数字光纤通信系统

数字光纤通信系统第1页，共101页，2023年，2月20日，星期五

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2页，共101页，2023年，2月20日，星期五5.1两种传输体制数字传输采用同步时分复用（TDM）技术。tPDH（PlesiochronousDigitalHierarchy）:准同步数字系列SDH（SynchronousDigitalHierarchy）：同步数字系列第3页，共101页，2023年，2月20日，星期五5.1.1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4页，共101页，2023年，2月20日，星期五准同步数字系列（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。

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5页，共101页，2023年，2月20日，星期五3．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6页，共101页，2023年，2月20日，星期五5．缺乏统一的网管标准目前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7页，共101页，2023年，2月20日，星期五5.1.2同步数字网(SDH)

1SDH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8页，共101页，2023年，2月20日，星期五

SDH的产生

SDH的研究工作始于1986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（SONET）,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。

国际电话电报咨询委员会（CCITT），于1988年接受了SONET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。第9页，共101页，2023年，2月20日，星期五例5－1什么是SDH？

SDH(SynchronousDigitalHierarchy)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，也适用于微波和卫星通信。

SDH传送网是由一些基本网络单元（NE）组成的，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。第10页，共101页，2023年，2月20日，星期五(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（STM―1），更高的同步数字系列的信号可通过简单的将STM―1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SDH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。第11页，共101页，2023年，2月20日，星期五(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STM―1信号的净负荷内，使新的SDH能支持PDH，便于PDH向SDH的过渡。第12页，共101页，2023年，2月20日，星期五(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13页，共101页，2023年，2月20日，星期五(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：SectionOverhead）和通道开销（POH：PathOverhead），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：SynchronousTransferMode），还支持基于分组交换的异步转移模式（ATM：AsynchronousTransferMode）。

第14页，共101页，2023年，2月20日，星期五3.SDH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：DigitalCross-Connection）、上下路（UpandDown）等。帧结构由信息净负荷（Payload）、段开销（SOH:SectionOverhead）和管理单元指针（AU―PTR:AdministrationUnitPointer）三个主要区域组成。第15页，共101页，2023年，2月20日，星期五帧结构的构成（STM-N）块状帧结构，并以字节为基础。纵向9行，横向270×N列。由左到右、由上到下顺序排成串行码流依次传输。传输一帧需125μs，即每秒传输8000帧。

STM-N传输速率：（N＝1,4,16,…）

N×8×9×270×8000=N×155.520Mbit/s。1）SDH帧的一般结构注：每个字节为8bit第16页，共101页，2023年，2月20日，星期五STM-N的帧结构SDH帧大体可分为三部分：(a)

STM-N段开销（SOH）区域(b)

STM-N净负荷（Payload）区域(c)

管理单元指针（AUPTR）区域可分为再生段开销（RSOH）和复用段开销（MSOH）两个部分第17页，共101页，2023年，2月20日，星期五

帧结构的描述(a)

STM-N段开销（SOH）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（OAM&P）（如公务通信、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1～3行和1～9×N列，MSOH位于帧结构中的5～9行和1～9×N列。(b)

STM-N净负荷（Payload）区域

【信息负荷定义】指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10×N～270×N列的2349N个字节。(c)

管理单元指针（AUPTR）区域【AUPTR定义】一组特定的编码，其作用是用来指示净负荷区域内的信息首字节在STM-N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行和1～9×N列。第18页，共101页，2023年，2月20日，星期五例题5－2

用图示表示SDH帧的一般结构，并给出必要的说明。

第19页，共101页，2023年，2月20日，星期五SDH同步复用与映射原理1）SDH基本复用原理现代信息传输的发展方向之一是传输速率的高速化，其方式是采用时分复用的形式将多路低速信号复用成高速信号。

第20页，共101页，2023年，2月20日，星期五

传统解决方法

1码速调整法（比特塞入法）

2固定位置映射法

它利用固定位置的比特塞入提示，来显示塞入的比特是真实数据还是伪数据，这种方法允许被复接的支路信号有较大的频率误差，但要想从复用后的高速信号中直接接入或取出各种净负荷几乎是不可能的。

它使低速信号在高速信号帧中占有固定的位置，其优点是复接和分接容易实现，但低速信号和高速信号的相对相位不可能对准，并随时间变化。第21页，共101页，2023年，2月20日，星期五SDH指针调整法利用净负荷指针表示在STM-N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内的频率变化时，只需增加或减少指针数值即可达到目的。SDH采用载荷指针技术（重大突破），结合了上面两种方法的优点。第22页，共101页，2023年，2月20日，星期五2）SDH同步复用基本结构

基本复用映射步骤映射：是一种在SDH网络边界处，把支路信号适配装入相应虚容器的过程。定位校准：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TU-PTR和AU-PTR功能加以实现。复用：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。基本复用方式是采用交错字节间插。第23页，共101页，2023年，2月20日，星期五SDH一般复用结构复用单元类型（信息形态变化）：

容器C（完成码速调整）虚容器VC（加上通道开销）支路单元TU（由VC和TU-PTR组成）支路单元组TUG

管理单元AU（由VC和AU-PTR组成）管理单元组AUGAUG加上段开销进入STM-1第24页，共101页，2023年，2月20日，星期五

下面，我们从每个容器的作用看这种复用结构。（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C―12，C―3，C―4。其中C―4为高阶容器，C―12和C―3为低阶容器。第25页，共101页，2023年，2月20日，星期五

（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26页，共101页，2023年，2月20日，星期五

（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（TU―PTR）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27页，共101页，2023年，2月20日，星期五

（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STM―N中的起始字节位置的管理单元指针（AU―PTR）构成。同样，高阶VC在STM―N中的位置也是浮动的，但AU指针在STM―N帧结构中的位置是确定的。一个或多个在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STM―N信号。第28页，共101页，2023年，2月20日，星期五SDH复用结构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29页，共101页，2023年，2月20日，星期五我国使用的复用结构如图所示。第30页，共101页，2023年，2月20日，星期五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。

1）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。典型设备与应用第31页，共101页，2023年，2月20日，星期五

（1）SDH物理接口：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STM―N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32页，共101页，2023年，2月20日，星期五2）分插复用器ADMADM(AddandDropMultiplexer)称为分插复用器（或上下路复用器），它是SDH传送网中最具特色、也是应用最为广泛的设备。ADM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VC实现互连，并且具有无需分接和终结整体信号即可将各种G.703规定的接口信号（PDH）或STM-N信号（SDH）接入STM-M（M＞N）内作为任何支路的能力。

ADM特有的自愈能力使其特别适合用于环形网络。第33页，共101页，2023年，2月20日，星期五ADM用于线路传输系统第34页，共101页，2023年，2月20日，星期五ADM用于构造环形网络第35页，共101页，2023年，2月20日，星期五3）数字交叉连接技术与设备DXC(DigitalCrossConnect)的基本概念和功能

SDH数字交叉连接设备(DXC)是SDH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/恢复，以及自动化配线和监控的重要手段。适用于SDH的DXC(SDXC)能进一步在端口间提供可控的VC透明连接和再连接。

DXC在传输网中的主要功能为：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；为临时性重要事件迅速提供电路；当网络出故障时，迅速提供网络的重新配置；按业务流量的季节性变化使网络最佳化；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SDH)，并作为PDH与SDH的网关使用。

第36页，共101页，2023年，2月20日，星期五DXC的简化结构时隙交换第37页，共101页，2023年，2月20日，星期五DXC保护功能示例第38页，共101页，2023年，2月20日，星期五SDH组网技术1.SDH传送网的结构与组织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。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。

SDH网络模型是由结构元件构成的。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。第39页，共101页，2023年，2月20日，星期五1）SDH传送网的分层模型电路层网络:涉及电路层AP(AccessPoint)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、分组交换业务和IP业务等。

通道层网络:涉及通道层AP之间的信息传递，并支持电路层网络，为电路层网络节点（如交换机）提供透明的通道。通道层网络:涉及段层AP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络的传输媒质（如光缆或无线）。第40页，共101页，2023年，2月20日，星期五(a)线形(b)星形(枢纽形)(c)树形(a)环形(a)网孔形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、网络配置的难易、新业务的引入等多种因素。2）SDH传送网物理拓扑第41页，共101页，2023年，2月20日，星期五SDH自愈网(SelfhealingNetwork)SDH自愈网特点与分类自愈网：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了故障。基本原理：使网络具备发现替代传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：网络保护，网络恢复第42页，共101页，2023年，2月20日，星期五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：1+1保护、m：n保护等。保护倒换的时间很短(<50ms)。

(1)1+1方式：采用并发优收，即工作段和保护段在发送端永久的连在一起（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。

(2)1:n方式：保护段和n个工作段共用，当其中任一个出现故障时，均可倒至保护段。b)网络恢复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。第43页，共101页，2023年，2月20日，星期五

线路保护倒换原理与应用1＋1线路保护（桥接）（桥接）第44页，共101页，2023年，2月20日，星期五1：N线路保护第45页，共101页，2023年，2月20日，星期五ADM自愈环原理与应用自愈环结构分类1通道倒换环复用段倒换环从抽象的功能结构观点来划分属于子网连接保护。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，通常利用简单的通道AIS信号来决定是否应倒换属于路径保护业务量的保护是以复用段为基础的，倒换与否按每一对节点间的复用段信号质量的优劣而定。重要区别使用专用保护，即正常情况下保护段也在传业务信号，保护时隙为整个环专用使用公用保护，即正常情况下保护段是空闲的，保护时隙由每对节点共享自愈环结构分类2单向环双向环区别单向环中所有业务信号按同一方向在环中传输（例如顺时针或逆时针）双向环中，进入环的支路信号按一个方向传输，而由该支路信号分路节点返回的支路信号按相反的方向传输。自愈环结构分类3二纤环(按照一对节点间所用光纤的最小数量)四纤环第46页，共101页，2023年，2月20日，星期五二纤单向通道倒换环2）SDH自愈网

采用1＋1保护方式，W1光纤传输业务信号，P1用于保护。正常情况下，以W1送来的信号为主信号。

由节点A至节点C通信(AC），将信号同时送入W1（顺时针）和P1（逆时针），当BC节点被切断时，倒换开关由W1转至P1光纤，接收由P1而来的AC信号，使通信得以维护，一旦故障排除，开关返回原位置。首端桥接末端倒换第47页，共101页，2023年，2月20日，星期五二纤单向复用段倒换环

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，P1光纤是空闲的。当BC节点间光纤切断后，从A到C的信号AC先到B，在B点经倒换开关倒换到P1，由P1经过A和D到达C，并经过C节点的倒换开关环回到W1光纤并落地分路。一旦故障排除，开关返回原位置。第48页，共101页，2023年，2月20日，星期五四纤双向复用段倒换环

它由两根业务光纤W1和W2和两根保护光纤P1和P2构成，W1传送顺时针信号，W2传送逆时针信号，P1和P2光纤是空闲的。当BC节点间光纤切断后，根据自动保护倒换协议(APS:AutomationProtectionSwitching)，B和C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。故障排除后，开关返回原位置。第49页，共101页，2023年，2月20日，星期五二纤双向复用段倒换环

利用时隙交换技术，可使上图中的W1和P2在一根光纤(W1/P2)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。当BC节点间光纤切断后，根据自动保护倒换协议(APS)，B和C节点各有两个倒换开关将S1/P2光纤与S2/P1光纤沟通，利用时隙交换技术，可以将S1/P2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，于是就完成了保护倒换作用。第50页，共101页，2023年，2月20日，星期五5.2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，首先要确定一个合适的传输模型。ITU―T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51页，共101页，2023年，2月20日，星期五系统参考模型有三种假设形式：（1）假设参考数字连接（HRX：HypotheticalReferenceConnection）（2）假设参考数字链路（HRDL：HypotheticalReferenceDigitalLink）（3）假设参考数字段（HRDS：HypotheticalReferenceDigitalSection）。第52页，共101页，2023年，2月20日，星期五1．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）。ITU―T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。假设参考数字连接的具体组成如图5.10所示。第53页，共101页，2023年，2月20日，星期五图5.10假设参考数字连接组成图第54页，共101页，2023年，2月20日，星期五2．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。ITU―T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55页，共101页，2023年，2月20日，星期五3．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56页，共101页，2023年，2月20日，星期五1.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SDH网络传输性能第57页，共101页，2023年，2月20日，星期五

误码对传输质量产生了影响。对光纤传输系统，误码的产生主要有以下因素：（1）各种噪声产生的误码；

（2）由于光纤色散导致的码间干扰引起的误码；（3）定时抖动产生的误码；（4）各种外界因素产生的误码；

第58页，共101页，2023年，2月20日，星期五误码率对电话信息的影响程度误码率受话者感觉10-6察觉不到干扰10-510-410-3个别“喀喀”声，在低话音电平时刚可察觉到干扰个别“喀喀”声在低话音电平时感到有些干扰在各种话音电平时，都感到有干扰10-25×10-2受到强烈干扰，显著降低可懂度几乎听不懂第59页，共101页，2023年，2月20日，星期五3)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60页，共101页，2023年，2月20日，星期五

（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。ITU―T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61页，共101页，2023年，2月20日，星期五

（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。ITU―T建议该性能指标应达到在TL中可用时间内累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62页，共101页，2023年，2月20日，星期五

（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。ITU―T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63页，共101页，2023年，2月20日，星期五误码率随时间的变化第64页，共101页，2023年，2月20日，星期五误码率和HRX的关系第65页，共101页，2023年，2月20日，星期五误码性能指标分配

第66页，共101页，2023年，2月20日，星期五2.抖动特性

抖动（jitter）是SDH光传送网络重要传输特性之一，其定义为数字信号各有效瞬间相对于理论规定时间位置的短期偏离。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/去映射抖动和指针调整抖动。抖动常用两个参量描述：

抖动幅度-相对于时间的相位偏差（单位UI）；

抖动频率-偏差的出现频率（单位HZ）。第67页，共101页，2023年，2月20日，星期五抖动分为相位抖动和定时抖动两类。

相位抖动是系统信号传输过程中形成的时间变化；定时抖动是指系统传输定时的同步误差。相位抖动是指传输过程中所形成的周期性的相位变化。定时抖动是指脉码传输系统中的同步误差。

严重的抖动将导致收端信号判决错误，甚至造成系统失步，从而发生接收故障。第68页，共101页，2023年，2月20日，星期五图6.2定时抖动的图解定义定时抖动的图解第69页，共101页，2023年，2月20日，星期五

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（UnitInterval），也就是1比特信息所占有的时间间隔。例如码速率为34.363Mb/s的脉冲信号，1UI=1/34.363μs。显然它在数值上等于传输比特率的倒数。第70页，共101页，2023年，2月20日，星期五

2)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71页，共101页，2023年，2月20日，星期五

（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。（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（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72页，共101页，2023年，2月20日，星期五

4)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73页，共101页，2023年，2月20日，星期五输入抖动容限和输出抖动容限的模板第74页，共101页，2023年，2月20日，星期五表5.3输入口对输入数字信号抖动的最低容限第75页，共101页，2023年，2月20日，星期五

（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。ITU―T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76页，共101页，2023年，2月20日，星期五

表5.4输出抖动容限第77页，共101页，2023年，2月20日，星期五

（3）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，ITU―T建议抖动转移增益不大于1dB。第78页，共101页，2023年，2月20日，星期五5.3光纤通信系统的总体设计1、系统的总体考虑选择路由，设置局站确定系统的制式、速率光纤选型选择合适的设备，核实设备的性能指标对中继段进行功率和色散预算第79页，共101页，2023年，2月20日，星期五2、设计方法最坏值设计法：

（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

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。

第80页，共101页，2023年，2月20日，星期五光接口指标与测试一个完整的光纤通信系统的具体组成如图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81页，共101页，2023年，2月20日，星期五图5.5光纤数字通信系统方框图第82页，共101页，2023年，2月20日，星期五1．平均发送光功率

1)平均发送光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（μW）表示，电平值用LT（dBm）表示，光功率值与电平值之间的关系是：(5.2)第83页，共101页，2023年，2月20日，星期五

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84页，共101页，2023年，2月20日，星期五2)测试方法平均发送光功率的测试原理图如图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85页，共101页，2023年，2月20日，星期五图5.6平均发送光功率测试原理第86页，共101页，2023年，2月20日，星期五2．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：(5.3)但由于光端机的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87页，共101页，2023年，2月20日，星期五

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。(5.4)第88页，共101页，2023年，2月20日，星期五2)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89页，共101页，2023年，2月20日，星期五3．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90页，共101页，2023年，2月20日，星期五2)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)误码仪发送符合要求的伪随机测试信号。

(2)逐渐加大光可变衰减器的衰减量，使光端机接收到的光功率逐渐减小，这时误码仪检测到的误码率逐渐增加到规定的误码率，并维持一段时间。

(3)从R点断开光端机的连接器，将光功率计连接到光可变衰减器的输出端，读取光功率计上的数值，即是光端机能够接收的最小光功率。第91页，共101页，2023年，2月20日，星期五图5.6接收机灵敏度测试原理图第92页，共101页，2023年，2月20日，星期五4．动态范围

1)动态范围的定义光接收机对它能接收到的光功率有一个最小值（接收机灵敏度），当接收机收到的信号小于这个最小值时，系统的误码率就达不到要求。若接收机接收的光功率过大，也会使系统的误码率达不到要求。所以，为了保证系统的误码特性，光接收机收到的光功率只能在一定的范围内。这个范围就是动态范围D。具体的定义是：在满足给定误码率的条件下，光端机输入连接器R点能收到的最大光功率电平值(5.5)第93页，共101页，2023年，2月20日，星期五