光纖通信第五章2用

第五章光纖通信系統(tǒng)

5.1數(shù)字光纖通信系統(tǒng)

5.2

SDH系統(tǒng)

5.3數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)的總體設計

5.4數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)的性能指標

5.5光纖放大器及其在光纖通信系統(tǒng)中的應用

5.3數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)的總體設計5.3.1總體考慮

1．網(wǎng)絡拓撲、線路路由選擇2．網(wǎng)絡/系統(tǒng)容量的確定3．光纖/光纜選型G.652光纖G.653光纖G.654光纖G.655光纖4．透擇合適的設備，核實設備的性能指標5．光傳輸設計光纖通信系統(tǒng)的總體設計必須從實際需求出發(fā),根據(jù)業(yè)務容量在當前和未來幾年內(nèi)的需求、用戶地理位置、用戶對業(yè)務的QoS要求等,遵照ITU-T的各項相關建議和我國相關標準,確定系統(tǒng)的容量、拓撲和路由等。1.網(wǎng)絡拓撲、線路路由選擇一般可以根據(jù)網(wǎng)絡在通信網(wǎng)中的位置、功能和作用,根據(jù)承載業(yè)務的生存性要求等選擇合適的網(wǎng)絡拓撲。一般位于骨干網(wǎng)中的、網(wǎng)絡生存性要求較高的網(wǎng)絡適合采用網(wǎng)格拓撲。位于城域網(wǎng)的、網(wǎng)絡生存性要求較高的網(wǎng)絡適合采用環(huán)形拓撲:位于接入網(wǎng)的、網(wǎng)絡生存性要求不高而要求成本盡可能低廉的網(wǎng)絡適合采用星形拓撲、無源樹形拓撲。節(jié)點之間的光纜線路路由選擇要服從通信網(wǎng)絡發(fā)展的整體規(guī)劃,要兼顧當前和未來的需求,而且要便于施工和維護。2.系統(tǒng)容量的確定SDH設備己經(jīng)成熟并在通信網(wǎng)中大量使用,由于SDH設備良好的兼容性和組網(wǎng)的靈活性,新建設的骨干網(wǎng)和城域網(wǎng)一般都應選擇能夠承載多業(yè)務的下一代SDH設備。系統(tǒng)容量一般按系統(tǒng)運行后的幾年里所需容量來確定,而且網(wǎng)絡/系統(tǒng)應方便擴容以滿足未來容量需求。目前城域網(wǎng)中系統(tǒng)的單波長速率通常為2.5Gbit/s、骨干網(wǎng)單波長速率通常為1OGbit/s,而且根據(jù)容量的需求采用幾波到幾十波的波分復用。3.光纖/光纜選型(1)G.652光纖G.652光纖/光纜為1310nm波長性能最佳單模光纖或稱非色散位移光纖,是目前最常用的單模光纖。在新敷設的情況下,G.652光纖/光纜主要應用于城域網(wǎng)和接入網(wǎng),不須采用大復用路數(shù)密集波分復用的骨干網(wǎng)也常采用G.652光纖/光纜:對于速率很高、距離很長的系統(tǒng),應采用有小PMD(PolarizationModeDispersion)的G.652B光纖/光纜。(2)G.653光纖G.653光纖/光纜為1550nm波長性能最佳的單模光纖/光纜。G.653光纖將零色散波長由1310nm移到最低衰減的1550nm波長區(qū),在1550nm波長區(qū),不僅具有最低衰減特性,而且又是零色散波長。因此,這種光纖主要應用于在1550nm波長區(qū)開通長距離l0Gb/s(或以上)速率的系統(tǒng)。但由于工作波長零色散區(qū)的非線性影響,容易產(chǎn)生嚴重的四波混頻效應,不支持波分復用系統(tǒng),故G.653光纖僅用于單信道高速率系統(tǒng)。目前新建或改建的大容量光纖傳輸系統(tǒng)均為波分復用系統(tǒng),故G.653光纖基本不采用。(3)G.654光纖G.654光纖/光纜為1550nm波長衰減最小單模光纖,一般多用于長距離海底光纜系統(tǒng)。陸地傳輸一般不采用。（4）G.655是一種改進的色散移位光纖。它同時克服G.652光纖和G.653光纖的缺點，是最新一代的單模光纖。這種光纖適合應用于采用密集波分復用的大容量的骨干網(wǎng)和孤子傳輸系統(tǒng)中使用，實現(xiàn)了超大容量超長距離的通信。根據(jù)對PMD和色散的不同要求,G.655光纜又分為G.655A、G.655B和G.655C三種。G.655A應用于速率大于2.5Gb/s、有光放大器的多波長信道系統(tǒng)時,典型的信道間隔為200GHz；而G.655B,則典型的信道間隔為100GHz或更??；G.655C可以支持傳輸速率分別為10Gb/s和40Gb/s、傳輸距離大于400km的系統(tǒng)工作。4.選擇合適的設備,核實設備的性能指標發(fā)送、接收、中繼、分插及交叉連接設備是組成光纖傳輸鏈路的必要元素,選擇性能好、可靠性高、兼容性好的設備是系統(tǒng)設計成功的重要保障。目前,ITU-T已對各種速率等級的PDH和SDH設備(發(fā)送機S點和接收機R點)的S-R點通道特性進行了規(guī)范。最小發(fā)送光功率PT-2dBm最差接收靈敏度PR-28dBm允許最大色散值Dmax1200~1600ps/nm5.光傳輸設計各種拓撲結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡都是建立在點到點基礎上的,所以S-R點之間的光傳輸距離確定是光纖傳輸系統(tǒng)設計的基礎。傳輸距離由光纖衰減和色散等因素決定,系統(tǒng)速率、工作波長等各種因素對傳輸距離也均有影響。在實際的工程應用中,設計方式分為兩種情況,第一種情況是衰減受限系統(tǒng),即傳輸距離根據(jù)S和R點之間的光通道衰減決定。第二種是色散受限系統(tǒng)。S-R點之間的傳輸距離也就是分層光傳送網(wǎng)的再生段或復用段(無須再生時）的傳輸距離。5.3.2再生段的設計

光傳輸設計主要內(nèi)容是根據(jù)應用對傳輸距離的需求,確定經(jīng)濟而且可靠工作的光接口,并根據(jù)光接口的具體參數(shù)指標進行預算,驗證再生段能可靠工作且經(jīng)濟上盡可能低成本。光再生段組成在實際組網(wǎng)應用中通常有三種光傳輸設計方法:最壞值設計法聯(lián)合設計法統(tǒng)計設計法（包括半統(tǒng)計設計法）都能應用于光PDH系統(tǒng)和光SDH系統(tǒng)的光再生段設計應用范圍最廣的是最壞值設計法最壞值設計法能夠滿足系統(tǒng)光接口的橫向兼容性,具有簡單可靠的特點。但最壞值設計采用在系統(tǒng)所有組成均在最壞情況下保證系統(tǒng)正常工作的設計思想,因此有些保守,導致資源的浪費和建設成本的相對提高。再生段距離的設計可以分為兩種情況：損耗受限系統(tǒng)，即再生段距離由S和R點之間的光通道損耗決定色散受限系統(tǒng)，即再生段距離由S和R點之間的光通道總色散所決定1．損耗受限系統(tǒng)S-R之間的光通道的損耗組成損耗受限系統(tǒng)的最大中繼距離可以用下式來估算Pp為通道代價：色散代價：碼間干擾

；模分配噪聲；頻率啁啾。反射代價：光反饋；多徑干涉。系統(tǒng)的功率代價對于給定性能要求的光纖通信系統(tǒng),在進行系統(tǒng)設計的過程中,將系統(tǒng)組成部件都作為理想的性能部件進行考慮,沒有考慮實際情況下系統(tǒng)各種不穩(wěn)定因素對系統(tǒng)性能造成的影響,如模噪聲、色散展寬、偏振模色散、模式分配噪聲、頻率凋嗽等。事實上,在這些因素的作用下,光接收機的靈敏度會顯著降低,系統(tǒng)要保持原有的性能參數(shù)就必須將輸入光探測器的功率提高一定的量值。這就是功率代價。功率代價在光纖通信系統(tǒng)的設計中必須考慮進去,可折算在接收機的靈敏度或系統(tǒng)富余度之內(nèi),也喜可單獨考慮。對于最壞值設計，最大傳輸距離則公式中帶下標“m”的參數(shù)皆為相應參數(shù)的最壞值如光纜富余度按整個段總量留取，則上式變?yōu)?．色散受限系統(tǒng)對于色散受限系統(tǒng)，系統(tǒng)設計者首先應確定所設計的再生段的總色散（ps/nm），再據(jù)此選擇合適的光接口及相應的一整套光參數(shù)色散受限系統(tǒng)最大無再生傳輸距離的最壞值可以用下式估算若光設備的參數(shù)為非標準值，對多縱模LD:（1）使用多縱模激光器時系統(tǒng)色散受限的最大傳輸距離T高斯波形的碼間干擾σσ為高斯脈沖的RMS譜寬使用多縱模激光器的光纜線路系統(tǒng)的光通路功率代價僅需計算模式分配噪聲的功率代價和碼間干擾的功率代價兩項模式分配噪聲的功率代價和碼間干擾的功率代價均和相對展寬因子有關，ε

表示碼元脈沖經(jīng)過信道傳輸后脈沖的相對展寬值。

ε=σ/T=B?Dm?L?σ10-6可以求出系統(tǒng)色散受限的最大傳輸距離（2）使用單縱模激光器系統(tǒng)色散受限系統(tǒng)的最大傳輸距離對于使用單縱模激光器的光纜線路系統(tǒng)，其光通路功率代價僅需計算頻率啁啾的功率代價和碼間干擾的功率代價兩項。均和相對展寬因子有一定的關系。采用單縱模激光器的系統(tǒng)，可以得到一個十分簡明的色散限制最大傳輸距離。啁啾系數(shù)為α實際系統(tǒng)設計分析時,首先算出損耗受限的距離,再算出色散受限的距離,其中較短的距離為最大再生段距離。應用舉例:某光纖傳輸系統(tǒng)的應用場合為長距離局間通信(目標距離40km~80km,使用已敷設的G.652光纜,工作波長λ為1550nm,系統(tǒng)投入使用后兩三年容量需求為2.5Gbit/s。根據(jù)上述需求可選擇采用L-16-2光接口,該光接口及相關各項參數(shù)如下:最小發(fā)送光功率PT-2dBm，最差接收靈敏度PR-28dBm允許最大色散值Dmax1200~1600ps/nm光纖活動連接損耗Ac0.2dB光纖/光纜平均衰耗Af0.23dB/km光纖/光纜最大色散系數(shù)Dm17ps/nm.km熔接接頭平均損耗As/Lf0.04dB/km光纜線路富余度Mc0.05dB/km現(xiàn)進行功率和色散預算確定最大無再生傳輸距離。5.4數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)的性能指標1、誤碼性能2抖動性能數(shù)字傳輸參考模型，稱為假設參考連接(HRX)。根據(jù)綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)(ISDN)的性能要求和64kb/s信號的全數(shù)字連接來考慮的。假設在兩個用戶之間的通信可能要經(jīng)過全部線路和各種串聯(lián)設備組成的數(shù)字網(wǎng)，而且任何參數(shù)的總性能逐級分配后應符合用戶的要求。5.4.1參考模型標準數(shù)字HRX假設參考數(shù)字鏈路(HRDL)組成。標準數(shù)字HRX的總性能指標按比例分配給HRDL。建議的HRDL長度為2500km,采用的HRDL長度也不同。例如我國采用5000km，HRDL由許多假設參考數(shù)字段(HRDS)組成假設參考數(shù)字段HRDS在建議中用于長途傳輸?shù)腍RDS長度為280km,用于市話中繼的HRDS長度為50km。我國用于長途傳輸?shù)腍RDS長度為420km(一級干線)和280km(二級干線)兩種。假設參考數(shù)字段的性能指標從假設參考數(shù)字鏈路的指標分配中得到，并再度分配給線路和設備。5.4.2誤碼概念及其性能參數(shù)的定義1原因誤碼是指經(jīng)光接收機的接收與判決再生之后，碼流中的某些比特發(fā)生了差錯，使傳輸?shù)馁|(zhì)量發(fā)生了損傷誤碼的產(chǎn)生主要有以下因素①各種噪聲產(chǎn)生的誤碼②由于光纖色散導致的碼間干擾引起的誤碼③定時抖動產(chǎn)生的誤碼④各種外界因素產(chǎn)生的誤碼ITU-T所制定的與網(wǎng)絡長期誤碼性能指標相關的標準有G.826和G.828，與網(wǎng)絡短期誤碼性能指標相關的標準有M.2101。對于一次群或高于一次群的固定比特速率傳送網(wǎng)，只要求滿足G.826/G.828即可誤碼性能1）誤碼性能參數(shù)長期平均誤碼率（BER）誤碼時間百分數(shù)：ES，SES，DM

對SDH系統(tǒng):ESR,SESR,BBER嚴重誤碼秒：選擇監(jiān)測時間TL為1個月，取樣時間T0為1s。定義誤碼率劣于1×10-3的秒鐘數(shù)為嚴重誤碼秒(SES)。HRX指標要求嚴重誤碼秒占可用秒的百分數(shù)小于0.2%。誤碼秒(ES)：選擇監(jiān)測時間TL為1個月，取樣時間T0為1s，誤碼率門限值BERth=0。定義凡是出現(xiàn)誤碼(即使只有1bit)的秒數(shù)稱為誤碼秒(ES)。HRX指標要求誤碼秒占可用秒的百分數(shù)小于8%。誤碼性能參數(shù)(ESR,SESR,BBER)都涉及可用時間和不可用時間?？捎脮r間的含義是:連續(xù)10s內(nèi)每秒均為非SES,從這10秒鐘的第一秒起就認為進入了可用時間。不可用時間的含義是:連續(xù)10s內(nèi)每秒均為SES,從這10秒鐘的第一秒起就認為進入了不可用時間。最長HRX的電路質(zhì)量等級劃分

64Kb/s業(yè)務全程全網(wǎng)的誤碼性能指標類別定義門限值T。時間全程全網(wǎng)指標劣化分（DM）誤碼率劣于門限的分1×10-61分鐘時間百分數(shù)10%嚴重誤碼秒（SES）誤碼率劣于門限的秒110-31秒鐘時間百分數(shù)0.2%誤碼秒(ES)出現(xiàn)誤碼的秒01秒鐘時間百分數(shù)8%對SDH系統(tǒng)傳統(tǒng)上常用平均誤比特率BER來衡量系統(tǒng)的誤碼性能,即在某一規(guī)定的觀測時間內(nèi)發(fā)生差錯的比特數(shù)和傳輸比特總數(shù)之比,如1×10-10。但平均誤碼率是一個長期效應,它只給出一個平均統(tǒng)計結(jié)果。有些誤碼呈突發(fā)性質(zhì),因此除了平均誤碼率之外還應該有一些短期度量誤碼的參數(shù)。現(xiàn)在對速率等于或高于基群的數(shù)字通道的誤碼性能的度量都以"塊"為基礎。所謂“塊”是通道、段中傳送的一些關聯(lián)、連續(xù)比特的集合。每個比特屬于且僅屬于一個塊。以"塊"為基礎進行度量便于進行在線誤碼性能監(jiān)測。ITU-TG.826和G.828規(guī)范了誤塊秒比(ESR)、嚴重誤塊秒比(SESR)、背景誤塊比（BBER）和嚴重誤塊期強度(SEPI)四個性能參數(shù)的目標要求·差錯塊·當塊內(nèi)的任意比特發(fā)生錯誤時,就稱該塊是差錯塊(ErroredBlock,EB）,也可稱為誤塊誤塊秒比（ESR）:當某一秒內(nèi)具有一個或多個誤塊時，就稱該塊為誤塊秒（ES），對一個確定的測試時間而言，在可用時間以內(nèi)出現(xiàn)的ES（誤塊秒數(shù)）與總秒數(shù)之比稱為誤塊秒比。嚴重誤塊秒比（SESR）：當某一秒內(nèi)含有不少于30%的誤塊或者至少出現(xiàn)一種缺陷時，就以該秒為嚴重誤塊秒。對于一個確定的測試時間而言，在可用時間以內(nèi)出現(xiàn)的SESR數(shù)與總秒數(shù)之比稱為嚴重誤塊秒比。背景誤塊比(BBER)：剔除不可用時間和SES期間出現(xiàn)的誤塊，所剩下的誤塊稱為背景誤塊（BBE）。對于一個確定的測試時間而言，在可用時間以內(nèi)出現(xiàn)的BBE數(shù)與剔除不可用時間和SES期間所有塊數(shù)后的總塊數(shù)之比稱為背景誤塊比。

3誤碼性能指標的換算

a)在n比特序列中發(fā)生m個誤碼的概率為：b)n比特序列中出現(xiàn)不多于k比特誤碼的概率為：

c)ES和BER的關系d)SES和BER的關系3）誤碼指標的分配全程全網(wǎng)BER<10-7長度模型：假設參考連接（27500km);假設參考數(shù)字鏈路（5000km）；

假設參考數(shù)字段（280km，420km）；中繼段電路級別：高級電路（25000km,分配40%的指標）中級和本地級（每端1250km，每端各15%）分配原則：高級電路按照長度分配BER指標：數(shù)字段：10-9中繼段：10-105.4.3抖動性能1抖動的概念概念：數(shù)字信號（包括時鐘信號）的各有效瞬間對于標準時間的位置偏差，稱為抖動（或漂動）。10Hz以下的相位變化稱為漂動,而10Hz以上的則稱為抖動。原因：隨機噪聲產(chǎn)生低頻振蕩的相位調(diào)制，加載到傳輸?shù)臄?shù)字信號上，產(chǎn)生抖動。抖動的單位：UI,表示單位時隙，當傳輸信號為NRZ碼時，1UI就是１比特信息所占用的時間，它在數(shù)值上等于傳輸速率的倒數(shù)。影響：使判決偏離最佳的判決時間2抖動性能參數(shù)

輸入抖動/漂移容限PDH、SDH設備必須容許輸入信號含有一定的抖動/漂移，保證系統(tǒng)正常工作所容許的輸入信號的最大抖動/漂移范圍稱為輸入抖動/漂移容限最大允許輸出抖動/漂移能夠使網(wǎng)元任意互連而不影響網(wǎng)絡傳輸質(zhì)量而允許的網(wǎng)絡接口的最大輸出抖動/漂移抖動/漂移轉(zhuǎn)移特性輸出信號的抖動/漂移與輸入信號的抖動/漂移的比值隨頻率變化的特性a)輸入抖動容限各次群輸入口對抖動的要求參數(shù)Jp-p(UI）

調(diào)制數(shù)字信號的正弦信號頻率

偽隨機測試信號序列速率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

STM-N光接口輸入抖動和漂移容限（表2/G825）STM峰－蜂幅度（UI）頻率（Hz）等級A0A1A2A3A4(18us)(2us)(0.25us)F0F12F14F10F0F8F1F2F3F4STM-1電STM-1光STM-4STM-162800311391.50.0752800311391.50.151120012441561.50.154479049776221.50.1512u178u1.6m115.6m0.12519.35003.25k6.5k1.3M12u178u1.6m115.6m0.12519.35006.5k6.5k1.3M12u178u1.6m115.6m0.1259.65100025k250k5M12u178u1.6m115.6m0.1