SDH光传输系统及其性能分析

1、亂j港网祕冋第四章SDH光传输系统及其性能分析本章的主要内容：1、光线路系统结构，主要介绍点到点链状和环路光线路系统结构2、衰减与色散对中继距离的影响3、SDH网络性能指标4、SDH光接口、电接口的界定及其技术标准、SDH传输系统点到点链状结构1、系统结构点到多点星形结构环路一一环形结构A（1）点到点链状系统结构线路终端（具有复用和 组成：中继器：放大、整形功、光缆线路TRM 电ADMOXC 光光接口功能）能再生功能（也可使用EDFA）SRSR1I|I一夕一中堆叶夕F1III|'电 TRMADL1 光 DXCII* ADMV、点对点系统（2）环路系统 分插复用器AD 上、下话路功能 或

2、数字交叉连接器DXC上下话路、交叉连接、复用、保护、 监控功能接入设备：DLC（数字环路载波系统） B-ISDN宽带综合业务接入单元 FDDI（光纤分布数字接口）说明：环路系统具有自愈功能。即无论是系统中的设备还是光线路出现故障时， 系统都能够在 无人干涉的情况下，自动进行环路倒换，从而保证两节点间的通信。而当故障排 除之后，系统又得以恢复为正常状态。接入环路的节点数必须加以限制。环的大小也必须进行限制2、环路系统间的互联a、互联的必要性：由于一个实际的SDH网络可以由若干个环路网络相互连接构成，故而称其中的每个环形网络为一个子网。 正是这样相互连接的 子网构成了一个完整的SDH网络。b、实现

3、互联的方法丿单节点互联'多节点互联I、单节点互联概念：单节点互联是通过一个节点来实现两个环形子网间的互 联。单节点互联是一种最简单的互联方式。'环间公网DXC互联互联方法：丿环间通过独立DXC互联环间通过ADM支路互联环间公网DXC互联特点：这种方法的优点是结构简单，使用设备数量少，但目 前DXC性能还不足以支持此方式。因而还未达到实用的程度。扫）环间通过虺立DXC直连图4-2单节点环行网的互连环间通过独立DXC互联结构：在两个完整的环形网之间另外设置了一个专门的DXC这样通过DXC勺环间互联。可实现两环中由 ADMh下的话路之间的连接。特点：此种方式中所使用的设备较多，但层次

4、清晰，因而便于进行控制和 管理。LCNX.2 工怪厲REGSTM-16REG+ tX卜川dmADMt一、REG 'X卫星Q6国际业务DXCPDH网amdxc 本地空換局IADMadmlSTM-Ii'STM-4 弭网FiEGADM用户阖ADM -(b)薛网系觥TMJfJNfifnaDLU总旱旺戯谡用姣 0&橫作斥航i?eg再生中地asPOTs-fiiS电话豐界LCN-本览两信岡ADM-1W耐烹用善图恥1 SDHI系统环间通过ADM支路互联结构：环间通过ADM支路互联是指通过两个环上ADM勺支路来实现的互 联方式。特点：这样使得其结构简单，使用设备数量较少，自然互联成本较低

5、。也 是一种可供选择的方案。说明：单接点互联方式的结构简单，工作层次清晰，一次性投资成本较低。 但可靠性能相对差。解决方案：米用多点互联方式。II、多节点互联结构：多节点互联方式是指通过一个以上的节点来完成两个环网之间的互特点：可靠性能高，但与单节点互联方式相比一次性投资成本较高ADMADM旧j单向過道保护耳胃互瞰ADMDXCA DIM环二ADIMADM由j单句总用段保护环间互逹图4-3双节点自愈环间的互连、衰减与色散对中继距离的影响SDF线路丿光纤'微波、卫星影响系统性能的因素:衰减色散最大中继距离中继距离：再生段的距离“血Jj匕亶用脱十耳用段7-I耳生匸.呻再生臬十爭生竝_>

6、 一生$4斗生贻珂 5IK1-4 STM-4STM-4 二 S7K1-4 STM-4TM JREg| DXCREG_ REgH-JM iADMHH*5基龙网堵申元在SDH屈中的便用中继距离是指由丿由复用器到RGEN间两个RGE之间的距离1 衰减对中继距离的影响光纤损耗的概念：光功率随传输距离的增加而按指数规律下降传输衰减内容：有两个光纤本身的固有衰减（ 光纤的连接损耗和微弯材料、尺寸等有关） 所带来的附加损耗光纤损耗的原因：两大类：吸收损耗和散射损耗。吸收损耗是光波通过光纤材料时，有一部分光能变成热能，从而造成 光功率的损失。可见所产生损失的大小与光纤材料有关。散射损耗是由光纤的材料、形状、折

7、射指数分布等的缺陷或不均匀而引 起光纤中的传导光发生散射，从而引入的损耗。其大小也与光波波长有关。 衰减的衡量：用衰减系数表示，即单位长度光纤所引起的光功率的减小 量来表示。如：纯硅石等在1.55卩m左右，损耗可降低到0.2dB/km;2、色散对中继距离的影响(1) 色散的概念：信号在光纤中是由不同频率成份和不同模式成份携带 的，这些不同的频率成份和模式成份有不同的传播速度，这样在接收端接收时， 就会出现前后错开，使波形在时间上发生了展宽。这就是色散现象。(2) 色散的分类光纤色散包括材料色散、波导色散和模式色散。前两种色散是由于信号不是由单一频率而引起的，后一种色散是由于信号不是单一模式而引

8、起的。 模式的概念实际上模式是一种场分布。场分布：是指该物理量随时间、空间的变化关系。即随(x，y，z，t) 的关系。光纤中描述的场量E， H光纤中所描述的场分布广jE(x, y,乙t)H(x, y,z,t)一种模式有其固有的场分布(E(x,y, z,t), H (x, y,z,t)换句话说，一种模式有一个数学函数式，不同的模式其场分布,(E(x, y, z,t), H (x, y,z,t)函数式不同模式色散：是指光纤不同模式在同一频率下的群速率不同而引起的色 散。它们的传输速度各不相同，因而到达终端的时间不同，呈现脉冲展宽的现象, 这种现象就是模式色散。可见模式I楼式2模式3模式色散、材料色

9、散和波导色散产生的原因不同，但都会使脉冲信号出 现展宽的现象。(3) 色散的影响程度：与光纤的分类有关光纤分类占主导地位材料色散波导色散同一数量级模式色散 多模光纤 材料色散 波导色散7影响的因素:(中继距离J)模分配噪声：产生的因素光源的光谱特性I光纤的色散(4) 度量单位色散系数 D (ps/nm km)色散系数：单位谱宽(1nm)的光波沿单位长度(1km)的光纤传输时， 所产生的脉冲展宽量。时延差：不同速率的信号在时延上的差别就称为时延差。时延差越大，色散就越严重。信号传输距离越短。单位长度光纤上，相 差单位谱宽的光波之间的时延差，可用 ps/(km nm)表示色散系数D(5) 色散受限

10、系统当光源与光纤色散相互作用的结果，限制了中继距离。码间干扰影响的因素：丿模分配噪声一一与激光器的结构和使用的材料有关啁啾声I 码间干扰：码间干扰产生的原因：由于激光器所发出的光波是由许多根线谱构成的， 而每根线谱所产生的相同波形在光纤中传输时，其传输速率不同，使得所经历的色散不同，而前后错开，使合成的波形不同于单根线谱的波形，导致所传输的光脉冲的宽度展宽，出现“拖尾”，因而造成相邻两光脉冲之间的相互干扰，这种 现象就是码间干扰。fb 码速»增加 脉冲展宽的影响越显著* D 光纤色散系数庶光源谱宽光源一一多纵模激光器光源的光谱特性：在高速强度调制情况下，激光器的输出光功率随注入 电流

11、的变化而变化，这样便将调制信号加载在注入电流上。1"加百已1门耐山1加口制価 号罔4Y普诵擬光歴的静态利动态削绞码间干扰光纤色散的作用结果图高谨调制时多纵樓的随即起伏多纵模性光谱特性（呈现）随机起伏性送p纵模保持不变L模分配噪声的产生：由于单模光纤具有色散，所以激光器的各谱线（各频率分量）经过长光纤 传输之后，产生不同的时延，在接收端造成了脉冲展宽.又因为各谱线的功率呈 随机分布，因此当它们经过上述光纤传输后， 在光纤色散的作用下，出现脉冲展 宽现象，而且使接收端取样点所得到的取样信号呈现强度起伏， 引入了附加噪声， 这种噪声就称为模分配噪声.模分配噪声对系统的影响：模分配噪声是在发

12、送端的光源和传输介质光纤中形成的噪声，而不是接收端产生的噪声，故在接收端是无法消除或减弱的.当随机变化的模分配噪声叠加在传输信号上时，会使之发生畸变，严重时，使判决出现困难，造成误码，从而限制了传输距离.啁啾声：产生的因素光源的光谱特性J光纤的色散9光源一一单纵模激光器光源的光谱特性：啁啾声的产生：在高速调制状态下，其载流子密度的变化，将随注入 电流的变化而变化。这样使有源区的折射率指数发生变化，从而导致激光器谐振 腔的光通路长度相应变化，结果致使振荡波长随时间偏移，这就是所谓的频率啁 啾现象。因为这种时间偏移是随机的，因而当受上述影响的光脉冲经过光纤后， 在光纤色散的作用下，可以使光脉冲波形

13、发生展宽，因此接收取样点所接收的信 号中就会存在随机成份，这就是一种噪声啁啾声。啁啾声的影响：严重时会造成判决困难，给单模数字光通信系统带来损 伤，从而限制传输距离。改善方法：采用量子阱结构的DFB半导体激光器采用外调制器影响中继距离的因素光纤与光源光谱特性的综合效果模分配噪声（多纵模激光器） 啁啾声（单纵模激光器 ）高速强度调制的多纵模激光器的光通信系统中存在:码间干扰I模分配噪声高速强度调制的单纵模激光器中存在:码间干扰啁啾声3、最大中继距离的计算（1衰减受限系统一一仅考虑衰减的影响激光透 光蚪光电检测器活接头 光揍收机极限值设计法计算最大中继距离:十 Pt-PP-Me（单位km）(4-1

14、 )Af + As/Lf +Mc活接头AcrnAf = ' a 打 / ni壬(4-2)(4-3)P发送光功率（dBm）,Pr接收灵敏度（dBm）,Act和Art线路系统发送端和接收端活动连接器的接续损耗（dB）,ME设备富余度（dB） , MC光缆富余度（dB/km）,Lf单盘光缆长度（km）（一般设计中按2km计算）,N中继段内所用光缆的盘数，a fi 单盘光缆的衰减系数（dB/km）, A 中继段的平均光缆衰减系数（dB/km）,a si光纤各个接头的损耗（dB）,As中继段平均接头损耗（dB）,FP光通道功率代价（dB）,包括反射功率代价Pr和色散功率代价Pd, 其中色散功率功

15、率代价Pd是由码间干扰、模分配噪声和啁啾声所引起的色散代 价（dB）（功率损耗）例4-1中继距离（分4个单盘长度（2km构成）接头损耗 0.3dB0.35dB0.25dBO.5dBO.44dBO+54dBO.52dB I'rA =(0.5 +0.44+0.54 +0.527 =0 5As =(0.3 0.35 0.25)/(4 -1) =0.3dB（2）色散受限系统一一仅考虑色散的影响与系统中采用的光源类型有关与所采用的调制方式有关 多纵摸激光器（MLM或发光二极管（LEDld£ 106B . 入 D（单位km（4-4）#B 线路码速率（Mbit/s ）;D色散系数（ps/k

16、m nm）;入一一光源谱线宽度（nm；£ 与色散代价有关的系数。其中£由系统中所选用的光源类型来决定，若采用多纵模激光器，因 而具有码间干扰和模分配噪声两种色散机理，故取£ =0.115 ;若采用发光二极管,由于主要存在码间干扰，因而应取 £ =0.306。 单纵模激光器（SLM单纵模激光器的色散代价主要是由啁啾声决定的，其中继距离计算公式如下：Lc714002 2 a D 入 B(4-5)a 频率啁啾系数。当采用普通DFB激光器作为系统光源时，a取值范围为4 6;当采用新型的量子阱激光器时，a值可降低为24;而对于采用电吸收外调 制器的激光器模块的系统

17、来说，a值还可进一步降低为01。B线路码速率，但量纲为Tbit/s。 最大中继距离的计算方法：对于某一传输速率的系统而言，在考虑上述两个因素同时，根 据不同性质的光源，可以利用公式（4-1 ）和（4-4 ）或（4-5 ）分别计算出两个 中继距离、Ld （或Lc），然后取其较短的作为该传输速率情况下系统的实际可 达最大中继距离。例4-2若一个622Mbit/s单模光缆通信系统，其系统总体要求如下：系统中采用InGaAs隐埋异质结构多纵摸激光器，其阈值电流小于50mA 标称波长入1=1310nm波长变化范围为 入tmin=1295nm入tmax=1325nm光脉冲谱线 宽度入max<2nm发

18、送光功率PT=2dBm如用高性能的PIN-FET组件，可在BER=1 X 10-10条件下得到接收灵敏度PR=-30dBm动态范围D> 20Db17那么考虑采用直埋方式情况下，光缆工作环境温度范围为0 C26 C时，计算最大中继距离。解：1衰减的影响若考虑光通道功率代价 Pp =1dB,光连接器衰减Ac=1dB（发送和接收端各一个），光纤接头损耗 A=0.1dB/km,光纤固有损耗a =0.28dB/km,取M=3.2dB M=0.1dB/km,则由式（4-1 ）得Pp Pr 2Ac Pp M e2 30 - 2 -1 - 3.2Af AS M C=53.75km0.28 0.1 0.1

19、.色散的影响利用（4-4）,并取光纤色散系数D< 2ps/(km nm)Ld£ 106B < - X D=0.115如06622.080 2 2=46km由上述计算可以看出，中继段距离只能小于46km,对于大于46km的线段，可采用加接转站的方法解决。速率与最大中继距离计算的关系： 155Mb/s以下的光通信系统：只计算衰减的影响R - PR - ACT - ACR PP M eAf +As/Lf +Mc-622Mb/s光通信系统：光源：多纵模激光器FT - Pr - ACT - ACR - Fp - M EAf +As/Lf +McLd£ 106B : X D

20、£ 取 0.115L .、Ld中取最小的作为最大中继距离。 2.5Gb/s光纤通信系统：（一般1Gb/s以上的光通信系统必须使用单纵模 激光器）光源：单纵模激光器（衰减与色散）R - Pr - act - ACR - PP - M e La =Af As/Lf Mc,71400Lc2 2D X BL .、Lc中取最小的作为最大中继距离。 10Gbit/s 及 10Gbit/s 以上的 SDH光线路 光源；单纵模激光器影响的因素：光纤色散、啁啾声、极化模色散、光纤的非线性限制误码性能三、SDH网络性能指标抖动性能延时性能'ESR误块秒比1误码性能 SESF严重误块秒比BBER背

21、景误块比（1）误块（EB当同一块内的任意比特发生差错时， 则认为该块出现差错，通常称 该块为差错块，或误块。（2）性能参数 ESF误块秒比当某1秒具有1个或多个误块时，则称该秒为误块秒，误块秒比：ESR误码秒测试时间（S）-测试时间内的不可用时（S）-严重误块秒比（SESR某1秒内有不少于30%的误块，则认为该秒为严重误块秒,严重误块秒比：严重误块秒（S）SESR 测试时间（S）-测试时间内的不可用时（S）背景误块比（BBER故障：在连续10秒钟误码率劣于10?的事件，则被称为。 不可用时：在连续10秒钟误码率劣于10-3的时间，被称为。背景误块：从总统计时间中扣除不可用时间和严重误块秒期间出

22、现的误 块，被称为。背景误块比：总误块数-不可用期间误块数 -严重误块秒期间误块数测试期间总块数 -不可用期间总块数-严重误码秒期间总块数说明：由于计算BBEF时，已扣除了大突发性误码的情况，因此该参数大体反 映了系统的背景误码水平由上面的分析可知，三个指标中，SESF指标最严格,BBER最松，因而只要通道满足 ESR及指标的要求，必然BBEF指标也得到满足. SESF指标可以反映系统的抗干扰能力.它通常与环境条件和系统自身的 抗干扰能力有关，而与速率关系不大，故此不同速率的SESR指标相同。针对设备曲对系统1）抖动与漂移的概念抖动的定义：在数字信号传输过程中，脉冲在时间间隔上不再是等间隔的，

23、 而是随机的，这种变化关系可以用频率来描述，当频率 >10Hz时的随机变化便称 为抖动。当频率<10Hz时的随机变化便称为漂移。（2）抖动的度量一一数字周期数字周期：一个码元的时隙所占的时间间隔。用 UI表示。 不同的速率系统，其1UI的指标不同。（3）抖动与漂移指标抖动与漂移容限：无输入抖动时的输出抖动与漂移容限：抖动与漂移转移特性：（4）抖动与漂移产生的原因：上下话路复用器线路数字段丿中继器光缆故对于一个数字段内所包含的中继器的数量必须加以限制。这样产生抖动的主要因素一一复用器故对系统中所包含的复用器之间的距离（数字段长度）进行规范。 数字段长度：420km 280km四、SD

24、H光接口、电接口技术指标1 光接口、电接口的定界光接口一一光端机与光纤的连接点称为光接口。光接口共有两个：即“S”和“ R'。电接口把光端机与数字设备的连接点称为电接口电接口也有两个，即“ A”和“ B”2、SDH光接口技术一一主要技术指标电攜扒电期扒B光卑送危送（1）光发射机接收 光源一一光谱特性LED （光电二极管）荧光、光谱宽度很宽 光源MLM （多纵模激光器）光谱宽度宽模）光谱很窄SLM （单纵模激光器） （光能量集中于主 平均发送光功率定义：平均发送功率是指在光端机发送伪随机序列时在参考点S所测得的平均光功率，单位：dBm（毫瓦级） 消光比光源的消光比是指输入光端机的信号为全

25、“ 0”码时与全“ 1”码时，光 端机的平均发送光功率之比。（取百分数）。 码型SDH 光接口的线路码型为加扰的 NRZ（非归零码）。（2）接收机接收灵敏度 接收灵敏度是指在R点处满足给定误码率（BER=K 10-10）条件下，光 端机能够接收到的最小平均光功率。单位：dBm 接收机过载功率光接收机的过载功率是指在误码率 BERC 1X 10-10时，在R点所需要的 最小平均接收光功率。 接收机反射系数光接收机的反射系数是指在R点的反射光功率与入射光功率之比。各速率等级光接口在R点允许的最大反射系数在表4-13至表4-15给出。 光通道功率代价根据ITU-T G.957建议，光通道功率代价应包

26、括码间干扰、 模分配噪声、 啁啾声所引起的总色散代价以及光反射功率代价。（3）光通道 光通道的技术参数包括衰减、最大色散、SR间的最大反射系数和S点 的最小回波损耗。3、SDH电接口技术指标内容：STM-1电接口：标准比特率：155.520Mbit/s.比特率容差：土 20X 10-6 （± 20ppm码型：STM-1电接口一一 CMI （与PDH四次群兼容）PDH电接口：比特率及容差：表4-19各级电接口的标称比特率容差标称比特率（kbit/s ）容差接口码型2048± 50ppm (± 102bit/s )HDB8448± 30ppm(土 253.4

27、bit/s )34368± 20ppm(土 687.4bit/s )139264± 15ppm (土 2089bit/s )CMI反射损耗、输入口允许衰减和抗干扰能力指标、 输出口波形、无输入抖动时的输出抖动小结本章所介绍的主要内容如下；1、SDH光传输系统的结构：点到点链状线路系统、环形系统（包括系统 互联方式）2、SDH线路性能分析一一衰减对中继距离的影响一个中继段上的传输衰减内容：包括光纤本身的固有衰减和光纤的连 接损耗和微弯带来的附加损耗。形成光纤损耗的原因：主要包括两大类，即吸收损耗和散射损耗。3、SDH线路性能分析一一色散对中继距离的影响色散的概念：信号在光纤中是由不同频率成份和不同模式成份携带 的，这些不同的频率成份和模式成份有不同的传播