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1、第五章 数字光纤通信系统v两种传输体制v系统的性能指标v系统的设计1两种传输体制v光纤传输复用技术：同步时分复用TDMvTDM扩展为不同的群路等级：ITU：将多路编码数字电话按两种标准组成群路。 北美、日：24路信道复用为一个基群，信息速率1.544Mb/s; 中、欧：30路信道复用为一个基群，信息速率2.048Mb/s; 更高级复用： 4个基群通过TDM复用为二次群；信息速率稍大于4倍； 多个二次群复用为三次群 2数字复接原理(1)v对数字信号进行时分复用v数字复接器：将若干个低等级的支路信号按TDM的方式合并为一 个高等级的合路信号；v数字分接器：将一个高等级的合路信号分解为原来 的低等级
2、支路 信号； 码 速 调 整复 接定 时时钟1 2 3 4分 接恢 复1 2 3 4定 时同 步合路支路支路3数字复接原理(2)v码速调整单元：对输入各支路信号的速率和相位进行调整，形成与本机定 时信号完全同步的数字信号，使输入的各支路信号是同步的。 v定时单元：受时钟控制，产生复接需要的各种定时控制信号。 v复接器：将支路信号在定时单元控制下合并为合路信号；v分接器：合路数字信号和相应的时钟同时送给分接器。 分接器的定时单元 受合路时钟控制，因此它的工作节拍与复接器定时单元同步。v同步单元：从合路信号中提出帧同步信号， 用它再去控制分接器定时单元 。v恢复单元：把分解出的数字信号恢复出来。4
3、数字复接原理(3)v在数字复接中，如果复接器输入端的各支路信号与本支路信号与本 机定时信号是同步机定时信号是同步的，则称为同步复接器。 如SDH v如果不是同步的， 则称为异步复接器。v输入各支路数字信号与本机定时信号标称速率相同， 但实际上有一个很小的容差容差， 这种复接器称为准同步 复接器。如PDH5准同步数字系列PDH(1)vPDH：在低速率群路的信号采用同步复用，而多数高 等级信号采用异步复用，即靠塞入额外比特使各路信 号与复用设备同步并复用为高速信号，这样的系统称 准同步数字系统：PDH。vPDH各次群比特率相对于其标准值有一个规定的容差 ，而且是异源的，通常采用正码速调整方法实现准
4、同 步复用。v应用：中、低速点对点传输。v1976年对一次群四次群实现了标准化，并得到广泛应 用。6准同步数字系列PDH(2)世界商用数字光纤通信制式7两种传输体制PDH(3)vPDH的缺点： 各独立系列相互不兼容，没有统一的光接口标准； 没有足够的开销比特，用于网络运行、管理、维护和指配等管理 的信息不足，不能满足电信网络不断扩大、技术不断更新的要求 ； 高低速率信号的不能直接分插/复用,必须逐级进行，使得复接/分接设备结构复杂，上下话路价格昂贵； PDH传输线路主要是点对点连接，缺乏网络拓扑的灵活性，使数字设备的利用效率低，网络调度性差，缺乏自愈功能。8同步数字系列SDH的提出v1985年
5、，USA Bell 实验室提出同步光网络(Synchronous Optical Network，SONET),于1988年美国国家标准 协会(ANSI)通过了两个最早的SONET标准。v1988年，CCITT命名数字同步系列(SDH)，并建立了统一标准。国际电话电报咨询委员会(CCITT)(现在的ITU）接受了SONET的概念 并加以修订和完善，重新命名为同步数字系列(SDHSynchronous Digital Hierarchy )，建立了世界性的统一标准。现ITUT关于SDH已发布几十标准。vSDH体制不仅应用于光纤信道，还可应用于微波卫星干线传输。vSDH/Sonet在世界范围内广泛
6、应用。9SDH的概念vPhysical-layer protocol that frames data for fast and reliable transmission over optical fibervThe fundamental principle of the SDH protocol is time-division multiplexing (TDM), which works in contrast to a system such as Ethernet where data is sent in sporadic bursts. 10SDH传输网(1)v适用网络类型：
7、点对点传输、多点网络传输；vSDH网络的构成： 终端设备，即终端复用器TM； 分插复用设备ADM； 数字交叉连接设备DXC； 物理链路光纤；v下图为典型的SDH拓扑结构图。11图 5.1 SDH传输网的典型拓扑结构TMADMDXCADMTMTMTMADMSTM-nSTM-nDXCADMTMSTM-NSTM-NSTM-NSTM-NSTM-NSTM-NSTM-NSTM-nSTM-n低速信号低速信号低速信号低速信号(n10-3，系统处于故障状态； 取样时间T0和误码率门限阈值BERth； 劣化时间：抽样(以T0)检测BERBERth的时间(分钟数、秒数)v误码性能优劣表示：41系统的主要性能指标误码
8、率(3)v误码率随时间的变化时间TLT010-610-310-1010-842系统的主要性能指标误码率(4)vITU-T G.821建议将误码性能优劣划分三个等级： 劣化分(DM)； 严重误码秒(SES); 误码秒(ES);误码 率等级定义指标长期平均误码 率T0BERth劣化分(DM)1min(BER)10-6) 10-3) 010-6的时间少于10%，等效平均误码率BERav=10-7；l将平均误码率按长度进行分配：BERav=410-12/km；l则420km一级干线误码率分配：BERav=1.6810-9；l 280km二级干线误码率分配：BERav=1.1210-9；l设计值，比实际
9、要求值高一个数量级，按10-10设计；45系统的主要性能指标抖动(1)v抖动：数字信号的有效瞬间对于标准时间的位置偏差。 输入脉冲信号在平均位置的左右变化； 提取时钟信号在中心位置的左右变化； 抖动的单位：UI，表示单位时隙，二进制NRZ信号，1UI=T(一个码元 周期)。v抖动的度量： 抖动幅度(Jp-p)：偏差时间的范围； 抖动频率(F)：偏差时间间隔对时间的变化率；v抖动的表现：稳定脉冲前后沿出现低频干扰(12kHz)；v抖动的影响： 使信号判决偏离最佳判决时间，增加误码率，降低系统性能； 抖动表现：接收端的噪声，劣化信噪比，降低接收灵敏度；46系统的主要性能指标抖动(2)v抖动产生的原
10、因： 时钟提取电路的频率偏移； 信号状态如，信号的码间干扰； 输入码流中长连“0”码； 随机噪声；v抖动的主要性能参数：输入抖动容限、输出抖动等 输入抖动容限：系统容许的输入信号最大抖动范围； ITU-T建议和国际标准，给出了PDH各次群输入/输出抖动容限要求；47系统的主要性能指标抖动(3)PDH各次群入口对抖动的要求3500kHZ800kHZ400kHZ100kHZF410kHZ10kHZ3kHZ18kHZF3500HZ1kHZ400HZ2.4kHZF2200HZ100HZ20HZ20HZF10.0750.150.20.2A21.51.51.51.5A1F0A0223-1139264223
11、-134368215-11.210-5HZ1528448215-11.510-5HZ36.92048伪随机测试 信号序列调制数字信号的正弦 信号频率JP.P/UI参数 速率 (kb/s)48系统的主要性能指标抖动(4)0.075（0.075）0.15（0.15）0.2（0.2）0.2（0.2）A23500kHZ800kHZ400kHZ100kHZF410kHZ10kHZ3kHZ18kHZF2F1A1200HZ1.5（0.75）139264100HZ1.5（0.75）3436820HZ1.5（0.75）844820HZ1.5（0.75）2048测量带通滤波器带宽：低频截止频率为F1或F2， 高频
12、截止频率为F4输出口最大抖动容限值 JP.P/UI参数速率（kb s-1）全程和数字段PDH各次群输出口对抖动的要求49系统的主要性能指标抖动(5)表5.6和表5.7的图解说明 要求：PDH各次群输入接口的输入抖动容限必须在曲线之上50系统的主要性能指标可靠性(1)v可靠性：描述系统的故障可能性 直接影响通信系统的：使用、维护、经济效益； 包括：光端机、中继器、光缆线路、辅助设备和备用系统的可靠性 研究方法：故障统计分析法故障次数、故障修复时间；v可靠性的表示： 可靠性R与故障率： 可靠性R：规定条件和时间内系统无故障工作的概率，反映系统 完成规定功能的能力； 故障率：单位时间内系统发生故障的
13、概率；单位：10-9/h，菲特(fit):1fit表示109h内发生一次故障的概率； R与的关系： n个部件系统总的可靠性Rs：51系统的主要性能指标可靠性(2)v故障率与平均故障间隔时间MTBF：v可用率A和失效率PF： 可用率A：规定时间内，系统处于良好工作状态的概率； 失效率PF： 有备用系统时，失效率PF：52系统的主要性能指标可靠性(3)v可靠性指标(具有主备用系统自动倒换功能的DOFCS) 5000km，双向全程全阻故障：4次/年； 420km、280km：双向全程全阻故障：1次/3年、 1次/5年； 市内数字光缆通信系统：双向全程全阻故障：4次/年； 50km数字段双向全程全阻故
14、障：2次/年； LD寿命：大于10104h； PIN寿命：大于50104h； APD寿命：大于50104h；v国产通信设备的可靠性指标：53系统的主要性能指标可靠性(4)链路长度/km50003000420280双向全程年故障次数42.40.3360.224MTBF/h219036502607039 107/fit456 620373 97038 35825 570MTTR/h2414.42.0161.344PF/%0.2740.1640.0230.015A/%99.72699.83699.97799.985数字光缆通信系统可靠性指标可靠性MTBF/年/fit 光纤(双向)1.35(420km
15、)200(/km) 光端机428 539(一端) 中继器428 539(一端) 四次群设备205707(一端)某些国产设备可靠性指标54第五章 数字光纤通信系统v两种传输体制v系统的性能指标v系统的设计55系统设计v中继距离受损耗的限制v中继距离手色散(带宽)的限制v中继距离和传输速率56系统设计v系统设计的要求： 前提： 用户对传输距离传输容量的要求； 国家规定指标 设备技术水平 考虑因素： 选择最佳路由和局站设置； 选择传输体制和传输速率； 选择光纤光缆； 选择光端机基本参数和性能指标； 目的： 达到最佳性价比。v技术实现的关键：确定中继距离v中继距离的设计方法： 最坏情况法 统计法 半统
16、计法v中继距离的限制因素： 光纤线路的损耗 光纤线路的色散(带宽)57损耗的限制(1)第二传输窗口第二传输窗口第一传输窗口第一传输窗口1300130015501550850850紫外吸收紫外吸收红外吸收红外吸收瑞利散射瑞利散射0.20.22.52.5损损 耗耗 (dB/km)(dB/km)波波 长长 (nm)(nm)OHOH离子吸收峰离子吸收峰第三传输窗口第三传输窗口光纤的损耗谱特性光纤的损耗谱特性58损耗的限制(2)v无中继或有一个中继器的数字光纤通信系统光纤损耗限制中继距离； 系统要求：发射端接收端光纤线路总损耗不超过系统总功率衰减；各参数取值依据产品技术水平，和系统需求。光纤损耗 (dB/km)光纤接头损 耗(dB/km)千米光纤损耗 余量(dB/km)连接器损耗 (dB/
