光传输技术SDH光传输系统的性能分析

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1、第四章 SDH光传输系统及其性能分析 第一节第一节 SDHSDH光传输系统光传输系统第二节第二节 SDHSDH线路性能分析线路性能分析第三节第三节 SDHSDH网络性能指标网络性能指标第四节第四节 SDHSDH光接口、电接口技术标准光接口、电接口技术标准第一节 SDH光传输系统 一、 点到点链状线路系统 在图4-1（a）中给出了一个典型点到点链状线路 系统。从图中可以看出，在点到点系统中，它是 由具有复用和光接口功能的线路终端、中继器和 光缆传输线构成，其中中继器可以采用目前常见 的光电光再生器，也可以使用掺饵光纤放大 器(EDFA)，在光路上完成放大的功能。另外在 此系统中，既可以构成单向系

2、统，也可以构成双 向系统。图4-1 SDH系统二、 环路系统 1.环路系统组成如图4-1（b）所示，在环路系统中，可选用分 插复用器(ADM)，也可以选用交叉连接设备来 作为节点设备，它们的区别在于后者具有交叉 连接功能，它是一种集复用、自动配线、保护 /恢复、监控和网管等功能为一体的传输设备 ，可以在外接操作系统或电信管理网络（ TMN）设备的控制下，对多个电路组成的电 路群进行交叉连接，因此其成本很高 。2.环路系统间的互连 （1） 单节点互连 单节点互连是一种最简单的互连方式 ，它是通过一个节点来实现两个环形子网 间的互连。在图4-2中给出了三种实现单节 点互连的方法。 环间公网DXC互

3、连 环间通过独立DXC互 连 环间通过ADM 支路互 连图4-2 单节点环形网的互连(2) 多节点互连所谓多节点互连方式是指通过一个以上的 节点来完成两个环网之间的互连，如图4-3 所示。图中给出两种最简单的双节点互连 方式。这样两个环间的业务互连就存在一 个以上的路径，因而即使某一互连路径上 的设备出现故障，也可以利用迂回路由完 成互通，从而保证了业务的安全性。但与 单节点互连方式相比一次性投资成本较高 。图4- 3 双节点自愈环间的互连第二节 SDH线路性能分析一、 衰减与色散对中继距离的影响 1.衰减对中继距离的影响 一个中继段上的传输衰减包括两部分 的内容，其一是光纤本身的固有衰减，再

4、 者就是光纤的连接损耗和微弯带来的附加 损耗。光纤的传输损耗是光纤通信系统中一个非常重要 的问题，低损耗是实现远距离光纤通信的前提。 形成光纤损耗的原因很复杂，归结起来主要包括 两大类：吸收损耗和散射损耗。 吸收损耗是光波通过光纤材料时，有一部分光能 变成热能，从而造成光功率的损失。 散射损耗则是由光纤的材料、形状、折射指数分 布等的缺陷或不均匀而引起光纤中的传导光发生 散射，从而引入的损耗。2.色散对中继距离的影响 （1） 光纤的色散特性信号在光纤中是由不同频率成分和不同模 式成分携带的，这些不同的频率成分和模 式成分有不同的传播速度，这样在接收端 接收时，就会出现前后错开，这就是色散 现象

5、，使波形在时间上发生了展宽。 光纤色散包括材料色散、波导色散和模式 色散。前两种色散是由于信号不是由单一 频率而引起的，后一种色散是由于信号不 是单一模式而引起的。 色散的程度用时延差表示：不同速率的信 号，传输同样的距离，所需的时间不同， 即各信号的时延不同，这种时延上的差别 就称为时延差。时延差越大，色散就越严 重，信号传输距离越短。时延差的单位是 ps/(kmnm) 。（2） 色散受限系统光纤自身存在色散，即材料色散、波导色 散和模式色散。对于单模光纤，因为仅存 在一个传输模，故单模光纤只包括材料色 散和波导色散。 比较重要的有三类，即码间干扰、模分配 噪声和啁啾声。在此，重点讨论由这三

6、种 因素造成的对系统中继距离的限制。 码间干扰对中继距离 的影响 由于激光器所发出的光波是由许多根 线谱构成的，而每根线谱所产生的相同波 形在光纤中传输时，其传输速率不同，使 得所经历的色散不同，而前后错开，使合 成的波形不同于单根线谱的波形，导致所 传输的光脉冲的宽度展宽，出现“拖尾”， 因而造成相邻两光脉冲之间的相互干扰， 这种现象就是码间干扰。分析显示，传输距离与码速、光纤的 色散系数以及光源的谱宽成反比，即系统 的传输速率越高，光纤的色散系数越大， 光源谱宽越宽，为了保证一定传输质量， 系统信号所能传输的中继距离也就越短。 模分配噪声对中继距 离的影响 a.激光器的谱线特性 从图4-5

7、中可以看出，各谱线功率的 总和是一定的，但每根谱线的功率是随机 的，即各谱线的能量随机分配。图4-5 高速调制时多纵模的随机起伏b.模分配噪声的产生及影响：因为单模光纤具有 色散，所以激光器的各谱线(各频率分量)经过长 光纤传输之后，产生不同的时延，在接收端造成 了脉冲展宽。又因为各谱线的功率呈随机分布， 因此当它们经过上述光纤传输后，在接收端取样 点得到的取样信号就会有强度起伏，引入了附加 噪声，这种噪声就称为模分配噪声。由此还看出 ，模分配噪声是在发送端的光源和传输介质光纤 中形成的噪声，而不是接收端产生的噪声，故在 接收端是无法消除或减弱的。 啁啾声对中继距离的影响模分配噪声的产生是由于

8、激光器的多纵模性造成的，因而人们提出使用新型的单纵模激光器，以克服模分配噪声的影响，但随之又出现了新的问题。对于处于直接强度调制状态下的单纵模激光器， 其载流子密度的变化是随注入电流的变化而变化 。这样使有源区的折射率指数发生变化，从而导 致激光器谐振腔的光通路长度相应变化，结果致 使振荡波长随时间偏移，这就是所谓的频率啁啾 现象。因为这种时间偏移是随机的，因而当受上 述影响的光脉冲经过光纤后，在光纤色散的作用 下，可以使光脉冲波形发生展宽，因此接收取样 点所接收的信号中就会存在随机成分，这就是一 种噪声啁啾声。3.最大中继距离的计算 中继距离是光纤通信系统设计的一项 主要任务，在中继距离的设

9、计中应考虑衰 减和色散这两个限制因素。 （1） 衰减受限系统 （2） 色散受限系统 多纵模激光器（MLM）和发光二 极管（LED） 单纵模激光器（SLM）第三节 SDH网络性能指标一、 SDH网络性能指标 1.假设参考数字连接（HRX） 一个数字通道是指与交换机或终端设备相 连接的两个数字配线架DDF或等效设备间的全部 传输手段，通常涵盖了一个或几个数字段，它包 括所有的复接和分接设备，这样数字信号在通过 数字通道过程中，其取值和顺序均不会发生变化 ，因而呈现透明性。ITU-T规定在全球范围内任意两个用户间 的最长假设数字通道的长度为27500km，其中包括国内部分，最长假设参考数字通 道的长

10、度为6900km，这部分又可分为长途网、中继网和用户网（接入网）三部分， 如图4-6所示。可见ITU-T建议的一个标准 的最长HRX包含14个假设参考数字链路和 13个交换节点。图4-6 假设参考数字连接组成图2.假设参考数字链路（通道）把HRX中的两个相邻交换点的数字配线架间所有的传输系统、复接、分接设备等各种传输单元（不包括交换），用假设参考数字链路（HRDL）表示。3.假设参考数字段为了具体提供数字传输系统的性能指标 ，把HRDL中相邻的数字配线架的传输系统（不包括备用设备）用假设参考数字段表示。根据我国的特点，长途一级 干线HRDS为420km，长途二级干线的HRDS为280km。二、

11、 SDH网络的误码性能 在PDH传输网中的误码特性是用平均误码 率（BER）、严重误码秒、误码秒来描述 的。 1.误码评定参数 看出是以误块秒比(ESR)、严重误块秒比 (SESR)及背景误块比(BBER)为参数来表示 的。首先我们介绍误块的概念。（1） 误块（EB） 由于SDH帧结构是采用块状结构，因而当 同一块内的任意比特发生差错时，则认为 该块出现差错，通常称该块为差错块或误 块。 （2） 误码性能参数 误块秒比（ESR） 严重误块秒比（SESR ） 背景误块比（BBER）三个指标中，SESR指标最严格，BBER最松，因而只要通道满足ESR及指标的要求，必然BBER指标也得到满足。2.误

12、码性能规范（1） 全程误码指标值得说明的一点是系统的ESR、SESR、 BBER三个参数都满足要求时，才能认为该通道符合全程误码性能指标，如果有任 何一项指标不满足，则认为该通道不符合 全程误码性能指标的要求。（2） 指标分配 国际部分 国内部分三、 SDH网络抖动性能抖动是数字光纤通信系统的重要指标之一 ，它对通信系统的质量有非常大的影响。 为了满足数字网的抖动要求，因而ITU-T 根据抖动的累积规律对抖动范围作出了两 类规范，其一是数字段的抖动指标，它包 括数字复用设备、光端机和光纤线路；其 二是数字复接设备，它们的测试指标有： 输入抖动容限、无输入抖动时的输出抖动 以及抖动转移特性等。1

13、. SDH网络接口与数字段的最大允许输出抖动2. SDH设备抖动四、 SDH网络延时特性1.延时的概念2.产生延时的各环节第四节 SDH光接口、电接口技术标准一、 SDH光接口、电接口的界 定 1.光接口、电接口的界定 一个完整的光纤通信系统的具体组成 如图4-13所示。我们把光端机与光纤的连 接点称为光接口，而把光端机与数字设备 的连接点称为电接口。图4-13 光纤数字通信系统方框图2.光接口的分类 在SDH网络中所应用的光接口很多。通常 人们按其应用场合的不同，将其分为以下 几类： I：局内通信。一般传输距离只有几百米， 最多不超过2km。 S：短距离局间通信。一般指局间再生段 距离为15

14、km左右的场合。L：长距离局间通信。一般指局间再生段距离为4080km的场合。V：甚长距离局间通信。一般指局间再生段距离为80120km的场合。U：超长距离局间通信。一般指局间再生段距离为160km左右的场合。第二部分数字的含义如下：1：STM-1；4：STM-4；16：STM-16；64：STM-64。SDH光接口代号的第三部分二、 SDH光接口技术指标 1.发射机 （1） 光谱特性 （2） 平均发送功率平均发送功率是指在光端机发送伪随机序 列时在参考点S所测得的平均光功率，其 大小与光源类型、标称波长、传输容量和 光纤类型有关。（3） 消光比光源的消光比是指输入光端机的信号为全 “0”码时

15、与全“1”码时，光端机的平均发送 光功率之比。 （4） 码型 SDH光接口的线路码型为加扰的NRZ（非 归零码），其扰码采用x7+x6+1为生成多项 式的7级扰码器。 （5） 眼图模板2.接收机（1） 接收灵敏度接收灵敏度是指在R点处满足给定误码率（BER=110-10）条件下，光端机能够接收到的最小平均光功率。接收灵敏度的功 率值的电平单位是dBm。（2） 接收机过载功率光接收机的过载功率是指在误码率 BER110-10时，在R点所需要的最小平均接收光功率。（3） 接收机反射系数光接收机的反射系数是指在R点的反射光功率与入射光功率之比。（4） 光通道功率代价根据ITU-T G.957建议，光通道功率代价应包括码间干扰、模分配噪声以及啁啾声所引起的总色散代价以及光反射功率代价。通常不得超过1dB，而对L-16.2系统，则不得超过2dB。