信息与通信第6章-光传输系统设计课件

第六章

数字光纤通信系统光同步数字传输网光纤通信系统总体设计系统的性能指标本演示文稿可能包含观众讨论和即席反应。使用PowerPoint可以跟踪演示时的即席反应，在幻灯片放映中，右键单击鼠标请选择“会议记录”选择“即席反应”选项卡必要时输入即席反应单击“确定”撤消此框此动作将自动在演示文稿末尾创建一张即席反应幻灯片，包括您的观点。

第六章

数字光纤通信系统光同步数字传输网6.2光纤通信系统总体设计首先要清楚所设计系统的整体情况：所处的地理位置当前和3～5年内对于容量的需求ITU-T的各项建议及系统的各项性能指标设备和技术的成熟程度6.2光纤通信系统总体设计PP在实际中可以等效为附加接收损耗，可扣除，于是实际S-R点的允许损耗为

式中Af表示再生段平均光缆衰减系数（dB/km），

AS是再生段平均接头损耗（dB），

Lf是单盘光缆的盘长（km），

Mc是光缆富余度（dB/km），

AC是光纤配线盘上的附加活动连接器损耗（dB），这里按两个考虑。(2)PP在实际中可以等效为附加接收损耗，可扣除，于是实际S在中继距离的设计中应考虑衰减和色散这两个限制因素，因而对于中继距离的设计可以分为两种情况来讨论。第一种情况是损耗受限系统，即再生段距离由S和R点之间的光通道损耗决定。第二种情况是色散受限系统，即再生段距离由S和R点之间的光通道总色散所限定。在中继距离的设计中应考虑衰减和色散这两个限制因素，因而对于中[信息与通信]第6章-光传输系统设计课件损耗受限系统实际可达再生段距离可以用下式来估算：

（3）所以 （4）其中 （5） （6）损耗受限系统实际可达再生段距离可以用下式来估算：

式中PT为发送光功率（dBm），PR为光接收灵敏度（dBm），AC是光纤配线盘上的收发端两个附加活动连接器损耗（dB），PP为光通道功率代价（dB），由反射功率代价Pr和色散功率代价Pd组成，Me为系统设备富裕度（dB），Mc为光缆富余度（dB/km），n是再生段内所用光缆的盘数，αfi是单盘光缆的衰减系数（dB/km），Af表示再生段平均光缆衰减系数（dB/km），αsi是单个光纤接头的损耗（dB），AS是再生段平均接头损耗（dB）。采用最坏值法设计时，再生段距离Ll的计算公式（4）可以简化为下式（7）式中PT为发送光功率（dBm），PR为光接收灵色散受限系统设计

色散受限系统可达的再生段距离的最坏值可用下式估算：

Ld=DSR/Dm

（8）其中DSR为S点和R点之间允许的最大色散值，可以从相关的标准表格中查到，Dm为允许工作波长范围内的最大光纤色散系数，单位为ps/（nm·km），可取实际光纤色散分布最大值。（1）多纵模激光器（MLM-LD）和发光二极管（LED）（9）式中fb是线路信号比特率，单位为Mbit/s；Dm

是光纤色散系数，单位为ps/（nm·km）；δλ是光源的均方根谱宽，单位为nm；ε是与色散代价有关的系数，当光源为多纵模激光器（MLM−LD）时，ε取0.115，若为发光二极管，ε取0.306。色散受限系统设计色散受限系统可达的再生段距离的最坏

（2）单纵模激光器（SLM-LD）（10）式中α为啁啾系数，当采用普通DFB激光器作为系统光源时，α取值范围为4～6；当采用新型的量子阱激光器时，α取值范围为2～4；λ为波长（单位为nm）；fb为线路信号比特率（单位为Tbit/s）。以2.4Gbit/s系统为例，假设工作波长λ为1550nm，Dm为17ps/（nm·km），则采用普通量子阱激光器（设α=3）和EA调制器（设α=0.5）后，传输距离可以分别达101km和607km。（2）单纵模激光器（SLM-LD）

（3）采用外调制器 （5-11）

式中c为光速。以2.4Gbit/s为例，λ=1550nm，Dm=17ps/（nm·km），则采用MZ外调制器的系统色度色散受限距离可以延长到1275km左右。实际系统设计分析时，首先根据式（5-4）或（5-7）算出损耗受限的距离，再根据式（5-8）至式（5-11）算出色散受限的距离，最后选择其中较短的一个即为最大再生段距离。（3）采用外调制器 二、统计设计法利用光参数分布的统计特性更有效地设计再生段距离。与最坏值设计法相比，统计设计法可以延长再生段距离，但横向兼容性不再满足。如映射法、monte—carlo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。

三、联合设计法在某些情况下，按标准的光接口参数值进行设计不能满足实际工程再生段距离，运营者需要仔细考虑设计中不满足光接口规范的主要方面。二、统计设计法6.3数字光纤通信系统 (1)抗干扰能力强，传输质量好。

(2)可以再生，传输距离远。

(3)数字系统采用大量的数字电路，容易集成，采用超大规模集成电路芯片使数字设备体积小，功耗低。6.3数字光纤通信系统 (1)抗干扰能力强，传输质量好。主要性能指标 数字光纤通信系统的性能主要包括误码性能、抖动性能和系统的可靠性。1.参考模型［13］(1)假设参考通道(2)假设参考数字段 两个相邻数字配线架之间(或等效设备之间)用来传送一种规定速率的数字信号的全部装置构成一个数字段。主要性能指标2.误码特性(1)误码概念 误码就是经接收判决再生后，数字码流的某些比特发生了差错，使传输信息的质量产生了损伤。①内部机理产生的误码 它包括各种噪声源产生的误码；定位抖动产生的误码；复用器、交叉连接设备和交换机的误码。2.误码特性②脉冲干扰产生的误码 一些具有突发性质的脉冲干扰如外部电磁干扰、静电放电、设备故障、电源瞬态干扰和人为活动会产生误码。(2)误码性能事件 误码性能事件是导出误码性能参数的基础，G.826建议是以块差错(误块)事件为基础的规范，它规范的是运行在基群和基群以上速率数字通道的误码性能事件、参数和指标。②脉冲干扰产生的误码(3)误码性能指标①端到端指标 需要说明的是SES事件并不总是孤立的事件，它可能会连续地发生SES。n个连续的SES与n个孤立的SES对用户感到的性能会产生很不相同的影响。 运行在G.826所包括的速率下的通道是由传输系统(数字段)来承载的。 误码性能指标如何应用到系统设计，目前ITU-T还没有建议。(3)误码性能指标3.抖动和漂移特性(1)抖动和漂移的概念 定时抖动对网络的性能损伤表现在下面几个方面： ①对数字编码的模拟信号，在解码后数字流的随机相位抖动使恢复后的样值具有不规则的相位，从而造成输出模拟信号的失真，形成所谓抖动噪声；3.抖动和漂移特性 ②在再生器中，定时的不规则性使有效判决偏离接收眼图的中心，从而降低了再生器的信噪比余度，直至发生误码； ③在SDH网中，像同步复用器等配有缓存器的网络单元，过大的输入抖动会造成缓存器的溢出或取空，从而产生滑动损伤。 ②在再生器中，定时的不规则性使有效判决偏离接收眼图的中心(2)抖动和漂移性能的规范(3)抖动和漂移指标

PDH信号在SDH/PDH边界处应满足原有PDH网的抖动性能要求。 ①PDH网络接口允许的最大输出抖动 ②SDH设备的PDH支路输入口抖动和漂移容限(2)抖动和漂移性能的规范 ③SDH网络输出接口允许的最大抖动 为了保证不同SDH网元之间的互连而不影响网络的传输质量，SDH网络输出接口允许的最大抖动不应超过表9.8中所规定的数字。括号中数值为数字段要求。 ③SDH网络输出接口允许的最大抖动 为了保证不同SDH网[信息与通信]第6章-光传输系统设计课件④SDH设备的输入口的抖动和漂移容限⑤SDH抖动转移特性4.系统可靠性 系统的可靠性一般采用故障统计分析法，即根据实际调查结果，统计足够长时间内的可用时间和不可用时间，然后用可用性指标来表示。所谓可用性是指可用时间占系统全部运营时间的百分比。因为是统计量，因此统计时间越长，所得结果越精确。④SDH设备的输入口的抖动和漂移容限2.光接口 为了在再生段上实现横向兼容性，与过去的PDH体系不同，SDH体系和波分复用系统有世界范围的标准光接口，这些光接口标准是系统设计必须遵循的依据。(1)单信道系统 单信道光接口的位置如图9.9所示。2.光接口图9.9光接口位置示意图图9.9光接口位置示意图(2)多信道系统 多信道光接口的位置如图9.10所示。图9.10多信道系统各参考点位置(2)多信道系统3.系统设计(1)损耗限制

2.5Gbit/s及其以下速率的无光放系统的中继距离和有光放系统的光放段距离主要受光纤损耗限制。此时要求主信道的发送和接收之间(单信道系统的S和R点之间)总损耗不能超过系统的允许损耗范围，即：L（α＋αs＋αm）＋2Ac＋Me＋Ad≤Po－Pr3.系统设计

式中：Po为平均发送光功率(dBm)；Pr为接收灵敏度(dBm)；Ac为每个活动连接器损耗(如果没有光分配架此项为零)；Me为系统设备富余量(dB)；α为光纤损耗常数(dB/km)；αs为每公里光纤平均接头损耗(dB/km)；αm为每公里光纤线路损耗余量；Ad为光通道代价(dB)；L为光放段长度。 式中：Po为平均发送光功率(dBm)；Pr为接收灵敏度(d(2)色散限制 信号在光纤中传输时，一方面由于线路系统的损耗，其幅度会越来越小，另一方面会寄生很多噪声，同时由于色散的存在其波形也要发生畸变。(2)色散限制(3)光信噪比 光放大器的应用可以大大地提高系统的可用功率，增加系统的衰减范围，延长无中继的传输距离，它还可以取代一些光－电－光的电中继器，只进行光－光转换，减少设备的复杂程度，提高系统的可靠性。(3)光信噪比5应用举例

以STM−16长途通信系统光传输设计为例。计划建设一条2.4Gbit/s单模光纤干线系统，系统采用单纵模激光器，沿途具备设站条件的候选站点间的距离为（37～58）km，系统设计要求设备富余度Me为4dB，光缆富余度Mc为0.05dB/km。根据上述58km的最长站间距离可以初选L−16.2系统（其目标距离80km），并假设工作波长为极端的1580nm，单盘光缆的衰减系数αfi=0.22dB/km，单个光纤接头的损耗αsi=0.1（dB），单盘光缆的盘长Lf=2km，活动连接器损耗AC=0.35dB，光纤色散系数Dm=20ps/（nm·km）。依据L−16.2规定，PT=（−2～3）dBm，PR=−28dBm，PP=2dB，设激光器啁啾系数的α=3，则依据式（5-4）和式（5-10）可以分别计算出：5应用举例以STM−16长途通信系统光传输设计5应用举例

由于Ll＜LC，所以此系统为损耗受限系统，且能满足58km无中继传输距离的要求。5应用举例由于Ll＜LC，所以此系统为损耗受限系统，6.4系统的性能指标误码性能抖动特性漂移特性光、电接口特性6.4系统的性能指标误码性能误码特性(1)系统的可靠性和有效性可靠性用误码率指标来描述，有效性用传输速率来描述。

误码定义：发送的码流经接受判决再生后，数字码流的某些比特发生差错使传输信息的质量产生下降产生误码的因素

(1)设备内部噪声

(2)码间干扰

(3)定时抖动与漂移

(4)连接不良产生误码误码特性(1)系统的可靠性和有效性误码特性(2)基群及更高速率的误码性能指标

1、误码率：错误接收的码元数/传输的码元总数2、评定方法误码发生的特点是突发、成群出现还是单个随机出现误码率指标如下表所示性能分类定义门限值要求达到的指标每次观察的时间省化分(DM)每分钟的误码率劣于门限值1×10-6平均时间百分数小于10%1分钟严重误码秒(SES)1秒种内的误码率劣于门限值1×10-3时间百分数小于0.2％1秒种误码秒(ES)每个观测秒内，出现的误码数0不超过8%1秒种误码特性(2)基群及更高速率的误码性能指标性能分类定义门限误码特性(3)基群及更高速率的误码性能指标

1)块的定义和测试2)误码性能事件的定义3)误码性能参数的定义4)维护工作用到的误码性能指标

误码特性(3)基群及更高速率的误码性能指标块的定义和测试定义

块是通道上连续比特的集合，通俗地说就是一组比特码流。每一比特属于且仅属于唯一的一块。对于SDH而言，当与块有关的比特发生差错时，就称误块（EB）。

块的在线监测

通过传输设备内部差错检测编码方法可对每块进行在线监测，例如比特间差奇偶校验（BIP-N）码或循环冗余校验（CRC）码。块的停业务测试

停业务测试也是以块为基础，发送伪随机码。块的定义和测试定义误码性能事件的定义

l

误块（EB）在一块中有一个或多个差错比特l

误块秒（ES）在1秒钟有一个或多个误块。l

严重误码秒（SES）在1秒钟有≥30％的误块。l

背景误块(BBE)扣除不可用时间和严重误块秒期间出现的误块后剩下的误块。l可用时间与不可用时间（UAS）在10个连续1秒的时间内，每一秒都是SES，便处于不可用状态；这10秒也被认为是不用时间，也就是说从这10秒的第一秒开始进入不可用时间；尔后，如果在10个连续秒的时间内，每一秒都不是SES，连接就处于可用状态，这10秒也被认为是可用时间；即是说从这10秒的第一秒开始进入新可用时间。

误码性能事件的定义l

误块（EB）可用时间与不可用时间（UAS）严重误码秒误码秒无误码不可用时间可用时间检测到不可用检测到可用10S<10S10S可用时间与不可用时间（UAS）严重误码秒误码性能参数的定义l

误块秒比（ESR）在一个确定的测试时间内；在可用时间内的ES和总秒数之比。l

严重误块秒比（SESR）在一个确定的测试时间内；在可用间内的SES和总秒数之比。l背景误块比(BBER)在一个确定的测试时间内；在可用时间内的背景误块与总块数扣除SES中的所有块后剩余块数之比。误码性能参数的定义l

误块秒比（ESR）抖动性能抖动的基本概念抖动特性的指标抖动对业务的影响抖动产生的原因

抖动性能抖动的基本概念抖动的基本概念抖动特性是光缆数字传输系统的重要指标之一。抖动（也称定时抖动）是指数字信号的特定时刻相对其理想时间位置的短时间偏离。偏离时间的范围称为抖动幅度，偏离时间间隔对时间的变化率称为抖动频率。抖动定义中所说的短时间偏离（相对于漂移来说），就是指抖动频率高于10Hz的相位变化。抖动幅度的计量单位为“单位间隔”，即通常所说的UI(UnitInterval)。1UI就是1比特传输信息所占有的时间，它在数值上等于传输比特率的倒数。抖动特性指标通常多采用峰—峰值来规范。例如传输语言、数据信号时，系统的抖动容限是小于或等4％UI；传输彩色电视信号时，系统的抖动容限小于或等于2％UI

。时间抖动的基本概念抖动特性是光缆数字传输系统的重要指标之一。时间抖动特性的指标l

无输入抖动时的最大输出抖动就是传输设备或网络输入口无输入抖动时其输出口的最大输出抖动。l

输入抖动容限就是施加在输入信号上恰好使传输设备或网络产生ldB功率代价的正弦调制抖动信号的峰-峰值。l

抖动传递特性就是传输设备或网络输出抖动与输入抖动之比随频率变化的关系。目前这一项指标仅对再生中继器进行明确规定，其它设备不作要求。l

结合抖动是指由于SDH设备内部去映射和指针调整所引起的PDH输出信号抖动。造成结合抖动的主要原因是指针调整，去映射的影响比较小。抖动特性的指标l

无输入抖动时的最大输出抖动就是传输设备或网抖动产生原因及对业务的影响抖动对业务的影响

抖动对不同业务的影响是不同的，对话音业务的影响比较小，对抖动的技术要求比较松，一般不作专门的研究；而对于图像业务，由于人眼对图象比较敏感，所以抖动的影响就比较大。

抖动产生的原因

SDH光同步传输系统抖动的产生主要来自3个方面:1)线路系统的抖动

2)复用设备的抖动

3)SDH／非

SDH边界的PDH支路输出抖动。

抖动产生原因及对业务的影响抖动对业务的影响2.抖动性能1）抖动的概念概念：数字信号（包括时钟信号）的各种有效瞬间对于标准时间的位置偏差，称为抖动（或漂动）。10Hz以下的长期相位变化称为漂动,而10Hz以上的则称为抖动。原因：随机噪声产生低频振荡的相位调制，加载到传输的数字信号上，产生抖动。抖动的单位：UI,表示单位时隙，当传输信号为NRZ码时，1UI就是１比特信息所占用的时间，它在数值上等于传输速率的倒数。影响：使判决偏离最佳的判决时间2.抖动性能1）抖动的概念2）抖动性能参数a)输入抖动容限2）抖动性能参数各次群输入口对抖动的要求参数Jp-p(UI）

调制数字信号的正弦信号频率

伪随机测试信号序列速率kbit/sA0A1A2F0F1F2F3F4

204836.91.50.21.5×10-5Hz20Hz2.4KHz18KHz100KHz215-184481521.50.21.2×10-5Hz20Hz400Hz3KHz400KHz215-134368

1.50.15

100Hz1KHz10KHz800KHz223-1139264

1.50.075

200Hz500Hz10KHz3500KHz223-1各次群输入口对抖动的要求参数Jp-p调

STM-N光接口输入抖动和漂移容限（表2/G825）STM峰－蜂幅度（UI）频率（Hz）等级A0A1A2A3A4(18us)(2us)(0.25us)F0F12F14F10F0F8F1F2F3F4STM-1电STM-1光STM-4STM-162800311391.50.0752800311391.50.151120012441561.50.154479049776221.50.1512u178u1.6m115.6m0.12519.35003.25k6.5k1.3M12u178u1.6m115.6m0.12519.35006.5k6.5k1.3M12u178u1.6m115.6m0.1259.65100025k250k5M12u178u1.6m115.6m0.12512.15000100k1000k20MSTM-N光接口输入抖动和漂移容限（表2/G825）STM复用设备STM-N接口抖动产生（表6/G.813）接口测量滤波器峰-峰幅度STM-1500Hz-1.3MHz0.50UI

65KHz-1.3MHz0.10UISTM-41000Hz-5MHz0.50UI

250KHz-5MHz0.10UISTM-165000Hz-20MHz0.50UI

1MHz-20MHz0.10UI

b)输出抖动复用设备STM-N接口抖动产生（表6/G.813）接口测量滤c)抖动转移特性c)抖动转移特性

SDH系统与其它数字通信系统相比又引入了二种新的抖动源，即映射抖动和组合抖动。映射抖动:支路信号映射进STM时引入的抖动。在无指针调整时，在支路口测试。组合抖动：支路映射和指针调整结合引入的抖动。在特定的指针调整序列下，测试支路口的输出抖动。极性相反的单指针；规则指针加双指针；漏掉一个指针的规则单指针。SDH系统与其它数字通信系统相比又引入了二种新的系统性能性能的测试1）主要的测试仪表：误码测试仪；误码分析仪；数字传输分析仪；SDH分析仪误码测试仪系统性能性能的测试误码测试仪误码率和灵敏度的测试

测试方法如下：

a.按图示接好测试系统，误码仪的发送部分按规定送出223-1或215-1伪随机码，用来调制光发射机；

b.增大光衰减器的衰减量，同时监测误码，直到误码仪指示的的误码率为某一要求值（如10-10）；

c.断开光纤连接器，用光功率计测量此时的接收光功率，即为要求误码率下的接收灵敏度（如BER=10-10

时的灵敏度值）。误码率和灵敏度的测试测试方法如下：a.如图所示接好测试系统，开关K1置1，K2置2，由误码仪发送223-1或215-1伪随机码。监视光端机的误码率，调整可变光衰减器的衰减量，使光接收机接收的光功率恰好在无误码的基础上增加1dB；输入抖动容限的测试a.如图所示接好测试系统，开关K1置1，K2置2，由误b、将低频信号发生器发出的测试低频信号加于误码仪的发送端，调制伪随机码，造成光端机输入信号的抖动，逐渐加大低频信号幅度，直至将发生误码为止；c、将开头K1置3，测出此时的抖动值，即为此频率下的输入抖动容限；d、改变低频测试信号的频率，重复上述过程，逐频点测量，最后画出输入抖动与频率的对应关系。注：很多仪表可以自动测试

b、将低频信号发生器发出的测试低频信号加于误码仪的发送端，调漂移特性

漂移的基本概念

1)漂移特性也是SDH光同步传输系统的重要指标之一。漂移是数字信号的特定时刻相对其理想时间位置的长时间的偏离。

2)长时间的偏离是指变化频率小于10Hz的相位变化。漂移和抖动虽然都是相对其理想时间位置的偏离，但偏离快慢、时间长短却不同，并且产生机理及对传输业务的影响差别很大。漂移实际上是一种对脉冲数字流的极低频率的脉冲相位调制。

3)漂移的频率、幅度的定义同抖动是一样的，但是，漂移幅度的单位常用时间单位(μs)来表示，而一般不用单位时间间隔(U1)来计量，因为用UI度量漂移其数值很大。漂移特性漂移的基本概念漂移产生原因及对业务的影响漂移对业务的影响光缆传输系统的漂移幅度超过一定限度时，会产生滑动。所谓滑动，就是数字比特流中出现比特的丢失或增加。滑动的影响，因传输业务的种类不同而不同。

l

语声业务信息的冗余度较大,滑动对语声业务的影响不大

l

数据和图像信息因为几乎没有冗余度，滑动同误码一样，对数据和图像传输的影响很大。漂移产生的原因

漂移产生的主要原因是温度变化造成的。漂移产生原因及对业务的影响漂移对业务的影响光、电接口特性光、电接口特性

局内通信、短距离局间通信和长距离局间通信。三类通信光盘用通用的标准代码来表示。对于各厂家具体设备来说，它们并没有标注光接口的标准代码，而是厂家自己定义的编号，通过查设备维护手册可以找到对应的通用代码含义。通用代码规则如下：

l

第一个字母表示应用场合，Ⅰ表示局内通信，S表示短距离通信，L表示长距离通信。

l

字母后的第一位数字表示STM的等级，例如4，代表STM-4字母后的第二位数字表示工作波长和所用纤类型，1表示工作波长1310，光纤为G.652光纤，2表示工作波长为1550，光纤为G.652光纤。

光、电接口特性光、电接口特性各种光接口表示方法表

应用类型局内通信局间通信短距离长距离波长13101310155013101550光纤类型G.652G.652G.652G.652G.652传输距离≤2~15~40~80STM等级

STM-1STM-4STM-16I-1I-4I-16S-1.1S-4.1S-16.1S-1.2S-4.2S-16.2L-1.1L-4.1L-16.1L-1.2L-4.2L-16.2各种光接口表示方法表应用类型局内局间通信短距离长距离波长1光接口的技术指标

线路码型：所有各类光接口的线路码型都是加扰NRZ码。它的特点是码型最简单，不增加线路速率，没有光功率代价，无需编码，有利于定时信号的提取。光系统的工作波长范围：系统的工作波长范围取决于光纤类型、光源特性、系统衰减范围及光通道的色散等因素。目前经常用到的波长范围为中心波长在1310nm附近波长区（窗口）和波长衰减值更小的中心波长在1550nm附近波长区（窗口）二种波长范围。光发送机的平均发送功率：光发送机的平均发送光功率定义为光发送机发送伪随机序列信号时，在参考点S所测得的平均光功率。也就是光盘输出口适配器点测得的功率。光通道衰减：光通道衰减是指S-R（发送-接收）点间光传输通道对光信号的衰减值，包括接头连接器或其无源光器件及任何附加光缆余度引起的总衰减。光接口的技术指标线路码型：所有各类光接口的线路码型都是加扰电接口技术要求

SDH电接口规电接口

2.048Mbit/s、34.368Mbit/s、139.264Mbit/s三种速率的PDH电接口以及STM-1的电接口（STM-1以上没有电接口全部为光接口）。PDH电接口规范要求符合ITU-TG.703的标准。SDH电接口规范常用指标：标准速率155.520Mbit/s比特速率容差±20×10-6码型：CMI码，与PDH140M的码型相同。接口过压保护：能耐受10个标准闪电脉冲±5V

STM-1电接口连接电缆长度：<70m电接口技术要求SDH电接口规电接口第六章

数字光纤通信系统光同步数字传输网光纤通信系统总体设计系统的性能指标本演示文稿可能包含观众讨论和即席反应。使用PowerPoint可以跟踪演示时的即席反应，在幻灯片放映中，右键单击鼠标请选择“会议记录”选择“即席反应”选项卡必要时输入即席反应单击“确定”撤消此框此动作将自动在演示文稿末尾创建一张即席反应幻灯片，包括您的观点。

第六章

数字光纤通信系统光同步数字传输网6.2光纤通信系统总体设计首先要清楚所设计系统的整体情况：所处的地理位置当前和3～5年内对于容量的需求ITU-T的各项建议及系统的各项性能指标设备和技术的成熟程度6.2光纤通信系统总体设计PP在实际中可以等效为附加接收损耗，可扣除，于是实际S-R点的允许损耗为

式中Af表示再生段平均光缆衰减系数（dB/km），

AS是再生段平均接头损耗（dB），

Lf是单盘光缆的盘长（km），

Mc是光缆富余度（dB/km），

AC是光纤配线盘上的附加活动连接器损耗（dB），这里按两个考虑。(2)PP在实际中可以等效为附加接收损耗，可扣除，于是实际S在中继距离的设计中应考虑衰减和色散这两个限制因素，因而对于中继距离的设计可以分为两种情况来讨论。第一种情况是损耗受限系统，即再生段距离由S和R点之间的光通道损耗决定。第二种情况是色散受限系统，即再生段距离由S和R点之间的光通道总色散所限定。在中继距离的设计中应考虑衰减和色散这两个限制因素，因而对于中[信息与通信]第6章-光传输系统设计课件损耗受限系统实际可达再生段距离可以用下式来估算：

（3）所以 （4）其中 （5） （6）损耗受限系统实际可达再生段距离可以用下式来估算：

式中PT为发送光功率（dBm），PR为光接收灵敏度（dBm），AC是光纤配线盘上的收发端两个附加活动连接器损耗（dB），PP为光通道功率代价（dB），由反射功率代价Pr和色散功率代价Pd组成，Me为系统设备富裕度（dB），Mc为光缆富余度（dB/km），n是再生段内所用光缆的盘数，αfi是单盘光缆的衰减系数（dB/km），Af表示再生段平均光缆衰减系数（dB/km），αsi是单个光纤接头的损耗（dB），AS是再生段平均接头损耗（dB）。采用最坏值法设计时，再生段距离Ll的计算公式（4）可以简化为下式（7）式中PT为发送光功率（dBm），PR为光接收灵色散受限系统设计

色散受限系统可达的再生段距离的最坏值可用下式估算：

Ld=DSR/Dm

（8）其中DSR为S点和R点之间允许的最大色散值，可以从相关的标准表格中查到，Dm为允许工作波长范围内的最大光纤色散系数，单位为ps/（nm·km），可取实际光纤色散分布最大值。（1）多纵模激光器（MLM-LD）和发光二极管（LED）（9）式中fb是线路信号比特率，单位为Mbit/s；Dm

是光纤色散系数，单位为ps/（nm·km）；δλ是光源的均方根谱宽，单位为nm；ε是与色散代价有关的系数，当光源为多纵模激光器（MLM−LD）时，ε取0.115，若为发光二极管，ε取0.306。色散受限系统设计色散受限系统可达的再生段距离的最坏

（2）单纵模激光器（SLM-LD）（10）式中α为啁啾系数，当采用普通DFB激光器作为系统光源时，α取值范围为4～6；当采用新型的量子阱激光器时，α取值范围为2～4；λ为波长（单位为nm）；fb为线路信号比特率（单位为Tbit/s）。以2.4Gbit/s系统为例，假设工作波长λ为1550nm，Dm为17ps/（nm·km），则采用普通量子阱激光器（设α=3）和EA调制器（设α=0.5）后，传输距离可以分别达101km和607km。（2）单纵模激光器（SLM-LD）

（3）采用外调制器 （5-11）

式中c为光速。以2.4Gbit/s为例，λ=1550nm，Dm=17ps/（nm·km），则采用MZ外调制器的系统色度色散受限距离可以延长到1275km左右。实际系统设计分析时，首先根据式（5-4）或（5-7）算出损耗受限的距离，再根据式（5-8）至式（5-11）算出色散受限的距离，最后选择其中较短的一个即为最大再生段距离。（3）采用外调制器 二、统计设计法利用光参数分布的统计特性更有效地设计再生段距离。与最坏值设计法相比，统计设计法可以延长再生段距离，但横向兼容性不再满足。如映射法、monte—carlo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。

三、联合设计法在某些情况下，按标准的光接口参数值进行设计不能满足实际工程再生段距离，运营者需要仔细考虑设计中不满足光接口规范的主要方面。二、统计设计法6.3数字光纤通信系统 (1)抗干扰能力强，传输质量好。

(2)可以再生，传输距离远。

(3)数字系统采用大量的数字电路，容易集成，采用超大规模集成电路芯片使数字设备体积小，功耗低。6.3数字光纤通信系统 (1)抗干扰能力强，传输质量好。主要性能指标 数字光纤通信系统的性能主要包括误码性能、抖动性能和系统的可靠性。1.参考模型［13］(1)假设参考通道(2)假设参考数字段 两个相邻数字配线架之间(或等效设备之间)用来传送一种规定速率的数字信号的全部装置构成一个数字段。主要性能指标2.误码特性(1)误码概念 误码就是经接收判决再生后，数字码流的某些比特发生了差错，使传输信息的质量产生了损伤。①内部机理产生的误码 它包括各种噪声源产生的误码；定位抖动产生的误码；复用器、交叉连接设备和交换机的误码。2.误码特性②脉冲干扰产生的误码 一些具有突发性质的脉冲干扰如外部电磁干扰、静电放电、设备故障、电源瞬态干扰和人为活动会产生误码。(2)误码性能事件 误码性能事件是导出误码性能参数的基础，G.826建议是以块差错(误块)事件为基础的规范，它规范的是运行在基群和基群以上速率数字通道的误码性能事件、参数和指标。②脉冲干扰产生的误码(3)误码性能指标①端到端指标 需要说明的是SES事件并不总是孤立的事件，它可能会连续地发生SES。n个连续的SES与n个孤立的SES对用户感到的性能会产生很不相同的影响。 运行在G.826所包括的速率下的通道是由传输系统(数字段)来承载的。 误码性能指标如何应用到系统设计，目前ITU-T还没有建议。(3)误码性能指标3.抖动和漂移特性(1)抖动和漂移的概念 定时抖动对网络的性能损伤表现在下面几个方面： ①对数字编码的模拟信号，在解码后数字流的随机相位抖动使恢复后的样值具有不规则的相位，从而造成输出模拟信号的失真，形成所谓抖动噪声；3.抖动和漂移特性 ②在再生器中，定时的不规则性使有效判决偏离接收眼图的中心，从而降低了再生器的信噪比余度，直至发生误码； ③在SDH网中，像同步复用器等配有缓存器的网络单元，过大的输入抖动会造成缓存器的溢出或取空，从而产生滑动损伤。 ②在再生器中，定时的不规则性使有效判决偏离接收眼图的中心(2)抖动和漂移性能的规范(3)抖动和漂移指标

PDH信号在SDH/PDH边界处应满足原有PDH网的抖动性能要求。 ①PDH网络接口允许的最大输出抖动 ②SDH设备的PDH支路输入口抖动和漂移容限(2)抖动和漂移性能的规范 ③SDH网络输出接口允许的最大抖动 为了保证不同SDH网元之间的互连而不影响网络的传输质量，SDH网络输出接口允许的最大抖动不应超过表9.8中所规定的数字。括号中数值为数字段要求。 ③SDH网络输出接口允许的最大抖动 为了保证不同SDH网[信息与通信]第6章-光传输系统设计课件④SDH设备的输入口的抖动和漂移容限⑤SDH抖动转移特性4.系统可靠性 系统的可靠性一般采用故障统计分析法，即根据实际调查结果，统计足够长时间内的可用时间和不可用时间，然后用可用性指标来表示。所谓可用性是指可用时间占系统全部运营时间的百分比。因为是统计量，因此统计时间越长，所得结果越精确。④SDH设备的输入口的抖动和漂移容限2.光接口 为了在再生段上实现横向兼容性，与过去的PDH体系不同，SDH体系和波分复用系统有世界范围的标准光接口，这些光接口标准是系统设计必须遵循的依据。(1)单信道系统 单信道光接口的位置如图9.9所示。2.光接口图9.9光接口位置示意图图9.9光接口位置示意图(2)多信道系统 多信道光接口的位置如图9.10所示。图9.10多信道系统各参考点位置(2)多信道系统3.系统设计(1)损耗限制

2.5Gbit/s及其以下速率的无光放系统的中继距离和有光放系统的光放段距离主要受光纤损耗限制。此时要求主信道的发送和接收之间(单信道系统的S和R点之间)总损耗不能超过系统的允许损耗范围，即：L（α＋αs＋αm）＋2Ac＋Me＋Ad≤Po－Pr3.系统设计

式中：Po为平均发送光功率(dBm)；Pr为接收灵敏度(dBm)；Ac为每个活动连接器损耗(如果没有光分配架此项为零)；Me为系统设备富余量(dB)；α为光纤损耗常数(dB/km)；αs为每公里光纤平均接头损耗(dB/km)；αm为每公里光纤线路损耗余量；Ad为光通道代价(dB)；L为光放段长度。 式中：Po为平均发送光功率(dBm)；Pr为接收灵敏度(d(2)色散限制 信号在光纤中传输时，一方面由于线路系统的损耗，其幅度会越来越小，另一方面会寄生很多噪声，同时由于色散的存在其波形也要发生畸变。(2)色散限制(3)光信噪比 光放大器的应用可以大大地提高系统的可用功率，增加系统的衰减范围，延长无中继的传输距离，它还可以取代一些光－电－光的电中继器，只进行光－光转换，减少设备的复杂程度，提高系统的可靠性。(3)光信噪比5应用举例

以STM−16长途通信系统光传输设计为例。计划建设一条2.4Gbit/s单模光纤干线系统，系统采用单纵模激光器，沿途具备设站条件的候选站点间的距离为（37～58）km，系统设计要求设备富余度Me为4dB，光缆富余度Mc为0.05dB/km。根据上述58km的最长站间距离可以初选L−16.2系统（其目标距离80km），并假设工作波长为极端的1580nm，单盘光缆的衰减系数αfi=0.22dB/km，单个光纤接头的损耗αsi=0.1（dB），单盘光缆的盘长Lf=2km，活动连接器损耗AC=0.35dB，光纤色散系数Dm=20ps/（nm·km）。依据L−16.2规定，PT=（−2～3）dBm，PR=−28dBm，PP=2dB，设激光器啁啾系数的α=3，则依据式（5-4）和式（5-10）可以分别计算出：5应用举例以STM−16长途通信系统光传输设计5应用举例

由于Ll＜LC，所以此系统为损耗受限系统，且能满足58km无中继传输距离的要求。5应用举例由于Ll＜LC，所以此系统为损耗受限系统，6.4系统的性能指标误码性能抖动特性漂移特性光、电接口特性6.4系统的性能指标误码性能误码特性(1)系统的可靠性和有效性可靠性用误码率指标来描述，有效性用传输速率来描述。

误码定义：发送的码流经接受判决再生后，数字码流的某些比特发生差错使传输信息的质量产生下降产生误码的因素

(1)设备内部噪声

(2)码间干扰

(3)定时抖动与漂移

(4)连接不良产生误码误码特性(1)系统的可靠性和有效性误码特性(2)基群及更高速率的误码性能指标

1、误码率：错误接收的码元数/传输的码元总数2、评定方法误码发生的特点是突发、成群出现还是单个随机出现误码率指标如下表所示性能分类定义门限值要求达到的指标每次观察的时间省化分(DM)每分钟的误码率劣于门限值1×10-6平均时间百分数小于10%1分钟严重误码秒(SES)1秒种内的误码率劣于门限值1×10-3时间百分数小于0.2％1秒种误码秒(ES)每个观测秒内，出现的误码数0不超过8%1秒种误码特性(2)基群及更高速率的误码性能指标性能分类定义门限误码特性(3)基群及更高速率的误码性能指标

1)块的定义和测试2)误码性能事件的定义3)误码性能参数的定义4)维护工作用到的误码性能指标

误码特性(3)基群及更高速率的误码性能指标块的定义和测试定义

块是通道上连续比特的集合，通俗地说就是一组比特码流。每一比特属于且仅属于唯一的一块。对于SDH而言，当与块有关的比特发生差错时，就称误块（EB）。

块的在线监测

通过传输设备内部差错检测编码方法可对每块进行在线监测，例如比特间差奇偶校验（BIP-N）码或循环冗余校验（CRC）码。块的停业务测试

停业务测试也是以块为基础，发送伪随机码。块的定义和测试定义误码性能事件的定义

l

误块（EB）在一块中有一个或多个差错比特l

误块秒（ES）在1秒钟有一个或多个误块。l

严重误码秒（SES）在1秒钟有≥30％的误块。l

背景误块(BBE)扣除不可用时间和严重误块秒期间出现的误块后剩下的误块。l可用时间与不可用时间（UAS）在10个连续1秒的时间内，每一秒都是SES，便处于不可用状态；这10秒也被认为是不用时间，也就是说从这10秒的第一秒开始进入不可用时间；尔后，如果在10个连续秒的时间内，每一秒都不是SES，连接就处于可用状态，这10秒也被认为是可用时间；即是说从这10秒的第一秒开始进入新可用时间。

误码性能事件的定义l

误块（EB）可用时间与不可用时间（UAS）严重误码秒误码秒无误码不可用时间可用时间检测到不可用检测到可用10S<10S10S可用时间与不可用时间（UAS）严重误码秒误码性能参数的定义l

误块秒比（ESR）在一个确定的测试时间内；在可用时间内的ES和总秒数之比。l

严重误块秒比（SESR）在一个确定的测试时间内；在可用间内的SES和总秒数之比。l背景误块比(BBER)在一个确定的测试时间内；在可用时间内的背景误块与总块数扣除SES中的所有块后剩余块数之比。误码性能参数的定义l

误块秒比（ESR）抖动性能抖动的基本概念抖动特性的指标抖动对业务的影响抖动产生的原因

抖动性能抖动的基本概念抖动的基本概念抖动特性是光缆数字传输系统的重要指标之一。抖动（也称定时抖动）是指数字信号的特定时刻相对其理想时间位置的短时间偏离。偏离时间的范围称为抖动幅度，偏离时间间隔对时间的变化率称为抖动频率。抖动定义中所说的短时间偏离（相对于漂移来说），就是指抖动频率高于10Hz的相位变化。抖动幅度的计量单位为“单位间隔”，即通常所说的UI(UnitInterval)。1UI就是1比特传输信息所占有的时间，它在数值上等于传输比特率的倒数。抖动特性指标通常多采用峰—峰值来规范。例如传输语言、数据信号时，系统的抖动容限是小于或等4％UI；传输彩色电视信号时，系统的抖动容限小于或等于2％UI

。时间抖动的基本概念抖动特性是光缆数字传输系统的重要指标之一。时间抖动特性的指标l

无输入抖动时的最大输出抖动就是传输设备或网络输入口无输入抖动时其输出口的最大输出抖动。l

输入抖动容限就是施加在输入信号上恰好使传输设备或网络产生ldB功率代价的正弦调制抖动信号的峰-峰值。l

抖动传递特性就是传输设备或网络输出抖动与输入抖动之比随频率变化的关系。目前这一项指标仅对再生中继器进行明确规定，其它设备不作要求。l

结合抖动是指由于SDH设备内部去映射和指针调整所引起的PDH输出信号抖动。造成结合抖动的主要原因是指针调整，去映射的影响比较小。抖动特性的指标l

无输入抖动时的最大输出抖动就是传输设备或网抖动产生原因及对业务的影响抖动对业务的影响

抖动对不同业务的影响是不同的，对话音业务的影响比较小，对抖动的技术要求比较松，一般不作专门的研究；而对于图像业务，由于人眼对图象比较敏感，所以抖动的影响就比较大。

抖动产生的原因

SDH光同步传输系统抖动的产生主要来自3个方面:1)线路系统的抖动

2)复用设备的抖动

3)SDH／非

SDH边界的PDH支路输出抖动。

抖动产生原因及对业务的影响抖动对业务的影响2.抖动性能1）抖动的概念概念：数字信号（包括时钟信号）的各种有效瞬间对于标准时间的位置偏差，称为抖动（或漂动）。10Hz以下的长期相位变化称为漂动,而10Hz以上的则称为抖动。原因：随机噪声产生低频振荡的相位调制，加载到传输的数字信号上，产生抖动。抖动的单位：UI,表示单位时隙，当传输信号为NRZ码时，1UI就是１比特信息所占用的时间，它在数值上等于传输速率的倒数。影响：使判决偏离最佳的判决时间2.抖动性能1）抖动的概念2）抖动性能参数a)输入抖动容限2）抖动性能参数各次群输入口对抖动的要求参数Jp-p(UI）

调制数字信号的正弦信号频率

伪随机测试信号序列速率kbit/sA0A1A2F0F1F2F3F4

204836.91.50.21.5×10-5Hz20Hz2.4KHz18KHz100KHz215-184481521.50.21.2×10-5Hz20Hz400Hz3KHz400KHz215-134368

1.50.15

100Hz1KHz10KHz800KHz223-1139264

1.50.075

200Hz500Hz10KHz3500KHz223-1各次群输入口对抖动的要求参数Jp-p调

STM-N光接口输入抖动和漂移容限（表2/G825）STM峰－蜂幅度（UI）频率（Hz）等级A0A1A2A3A4(18us)(2us)(0.25us)F0F12F14F10F0F8F1F2F3F4STM-1电STM-1光STM-4STM-162800311391.50.0752800311391.50.151120012441561.50.154479049776221.50.1512u178u1.6m115.6m0.12519.35003.25k6.5k1.3M12u178u1.6m115.6m0.12519.35006.5k6.5k1.3M12u178u1.6m115.6m0.1259.65100025k250k5M12u178u1.6m115.6m0.12512.15000100k1000k20MSTM-N光接口输入抖动和漂移容限（表2/G825）STM复用设备STM-N接口抖动产生（表6/G.813）接口测量滤波器峰-峰幅度STM-1500Hz-1.3MHz0.50UI

65KHz-1.3MHz0.10UISTM-41000Hz-5MHz0.50UI

250KHz-5MHz0.10UISTM-165000Hz-20MHz0.50UI

1MHz-20MHz0.10UI

b)输出抖动复用设备STM-N接口抖动产生（表6/G.813）接口测量滤c)抖动转移特性c)抖动转移特性

SDH系统与其它数字通信系统相比又引入了二种新的抖动源，即映射抖动和组合抖动。映射抖动:支路信号映射进STM时引入的抖动。在无指针调整时，在支路口测试。组合抖动：支路映射和指针调整结合引入的抖动。