第四章SDH光傳輸系統(tǒng)及其性能1

1、第四章 SDH光傳輸系統(tǒng)及其性能分析本章的主要內(nèi)容：1、 光線路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，主要介紹點到點鏈狀和環(huán)路光線路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。2、 衰減與色散對中繼距離的影響3、 SDH網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)4、 SDH光接口、電接口的界定及其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 一、SDH傳輸系統(tǒng)1、 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) （1） 點到點鏈狀系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 組成： （2）環(huán)路系統(tǒng)分插復(fù)用器ADM上、下話路功能或數(shù)字交叉連接器DXC上下話路、交叉連接、復(fù)用、保護、監(jiān)控功能接入設(shè)備：DLC（數(shù)字環(huán)路載波系統(tǒng)） B-ISDN寬帶綜合業(yè)務(wù)接入單元 FDDI（光纖分布數(shù)字接口）說明：·環(huán)路系統(tǒng)具有自愈功能。即無論是系統(tǒng)中的設(shè)備還是光線路出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)都能夠在無人干涉的情況

2、下，自動進行環(huán)路倒換，從而保證兩節(jié)點間的通信。而當(dāng)故障排除之后，系統(tǒng)又得以恢復(fù)為正常狀態(tài)。·接入環(huán)路的節(jié)點數(shù)必須加以限制。·環(huán)的大小也必須進行限制 2、環(huán)路系統(tǒng)間的互聯(lián) a、互聯(lián)的必要性：由于一個實際的SDH網(wǎng)絡(luò)可以由若干個環(huán)路網(wǎng)絡(luò)相互連接構(gòu)成，故而稱其中的每個環(huán)形網(wǎng)絡(luò)為一個子網(wǎng)。正是這樣相互連接的子網(wǎng)構(gòu)成了一個完整的SDH網(wǎng)絡(luò)。 b、實現(xiàn)互聯(lián)的方法 I、單節(jié)點互聯(lián) 概念：單節(jié)點互聯(lián)是通過一個節(jié)點來實現(xiàn)兩個環(huán)形子網(wǎng)間的互聯(lián)。單節(jié)點互聯(lián)是一種最簡單的互聯(lián)方式。 互聯(lián)方法： ·環(huán)間公網(wǎng)DXC互聯(lián) 特點：這種方法的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，使用設(shè)備數(shù)量少，但目前DXC性能還不足以

3、支持此方式。因而還未達到實用的程度。 ·環(huán)間通過獨立DXC互聯(lián) 結(jié)構(gòu)：在兩個完整的環(huán)形網(wǎng)之間另外設(shè)置了一個專門的DXC，這樣通過DXC的環(huán)間互聯(lián)?？蓪崿F(xiàn)兩環(huán)中由ADM上下的話路之間的連接。特點：此種方式中所使用的設(shè)備較多，但層次清晰，因而便于進行控制和管理。 ·環(huán)間通過ADM 支路互聯(lián) 結(jié)構(gòu)：環(huán)間通過ADM 支路互聯(lián)是指通過兩個環(huán)上ADM的支路來實現(xiàn)的互聯(lián)方式。特點：這樣使得其結(jié)構(gòu)簡單，使用設(shè)備數(shù)量較少，自然互聯(lián)成本較低。也是一種可供選擇的方案。 說明：單接點互聯(lián)方式的結(jié)構(gòu)簡單，工作層次清晰，一次性投資成本較低。但可靠性能相對差。解決方案：采用多點互聯(lián)方式。 II、多節(jié)點互

4、聯(lián)結(jié)構(gòu)：多節(jié)點互聯(lián)方式是指通過一個以上的節(jié)點來完成兩個環(huán)網(wǎng)之間的互聯(lián)。 特點：可靠性能高，但與單節(jié)點互聯(lián)方式相比一次性投資成本較高。 二、衰減與色散對中繼距離的影響SDH線路 影響系統(tǒng)性能的因素： 最大中繼距離中繼距離：再生段的距離中繼距離是指由的距離1 衰減對中繼距離的影響光纖損耗的概念：光功率隨傳輸距離的增加而按指數(shù)規(guī)律下降。 傳輸衰減內(nèi)容：有兩個 光纖損耗的原因：兩大類：吸收損耗和散射損耗。 吸收損耗是光波通過光纖材料時，有一部分光能變成熱能，從而造成光功率的損失?？梢娝a(chǎn)生損失的大小與光纖材料有關(guān)。 散射損耗是由光纖的材料、形狀、折射指數(shù)分布等的缺陷或不均勻而引起光纖中的傳導(dǎo)光發(fā)生散射

5、，從而引入的損耗。其大小也與光波波長有關(guān)。 衰減的衡量：用衰減系數(shù)表示，即單位長度光纖所引起的光功率的減小量來表示。 ·如：純硅石等在1.55m左右，損耗可降低到0.2dB/km；2、 色散對中繼距離的影響（1）色散的概念：信號在光纖中是由不同頻率成份和不同模式成份攜帶的，這些不同的頻率成份和模式成份有不同的傳播速度，這樣在接收端接收時，就會出現(xiàn)前后錯開，使波形在時間上發(fā)生了展寬。這就是色散現(xiàn)象。 （2）色散的分類 光纖色散包括材料色散、波導(dǎo)色散和模式色散。前兩種色散是由于信號不是由單一頻率而引起的，后一種色散是由于信號不是單一模式而引起的。 ·模式的概念 實際上模式是一種

6、場分布。 場分布：是指該物理量隨時間、空間的變化關(guān)系。即隨（x，y，z，t）的關(guān)系。 光纖中描述的場量， 光纖中所描述的場分布 一種模式有其固有的場分布（）·換句話說，一種模式有一個數(shù)學(xué)函數(shù)式，·不同的模式其場分布，（）函數(shù)式不同。 模式色散：是指光纖不同模式在同一頻率下的群速率不同而引起的色散。它們的傳輸速度各不相同，因而到達終端的時間不同，呈現(xiàn)脈沖展寬的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象就是模式色散?？梢?模式色散、材料色散和波導(dǎo)色散產(chǎn)生的原因不同，但都會使脈沖信號出現(xiàn)展寬的現(xiàn)象。 （3）色散的影響程度：與光纖的分類有關(guān) 光纖分類（4）度量單位色散系數(shù)D（ps/nm·km） 色散

7、系數(shù)：單位譜寬（1nm）的光波沿單位長度（1km）的光纖傳輸時，所產(chǎn)生的脈沖展寬量。時延差：不同速率的信號在時延上的差別就稱為時延差。時延差越大，色散就越嚴(yán)重。信號傳輸距離越短。單位長度光纖上，相差單位譜寬的光波之間的時延差，可用ps/(km·nm)表示色散系數(shù)D（5）色散受限系統(tǒng)當(dāng)光源與光纖色散相互作用的結(jié)果，限制了中繼距離。影響的因素：與激光器的結(jié)構(gòu)和使用的材料有關(guān)碼間干擾：碼間干擾產(chǎn)生的原因：由于激光器所發(fā)出的光波是由許多根線譜構(gòu)成的，而每根線譜所產(chǎn)生的相同波形在光纖中傳輸時，其傳輸速率不同，使得所經(jīng)歷的色散不同，而前后錯開，使合成的波形不同于單根線譜的波形，導(dǎo)致所傳輸?shù)墓饷}沖

8、的寬度展寬，出現(xiàn)“拖尾”，因而造成相鄰兩光脈沖之間的相互干擾，這種現(xiàn)象就是碼間干擾。影響的因素：脈沖展寬的影響越顯著（中繼距離） 模分配噪聲：產(chǎn)生的因素 光源多縱模激光器光源的光譜特性：在高速強度調(diào)制情況下,激光器的輸出光功率隨注入電流的變化而變化,這樣便將調(diào)制信號加載在注入電流上。 t1 t2光譜特性（呈現(xiàn)）： 模分配噪聲的產(chǎn)生： 由于單模光纖具有色散，所以激光器的各譜線(各頻率分量)經(jīng)過長光纖傳輸之后，產(chǎn)生不同的時延，在接收端造成了脈沖展寬又因為各譜線的功率呈隨機分布，因此當(dāng)它們經(jīng)過上述光纖傳輸后，在光纖色散的作用下，出現(xiàn)脈沖展寬現(xiàn)象，而且使接收端取樣點所得到的取樣信號呈現(xiàn)強度起伏，引入了

9、附加噪聲，這種噪聲就稱為模分配噪聲模分配噪聲對系統(tǒng)的影響：·模分配噪聲是在發(fā)送端的光源和傳輸介質(zhì)光纖中形成的噪聲，而不是接收端產(chǎn)生的噪聲，故在接收端是無法消除或減弱的·當(dāng)隨機變化的模分配噪聲疊加在傳輸信號上時，會使之發(fā)生畸變，嚴(yán)重時，使判決出現(xiàn)困難，造成誤碼，從而限制了傳輸距離 啁啾聲：產(chǎn)生的因素光源單縱模激光器光源的光譜特性： 啁啾聲的產(chǎn)生：在高速調(diào)制狀態(tài)下，其載流子密度的變化，將隨注入電流的變化而變化。這樣使有源區(qū)的折射率指數(shù)發(fā)生變化，從而導(dǎo)致激光器諧振腔的光通路長度相應(yīng)變化，結(jié)果致使振蕩波長隨時間偏移，這就是所謂的頻率啁啾現(xiàn)象。因為這種時間偏移是隨機的，因而當(dāng)受上述影

10、響的光脈沖經(jīng)過光纖后，在光纖色散的作用下，可以使光脈沖波形發(fā)生展寬，因此接收取樣點所接收的信號中就會存在隨機成份，這就是一種噪聲啁啾聲。啁啾聲的影響：嚴(yán)重時會造成判決困難，給單模數(shù)字光通信系統(tǒng)帶來損傷，從而限制傳輸距離。 改善方法：采用量子阱結(jié)構(gòu)的DFB半導(dǎo)體激光器采用外調(diào)制器影響中繼距離的因素 高速強度調(diào)制的多縱模激光器的光通信系統(tǒng)中存在： 高速強度調(diào)制的單縱模激光器中存在：3、最大中繼距離的計算 （1）衰減受限系統(tǒng)僅考慮衰減的影響 極限值設(shè)計法計算最大中繼距離： （單位km） （4-1） （4-2） （4-3）PT發(fā)送光功率(dBm)，PR接收靈敏度(dBm)，ACT和ART 線路系統(tǒng)發(fā)送

11、端和接收端活動連接器的接續(xù)損耗(dB)，ME設(shè)備富余度(dB)，MC光纜富余度（dBkm），Lf單盤光纜長度(km)（一般設(shè)計中按2km計算），N中繼段內(nèi)所用光纜的盤數(shù)，fi單盤光纜的衰減系數(shù)(dBkm)，Af中繼段的平均光纜衰減系數(shù)(dBkm)，si光纖各個接頭的損耗(dB)，As中繼段平均接頭損耗(dB)，PP光通道功率代價（dB），包括反射功率代價Pr 和色散功率代價Pd，其中色散功率功率代價Pd 是由碼間干擾、模分配噪聲和啁啾聲所引起的色散代價(dB)(功率損耗)。例4-1 中繼距離（分4個單盤長度（2km）構(gòu)成） =0.3dB （2）色散受限系統(tǒng)僅考慮色散的影響·與系統(tǒng)中采

12、用的光源類型有關(guān)·與所采用的調(diào)制方式有關(guān) 多縱摸激光器（MLM）或發(fā)光二極管（LED） （單位km） （4-4） B 線路碼速率（Mbit/s）；D 色散系數(shù)（ps/km·nm）；光源譜線寬度（nm）； 與色散代價有關(guān)的系數(shù)。 其中由系統(tǒng)中所選用的光源類型來決定，若采用多縱模激光器，因而具有碼間干擾和模分配噪聲兩種色散機理，故取=0.115；若采用發(fā)光二極管，由于主要存在碼間干擾，因而應(yīng)取=0.306。 單縱模激光器（SLM） 單縱模激光器的色散代價主要是由啁啾聲決定的，其中繼距離計算公式如下： （4-5）頻率啁啾系數(shù)。當(dāng)采用普通DFB激光器作為系統(tǒng)光源時，取值范圍為46；

13、當(dāng)采用新型的量子阱激光器時，值可降低為24；而對于采用電吸收外調(diào)制器的激光器模塊的系統(tǒng)來說，值還可進一步降低為01。B線路碼速率，但量綱為Tbit/s。最大中繼距離的計算 方法：對于某一傳輸速率的系統(tǒng)而言，在考慮上述兩個因素同時，根據(jù)不同性質(zhì)的光源，可以利用公式（4-1）和（4-4）或（4-5）分別計算出兩個中繼距離L、LD（或LC），然后取其較短的作為該傳輸速率情況下系統(tǒng)的實際可達最大中繼距離。例4-2 若一個622Mbit/s單模光纜通信系統(tǒng)，其系統(tǒng)總體要求如下： 系統(tǒng)中采用InGaAs隱埋異質(zhì)結(jié)構(gòu)多縱摸激光器，其閾值電流小于50mA，標(biāo)稱波長1=1310nm，波長變化范圍為tmin=12

14、95nm，tmax=1325nm。光脈沖譜線寬度max2nm。發(fā)送光功率PT=2dBm。如用高性能的PIN-FET組件，可在BER=1×10-10條件下得到接收靈敏度PR=-30dBm，動態(tài)范圍D20Db。 那么考慮采用直埋方式情況下，光纜工作環(huán)境溫度范圍為時，計算最大中繼距離。解：1.衰減的影響 若考慮光通道功率代價PP =1dB，光連接器衰減AC=1dB（發(fā)送和接收端各一個），光纖接頭損耗AS=0.1dB/km，光纖固有損耗=0.28dB/km，取ME=3.2dB MC=0.1dB/km,則由式（4-1）得 =53.75km 2色散的影響 利用（4-4），并取光纖色散系數(shù)D2ps

15、/(km·nm) = 46km 由上述計算可以看出，中繼段距離只能小于46km，對于大于46km的線段，可采用加接轉(zhuǎn)站的方法解決。 速率與最大中繼距離計算的關(guān)系： ·155Mb/s以下的光通信系統(tǒng)：只計算衰減的影響 ·622Mb/s光通信系統(tǒng)： 光源：多縱模激光器 取0.115L、LD中取最小的作為最大中繼距離。·2.5Gb/s光纖通信系統(tǒng)：（一般1Gb/s以上的光通信系統(tǒng)必須使用單縱模激光器） 光源：單縱模激光器（衰減與色散） L、LC中取最小的作為最大中繼距離。·10Gbit/s及 10Gbit/s以上的SDH光線路 光源；單縱模激光器 影

16、響的因素：光纖色散、啁啾聲、極化模色散、光纖的非線性限制。 三、SDH網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)1、 誤碼性能（1） 誤塊（EB）當(dāng)同一塊內(nèi)的任意比特發(fā)生差錯時，則認(rèn)為該塊出現(xiàn)差錯，通常稱該塊為差錯塊，或誤塊。 （2）性能參數(shù) ·ESR誤塊秒比 當(dāng)某1秒具有1個或多個誤塊時，則稱該秒為誤塊秒， 誤塊秒比： ·嚴(yán)重誤塊秒比（SESR） 某1秒內(nèi)有不少于30的誤塊，則認(rèn)為該秒為嚴(yán)重誤塊秒， 嚴(yán)重誤塊秒比： ·背景誤塊比（BBER）故障：在連續(xù)10秒鐘誤碼率劣于10-3的事件，則被稱為。不可用時：在連續(xù)10秒鐘誤碼率劣于10-3的時間，被稱為。 背景誤塊：從總統(tǒng)計時間中扣除不可用時間

17、和嚴(yán)重誤塊秒期間出現(xiàn)的誤塊，被稱為。背景誤塊比： 說明：由于計算BBER時，已扣除了大突發(fā)性誤碼的情況，因此該參數(shù)大體反映了系統(tǒng)的背景誤碼水平由上面的分析可知，三個指標(biāo)中，SESR指標(biāo)最嚴(yán)格，BBER最松，因而只要通道滿足ESR及指標(biāo)的要求，必然BBER指標(biāo)也得到滿足 SESR指標(biāo)可以反映系統(tǒng)的抗干擾能力它通常與環(huán)境條件和系統(tǒng)自身的抗干擾能力有關(guān)，而與速率關(guān)系不大，故此不同速率的SESR指標(biāo)相同。 2、抖動性能（1）抖動與漂移的概念抖動的定義：在數(shù)字信號傳輸過程中，脈沖在時間間隔上不再是等間隔的，而是隨機的，這種變化關(guān)系可以用頻率來描述，當(dāng)頻率>10Hz時的隨機變化便稱為抖動。當(dāng)頻率&l

18、t;10Hz時的隨機變化便稱為漂移。 （2）抖動的度量數(shù)字周期數(shù)字周期：一個碼元的時隙所占的時間間隔。用UI表示。不同的速率系統(tǒng)，其1UI的指標(biāo)不同。（3）抖動與漂移指標(biāo) 抖動與漂移容限： 無輸入抖動時的輸出抖動與漂移容限： 抖動與漂移轉(zhuǎn)移特性：（4）抖動與漂移產(chǎn)生的原因： 故對于一個數(shù)字段內(nèi)所包含的中繼器的數(shù)量必須加以限制。這樣產(chǎn)生抖動的主要因素復(fù)用器 故對系統(tǒng)中所包含的復(fù)用器之間的距離（數(shù)字段長度）進行規(guī)范。 數(shù)字段長度：420km、280km 四、SDH光接口、電接口技術(shù)指標(biāo)1 光接口、電接口的定界光接口光端機與光纖的連接點稱為光接口。光接口共有兩個：即“S” 和“R”。 電接口把光端機

19、與數(shù)字設(shè)備的連接點稱為電接口。 電接口也有兩個，即“A”和“B”。2、SDH光接口技術(shù)主要技術(shù)指標(biāo)（1）光發(fā)射機光源光譜特性 光源平均發(fā)送光功率 定義：平均發(fā)送功率是指在光端機發(fā)送偽隨機序列時在參考點S所測得的平均光功率， 單位：dBm（毫瓦級） 消光比 光源的消光比是指輸入光端機的信號為全“0”碼時與全“1”碼時，光端機的平均發(fā)送光功率之比。（取百分?jǐn)?shù)）。 碼型 SDH光接口的線路碼型為加擾的NRZ（非歸零碼）。 （2）接收機接收靈敏度 接收靈敏度是指在R點處滿足給定誤碼率（BER=1×10-10）條件下，光端機能夠接收到的最小平均光功率。 單位：dBm。 接收機過載功率 光接收機

20、的過載功率是指在誤碼率BER1×10-10時，在R點所需要的最小平均接收光功率。 接收機反射系數(shù) 光接收機的反射系數(shù)是指在R點的反射光功率與入射光功率之比。各速率等級光接口在R點允許的最大反射系數(shù)在表4-13至表4-15給出。 光通道功率代價 根據(jù)ITU-T G.957建議，光通道功率代價應(yīng)包括碼間干擾、模分配噪聲、啁啾聲所引起的總色散代價以及光反射功率代價。 （3）光通道 光通道的技術(shù)參數(shù)包括衰減、最大色散、SR間的最大反射系數(shù)和S點的最小回波損耗。 3、SDH電接口技術(shù)指標(biāo) 內(nèi)容： STM-1電接口： 標(biāo)準(zhǔn)比特率：155.520Mbit/s. 比特率容差：±20

21、5;10-6（±20ppm）碼型：STM-1電接口CMI（與PDH四次群兼容） PDH電接口：比特率及容差: 表4-19 各級電接口的標(biāo)稱比特率容差標(biāo)稱比特率（kbit/s）容 差接口碼型2048±50ppm（±102bit/s）HDB38448±30ppm（±253.4bit/s）34368±20ppm（±687.4bit/s）139264±15ppm（±2089bit/s）CMI 反射損耗、輸入口允許衰減和抗干擾能力指標(biāo)、輸出口波形、無輸入抖動時的輸出抖動 小結(jié) 本章所介紹的主要內(nèi)容如下； 1、SDH光傳輸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)：點到點鏈狀線路系統(tǒng)、環(huán)形系統(tǒng)（包括系統(tǒng)互聯(lián)方式） 2、SDH線路性能分析衰減對中繼距離的影響 一個中繼段上的傳輸衰減內(nèi)容：包括光纖本身的固有衰減和光纖的連接損耗和微彎帶來的附加損耗。 形成光纖損耗的原因：主要包括兩大類，即吸收損耗和散射損耗。3、SDH線路性能分析色散對中繼距離的影響 色散的概念：信號在光纖中是由不同頻率成份和