光纤通信刘增基课件第5章

1、 第第 5 5 章章 数字光纤通信系统数字光纤通信系统 5.1 5.1 两种传输体制两种传输体制 5.2 5.2 系统的性能指标系统的性能指标 5.3 5.3 系统的设计系统的设计 返回主目录第第5 5章章 数字光纤通信系统数字光纤通信系统5.15.1两种传输体制两种传输体制 光纤大容量数字传输系统的两种传输体制：光纤大容量数字传输系统的两种传输体制：（1 1）准同步数字系列）准同步数字系列(PDH)(PDH)（2 2）同步数字系列）同步数字系列(SDH)(SDH)。 19761976年年PDHPDH实现了标准化。实现了标准化。19841984年美国提出了同步光纤网年美国提出了同步光纤网(SO

2、NET)(SONET)。19881988年，年，ITUT(ITUT(原原CCITT)CCITT)参照参照SONETSONET的概念，提出了被称为同的概念，提出了被称为同步数字系列步数字系列(SDH)(SDH)的规范建议。的规范建议。SDHSDH是一种比较完善的传输体制，这种传输体制不仅适用于是一种比较完善的传输体制，这种传输体制不仅适用于光光纤信道纤信道，也适用于，也适用于微波和卫星干线传输微波和卫星干线传输。5.1.15.1.1准同步数字系列准同步数字系列PDHPDH准同步数字系列有两种基础速率：准同步数字系列有两种基础速率：（1 1）一种是以）一种是以1.544 Mb/s1.544 Mb/

3、s为第一级为第一级( (一次群，或称基群一次群，或称基群) )基础基础速率，采用的国家有北美各国和日本；速率，采用的国家有北美各国和日本；（2 2）另一种是以）另一种是以2.048 Mb/s2.048 Mb/s为第一级为第一级( (一次群一次群) )基础速率，基础速率， 采用的国家有西欧各国和中国。采用的国家有西欧各国和中国。表表5.15.1是世界各国商用数字光纤通信系统的是世界各国商用数字光纤通信系统的PDHPDH传输体制，表中示出两种传输体制，表中示出两种基础速率各次群的速率、话路数及其关系。基础速率各次群的速率、话路数及其关系。对于以对于以2.048 Mb/s2.048 Mb/s为基础速

4、率的制式，各次群的话路数按为基础速率的制式，各次群的话路数按4 4倍递增。倍递增。对于以对于以1.544 Mb/s1.544 Mb/s为基础速率的制式，在为基础速率的制式，在3 3次群以上，日本和北美各国次群以上，日本和北美各国又不相同，看起来很杂乱。又不相同，看起来很杂乱。PDHPDH主要适主要适用于中、低速率点对点的传输用于中、低速率点对点的传输。随着技术的进步和。随着技术的进步和社会对信息的需求，数字系统传输容量不断提高，社会对信息的需求，数字系统传输容量不断提高， 网络管理网络管理和控制的要求日益重要，宽带综合业务数字网和计算机网络迅和控制的要求日益重要，宽带综合业务数字网和计算机网络

5、迅速发展，现有速发展，现有PDHPDH的的许多许多缺点缺点也逐渐暴露出来，主要有：也逐渐暴露出来，主要有： (2) (2) 没有足够的开销比特，使网络设计缺乏灵活性。没有足够的开销比特，使网络设计缺乏灵活性。(3) (3) 上下话路不方便。上下话路不方便。 (1) (1) 没有世界统一的标准光接口。没有世界统一的标准光接口。光/电光 信 号分 接分 接分 接140/34 Mb/s34/8 Mb/s8/2 Mb/s复 接复 接复 接电/光光 信 号2/8 Mb/s8/34 Mb/s34/140 Mb/s2 Mb/s (电信号)SDHADM155 Mb/s光接口155 Mb/s光接口2 Mb/s

6、(电信号)PDH5.1.25.1.2同步数字系列同步数字系列SDHSDH1. SDH1. SDH传输网传输网 SDHSDH不仅适合于点对点传输，而且适合于多点之间的网络传输。不仅适合于点对点传输，而且适合于多点之间的网络传输。SDHSDH终端复用器终端复用器TMTM、分插复用设备、分插复用设备ADMADM、数字交叉连接设备、数字交叉连接设备DXCDXC等网络单元以及连接它们的等网络单元以及连接它们的( (光纤光纤) )物理链路构成。物理链路构成。SDHSDH终端的终端的主要功能是复接主要功能是复接/ /分接和提供业务适配。分接和提供业务适配。ADMADM是一种特殊的复是一种特殊的复用器，可以它

7、转发、分接、复接信号所承载的信息。用器，可以它转发、分接、复接信号所承载的信息。DXCDXC类似类似于交换机，它一般有多个输入和多个输出，通过适当配置可于交换机，它一般有多个输入和多个输出，通过适当配置可提供不同的端到端连接。提供不同的端到端连接。TMADMSTM-nDXCSTM-NADMTMTMSTM-NTMADMSTM-nDXCADMTMSTM-NSTM-NSTM-nSTM-NSTM-NSTM-NSTM-n低速信号低速信号低速信号低速信号(n N) 图5.2SDH传输网络单元(a) 终端复用器TM； (b) 分插复用设备ADM(Add/Drop Multiplexer); (c) 数字交叉

8、连接设备DXC MUXE1E1STM- N同步复接DMXE1E1STM-N同步分接(a)DMXMUX中继线STM- N中继线STM- NDropSTM- nAddSTM- n分接复接本地(b)1: m1: mm:1m:1复接交叉连接矩阵分接1n1n(c)配置管理 图 5.3传输通道的结构 (a) 传输通道连接模型； (b) 分层结构 通道终接设备线路终接设备TMADM/DXC再生段Section再生段再生段线路终接设备通道终接设备E1E3E1E3ADM/DXCTM复接段(Line)传输通道(Path)(a)PathLineSectionPhotonicSectionPhotonicPathLi

9、neSectionPhotonic再生中继器(b)再生中继器与与PDHPDH相比，相比， SDHSDH具有下列特点具有下列特点：(1) SDH(1) SDH采用世界上统一的标准传输速率等级。最低的等级也就是最基本采用世界上统一的标准传输速率等级。最低的等级也就是最基本的模块称为的模块称为STM-1STM-1，传输速率为，传输速率为155.520Mb/s155.520Mb/s； 4 4个个STM1 STM1 同步复接组成同步复接组成STM-4STM-4，传输速率为，传输速率为4 4155.52 Mb/s=622.080 Mb/s155.52 Mb/s=622.080 Mb/s。(2) SDH(2

10、) SDH各网络单元的光接口有严格的标准规范。因此，各网络单元的光接口有严格的标准规范。因此， 光接口成为开放光接口成为开放型接口，任何网络单元在光纤线路上可以互连，型接口，任何网络单元在光纤线路上可以互连， 不同厂家的产品可以互不同厂家的产品可以互通，通， (3) (3) 在在SDHSDH帧结构中，丰富的开销比特用于网络的运行、帧结构中，丰富的开销比特用于网络的运行、 维护和管理，维护和管理，便于实现性能监测、故障检测和定位、故障报告等管理功能。便于实现性能监测、故障检测和定位、故障报告等管理功能。 (4) (4) 采用数字同步复用技术，其最小的复用单位为字节，不必进行码速采用数字同步复用技

11、术，其最小的复用单位为字节，不必进行码速调整，简化了复接分接的实现设备，由低速信号复接成高速信号，或从高调整，简化了复接分接的实现设备，由低速信号复接成高速信号，或从高速信号分出低速信号，不必逐级进行。速信号分出低速信号，不必逐级进行。(5) SDH(5) SDH采用了采用了DXCDXC后，大大提高了网络的灵活性及对各种业务量变化的适后，大大提高了网络的灵活性及对各种业务量变化的适应能力。应能力。2. SDH2. SDH帧结构帧结构 SDHSDH帧结构是实现数字同帧结构是实现数字同步时分复用、保证网络可靠步时分复用、保证网络可靠有效运行的关键。图有效运行的关键。图 5.5 5.5 给给出出SD

12、HSDH帧一个帧一个STMNSTMN帧有帧有9 9行，行，每行由每行由270270N N个字节组成。个字节组成。这样每帧共有这样每帧共有9 9270270N N个字个字节，每字节为节，每字节为8 bit8 bit。帧周期。帧周期为为125s125s，即每秒传输，即每秒传输80008000帧。对于帧。对于STM1 STM1 而言，传输速而言，传输速率为率为9 92702708 88000=155.520 8000=155.520 Mb/sMb/s。字节发送顺序为：由。字节发送顺序为：由上往下逐行发送，每行先左上往下逐行发送，每行先左后右。后右。图 5.5 SDH帧的一般结构 SOH12AU-PT

13、R345SOH9STM-N载荷(含POH)9N261N270N发送顺序SDHSDH帧大体可分为三个部分：帧大体可分为三个部分： (1) (1) 段开销段开销(SOH)(SOH)。 段开销是在段开销是在SDHSDH帧中为保证信息正常帧中为保证信息正常传输所必需的附加字节传输所必需的附加字节( (每字节含每字节含64 kb/s64 kb/s的容量的容量) )，主要用于，主要用于运行、运行、 维护和管理，如帧定位、维护和管理，如帧定位、 误码检测、误码检测、 公务通信、自公务通信、自动保护倒换以及网管信息传输。动保护倒换以及网管信息传输。对于对于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相应相应于于576bit576bit。由于每秒传输。由于每秒传输80008000帧，所以帧，所以SOHSOH的容量为的容量为5765768000=4.608 Mb/s8000=4.608 Mb/s。 根据图根据图5.3(a)5.3(a)的传输通道连接模型，段开销又细分为再生的传输通道连接模型，段开销又细分为再生段开销段开销(SOH)(SOH)和复接段开销和复接段开销(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) 信息载荷信息载荷(Payload)(Payload

15、)。信息载荷域是信息载荷域是SDHSDH帧内用于承载各帧内用于承载各种业务信息的部分。对于种业务信息的部分。对于STM1STM1而言，而言，PayloadPayload有有9 9261=2349 261=2349 Byte, Byte, 相应于相应于234923498 88000=150.336 Mb/s8000=150.336 Mb/s的容量。的容量。 在在PayloadPayload中包含少量字节用于通道的运行、维护和管理，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这些字节称为通道开销(POH)(POH)。(3) (3) 管理单元指针管理单元指针(AU-PTR)(AU

16、-PTR)。管理单元指针是一种指示符，。管理单元指针是一种指示符， 主要用于指示主要用于指示PayloadPayload第一个字节在帧内的准确位置第一个字节在帧内的准确位置( (相对于相对于指针位置的偏移量指针位置的偏移量) )。对于。对于STM-1STM-1而言，而言，AU-PTRAU-PTR有有9 9个字节个字节( (第第4 4行行) )， 相应于相应于9 98 88000=0.576 Mb/s8000=0.576 Mb/s。 采用指针技术是采用指针技术是SDHSDH的创新，结合虚容器的创新，结合虚容器(VC)(VC)的概念，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解

17、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。成的载荷相对位置漂移的问题。 3. 3. 复用原理复用原理 将低速支路信号复接为高速信号的方法有两种：将低速支路信号复接为高速信号的方法有两种： （1 1）正码速调整法正码速调整法 优点是容许被复接的支路信号有较大的频优点是容许被复接的支路信号有较大的频率误差；缺点是复接与分接相当困难。率误差；缺点是复接与分接相当困难。（2 2）固定位置映射法固定位置映射法 是让低速支路信号在高速信号帧中占用是让低速支路信号在高速信号帧中占用固定的位置。这种方法的优点是复接和分接容易实现，但由于固定的位置。这种方法的优点是复接和分接

18、容易实现，但由于低速信号可能是属于低速信号可能是属于PDHPDH的或由于的或由于SDHSDH网络的故障，低速信号与网络的故障，低速信号与高速信号的相对相位不可能对准，并会随时间而变化。高速信号的相对相位不可能对准，并会随时间而变化。SDHSDH采用载荷指针技术，结合了上述两种方法的优点采用载荷指针技术，结合了上述两种方法的优点，付出的，付出的代价是要对指针进行处理。超大规模集成电路的发展，为实现代价是要对指针进行处理。超大规模集成电路的发展，为实现指针技术创造了条件。指针技术创造了条件。图 5.6 载荷包络与SDH帧的一般关系SDH 帧1(125 s)SDH 帧2(125 s)261字节9字节

19、开销9行载荷包络AU PTRITUTITUT规定了规定了SDHSDH的一般复用映射结构。的一般复用映射结构。所谓映射结构所谓映射结构，是指把支路信号适配装入虚容器的过程，其，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。实质是使支路信号与传送的载荷同步。 这种结构可以把目前这种结构可以把目前PDHPDH的绝大多数标准速率信号装入的绝大多数标准速率信号装入SDHSDH帧。图帧。图5.75.7示出示出SDHSDH一般复用映射结构，图中一般复用映射结构，图中CnCn是标准容器，是标准容器， 用来装载现有用来装载现有PDHPDH的各支路信号，的各支路信号， 即即C C1111

20、#, C#, C1212#, C#, C2 2#, C#, C3 3和和C C4 4 分别装载分别装载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的支路信号，并完成速率适配处理的功能。的支路信号，并完成速率适配处理的功能。 在标准容器的基础上，加入少量通道开销在标准容器的基础上，加入少量通道开销(POH)(POH)字节，即字节，即组成相应的虚容器组成相应的虚容器VCVC。VCVC的包络与网络同步，但其内部则可的包络与网络同步，但

21、其内部则可装载各种不同容量和不同格式的支路信号。所以引入虚容器装载各种不同容量和不同格式的支路信号。所以引入虚容器的概念，使得不必了解支路信号的内容，便可以对装载不同的概念，使得不必了解支路信号的内容，便可以对装载不同支路信号的支路信号的VCVC进行同步复用、交叉连接和交换处理，实现大进行同步复用、交叉连接和交换处理，实现大容量传输。容量传输。图 5.7 SDH的一般复用映射结构 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指针处理复用定位校准映射 由于在传输过程中，不能绝对保证所有虚容器的起始相由于在传输过程中，不能绝对保证所有虚容器的起始相位始终都能同步，所以要在位始终都能同步，所以要在VC VC 的前面加上管理单元指针的前面加上管理单元指针(AU (AU PTR)PTR)， 以进行定位校准。加入指针后组成的信息单元结构分以进行定位校准。加入指针后组成的信息单元结构分为管理单元为管理单元(AU)(AU)和支路单元和支路单元(TU)(TU)。AUAU由高阶由高阶VC(VC(如如VC-4)VC-4)加加

23、AUAU指针组成，指针组成， TUTU由低阶由低阶VCVC加加TUTU指针组成。指针组成。TUTU经均匀字节间插后，经均匀字节间插后， 组成支路单元组组成支路单元组(TUG)(TUG)，然后组成，然后组成AU-3AU-3或或AU-4AU-4。3 3个个AU-3AU-3或或1 1个个AU-4AU-4组成管理单元组组成管理单元组(AUG)(AUG)，加上段开销，加上段开销SOHSOH，便组成，便组成STM-1 STM-1 同步传输信号；同步传输信号；N N个个STM-1 STM-1 信号按字节同步复接，信号按字节同步复接， 便组成便组成STM-NSTM-N。 最简单的例子是，由最简单的例子是，由P

24、DHPDH的的4 4次群信号到次群信号到SDHSDH的的STM-1 STM-1 的复的复接过程。把接过程。把139.264 Mb/s139.264 Mb/s的信号装入容器的信号装入容器C-4C-4，经速率适配处，经速率适配处理后，输出信号速率为理后，输出信号速率为149.760 Mb/s; 149.760 Mb/s; 在虚容器在虚容器VC-4 VC-4 内加上内加上通道开销通道开销POH(POH(每帧每帧9 Byte, 9 Byte, 相应于相应于0.576 Mb/s)0.576 Mb/s)后，输出信号后，输出信号速率为速率为150.336 Mb/s150.336 Mb/s；在管理单元；在管理

25、单元AU-4 AU-4 内，加上管理单元指内，加上管理单元指针针AU -PTR(AU -PTR(每帧每帧9 Byte, 9 Byte, 相应于相应于0.576 Mb/s)0.576 Mb/s)，输出信号速率，输出信号速率为为150.912 Mb/s; 150.912 Mb/s; 由由 1 1个个AUGAUG加上段开销加上段开销SOH(SOH(每帧每帧72 Byte, 72 Byte, 相应于相应于4.608 Mb/s), 4.608 Mb/s), 输出信号速率为输出信号速率为155.520 Mb/s, 155.520 Mb/s, 即为即为STM-1STM-1。4. 4. 数字交叉连接设备数字交

26、叉连接设备 数字交叉连接设备数字交叉连接设备(DXC)(DXC)相当于一种自动的数字电路配线相当于一种自动的数字电路配线架。图架。图5.2 5.2 表示的是表示的是SDHSDH的的DXC(DXC(也适合于也适合于PDH)PDH)，其核心部分是，其核心部分是可控的交叉连接开关可控的交叉连接开关( (空分或时分空分或时分) )矩阵。参与交叉连接的基矩阵。参与交叉连接的基本电路速率可以等于或低于端口速率，它取决于信道容量分本电路速率可以等于或低于端口速率，它取决于信道容量分配的基本单位。一般每个输入信号被分接为配的基本单位。一般每个输入信号被分接为m m个并行支路信号，个并行支路信号，然后通过时分然

27、后通过时分( (或空分或空分) )交换网络，按照预先存放的交叉连接交换网络，按照预先存放的交叉连接图或动态计算的交叉连接图对这些电路进行重新编排，最后图或动态计算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。将重新编排后的信号复接成高速信号输出。 1:m1: mm:1m:1复接交叉连接矩阵分接1n1n配置管理DXCDXC的标示：的标示： 通常用通常用DXCX/YDXCX/Y来表示一个来表示一个DXCDXC的配置类型，其中第一个数的配置类型，其中第一个数字字X X表示输入端口速率的最高等级，第二个数字表示输入端口速率的最高等级，第二个数字Y Y表示参与交表示参与交

28、叉连接的最低速率等级。数字叉连接的最低速率等级。数字0 0表示表示64 kb/s64 kb/s电路速率；数字电路速率；数字1 1、2 2、3 3、4 4 分别表示分别表示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 等级；等级； 数字数字 5 5 和和 6 6 分别代表分别代表SDHSDH的的STM4 STM4 和和STMSTM等级。等级。 例如，例如，DXC 1/0 DXC 1/0 表示输入端口的最高速率为一次群信号表示输入端口的最高速率为一次群信号的速率的速率(E(E1 1: 2.048 Mb/s), :

29、 2.048 Mb/s), 而交叉连接的基本速率为而交叉连接的基本速率为64 kb/s; 64 kb/s; DXC 4/1 DXC 4/1 表示输入端口的最高速率为表示输入端口的最高速率为155.52 Mb/s(155.52 Mb/s(对于对于SDH)SDH)或或140 Mb/s(140 Mb/s(对于对于PDH)PDH)，而交叉连接的基本速率为，而交叉连接的基本速率为2.048 Mb/s2.048 Mb/s。目前应用最广泛的是目前应用最广泛的是DXC 1/0DXC 1/0、DXC 4/1DXC 4/1和和DXC 4/4DXC 4/4。 交叉连接设备与交换机的区别有：交叉连接设备与交换机的区别

30、有：(1) DXC (1) DXC 的输入输出不是单个用户话路，的输入输出不是单个用户话路， 而是由许多话路组而是由许多话路组成的群路；成的群路；(2) (2) 两者都能提供动态的通道连接，但连接变动的时间尺度是两者都能提供动态的通道连接，但连接变动的时间尺度是不同的。前者按大量用户的集合业务量的变化及网络的故障状不同的。前者按大量用户的集合业务量的变化及网络的故障状况来改变连接，由网管系统配置；后者按照用户的呼叫请求来况来改变连接，由网管系统配置；后者按照用户的呼叫请求来建立或改变连接，由信令系统实现呼叫连接控制。建立或改变连接，由信令系统实现呼叫连接控制。 DXCDXC在干线传输网中的主要

31、用途是实现自动化的网络配置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。管理。 5. SDH5. SDH的应用的应用 SDH可用于点对点传输(图5.8)、 链形网(图5.9)和环形网(图5.10)。 SDH环形网的一个突出优点是具有“自愈”能力。SDHTMSDHTM支路信号支路信号再生中继器STM-N图 5.8 SDH用于点对点传输 图 5.9 SDH链形网 SDHTMSDHTM支路信号支路信号SDHADMSTM- NSTM- NSTM- nSTM- n(n N) 图 5.10 SDH环形网(双环) SDHADMSDHADMSDHADMSDHADM支路信号支路信号支路信号支路信号5.2

32、5.2 系统的性能指标系统的性能指标5.2.15.2.1参考模型参考模型 为进行系统性能研究，为进行系统性能研究，ITUT(ITUT(原原CCITT)CCITT)建议中提出了一个建议中提出了一个数字传输参考模型，称为假设参考连接数字传输参考模型，称为假设参考连接(HRX)(HRX)。假设在两个用。假设在两个用户之间的通信可能要经过全部线路和各种串联设备组成的数字户之间的通信可能要经过全部线路和各种串联设备组成的数字网，而且任何参数的总性能逐级分配后应符合用户的要求。网，而且任何参数的总性能逐级分配后应符合用户的要求。LEPCSCTCISCISCISCISCISCTCSCPCLE本 地国 内国

33、际本 地国 内27500 kmT 参考点T 参考点LE本 地 交 换PC一 级 中 心SC二 级 中 心TC三 级 中 心ISC国 际 交 换 中 心数 字 链 路数 字 交 换图 5.11 标准数字假设参考连接HRX 假设参考数字连接（假设参考数字连接（HRXHRX）由各级交换中心和许多假设参）由各级交换中心和许多假设参考数字链路考数字链路(HRDL)(HRDL)组成。组成。 假设参考数字链路（假设参考数字链路（HRDLHRDL）由许多假设参考数字段）由许多假设参考数字段(HRDS)(HRDS)组成。组成。 标准数字标准数字HRXHRX的总性能指标按比例分配给的总性能指标按比例分配给HRDL

34、HRDL，HRDLHRDL的性的性能指标再进一步分配给假设参考数字段能指标再进一步分配给假设参考数字段HRDSHRDS，并再度分配给，并再度分配给线路和设备。这样在系统设计时进行性能预算就变得大大简线路和设备。这样在系统设计时进行性能预算就变得大大简化。化。图 5.12 假设参考数字段HRDS X b/s终端设备终端设备X b/sY km*“Y”的合适值取决于网的应用。 目 前50 km 和280 km 被认定是必需的。5.2.25.2.2系统的主要性能指标系统的主要性能指标 1. 1. 误码率误码率(BER)(BER) 误码率是衡量数字光纤通信系统传输质量优劣的非常重误码率是衡量数字光纤通信

35、系统传输质量优劣的非常重要的指标，它反映了在数字传输过程中信息受到损害的程度。要的指标，它反映了在数字传输过程中信息受到损害的程度。 BERBER是在一个较长时间内的传输码流中出现误码的概率是在一个较长时间内的传输码流中出现误码的概率，它对，它对话音影响的程度取决于编码方法。对于话音影响的程度取决于编码方法。对于PCMPCM而言，误码率对话而言，误码率对话音的影响程度如表音的影响程度如表 5.2 5.2 所示。所示。 由于误码率随时间变化，用长时间内的平均误码率来衡量系统性由于误码率随时间变化，用长时间内的平均误码率来衡量系统性能的优劣，显然不够准确。在实际监测和评定中，能的优劣，显然不够准确

36、。在实际监测和评定中， 规定一个较长的规定一个较长的监测时间监测时间T TL L，例如几天或一个月，并把这个时间分为，例如几天或一个月，并把这个时间分为“可用时间可用时间”和和“不可用时间不可用时间”。在连续在连续10 s10 s时间内，时间内，BERBER劣于劣于1 11010-3-3，为，为“不可用时间不可用时间”，或称系统，或称系统处于故障状态；处于故障状态； 在连续在连续10 s10 s时间内，时间内，BERBER优于优于1 11010-3-3，为，为“可用时间可用时间”。 规定一个较短的取样时间规定一个较短的取样时间T T0 0和误码率门限值和误码率门限值BERBERthth，统计，

37、统计BERBER劣于劣于BERBERthth的时间，并用劣化时间占可用时间的百分数来衡量系统误码率的时间，并用劣化时间占可用时间的百分数来衡量系统误码率性能的指标。性能的指标。图 5.13 误码率随时间的变化 TLT010-310-610-710-810-10三种误码率参数和指标说明：三种误码率参数和指标说明：（1 1）劣化分劣化分(DM)(DM) ：误码率为：误码率为1 11010-6-6时，感觉不到干扰的影时，感觉不到干扰的影响，选为响，选为BERBERthth。选择取样时间。选择取样时间T T0 0为为 1 min1 min。选择。选择T TL L为为1 1个月。个月。定义误码率劣于定义

38、误码率劣于 1 11010-6-6的分钟数为劣化分的分钟数为劣化分(DM)(DM)。HRXHRX指标要指标要求劣化分占可用分求劣化分占可用分( (可用时间减去严重误码秒累积的分钟数可用时间减去严重误码秒累积的分钟数) )的的百分数小于百分数小于10%10%。（2 2）严重误码秒严重误码秒(SES)(SES) ：由于某些系统会出现短时间内大误：由于某些系统会出现短时间内大误码率的情况，严重影响通话质量，因此引入严重误码秒这个参码率的情况，严重影响通话质量，因此引入严重误码秒这个参数。选择监测时间数。选择监测时间T TL L为为1 1个月，取样时间个月，取样时间T T0 0为为1s1s。定义误码率

39、。定义误码率劣于劣于 1 11010-3-3的秒钟数为严重误码秒的秒钟数为严重误码秒(SES)(SES)。HRXHRX指标要求严重指标要求严重误码秒占可用秒的百分数小于误码秒占可用秒的百分数小于0.2%0.2%。 （3 3）误码秒误码秒(ES)(ES) ：选择监测时间：选择监测时间T TL L为为1 1个月，取样时间个月，取样时间T T0 0为为1s1s， 误码率门限值误码率门限值BERBERthth=0=0。定义凡是出现误码。定义凡是出现误码( (即使只有即使只有1bit)1bit)的秒数称为误码秒的秒数称为误码秒(ES)(ES)。HRXHRX指标要求误码秒占可用秒的指标要求误码秒占可用秒的

40、百分数小于百分数小于8%8%。相应地，不出现任何误码的秒数称为无误码秒。相应地，不出现任何误码的秒数称为无误码秒(EFS)(EFS)， 指标要求无误码秒占可用秒的百分数大于指标要求无误码秒占可用秒的百分数大于92%92%。 对于目前的电话业务，传输一路对于目前的电话业务，传输一路PCMPCM电话的速率为电话的速率为 64 64 kb/skb/s。研究分析表明，合适的误码率参数和假设参考连接。研究分析表明，合适的误码率参数和假设参考连接HRXHRX的误码率指标如表的误码率指标如表 5.3 5.3 所示。所示。 标准数字假设参考连接标准数字假设参考连接HRX(27500 km)HRX(27500

41、km)的误码率总指标必的误码率总指标必须按不同等级的电路质量分配到各部分。图须按不同等级的电路质量分配到各部分。图5.145.14示出最长示出最长HRXHRX的电路质量等级划分，图中高级和中级之间没有明显的界限。的电路质量等级划分，图中高级和中级之间没有明显的界限。本地交换本地交换中级本地级中级本地级1250 km25000 km1250 km27500 kmT参考点T参考点高级图 5.14 最长HRX的电路质量等级划分 我国长途一级干线和长途二级干线都应视为高级电路，长我国长途一级干线和长途二级干线都应视为高级电路，长途二级以下和本地级合并考虑。表途二级以下和本地级合并考虑。表 5.4 5.

42、4 示出示出HRXHRX误码率总指标误码率总指标按等级的分配。按等级的分配。 表表5.55.5的误码率三项指标监测时间为的误码率三项指标监测时间为1 1个月，个月， 在工程验收在工程验收时执行存在一定困难，通常采用长期平均误码率来衡量，监测时执行存在一定困难，通常采用长期平均误码率来衡量，监测时间为时间为24 h24 h。 假设误码为泊松分布，误码率三项指标都可以假设误码为泊松分布，误码率三项指标都可以换算为长期平均误码率。换算为长期平均误码率。根据原根据原CCITTCCITT的建议，对于的建议，对于25 000 km25 000 km高级电路长期平均误码率高级电路长期平均误码率BERBERa

43、vav至少为至少为1 11010-7-7，按长度比例进，按长度比例进行线性折算，得到每公里行线性折算，得到每公里BERBERavav=4=41010-12-12/km/km。所以。所以280 km280 km和和420 420 kmkm数字段的数字段的BERBERavav分别为分别为1.121.121010-9-9和和1.681.681010-9-9，因此取，因此取 1 11010-9-9作为标准。作为标准。 我国长途光缆通信系统进网要求中规定：长度短于我国长途光缆通信系统进网要求中规定：长度短于420 420 kmkm时，按时，按 1 11010-9-9计算；长度长于计算；长度长于420 k

44、m420 km时，先按长度比例时，先按长度比例进行折算，再按长度累计附加进去。进行折算，再按长度累计附加进去。 设计值应比实际要求高设计值应比实际要求高 1 1 个数量级。个数量级。短于短于420 km420 km数字段按数字段按BERBERavav=1=11010-10-10设计；设计；50 km50 km中继段按中继段按BERBERavav=1=11010-11-11设计。设计。 图 5.15 抖动示意图 输入信号提取时钟2. 2. 抖动抖动抖动的定义是：抖动的定义是：数字信号在各有效瞬时对标准时间位数字信号在各有效瞬时对标准时间位置的偏差。置的偏差。 偏差时间范围称为抖动幅度偏差时间范围

45、称为抖动幅度(JPP)(JPP)，偏差，偏差时间间隔对时间的变化率称为抖动频率时间间隔对时间的变化率称为抖动频率(F)(F)。（1 1）输入脉冲信号在某一平均位置左右变化；）输入脉冲信号在某一平均位置左右变化；（2 2）提取时钟信号在中心位置左右变化。）提取时钟信号在中心位置左右变化。 抖动现象相当于对数字信号进行相位调制，表现为在稳抖动现象相当于对数字信号进行相位调制，表现为在稳定的脉冲图样中，前沿和后沿出现某些低频干扰，其频率一定的脉冲图样中，前沿和后沿出现某些低频干扰，其频率一般为般为0 02 kHz2 kHz。 抖动单位为抖动单位为UIUI。当脉冲信号为二电平当脉冲信号为二电平NRZN

46、RZ时，时，1UI1UI等于等于1bit1bit信息所占时间，数值上等于传输速率信息所占时间，数值上等于传输速率f fb b的倒数。的倒数。 抖动严重时，使得信号失真、抖动严重时，使得信号失真、 误码率增大。完全消除误码率增大。完全消除抖动是困难的，因此在实际工程中，需要提出容许最大抖动抖动是困难的，因此在实际工程中，需要提出容许最大抖动的指标。的指标。 光纤通信系统各次群输入口对抖动容限的要求如表光纤通信系统各次群输入口对抖动容限的要求如表 5.65.6所示所示全程各次群输出口对抖动容限的要求如表全程各次群输出口对抖动容限的要求如表5.75.7所示，表中括所示，表中括号内的数值是对数字段的要

47、求。号内的数值是对数字段的要求。 图 5.16 表5.6和表5.7的图解说明 Jp p/UIA0A1A20F0F1F2F3F420dB/10倍 频 程下 降f表 5.6 和表5.7各符号的意义如图 5.16 所示。 5.2.35.2.3可靠性可靠性 衡量通信系统质量的优劣除上述性能指标外，可靠性也是衡量通信系统质量的优劣除上述性能指标外，可靠性也是一个重要指标，它直接影响通信系统的使用、维护和经济效益。一个重要指标，它直接影响通信系统的使用、维护和经济效益。对光纤通信系统而言，可靠性包括光端机、中继器、光缆线路、对光纤通信系统而言，可靠性包括光端机、中继器、光缆线路、辅助设备和备用系统的可靠性

48、。辅助设备和备用系统的可靠性。 确定可靠性一般采用故障统计分析法确定可靠性一般采用故障统计分析法，即根据现场实际调，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。间间隔和每次故障的修复时间。 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：是指在规定的条件和时间内系统无故障工作的概率，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能的能力。它反映系统完成规定功能的能力。 故障率故障率：是系统工作到时间是系统工

49、作到时间t t，在单位时间内发生故障，在单位时间内发生故障( (功功能失效能失效) )的概率。的概率。的单位为的单位为1010-9-9/h, /h, 称为菲特称为菲特(fit), 1fit(fit), 1fit等等于在于在10109 9 h h内发生一次故障的概率。内发生一次故障的概率。可靠性可靠性R R通常用故障率通常用故障率表示，两者的关系为表示，两者的关系为 R=exp(-t) (5.1)R=exp(-t) (5.1) 如果通信系统由如果通信系统由n n个部件组成，且故障率是统计无关的，个部件组成，且故障率是统计无关的， 则系统的可靠性则系统的可靠性R Rs s可表示为可表示为 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分别为系统第分别为系统第i i个部件的可靠性和故障率。个部件的可靠性和故障率。 (2) (2) 故障率故障率和平均故障间隔时间和平均故障间隔时间MTBFMTBF。两者的关系为。两者的关系为MTBFn1 (3) (3) 可用率可用率A A和失效率和失效率P PF F。可用率。可用率A A是在规定时间内，系是在规定时间内，系统处于良好工作状态的概率，它可以表示为统处于良好工作状态的概率，它可以表示为%100%100MTTRMTBFMTBFA总

51、工作时间可用时间 式中式中MTTRMTTR为平均故障修复时间为平均故障修复时间( (不可用时间不可用时间) )。 失效率失效率PFPF可以表示为可以表示为%100%100MTTRMTBFMTBFPF总工作时间不可用时间可用时间由式由式(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)在有备用系统的情况下，在有备用系统的情况下， 失效率为失效率为 P PF F= (5.7)= (5.7)式中式中m m和和n n分别为主用系统数和备用系统数，分别为主用系统数和备用系统数，P=MTTR/MTBFP=MTTR/MTBF

52、。 ) 1()!1 ( !)!(npnmnm2. 2. 可靠性指标可靠性指标 根据国家标准的规定，具有主备用系统自动倒换功能的数字光缆通信系统，容许5000 km双向全程每年4次全阻故障，对应于420 km和280 km数字段双向全程分别约为每3年1次和每5年1次全阻故障。市内数字光缆通信系统的假设参考数字链路长为100 km, 容许双向全程每年4次全阻故障，对应于50 km数字段双向全程每半年1次全阻故障。此外，要求LD光源寿命大于10104 h, PINFET寿命大于50104 h, APD寿命大于50104 h。 根据上述标准，以5000 km为基准，按长度平均分配给各种数字段长度，相应

53、的全年指标如表5.8所示，假设平均故障修复时间MTTR=6 h。某些国产设备的可靠性指标列于表5.9。5.35.3系系 统统 的的 设设 计计对数字光纤通信系统而言，系统设计的主要任务是：对数字光纤通信系统而言，系统设计的主要任务是：（1 1）选择最佳路由和局站设置）选择最佳路由和局站设置（2 2）选择传输体制和传输速率）选择传输体制和传输速率（3 3）选择光纤光缆和光端机的基本参数和性能指标）选择光纤光缆和光端机的基本参数和性能指标 使系统的实施达到最佳的性能价格比。使系统的实施达到最佳的性能价格比。 在技术上，系统设计的主要问题是确定中继距离，尤其对在技术上，系统设计的主要问题是确定中继距

54、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。经济效益影响很大。 中继距离的设计有三种方法：中继距离的设计有三种方法：（1 1）最坏情况法）最坏情况法( (参数完全已知参数完全已知) ) （2 2）统计法）统计法( (所有参数都是统计定义所有参数都是统计定义) )（3 3）半统计法）半统计法( (只有某些参数是统计定义只有某些参数是统计定义) ) 这里我们采用最坏情况设计法这里我们采用最坏情况设计法，用这种方法得到的结果，设，用这种方法得到的结果，设计的可靠性为计的可靠性为100%100%，但要牺牲可能达

55、到的最大长度。中继距离，但要牺牲可能达到的最大长度。中继距离受光纤线路受光纤线路损耗损耗和和色散色散( (带宽带宽) )的限制，明显随传输速率的增加的限制，明显随传输速率的增加而减小。中继距离和传输速率反映着光纤通信系统的技术水平。而减小。中继距离和传输速率反映着光纤通信系统的技术水平。5.3.15.3.1中继距离受损耗的限制中继距离受损耗的限制 图图5.175.17示出了无中继器和中间有一个中继器的数字光纤线示出了无中继器和中间有一个中继器的数字光纤线路系统的示意图。路系统的示意图。图中符号：图中符号： T,T: T,T: 光端机和数字复接分接设备的接口；光端机和数字复接分接设备的接口； T

56、x: Tx: 光发射机或中继器发射端；光发射机或中继器发射端； Rx: Rx: 光接收机或中继器接收端；光接收机或中继器接收端； C C1 1, C, C2 2: : 光纤连接器；光纤连接器； S: S: 靠近靠近T Tx x的连接器的连接器C C1 1的接收端；的接收端； R: R: 靠近靠近R Rx x的连接器的连接器C C2 2的发射端；的发射端； S S、R: R: 光纤线路，包括接头光纤线路，包括接头TxRxC1SR(a)TTTxRxC1SR(b)TTRC2中继器C1SC2C2 图图5.17数字光纤线路系统数字光纤线路系统 (a)无中继器；无中继器； (b) 一个中继器一个中继器 如

57、果系统传输速率较低，光纤损耗系数较大，中继距离主如果系统传输速率较低，光纤损耗系数较大，中继距离主要受光纤线路损耗的限制要受光纤线路损耗的限制。在这种情况下，要求。在这种情况下，要求S S和和R R两点之两点之间光纤线路总损耗必须不超过系统的总功率衰减，即间光纤线路总损耗必须不超过系统的总功率衰减，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 为平均发射光功率为平均发射光功率(dBm)(dBm)，P Pr r为接收灵敏度为接收灵敏度(dBm)(dBm)，c c 为连接器损耗为连接器损耗

58、(dB/(dB/对对) )， M Me e 为系统余量为系统余量(dB)(dB)，f f为光纤为光纤损耗系数损耗系数(dB/km), (dB/km), s s为每为每kmkm光纤平均接头损耗光纤平均接头损耗(dB/km), (dB/km), m m为每为每kmkm光纤线路损耗余量光纤线路损耗余量(dB/km), L (dB/km), L 为中继距离为中继距离(km)(km)。 式式(5.8)(5.8)的计算是简单的，式中参数的取值应根据产品技的计算是简单的，式中参数的取值应根据产品技术水平和系统设计需要来确定。术水平和系统设计需要来确定。（1 1）平均发射光功率）平均发射光功率P Pt t取决

59、于所用光源，对单模光纤通信系取决于所用光源，对单模光纤通信系统，统，LDLD的平均发射光功率一般为的平均发射光功率一般为-3-3-9dBm(0.130.5mw), -9dBm(0.130.5mw), LEDLED平均发射光功率一般为平均发射光功率一般为-20-20-25 dBm(0.0030.01mw)-25 dBm(0.0030.01mw)。（2 2）光接收机灵敏度）光接收机灵敏度P Pr r取决于光检测器和前置放大器的类型，取决于光检测器和前置放大器的类型， 并受误码率的限制，随传输速率而变化。表并受误码率的限制，随传输速率而变化。表5.105.10示出长途光纤示出长途光纤通信系统通信系统

60、BERBERavav111010-10-10时的接收灵敏度时的接收灵敏度P Pr r。 （3 3）连接器损耗一般为）连接器损耗一般为0.30.31 dB/1 dB/对。对。（4 4）设备余量）设备余量M Me e包括由于时间和环境的变化而引起的发射光功包括由于时间和环境的变化而引起的发射光功率和接收灵敏度下降，以及设备内光纤连接器性能劣化，率和接收灵敏度下降，以及设备内光纤连接器性能劣化，M Me e一一般不小于般不小于3 dB3 dB。（5 5）光纤损耗系数）光纤损耗系数f f取决于光纤类型和工作波长，例如单模取决于光纤类型和工作波长，例如单模光纤在光纤在1310 nm, 1310 nm,