光技術與光纖通信4章(改底)

光技術與光纖通信云南大學信息學院通信工程系

宗容光纖通信第四章光纖通信系統(tǒng)光技術與光纖通信第一章概述第二章

光纖與光纜第三章通信用光器件第四章光纖通信系統(tǒng)第五章光纖通信中的高新技術第四章光纖通信系統(tǒng)§4.1光端機§4.2數(shù)字光纖通信系統(tǒng)§4.3模擬光纖通信系統(tǒng)§4.4光纜系統(tǒng)的測量方法§4.5光纜工程的驗收與維護§4.1光端機一、光發(fā)射機二、光接收機三、線路編碼一、光發(fā)射端機數(shù)字光發(fā)射機的原理框圖光發(fā)射機應滿足的要求光源的調(diào)制光源的驅(qū)動電路激光器的溫度控制與功率控制電路光源與光纖的耦合1、數(shù)字光發(fā)射機的原理框圖光發(fā)射機的主要功能是將電端機送來的電信號轉(zhuǎn)換為適合于光纖中傳輸?shù)墓庑盘枺湓砜驁D如下：線路編碼控制電路光纖光源調(diào)制電路LED/LD電信號光信號2、光發(fā)射機應滿足的要求光發(fā)射機的設計應滿足系統(tǒng)提出的技術要求如下：穩(wěn)定的輸出功率。輸出光功率通常指耦合進光纖的光功率，即入纖功率，根據(jù)不同系統(tǒng)的要求，通常在0.01~5mW范圍內(nèi)，并要求在環(huán)境溫度變化或器件老化過程中，輸入光功率要保持恒定。消光比EXT應盡量小，一般應小于0.1。消光比也稱光脈沖的斷通功率比EXT＝Poff/Pon，是指激光器在全“0”碼時發(fā)送的功率與全“1”碼時發(fā)送的功率之比，為保證接收機的靈敏度不受或少收影響，EXT應盡量小。輸出光脈沖的上升時間、下降時間、和延遲時間應盡量短。應盡量抑制馳豫振蕩。3、光源的調(diào)制－1將電信號轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘柾ǔＳ袃煞N形式：直接調(diào)制和間接調(diào)制直接調(diào)制方法適用于半導體光源，它將要傳送到信息轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏餍盘栕⑷牍庠?，獲得相應的光信號輸出。輸出光波電場幅值的平方與調(diào)制信號成正比，是一種光強度調(diào)制(IM)。間接調(diào)制是利用晶體的電光、磁光、聲光效應等性質(zhì)對光輻射進行調(diào)制，既適用半導體光源，也適用于其它類型的光源。光源的調(diào)制－2間接調(diào)制最常用的是外調(diào)制的方法，即在光輻射產(chǎn)生后再加載調(diào)制信號。其具體方法是在激光器輸出端外的光路上放置光調(diào)制器，在調(diào)制器上加調(diào)制調(diào)壓，使通過調(diào)制器的光束得到調(diào)制。間接調(diào)制可以采用鈮酸鋰調(diào)制器(L－M)、電吸收調(diào)制器(EAM)和Ⅲ/Ⅴ族馬赫－曾德干涉型調(diào)制器(MZ-M)實現(xiàn)對強度調(diào)制直接檢波(IM-DD)光波系統(tǒng)，并非一定要采用外調(diào)制的方案，但在高速長距離光波系統(tǒng)中，采用間接調(diào)制有利于提高系統(tǒng)的性能。在PSK相干光纖通信系統(tǒng)的發(fā)射機中，一般用外調(diào)制器，這將在后面章節(jié)中進行討論。兩種調(diào)制方案(a)直接調(diào)制(b)間接調(diào)制(外調(diào)制)光源的調(diào)制－3直接調(diào)制技術具有簡單、經(jīng)濟和容易實現(xiàn)等優(yōu)點，由于光源的輸出光功率基本上與注入電流成正比，因此調(diào)制電流變化轉(zhuǎn)換為光頻調(diào)制是一種線性調(diào)制。按調(diào)制信號形式，光調(diào)制可分為模擬信號調(diào)制和數(shù)字信號調(diào)制兩種。模擬信號調(diào)制是直接用連續(xù)的模擬信號(如話音和視頻信號)對光源進行調(diào)制，連續(xù)的模擬信號電流疊加在直流偏置電流上。適當選擇直流偏置電流的大小，可以減小光信號的非線性失真。光源的調(diào)制－4數(shù)字信號調(diào)制主要指PCM編碼調(diào)制，先將連續(xù)變化的模擬信號通過取樣、量化和編碼，轉(zhuǎn)換成一組二進制脈沖代碼，用矩形脈沖的有(“1”碼)無(“0”碼)來表示信號。直接光強數(shù)字調(diào)制原理(a)LED數(shù)字調(diào)制原理(b)LD的數(shù)字調(diào)制原理共發(fā)射極驅(qū)動電路射極耦合LD驅(qū)動電路4、光源的驅(qū)動電路反饋穩(wěn)定LD驅(qū)動電路溫度引起的光輸出的變化5、激光器的溫度控制與功率控制電路溫度控制方框圖激光器致冷器熱敏電阻控制電路熱導ATC電路原理APC電路原理6、光源與光纖的耦合光源與光纖耦合的有效程度都用耦合效率或耦合損耗來表示，其大小取決于光源和光纖的類型。LED與單模光纖的耦合效率ηc<1%，LD與單模光纖的耦合效率的典型值為ηc＝30～50%二、光接收端機1、光接收機的原理框圖及各部分的作用2、光接收機的電路結(jié)構(gòu)和特性光接收機的前端光接收機的線性通道數(shù)據(jù)重建電路集成光接收機3、光接收機的噪聲4、數(shù)字光接收機的靈敏度5、光中繼器與分插復用器1、光接收機的原理框圖及各部分的作用數(shù)字光接收機的功能是：把經(jīng)光纖傳輸后幅度被衰減、波形被展寬的微弱光信號轉(zhuǎn)換為電信號，并放大處理，恢復為原發(fā)射機的數(shù)字序列光信號經(jīng)光纖傳輸?shù)竭_接收端有兩個問題：①幅度衰減（有損耗）；②脈沖展寬（有色散）光電檢測器前置放大器主放大器均衡濾波判決器譯碼器AGC電路時鐘恢復光信號電信號輸出光接收機的原理框圖接口電路接收機各部分的作用－1光電檢測器：將光信號轉(zhuǎn)換為電信號前置放大器：低噪聲放大，其噪聲直接影響到接收機靈敏度的高低主放大器：放大信號并具有增益調(diào)節(jié)功能，使入射光功率在一定范圍內(nèi)變化時，輸出幅度保持恒定均衡濾波：對失真的波形進行補償（均衡），保證判決時無碼間干擾，即將輸出波形均衡成具有升余弦頻譜，判決時消除碼間干擾時鐘恢復：從信號中提取同步時鐘接收機各部分的作用-2判決器：在時鐘作用下再生出原信號譯碼器：與光發(fā)射機中的線路編碼（或擾碼）相對應AGC電路：自動增益控制，保證光接收機具有一定的輸入動態(tài)范圍接口電路：解決光接收機和電接收機之間阻抗和電壓的匹配問題，保證光接收機輸出信號順利地送入電接收機

前三者解決問題1，4~6解決問題2原理框圖又可分為3部分：接收機的前端部分、線性通道、再生電路部分數(shù)字光接收機方框圖2、光接收機的電路結(jié)構(gòu)和特性①光接收機的前端光接收機的前端電路由光電二極管和前置放大器構(gòu)成。其作用是將光纖線路末端耦合到光電二極管的光比特流轉(zhuǎn)換為時變電流，然后進行預放大，以便后級作進一步處理前置放大器主要是提高信噪比光接收機的前端電路－1有三種常用前置放大器：低阻型前端：簡單，易于實現(xiàn)，對均衡器要求較低，因為帶寬寬，高頻損失小，補償容易，前置級的動態(tài)范圍也較大，但靈敏度較低，噪聲比較高高阻型前端：與低阻型前端相反。為減小低阻抗前端熱噪聲，可采用此設計方案，但是負載阻抗增大后，將使前置放大器動態(tài)范圍縮小，而且當比特率較高時，輸入端信號的高頻分量損失過大，對均衡電路要求較高，很難實現(xiàn)，所以它一般只適用于低速系統(tǒng)光接收機前端電路－2跨(互)阻型前端：該前端是將負載電阻連接為反相放大器的反饋電阻，因而又稱互阻抗前端，它是一個性能優(yōu)良的電流—電壓轉(zhuǎn)換器，即使負載電阻很高，而負反饋使有效輸入阻抗降低G倍，G是前置放大器的增益，從而使其帶寬比高阻抗前端增加了G倍，動態(tài)范圍也提高了，所以具有頻帶寬、噪聲低、靈敏度高、動態(tài)范圍大等綜合優(yōu)點，被廣泛采用。一般有兩級放大，第一級為電壓負反饋，第二級為射極補償電路，以提升高頻分量新型前放：采用InGaAs光電二極管和微波場效應管FET混合集成技術，制成PIN—FET前端封裝管，可獲得良好性能光接收機的前置極放大電路(a)雙極型晶體管(b)場效應管(c)跨阻型雙極型晶體管：低阻型前放，電路的時間常數(shù)RC小于信號脈沖寬度T，因而碼間干擾小，適用于高速率傳輸系統(tǒng)；場效應管：高阻型前放，噪聲小，高頻特性較差，適用于低速率傳輸系統(tǒng)；跨阻型：改善了帶寬特性和動態(tài)范圍。并具有良好的噪聲特性②光接收機的線性通道光接收機的線性通道由一個高增益放大器(主放大器)和一個低通濾波器組成。有時在主放大器前接入一個均衡器以校正前端有限的帶寬。自動增益控制(AGC)將放大器的平均輸出電壓限制在固定電平而不隨輸入光功率而變。低通濾波器使電壓脈沖整形，降低噪聲，控制可能出現(xiàn)的碼間串擾(ISI)。接收機噪聲正比于接收機帶寬，為降低噪聲，采用帶寬Δf小于B的低通濾波器接收機設計中其它部件的帶寬均大于濾波器帶寬，因此接收機帶寬主要由線性通道的低通濾波器決定。當Δf<B時，電脈沖展寬超過了規(guī)定時隙的檢測，引起碼間串擾，濾波器設計時應避免產(chǎn)生這種現(xiàn)象。③數(shù)據(jù)重建電路由判決電路和時鐘恢復電路組成。其任務是把線性通道輸出的升余弦波形恢復成數(shù)字信號。即從放大器輸出的信號與噪聲混合的波形中提取碼元時鐘，并逐個地對碼元波形進行判決，以得到原始碼流。判決碼元主要是確定判決時刻(峰值點上)、判決電平(40~50%的峰值)、碼元寬度(取決于時鐘周期)。最佳取樣時間相應于在“1”和“0”信號電平相差最大位置，可由眼圖決定。④集成光接收機集成光接收機的倒裝式結(jié)合光電子集成技術3、光接收機的噪聲接收系統(tǒng)的噪聲說明量子噪聲：因接收光子數(shù)的起伏引起的噪聲內(nèi)部散彈噪聲：由探測器本身產(chǎn)生電子數(shù)的無規(guī)則起伏而引起的噪聲暗電流噪聲：無光照時產(chǎn)生的電流所引起的噪聲背景噪聲：由環(huán)境的輻射光波所產(chǎn)生的噪聲放大器噪聲：一是電阻熱運動產(chǎn)生，二是有源器件的輸入輸出有波動引起光檢測器放大器偏置電阻光子流RL量子噪聲暗電流噪聲漏電流噪聲APD倍增噪聲放大器噪聲熱噪聲接收機噪聲及其分布4、數(shù)字光接收機的靈敏度(1)接收機的常用參數(shù)誤碼率(BER)靈敏度動態(tài)范圍(2)理想光接收機的靈敏度(3)光接收機靈敏度的惡化(1)接收機的常用參數(shù)1.誤碼率(BER)定義：傳輸碼流中出現(xiàn)誤差的概率工程上：不同時間測BER不同規(guī)定測24小時對瞬時有一大誤碼，平均后很小，則需用其它參數(shù)來衡量，如誤碼秒標準：ITU-T規(guī)定，BER=10-9，設計時要求BER=10-11當BER=10-6時系統(tǒng)告警，BER=10-3時系統(tǒng)倒換計算誤碼率的示意圖(1)接收機的常用參數(shù)2.靈敏度定義：為保證一定誤碼率(BER)，光接收機所需要接收的最小光功率。單位：dBm

(dBm)=10lg功率值/1mw(1個mw為0dBm)意義：接收機接收微弱信號的能力如-40dBm和-45dBm，應選擇-45dBm(1)接收機的常用參數(shù)3.動態(tài)范圍定義：在保證一定的BER的前提下，所允許接收到最大光功率和最小光功率之比。單位：dB意義：對輸入信號的適應能力例如：某發(fā)射極發(fā)射功率－3dBm，光纖線路長40km，線路損耗0.5dB/km，接收機靈敏度為－29dBm,動態(tài)范圍為20dB，問接收機能否接收到該信息。誤碼率BER隨Q參數(shù)的變化Q—超擾比當Q>7時，BER<10-12，Q=6時，BER＝10-9,接收機靈敏度相當于Q=6時的平均光功率(2)理想光接收機的靈敏度理想光接收機的條件：①系統(tǒng)的頻帶無限寬(任何頻率份量無損失，發(fā)1個光脈沖，收1個光脈沖)②光源消光比為零(發(fā)0碼時，接收光能為零)③光檢測器暗電流為零(發(fā)0碼時，檢測器輸出為零)④放大器無噪聲(傳0碼時，放大器輸出為零)由以上假設條件，發(fā)0收1的可能不存在，誤碼只發(fā)生在發(fā)1收0的情況。(2)理想光接收機的靈敏度分析：光子計數(shù)法光入射時，產(chǎn)生的電子－空穴對的數(shù)目和時間無法精確測量，它服從泊松分布P(n)=Nn

e-N/n!其中n—產(chǎn)生的電子空穴對數(shù)目N—產(chǎn)生的電子空穴對數(shù)目的平均值P(n)—產(chǎn)生的電子空穴對數(shù)目為n時的概率理想光接收機的靈敏度設bmax為“1”碼時所含的平均光能BER=P(n=0)=EXP(-bmax/hf)若BER=10-9，則bmax=21hf

（21個光子）即在理想光接收機中，在誤碼率為10-9的條件下，“1”碼中至少得有21個光子靈敏度Pmin=bmax/2Tη=10.5hfB/ηB=1/T——為碼速21個光子——也稱量子極限理想光接收機的靈敏度波長λ/μm1.311.55速率fb/(Mb.s-1)34140140622靈敏度Pr/dBm-71.1-63.8-65.7-59.2典型短波長光接收機靈敏度與傳輸速率的關系實測誤碼率與平均接收光功率的關系(3)光接收機靈敏度的惡化實際光發(fā)送機發(fā)出的信號并非理想比特流，并在光纖傳輸過程中可能變形。在這種非理想條件下與僅考慮接收機噪聲而導出的靈敏度的值相比，接收機要求的最小平均光功率增大了，這個增量稱為功率代價，也稱靈敏度惡化。造成功率代價的因素主要有:一類是光信號在光纖中傳輸時發(fā)生的，不傳輸就不存在；另一類是即使沒有光纖，不傳輸也存在；(3)光接收機靈敏度的惡化主要介紹后一類因素導致的惡化消光比引起的靈敏度惡化

------功率代價隨消光比而增大強度噪聲引起的靈敏度變化取樣時間抖動引起的靈敏度惡化5、光中繼器與分插復用器光中繼器分插復用器(ADM)STM-1分插復用器（ADM）功能1.5263445140155Mbit/s電源公務告警TMN接口STM-1終端設備155Mbit/s155Mbit/s三、線路編碼1、作用①將電纜中傳輸?shù)恼摌O性碼變?yōu)楣饫w中可傳輸?shù)膯螛O性碼②減少碼流中長連“0”或連“1”的數(shù)目，使“0”碼和“1”碼分布均勻，便于時鐘信號的提?、蹖崿F(xiàn)運行誤碼監(jiān)測，利于長途通信系統(tǒng)的維護三、線路編碼－1④提供一定的冗余碼，用于平衡碼流、傳輸監(jiān)控、公務、區(qū)間等通信，但對高速光纖通信系統(tǒng)，應適當減少冗余碼，以免占用過大帶寬⑤減少碼流中的直流基線的起伏和低頻分量，提高輸出功率的穩(wěn)定性和減小碼間干擾，有利于提高光接收機的靈敏度線路編碼-22、光纖通信中的線路碼型數(shù)字光纖通信系統(tǒng)常用的線路碼型有：擾碼、mBnB碼、插入碼（1）擾碼為了保證傳輸?shù)耐该餍?，在系統(tǒng)光發(fā)射機的調(diào)制器前，需要附加一個擾碼器，將原始的二進制碼序列加以變換，使其接近于隨機序列。相應地，在光接收機的判決器之后，附加一個解擾器，以恢復原始序列。擾碼與解擾可由反饋移位寄存器和對應的前饋移位寄存器實現(xiàn)。線路編碼-3擾碼改變了“1”碼和“0”碼的分布,從而改善了碼流動一些特性。例如：擾碼前：1100000011000……

擾碼后：1101110110011……但是，擾碼仍具有下列缺點：①不能完全控制長串連“1”和長串連“0”序列的出現(xiàn)②沒有引入冗余，不能進行在線誤碼監(jiān)測③信號頻譜中接近于直流的分量較大，不能解決基線漂移因為擾碼不能完全滿足光纖通信對線路碼型的要求，所以許多光纖通信設備除采用擾碼外，還采用其它類型的線路編碼線路編碼-4（2）mBnB碼mBnB碼是把輸入的二進制原始碼流進行分組，每組有m個二進制碼，記為mB，稱為一個碼字，然后把一個碼字變換為n個二進制碼，記為nB，并在同一個時序內(nèi)輸出。這種碼型是把mB變換為nB，所以稱為mBnB碼，m和n都是正整數(shù)，n>m，一般選取n=m+1。碼速為n/m。mBnB碼有1B2B、3B4B、5B6B、8B9B、17B18B等線路編碼-51.偽雙極性碼(CMI和DMI碼)電纜通信的PCM技術中常用雙極性碼(AMI碼)如HDB3碼，它的“1”電平采用正、負脈沖互相交替，從而消除了直流分量。光纖中將此碼型適當變換，成為相當于AMI碼的單極性碼，從而獲得電纜通信中AMI碼的優(yōu)點，稱為偽雙極性碼。規(guī)則：以兩個比特的數(shù)字脈沖表示原來的一個碼字。線路編碼-6二電平碼AMI(HDB3)CMIDMI000101(在+之后)10(在+之后)1-00(交替)00+11(交替)11CMI中僅用了三個，還有一個未用，未選用的組合稱為禁字，在接收端若出現(xiàn)禁字，則為誤碼線路編碼-7特點：①“0”“1”均等，連“0”和連“1”數(shù)限制在2或3,直流基線也無起伏②可自檢誤碼③冗余度大，碼速率增加一倍，需要更高帶寬度傳輸線1B2B碼＝CMI碼其中禁字為10線路編碼-72.2B3B碼WDS為碼字數(shù)字和，用來描述碼字的均勻性，即在nB碼中，－1代表“0”碼，+1代表“1”碼，整個碼字的代數(shù)和即為WDS信號碼(2B)線路碼(3B)模式1模式2碼字WDS碼字WDS000001-1001-1101010-1010-1210100-11003輸入3B輸出4B00000001000001000110010100010101001100111011100010011001010101110111001101110111011111113B和4B的碼字nB碼的選用原則是：盡可能選擇|WDS|最小的碼字，禁止使用|WDS|最大的碼字。信號碼(3B)線路碼(4B)模式1(正組)模式2(負組)碼字WDS碼字WDS00001011+20100-210011110+20001-22010010100101030110110001100410010010100105101101001010061100111+21000-271111101+20010-2一種3B和4B碼表信號碼(5B)線路碼(6B)模式1(正組)模式2(負組)碼字WDS碼字WDS000000010111+2101000-2100001100111+2011000-2200010011011+2100100-230001100011100001110400100101011+2010100-2500101001011000101106001100011010001101070011100111000011100一種5B和6B碼表-1信號碼(5B)線路碼(6B)模式1(正組)模式2(負組)碼字WDS碼字WDS801000110011+2001100-2901001010011001001101001010010101001010101101011010110001011001201100011001001100101301101011010001101001401110011100001110001501111101101+2010010-2一種5B和6B碼表-2信號碼(5B)線路碼(6B)模式1(正組)模式2(負組)碼字WDS碼字WDS1610000011101+2100010-21710001100011010001101810010100101010010101910011100110010011002010100101001010100102110101101010010101002210110101100010110002310111110101+2001010-2一種5B和6B碼表-3信號碼(5B)線路碼(6B)模式1(正組)模式2(負組)碼字WDS碼字WDS2411000110001011000102511001110010011001002611010110100011010002711011111001+2000110-22811100111000011100002911101101110+2010001-23011110110110+2001001-23111111111010+2000101-2一種5B和6B碼表-4mBnB碼特性mBnB碼是一種分組碼，設計者可根據(jù)傳輸特性的要求，確定某種碼表。mBnB碼的特點是：①碼流中0和1碼的概率相等，連0和連1的數(shù)目較少，定時信息豐富②高低頻分量較小，信號頻譜特性較好，基線漂移?、墼诖a流中引入一定冗余碼，便于在線誤碼監(jiān)測缺點是：傳輸輔助信號比較困難。因此，在要求傳輸輔助信號或有一定數(shù)量的區(qū)間通信的設備中，不宜用這種碼型。并→串PROM串→并組別變換變換時鐘已變換的輸出4B碼流B1B2B3B4BACb1b2b3待變換輸入信號碼流變前時鐘碼表存儲編碼器原理（3）插入碼插入碼是把輸入二進制原始碼流分成每mB一組，然后在每組mB碼末尾按一定規(guī)律插入一個碼，組成m+1個碼為一組的線路碼流。根據(jù)插入碼的規(guī)律，可以分為mB1C碼、mB1H碼、mB1P碼，碼速為(m+1)/m。1.mB1C碼：C為補碼。補碼插入mB碼的末尾，連0和連1碼的數(shù)目最少，其結(jié)構(gòu)如下圖所示。mB1C碼的結(jié)構(gòu)例如：mB碼為：100110001101……mB1C碼為：1001110100101010……C碼的作用是引入冗余碼，可以進行在線監(jiān)測；同時改善了0和1碼的分布，有利于定時提取插入碼2.mB1H碼：插入混合碼它是由mB1C碼演變而成的，即在mB1C碼中，扣除部分C碼，并在相應的碼位上插入一個混合碼(H碼)。所插入的H碼可以根據(jù)不同用途分為三類：第一類是C碼，它是第m位的補碼，用于在線誤碼率監(jiān)測；第二類是L碼，用于區(qū)間通信；第三類是G碼，用于幀同步、公務、數(shù)據(jù)、監(jiān)測等信息的傳輸。插入碼3.mB1P碼P碼稱為奇偶校驗碼，其作用和C碼相似，但P碼有以下兩種情況：(1)奇校驗時，其插入規(guī)律是使m+1個碼內(nèi)“1”碼的個數(shù)為奇數(shù)，例如：mB碼為：100000001110……mB1P碼為：1000000100101101……(2)偶校驗時，其插入規(guī)律是使m+1個碼內(nèi)“1”碼的個數(shù)為偶數(shù)，例如：mB碼為：100000001110……mB1P碼為：1001000000111100……當檢測得m+1個碼內(nèi)“1”碼為奇數(shù)/偶數(shù)時，則認為無誤碼。4B1H編碼器原理4B1H譯碼器原理插入碼的特點優(yōu)點碼速提高不大，誤碼增值??；可以實現(xiàn)在線誤碼檢測、區(qū)間通信、和輔助信息傳輸。缺點：碼流的頻譜特性不如mBnB碼在擾碼后再進行mB1H變換，可以滿足通信系統(tǒng)的要求（4）誤碼監(jiān)測方法要求：運行誤碼監(jiān)測，當信號到達一個中繼點，反饋一個信號回來，以便知道運行情況方法：①雙穩(wěn)態(tài)法：來一個脈沖翻一次，若不翻，則有誤碼；②禁字法：若收到禁字，則有誤；③運行數(shù)字和法，可逆加法器，來一個脈沖，加法器加1,再來一個脈沖，加法器減1，若加法器溢出，則知有誤④同步監(jiān)測法：逐步比較數(shù)字光纖通信系統(tǒng)幾種常用線路碼的性能線路碼型1B2B3B4B5B6B5B7B6B8B17B18B4B1H/1C8B1H/1C碼速提升率21.331.21.41.331.061.251.125冗余度(%)1003320403362512.5最大連0或連1數(shù)23566不定1018平均誤碼增值因子/1.181.2821.8/1/功率代價/dB/1.460.92//0.29//基線漂移無小較小很小很小一般較大大誤碼監(jiān)測精度精精精精較差差差差設備復雜程度簡單簡單較簡單較簡單較簡單一般較復雜較復雜§4.2數(shù)字光纖通信系統(tǒng)一、兩種傳輸體制二、光纜通信系統(tǒng)的全程全網(wǎng)形式三、光纜通信系統(tǒng)的性能指標四、光纜通信系統(tǒng)的設計五、光纜通信系統(tǒng)的施工與維護六、光纖輔助系統(tǒng)一、兩種傳輸體制(一)SDH概念(二)SDH速率與幀結(jié)構(gòu)(三)SDH同步復用與映射方法(四)SDH復用設備(五)SDH業(yè)務保護(六)SDH網(wǎng)同步(七)SDH性能(一)SDH概念PDH的缺陷和SDH的產(chǎn)生SDH的基本概念和特點SDH的技術特點PDH的缺陷和SDH的產(chǎn)生準同步數(shù)字系列(PDH)1.6Gbit/s565Mbit/s274Mbit/s400Mbit/s100Mbit/s32Mbit/s6.3Mbit/s1.5Mbit/s45Mbit/s6.3Mbit/s34Mbit/s8Mbit/s2Mbit/s140Mbit/s×4×4×5×3×4×4×7×6×4×4×4×4北美歐洲日本1.

PDH只有地區(qū)性的數(shù)字信號速率和幀結(jié)構(gòu)標準，而不存在世界性的標準。目前國際上通行有三種數(shù)字信號速率等級系列，即歐洲系列、北美系列和日本系列,這種局面造成了國際互通的困難。2.PDH沒有世界性的標準光接口規(guī)范。由于各廠家各自采用自行開發(fā)的線路碼型，使得在同一數(shù)字等級上光接口的信號速率不一樣，致使不同廠家的設備無法實現(xiàn)橫向兼容。這給組網(wǎng)、管理及網(wǎng)絡互通，特別是國際互通帶來很大困難。3.PDH系列的復用結(jié)構(gòu)除了幾個低速等級的信號（北美為1.5Mbit/s，日本為1.5Mbit/s和6.3Mbit/s，歐洲2Mbit/s）采用同步復接外，其他多數(shù)等級的信號采用異步復用，即靠塞入一些額外比特使各支路信號與復用設備同步并復用成高速信號。這種方式難以從高速信號中識別和提取低速支路信號。PDH的缺陷和SDH的產(chǎn)生SDH4.準同步復用幀結(jié)構(gòu)中沒有安排很多用于網(wǎng)絡操作、管理和維護（OAM）的比特。只有在線路編碼中通過插入比特的方法來傳輸一些監(jiān)控信號，因而無法對傳輸網(wǎng)實現(xiàn)分層管理和對通道的傳輸性能實現(xiàn)端對端的監(jiān)控。要想完滿地在原有技術體制和技術框架內(nèi)解決這些問題是很困難的，唯一的出路是從技術體制上進行根本的改革，于是光同步傳輸網(wǎng)應運而生。PDH的缺陷和SDH的產(chǎn)生光同步傳輸網(wǎng)的概念最初是由美國貝爾通信研究所提出的，并稱為同步光網(wǎng)絡（SONET）。它是由一整套分等級的標準化數(shù)字傳送結(jié)構(gòu)組成的，適于各種路徑適配處理的凈負荷（凈負荷是指網(wǎng)絡節(jié)點接口比特流中所用于電信業(yè)務的部分）在物理媒質(zhì)進行傳送。原國際電報電話咨詢委員會（CCITT）（現(xiàn)為ITU-T）于1988年接受了SONET概念，并重新命名為同步數(shù)字體系（SDH），使之成為不僅適用于光纖也適用于微波和衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)的通用的SDH技術體制。目前在世界范圍內(nèi)就SDH的基本軟件和硬件問題已經(jīng)達成了一致協(xié)議。SDH所謂光同步數(shù)字傳輸網(wǎng)是由一些SDH網(wǎng)絡單元（NE）組成的，在光纖上進行同步信息傳輸、復用和交叉連接的網(wǎng)絡。它有全世界統(tǒng)一的網(wǎng)絡節(jié)點接口（NNI），從而簡化了信號的互通以及信號的傳輸、交叉連接和交換過程。它有一套標準化的信息結(jié)構(gòu)等級，稱為同步傳送模塊STM-1、STM-4、STM-16、STM-64、……STM-N有一種塊狀幀結(jié)構(gòu)，允許安排較多的開銷比特（即網(wǎng)絡節(jié)點接口比特流中扣除凈負荷后的剩余部分）用于網(wǎng)絡的OAMSDH基本概念和特點它的基本網(wǎng)絡單元有同步光纜線路系統(tǒng)、同步復用器（SM）、分插復用器（ADM）和同步數(shù)字交叉連接設備（SDXC）等等。雖然其功能各異，但都有統(tǒng)一的標準光接口，能夠在基本光纜段上實現(xiàn)橫向兼容，即允許不同廠家設備在光路上互通。它有一套特殊的復用結(jié)構(gòu)，允許準同步數(shù)字體系、同步數(shù)字體系、B-ISDN信號（ATM信元）都能進入其幀結(jié)構(gòu)，因而具有廣泛的適應性。它大量采用軟件進行網(wǎng)絡配置和控制，使增加新功能和新業(yè)務變得十分方便，以適于將來的不斷發(fā)展。SDH基本概念和特點SDH技術的特點(1)全球統(tǒng)一的標準同步復用方式與靈活的復用映射結(jié)構(gòu)5％的豐富開銷比特標準的光接口信息凈負荷的網(wǎng)絡透明性網(wǎng)絡定時的透明性網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)靈活，適用于各種情況業(yè)務的前向和后向兼容性SDH技術的特點(2)不足之處：頻帶利用率降低設備復雜度增加網(wǎng)絡同步困難軟件依賴性提高標準光接口、同步復用、強大的網(wǎng)絡管理功能是SDH的主要特點。ITU－T的主要SDH建議G.707：SDH網(wǎng)絡節(jié)點接口G.783：SDH設備功能模塊G.784：SDH管理G.957：SDH設備及系統(tǒng)光接口G.813：SDH網(wǎng)元時鐘規(guī)范G.841：SDH網(wǎng)絡保護規(guī)范G.825：SDH網(wǎng)絡節(jié)點接口抖動和漂移規(guī)范SDH標準比特率，速率等級網(wǎng)絡節(jié)點接口復用結(jié)構(gòu)，復用設備網(wǎng)絡管理線路系統(tǒng)，網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)光接口性能：誤碼、抖動、漂移業(yè)務保護(二)SDH速率與幀結(jié)構(gòu)1、SDH標準速率等級STM-N=STM-1×N信號STM-1STM-4STN-16STM-64速率Mb/s155.520622.0802488.3209953.280PDH與SDH的速率等級

PDHSDH中國、歐洲Mbit/s日本（北美）Mbit/s基群2.4081.544二次群8.4486.312三次群34.36832.064(44.736)四次群139.26497.728STM-1155.520五次群564.992STM-4622.080STM-162488.640STM-649953.280SDH速率與幀結(jié)構(gòu)－22、網(wǎng)絡節(jié)點接口(NNI)傳輸網(wǎng)由傳輸設備與網(wǎng)絡節(jié)點構(gòu)成傳輸設備：光纜線路系統(tǒng)、微波接力系統(tǒng)網(wǎng)絡節(jié)點：64kbit/s電路節(jié)點、寬帶節(jié)點網(wǎng)絡節(jié)點功能：終結(jié)、交叉連接、復用、交換網(wǎng)絡節(jié)點接口：網(wǎng)絡節(jié)點之間接口，即傳輸設備與網(wǎng)絡節(jié)點之間接口3、SDH幀結(jié)構(gòu)(1)

SDH幀結(jié)構(gòu)：STM-N9*270*N字節(jié)SOH: 段開銷RSOH:再生段開銷MSOH:復用段開銷AU: 管理單元PTR: 指針AU=PTR+payload1231345919102701N單位:字節(jié)字節(jié)間插、列間插STM-NPayload含POHRSOHMSOHPTR傳輸順序SDH的幀結(jié)構(gòu)是一種以字節(jié)結(jié)構(gòu)為基礎的矩形塊狀幀結(jié)構(gòu)。它由270×N列和9行8比特字節(jié)組成。對于STM-1，幀長度為2430個字節(jié)，相當于19440比特，用時間表示即125μs。幀結(jié)構(gòu)中字節(jié)的傳輸是從左到右按行進行的，首先由圖中左上角第1個字節(jié)開始，從左到右，自上而下按順序傳送，直至整個9×270個字節(jié)都送完再轉(zhuǎn)入下一幀，每秒共傳8000幀。幀結(jié)構(gòu)分為三個主要區(qū)域：段開銷(SOH)區(qū)域它是為保證信息凈負荷正常靈活傳送所必須的附加字節(jié)，主要供網(wǎng)絡運行、管理和維護使用的字節(jié)，STM-1中有72字節(jié)/幀×8bit/字節(jié)×8000幀/s＝4.608Mbit/s信息凈負荷(payload)區(qū)域它是存放各種信息容量的地方，其中還含有少量用于通道性能監(jiān)視、管理和控制的通道開銷字節(jié)(POH)。通常POH作為凈負荷的一部分并與其一齊在網(wǎng)絡中傳送。管理單元指針(AUPTR)區(qū)域所謂AUPTR就是一種指示符，主要用來指示信息凈負荷的第一個字節(jié)在STM-N幀內(nèi)的準確位置，以便在接收端正確的分解。采用指針方式是SDH的重要創(chuàng)新，可以使之在準同步環(huán)境中完成復用同步和STM-N信號的幀定位。這一方法消除了常規(guī)準同步系統(tǒng)中滑動緩存器引起的延時和性能損傷?；瑒樱菏怯捎诟鞣N數(shù)字通信設備對信息碼流需要經(jīng)過寫入、讀出的速率不一致產(chǎn)生的讀寫時差，出現(xiàn)漏讀（丟失碼元）或重讀（插入碼元）的現(xiàn)象。SDH幀結(jié)構(gòu)(2)再生段開銷RSOH復用器復用器再生段復用段再生站幀定位字節(jié)A1和A2：A1：11110110A2：00101000D1～D3：數(shù)據(jù)通信通路(DCC)192kb/s?：與傳輸媒介有關的特定字節(jié)；J0:再生段蹤跡字節(jié)╳：國內(nèi)使用字節(jié)╳：不擾碼國內(nèi)使用字節(jié)D3·D2··D1╳╳F1·E1··B1╳╳J0A2A2A2A1A1A1SDH幀結(jié)構(gòu)(3)

E1：再生站間勤務話通道64kb/s F1：網(wǎng)絡提供者通道

B1：再生段比特間插奇偶校驗8位碼（BIP—8）

用途：再生段傳輸誤碼監(jiān)視生成方法：1)對前一幀擾碼后的所有比特進行計算，結(jié)果置于擾碼前的B1字節(jié)位置2)B1字節(jié)的第K比特為前一幀擾碼后的所有字節(jié)的第K比特提供偶校驗SDH幀結(jié)構(gòu)(4)3.5復用段開銷MSOHB2D4D7B2

K2D6D9

K1D5D8B2D10Z1D12E2D11B2：BIP—24×N復用段誤碼監(jiān)視 E2：復用段勤務話D4—D12：復用段數(shù)據(jù)通道DCC（576kb/s）K1,K2(b1-b5)：自動保護倒換APS通路K2(b6-B8)：復用段遠端缺陷指示（MS-RD1）Z1：同步狀態(tài)(b5～b8)SDH幀結(jié)構(gòu)(5)高階通道開銷J1：通道追蹤字節(jié)B3：通道BIP-8C2：信號標記字節(jié)G1：通道狀態(tài)字節(jié)F2，F(xiàn)3：勤務通道H4：復幀定位字節(jié)K3：自動保護倒換SDH幀結(jié)構(gòu)(6)N1：網(wǎng)絡操作者使用字節(jié)低階通道開銷V5：BIP-2,REI,RDI,RFI,LabelJ2：低階通道追蹤字節(jié)N2：網(wǎng)絡操作者使用字節(jié)K4：自動保護倒換(三)基本復用原理和復用單元將低速支路信號復用成高速信號，有兩種傳統(tǒng)方法正比特塞入法，又稱正碼速調(diào)整：它是利用位于固定位置的比特塞入指示來顯示塞入的比特究竟是真實數(shù)據(jù)還是偽數(shù)據(jù)。其優(yōu)點是可以容許被復用凈負荷有較大的頻率差異(異步方式)。然而，要想從復用后的高速信號中直接接入和取出各種凈負荷幾乎不可能基本復用用原理和復用單元-2固定位置映射法，即利用低速支路信號在高速信號中的特殊固定比特位置來攜帶低速同步信號。該法在數(shù)字交換機用得較多時比較可行，此時可將傳輸信號同步于網(wǎng)絡時鐘。這種方法允許比較方便地接入和取出信號傳送支路凈負荷，但不能保證高速信號與支路信號的相位對準，以及由于同步網(wǎng)故障或工作于準同步網(wǎng)環(huán)境而產(chǎn)生的兩者之間的小頻率差，因此在復用設備接口處需用125μs的緩存器來進行相位對準和頻率校正，從而導致信號延時和滑動性能損傷?；緩陀糜迷砗蛷陀脝卧?3在SDH中采用了凈負荷指針技術，它既可避免采用125μs的緩存器和在復用設備接口處的滑動，又允許容易地接入同步凈負荷。嚴格說，指針指示了凈負荷在STM-N幀內(nèi)第一個字節(jié)的位置，因而凈負荷在STN-N幀內(nèi)是浮動的。對于凈負荷不大的頻率變化，只須增加或減小指針即可。這種方法比較完滿地結(jié)合了正比特塞入法和固定位置映射法的特點，而付出的代價是必須處理指針和由于指針處理所引入的抖動。好在使用大規(guī)模集成電路技術可以解決該問題。數(shù)字復接概念SDH同步復用與映射方法接口容器虛容器支路單元支路單元組接口容器管理單元管理單元組一般復用結(jié)構(gòu)示意圖簡介各種速率等級的數(shù)字流先進入相應的不同接口容器C。它是一種信息結(jié)構(gòu)，主要完成適配功能(例如速率調(diào)整)，以便讓那些最常使用的準同步數(shù)字體系信號進入有限數(shù)目的標準容器由標準容器出來的數(shù)字流加上通道開銷(POH)后就構(gòu)成了所謂的虛容器(VC)，它是SDH中最重要的一種信息結(jié)構(gòu)，主要支持通道層連接。一般復用結(jié)構(gòu)示意圖簡介VC在SDH中傳輸時總是保持完整不變的，因而可以作為一個獨立的實體在通道中任一點取出或插入，進行同步復用和交叉連接處理，十分方便和靈活。由VC出來的數(shù)字流再按圖中規(guī)定路線進入管理單元(AU)或支路單元(TU)AU是一種為高階通道層和復用段層提供適配功能的信息結(jié)構(gòu)，它由高階VC和AUPTR組成。其中AUPTR用來指明高階VC在STM-N幀內(nèi)的位置，因而允許高階VC在STM-N中的位置是浮動的，但它本身在幀內(nèi)位置是固定的。一般復用結(jié)構(gòu)示意圖簡介在STM幀中占有固定位置的一個或多個AU組成管理單元組(AUG)，它由若干AU-3或單個AU-4按字節(jié)間插方式均勻組成。TU是一種為低階通道層與高階通道層提供適配功能的信息結(jié)構(gòu)，它由低階VC和TUPTR組成，在高階VC凈負荷中占有固定位置的一個或多個TU組成支路單元組(TUG)一般復用結(jié)構(gòu)示意圖簡介在AU和TU中要進行速率調(diào)整，因而低一級數(shù)字流在高一級數(shù)字流中的起點是浮動的。為了準確地確定起始點位置，設置兩種指針(AUPTR和TUPTR)分別對高階VC在相應AU幀內(nèi)的位置及VC－1、2、3在相應TU幀內(nèi)的位置進行靈活動態(tài)定位最后，在N個AUG的基礎上再附加段開銷(SOH)便形成了最終的STM-N幀結(jié)構(gòu)。C-4C-4(139.264Mbit/s)(148.760Mbit/s)(150.336Mbit/s)(150.912Mbit/s)(N×155.520Mbit/s)C－4VC－4AU－4AUGSTM－NVC-4VC-4POHAu-4PTRVC-4Au-4PTR(150.912Mbit/s)AUGAUGSOH邏輯結(jié)合物理結(jié)合注：無陰影區(qū)之間是相位定位的，陰影區(qū)與無陰影區(qū)間的相位定位由指針規(guī)定并由箭頭指示將各種信號裝入SDH幀結(jié)構(gòu)凈負荷區(qū)，需要經(jīng)過映射、定位和復用等三個步驟POH占9個字節(jié)（576kbit/s）C-4+POH，構(gòu)成VC-4，稱映射，即指將支路信號適配裝入VC的過程AUPTR占9個字節(jié)（576kbit/s），指明VC-4相對AU-4的相位，經(jīng)過指針處理的過程稱定位得到的單個AU-4直接置入AUG，再由N個AUG經(jīng)單字節(jié)間插并加上段開銷便構(gòu)成了SYM-N信號一個AUG＋SOH(4.608Mbit/s)，構(gòu)成STM-1的標稱速率155.520Mbit/s。(四)SDH復用設備1.5263445140155Mbit/s電源公務告警TMN接口STM-1終端設備155Mbit/sSTM-1終端復用器功能(四)SDH復用設備STM-1分插復用器（ADM）功能1.5263445140155Mbit/s電源公務告警TMN接口STM-1終端設備155Mbit/s155Mbit/s光信號光/電解復用解復用解復用復用復用復用復用140/34Mbit/s34/8Mbit/s8/34Mbit/s34/140Mbit/s8/2Mbit/s2/8Mbit/s2Mbit/s(電信號)光信號PDHADM155Mbit/s155Mbit/s光接口光接口2Mbit/s(電信號)SDH分插信號流圖的比較SDH設備功能模塊劃分比較項目DXC數(shù)字交換機交換對象路由(64Kb/s~155Mb/s)話路(64Kb/s)控制方式網(wǎng)管命令設置用戶信令設置持續(xù)時間半永久連接(常在幾小時至幾天)通話時間(平均為幾分鐘)端口數(shù)量一般在16～1024一般在1,000～100,000阻塞率無阻塞或低阻塞有阻塞SDHADM設備(1)SDHADM設備(2)線路的定時提取，時鐘的綜合，本地的定時源，外來定時基準以及他們之間的互相切換STM-N信號的段開銷的完全處理，支持復用段的倒換功能，支持各種數(shù)據(jù)及勤務通道能自由配置上下各種符合建議的任意支路信號，能接收及產(chǎn)生所有上下支路的開銷SDHADM設備(3)能對上下的支路信號進行交叉連接，實現(xiàn)路由的靈活配置，從而提高信道利用率應具有容量的可擴展性可以配置成TM設備或線路再生設備具有業(yè)務保護功能，能自動進行保護切換SDH交叉連接設備(1)傳輸業(yè)務的路由分配，業(yè)務量的疏導及歸并，網(wǎng)絡運營的管理和維護提供保護倒換路由，對特定業(yè)務的故障實現(xiàn)快速恢復采用路由算法，在全網(wǎng)范圍內(nèi)尋找替代路由，實現(xiàn)故障路由的業(yè)務恢復網(wǎng)絡通道的監(jiān)視功能，以及測試的接入功能SDH設備的定時(1)外定時方式：從外部輸入的定時信息中獲取定時，如PDH2M定時基準或STM-N環(huán)路定時方式，即發(fā)送的STM-N時鐘同步于相應接收的STM-N時鐘通過定時方式，即發(fā)送的STM-N時鐘同步于同方向的接收的STM-N時鐘線路定時方式，即所有發(fā)送的STM-M信號的時鐘都同步于某一個接收的STM-N時鐘SDH設備的定時(2)內(nèi)部定時方式，即定時來自SDH設備內(nèi)部自備的滿足一定準確度要求的定時源(五)SDH業(yè)務保護業(yè)務保護路徑保護子網(wǎng)連接保護業(yè)務恢復集中控制網(wǎng)絡恢復分布控制網(wǎng)絡恢復自愈環(huán)——二纖單向通道倒換環(huán)自愈環(huán)——二纖單向復用段倒換環(huán)復用段倒換環(huán)屬路徑保護，其業(yè)務量的保護是以復用段為基礎，以每隊節(jié)點間的復用段信號質(zhì)量的優(yōu)劣而決定是否倒換自愈環(huán)——四纖雙向復用段倒換環(huán)自愈環(huán)——二纖雙向復用段倒換環(huán)(六)SDH網(wǎng)同步網(wǎng)同步的概念網(wǎng)同步是數(shù)字網(wǎng)所特有的問題實現(xiàn)網(wǎng)同步的目標是網(wǎng)中所有交換節(jié)點的時鐘頻率和相位都控制在預先確定的容差范圍內(nèi)，以便使網(wǎng)內(nèi)各交換節(jié)點的全部數(shù)字流實現(xiàn)正確有效的交換。否則會在數(shù)字交換機的緩存中產(chǎn)生信息比特的溢出和取空，導致數(shù)字流動滑動損傷，造成數(shù)據(jù)出錯。由于時鐘頻率不一致產(chǎn)生滑動在所有使用同一時鐘的系統(tǒng)中都會出現(xiàn)，影響很大，因而必須有效控制。SDH網(wǎng)同步同步方式：主從同步基準主時鐘G.811轉(zhuǎn)接局從時鐘G.812端局時鐘G.812SDH網(wǎng)元時鐘G.81s主時鐘從時鐘對時鐘分配鏈路很敏感時鐘分配鏈路：STM-N線路信號或PDH支路信號三種常用時鐘類型銫原子鐘：利用銫原子的能量躍遷現(xiàn)象構(gòu)成的諧振器來穩(wěn)定石英晶體振蕩器的頻率。它是長期頻率穩(wěn)定度和精確度很高的時鐘，其長期頻偏優(yōu)于1×10-11,可以作為全網(wǎng)同步的最高等級的基準主時鐘。不足之處是可靠性差，平均無故障工作時間僅2~3年，采用多重備用和自動切換技術后可實現(xiàn)高可靠的基準主時鐘。三種常用時鐘類型石英晶體振蕩器應用范圍廣，可靠性高，價格低，頻率穩(wěn)定度范圍寬，采用高質(zhì)量恒溫箱的石英晶振的老化率可達10-11/天長期頻率穩(wěn)定度不好高穩(wěn)定度石英晶振可作為長途交換局和端局的從時鐘，此時石英晶振采用窄帶鎖相環(huán)，并具有頻率記憶功能抵穩(wěn)定度石英晶振可作為遠端模塊或數(shù)字終端設備的時鐘銣原子鐘：性能介于上述二者之間，可做同步區(qū)的基準時鐘工作模式主從同步方式中，節(jié)點從時鐘通常有三種實際工作模式正常工作模式：指在實際業(yè)務條件下的工作，此時時鐘同步于輸入基準時鐘信號，影響時鐘精度的主要因素有基準時鐘信號的固有相位噪聲和從時鐘控制環(huán)（鎖相環(huán)）的相位噪聲。通常輸入基準時鐘信號可以跟蹤至網(wǎng)中的主時鐘，但也有可能是從另一更高等級但暫時處于保持模式工作的G.812從時鐘中獲取定時。保持模式：當所有定時基準丟失后，從時鐘利用定時基準信號丟失之前所存儲的最后的頻率信息最為其定時基準而工作，同時振蕩器的固有頻率會慢慢的漂移，以保證從時鐘頻率在長時間內(nèi)與基準頻率只有很小偏差，使滑動損傷仍然在允許的指標要求內(nèi)。一般可應付長達幾天的外定時中斷故障。自由運行模式：當從時鐘不僅丟失所有外部定時基準，而且也丟失了定時基準記憶或者根本沒有保持模式時，從時鐘內(nèi)部振蕩器工作于自由振蕩方式。SDH網(wǎng)同步(2)相互同步對同步分配鏈路失效不敏感對節(jié)點鐘要求低，適用于網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)系統(tǒng)頻率不穩(wěn)定，易受干擾時鐘時鐘SDH網(wǎng)同步(3)SDH網(wǎng)同步結(jié)構(gòu)節(jié)點鐘G813鐘G813鐘G813鐘G813鐘G813鐘基準鐘G811節(jié)點鐘G812節(jié)點鐘G812節(jié)點鐘G812節(jié)點鐘G812局間網(wǎng)同步局內(nèi)網(wǎng)同步SDH網(wǎng)同步(4)SDH設備時鐘應用規(guī)則較小端局、環(huán)路設備，采用環(huán)路定時局間定時鏈路，不采用TU12傳送2M，首選STM-N再生器采用通過定時分插復用器采用外同步定時SDXC設備應有高級別的定時源同步鏈路應有備份，同一節(jié)點有兩個以上定時來源同步鏈路應盡可能短避免同步定時環(huán)路的形成(七)SDH的性能誤碼性能誤塊秒比ESR嚴重誤塊秒比SESR背景塊差錯比BBER誤碼分布誤碼積累誤碼減少改善接收機信噪比較少外部干擾XXXXXXXX00011101二、光纜通信系統(tǒng)的全程全網(wǎng)形式

每一個光纜通信系統(tǒng)雖然只是解決某一個局部地區(qū)的通信問題，但同時它也屬于國際和國內(nèi)電信網(wǎng)中的一部分。要清楚地知道一個新建的通信系統(tǒng)在全國(或國際)電信網(wǎng)中的位置，對全程全網(wǎng)的運行起到的作用長途電信網(wǎng)的構(gòu)成我國目前長途電信網(wǎng)的結(jié)構(gòu)采用四級輻射匯集制形式，即由一、二、三、四級長途交換中心構(gòu)成，其中一級交換中心之間相互連接成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，以下各級交換中心以輻射形逐級匯接為主，并輔以一定數(shù)量的直達路由，以便必要時跨級連接，從而形成一個復合型的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。國際長途網(wǎng)本地網(wǎng)國際局一級交換中心C1二級交換中心C2三級交換中心C3四級交換中心C4端局C5匯接局Tm用戶基干路由直達路由一級交換中心(C1)類似于以往的大區(qū)交換中心，一般設置在首都和幾個重要的城市，國際局設置在北京，它的職能是疏通其服務區(qū)域內(nèi)的長途電信業(yè)務，通信方式采用直達方式；二級交換中心(C2)類似于以往的省交換中心，一般設置在省會所在地，它是匯接省內(nèi)各地區(qū)之間的通信中心；三級交換中心(C3)類似于以往的縣間交換中心，一般設置在省轄市或?qū)^(qū)所在地，它是匯接幾個縣之間的通信中心；四級交換中心(C4)類似于以往的縣交換中心，一般設置在縣政府所在地，它是長途電信網(wǎng)的長途終端局，其職能是疏通服務區(qū)域內(nèi)的長途終端業(yè)務；C1至C2的通信線路稱之為一級干線；C2至C3的通信線路稱之為二級干線；這些均為長途通信網(wǎng)。本地電信網(wǎng)的構(gòu)成

本地電信網(wǎng)是指在一個服務區(qū)域范圍內(nèi)，由若干個端局(C3)或由若干個端局和匯接局(Tm)所組成的電信網(wǎng)，根據(jù)其服務可分為三種類型：當電信業(yè)務的服務范圍僅限于市區(qū)，而不包括郊區(qū)或農(nóng)村時，稱為市內(nèi)電信網(wǎng)；當電信業(yè)務的服務范圍只包含縣城及農(nóng)村范圍時時，稱之為農(nóng)村電信網(wǎng)；當電信業(yè)務的服務范圍包含大、中城市市區(qū)及所管轄的衛(wèi)星城鎮(zhèn)、郊縣和農(nóng)村范圍時，稱之為大、中城市本地電信網(wǎng)；市內(nèi)電信網(wǎng)市內(nèi)電信網(wǎng)指的是一個市內(nèi)地區(qū)境內(nèi)的通信組織。市內(nèi)光纜通信系統(tǒng)的建設即屬于這個電信網(wǎng)內(nèi)的一種實現(xiàn)手段，它既可作為一個城市內(nèi)的獨立系統(tǒng)，也可作為長途光纜通信系統(tǒng)的首末環(huán)節(jié)。市內(nèi)電信網(wǎng)中兩個用戶間的通話是經(jīng)過用戶線和電話局交換設備來完成的，兩個市話分局之間是由居間中繼線相連接，市話局與長途局之間則由長市中繼線相連接。市話分局市話分局長話局長途線路長途線路長市中繼線長市中繼線特種業(yè)務臺特種業(yè)務臺公安分局公安分局公用電話公用電話小交換機消防隊分機用戶用戶用戶用戶用戶用戶用戶用戶用戶用戶用戶中繼線市內(nèi)電信網(wǎng)三、光纜通信系統(tǒng)的性能指標1、參考模型2、系統(tǒng)的主要性能指標(1)誤碼率(2)抖動(3)可靠性和可用性長度模型示意圖在光纜長度模型中，根據(jù)光纜長度，可分為四種模型。數(shù)字假設參考連接(HRX)是一種可進行全程傳輸性能研究，并可與所定傳輸標準和指標進行對照的模型，標準的HRX為27500km。(27500km)(5000km)(一級：420km，二級：280km)(30~50km)HRX：數(shù)字假設參考連接HRDL：假設參考數(shù)字鏈路HRDS：假設參考數(shù)字段中繼段標準數(shù)字假設參考連接HRX假設參考數(shù)字段HRDS假設參考數(shù)字鏈路(HRDL)是HRX的一個重要組成部分，1個標準的HRX可由若干個HRDL組成，因此可將HRX的總體性能指標分配到一個較短的HRDL上，以便更具體地指導系統(tǒng)的傳輸設計。我國的HRDL為5000km，而美國和加拿大采用6400km，而日本采用2500km。為了適應對通信系統(tǒng)進行設計和性能規(guī)范，還引入一個比HRDL更短的傳輸模型，即假設參考數(shù)字段(HRDS)。它可看成是HEDL的一個組成部分，因而允許將分配到HRDL上的性能指標再細分到HRDS上。一個HRDS可由若干個中繼段組成，每個中繼段的距離取決于光纜性能和各項設備指標。中繼段的性能要求可由HRDS分配得到。最長HRX的電路質(zhì)量等級劃分市內(nèi)光纜系統(tǒng)的長度模型示意圖我國市內(nèi)光纜系統(tǒng)多作市話中繼線使用，由于有些城市市區(qū)面積較大，所以，，將長度模型中HRDL定為100km，由兩個50km的HRDS組成，一般城市可按50km的HRDS考慮即可。(100km)(50km)HRDL：假設參考數(shù)字鏈路HRDS：假設參考數(shù)字段2、系統(tǒng)的主要性能指標(1)誤碼率誤碼率是衡量一個系統(tǒng)正常工作狀態(tài)下傳輸質(zhì)量優(yōu)劣的一個非常重要的指標，它反映了數(shù)字信息在傳輸過程中受到損害的程度。定義：在一個較長的時間間隔內(nèi)，傳輸碼流中出現(xiàn)誤差的概率。如BER=10-9,則每傳輸10億個碼元才會出現(xiàn)一個錯誤碼元誤碼率對話音影響程度誤碼率受話者的感覺10-6感覺不到干擾10-5個別“喀喀”聲，在低話音電平時則可察覺到干擾10-4個別“喀喀”聲，在低話音電平時則可察覺到有些干擾10-3在各種話音電平時，都感到干擾10-2受到強烈干擾，顯著降低可懂度5×10-2幾乎聽不懂在有中繼器的系統(tǒng)中，總系統(tǒng)的誤碼與每個中繼段的誤碼率有關，如果每個中繼段的誤碼率為BERi,當總系統(tǒng)有n個中繼段，則總誤碼率為：

BER=BER1+BER2+……+BERn假設每段誤碼率為10-12，n=50，則總誤碼率為50×10-12若其中有一段為10-7，則BER≈10-7故一個中繼器的光纜系統(tǒng)中，其誤碼率性能主要由最差的一段的誤碼率決定。誤碼特性的評定方法①長期平均誤碼率(BERav)指傳輸碼流中出現(xiàn)誤差的概率。該評定方法便于測量，對于隨機誤碼是偶然產(chǎn)生的、不成群的長途系統(tǒng)是可行的。但對于一個易受外界環(huán)境影響的系統(tǒng)僅用它是不充分的，因為有可能出現(xiàn)在某一限定時間內(nèi)誤碼率遠遠超過可以接受的水平，而其它時間里誤碼率很好，結(jié)果長期平均誤碼率仍能合格，造成用戶在高誤碼率時期內(nèi)對業(yè)務質(zhì)量不滿意。誤碼特性的評定方法②誤碼的時間百分數(shù)在一段較長的時間TL內(nèi)觀察誤碼，T0為一個抽樣觀察時間，記錄下每次T0內(nèi)的平均誤碼率，然后，統(tǒng)計在TL時間內(nèi)平均誤碼率超過某一門限值m的T0次數(shù)占總時間百分數(shù)。如圖中畫斜線部分(即誤碼率在10-6以下部分)是超過門限值的T0數(shù)，其累計的T0時間數(shù)與測量誤碼率的總時間TL的比值，這就是所求的誤碼率超過某一門限值的誤碼率的時間百分數(shù)。該方法對短時間內(nèi)可能出現(xiàn)大量誤碼的光纖通信系統(tǒng)來說是比較適用的。誤碼率隨時間的變化誤碼特性的評定方法③誤碼秒百分數(shù)對于數(shù)字通信業(yè)務來說，往往更關心的是在傳輸成組數(shù)字信號時間內(nèi)有沒有誤秒，通常是每一秒時間里有無誤秒。定義：在一個較長時間TL內(nèi)觀測誤碼，取1s為一個抽樣觀測時間。在這1s內(nèi)，若出現(xiàn)誤碼(無論數(shù)量多少)，則算作一個誤碼秒(ES)，否則算作一個無誤碼秒(EFS)，然后統(tǒng)計在TL時間內(nèi)，累計的誤碼秒所占地時間百分數(shù)。這種方法對于碼組傳輸時要求不出現(xiàn)誤碼的業(yè)務來說是比較適用的。64kbit/s業(yè)務的誤碼性能參數(shù)傳輸一路PCM編碼電話的速率為64kbit/s.根據(jù)研究和分析，衡量64kbit/s業(yè)務(主要是電話)的誤碼性能參數(shù)有三種，即劣化分(DM)、嚴重誤碼秒(SES)和誤碼秒(ES)。在長度為27500km傳輸線路上，其總誤碼時間率如表所示。27500km的誤碼時間率性能分類定義門限值指標T0TL劣化分(DM)誤碼率劣于門限值的分鐘1×10-6平均時間百分數(shù)少于10%1分鐘1個月嚴重誤碼秒(SES)誤碼率劣于門限值的秒1×10-3時間百分數(shù)少于0.2%1s1個月誤碼秒(ES)出現(xiàn)誤碼的秒無誤碼的秒(EFS)0ES的時間百分數(shù)少于0.8%，對應的EFS時間百分數(shù)不少于92%1s1個月

例：某三次群光纜通信系統(tǒng)全長為280km，當采用在三次群接口對端環(huán)回、本端測量的方法觀測全程誤碼時，利用誤碼儀每一秒鐘統(tǒng)計一次誤碼，其結(jié)果如下表所示，求：①系統(tǒng)平均誤碼率；②系統(tǒng)三次群的誤碼性能指標(誤碼秒ES、嚴重誤碼秒SES);誤碼性能測試記錄如下：時間誤碼個數(shù)時間誤碼個數(shù)時間誤碼個數(shù)00:00:00008:00:0460014:00:02100::08:00:0545014:00:03008:00:0130008:00:060::08:00:02450:：23:59:59008:00:0370014:00:010解：(2)抖動抖動是數(shù)字信號傳輸過程中的一種瞬時不穩(wěn)定現(xiàn)象。定義：數(shù)字信號的各有效瞬間對于標準時間位置的偏差。偏差的時間范圍稱為抖動幅度，偏差的時間間隔對時間的變化率稱抖動頻率抖動的單位為UI，表示單位時隙，當信號脈沖為NRZ碼時，1UI就是1bit傳輸信息所占用的時間，它在數(shù)值上等于傳輸速率的倒數(shù)。抖動包括兩個方面：輸入信號脈沖在某一平均位置上的左右變化提取的時鐘信號在中心位置上的左右變化

抖動這種抖動現(xiàn)象相當于進行了數(shù)字信號的相位調(diào)制。如果用示波器觀察該信號，則在穩(wěn)定的脈沖圖樣的前沿和后沿上出現(xiàn)某低頻干擾調(diào)制，其頻率一般為1～2kHz。當抖動嚴重時，造成接收機由于脈沖移位而把脈沖(傳號)誤認為無脈沖(空號)，或?qū)⒖仗柵袨閭魈?，出現(xiàn)誤碼和嚴重的信號失真，系統(tǒng)的傳輸速率越高，抖動的影響越大產(chǎn)生抖動的原因很多，在一個中繼段中產(chǎn)生抖動，除了與定時提取電路的性能有關外，還與輸入信號的狀態(tài)有關，當輸入碼流中出現(xiàn)長連“0”碼時，定時提取困難，同時也產(chǎn)生定時抖動。在多中繼系統(tǒng)中，每個中繼器產(chǎn)生的抖動還會出現(xiàn)積累，使性能更加惡化。抖動的抑制方法和性能參數(shù)控制和抑制抖動的方法：對數(shù)字信號進行擾碼/解碼或采用合適的線路碼型，從而破壞長連“0”或連“1”碼，防止抖動的產(chǎn)生和減小系統(tǒng)抖動的累積；采用“緩沖存儲器”和再定時技術，由于抖動譜線總是分布在時鐘頻譜左右的某子區(qū)域內(nèi)，利用跟蹤濾波器或模擬鎖相環(huán)路的功能，因此能抑制傳輸信號的抖動。抖動的性能參數(shù)主要有以下三種：輸入抖動容限——系統(tǒng)容許輸入信號的最大抖動范圍；無輸入抖動時的輸出抖動——系統(tǒng)輸出口的信號抖動特性；抖動轉(zhuǎn)移特性——在不同的測試頻率下系統(tǒng)輸入信號的抖動值和輸出信號的抖動值之比(增益)的分布特性抖動示意圖對表1、2的圖解說明表1：各次群輸入口對抖動的要求Jp-p表示抖動的峰－峰值，單位為UI表2：全程和數(shù)字段各次群輸出口對抖動的要求括號內(nèi)的要求指對每個數(shù)字段而言。每個420km或280km數(shù)字段抖動的轉(zhuǎn)移特性的最大增益不應超過1dB，抖動測試的最低頻率應測到10Hz。(3)可靠性和可用性可靠性R的定義是：產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。常用故障率(λ)來表征，R=e-λt,λ表示產(chǎn)品工作到時間t的條件下，單位時間內(nèi)發(fā)生失效的效率。常用10-9/h作為基準單位，稱為一菲特(fit)。即在109小時內(nèi)出現(xiàn)一次故障的可能性?？捎眯訟的定義是：產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和時間內(nèi)處于良好工作狀態(tài)的概率?？煽啃院涂捎眯砸笙到y(tǒng)的可靠性與可用性指標，主要取決于系統(tǒng)各組成部分的性能參數(shù)，由于目前光電器件的可靠性不如電子器件，規(guī)定長途光纜通信系統(tǒng)的半導體激光器(LD)的壽命要大于105h，光電檢測器PIN的壽命要大于5×105h，APD壽命要大于2×105h。系統(tǒng)的可靠性指標為：容許5000km長途光纜通信系統(tǒng)雙向全程每年四次全阻故障，A=99.73%而對市內(nèi)光纜系統(tǒng)，整個系統(tǒng)100km雙向全程一年可允許四次故障，即50km數(shù)字段單向每年一次故障，A=99.99%四、光纜通信系統(tǒng)的設計系統(tǒng)設計內(nèi)容主要包括四個方面：了解我國長途、市內(nèi)電信網(wǎng)的構(gòu)成，使長途光纜干線和市內(nèi)光纜線路符合其要求；對長途、市內(nèi)光纜數(shù)字通信系統(tǒng)進行總體設計。按照ITU-T建議和“國標”對系統(tǒng)組成和傳輸方式提出總體要求提出長途、市內(nèi)光纜系統(tǒng)的性能指標，包括對傳輸線路、誤碼率、抖動和可靠性的指標提出具體要求，作為設計依據(jù)對一個光中繼器段內(nèi)的系統(tǒng)進行細致分析和周密的設計，包括各種設備和器件性能參數(shù)的選取，提出設計方案并進行系統(tǒng)預算，以驗證系統(tǒng)能否正常工作。四、光纜通信系統(tǒng)的設計－11、光纜系統(tǒng)的總體設計系統(tǒng)構(gòu)成傳輸系統(tǒng)局站設置路由選擇系統(tǒng)容量選擇系統(tǒng)工作波長區(qū)選擇光纖類型選擇傳輸碼型選擇四、光纜通信系統(tǒng)的設計-22、光中繼段的系統(tǒng)設計系統(tǒng)設計最后歸結(jié)到中繼段內(nèi)的設計，其設計包括兩個步驟：①設計方案根據(jù)ITU-T和國標及系統(tǒng)組成情況，對各部分進行初步設計，提出設計方案，包括系統(tǒng)由哪些部分組成，各部分應具備的性能指標是多少，以便研制和購買設備及產(chǎn)品②系統(tǒng)預算根據(jù)得到設備及產(chǎn)品的實際性能參數(shù)，對系統(tǒng)進行預算，包括損耗預算和色散預算兩部分，以確定所設計的系統(tǒng)是否能正常工作。數(shù)字光纖線路系統(tǒng)（a）無中繼器（b）一個中繼器四、光纜通信系統(tǒng)的設計-3設計采用最壞情況設計法，是考慮了系統(tǒng)參數(shù)在最壞情況下的保證值，而不管其分布如何，所以它是以犧牲中繼段長度為代價換取系統(tǒng)性能要求。(1)設計方案TXRXMeMcTT·SROFNNOFC1C2L長途光中繼段內(nèi)系統(tǒng)示意圖光纜通信系統(tǒng)的設計-3T、T’：符合ITU-T建議的光端機和數(shù)字復接設備接口TX:光端機或光中繼器的發(fā)射機RX:光端機或光中繼器的接收機S：緊靠在TX上光連接器C1后面的光纖點R：緊靠在RX上光連接器C2前面的光纖點OF：光纜線路C1、C2:光連接器N：光纖固定接頭L：中繼距離Me：設備富余度Mc：光纜線路富余度四、光纜通信系統(tǒng)的設計-4<1>傳輸功率損耗的考慮由傳輸功率損耗確定的最大中繼段長度為PT－發(fā)送光功率(dBm)，對應于C1前面；PR－接收機靈敏度(dBm)，對應于C2后面；PS－入纖光功率(dBm)，對應于C1后面S點，PS=PT-AC；Pr－接收機靈敏度(dBm)，對應于C2前面R點,Pr=PR+AC；Ac—連接器損耗(dB/個)，一般0.3～0.4dB/個Ad—光纜配線架連接器損耗(dB/個)，一般位于S、R點之間Me—系統(tǒng)的設備富余度(dB)，一般為3dBAf—光纖衰減常數(shù)(dB/km)As—平均每km光纖接頭衰減(dB/km)，即平均每個接頭衰減/敷設長度Mc—光纜線路富余度(dB/km)，一般0.05～0.15dB/km，最大5dBP0—光通道功率代價，一般不超過1dB,四次群以下系統(tǒng)可忽略S與R點之間允許的總衰減與最大色散

(總帶寬)值(BER≤10-10)數(shù)字速率(Mbit/s)標稱波長(nm)光源類型長途單模光纖系統(tǒng)市內(nèi)系統(tǒng)總衰減(dB)最大色散(ps/nm)多模系統(tǒng)單模系統(tǒng)