光纤通信-07-SDH与数字光纤传输系统

第7章SDH与数字光纤传输系统第7章SDH与数字光纤传输系统在前面各章中讨论了光纤传输媒质、光源与光发送机、光检测器与光接收机，还讨论了光纤的连接和用于连接光缆、光源以及光检测器的连接器将这些分立的模块组合到一起就形成一条完整的光纤传输链路，从而构成光纤通信系统第7章SDH与数字光纤传输系统从20世纪70年代光纤通信进入实用化后，迅速成为电信传输的主要手段一般而言，光纤通信系统最主要、最基本的功能是完成大信息量的传输，所以也更明确地称光纤通信系统为光纤传输系统传输系统是通信网的重要组成部分，传输系统的好坏直接制约着通信网的发展第7章SDH与数字光纤传输系统光纤传输系统为各个国家乃至全球的信息基础设施建设提供了大容量、可靠的信息传输手段尽管基于IP技术的数据通信迅猛增长，但从传输体制上，同步数字体系（SDH）仍然占据主导地位实际上，SDH也能够很好地传送IP数据包SDH具有标准化接口、灵活的上／下业务能力和强大的网管等特点，是目前全球最重要的传送体制第7章光纤通信系统7.1PDH准同步数字体系7.2SDH同步传输体系7.3数字光纤传输系统的设计7.4数字光纤系统的性能指标7.1PDH准同步数字体系准同步数字体系（PDH）是20世纪60年代逐步发展起来的一种数字复用多路技术，当时正致力于语音信号的数字化传输与复用，如PCM30/32路系统由于数字通信技术的应用是从市话中继传输开始的，为了适应点对点的应用而选择了准同步复用方式，以实现在同一信道上传输多路信号，从而提高信道利用率7.1PDH准同步数字体系世界各国使用的PDH设备有不同的标准根据ITU-T的G.702建议，PDH的基群速率有两种，即PCM30/32路系统（E1）和PCM24路系统（T1或DS1）我国和欧洲各国采用的是PCM30/32路系统，基群速率为2.048Mb/s美国和日本采用的是PCM24路系统，基群速率为1.544Mb/s7.1PDH准同步数字体系PDH各次群的标准速率我国及欧洲北美日本一次群30/32路2.048Mb/s24路1.544Mb/s24路1.544Mb/s二次群30×4=120路2.048×4+0.256=8.448Mb/s24×4=96路1.544×4+0.136=6.312Mb/s24×4=96路1.544×4+0.136=6.312Mb/s三次群120×4=480路8.448×4+0.576=34.368Mb/s96×7=672路6.312×7+0.552=44.736Mb/s96×5=480路6.312×5+0.504=32.064Mb/s四次群480×4=1920路34.368×4+1.792=139.264Mb/s672×2=1344路44.736×2+0.528=90Mb/s480×3=1440路32.064×3+1.536=97.728Mb/s7.1PDH准同步数字体系PDH可以很好地适应传统的点对点通信，但这种数字系列主要是为话音设计的PCM技术在复接成一次群时，采用同步复接但在复接成二、三、四次群时要采用异步复接，通过增加额外比特（正码速调整）使各支路信号和复接设备同步，虽然各支路的数字信号流标称值相同，但主时钟是彼此独立的7.1PDH准同步数字体系PDH各次群比特率相对于其标准值有一个规定的容差（允许的偏差标称值），而且是异源的，这种对比特率偏差的约束就是所称的准同步工作一次群至四次群接口比特率早在1976年就实现了标准化，并得到各国广泛采用PDH主要适用于中、低速率点对点的传输7.1PDH准同步数字体系PDH的复用方式很明显不能满足大容量信息传输的要求另外PDH体制的地区性规范也使网络互连增加了难度不能适应现代通信网对信号宽带化、多样化的要求制约了传输网向更高的速率发展PDH传输体制的缺陷PDH传输体制的缺陷体现在以下几个方面：(1)接口方面只有地区性的电接口规范。我国和欧洲、北美、日本各自有不同的PDH数字体系，这些体系互不兼容，造成国际互通的困难没有统一的光接口规范。为了完成设备对光路上的传输性能进行监控各厂家各自采用自行开发的线路码型，不同厂家同一速率等级的光接口码型和速率不一样，致使不同厂家的设备无法实现横向兼容PDH传输体制的缺陷PDH传输体制的缺陷体现在以下几个方面：(2)复用方式PDH的高次群是异步复接，每次复接就进行一次码速调整，用来匹配和容纳时钟的差异导致当低速信号复用到高速信号时，在高速信号的帧结构中的位置没有规律性和固定性无法直接从高次群中提取低速支路信号PDH传输体制的缺陷PDH传输体制的缺陷体现在以下几个方面：(3)运行维护方面PDH预留的插入比特（开销字节）较少，这也就是为什么在设备进行光路上的线路编码时，要通过增加冗余编码来完成线路性能监控功能的原因开销字节少，对完成传输网的分层管理、性能监控、业务的实时调度、传输带宽的控制、告警的分析定位很不利使得网络的运行、管理和维护（OAM）较困难PDH传输体制的缺陷PDH传输体制的缺陷体现在以下几个方面：(4)没有统一的网管接口由于没有统一的标准，各厂家提供的管理系统不兼容，不利于形成统一的电信管理网7.1PDH准同步数字体系PDH体系建立在点对点传输的基础上，网络结构较为简单，无法提供最佳的路由选择，使得设备利用率较低凡此种种缺陷导致了一种新的数字体系－同步光网络（SONET，SynchronousOpticalNetwork）的产生最初提出这个概念的是美国贝尔通信研究所。SONET于1986年成为美国新的数字体系标准7.1PDH准同步数字体系1988年，CCITT接受了SONET的概念并重新命名为同步数字体系（SDH，SynchronousDigitalHierarchy）SDH后来又经过修改和完善，成为涉及比特率、网络节点接口、复用结构、复用设备、网络管理、线路系统、光接口、信息模型、网络结构等一系列标准，成为不仅适用于光纤传输，也适用于微波和卫星传输的数字通信技术体制7.1PDH准同步数字体系随着光通信技术的发展，按国家组网的有关规定，近年来，PDH系列设备只在公网中用作市话网的中继传输系统但是，在许多专用信息传输系统中它仍然得到广泛应用在我国公用电话网及数据网中，PDH系列的数字结构主要用于数字网络接口标准，特别是2Mb/s速率的接口，在数据、卫星、移动通信系统中普遍采用7.2SDH同步传输体系SDH发展到今天，已经不是一种新技术，而是一种成熟的技术有学者认为：SDH将被以WDM为基础的光传送网所取代但是在今后一段时间内，SDH仍有生命力这不仅因为大量建设的SDH系统要继续使用，还因为WDM光传送网还没有解决SDH已经很好解决的三个问题7.2SDH同步传输体系首先，SDH本质是数字传输，能对传输质量实现端到端的全程监控，一旦有故障，可以很好定位；其次，现有完善的保护和恢复机制可以实现网络自愈；最后，SDH有有效的网管7.2SDH同步传输体系今后独立的SDH设备发展速度可能放缓但是SDH原理（标准）还会被其它通信领域的设备采用特别是在传送网的边沿，当传输速率在2.5Gb/s或10Gb/s以下的场合，SDH仍然是最有效的组网技术一、SDH的特点SDH概念的核心是从统一的国家电信网和国际互通的高度来组建数字通信网，组建的网络是一个高度统一的、标准化的、智能化的网络采用全球统一的接口以实现设备多厂家环境的兼容，在全程全网范围实现高效的协调一致的管理和操作，实现灵活的组网与业务调度，实现网络自愈功能，提高网络资源利用率，由于维护功能的加强大大降低了设备的运行维护费用1．SDH的优点和PDH相比，SDH有如下优势：(1)接口方面电接口方面，SDH体制对网络节点接口（NNI）作了统一的规范线路接口（这里指光口）采用世界性统一标准规范，SDH信号的线路编码仅对信号进行扰码，不再进行冗余码的插入，所以SDH的线路信号速率与SDH电口标准信号速率相一致1．SDH的优点和PDH相比，SDH有如下优势：(2)复用方式由于低速SDH信号是以字节间插方式复用进高速SDH信号的帧结构中，这样就使低速SDH信号在高速SDH信号帧中的位置是固定的、有规律性的，也就是说是可预见的采用同步复用方式和灵活的映射结构，将PDH低速支路信号复用进SDH信号的帧中（STM-N），这样使低速支路信号在STM-N帧中的位置也是可预见的1．SDH的优点和PDH相比，SDH有如下优势：(3)运行维护方面SDH信号的帧结构中安排了丰富的、用于运行维护（OAM）功能的开销字节（大约占整个帧的5%），使网络的监控功能大大加强，因此SDH不再需要线路冗余编码（只有扰码），也使系统的维护费用大大降低SDH系统的综合成本要比PDH系统的综合成本低，据估算约为PDH系统的65.8%1．SDH的优点和PDH相比，SDH有如下优势：(4)兼容性SDH有很强的兼容性。在网络边界处，SDH以容器的方式将各种体制的低速信号装载进STM-1信号的帧结构中，这样可以传输PDH数字信号系列和其它的各种体制的数字信号系列（如ATM）从而体现了SDH的前向兼容性和后向兼容性2．SDH的不足SDH的优点中，最核心的是同步复用、标准的光接口和强大的网络管理功能但是，凡事有利就有弊，SDH的这些优点是以牺牲其它方面为代价的(1)频带利用率低如PDH的四次群（140Mb/s）可以容纳64×2Mb/s信息量而同样信息量，在SDH是155Mb/s（STM-1）2．SDH的不足但是，凡事有利就有弊，SDH的这些优点是以牺牲其它方面为代价的(2)指针调整机理复杂指针的作用就是时刻指示低速信号的位置，以便在拆包时能正确地拆分出所需的低速信号，实现从高速信号中直接分／插出低速支路信号指针的使用是SDH的一大特色，但指针功能的实现增加了系统的复杂性，并使系统产生SDH的一种特有抖动－由指针调整引起的结合抖动2．SDH的不足但是，凡事有利就有弊，SDH的这些优点是以牺牲其它方面为代价的(3)软件的大量使用对系统安全性的影响软件在系统中占有相当大的比重，这就使系统很容易受到计算机病毒的侵害另外，在网络层上人为的错误操作，软件故障对系统的影响也是致命的所以系统的安全性就成了很重要的一个方面二、SDH帧结构SDH帧结构是实现SDH网络的基础对它的基本要求是：能够满足对低速支路（2/34/140Mb/s）的同步复用、交叉连接（DXC）和交换；支路信号在一帧内均匀地、有规律地分布，便于分出／插入；对PDH的1.544Mb/s系列和2.048Mb/s系列都具有统一的方便性和实用性1．帧结构ITU-T的G.707协议规范规定的STM-N帧是以字节（8bit）为单位的矩形块状帧结构信息净负荷区域段开销区域管理单元指针区域1．帧结构帧结构中字节的传输是从左到右，从上而下顺序传输，每秒8000帧对于STM-1而言，帧长（容量）为9×270×1=2430Byte；每帧比特数是9×270×8=19440bit；STM-1传送码率为19440×8000=155.520Mb/s1．帧结构信息净负荷（Payload）区域信息净负荷区域是帧结构中存放各种信息负荷的地方当然，其中还有少量的用于通道性能监视、管理和控制的通道开销（POH）通常，POH作为净负荷的一部分与其一起在网络中传送它负责对低速支路信号（例如2.048Mb/s信号）进行通道性能监视管理和控制1．帧结构段开销（SOH，SectionOverHead）区域段开销（SOH）是STM帧结构中为了保证信息净负荷正常、灵活传送所必须的附加字节是供网络运行、管理和维护（OAM）使用的字节，详细的安排在后面讨论注意，SOH和POH监控、管理的对象不同1．帧结构管理单元指针（AU-PTR，AdministrationUnitPointer）区域管理单元指针（AU-PTR）是一种指示符，用来指示信息净负荷的第一个字节在STM-N帧中的准确位置，以便在接收端能根据这个位置指示符的值（指针值）正确分离信息净负荷采用指针方式是SDH的重要创新，可以使之在准同步环境中完成复用同步和STM-N信号的帧定位这一方法消除了常规准同步系统中滑动缓存器引起的延时和性能损伤2．STM-1段开销首先明确段的含义段被定义为在两个中继器之间或在一个中继器与一个线路终端设备（LTE，LineTerminatingEquipment）之间的链路2．STM-1段开销段开销包括再生段开销（RSOH）和复用段开销（RSOH），分别对相应的段层进行监控RSOH是对应一个大的范围STM-NMSOH是对应这个大的范围中的一个小的范围STM-1例如，若光纤上传输的是2.5Gb/s信号，那么RSOH监控的是STM-16整体的传输性能而MSOH则是监控STM-16信号中每一个STM-1的性能情况2．STM-1段开销对于STM-1而言，相当于每帧72字节（576bits）可用于段开销由于8000帧／秒，所以STM-1每秒有4.068Mbits可用于网络运行、管理和维护和PDH相比，丰富的段开销是SDH帧结构的一个重要特点2．STM-1段开销STM-1段开销的字节安排1111011000101000与传输介质有关的特征字节国内使用保留字节不扰码的国内使用字节三、SDH的复用结构SDH的复用包括两种情况一种是低阶的SDH信号复用成高阶SDH信号另一种是低速支路信号，例如2Mb/s、34Mb/s、140Mb/s，复用成SDH信号STM-N将低阶的SDH信号（如STM-1）复用成高阶SDH信号（如STM-16）通过字节间插复用方式来完成在复用过程中保持帧频不变（8000帧／秒）复用过程中，各帧的信息净负荷和指针字节按原值进行间插复用，而段开销则会有些取舍

三、SDH的复用结构第二种情况用得最多的就是将PDH信号复用进STM-N信号中去传统的将低速信号复用成高速信号的方法有两种：一是脉冲插入法又称正码速调整法另一种是固定位置映射法这两种复用方式都有一些缺陷比特塞入法无法从高速信号中上／下低速支路信号固定位置映射法引入的信号时延过大1．SDH复用结构SDH网的兼容性要求SDH的复用方式既能满足异步复用，例如将PDH信号复用进STM-N，又能满足同步复用，例如STM-1到STM-4而且能方便地由高速STM-N信号分／插出低速信号，同时不造成较大的信号时延和滑动损伤这就要求SDH需采用自己独特的一套复用步骤和复用结构1．SDH复用结构ITU-T规定了一整套完整的复用结构，也就是复用路线通过这些路线可将PDH的3个系列的数字信号，以多种方法复用成STM-N信号1．SDH复用结构G.707复用结构容器虚容器支路单元支路单元组管理单元容器（C）是一种用来装载各种速率的业务信号的信息结构。各种低速率等级的数字信号分别进入其相应的接口容器C，主要完成其适配功能。已装载的标准容器又作为虚容器的信息净负荷。VC-n=C-n+VC-nPOH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。TU-n=VC-n+TU-nPTR一个或多个TU的集合称为支路单元组（TUG）AU-n=VC-n+AU-nPTR一个或多个AU的集合称为管理单元组AUG2．复用单元SDH基本复用单元包括：容器（C-n）虚容器（VC-n）支路单元（TU-n）、支路单元组（TUG-n）管理单元（AU-n）、管理单元组（AUG-n）n为PDH系列等级序号2．复用单元(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针对PDH速率系列，ITU-TG.707建议规定了C-11、C-12、C-2、C-3、C-4五种标准容器，分别对应1.544Mb/s、2.048Mb/s、6.312Mb/s、34.368Mb/s（44.736Mb/s）、139.264Mb/s各种低速率等级的数字信号分别进入其相应的接口容器C，主要完成其适配功能已装载的标准容器又作为虚容器的信息净负荷2．复用单元(2)虚容器（VC）虚容器（VC）是用来支持SDH的通道层连接的信息结构它是SDH通道的信息终端，其信息由容器的输出和通道开销（POH）组成，即VC是SDH中最重要的信息结构，它仅在PDH/SDH网络边界处才进行分接，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2．复用单元(3)支路单元（TU）和支路单元组（TUG）支路单元（TU）是提供低阶通道层和高阶通道层之间适配的信息结构由一个相应低阶VC-n和一个相应的支路指针TU-nPTR组成，即一个或多个TU的集合称为支路单元组（TUG）2．复用单元(4)管理单元（AU）和管理单元组（AUG）管理单元是提供高阶通道层与复用层之间适配的信息结构有AU-3和AU-4两种管理单元由一个相应的高阶VC-n和相应的管理单元指针AU-nPTR组成，即一个或多个AU的集合称为管理单元组AUG2．复用单元从一个有效信息净负荷到STM-N的复用线路不是唯一的，也就是说有多种复用方法例如2Mb/s的信号有两条复用路线复用成STM-N信号同时请注意，8Mb/s的PDH信号无法复用成STM-N信号3．我国的复用结构尽管一种信号复用成SDH的STM-N信号的路线有多种，但是对于一个国家或地区而言，其复用路线应该是唯一的我国光同步传输体制规定以2.048Mb/s为基础的PDH系列作为SDH的有效载荷，并选用AU-4复用线路3．我国的复用结构这主要是考虑我国PDH网络中应用较多的是2.048Mb/s和139.264Mb/s支路接口，如需要也可提供34.368Mb/s的支路接口但是，由于应用34.368Mb/s时，一个STM-1中只能容纳3个34.368Mb/s，不够经济，因此，一般不建议采用34.368Mb/s的复用线路四、复用映射过程具有一定频差的各种支路的业务信号最终进入SDH的STM-N帧都要经过三个过程：映射定位复用1．映射各种速率的G.703信号首先进入相应的不同接口容器C中，在那里完成码速调整等适配功能由标准容器出来的数字流加上通道开销（POH）后就构成了所谓的虚容器VC，这个在SDH网络边界处（例如SDH/PDH边界处）将支路信号适配进虚容器的过程称为映射VC在SDH网中传输时可以作为一个独立的实体在通道中任意位置取出或插入，以便进行同步复接和交叉连接处理2．定位由VC出来的数字帧进入管理单元（AU）或支路单元（TU），并在AU或TU中进行速率调整在调整过程中，设置指针（AU-PTR和TU-PTR）指向低阶VC的起点在TU中的具体位置或高阶VC的起点在AU中的具体位置，这个过程叫做定位

3．复用复用也就是通过字节间插方式把TU组织进高阶VC或把AU组织进STM-N的过程由于经由TU和AU指针处理后的各VC支路已经相位同步，此复用过程为同步复用，复用原理与数据的并串变化类似4．140Mb/s复用进STM-N信号过程映射定位复用5．利用AU-4复用线路直接从C-12复用的方法当前运用得最多的复用方式是将2Mb/s信号复用进STM-N信号中，它也是PDH信号复用进SDH信号最复杂的一种复用方式五、SDH设备SDH不仅适合于点对点传输，而且适合于多点之间的网络传输实际上，SDH是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通过不同的设备完成SDH网的传送功能：上／下业务、交叉连接业务、网络故障自愈等五、SDH设备SDH设备包括SDH终端设备或称SDH终端复用器（TM，TerminalMultiplexer）分插复用设备（ADM，Add/DropMultiplexer）数字交叉连接设备（DXC，DigitalCorssConnectEquipment）再生中继器（REG，RegenerativeRepeater）等网络单元网络单元，也称为网元（NE）五、SDH设备SDH网络就是由这些基本网络单元（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、分插和交叉连接的传送网络1．TM终端复用器TM用在网络的终端站点上，例如一条链的两个端点上主要功能是复接／分接和提供业务适配，即是将支路端口的低速信号（如E1）复用到线路端口的高速信号STM-N中，或从STM-N的信号中分出低速支路信号2．ADM分插复用设备ADM是一种特殊的复用器，是SDH网络中最具特色，也是应用最广泛的设备ADM用于SDH传输网络的转接站点处，例如链的中间结点或环上结点ADM是一个三端口的器件2．ADM分插复用设备ADM利用分接（Drop）功能将输入信号所承载的信息分成两部分：一部分直接转发另一部分卸下给本地用户，同时通过复接（Add）功能将转发部分和本地上送的部分合成输出ADM常用于线性网和环形网3．DXC数字交叉连接设备DXC是一种具有一个或多个准同步数字体系（G.702）或同步数字体系（G.707）信号的端口，可以在任何端口信号速率（及其子速率）间进行可控连接和再连接的设备它是一个多端口器件，实际上相当于一个交叉矩阵，通过适当配置，完成各个信号间的交叉连接4．REG再生中继器REG是双端口器件，只有两个线路端口W和EREG的作用是将W/E侧的光信号经O/E、抽样、判决、再生、整形、E/O在E或W侧发出REG只需处理STM-N帧中的RSOH，且不需要交叉连接功能（W－E直通即可）7.3数字光纤传输系统的设计将光纤、光器件、光源与光发送机、光检测器与光接收机等单元组合，就可以形成一条完整的光纤传输链路7.3数字光纤传输系统的设计光纤传输系统的设计，既要满足通信系统的性能要求，又要尽可能的减少系统的建设成本，还要考虑将来的发展需要因此要使设计尽可能合理，设计中要遵照ITU-T的各项相关建议和我国相关标准着重讨论最大中继距离的光传输设计方法一、总体设计考虑一个光纤传输系统的基本要求包括：预期的传输距离信道带宽或码速率系统性能（误码率，信噪比）等设计中，必须从实际出发，结合用户业务容量需求、地理位置、Qos要求等，确定网络拓扑、系统容量（速率）、光纤／光缆选型等网络拓扑一般可以根据网络／系统在通信网中的位置、功能和作用，根据承载业务的生存性要求等选择合适的网络拓扑目前看，骨干网络适合采用网格拓扑，有很高的网络生存性城域网对生存性也有较高要求，一般采用环形网对于接入网，生存要求不高，可以采用低廉的星形网或无源树形网结构系统容量系统容量一般按照系统运行后的若干年所需容量来确定，并且要考虑未来扩容需要目前，骨干网单波长速率通常为10Gb/s，城域网单波长速率通常为2.5Gb/s以上可以根据容量需求采用数个波长或几十个波长的波分复用光纤（缆）选型光纤／光缆应当适当选型，根据实际工程需要、成本因素，选择合适的光纤（缆）线路G.652光纤／光缆是1310nm波长性能最佳单模光纤，在新敷设的情况下，G.652光纤／光缆主要应用于城域网和接入网，不须采用密集波分复用的骨干网也常采用G.653光纤／光缆是1550nm波长性能最佳单模光纤／光缆，主要应用于开通长距离10Gb/s（或以上）单波长系统，目前新建或改建的大容量光纤传输系统均为波分复用系统，故G.653基本不采用光纤（缆）选型光纤／光缆应当适当选型，根据实际工程需要、成本因素，选择合适的光纤（缆）线路G.654光纤／光缆一般用于长距离海底光缆系统，陆地系统一般不采用G.655光纤／光缆是非零色散位移单模光纤，适合应用于密集波分复用的大容量骨干网中设备选择发送、接收、中继、分插复用（ADM）和交叉连接设备（DCX）是组成光纤传输链路的必要单元选择性能好、可靠性高、兼容性好的设备是系统设计成功的重要保障ITU-T已经规范了各种速率等级的PDH和SDH设备的S-R点（发送机S点和接收机R点）通道特性，设计者应当熟悉所设计的系统的各项指标，并以ITU-T的建议和我国的国家标准作为系统设计的依据光传输设计任何复杂的通信系统或者网络，其基本单元都是点到点的传输链路发送机S点到接收机R点的光传输距离确定是光纤传输系统设计的基础传输距离由光纤的损耗和色散因素决定，系统速率、工作波长等各种因素对传输距离也有影响光传输设计在实际工程应用中，一个光纤链路如果损耗是限制光传输距离的主要因素，则这个系统是损耗受限的系统，即传输距离根据S和R点之间的光通道损耗决定如果光信号的色散展宽最终成为限制系统传输距离的主要因素，则这个系统就是色散受限的系统，即传输距离根据S和R点之间的光通道色散决定S-R点之间的传输距离也就是分层光传送网的再生段或复用段（无再生中继时）的传输距离二、再生段设计一个光再生段距离也就是无再生中继距离一个再生段模型包括光发送机、光通道和光接收机发送机和光通道之间定义S参考点，光通道和光接收机之间定义R参考点，S和R参考点之间为光通道二、再生段设计光传输设计中通常有三种方法：最坏值设计法统计设计法联合设计法二、再生段设计最坏值设计法使用最坏值设计时，所有考虑在内的参数都以最坏的情况考虑，设计出来的指标肯定能满足系统要求，系统的可靠性较高，但由于在实际应用中所有参数同时取最坏值的概率非常小，所以这种方法的富余度较大，总成本偏高二、再生段设计统计设计方法是按各参数的统计分布特性取值，存在很小的系统先期失效概率，但能够充分利用系统资源，降低工程建设成本联合设计法综合这两种方法为联合设计法，部分参数值按最坏值处理，部分参数取统计值，可以降低复杂性，有较好的资源利用率，成本适中，但标准规范性差二、再生段设计三种设计方法的比较项目最坏值设计法统计设计法联合设计法光接口横向兼容性满足不保证不保证标准规范性最好较好最差可靠性100%最差100%复杂性最简单最复杂居中资源利用最差最好较好经济性最差最好较差二、再生段设计目前应用最广泛的是最坏值设计法，它是SDH线路系统传输设计的基本方法，可以为网络规划设计者和设备制造厂商分别提供简单的设计指导和明确的元部件指标，而且不存在先期失效问题在用最坏值法设计光缆数字线路系统时，设备富余度和未分配的富余度都不再单独进行规范，而是分散给发送机和接收机1．损耗受限系统对于损耗受限系统，系统设计首先要根据S和R点的所有光功率损耗和光缆富余度来确定总的光通道衰减值，再由此确定标准光接口中适用的光接口及相应的一整套光参数活动接头固定熔接2km活动接头2．色散受限系统色散导致脉冲展宽，产生信号畸变，出现码间干扰，从而限制最大传输距离此外模式分配噪声、激光器的频率啁啾也将引起功率退化（功率代价），限制传输距离所以，在工作波长下的光纤色散系数和光源的光谱特性是考虑的主要因素2．色散受限系统在研究色散受限系统的最大传输距离时，ITU-T定义了光通路功率代价概念ITU-T的G.957建议定义的光通路功率代价主要包括：发送眼图的功率代价、消光比的功率代价、模式分配噪声的功率代价、激光器频率啁啾的功率代价、码间干扰的功率代价、偏振模色散的功率代价、光放大器的噪声引入的功率代价和反射的功率代价等8种其中影响较大的是码间干扰、频率啁啾和模式分配噪声的功率代价2．色散受限系统ITU-T的G.957建议规定一个通路的由上述因素引起的功率代价允许值为1dB对于色散值较高的系统，如10Gb/s以上系统，可以放宽到2dB2．色散受限系统对于色散受限系统，设计时首先应当确定所设计的再生段的总色散（ps/nm），再据此选择合适的光接口及相应的一整套光参数色散受限系统最大无再生传输距离的最坏值可以用下式估算S和R点之间允许的最大色散值工作波长范围内的最大光纤色散系数值ps/(nm·km)

2．色散受限系统一般地，对于一个传输链路，对于不同的速率，可以分别计算损耗限制下的中继距离和色散限制下的中继距离然后取其中较短的为该速率下允许的最大中继传输距离通常情况下，速率较低时是受损耗限制，而速率较高时为色散限制系统2．色散受限系统在光纤系统中，使用不同类型的光源，则由光纤色散对系统的影响各不相同对多纵模激光器和发光二极管，频率啁啾对最大传输距离的影响很小，主要考虑模式分配噪声和码间干扰引起的功率代价，它们和相对展宽因子有关相对展宽因子ε表示为码元脉冲经过信道传输后脉冲的相对展宽值，表达式为2．色散受限系统σ是码元脉冲的均方根展宽值，T是码元宽度，为106/B，B为比特速率，单位为Mb/s而所以应用ITU-T规定的系统的光通路功率代价小于1dB的条件可以确定当光源是多纵模激光器时，ε的最大限制值为0.115当光源是发光二极管时，ε取0.306光源的均方根谱宽2．色散受限系统对于单纵模激光器系统，由于其模式分配噪声很小，所以光通路功率代价仅需考虑频率啁啾和码间干扰两项由于ε的确定较为复杂，在实际工程可以采用近似、简单的方法假设光脉冲为高斯波形，允许的脉冲展宽不超过发送脉冲宽度的10%，得到一个十分简单的色散限制最大传输距离近似公式7.4数字光纤系统的性能指标这里指的性能指标是网络性能指标，也称参考性能指标，简称性能指标，是进行传输系统和传输网络规划设计的依据指标目前，ITU-T已经对光纤通信系统的各个速率、各个光接口和电接口的各种性能给出具体的建议，系统的性能参数也有很多，但对数字传输来说，主要的性能指标是误码特性和抖动特性一、系统参考模型光纤通信系统作为通信网中的传输部分，其传输性能的好坏直接影响全程全网的通信质量，所以要考虑光纤通信系统的传输性能，就需要将其放在整个通信网络中考虑为此，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一、系统参考模型ITU-T提出的数字系统参考模型有三种形式：假设参考连接（HRX）假设参考数字链路（HRDL）假设参考数字段（HRDS）1．假设参考连接一个通信连接是通信网中从用户至用户，包括参与交换和传输的各个部分（如用户线，终端设备，交换机，传输系统等）的传输全程它是根据用户需要建立的各种机线设备的临时组合这些实际的连接有长有短，结构上有简单有复杂，传输的业务可能也不相同，难以进行传输质量的核算1．假设参考连接通常找出通信距离最长、结构最复杂、传输质量预计最差的连接作为传输质量的核算对象显然，只要这种典型连接的传输质量能满足要求，那么通信距离较短，结构较简单的其它连接形式肯定能保证传输质量，因而引入假设参考连接的概念1．假设参考连接假设参考连接（HRX）是对总的性能进行研究的一个模型，以便于形成各种标准和指标ITU-T建议的标准最长HRX包含14个假设参考链路和13个数字交换点，全长27500km，它是一个全数字的64kb/s的连接1．假设参考连接实际上，经常实现的连接都比标准最长HRX短，因而引入标准中等长度HRX模型每个国内部分包括3段电路，国际部分仅1段电路，这种连接的性能主要受国内部分的电路性能所支配1．假设参考连接当用户靠近国际交换中心（ISC）时，引入的HRX模型如图2．假设参考数字链路为了便于数字信号传输劣化的研究（如误码率、抖动等），将HRX中的两个相邻交换节点的数字配线架间所有的传输系统、复用与分接设备等各种传输单元表示为假设数字参考链路（HRDL）。HRDL是HRX的组成部分，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5000km3．假设参考数字段为了具体提供数字传输系统的性能指标，将HRDL中相邻的数字配线架间的传输系统用假设参考数字段（HRDS）表示，HRDS是HRDL的一个组成部分在光纤传输系统中，HRDS的两端是光端机，中间是光缆传输线路和若干光中继器一个光纤通信系统可以由若干HRDS组成我国根据具体情况提出的假设参考数字段，长途一级干线的HRDS为420km，长途二级干线为280km，市话中继为50km一、系统参考模型HRX的总性能指标可以按比例分配到其中的HRLD中，HRLD上的性能指标又可以再分配到HRDS中光纤通信系统的性能指标是在三种参考模型的基础上指定的，它的重要指标有误码特性和抖动特性二、误码特性所谓误码，是指当发送端发送的是“1”码或“0”码时，在接收端的相应位置收到（判决）的却是“0”码或“1”码在数字信号的传输过程中，如果发生的误码过多，就会造成通信质量的下降二、误码特性对数字光纤传输系统，产生误码主要有内部机理和外部干扰两大主因内部机理产生误码的原因有：各种噪声光纤的色散定时抖动外部干扰的因素如电源瞬间干扰、设备故障和电磁干扰1．误码性能的度量传统的误码性能的度量（G.821）是度量64kb/s的通道在27500km全程端到端连接的数字参考电路的误码性能一般常用平均误比特率（BER，BitErrorRate）来衡量系统的误码性能，即在一段相当长的时间内出现的误码的个数和总的传输码元数的比值1．误码性能的度量可以看出，平均误码率是一个长期效应，只给出了平均统计结果，无法反映出误码的突发性而对于突发性群误码可能导致误码率远高于可以接收的水平，由于其它时间内误码率非常小，所以长期的平均误码率仍然保持在合格范围，因此还应该有一些短期度量误码的参数由于平均误码率与误码发生机制有关，简单实用，所以在系统设计中仍然广泛采用，然而，平均误码率没有归于ITU-T建议的误码性能参数之中1．误码性能的度量现在对速率等于或高于基群的数字通道的误码性能指标遵循ITU-TG.826和G.828建议其定义的误码参数都以“块”为基础而“块”是指通道、段中传送的连续比特的集合，每个比特属于且仅属于一个“块”以块为基础进行度量便于进行在线误码性能监测1．误码性能的度量依据块定义的误码事件和误码性能参数有：误码块（EB）：当块内的任意比特发生差错时，则该数据块为差错块（EB，ErroredBlock），称为误码块或误块误块秒（ES）：在一秒内有一个或多个误码块，或至少一个缺陷，则该秒为误块秒（ES，ErroredSecond）。对于SDH通道，缺陷一般指踪迹失配、指针丢失、收到告警指示信号等1．误码性能的度量依据块定义的误码事件和误码性能参数有：严重误块秒（SES）：在一秒内不少于30%的误块或至少出现一种缺陷时，就以为该秒为严重误块秒（SES，SeverelyErroredSecond）。显然，严重误块秒是误块秒的子集背景误码块（BBE）：在扣除不可用时间，发生在SES以外的误码块称为背景误码块（BBE，BackgroundBlockError）1．误码性能的度量依据块定义的误码事件和误码性能参数有：误块秒比（ESR）：在规定的测量时间间隔内出现的ES数与总的可用时间之比，称为误块秒比（ESR，ErroredSecondRatio）严重误块秒比（SESR）：在规定的测量时间间隔内出现的SES数与总的可用时间之比，称为误块秒比（SESR，SeverelyErroredSecondRatio）。严重误块秒一般是由于脉冲干扰产生的突发误块，所以SESR往往反映出设备抗干扰的能力1．误码性能的度量依据块定义的误码事件和误码性能参数有：背景误块比（BBER）：BBE数与扣除不可用时间和SES期间所有块数后的总块数之比，称为背景误块比（BBER，BackgroundBlockErrorRatio）上述所指的可用时间的含义是：连续10s内每秒均为非SES，从这10s的第一秒起就认为进入可用时间不可用时间的含义是：连续10s内每秒均为SES，从这10s的第一秒起就认为进入不可用时间2．误码性能指标ITU-TG.826建议中，对假设参考通道（HRP，HypotheticalReferencePath）27500km全程端到端通道误码性能的规定如表速率（Mb/s）1.5~5>5~15>15~55>55~160>160~3500比特块800~50002000~80004000~200006000~2000015000~30000ESR0.040.050.0750.16未规范SESR0.0020.0020.0020.0020.002BBER2×10-42×10-42×10-42×10-410-4只要有任一误码性能参数不满足就认为该通道没有满足误码性能要求2．误码性能指标由于误码事件是随机发生的，与设备本身和环境条件都有密切关系，因而为了准确估计通道性能特性需要较长的测量时间，目前建议测量时间是一个月3．误码减少的策略适当的策略可以减少误码改善收信机的信噪比是降低系统内部误码的主要途径，另外适当选择发送机的消光比，改善接收机的均衡特性，减少定位抖动都有助于改善内部误码性能减少外部干扰误码的基本对策是加强所有设备的抗电磁干扰和静电放电能力，例如加强接地此外在系统设计规划时留有充足的冗余度也是一种简单可行的对策三、抖动特性抖动（Jitter）又指定时抖动，是指数字脉冲的有效瞬间位置相对于标准位置（如最佳判决时刻）的短时间偏差所谓的短时间偏差是指变化频率高于10Hz的相位变化长时间的偏差定义为漂移（Wander），即指变化频率低于10Hz的相位变化1．抖动对网络的损伤抖动会对传输质量甚至整个系统的性能造成劣化，如信号产生失真、系统误码率上升、丢失比