第5章_数字光纤通信系统

1、第第5 5章章 数字数字光纤通信系统光纤通信系统 第第5章章 数字光纤通信系统数字光纤通信系统 5.1 两种传输体制两种传输体制5.2 系统的性能指标系统的性能指标 5.3 系统的设计系统的设计 第第5 5章章 数字数字光纤通信系统光纤通信系统 数字光纤通信系统是一种通过光纤信道传输数字信号的通信系统。这种通信系统对信道的非线性失真不敏感，更能充分发挥光纤的优势，适于长距离、大容量和高质量的信息传输。 本章讨论数字光纤通信系统的传输体制、系统性能指标和系统的设计方法。第第5 5章章 数字数字光纤通信系统光纤通信系统 5.1 两种传输体制两种传输体制数字传输采用同步时分复用（TDM）技术。t P

2、DH（Plesiochronous Digital Hierarchy）: 准同步数字系列 SDH（Synchronous Digital Hierarchy）： 同步数字系列第第5 5章章 数字数字光纤通信系统光纤通信系统 5.1.1 准同步数字系列准同步数字系列PDH： *1.544Mb/s为第一级（一次群，或基群）；北美和日本 *2.048Mb/s为第一级（一次群，或基群）；西欧和中国第第5 5章章 数字数字光纤通信系统光纤通信系统 准同步数字系列（PDH）存在的问题: 1缺乏统一的世界标准 准同步数字系列（PDH），它只有地区性的电接口规范，不存在世界性的标准，这样造成了世界互通的困难

3、。 2缺乏统一的光接口标准 由于各个厂家采用各自开发的线路码型，使得同一等级的光接口的信号速率不一样，致使不同厂家的设备无法相互兼容。这给组网、管理及网络互通带来很大的困难。第第5 5章章 数字数字光纤通信系统光纤通信系统 3复用结构复杂 现有的PDH系列的基群是同步的，从低次群到高次群的复接是异步的，需通过码速的调整达到速率的匹配和容纳时钟频率的偏差，由此造成设备的复杂性和成本的增加。 4网管信息有限 目前的PDH的复用帧结构中没有很多用来网络管理和维护的比特，因而无法实现分层管理和对通道的传输性能实现端对端的监护。第第5 5章章 数字数字光纤通信系统光纤通信系统 5缺乏统一的网管标准 目前

4、对传输系统的管理也都是厂家各自开发的管理系统，没有统一的规范，不利于形成一个统一的电信管理网。 6缺乏灵活的网络管理能力 传统的PDH的网络运行和管理主要靠人工的数字信号交叉连接，无法实现在线实时控制，难以满足用户对网络动态组网和新业务接入的要求。第第5 5章章 数字数字光纤通信系统光纤通信系统 5.1.2 同步数字网同步数字网(SDH) 1 SDH网产生的技术背景 随着信息社会的发展，人们要求得到高质量的信息服务，要求通信网提供多种多样的电信业务，且通过电信网传输、交换、处理的信息量将不断增加，这就要求现代化通信网向数字化、综合化、智能化和个人化发展。第第5 5章章 数字数字光纤通信系统光纤

5、通信系统 SDH的研究工作始于的研究工作始于1986年，美国贝尔通信研究所年，美国贝尔通信研究所最先提出了光同步传输网的概念，并称之为同步光网络最先提出了光同步传输网的概念，并称之为同步光网络（SONET）,其目的是建立光纤通信的通用标准，通过其目的是建立光纤通信的通用标准，通过一组网络单元提供一个经济、简单、灵活的网络应用。一组网络单元提供一个经济、简单、灵活的网络应用。 国际电话电报咨询委员会（国际电话电报咨询委员会（CCITT），于），于1988年年接受了接受了SONET的概念，重新命名为同步数字系列的概念，重新命名为同步数字系列（SDH），建立了世界性的统一标准。），建立了世界性的统一

6、标准。 第第5 5章章 数字数字光纤通信系统光纤通信系统 SDH(Synchronous Digital Hierarchy)是一种通用数是一种通用数字传输技术体制。它采用一套可进行同步信息传输、复字传输技术体制。它采用一套可进行同步信息传输、复用、分插和交叉连接的标准化数字信号的结构等级。它用、分插和交叉连接的标准化数字信号的结构等级。它具有世界性的统一标准，不仅适用于光纤，也适用于微具有世界性的统一标准，不仅适用于光纤，也适用于微波和卫星通信。波和卫星通信。 SDH传送网是由一些基本网络单元（传送网是由一些基本网络单元（NE）组成的，）组成的，在传输媒质上（如光纤、微波等）进行同步信息传输

7、、在传输媒质上（如光纤、微波等）进行同步信息传输、复用、分插和交叉连接的通信网络。复用、分插和交叉连接的通信网络。 第第5 5章章 数字数字光纤通信系统光纤通信系统 (1) 对网络节点接口（NNI）进行了统一的规范。 这些网络节点的接口包括数字速率等级、帧结构、复接方法、线路接口、监控管理等。使得同一线路可安装不同厂家的设备，实现了兼容。 (2) 灵活的扩容和升级能力。 SDH的基本速率是155.520Mb/s（STM1），更高的同步数字系列的信号可通过简单的将STM1信号进行字节间插同步复接而形成，大大简化了复接分接，使SDH十分适合大容量光纤通信。2 由由SDH组建的网具有高度统一的标准的

8、智能化的网络，组建的网具有高度统一的标准的智能化的网络，它采用全球统一的标准实现了多厂家产品的兼容。它采用全球统一的标准实现了多厂家产品的兼容。第第5 5章章 数字数字光纤通信系统光纤通信系统 (3)SDH对PDH的兼容。 SDH信号可容纳北美、日本和欧洲的现有数字系列。可将不同等级的数字系列装入虚容器，然后经复接进入155.520Mb/s的SDH的STM1信号的净负荷内，使新的SDH能支持PDH，便于PDH向SDH的过渡。第第5 5章章 数字数字光纤通信系统光纤通信系统 (4) 简化了电路。 采用了同步复用方式和灵活的复用映射结构，从而可利用软件使高速信号一次直接分插出低速支路信号，可避免对

9、全部高速信号进行解复用的做法。因而省去了大量的电路接口数量。 (5) 灵活的动态组网能力。 SDH同步和灵活的复用方式也使数字交叉连接（DXC）功能的实现大大简化，DXC的引入使网络增强了自愈能力，便于根据用户的要求进行动态组网。第第5 5章章 数字数字光纤通信系统光纤通信系统 (6)增强的网络管理能力。 SDH帧结构中安排了丰富的开销字节，这些开销包括段开销（SOH：Section Overhead）和通道开销（POH：Path Overhead），这样使网络的维护管理能力大大增强。 (7)SDH的广泛应用。 SDH不仅支持基于电路交换的同步传送模式（STM：Synchronous Tran

10、sfer Mode），还支持基于分组交换的异步转移模式（ATM：Asynchronous Transfer Mode）。 第第5 5章章 数字数字光纤通信系统光纤通信系统 3. SDH复用结构复用结构 1帧结构 SDH的帧结构是以字节做基础的矩形块状帧结构，这种结构便于实现支路的同步复用、交叉连接（DXC：Digital Cross-Connection）、上下路（Up and Down）等。 帧结构由信息净负荷（信息净负荷（Payload）、段开销段开销（SOH:Section Overhead）和管理单元指针管理单元指针（AUPTR:Administration Unit Pointer）

11、三个主要区域组成。第第5 5章章 数字数字光纤通信系统光纤通信系统 v 块状帧结构，并以字节为基础。块状帧结构，并以字节为基础。v 纵向纵向9行，横向行，横向270N列。列。v 由左到右、由上到下顺序排成串行码流依次传输。由左到右、由上到下顺序排成串行码流依次传输。v 传输一帧需传输一帧需125s，即每秒传输，即每秒传输8000帧。帧。 v STM-N传输速率：传输速率： （N1, 4, 16, ） N892708000=N155.520Mbit/s。9270N字节字节STM-N净负荷STM-N净负荷(含POH)(含POH)RSOHRSOHAU PTRAU PTRMSOHMSOH传输方向传输方

12、向1 13 34 45 59 99N261N270N注：每个字节为注：每个字节为8bit第第5 5章章 数字数字光纤通信系统光纤通信系统 STM-N的帧结构 9270N字节字节STM-N净负荷STM-N净负荷(含POH)(含POH)RSOHRSOHAU PTRAU PTRMSOHMSOH传输方向传输方向1 13 34 45 59 99N261N270NSDHSDH帧大体可分为三部分：帧大体可分为三部分：(a)(a) STM-NSTM-N段开销（段开销（SOHSOH）区域）区域(b)(b) STM-NSTM-N净负荷（净负荷（PayloadPayload）区域）区域(c)(c) 管理单元指针（管

13、理单元指针（AU PTRAU PTR）区域）区域可分为再生段开销（可分为再生段开销（RSOHRSOH）和复用段开销（）和复用段开销（MSOHMSOH）两个部分）两个部分第第5 5章章 数字数字光纤通信系统光纤通信系统 (a)(a) STM-NSTM-N段开销（段开销（SOHSOH）区域）区域 【段开销定义】指为保证信息正常、灵活、有效地传送所必须附加的字节，它主要用于网络的运行、管理、维护及指配（它主要用于网络的运行、管理、维护及指配（OAM&POAM&P）（如公）（如公务通信、误码监测、自动倒换信息等）务通信、误码监测、自动倒换信息等）。 【段开销位置】其中RSOH位于帧结构中的13行和19

14、N列，MSOH位于帧结构中的59行和19N列。(b)(b) STM-NSTM-N净负荷（净负荷（PayloadPayload）区域）区域 【信息负荷定义】指真正用于电信业务的比特真正用于电信业务的比特。【信息负荷位置】帧结构中l 9行和10N 270N列的2349N个字节。 (c)(c) 管理单元指针（管理单元指针（AU PTRAU PTR）区域）区域【AU PTR定义】一组特定的编码，其作用是用来指示净负荷区域内的其作用是用来指示净负荷区域内的信息首字节在信息首字节在STM-NSTM-N帧内的准确位置，以便接收时能正确分离净负荷。帧内的准确位置，以便接收时能正确分离净负荷。位于帧结构中的第4

15、行和19N列。第第5 5章章 数字数字光纤通信系统光纤通信系统 例题例题52 用图示表示SDH帧的一般结构，并给出必要的说明。 第第5 5章章 数字数字光纤通信系统光纤通信系统 第第5 5章章 数字数字光纤通信系统光纤通信系统 第第5 5章章 数字数字光纤通信系统光纤通信系统 利用净负荷指针表示在利用净负荷指针表示在STM-N帧内浮动的净负荷的准确帧内浮动的净负荷的准确位置（帧内第一个字节的位置）。当出现净负荷在一定范围位置（帧内第一个字节的位置）。当出现净负荷在一定范围内的频率变化时，只需增加或减少指针数值即可达到目的。内的频率变化时，只需增加或减少指针数值即可达到目的。第第5 5章章 数字

16、数字光纤通信系统光纤通信系统 映射：映射：是一种在是一种在SDH网络边界处，把支路信号适配装入相网络边界处，把支路信号适配装入相应虚容器的过程。应虚容器的过程。 定位校准：定位校准：是一种当支路单元或管理单元适配到支持层的是一种当支路单元或管理单元适配到支持层的帧结构时，帧偏移信息随之转移的过程。它依靠帧结构时，帧偏移信息随之转移的过程。它依靠TU-PTR和和AU-PTR功能加以实现。功能加以实现。复用：复用：是一种将多个低阶通道层的信号适配进高阶通道或是一种将多个低阶通道层的信号适配进高阶通道或把多个高阶通道层的信号适配进复用层的过程。基本复用把多个高阶通道层的信号适配进复用层的过程。基本复

17、用方式是采用交错方式是采用交错字节间插字节间插。第第5 5章章 数字数字光纤通信系统光纤通信系统 映映射射定定位位复复用用S SD DH H信信号号P PD DH H信信号号 其其它它格格式式信信号号 容器容器C（完成码速调整）（完成码速调整） 虚容器虚容器VC（加上通道开销）（加上通道开销） 支路单元支路单元TU（由（由VC和和TU-PTR组成）组成） 支路单元组支路单元组TUG 管理单元管理单元AU（由（由VC和和AU-PTR组成）组成） 管理单元组管理单元组AUG AUG加上段开销进入加上段开销进入STM-1第第5 5章章 数字数字光纤通信系统光纤通信系统 下面，我们从每个容器的作用看这

18、种复用结构。 （1）容器C。容器C是一种用来装载各种速率业务信号的信息结构，主要完成PDH信号与VC之间的适配功能（如码速调整）。对于不同的码速有C12，C3，C4。其中C4为高阶容器，C12和C3为低阶容器。第第5 5章章 数字数字光纤通信系统光纤通信系统 （2）虚容器VC。VC是用来支持SDH通道层连接的信息结构，它由容器C的信号再加用来维护与管理的通道开销（POH）构成。能容纳高阶容器的VC称为高阶虚容器，容纳低阶容器的VC称为低阶虚容器。VC信号仅在PDH/SDH网络边界处才进行分接，从而在SDH网络中始终保持完整不变，独立地在通道的任意一点进行分出，插入或交叉连接。第第5 5章章 数

19、字数字光纤通信系统光纤通信系统 （3）支路单元TU。它为低阶通道层与高阶通道层提供适配功能的一种信息结构，它由一个低阶VC和指示高阶VC中初始字节位置的支路单元指针（TUPTR）组成。可见低阶VC可在高阶VC中浮动，并且由一个或多个在高阶VC净负荷中占有固定位置的TU组成一个支路单元组TUG。第第5 5章章 数字数字光纤通信系统光纤通信系统 （4）管理单元AU。它是在高阶通道层与复用段层之间提供适配的一种信息结构。它由高阶VC和指示高阶VC在STMN中的起始字节位置的管理单元指针（AUPTR）构成。同样，高阶VC在STMN中的位置也是浮动的，但AU指针在STMN帧结构中的位置是确定的。一个或多

20、个在STM帧中占有固定位置的AU组成一个管理单元组（AUG）。 （5）同步转移模块STM。在N个AUG的基础上，加上用来运行、维护和管理的段开销，便形成了STMN信号。第第5 5章章 数字数字光纤通信系统光纤通信系统 SDH的复用结构是由一系列的基本复用单元组成，而复用单元实际上是一种信息结构，不同的复用单元在复用过程中所起到的作用各不相同。第第5 5章章 数字数字光纤通信系统光纤通信系统 我国使用的复用结构如图所示。我国使用的复用结构如图所示。 STM -NAUGN指 针 处 理复 用定 位 校 准映 射139264 kb / s34368 kb / s2048 kb / s1AU -4VC

21、-43TUG -31C-4C-3TU-3VC-3TUG -273TU-12VC-12C-12第第5 5章章 数字数字光纤通信系统光纤通信系统 SDH传输网的设备有3种，即交换、传输和接入设备。对于光纤通信系统而言，SDH作为传输设备，它又包括再生器、复用器和交叉连接设备。下面，我们逐一简单地对它们进行介绍。 再生器（Regnerator) 由于光纤的长距离传输及本身的损耗影响，必须对传输中变弱的光波信号进行放大和整形，这个设备就是再生器，再生器主要由SDH物理接口（SPI）、再生段终端（RST）和开销插入功能块（OHA）组成。第第5 5章章 数字数字光纤通信系统光纤通信系统 （1）SDH物理接

22、口：完成光/电转换功能，并提取定时信号送入再生定时发生器，同时对信号进行放大和再生。 （2）再生器终端：完成从STMN中恢复帧定位字节以识别帧的起始位置，然后进行解扰码处理并提取再生器开销字节（RSOH），送入开销插入功能块（OHA）。 （3）开销插入功能块完成对再生器踪迹字节的识别，并做相应的处理。 第第5 5章章 数字数字光纤通信系统光纤通信系统 分插复用器分插复用器v ADM(Add and Drop Multiplexer)称为分插复用器（或称为分插复用器（或上下路复用器），上下路复用器）， 它是它是SDH传送网中最具特色、也是传送网中最具特色、也是应用最为广泛的设备。应用最为广泛的设

23、备。v ADM利用时隙转换实现宽带管理，即允许两个利用时隙转换实现宽带管理，即允许两个STM-N信号之间的不同信号之间的不同VC实现互连，并且具有无需分接和终实现互连，并且具有无需分接和终结整体信号即可将各种结整体信号即可将各种G.703规定的接口信号（规定的接口信号（PDH）或或STM-N信号（信号（SDH）接入）接入STM-M（MN）内作为）内作为任何支路的能力。任何支路的能力。v ADM特有的自愈能力使其特别适合用于环形网络。特有的自愈能力使其特别适合用于环形网络。第第5 5章章 数字数字光纤通信系统光纤通信系统 第第5 5章章 数字数字光纤通信系统光纤通信系统 SDH数字交叉连接设备数

24、字交叉连接设备(DXC)是是SDH网的重要网元，是实网的重要网元，是实现传送网有效管理、实现可靠的网络保护现传送网有效管理、实现可靠的网络保护/恢复，以及自动化配恢复，以及自动化配线和监控的重要手段。适用于线和监控的重要手段。适用于SDH的的DXC(SDXC)能进一步在能进一步在端口间提供可控的端口间提供可控的VC透明连接和再连接。透明连接和再连接。 DXC在传输网中的主要功能为：在传输网中的主要功能为：v 分离本地交换业务和非本地交换业务，为非本地交换业务迅分离本地交换业务和非本地交换业务，为非本地交换业务迅 速提供可用路由；速提供可用路由；v 为临时性重要事件迅速提供电路；为临时性重要事件

25、迅速提供电路；v 当网络出故障时，迅速提供网络的重新配置；当网络出故障时，迅速提供网络的重新配置；v 按业务流量的季节性变化使网络最佳化；按业务流量的季节性变化使网络最佳化； v 网络运营者可以自由地在网中混合使用不同的数字体系（网络运营者可以自由地在网中混合使用不同的数字体系（PDH 或或SDH)，并作为，并作为PDH与与SDH的网关使用。的网关使用。 第第5 5章章 数字数字光纤通信系统光纤通信系统 时隙交换时隙交换第第5 5章章 数字数字光纤通信系统光纤通信系统 第第5 5章章 数字数字光纤通信系统光纤通信系统 v 传送网是从信息传递角度看到的网络，是完成信息传送功能的手传送网是从信息传

26、递角度看到的网络，是完成信息传送功能的手 段，是网络逻辑功能的集合，描述对象是信息传送的功能过程。段，是网络逻辑功能的集合，描述对象是信息传送的功能过程。 v 电信网的两大基本功能是传送功能和控制功能，将这两项功能并电信网的两大基本功能是传送功能和控制功能，将这两项功能并 存于任何一个物理网络中就构成了传送网。存于任何一个物理网络中就构成了传送网。v SDH网络模型是由结构元件构成的。网络模型是由结构元件构成的。 v 传送网可以从垂直方向分解为三个独立的层网络，即电路层、通传送网可以从垂直方向分解为三个独立的层网络，即电路层、通 道层和传输媒质层。相邻层网络之间具有客户服务者关系。每道层和传输

27、媒质层。相邻层网络之间具有客户服务者关系。每 一层网络在水平方向又可以按照该层内部结构分割为若干部分。一层网络在水平方向又可以按照该层内部结构分割为若干部分。 分层和分割满足正交关系。分层和分割满足正交关系。第第5 5章章 数字数字光纤通信系统光纤通信系统 电电 路路 层层 网网 络络V VC C- -1 11 1V VC C- -1 12 2V VC C- -2 2V VC C- -3 3V VC C- -3 3V VC C- -4 4复复用用段段层层网网络络再再生生段段层层网网络络物物理理层层网网络络低低阶阶通通道道层层高高价价通通道道层层段段层层通通道道层层电电路路层层物物理理媒媒质质层

28、层S SD DH H传传送送层层电路层网络电路层网络: 涉及电路层涉及电路层AP(Access Point)之间的信息传递，直接为用户提供服之间的信息传递，直接为用户提供服务。该层网络面向公共交换业务，如电路交换业务、分组交换业务务。该层网络面向公共交换业务，如电路交换业务、分组交换业务 和和IP业务等。业务等。 通道层网络通道层网络:涉及通道层涉及通道层AP之间的信息传递，并支持电路层网络，为电路层网络之间的信息传递，并支持电路层网络，为电路层网络节点（如交换机）提供透明的通道。节点（如交换机）提供透明的通道。通道层网络通道层网络:涉及段层涉及段层AP之间的信息传递并支持通道层网络，可分为段

29、层和物理之间的信息传递并支持通道层网络，可分为段层和物理层，段层网络保证通道层的两个节点间信息传递的完整性，物理层是支持段层网层，段层网络保证通道层的两个节点间信息传递的完整性，物理层是支持段层网络的传输媒质（如光缆或无线）。络的传输媒质（如光缆或无线）。第第5 5章章 数字数字光纤通信系统光纤通信系统 (a)(a)线形线形(b)(b)星形星形( (枢纽形枢纽形) )(c)(c)树形树形(a)(a)环形环形(a)(a)网孔形网孔形基本物理拓扑类型基本物理拓扑类型传送网的物理拓扑泛指网络的形状，即网络节点和传输线传送网的物理拓扑泛指网络的形状，即网络节点和传输线路的几何排列，它反映了物理上的连接

30、性。路的几何排列，它反映了物理上的连接性。SDH网络物理拓扑的选择应综合考虑网络的生存性、网络网络物理拓扑的选择应综合考虑网络的生存性、网络配置的难易、新业务的引入等多种因素。配置的难易、新业务的引入等多种因素。第第5 5章章 数字数字光纤通信系统光纤通信系统 (Selfhealing Network)自愈网：自愈网：无需人为干预，网络就能在极短的时间内从失效无需人为干预，网络就能在极短的时间内从失效故障中自动恢复所携带的业务，使用户感觉不到网络已出故障中自动恢复所携带的业务，使用户感觉不到网络已出了故障。了故障。基本原理：基本原理：使网络具备发现替代传输路由并重新确立通信使网络具备发现替代传

31、输路由并重新确立通信的能力。自愈网的概念只涉及重新确立通信，而不管具体的能力。自愈网的概念只涉及重新确立通信，而不管具体失效元部件的修复或更换，后者仍需人工干预才能完成。失效元部件的修复或更换，后者仍需人工干预才能完成。确保网络生存性的方法：确保网络生存性的方法：网络保护，网络恢复网络保护，网络恢复 第第5 5章章 数字数字光纤通信系统光纤通信系统 网络保护网络保护一般指利用节点间预先分配的容量实施网络保护。即一般指利用节点间预先分配的容量实施网络保护。即当一个工作通路发生失效事件时，利用备用设备的倒换动作，当一个工作通路发生失效事件时，利用备用设备的倒换动作，使信号通过保护通路仍保持有效。如

32、：使信号通过保护通路仍保持有效。如：1+1保护、保护、m：n保护等。保护等。保护倒换的时间很短保护倒换的时间很短(50ms)。 (1) 1+1方式：采用方式：采用并发优收并发优收，即工作段和保护段在发送端，即工作段和保护段在发送端永久永久 的连在一起（桥接），信号同时发往工作段和保护段，在的连在一起（桥接），信号同时发往工作段和保护段，在接收端选择性能良好的信号。接收端选择性能良好的信号。 (2) 1:n方式：保护段和方式：保护段和n个工作段共用，当其中任一个出现个工作段共用，当其中任一个出现故障故障 时，均可倒至保护段。时，均可倒至保护段。b) 网络恢复网络恢复一般是指利用节点间可用的任何容

33、量实施网络中业一般是指利用节点间可用的任何容量实施网络中业务的恢复。其实质是在网络中寻找失效路由的替代路由。它可务的恢复。其实质是在网络中寻找失效路由的替代路由。它可大大节省网络资源，同时又能保证所需的网络资源，但具有较大大节省网络资源，同时又能保证所需的网络资源，但具有较长的计算事件。长的计算事件。第第5 5章章 数字数字光纤通信系统光纤通信系统 MSAMSTRSTSPIREGSPIRSTMSTMSPMSPMSAMSTRSTSPIREGSPIRSTMSTA站B站C站保护工作工作保护工作段保护段工作段保护段永久连接选择连接WW（桥接）（桥接）（桥接）（桥接）第第5 5章章 数字数字光纤通信系统

34、光纤通信系统 MSAMSTRSTSPIREGSPIRSTMSTMSPMSPMSAMSTRSTSPIREGSPIRSTMSTA站B站C站保护工作工作保护工作段工作工作MSTRSTSPIREGSPIRSTMST工作工作MSTRSTSPIREGSPIRSTMSTMSAMSAMSAMSAMSAMSAW1W2WnW1W2WnP*P*工作段工作段. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .保护段额外业务工作段工作段工作段保护段额外业务. . . .第第5 5章章 数字数字光纤通信系统光纤通信系统 自愈环结构分类自愈环结构分类1通道倒换环通道倒换环复用段

35、倒换环复用段倒换环从抽象的功能结构从抽象的功能结构观点来划分观点来划分属于子网连接保护。业务量的保属于子网连接保护。业务量的保护是以通道为基础的，倒换与否护是以通道为基础的，倒换与否按离开环的每一个别通道信号质按离开环的每一个别通道信号质量的优劣而定，通常利用简单的量的优劣而定，通常利用简单的通道通道AIS信号来决定是否应倒换信号来决定是否应倒换属于路径保护业务量的保护属于路径保护业务量的保护是以复用段为基础的，倒换是以复用段为基础的，倒换与否按每一对节点间的复用与否按每一对节点间的复用段信号质量的优劣而定。段信号质量的优劣而定。重要区别重要区别使用专用保护，即正常情况下保使用专用保护，即正常

36、情况下保护段也在传业务信号，保护时隙护段也在传业务信号，保护时隙为整个环专用为整个环专用使用公用保护，即正常情况使用公用保护，即正常情况下保护段是空闲的，保护时下保护段是空闲的，保护时隙由每对节点共享隙由每对节点共享自愈环结构分类自愈环结构分类2单向环单向环 双向环双向环区别区别 单向环中所有业务信号按同一方单向环中所有业务信号按同一方向在环中传输（例如顺时针或逆向在环中传输（例如顺时针或逆时针）时针） 双向环中，进入环的支路信双向环中，进入环的支路信号按一个方向传输，而由该号按一个方向传输，而由该支路信号分路节点返回的支支路信号分路节点返回的支路信号按相反的方向传输。路信号按相反的方向传输。

37、自愈环结构分类自愈环结构分类3 二纤环二纤环(按照一对节点间所用光纤按照一对节点间所用光纤的最小数量的最小数量)四纤环四纤环 第第5 5章章 数字数字光纤通信系统光纤通信系统 采用采用11保护方式，保护方式，W1光纤传输业务信号，光纤传输业务信号，P1用于保护。正常情况下，以用于保护。正常情况下，以W1送来的信号为主信号。送来的信号为主信号。 由节点由节点A至节点至节点C通信通信(AC），将信号同时送入），将信号同时送入W1（顺时针）和（顺时针）和P1（逆时针），当（逆时针），当BC节点被切断时，倒换开关由节点被切断时，倒换开关由W1转至转至P1光纤，接收由光纤，接收由P1而来而来的的AC信号

38、，使通信得以维护，一旦故障排除，开关返回原位置。信号，使通信得以维护，一旦故障排除，开关返回原位置。首端桥接首端桥接末端倒换末端倒换第第5 5章章 数字数字光纤通信系统光纤通信系统 它的每一节点都有一个保护倒换，正常情况下信号仅在它的每一节点都有一个保护倒换，正常情况下信号仅在W1光纤传输，光纤传输，P1光光纤是空闲的。当纤是空闲的。当BC节点间光纤切断后，从节点间光纤切断后，从A到到C的信号的信号AC先到先到B，在，在B点经倒点经倒换开关倒换到换开关倒换到P1，由，由P1经过经过A和和D到达到达C，并经过，并经过C节点的倒换开关环回到节点的倒换开关环回到W1光纤并落地分路。一旦故障排除，开关

39、返回原位置。光纤并落地分路。一旦故障排除，开关返回原位置。第第5 5章章 数字数字光纤通信系统光纤通信系统 它由两根业务光纤它由两根业务光纤W1和和W2和两根保护光纤和两根保护光纤P1 和和P2构成构成 ， W1 传送顺时传送顺时针信号，针信号， W2传送逆时针信号，传送逆时针信号， P1和和P2光纤是空闲的。当光纤是空闲的。当BC节点间光纤切断节点间光纤切断后，根据自动保护倒换协议后，根据自动保护倒换协议(APS: Automation Protection Switching)，B和和C节节点各有两个倒换开关执行环回功能，从而环工作的连续性得以维持。故障排点各有两个倒换开关执行环回功能，从

40、而环工作的连续性得以维持。故障排除后，开关返回原位置。除后，开关返回原位置。第第5 5章章 数字数字光纤通信系统光纤通信系统 利用时隙交换技术，可使上图中的利用时隙交换技术，可使上图中的W1和和P2在一根光纤在一根光纤(W1/P2)中传输，一中传输，一半时隙留给业务信号，一半时隙留给保护信号，四纤可变为两纤。半时隙留给业务信号，一半时隙留给保护信号，四纤可变为两纤。 当当BC节点节点间光纤切断后，根据自动保护倒换协议间光纤切断后，根据自动保护倒换协议(APS)，B和和C节点各有两个倒换开关节点各有两个倒换开关将将S1/P2光纤与光纤与S2/P1光纤沟通，利用时隙交换技术，可以将光纤沟通，利用时

41、隙交换技术，可以将S1/P2光纤和光纤和S2/P1光纤上的业务信号时隙转移到另一根光纤上的保护信号时隙，于是就完成了光纤上的业务信号时隙转移到另一根光纤上的保护信号时隙，于是就完成了保护倒换作用。保护倒换作用。第第5 5章章 数字数字光纤通信系统光纤通信系统 5.2 系统的性能指标系统的性能指标 目前，光纤通信系统主要是数字系统，因此光纤传输系统的各种性能指标应满足数字传输系统的要求。而数字信号在传输中也要遇到各种各样的干扰，因此考察光纤通信系统总的传输性能时，要分析各部分设备的性能及各传输段的性能，以便在各指标累加之后，能保证系统的全程性能指标。为此，对全程通信网的性能指标要作一个合理的分配

42、，首先要确定一个合适的传输模型。ITUT提出了“系统参考模型”的概念，并规定了系统参考模型的性能参数和指标，光纤通信系统的性能指标就应遵循该规定。 第第5 5章章 数字数字光纤通信系统光纤通信系统 系统参考模型有三种假设形式：系统参考模型有三种假设形式： （1）假设参考数字连接假设参考数字连接（HRX：Hypothetical Reference Connection） （2）假设参考数字链路假设参考数字链路（HRDL： Hypothetical Reference Digital Link） （3）假设参考数字段假设参考数字段（HRDS： Hypothetical Reference Dig

43、ital Section）。第第5 5章章 数字数字光纤通信系统光纤通信系统 1假设参考数字连接（HRX） 假设参考数字连接是针对通信系统的总的性能和指标分配而找出的通信距离最长、结构最复杂、传输质量预计最差的连接。如果这种连接能满足通信系统的性能指标要求，那么通信距离较短，结构较简单的通信连接肯定能保证传输质量。因而引入了假设参考连接模型，它是通信网中从用户至用户，包括参与变换与传输的各个部分（如用户线、终端设备、交换机、传输系统等）。ITUT建议的一个标准最长HRX全长为27500km，包含14个假设参考数字链路和13个数字交换点。实际上经常实现的连接都比标准最长HRX短。假设参考数字连接

44、的具体组成如图5.10所示。第第5 5章章 数字数字光纤通信系统光纤通信系统 图5.10 假设参考数字连接组成图 LEISCISCISCISC27500 km国内国际国内本地本地T 参考点PC 一级中心LE 本地交换数字链路SC 二级中心ISC 国际中心数字交换TC 三级中心PCSCTCISCTCSCPCLET 参考点第第5 5章章 数字数字光纤通信系统光纤通信系统 2假设参考数字链路（HRDL） 为了简化数字传输系统的研究，保证全程通信质量，把假设参考数字连接（HRX）中的两个相邻交换点的数字配线架间所有的传输系统，复、分设备等各种传输单元，用假设参考数字链路（HRDL）表示。由于HRDL是

45、HRX的一个组成部分，因此允许把总的性能指标分配到一个比较短的模型上。ITUT建议HRDL的合适长度是2500km，根据我国地域广阔的特点，我国长途一级干线的数字链路长度为5000km。第第5 5章章 数字数字光纤通信系统光纤通信系统 3假设参考数字段（HRDS） 为了适应传输系统的性能规范，保证全线质量和管理维护方便，具体提供数字传输系统的性能指标，把假设参考数字链路（HRDL）中相邻的数字配线架间的传输系统，即两个光端机之间的光缆传输线路及若干光中继器用假设参考数字段（HRDS）表示。根据我国的实际情况，长途一级干线的HRDS为420km，长途二级干线的HRDS为280km。因此通信网总的

46、性能指标从HRX上可以按比例分配到HRDL上，再从HRDL上分配到HRDS上。 第第5 5章章 数字数字光纤通信系统光纤通信系统 1.误码性能 误码的定义 光纤数字传输系统的误码性能用误码率来衡量。即在特定的一段时间内所接收的错误码元与同一时间内所接收的总码元数之比。BER= 错误接收的码元数 传输的总码元数 第第5 5章章 数字数字光纤通信系统光纤通信系统 第第5 5章章 数字数字光纤通信系统光纤通信系统 误码率对电话信息的影响程度误码率对电话信息的影响程度误码率误码率受话者感觉受话者感觉10-6察觉不到干扰察觉不到干扰10-510-410-3个别个别“喀喀喀喀”声，在低话音电平时刚可察声，

47、在低话音电平时刚可察觉到干扰觉到干扰个别个别“喀喀喀喀”声在低话音电平时感到有些声在低话音电平时感到有些干扰干扰在各种话音电平时，都感到有干扰在各种话音电平时，都感到有干扰10-2510-2受到强烈干扰，显著降低可懂度受到强烈干扰，显著降低可懂度几乎听不懂几乎听不懂第第5 5章章 数字数字光纤通信系统光纤通信系统 3)误码性能的评定方法 评定误码性能的参数包括平均误码率、劣化分、严重误码秒和误码秒。 （1）平均误码率。 在一段较长的时间内出现的误码个数和传输的总码元数的比值。平均误码率反映了测试时间内的平均误码结果，因此适合于计量随机误码，但无法反映误码的随机性和突发性。 第第5 5章章 数字

48、数字光纤通信系统光纤通信系统 （2）劣化分。 每分钟的误码率劣于10-6这个阈值称为劣化分，用DM表示。我们取总观测时间为TL，它的大小可以是几天或一个月，一个取样观测时间T0为1分钟。从总观测时间TL中扣除不可用时间（连续10秒平均误码率劣于10-3）和严重误码秒后所得可用分钟。ITUT建议该性能指标应达到在TL内累计的劣化分个数占可用分钟数时间百分数少于10%。第第5 5章章 数字数字光纤通信系统光纤通信系统 （3）严重误码秒。 每秒内的误码率劣于10-3这个阈值称为严重误码秒，用SES表示。取总观测时间为TL，一个取样观测时间T0为1秒钟。ITUT建议该性能指标应达到在TL中可用时间内累

49、计的严重误码秒个数占可用时间秒数的时间百分数少于0.2%。第第5 5章章 数字数字光纤通信系统光纤通信系统 （4）误码秒。 每个观测秒内，出现的误码数为0，用ES表示。取总观测时间为TL，一个取样观测时间T0为1秒钟。ITUT建议该性能指标应达到在TL中可用时间内累计的误码秒占可用时间秒数的时间百分数少于8%。第第5 5章章 数字数字光纤通信系统光纤通信系统 误码率随时间的变化误码率随时间的变化第第5 5章章 数字数字光纤通信系统光纤通信系统 误码率和误码率和HRX的关系的关系第第5 5章章 数字数字光纤通信系统光纤通信系统 误码性能指标分配 第第5 5章章 数字数字光纤通信系统光纤通信系统

50、第第5 5章章 数字数字光纤通信系统光纤通信系统 相位抖动是相位抖动是指传输过程中所形成的周期性的相位变化。定时抖动指传输过程中所形成的周期性的相位变化。定时抖动是指脉码传输系统中的同步误差。是指脉码传输系统中的同步误差。 第第5 5章章 数字数字光纤通信系统光纤通信系统 图6.2 定时抖动的图解定义 发 送 信 号接 收 信 号定时抖动的图解定时抖动的图解第第5 5章章 数字数字光纤通信系统光纤通信系统 抖动的大小或幅度通常可用时间、相位或数字周期来表示。目前多用数字周期来表示，即“单位间隔”，用符号UI（Unit Interval），也就是1比特信息所占有的时间间隔。例如码速率为34.36

51、3Mb/s的脉冲信号，1UI=1/34.363s。显然它在数值上等于传输比特率的倒数。第第5 5章章 数字数字光纤通信系统光纤通信系统 2)抖动产生的原因抖动产生的原因 （1）数字再生中继器引起的抖动。由于再生中继器中的定时恢复电路的不完善及再生中继器的累计导致了抖动的产生和累加。 （2）数字复接及分接器引起的抖动。在复接器的支路输入口，各支路数字信号附加上码速调整控制比特和帧定位信号形成群输出信号。而在分接器的输入口，要将附加比特扣除，恢复原分支数字信号，这些将不可避免地引起抖动。第第5 5章章 数字数字光纤通信系统光纤通信系统 （3）噪声引起的抖动。由于数字信号处理电路引起的各种噪声。 （

52、4）其它原因。由于环境温度的变化、传输线路的长短及环境条件等也会引起抖动。 3)抖动的类型抖动的类型 （1）随机性抖动。在再生中继器内与传输信号关系不大的抖动来源称为随机性抖动。这些抖动主要由于环境变化、器件老化及定时调谐回路失调引起。 （2）系统性抖动。由于码间干扰，定时电路幅度相位转换等因素引起的抖动。 第第5 5章章 数字数字光纤通信系统光纤通信系统 4)抖动的容限抖动的容限 （1）输入抖动容限。 输入抖动容限是指数字段能够允许的输入信号的最低抖动限值，即加大输入信号的抖动值，直到设备由不误码到开始误码的这个分界点。此时的输入信号上的误码即为最大允许输入抖动下限，具体要求见下图和下表。第

53、第5 5章章 数字数字光纤通信系统光纤通信系统 输入抖动容限和输出抖动容限的模板输入抖动容限和输出抖动容限的模板第第5 5章章 数字数字光纤通信系统光纤通信系统 表5.3 输入口对输入数字信号抖动的最低容限 第第5 5章章 数字数字光纤通信系统光纤通信系统 （2）输出抖动容限。 在数字段输入信号无抖动时,由于数字段内的中继器产生抖动,并按一定规律进行累计,于是在数字段输出端产生抖动。ITUT提出了数字段无输入抖动时的输出抖动上限，即为输出抖动容限，具体要求见表5.4。第第5 5章章 数字数字光纤通信系统光纤通信系统 表5.4 输出抖动容限 第第5 5章章 数字数字光纤通信系统光纤通信系统 （3

54、）抖动转移特性。 由于输入口数字信号的抖动经设备或系统转移后到达输出口，从而构成了输出抖动的另一个来源。为了保证数字网抖动的总质量目标，ITUT建议抖动转移增益不大于1dB。第第5 5章章 数字数字光纤通信系统光纤通信系统 5. 3 光纤通信系统的总体设计光纤通信系统的总体设计v 选择路由，设置局站选择路由，设置局站v 确定系统的制式、速率确定系统的制式、速率v 光纤选型光纤选型v 选择合适的设备，核实设备的性能指标选择合适的设备，核实设备的性能指标v 对中继段进行功率和色散预算对中继段进行功率和色散预算第第5 5章章 数字数字光纤通信系统光纤通信系统 设计方法设计方法 最坏值设计法：最坏值设

55、计法： （1） 可以为网络规划设计者和制造厂家分别提供简单的设计指 导和明 确的元件指标； （2） 在最坏情况下仍能保证100%系统指标，不存在先期失效 问题，当系统终了时，富余度用完，系统的可靠性高。 （3） 最坏值设计法的缺点是系统总成本高。 统计设计法统计设计法 如映射法、montecarlo法、高斯近似法等。这些方法基本的思路是允许一个予先确定的是够小的系统先期失效概率。从而换取延长再生段距离的益处，例如，用映射法设计，取系统的先期失效概率为0.1%。最大中继距离可比最坏值设计法延长30%以上。 第第5 5章章 数字数字光纤通信系统光纤通信系统 光接口指标与测试 一个完整的光纤通信系统

56、的具体组成如图5.5所示。 我们把光端机与光纤的连接点称为光接口。光接口有两个，一个由S点向光纤发送光信号；另一个由R点从光纤接收信号。光中继器两侧均与光纤相连，所以它两侧的接口均为光接口。光接口是光纤通信系统特有的接口。在S点的主要指标有平均发送光功率和消光比，在R点的主要指标有接收机灵敏度和动态范围。第第5 5章章 数字数字光纤通信系统光纤通信系统 图5.5 光纤数字通信系统方框图 发 送电 端 机光 端 机光 纤光 纤光 端 机电 端 机ABSRBA接 收发 送接 收中 继中 继RS发 送接 收发 送接 收第第5 5章章 数字数字光纤通信系统光纤通信系统 1平均发送光功率 1)平均发送光

57、功率的定义 光端机的平均发送光功率是指光端机在正常工作的情况下，由电端机输出223-1或215-1的伪随机码时，光端机输出端S点测量到的平均光功率。平均发送光功率的功率值用PT（W）表示，电平值用LT（dBm）表示，光功率值与电平值之间的关系是：310lg()10TTPL (5.2) 第第5 5章章 数字数字光纤通信系统光纤通信系统 对于一个实际的光纤通信系统，平均发送光功率并不是越大越好，虽然从理论上讲，发送光功率越大，通信距离越长，但光功率越大会使光纤工作在非线性状态，这种非线性状态会对光纤产生不良影响。第第5 5章章 数字数字光纤通信系统光纤通信系统 2)测试方法 平均发送光功率的测试原

58、理图如图5.6所示。 测试步骤如下: (1)将误码仪和光功率计与光端机相连。 (2)误码仪发送符合要求的伪随机测试信号（不同码速的光端机要求送入不同的PCM测试信号）。 (3)读取光功率计上的数值即为平均发送光功率。第第5 5章章 数字数字光纤通信系统光纤通信系统 图5.6 平均发送光功率测试原理 发 送接 收码 型发 生 器误 码检 测光 端 机光 功 率 计光 纤 测 试 线误 码 仪第第5 5章章 数字数字光纤通信系统光纤通信系统 2消光比 1)消光比的定义 消光比是指光端机的电接口输入为全“1”码和全“0”码时的平均发送光功率之比，用EXT表示：01PEXTP(5.3) 但由于光端机的

59、输入信号是伪随机码，它的“0”码和“1”码是等概率的，因此光端机输入全“1”码的平均发送光功率P1为光端机平均发送光功率PT的2倍。第第5 5章章 数字数字光纤通信系统光纤通信系统 无输入信号时，光端机输出平均发送光功率P0，对接收机来说是一种噪声，会降低接收机的灵敏度，因此希望消光比越小越好。但是，对激光器LD来讲，要使消光比小就要减小偏置电流，从而使光源输出功率降低，谱线宽度增加。所以要全面考虑消光比与其它指标之间的矛盾。02TPEXTP(5.4) 第第5 5章章 数字数字光纤通信系统光纤通信系统 2) 测试方法 消光比的测试原理图与平均发送光功率的测试原理图一样，前三项的测试步骤也与平均

60、发送光功率一样，之后再取出光端机中的编码盘，向光端机输入全“0”码，从光功率计上读取P0，根据公式算出消光比。第第5 5章章 数字数字光纤通信系统光纤通信系统 3接收机灵敏度 1) 接收机灵敏度的定义 接收机灵敏度是指在满足给定误码率条件下，光端机光接口R点能够接收到的最小平均光功率电平值LR。通常用dBm作为灵敏度的衡量单位。接收机的灵敏度是光端机的重要性能指标，它表示了光端机接收微弱信号的能力。它与系统要求的误码率，系统的码速、接收端光电检测器的性能有关。 第第5 5章章 数字数字光纤通信系统光纤通信系统 2) 测试方法 接收机灵敏度的测试原理框图如图5.6所示。 测试步骤如下： (1)误