第6章 数字光纤通信系统-电子通信专业

1、第六章 数字光纤通信系统 Digital Optical Transmission Systems 光纤通信 线路线路 编码编码 驱动驱动 电路电路 接口接口 电路电路 HDB3HDB35B6B5B6B 光隔光隔 离器离器 直接调制 光信号光信号 光电光电 变换变换 前置前置 放大放大 主放主放 大器大器 均衡均衡 滤波滤波 判判 决决 器器 时钟恢复时钟恢复 输出输出 AGCAGC电路电路 供电 6 章章 数字光纤通信系统数字光纤通信系统 6.1 两种传输体制两种传输体制 6.2 系统的性能指标系统的性能指标 6.3 系统的设计系统的设计 6.1 两种传输体制两种传输体制 数字光纤通信传输系

2、统结构框图 6.1 两种传输体制两种传输体制 电端机的数据复接PDH和SDH体制 电 端 机 光 端 机 光 端 机 电 端 机 电接口电接口光接口 数字光纤通信的传输容量与所采用的数字复接体系有关。 数字复接数字复接就是将若干个低速数字信号合并成一个高速数字 信号，然后再通过高速信道传输的专门技术。 6.1 两种传输体制两种传输体制 光纤大容量数字传输； 多采用时分复用时分复用(TDM：Time-Division Multiplexing) 复用分为若干等级，先后有两种传输体制： 准同步数字系列准同步数字系列(PDH：Plesiochronous Digital Hierarchy) 同步数

3、字系列同步数字系列(SDH: Synchronous Digital Hierarchy) -参照美国同步光纤网同步光纤网(SONET：Synchoronous Optical NETwork)概念而由概念而由ITU-T建议而来。建议而来。 SDH传输体制不仅适用于光纤信道、也适用于微波和卫星干线传输。传输体制不仅适用于光纤信道、也适用于微波和卫星干线传输。 复用原理介绍复用原理介绍 6.1 两种传输体制两种传输体制 1）什么是复用(Multiplexing)？ 多种信号共用同一个传输介质，则传输介质需要给每路 信号分给带宽的一部分。 FDM: frequency division multi

4、plexing TDM: time division multiplexing WDM: wavelength division multiplexing CDM: code division multiplexing 主要的复用技术有： CDMA: code division multiple Access 6.1 两种传输体制两种传输体制 2）复用示意图 Multiplexor (MUX) Demultiplexor (DEMUX，or DMX) Sometimes just called a MUX 6.1 两种传输体制两种传输体制 3）时分复用原理 时分复用TDM是采用交错排列多路低速

5、模拟或数字信 道到一个高速信道上传输的技术。 复用器由： 定时、码速调整和复接单元组成 解复用器 解复用器由： 同步、定时、分接和恢复单元组成 支路 定 时 复接 码速 调整 时钟 合路 支路 定 时 合路 恢复分接 同 步 复用器 6.1 两种传输体制两种传输体制 信道 光纤 帧和开 销比特 开销信道 取样 同步 取样 同步 取样 同步 信道1 信道2 信道N 定时 发送端发送端 帧同步 控制 信道1 信道2 信道N 解同步 解同步 解同步 开销信道 定时 恢复 接收端接收端 输入 缓存 输入 缓存 输入 缓存 输出 缓存 输出 缓存 输出 缓存 TDM系统要求收发两端旋转开关完全同步，即在

6、时间上具 有严格的同步关系，包括起点相同、顺序相同、速度相同。 1.1.准同步数字系列两种基础速率准同步数字系列两种基础速率 6.1.1 6.1.1 准同步数字系列准同步数字系列PDHPDH 北美，日本采用：1.544 Mb/s 西欧，中国采用：以2.048 Mb/s 6.1 两种传输体制两种传输体制 一次群速率一次群速率，或称基群速率，基群速率，简称E1 Digital transmission hierarchy（USA） 2.2.复接结构复接结构 6.1.1 6.1.1 准同步数字系列准同步数字系列PDHPDH 6.1 两种传输体制两种传输体制 六次群六次群 /（MbS-1） 五次群五次

7、群 /（MbS-1） 四次群四次群 /（MbS-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 中国中国 西欧西欧 基群基群 /（MbS-1） 国家国家 或地区或地区 ch30 048.2 ch120 448. 8 4 ch480 368.34 4 ch1920 264.139 4 ch7680 992.564 4 ch ch 30720 4.2 4 15360 13.1 2 ch24 544.1 ch96 312. 6 4 ch480 064.32 5 ch1440 728.97 3 ch5760 20.397 4 ch23040 5888. 1 4

8、 ch24 544.1 ch96 312. 6 4 ch672 736.44 7 ch ch ch 6048 432 9 8064 992.564 12 4032 176.274 6 ch sGb sGb 32256 /4 . 2 4 16128 /13. 1 2 世界各国商用光纤通信制式世界各国商用光纤通信制式 注：并非严格的N倍，复接时插入了相关的比特 3.3.基群帧结构基群帧结构 6.1.1 6.1.1 准同步数字系列准同步数字系列PDHPDH 6.1 两种传输体制两种传输体制 帧(Frame)指一组相邻接的数字时隙(time slot)，其中各数字 时隙的位置可以根据帧定位信号来加以区

9、别。有时出于需要， 由几个帧构成一个复帧(Multiframe). 帧长125us 24 帧 开 销 1 2 3 24 帧 开 销 1 2 3 24 帧 开 销 1 2 3 24 帧 开 销 1 2 3 时间 1帧 信道数 时隙 t Ts 1帧1帧 第第3 3信道信道 1 1个字节个字节 1Bit 1.544Mb/s1.544Mb/s基群基群2424个信道的帧结构个信道的帧结构 6.1.1 6.1.1 准同步数字系列准同步数字系列PDHPDH 6.1 两种传输体制两种传输体制 1.544Mb/s1.544Mb/s基群基群2424个信道的帧结构个信道的帧结构 帧长125us 24 帧 开 销 1

10、 2 3 24 帧 开 销 1 2 3 24 帧 开 销 1 2 3 24 帧 开 销 1 2 3 时间 1帧 信道数 时隙 t Ts 1帧1帧 第第3 3信道信道 1 1个字节个字节 1Bit Duration Ts=125us Length 24*8+1=193Bit s/544Mb. 1s/Mb 125 193 B 6.1.1 6.1.1 准同步数字系列准同步数字系列PDHPDH 6.1 两种传输体制两种传输体制 2.048Mb/s 基群基群30信道帧信道帧(Frame)结构结构 帧定位时隙帧定位时隙 s/048Mb. 2s/Mb 125 256 B 4.PDH4.PDH体制电接口和光接

11、口的主要参数体制电接口和光接口的主要参数 6.1.1 6.1.1 准同步数字系列准同步数字系列PDHPDH 6.1 两种传输体制两种传输体制 对基群2.048Mb/s 输入码字 编码结果 0 01 1 00/11交替 CMI编码 Coded mark inversion 编码传号反转码 (1) 北美、西欧和亚洲所采用的三种数字系列互不兼容互不兼容。 (2) 各种复用系列都有其相应的帧结构，没有足够的开销 比特，使网络设计缺乏灵活性缺乏灵活性。 (3) 复接/分接设备结构复杂结构复杂，上下话路价格昂贵。 5.PDH5.PDH的缺点的缺点 6.1.1 6.1.1 准同步数字系列准同步数字系列PDH

12、PDH 6.1 两种传输体制两种传输体制 基群（1次群） STM-1（Synchronous Transport Module-level 1) 155.520Mb/s 1.SDH1.SDH系列的基础速率系列的基础速率 6.1.2 6.1.2 同步数字系列同步数字系列SDHSDH 6.1 两种传输体制两种传输体制 SDH不仅适合于点对点传输，而且适合于多点之间的 网络传输。 2.SDH2.SDH传输网传输网 6.1.2 6.1.2 同步数字系列同步数字系列SDHSDH 6.1 两种传输体制两种传输体制 终端复用器终端复用器TM (Terminal Multiplexer) 分插复用设备分插复用

13、设备ADM (Add-Drop Multiplexer) 数字交叉连接设备数字交叉连接设备DXC (Digital Cross Connect equipment) 光纤光纤 1）SDH传输网构成组件及其功能传输网构成组件及其功能 组件：组件： MUX E 1 E 1 STM-N 同步复接 DMX E 1 E1 STM-N 同步分接 6.1.2 6.1.2 同步数字系列同步数字系列SDHSDH 6.1 两种传输体制两种传输体制 SDH传输网各组件功能：传输网各组件功能： 终端复用器终端复用器TM：信道的分接和复接 6.1.2 6.1.2 同步数字系列同步数字系列SDHSDH 6.1 两种传输体

14、制两种传输体制 SDH传输网各组件功能：传输网各组件功能： 分插复用设备分插复用设备ADM： 卸下信息给本地用户 插入信息给合成输出 DMXMUX 中继线中继线 STM-N 中继线中继线 STM-N Add STM-n 分接分接 复接复接 Drop STM- n 本地本地 直接转发 插入卸下 6.1.2 6.1.2 同步数字系列同步数字系列SDHSDH 6.1 两种传输体制两种传输体制 SDH传输网各组件功能：传输网各组件功能：类似于交换机，通过适当配置可提供 不同的端到端连接，核心部分是可控 的交叉连接开关交叉连接开关(空分或时分)矩阵矩阵 1: m 1: m m:1 m :1 复接复接 交

15、叉连接矩阵交叉连接矩阵 分接分接 1 n 1 n 配置管理配置管理 数字交叉连接设备数字交叉连接设备DXC： 6.1.2 6.1.2 同步数字系列同步数字系列SDHSDH 6.1 两种传输体制两种传输体制 DXC相当于一种自动的数字电路配线架，每个输入信号被 分接为m个并行支路信号,然后通过时分(或空分)交换网络,按 预先存放的交叉连接图对这些电路进行重新编排,最后将重 新编排后的信号复接成高速信号输出。 1: m 1: m m:1 m :1 复接复接 交叉连接矩阵交叉连接矩阵 分接分接 1 n 1 n 配置管理配置管理 6.1.2 6.1.2 同步数字系列同步数字系列SDHSDH 6.1 两

16、种传输体制两种传输体制 0 64kb/s 14 PDH 14次群速率 46 SDH STM-1，4，16 通常用DXC X/Y 数字X表示输入端口速率的最高等级 Y表示参与交叉连接的最低速率等级 目前应用广泛的是DXC 1/0，DXC4/1，DXC4/4 6.1.2 6.1.2 同步数字系列同步数字系列SDHSDH 6.1 两种传输体制两种传输体制 DXC在干线传输网中的主要用途是：在干线传输网中的主要用途是： 实现自动化的网络配置管理。主要功能有：主要功能有： （1）分离本地交换业务和非本地交换业务 （2）为临时性重要事件迅速提供通信电路；当网络发生故 障(如某些干线中断)时，能迅速提供网络

17、的重新配置； （3）根据业务流量的季节变化使网络配置最佳化；当网络 中混合使用PDH和SDH时，可作为PDH与SDH的网关。 6.1.2 6.1.2 同步数字系列同步数字系列SDHSDH 6.1 两种传输体制两种传输体制 2）SDH传输网一个传输通道传输网一个传输通道(path)的结构的结构 通道通道 终接设备终接设备 线路线路 终接设备终接设备 TMADM/DXC 再生段再生段 Section 再生段再生段再生段再生段 线路线路 终接设备终接设备 通道通道 终接设备终接设备 E1 E3 E1 E3 ADM/DXCTM 复接段复接段(Line) 传输通道传输通道(Path) 再生中继器再生中继

18、器 每个通道通道(Path)(Path)由一个或多个复接段复接段(Line)(Line)构成，而每 一复接段又由若干个再生段再生段(Section)(Section)串接而成。 在SDH传输网内可提供多条传输通道，每个通道结构相似 6.1.2 6.1.2 同步数字系列同步数字系列SDHSDH 6.1 两种传输体制两种传输体制 3）SDH传输网的分层结构传输网的分层结构 PathPath LineLine SectionSectionSection PhotonicPhotonicPhotonic 再生中继器再生中继器 4）SDH传输网的典型拓扑传输网的典型拓扑(Topology)结构结构 TM

19、ADMDXCADMTM TM TMADM STM- n STM- n DXCADMTM STM-N STM- N STM-N STM- N STM- N STM- N STM- N STM- n STM- n 低速 信号 低速 信号 低速 信号 低速 信号 (nN) 6.1.2 6.1.2 同步数字系列同步数字系列SDHSDH 6.1 两种传输体制两种传输体制 3.SDH3.SDH的帧结构的帧结构 6.1.2 6.1.2 同步数字系列同步数字系列SDHSDH 6.1 两种传输体制两种传输体制 STM-N帧结构 9行 每行270N个字节 每字节8 bit 每帧共有9270N个字节 帧周期为125

20、s即每秒传输8000帧 STM-1传输速率为927088000=155.520 Mb/s RSOH 1 2 AU-PTR 3 4 5 MSOH 9 STM-N载荷 (含POH) 9N 发送顺序 261N 270N 6.1.2 6.1.2 同步数字系列同步数字系列SDHSDH 6.1 两种传输体制两种传输体制 13行：再生段开销再生段开销(Regenerating-SOH) 59行：复接段开销复接段开销(Multiplexing-SOH)， 也称也称LOH（Line OverHead） 段 开 销段 开 销 ( S O H ： Section OverHead) 帧中为保证信息正 常传输所必需

21、的附加字节 RSOH 1 2 AU-PTR 3 4 5 MSOH 9 STM-N载荷 (含POH) 9N 发送顺序 261N 270N 6.1.2 6.1.2 同步数字系列同步数字系列SDHSDH 6.1 两种传输体制两种传输体制 (2) 信息载荷信息载荷(Payload) 在Payload中包含少量字节用于通道的运行、 维护和管理， 这些字节称为通道开销通道开销(POH: Path OverHead)。 用于承载各种业 务信息的部分 RSOH 1 2 AU-PTR 3 4 5 MSOH 9 STM-N载荷 (含POH) 9N 发送顺序 261N 270N 6.1.2 6.1.2 同步数字系列

22、同步数字系列SDHSDH 6.1 两种传输体制两种传输体制 采用指针技术是SDH的创新，结合虚容器虚容器(VC:Virtual Container)的概念， 解决了低速信号复接成高速信号时，由 于小的频率误差所造成的载荷相对位置漂移的问题。 (3) 管理单元指针管理单元指针(AU PTR) 一种指示符， 主要用 于指示Payload第一个 字节在帧内的准确位 置 RSOH 1 2 AU-PTR 3 4 5 MSOH 9 STM-N载荷 (含POH) 9N 发送顺序 261N 270N SDH高速率等级有： STM-4， STM-16， STM-64， STM-256 相应速率为STM-1的4，

23、16，64，256倍。 4.SDH4.SDH复用结构复用结构 6.1.2 6.1.2 同步数字系列同步数字系列SDHSDH 6.1 两种传输体制两种传输体制 各速率等级(STM-n)由一个或多个管理单元组(AUG, Administration unit group)复用并加上相应的开销字节而构 成。 6.1.2 6.1.2 同步数字系列同步数字系列SDHSDH 6.1 两种传输体制两种传输体制 AUGAUG：150.912Mb/s150.912Mb/s STM-1STM-1 STM-4STM-4 STM-16STM-16 STM-64STM-64 STM-256STM-256 152.52M

24、b/s 622.080Mb/s 2.488320Gb/s 9.953280Gb/s 39.813120Gb/s 4 16 64 256 5. SDH5. SDH承载承载PDHPDH的方式的方式-映射结构映射结构 6.1.2 6.1.2 同步数字系列同步数字系列SDHSDH 6.1 两种传输体制两种传输体制 将低速支路信号复接为高速信号，传统方法有： 正码速调整法：正码速调整法：容许被复接的支路信号有较大的频率误差 固定位置映射法：固定位置映射法：低速支路信号在高速信号帧中占用固定 位置 SDH结合了正码速调整法和固定位置映射法的优点， 采用载荷指针，示出载荷的起始位置 6.1.2 6.1.2

25、同步数字系列同步数字系列SDHSDH 6.1 两种传输体制两种传输体制 SDH帧1 (125 ms) SDH帧2 (125 ms) 261字节 9字节开销 9行 载荷包络 AU PTR 载荷包络与SDH帧的一般关系 映射结构映射结构是指把支路信号适配装入虚容器的过程，其实质是使 支路信号与传送的载荷同步 6.1.2 6.1.2 同步数字系列同步数字系列SDHSDH 6.1 两种传输体制两种传输体制 PDH的的4次群信号到次群信号到SDH的的STM-1的复接过程的复接过程 C-4 AU-4 AUG VC-4 STM-1 139.264Mb/s 容器Carrier 虚容器Virtual Carri

26、er 管理单元Administration Unit 管理单元组Administration Unit Group 同步传输模块STM-1 速率适配处理 149.760Mb/s 150.336Mb/s 150.912Mb/s 155.520Mb/s 加通道开销POH 加管理单元指针AU PTR 加段开销SOH 6.1.2 6.1.2 同步数字系列同步数字系列SDHSDH 6.1 两种传输体制两种传输体制 SDH的一般复用映射结构的一般复用映射结构 STM -NAUGAU -4VC -4 TU -2VC -2C -2 TU -12VC -12C -12 TU -11VC -11C -11 TUG

27、 -2 1 3 4 C -3 VC -3TU -3 VC -3 TUG -3 1 7 7 3 C -4 139264 kb/s 44736 kb/s 34368 kb/s 6312 kb/s 2048 kb/s 1544 kb/s AU -3 N 1 3 指针处理 复用 定位校准 映射 6.SDH6.SDH的特点（与的特点（与PDHPDH比较）比较） 6.1.2 6.1.2 同步数字系列同步数字系列SDHSDH 6.1 两种传输体制两种传输体制 SDH采用统一的标准传输速率等级 基级：STM-1，传输速率：155.520 Mb/s 复接级： STM-4：4个STM-1 组成，传输速率622.0

28、80 Mb/s STM-16：16个STM-1 组成, 传输速率2488.320 Mb/s STM-64：64个STM-1 组成, 传输速率9953.28 Mb/s SONET/SDH Designations and bandwidths SONET Optical Carrier Level SONET Frame Format SDH level and Frame Format Line Rate (Mbps) OC-1STS-1STM-051.840 OC-3STS-3STM-1155.520 OC-12STS-12STM-4622.080 OC-24STS-241,244.160

29、OC-48STS-48STM-162,488.320 OC-192STS-192STM-649,953.280 OC-768STS-768STM-25639,813.120 OC-3072STS-3072STM-1024159,252.480 STS-n: Synchronous Transport Signal-level n STM-n: Synchronous Transport Module-level n 6.1.2 6.1.2 同步数字系列同步数字系列SDHSDH 6.1 两种传输体制两种传输体制 (2) SDH各网络单元有标准规范的光接口,任何网络单元在光纤线 路上可以互连。 应

30、用局内短距离局间长距离局间 波长（nm）131015501310155013101550 光纤类型G.652G.652G.652G.652G.652G.653 传输距离 （km） 21515408080 STM-1I-1S-1.1S-1.2L-1.1L-1.2L-1.3 STM-4I-4S-4.1S-4.2L-4.1L-4.2L-4.3 STM-16I-16S-16.1S-16.2L-16.1L-16.2L-16.3 光接口分类： 局内通信I，短距离局间通信S，长距离通信L，超长距离通信E 字母后第1位数字表示SDH等级：1，4，16， 第2位数字表示波长和光纤：1(1.31, G.652),

31、 2(1.55,G.652), 3(1.55,G.653) 分类代码 6.1.2 6.1.2 同步数字系列同步数字系列SDHSDH 6.1 两种传输体制两种传输体制 (3) SDH帧结构有丰富的开销比特，用于网络的运行、 维 护和管理； RSOH 1 2 AU-PTR 3 4 5 MSOH 9 STM-N载荷 (含POH) 9N 发送顺序 261N 270N 6.1.2 6.1.2 同步数字系列同步数字系列SDHSDH 6.1 两种传输体制两种传输体制 (4) SDH采用数字同步复用技术，简化了分/复接设备； 2Mb/s支路信号的分插支路信号的分插 流程的比较流程的比较 光 / 电 光信号 分

32、接 分接 分接 140/34 Mb/s 34/8 Mb/s 8/2 Mb/s 复接 复接 复接 电 / 光 光信号 2/8 Mb/s 8/34 Mb/s 34/140 Mb/s 2 Mb/s(电信号) PDH SDH ADM 155 Mb/s 光接口 155 Mb/s 光接口 2 Mb/s(电信号) 6.1.2 6.1.2 同步数字系列同步数字系列SDHSDH 6.1 两种传输体制两种传输体制 (5) SDH采用数字交叉连接设备DXC，对网络资源进行自动 化的调度和管理，增强了网络的抗毁性和可靠性。 1: m 1: m m:1 m :1 复接复接 交叉连接矩阵交叉连接矩阵 分接分接 1 n 1

33、 n 配置管理配置管理 7.SDH7.SDH的应用的应用 6.1.2 6.1.2 同步数字系列同步数字系列SDHSDH 6.1 两种传输体制两种传输体制 SDH可用于点对点传输, 链形网和环形网. SDH TM SDH TM 支路支路 信号信号 支路支路 信号信号 STM- N 再生中继器再生中继器 点对点传输 6.1.2 6.1.2 同步数字系列同步数字系列SDHSDH 6.1 两种传输体制两种传输体制 SDHSDH链形网链形网 SDH TM SDH TM 支路支路 信号信号 支路支路 信号信号 SDH ADM STM-n (n N) STM- NSTM-N STM-n 6.1.2 6.1.

34、2 同步数字系列同步数字系列SDHSDH 6.1 两种传输体制两种传输体制 SDHSDH环形网环形网( (双环双环) ) SDH ADM SDH ADM SDH ADM SDH ADM 支路支路 信号信号 支路信号支路信号 支路信号支路信号 支路支路 信号信号 SDH环形网环形网的一个突出优点优点是具有“自愈自愈”能 力 本节思考题本节思考题 1、SDH的帧结构包括哪三部分？ 2、SDH的特点有哪些？ 3、SDH帧中AUPTR表示什么？有何作用？ 4、我国准同步数字体系制式的基群速率是多少？ 第第 6 章章 数字光纤通信系统数字光纤通信系统 6.1 两种传输体制两种传输体制 6.2 系统的性能

35、指标系统的性能指标 6.3 系统的设计系统的设计 6.2.1 6.2.1 参考模型参考模型 6.2 系统的性能指标系统的性能指标 为进行系统性能研究，ITU-T建议的数字传输参考模型，由 各级交换中心交换中心和许多假设参考数字链路假设参考数字链路组成。 假设参考连接假设参考连接(HRX：Hypothetical Reference Connection) LEPCSCTCISCISCISCISCISCTCSCPCLE 27500km 国际 国内 国内 本地本地 数字链路(HRDL)数字交换中心 (HRDL:Hypothetical Reference Digital Link) 6.2.1 6

36、.2.1 参考模型参考模型 6.2 系统的性能指标系统的性能指标 LEPCSCTCISCISCISCISCISCTCSCPCLE 27500km 国际 国内 国内 本地本地 LE:本地交换(Local Exchange) PC:一级中心(Primary Centre) SC:二级中心(Secondary Centre) TC:三级中心(Tertiary Centre) ISC:国际交换中心(International Switching Centre) 6.2.1 6.2.1 参考模型参考模型 6.2 系统的性能指标系统的性能指标 LEPCSCTCISCISCISCISCISCTCSCPCLE

37、 27500km 国际 国内 国内 本地本地 最长的标准假设参考连接HRX：长度27500km 建议的假设参考数字链路HRDL：长度2500km 实际采用的HRDL：长度5000km（中国） 长度6400km（美国） 长度6400km（加拿大） 长度2500km（日本） 6.2.1 6.2.1 参考模型参考模型 6.2 系统的性能指标系统的性能指标 LEPCSCTCISCISCISCISCISCTCSCPCLE 27500km 国际 国内 国内 本地本地 HRDL由许多假设参考数字段假设参考数字段 (HRDS: Hypothetical Reference Digital Section)组成

38、 终端设备终端设备 Y km 用于长途传输的HRDS：长度280km 长度420km （中国，一级干线） 长度280km （中国，二级干线） 用于市话传输的HRDS：长度50km 6.2.2 6.2.2 系统的主要性能指标系统的主要性能指标 6.2 系统的性能指标系统的性能指标 1. 1. 误码率误码率(BER：Bit Error Rate) BER是在一个较长时间内的传输码流中出现误码的概率. 传统上常用平均误比特率BER来衡量系统的误码性能，即 在某一规定的观测时间内发生差错的比特数和传输比特总 数之比，如110-10。 1 1）误码率）误码率概念概念 6.2.2 6.2.2 系统的主要性

39、能指标系统的主要性能指标 6.2 系统的性能指标系统的性能指标 几乎听不懂 510-2 强烈干扰，听懂程度明显下降10-2 在各种话音电平范围内都察觉到有干扰10-3 在低话音电平范围内有个别“喀喀”干扰10-4 在低话音电平范围内刚察觉到有干扰10-5 感觉不到干扰10-6 受话者的感受误码率 误码率对话音影响程度误码率对话音影响程度 6.2.2 6.2.2 系统的主要性能指标系统的主要性能指标 6.2 系统的性能指标系统的性能指标 误码率随时间变化 BERth-设定门限 TL-观测时间 T0时间单元 2 2）常用误码性能参数）常用误码性能参数 误码率随时间的变化误码率随时间的变化 TL T

40、0 BERth BER 10-3 10-4 10-6 10-8 10-10 10-9 10-7 10-5 6.2.2 6.2.2 系统的主要性能指标系统的主要性能指标 6.2 系统的性能指标系统的性能指标 在实际监测和评定中, 采用 (i) 误码秒(ES,Error second)和误 码秒比率(ESR) 误码秒：在误码秒：在1 1秒内有误码发秒内有误码发 生，称为生，称为1 1个误码秒。个误码秒。 误码秒比率：在观测时间误码秒比率：在观测时间T TL L内误码内误码 秒数与秒数与T TL L之比。之比。ESR8%ESR8% 误码率随时间的变化误码率随时间的变化 TL T0 BERth BER

41、 10-3 10-4 10-6 10-8 10-10 10-9 10-7 10-5 6.2.2 6.2.2 系统的主要性能指标系统的主要性能指标 6.2 系统的性能指标系统的性能指标 （ii）严重误码秒（SES: Severely Errored Seconds） 和严重误码秒比率（SESR） 严重误码秒：在严重误码秒：在1 1秒内秒内BERBER劣劣 于于1010-3 -3, ,则该秒称为 则该秒称为1 1个严重个严重 误码秒。误码秒。 严重误码秒比率：在观测时间严重误码秒比率：在观测时间T TL L内严重内严重 误码秒数与误码秒数与T TL L之比。之比。SESR0.2%SESR0.2%

42、误码率随时间的变化误码率随时间的变化 TL T0 BERth BER 10-3 10-4 10-6 10-8 10-10 10-9 10-7 10-5 6.2.2 6.2.2 系统的主要性能指标系统的主要性能指标 6.2 系统的性能指标系统的性能指标 （iii）劣化分(DM: Degraded Minutes） 劣化分：在劣化分：在1 1分钟内分钟内BERBER劣于劣于1010- - 6 6, ,则该分钟称为 则该分钟称为1 1个劣化分。个劣化分。 劣化分比率：在观测时间劣化分比率：在观测时间T TL L内劣化分与内劣化分与T TL L 之比。之比。DMR10%DMR10% T T0 0=1

43、Minute=1 Minute 误码率随时间的变化误码率随时间的变化 TL T0 BERth BER 10-3 10-4 10-6 10-8 10-10 10-9 10-7 10-5 6.2.2 6.2.2 系统的主要性能指标系统的主要性能指标 6.2 系统的性能指标系统的性能指标 1.3 10-6ESR8% BER 0的秒数的秒数误码秒误码秒(ES) 3 10-6SESR0.2%BER劣于劣于10-3的分数的分数严重误码秒严重误码秒(SES) 6.2 10-7DMR10%BER劣于劣于10-6的分数的分数裂化分裂化分(DM) 长期平均误码率长期平均误码率指标指标定义定义误码率参数误码率参数

44、标准数字假设连接标准数字假设连接HRX(27500km)的误码率总指标的误码率总指标 对于目前的电话业务，传输一路PCM电话的速率为 64 kb/s， 误码率指标为： 6.2.2 6.2.2 系统的主要性能指标系统的主要性能指标 6.2 系统的性能指标系统的性能指标 最长HRX的电路质量等级划分的电路质量等级划分为高级、中级和本地级 本 地 交 换 本 地 交 换 中级 本地级 中级 本地级 1250 km25000 km1250 km 27500 km T参考点T参考点 高级 HRX误码率总指标按等级分配 2x1.2% 3.2% ESR 8% 2x0.015% 2x0.015%0.04% S

45、ESR0.1% 2x1.5%2x1.5%4%DMR10% 本地级电路中级电路高级电路误码率指标 2x1.2% 6.2.2 6.2.2 系统的主要性能指标系统的主要性能指标 6.2 系统的性能指标系统的性能指标 2. 2. 抖动抖动 (Jitter) 抖动是数字传输中的一种不稳定现象，即数字信号在传 输过程中，脉冲在时间间隔上不再是等间隔的，而是随 时间变化，对标准时间位置的偏差。 发射信号 接收信号 产生抖动的示意图 抖动现象相当于对数字信号进行相位调制抖动现象相当于对数字信号进行相位调制 6.2.2 6.2.2 系统的主要性能指标系统的主要性能指标 6.2 系统的性能指标系统的性能指标 发射

46、信号 接收信号 抖动变化的最大时间范围 单位时间内抖动变化的快慢 抖动幅度抖动幅度(JP-P)=max|t-t0| 抖动频率抖动频率(F) 单位(UI: Unit Interval) 表示单位时隙, 1UI等于1bit信息所占时间TB=1/B 6.2.2 6.2.2 系统的主要性能指标系统的主要性能指标 6.2 系统的性能指标系统的性能指标 3500kHZ 800kHZ 400kHZ 100kHZ F4 10kHZ 10kHZ 3kHZ 18kHZ F3 500HZ 1kHZ 400HZ 2.4kHZ F2 200HZ 100HZ 20HZ 20HZ F1 0.075 0.15 0.2 0.2

47、 A2 1.5 1.5 1.5 1.5 A1F0A0 223-1139264 223-134368 215-1 1.2 10-5HZ 1528448 215-1 1.5 10-5HZ 36.92048 伪随机测伪随机测 试信号序试信号序 列列 调制数字信号的正弦信号频率调制数字信号的正弦信号频率 JP .P/UI 参数参数 速率速率 （kb s-1） 光纤通信系统各次群输入口对抖动容限的要求： 6.2.2 6.2.2 系统的主要性能指标系统的主要性能指标 6.2 系统的性能指标系统的性能指标 Jp p/UI A0 A1 A2 0F0F1F2F3F4 20dB/10倍 频 程 下 降 f 抖动频

48、率越低，容许的抖动越大 最大抖动容限曲线 6.2.2 6.2.2 系统的主要性能指标系统的主要性能指标 6.2 系统的性能指标系统的性能指标 3.3.可靠性（可靠性（Reliability)Reliability) 可靠性一般采用故障统计分析法，即根据现场实际调查结 果，统计足够长时间内的故障次数，确定每两次故障的时 间间隔和每次故障的修复时间。 对光纤通信系统而言，对光纤通信系统而言， 可靠性包括光端机、中继器、可靠性包括光端机、中继器、 光光 缆线路、辅助设备和备用系统的可靠性。缆线路、辅助设备和备用系统的可靠性。 可靠性是指在规定的条件和时间内系统无故障工作的概率， 它反映系统完成规定功

49、能的能力。 6.2.2 6.2.2 系统的主要性能指标系统的主要性能指标 6.2 系统的性能指标系统的性能指标 1 1）可靠性表示方法）可靠性表示方法 )exp(tR 可靠性可靠性R R通常用故障率表示，两者的关系为 故障率表示在单位时间内发生故障(功能失效)的概率,单 位为10-9/h, 称为菲特(fit), 1 fit等于在109 h内发生一次故障 的概率 如果通信系统由n个部件组成,且故障率是统计无关的,则系 统的可靠性Rs可表示为： ns RRRR. 21 6.2.2 6.2.2 系统的主要性能指标系统的主要性能指标 6.2 系统的性能指标系统的性能指标 其他相关概念 平均故障间隔时间

50、MTBF (Mean Time Between Failure) 平均故障修复时间MTTR (Mean Time To Repair) MTTRMTTRMTBF time 6.2.2 6.2.2 系统的主要性能指标系统的主要性能指标 6.2 系统的性能指标系统的性能指标 MTBF 1 %100%100 MTTRMTBF MTBF A 总工作时间 可用时间 故障率:平均故障间隔时间MTBF的倒数 可用率A：在规定时间内系统处于良好工作状态的概率 MTTRMTTRMTBF time 6.2.2 6.2.2 系统的主要性能指标系统的主要性能指标 6.2 系统的性能指标系统的性能指标 失效率PF：在规

51、定时间内系统处于故障状态的概率 %100%100 MTTRMTBF MTTR P F 总工作时间 不可用时间 MTTRMTTRMTBF time 6.2.2 6.2.2 系统的主要性能指标系统的主要性能指标 6.2 系统的性能指标系统的性能指标 2）可靠性指标可靠性指标 99.98599.97799.83699.726A/% 0.0150.0230.1640.274F/% 1.3442.01614.424MTTR/h 2557038358373970456620/fit 391072607036502190MTBF/h 0.2240.3362.44双向全程故障次数双向全程故障次数 280420

52、30005000链路长度链路长度/km 数字光缆通信系统可靠性指标数字光缆通信系统可靠性指标 以5000 km为基准，按长度平均分配给各种数字段长度，相应 的全年指标如表5.8所示，假设平均故障修复时间MTTR=6 h。 6.2.2 6.2.2 系统的主要性能指标系统的主要性能指标 6.2 系统的性能指标系统的性能指标 5707(一端一端)20四次群设备四次群设备 28539(一端一端)4中继器中继器 28539(一端一端)4光端机光端机 200(每每km)1.35（420km）光纤（双向）光纤（双向） /fitMTBF/年年可靠性可靠性 某些国产设备的可靠性指标某些国产设备的可靠性指标 第第

53、 6 章章 数字光纤通信系统数字光纤通信系统 6.1 两种传输体制两种传输体制 6.2 系统的性能指标系统的性能指标 6.3 系统的设计系统的设计 6.3 系统的设计系统的设计 系统设计的主要任务是:根据用户对传输距离和传输容量及其 分布的要求，按照相关技术标准, 选择路由和局站设置,传输体 制和传输速率以及光纤光缆和光端机的基本参数和性能指标。 在技术上，系统设计的主要问题是确定中继距离，尤其对 长途光纤通信系统，中继距离设计是否合理，对系统的性能和 经济效益影响很大。 6.3 系统的设计系统的设计 6.3.1 6.3.1 中继距离受损耗的限制中继距离受损耗的限制 6.3.2 6.3.2 中

54、继距离受色散的限制中继距离受色散的限制 6.3.3 6.3.3 中继距离与传输速率中继距离与传输速率 6.3.16.3.1中继距离受损耗的限制中继距离受损耗的限制( (功率预算功率预算) ) 6.3 系统的设计系统的设计 光功率损耗模型： r t tot P P L 10 log 10 设发送机发出的最大平均功率为Pt , 而光接收机的接收灵敏 度为Pr, 则最大传输距离为： tot (dB/km)为光纤损耗, 包 括对接损耗和活动连接损耗. ( (功率预算功率预算 power budget)power budget) 6.3.16.3.1中继距离受损耗的限制中继距离受损耗的限制( (功率预算

55、功率预算) ) 6.3 系统的设计系统的设计 r t tot P P L 10 log 10 tot (dB/km)为光纤损耗. rttot PPL Pt，Pr用dBm表示： dB/km km,in inL tot 考虑到接头和活动连接器损耗以及线路损耗余量，有： ecrtmsf MPPL)( 光纤损耗系数光纤损耗系数 光纤平均接头损耗光纤平均接头损耗 光纤线路损耗余量光纤线路损耗余量 连接器损耗连接器损耗 系统余量系统余量 练习练习1 1 6.3 系统的设计系统的设计 设光纤通信系统的光纤损耗为设光纤通信系统的光纤损耗为0.1dB/km，有，有5个接头，每个个接头，每个 接头的损耗为接头的损

56、耗为0.2dB，光源的入纤功率为，光源的入纤功率为-3dBm，接收机灵，接收机灵 敏度为敏度为-46dBm，求最大中继距离。，求最大中继距离。 练习练习1 1 6.3 系统的设计系统的设计 rtsf PPL)( 设光纤通信系统的光纤损耗为设光纤通信系统的光纤损耗为0.1dB/km，有，有5个接头，每个个接头，每个 接头的损耗为接头的损耗为0.2dB，光源的入纤功率为，光源的入纤功率为-3dBm，接收机灵，接收机灵 敏度为敏度为-46dBm，求最大中继距离。，求最大中继距离。 2 . 054631 . 0）（）（L )420 kmL（ srtf PPLL)( 练习练习2 2 6.3 系统的设计系

57、统的设计 设光纤通信系统的光纤损耗为设光纤通信系统的光纤损耗为0.1dB/km，有，有5个接头，每个个接头，每个 接头的损耗为接头的损耗为0.2dB；光连接器损耗为；光连接器损耗为1dB（发送和接收各（发送和接收各1 个），光纤损耗余量为个），光纤损耗余量为0.1dB/km，系统余量为，系统余量为5.5dB. 光源的光源的 入纤功率为入纤功率为-3dBm，接收机灵敏度为，接收机灵敏度为-46dBm，求最大中继，求最大中继 距离。距离。 练习练习2 2 6.3 系统的设计系统的设计 设光纤通信系统的光纤损耗为设光纤通信系统的光纤损耗为0.1dB/km，有，有5个接头，每个个接头，每个 接头的损耗

58、为接头的损耗为0.2dB；光连接器损耗为；光连接器损耗为1dB（发送和接收各（发送和接收各1 个），光纤损耗余量为个），光纤损耗余量为0.1dB/km，系统余量为，系统余量为5.5dB. 光源的光源的 入纤功率为入纤功率为-3dBm，接收机灵敏度为，接收机灵敏度为-46dBm，求最大中继，求最大中继 距离。距离。 ecrtmsf MPPL)( 2 . 055 . 512463)1 . 01 . 0(）（）（L )5 .721kmL（ secrtmf LMPPL)( 6.3.26.3.2中继距离受色散的限制中继距离受色散的限制 6.3 系统的设计系统的设计 复习：各种带宽复习：各种带宽 发射机

59、接收机 光纤 模内带宽模内带宽 2/1 m 440. 0 f模间模间( (畸变畸变) )带宽带宽 L)(D 440. 0 c f 光 纤 2 )2(1 1 )( eff f fH LEDLED光源带宽光源带宽)2/(1 effc f LDLD光源带宽光源带宽 2222 )/(4)/(1 1 )( rr ffff fH r ffc 发 射 机 由渡越时间决定本征响应带宽由渡越时间决定本征响应带宽 dc f/442.0 RCRC时间常数限制的带宽时间常数限制的带宽 r0 35. 0 2 1 2 1 RC fc 接 收 机 6.3.26.3.2中继距离受色散的限制中继距离受色散的限制 6.3 系统的

60、设计系统的设计 1.1.多模光纤的模间色散决定的中继距离多模光纤的模间色散决定的中继距离 输入脉冲 0 t )()(ttP in t 0 )(tPout T 输出脉冲 2 2 1 T n n c L 8 T 2 1 n c L (SIF) (GIF) L 几何光学理论推得：几何光学理论推得： 传输容量：传输容量：1/BTT B 由 2 1 2 BL n nc 2 1 8 BL n c (SIF) (GIF) 6.3.26.3.2中继距离受色散的限制中继距离受色散的限制 6.3 系统的设计系统的设计 实验上：实验上：考虑脉冲形状及码间干扰，传输容量要下降。 设脉冲为高斯型，通过分析模间色散带宽，