光纤通信第五章2用剖析

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1、1 第五章 光纤通信系统 5.15.1数字光纤通信系统数字光纤通信系统 5.25.2 SDHSDH系统系统 5.35.3数字光纤传输系统的总体设计数字光纤传输系统的总体设计 5.45.4数字光纤传输系统的性能指标数字光纤传输系统的性能指标 5.55.5光纤放大器及其在光纤通信系统中的应用光纤放大器及其在光纤通信系统中的应用 2 5.3 数字光纤传输系统的总体 设计 5.3.1 总体考虑 1网络拓扑、线路路由选择 2网络/系统容量的确定 3光纤/光缆选型 lG.652光纤 lG.653光纤 lG.654光纤 lG.655光纤 4透择合适的设备，核实设备的性能指标 5光传输设计 3 光纤通信系统的

2、总体设计必须从实际需求 出发,根据业务容量在当前和未来几年内 的需求、用户地理位置、用户对业务的 QoS要求等,遵照ITU-T的各项相关建议和 我国相关 标准,确定系统的容量、拓扑和路由等。 4 1.网络拓扑、线路路由选择 一般可以根据网络在通信网中的位置、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。一般位于骨干网中的、网络生存性要求 较高的网络适合采用网格拓扑。 位于城域网的、网络生存性要求较高的网络适 合采用环形拓扑:位于接入网的、网络生存性要求 不高而要求成本尽可能低廉的网络适合采用星形 拓扑、无源树形拓扑。 节点之间的光缆线路路由选择要服从通信网络 发展的整体规划,要

3、兼顾当前和未来的需求,而且 要便于施工和维护。 5 2.系统容量的确定 SDH设备己经成熟并在通信网中大量使用,由于 SDH设备良好的兼容性和组网的灵活性,新建设的 骨干网和城域网一般都应选择能够承载多业务的 下一代SDH设备。 系统容量一般按系统运行后的几年里所需容量来 确定,而且网络/系统应方便扩容以满足未来容量 需求。 目前城域网中系统的单波长速率通常为2.5Gbit/s 、骨干网单波长速率通常为1OGbit/s,而且根据容 量的需求采用几波到几十波的波分复用。 6 3.光纤/光缆选型 (1)G.652光纤 G.652光纤/光缆为1310nm波长性能最佳单 模光纤或称非色散位移光纤,是目

4、前最常用 的单模光纤。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 用大复用路数密集波分复用的骨干网也常 采用G.652光纤/光缆:对于速率很高、距离 很长的系统,应采用有小PMD(Polarization Mode Dispersion)的G.652B光纤/光缆。 7 (2)G.653光纤 G.653光纤/光缆为1550nm波长性能最佳的单模光 纤/光缆。G.653光纤将零色散波长由1310nm移到 最低衰减的1550nm波长区,在1550nm波长区,不仅 具有最低衰减特性,而且又是零色散波长。因此, 这种光纤主要应用于在1550nm波长区开通长距 离l0 Gb/

5、s (或以上)速率的系统。但由于工作波长 零色散区的非线性影响,容易产生严重的四波混频 效应,不支持波分复用系统,故G.653光纤仅用于单 信道高速率系统。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光纤基本不 采用。 8 (3)G.654光纤 G.654光纤/光缆为1550nm波长衰减最小单 模光纤,一般多用于长距离海底光缆系统。 陆地传输一般不采用。 9 （4）G.655 是一种改进的色散移位光纤。它同 时克服G.652光纤和G.653光纤的缺点，是最新一 代的单模光纤。这种光纤适合应用于采用密集波 分复用的大容量的骨干网和孤子传输系统中使用 ，实现了超大容量超长距离

6、的通信。根据对PMD 和色散的不同要求,G.655光缆又分为G.655A、 G.655B和G.655C三种。G.655A应用于速率大于 2.5 Gb/s、有光放大器的多波长信道系统时,典型 的信道间隔为200GHz；而G.655B,则典型的信道 间隔为100GHz或更小；G.655C可以支持传输速 率分别为10Gb/s和40Gb/s、传输距离大于400km 的系统工作。 10 4.选择合适的设备,核实设备的性 能指标 发送、接收、中继、分插及交叉连接设备 是组成光纤传输链路的必要元素,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。 目前,ITU-T已对各种速率等级的PDH和

7、 SDH设备(发送机S点和接收机R点)的S-R点 通道特性进行了规范。 11 最小发送光功率PT -2dBm 最差接收灵敏度PR -28dBm 允许最大色散值Dmax 12001600ps/nm 12 5.光传输设计 各种拓扑结构的网络都是建立在点到点基础上的, 所以S-R点之间的光传输距离确定是光纤传输系 统设计的基础。传输距离由光纤衰减和色散等因 素决定,系统速率、工作波长等各种因素对传输距 离也均有影响。在实际的工程应用中,设计方式分 为两种情况, 第一种情况是衰减受限系统,即传输距离根据S和 R点之间的光通道衰减决定。 第二种是色散受限系统。 S-R点之间的传输距离也就是分层光传送网的

8、再 生段或复用段(无须再生时）的传输距离。 13 5.3.2 再生段的设计 光传输设计主要内容是根据应用对传输距离的需 求,确定经济而且可靠工作的光接口,并根据光接 口的具体参数指标进行预算,验证再生段能可靠工 作且经济上尽可能低成本。 光再生段组成 14 在实际组网应用中通常有三种光传输设计方法 : l最坏值设计法 l联合设计法 l统计设计法（包括半统计设计法） 都能应用于光PDH系统和光SDH系统的光再生段 设计 应用范围最广的是最坏值设计法 最坏值设计法能够满足系统光接口的横向兼容性, 具有简单可靠的特点。但最坏值设计采用在系统 所有组成均在最坏情况下保证系统正常工作的设 计思想,因此有

9、些保守,导致资源的浪费和建设成 本的相对提高。 15 再生段距离的设计可以分为两种情况： l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 l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决定 16 1损耗受限系统 S-R之间的光通道的损耗组成 损耗受限系统的最大中继距离可以用下式来估算 17 Pp为通道代价： 色散代价：码间干扰 ；模分配噪声；频率 啁啾。 反射代价：光反馈；多径干涉。 18 系统的功率代价 对于给定性能要求的光纤通信系统, 在进行系 统设计的过程中,将系统组成部件都作为理想 的性能部件进行考虑,没有考虑实际情况下系 统各种不稳定因素对系统性能造成的影

10、响,如 模噪声、色散展宽、偏振模色散、模式分配噪 声、频率凋嗽等。事实上,在这些因素的作用 下,光接收机的灵敏度会显著降低,系统要保持 原有的性能参数就必须将输入光探测器的功率 提高一定的量值。这就是功率代价。功率代价 在光纤通信系统的设计中必须考虑进去,可折 算在接收机的灵敏度或系统富余度之内,也喜 可单独考虑。 19 对于最坏值设计，最大传输距离则 公式中带下标“m”的参数皆为相应参数的 最坏值 如光缆富余度按整个段总量留取，则上式 变为 20 2色散受限系统 对于色散受限系统，系统设计者首先应确 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

11、受限系统最大无再生传输距离的最坏 值可以用下式估算 21 若光设备的参数为非标准值，对多纵模LD: （1）使用多纵模激光器时系统色散 受限的最大传输距离 22 T 高斯波形的码间干扰 为高斯脉冲的RMS谱宽 23 使用多纵模激光器的光缆线路系统的光通 路功率代价仅需计算模式分配噪声的功率 代价和码间干扰的功率代价两项 模式分配噪声的功率代价和码间干扰的功 率代价均和相对展宽因子有关 ， 表示码 元脉冲经过信道传输后脉冲的相对展宽值 。 =/T=BDmL 10-6 24 可以求出系统色散受限 的最大传输距离 25 （2）使用单纵模激光器系统色散受限系统的 最大传输距离 对于使用单纵模激光器的光缆

12、线路系统 ，其 光通路功率代价仅需计算频率啁啾的功率代价 和码间干扰的功率代价两项 。均和相对展宽 因子有一定的关系。 采用单纵模激光器的系 统 ，可以得到一个十分简明的色散限制最大 传输距离 。啁啾系数为 26 实际系统设计分析时,首先算出损耗受限的 距离,再算出色散受限的距离,其中较短的距 离为最大再生段距离。 27 应用举例:某光纤传输系统的应用场合为长距离局间通信( 目标距离40km80km,使用已敷设的G.652光缆,工作波长 为1550nm,系统投入使用后两三年容量需求为2.5Gbit/s。 根据上述需求可选择采用L-16-2光接口,该光接口及相关 各项参数如下: 最小发送光功率P

13、T -2dBm， 最差接收灵敏度PR -28dBm 允许最大色散值Dmax 12001600ps/nm 光纤活动连接损耗Ac 0.2dB 光纤/光缆平均衰耗Af 0.23dB/km 光纤/光缆最大色散系数Dm 17ps/nm.km 熔接接头平均损耗As/Lf 0.04dB/km 光缆线路富余度Mc 0.05dB/km 现进行功率和色散预算确定最大无再生传输距离。 28 5.4 数字光纤传输系统的性能 指标 1、误码性能 2 抖动性能 29 数字传输参考模型，称为假设参考连接 (HRX)。根据综合业务数字网(ISDN)的性 能要求和64 kb/s信号的全数字连接来考虑 的。假设在两个用户之间的通

14、信可能要经 过全部线路和各种串联设备组成的数字网 ，而且任何参数的总性能逐级分配后应符 合用户的要求。 5.4.1参考模型 30 标准数字HRX 假设参考数字链路(HRDL)组成。标准数字HRX 的总性能指标按比例分配给HRDL。 31 建议的HRDL长度为2500 km,采用的HRDL长度也不 同。例如我国采用5000 km， HRDL由许多假设参 考数字段(HRDS)组成 假设参考数字段HRDS 32 在建议中用于长途传输的HRDS长度为280 km, 用于市话中继的HRDS长度为50 km。 我国用于长途传输的HRDS长度为420 km( 一级干线)和280 km(二级干线)两种。假设

15、参考数字段的性能指标从假设参考数字链 路的指标分配中得到，并再度分配给线路 和设备。 33 5.4.2误码概念及其性能参数的定义 1原因 误码是指经光接收机的接收与判决再生之 后，码流中的某些比特发生了差错，使传 输的质量发生了损伤 误码的产生主要有以下因素 各种噪声产生的误码 由于光纤色散导致的码间干扰引起的误 码 34 定时抖动产生的误码 各种外界因素产生的误码 ITU-T所制定的与网络长期误码性能指标 相关的标准有G.826和G.828，与网络短期 误码性能指标相关的标准有M.2101。对于 一次群或高于一次群的固定比特速率传送 网，只要求满足G.826/G.828即可 35 误码性能

16、1）误码性能参数 长期平均误码率（BER） 误码时间百分数：ES，SES，DM 对SDH系统: ESR, SESR, BBER 36 严重误码秒：选择监测时间TL为1个月， 取样时间T0为1 s。定义误码率劣于 110-3 的秒钟数为严重误码秒(SES)。HRX指标要 求严重误码秒占可用秒的百分数小于0.2% 。 误码秒(ES) ：选择监测时间TL为1个月， 取样时间T0为1s， 误码率门限值BERth=0 。定义凡是出现误码(即使只有1 bit)的秒数 称为误码秒(ES)。HRX指标要求误码秒占 可用秒的百分数小于8%。 37 误码性能参数(ESR,SESR,BBER)都涉及可 用时间和不可用时间。可用时间的含义是:连 续10s内每秒均为非SES,从这10秒钟的第一 秒起就认为进入了可用时间。不可用时间的 含义是:连续10s内每秒均为SES,从这10秒钟 的第一秒起就认为进入了不可用时间。 38 最长HRX的电路质量等级划分 39 64Kb/s业务全程全网的误码性能指标 类别定义门限值T。时间 全