎn)生的誤碼。由于光纖色散導(dǎo)致的碼間干擾引起的誤碼定時(shí)抖動(dòng)使抽樣時(shí)刻偏移產(chǎn)生的誤碼各種外界因素使得突發(fā)性跳變參數(shù)產(chǎn)生誤碼，如電源瞬態(tài)干擾、設(shè)備故障和電磁干擾等，這類誤碼主要是突發(fā)性的。第 4 章 光 纖 通 信 系 統(tǒng)582 誤碼性能參數(shù)的定義誤比特率BER: 描述的平均性。傳統(tǒng)上常用平均

44、誤比特率BER 來(lái)衡量系統(tǒng)的誤碼性能，即在某一規(guī)定的觀測(cè)時(shí)間內(nèi)發(fā)生差錯(cuò)的比特?cái)?shù)和傳輸比特總數(shù)之比，如1x10-10 。但平均誤碼率是一個(gè)長(zhǎng)期效應(yīng)，它只給出一個(gè)平均統(tǒng)計(jì)結(jié)果。塊差錯(cuò)：描述的空間性。有些誤碼呈突發(fā)性質(zhì)，除了平均誤碼率之外還應(yīng)該有一些短期度量誤碼的參數(shù)。對(duì)速率等于或高于基群的數(shù)字通道的誤碼性能的度量都以塊為基礎(chǔ)所謂“塊”：是通道、段中傳送的一些關(guān)聯(lián)、連續(xù)比特的集合。每個(gè)比特屬于且僅屬于一個(gè)塊。以“塊”為基礎(chǔ)進(jìn)行度量便于進(jìn)行在線誤碼性能監(jiān)測(cè)。ITU - T G826 和G828 規(guī)范了四個(gè)性能參數(shù)：誤塊秒比（ESR ）嚴(yán)重誤塊秒比（SESR ）背景誤塊比（BBER ）嚴(yán)重誤塊期強(qiáng)度（S

45、EPI ）第 4 章 光 纖 通 信 系 統(tǒng)59差錯(cuò)塊：當(dāng)塊內(nèi)的任意比特發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)，就稱該塊是差錯(cuò)塊（Errored Block , EB ) ，或稱為誤塊。誤塊秒：當(dāng)一秒時(shí)間內(nèi)具有一個(gè)或多個(gè)差錯(cuò)塊或至少一個(gè)缺陷時(shí)就稱該秒為誤塊秒（Errored Second, ES）。嚴(yán)重誤塊秒: 當(dāng)某一秒內(nèi)含有不少于30 的誤塊或者至少出現(xiàn)一種缺陷時(shí)，就以為該秒為嚴(yán)重誤塊秒(Severely Errored Second, SES)。背景塊差錯(cuò): 在扣除不可用時(shí)間和SES 期間出現(xiàn)的差錯(cuò)塊以后所剩下的差錯(cuò)塊，稱為背景塊差錯(cuò) (Background Block Error, BBE)。嚴(yán)重誤碼期: 3-9

46、個(gè)之間的連續(xù)嚴(yán)重誤塊秒的時(shí)間為嚴(yán)重誤碼期(Severely Errored Period; SEP)。誤塊秒比: 在規(guī)定測(cè)量間隔內(nèi)出現(xiàn)的ES 數(shù)與總的可用時(shí)間之比，稱為誤塊秒比(Errored Second Ratio, ESR)。嚴(yán)重誤塊秒比: 在規(guī)定測(cè)量時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)的SES 數(shù)與總的可用時(shí)間之比，稱為嚴(yán)重誤塊秒比(Severely Errored Second Ratio, SESR)。第 4 章 光 纖 通 信 系 統(tǒng)60背景塊差錯(cuò)比: BBE 數(shù)與扣除不可用時(shí)間和SES 期間所有塊數(shù)后的總塊數(shù)之比，稱為背景塊差錯(cuò)比（Background Block Error Ratio , BBER）

47、。嚴(yán)重誤碼期強(qiáng)度：可用時(shí)間內(nèi)嚴(yán)重誤碼期事件數(shù)與總可用時(shí)間秒之比，稱為嚴(yán)重誤碼期強(qiáng)度（Severely Errored Period Intensity, SEPI ），單位：1 （件）/ s 。可用時(shí)間：連續(xù)10s 內(nèi)每秒均為非SES ，從這10 秒鐘的第一秒起就認(rèn)為進(jìn)入了可用時(shí)間。不可用時(shí)間：連續(xù)10s 內(nèi)每秒均為SES ，從這10 秒鐘的第一秒起就認(rèn)為進(jìn)入了不可用時(shí)間。第 4 章 光 纖 通 信 系 統(tǒng)614.5.2 抖動(dòng)、漂移性能1. 抖動(dòng)(Jitter)：現(xiàn)象、定義、物理、規(guī)律定時(shí)抖動(dòng)（簡(jiǎn)稱抖動(dòng)）: 抖動(dòng)是一個(gè)數(shù)字信號(hào)的有效瞬時(shí)在時(shí)間上偏離其理想位置的短期的、非積累性的偏離。抖動(dòng)度量單

48、位可以是相位，單位UI,也可以是時(shí)間單位s。一般變化頻率高于10Hz的相位變化為抖動(dòng)。 抖動(dòng)會(huì)對(duì)傳輸質(zhì)量甚至整個(gè)系統(tǒng)的性能產(chǎn)生惡劣影響，如會(huì)使信號(hào)發(fā)生失真，使系統(tǒng)的誤碼率上升以及會(huì)產(chǎn)生或丟失比特導(dǎo)致幀失步等。單位間隔UI （Unit Interval）第 4 章 光 纖 通 信 系 統(tǒng)62抖動(dòng)的機(jī)理：如系統(tǒng)中的時(shí)鐘不穩(wěn)定、各種噪聲（熱噪聲、散粒噪聲及倍增噪聲等）、碼間干擾以及SDH 中的映射、指針調(diào)整等都可引起抖動(dòng)。抖動(dòng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的性能影響：(1) 對(duì)數(shù)字編碼的模擬信號(hào)，在解碼后數(shù)字流的隨機(jī)相位抖動(dòng)使恢復(fù)后的樣值具有不規(guī)則的相位，從而造成輸出模擬信號(hào)的失真，形成所謂抖動(dòng)噪聲；(2) 在信號(hào)再生時(shí)，

49、定時(shí)的不規(guī)則性使有效判決點(diǎn)偏離接收眼圖的中心，從而降低了信噪比余度，直至發(fā)生誤碼；在SDH網(wǎng)中，像同步復(fù)用器等配有緩存器的網(wǎng)元，過(guò)大的輸入抖動(dòng)會(huì)造成緩存器的溢出或取空，從而產(chǎn)生滑動(dòng)損傷。2. 漂移(Wander)漂移是一個(gè)數(shù)字信號(hào)的有效瞬時(shí)在時(shí)間上偏離其理想位置的長(zhǎng)期的，非積累性的偏離。一般變化頻率低于大約10Hz就屬于較慢的變化。3. 抖動(dòng)和漂移的區(qū)別實(shí)際數(shù)字信號(hào)存在相位噪聲，抖動(dòng)是相位噪聲的高頻成份，漂移是相位噪聲的低頻成份，工程中以10Hz為界劃分高頻、低頻。第 4 章 光 纖 通 信 系 統(tǒng)63第 4 章 光 纖 通 信 系 統(tǒng)64漂移的原因：引起漂移最普遍的原因是環(huán)境溫度的變化。因?yàn)?/p>

50、環(huán)境溫度的變化，可能導(dǎo)致光纖傳輸性能的變化、時(shí)鐘變化以及激光二極管發(fā)射波長(zhǎng)的偏移等，從而產(chǎn)生漂移。SDH 網(wǎng)絡(luò)中指針調(diào)整可能產(chǎn)生漂移；時(shí)鐘噪聲、相位瞬變也會(huì)引起漂移。漂移可以簡(jiǎn)單地理解為信號(hào)傳輸延時(shí)的慢變化，引起傳輸信號(hào)比特偏離時(shí)間上的理想位置，結(jié)果使輸入信號(hào)比特不能正確判決，產(chǎn)生誤碼。第 4 章 光 纖 通 信 系 統(tǒng)654.6 光纖放大器及其在光纖通信系統(tǒng)中的應(yīng)用 在光放大器出現(xiàn)之前:由于光纖損耗所限制數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的中繼距離一般為80公里。中繼距離之間的中繼器：波形畸變的、功率微弱的光信號(hào)=電信號(hào)，經(jīng)放大再整形R、再判決R、再生成R；電信號(hào)=光信號(hào)，即要經(jīng)過(guò)O/E/O進(jìn)行中繼。光放大器

51、: 直接對(duì)光信號(hào)進(jìn)行放大，解決了光纖損耗對(duì)光傳輸網(wǎng)絡(luò)傳輸距離的限制；在密集波分復(fù)用系統(tǒng)中對(duì)幾十路的不同波長(zhǎng)信號(hào)同時(shí)放大；降低了系統(tǒng)設(shè)備成本和運(yùn)行維護(hù)成本，在光通信領(lǐng)域中具有里程碑意義。第 4 章 光 纖 通 信 系 統(tǒng)66光放大器分類光纖放大器Optical Fiber Amplifier, OFA：放大介質(zhì)為光纖或摻稀土元素的光纖。OFA根據(jù)放大機(jī)制不同分為：摻餌光纖放大器（Erbium Doped Fiber Amplifier, EDFA）喇曼光纖放大器( Raman Fiber Amplifier, RFA），使用的是普通單模光纖半導(dǎo)體光放大器Semiconductor Optical

52、 Amplifier, SOA ：放大介質(zhì)為半導(dǎo)體晶體材料構(gòu)成的正向偏壓的P-N結(jié)。第 4 章 光 纖 通 信 系 統(tǒng)67摻餌光纖放大器EDFA1. EDFA 的工作原理工作波長(zhǎng)窗口：1550nm，與光纖的低損耗窗口一致?lián)金D光纖：石英光纖作基礎(chǔ)材料，在光纖芯子中摻入一定比例的稀土元素鉺離子（Er3+），形成摻鉺光纖。50nm, 50nm x 100GHz/0.8nm=6250GHz能級(jí)結(jié)構(gòu)：泵浦方式：980nm or/and 1480nm 第 4 章 光 纖 通 信 系 統(tǒng)68 噪聲：自發(fā)輻射Amplified Spontaneous Emission, ASE 泵浦效率和噪聲: 泵浦效率/噪

53、聲= 980nm低/噪聲小；1480nm高/噪聲大。 前置EDFA: 980nm; Booster 推動(dòng)EDFA：980+1480nm 均衡濾波器：平坦濾波器第 4 章 光 纖 通 信 系 統(tǒng)692 . EDFA的結(jié)構(gòu) EDFA = 摻餌光纖 + 泵浦源 + 波分復(fù)用器 + 光隔離器 + 光濾波器 摻餌光纖：提供放大 泵浦源：提供足夠強(qiáng)的泵浦功率 波分復(fù)用器：將信號(hào)光與泵浦光合在一起輸入到摻餌光纖中 光隔離器: 保證光單向傳輸，以防由于光反射形成光振蕩以及反饋光引起信號(hào)激光器工作狀態(tài)的紊亂 光濾波器: 濾除光放大器中的ASE 噪聲，提高EDFA 的信噪比。 第 4 章 光 纖 通 信 系 統(tǒng)7

54、02 . EDFA的泵浦方式 同向泵浦 反向泵浦 雙向泵浦 第 4 章 光 纖 通 信 系 統(tǒng)71輔助電路：泵浦光源：工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制EDFA 輸入和輸出：光信號(hào)的強(qiáng)度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果適當(dāng)調(diào)節(jié)泵浦光源的工作參數(shù)，使EDFA 工作在最佳狀態(tài)。自動(dòng)溫度控制自動(dòng)功率控制保護(hù)功能控制 第 4 章 光 纖 通 信 系 統(tǒng)724 . EDFA 的基本性能增益、輸出功率、噪聲(1) 增益特性輸出功率與輸入功率之比。EDFA 的增益大小與多種因素有關(guān)，增益一般為15dB40dB 。 增益與泵浦功率： 小信號(hào)輸入時(shí)的增益大于大信號(hào)輸入時(shí)的增益。若定義增益系數(shù)dB為零時(shí)的泵浦光功率為泵浦閾值功率Pth

55、，則當(dāng)PP/ Pth 大于3時(shí)，放大器增益出現(xiàn)飽和，即泵浦功率增加很多，而增益基本保持不變。此時(shí)放大器的增益效率（圖中曲線的斜率）將隨著泵浦功率的增加而下降。信號(hào)光輸入功率增加第 4 章 光 纖 通 信 系 統(tǒng)73 增益與摻餌光纖長(zhǎng)度的關(guān)系:開(kāi)始時(shí)增益隨摻餌光纖長(zhǎng)度的增加而上升，但光纖超過(guò)了一定長(zhǎng)度之后，增益反而逐漸下降，因此存在一個(gè)可獲得最佳增益的摻餌光纖長(zhǎng)度。這一長(zhǎng)度只能是最大增益長(zhǎng)度，而不是摻餌光纖的最佳長(zhǎng)度，因?yàn)樽罴验L(zhǎng)度還牽涉到EDFA 的噪聲特性表現(xiàn)等。一般摻餌光纖最佳長(zhǎng)度在幾十米至一二百米。第 4 章 光 纖 通 信 系 統(tǒng)74（2）輸出功率特性 理想的EDFA：不管輸入功率多高，

56、光信號(hào)都能按同樣的增益被放大。 實(shí)際的EDFA： 當(dāng)輸入功率增加時(shí)，受激輻射加快，以至于減弱了粒子反轉(zhuǎn)分布的程度，使受激輻射光減弱，輸出功率趨于飽和。如圖： 最大輸出功率-3dB 飽和輸出功率：指當(dāng)飽和增益下降3dB 時(shí)所對(duì)應(yīng)的輸出功率。該參數(shù)反映了EDFA 的最大功率輸出能力。 泵浦光功率越大，3dB 飽和輸出功率越大； 摻餌光纖長(zhǎng)度越長(zhǎng)，3dB 飽和輸出功率也越大。 飽和狀態(tài)下的輸出功率與飽和輸出功率不同。飽和狀態(tài)下的輸出功率是指放大器所能達(dá)到的最大功率，在高飽和狀態(tài)下，泵浦光與信號(hào)光達(dá)到完全的能量轉(zhuǎn)換時(shí)，最大輸出功率可以同輸入泵浦功率相等甚至更大。第 4 章 光 纖 通 信 系 統(tǒng)75(

57、 3 ）噪聲特性EDFA 的輸出光 =信號(hào)光 + 自發(fā)輻射光。EDFA 的噪聲主要有4 種： 信號(hào)光的散粒噪聲 被放大的自發(fā)輻射光ASE的散粒噪聲 自發(fā)輻射ASE 光譜與信號(hào)光之間的差拍噪聲 自發(fā)輻射ASE 光譜間的差拍噪聲。 NF越小，信噪比越高 以上4 種噪聲中，后兩種影響最大，尤其是第三種噪聲是決定EDFA 性能的主要因素。衡量EDFA 的噪聲特性可用噪聲系數(shù) NF 來(lái)度量， 噪聲系數(shù) NF：EDFA 的輸入信噪比與輸出信噪比的比值（用dB 表示）。它與同相傳輸?shù)淖园l(fā)輻射頻譜密度和放大器增益密切相關(guān)，與輸入信號(hào)功率、泵浦功率和泵浦方式等有關(guān)。第 4 章 光 纖 通 信 系 統(tǒng)76 噪聲系

58、數(shù) NF一般表現(xiàn)為以下3 點(diǎn)： 在輸入小信號(hào)情況下，NF隨著輸入信號(hào)光功率的增大而略有減??；飽和狀態(tài)時(shí)，NF隨信號(hào)功率的增大而增大；這是由于受激輻射轉(zhuǎn)換為信號(hào)光子的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)隨信號(hào)光功率的增大而增多，與之對(duì)應(yīng)，供自發(fā)輻射放大的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)相對(duì)減??；在小信號(hào)增益保持恒定時(shí)，ASE 功率的減小將導(dǎo)致噪聲系數(shù)的減小，當(dāng)EDFA 進(jìn)入飽和工作狀態(tài)后，盡管放大過(guò)程ASE 的抑制增強(qiáng)，但是由于飽和增益下降得較快，以致噪聲系數(shù)反而隨信號(hào)功率的增大而增大。 噪聲系數(shù)隨著泵浦功率的增加而減小。EDFA 的噪聲功率由兩部分組成，一部分是每一小段光纖產(chǎn)生的自發(fā)輻射，而大部分是該段光纖對(duì)前部光纖產(chǎn)生的自發(fā)輻射的放大，即

59、放大的自發(fā)輻射。泵浦功率越大，前一部分所占的比重就越小，因?yàn)殡m然輸出噪聲功率隨泵浦功率的增大而增大，但是信號(hào)同樣也獲得增益，因而每一段光纖產(chǎn)生的自發(fā)輻射的比重較小，所以總的信噪比提高，即噪聲系數(shù)（NF ）降低。第 4 章 光 纖 通 信 系 統(tǒng)77 EDFA 3種常見(jiàn)的同向泵浦、反向泵浦和雙向泵浦方式的小信號(hào)增益和噪聲系數(shù)相差不多，但是由于這3 種泵浦方式都能使整個(gè)光纖的鉺離子處于完全反轉(zhuǎn)的狀態(tài)，所以信噪比惡化基本相同；當(dāng)摻鉺光纖長(zhǎng)度增大時(shí)，同向泵浦形式輸出功率最小，ASE 功率最小，因而噪聲系數(shù)最低，噪聲性能好；雙向泵浦形式的噪聲系數(shù)居中，輸出功率居中，泵浦器件多；反向泵浦形式的噪聲系數(shù)最高

60、，噪聲性能差，可獲得較高的輸出功率。不同的泵浦方式，存在著不同的摻鉺光纖長(zhǎng)度，使EDFA 的性能達(dá)到最佳。理論與實(shí)踐已經(jīng)證明，對(duì)于任何利用受激輻射進(jìn)行放大的光放大器，其噪聲系數(shù)的最小值為3dB ，這個(gè)極限就被稱為量子極限。980nm 泵浦 ，噪聲系數(shù)可以接近該極限，約為3.2dB -3.4dB 1480nm 泵浦，最小噪聲系數(shù)約為4dB 。 第 4 章 光 纖 通 信 系 統(tǒng)78 EDFA 向著復(fù)合結(jié)構(gòu)發(fā)展：在摻鉺光纖中插入合適的光學(xué)器件可以平坦放大器的增益抑制反向ASE 和瑞利散射；實(shí)現(xiàn)增益控制和輸出限制放大器，充分利用泵浦光功率等。小信號(hào)增益已達(dá)到54dB ，噪聲系數(shù)接近量子極限。商用ED