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1、第四章第四章 光纤通信系统光纤通信系统 4.14.1模拟光纤通信模拟光纤通信模拟光纤通信模拟光纤通信 4.24.2数字光纤通信系统数字光纤通信系统数字光纤通信系统数字光纤通信系统 4.3SDH4.3SDH系统系统系统系统 4.44.4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 4.54.5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 4.64.6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
2、信系统中的应用 4.1 模拟光纤通信模拟光纤通信 同轴电缆同轴电缆CATVCATV网络结构网络结构 用光纤替代原来同轴电缆用光纤替代原来同轴电缆CATV网络干线网络干线传输中的同轴电缆，配线和引入线局部仍传输中的同轴电缆，配线和引入线局部仍然保存原来的同轴电缆网结构，组成光纤然保存原来的同轴电缆网结构，组成光纤同轴电缆混合系统同轴电缆混合系统Hybrid Fiber Cable，HFC HFC系统系统 通通通通常常常常前前前前端端端端设设设设备备备备与与与与光光光光节节节节点点点点设设设设备备备备之之之之间间间间采采采采用用用用副副副副载载载载波波波波复复复复用用用用Sub-Sub-Carri
3、er Carrier MultiplexingMultiplexing，SCMSCM进进进进行行行行多多多多路路路路模模模模拟拟拟拟电电电电视视视视信信信信号号号号的的的的光纤传输光纤传输光纤传输光纤传输 4.2 数字光纤通信系统数字光纤通信系统 数字光纤通信系统组成框图数字光纤通信系统组成框图 光纤传输系统及其网管在系统光纤传输系统及其网管在系统/网络运行、管理、网络运行、管理、维护和指配维护和指配Operations，Administration，Maintenance & Provisioning，OAM&P方面的方面的主要任务主要任务:1根据用户业务需求和系统根据用户业务需求和系统/网
4、络资源状况来网络资源状况来配置系统配置系统/网络、开通业务网络、开通业务 2对系统运行状况传输性能、关键部件状对系统运行状况传输性能、关键部件状态等进行不中断业务的在线实时监测，数字光态等进行不中断业务的在线实时监测，数字光纤传输系统最重要的一项监测项就是误码性能的纤传输系统最重要的一项监测项就是误码性能的监测监测 3故障告警。一旦设备或设备中的部件或光故障告警。一旦设备或设备中的部件或光缆线路出现故障，系统应能检测到并在网管界面缆线路出现故障，系统应能检测到并在网管界面上显示出来或在设备上指示出来，并要能够及时上显示出来或在设备上指示出来，并要能够及时通知维护人员通知维护人员 4为故障定位和
5、其他维护需求而提供环回控制、主要工程的测试等 5为系统/网络OAM信息提供传输通道6为系统的运营者提供业务性能、流量等方面的统计信息 7为维护管理人员提供话音通信的手段公务 具有再生器具有再生器/中继器的数字光纤传输系统中继器的数字光纤传输系统 4.3 SDH系统系统 4.3.1 SDH/Sonet技术的产生 l全世界统一标准全世界统一标准l运行维护管理能力强大运行维护管理能力强大l具有自愈能力具有自愈能力l便于从高速信号中分插低速信号便于从高速信号中分插低速信号 4.3.2 SDH技术的特点 lSDH网网不不仅仅能能与与现现有有的的PDH网网实实现现兼兼容容，即即使使PDH的的和和两两大大体
6、体系系在在SDH信信息息结结构构上上能能获获得得统统一一，形成数字传输体制上的世界标准形成数字传输体制上的世界标准 lSDH网网络络通通过过网网络络保保护护和和网网络络恢恢复复具具有有强强大大的的自自愈愈能能力力，这这不不仅仅使使SDH网网络络的的生生存存性性和和可可靠靠性性大大增强，而且便于组网和降低网络维护的费用大大增强，而且便于组网和降低网络维护的费用 lSDH采用了同步复用方式和灵活的复用采用了同步复用方式和灵活的复用映射结构，使低阶信号和高阶信号的复用映射结构，使低阶信号和高阶信号的复用和解复用一次到位，大大简化了设备的处和解复用一次到位，大大简化了设备的处理过程，省去了大量的有关电
7、路单元、跳理过程，省去了大量的有关电路单元、跳线电缆和电路接口数量，从而简化运营和线电缆和电路接口数量，从而简化运营和维护，改善网络的业务透明性维护，改善网络的业务透明性 lSDH标准标准了全世界统一的网络节点标准标准了全世界统一的网络节点接口，对各网络单元的光接口有严格的标接口，对各网络单元的光接口有严格的标准要求，从而使得任何网络单元在光路上准要求，从而使得任何网络单元在光路上得以互通，实现了横向的兼容性得以互通，实现了横向的兼容性 lSDH帧结构中安排了丰富的开销比特，帧结构中安排了丰富的开销比特，使网络运营管理、维护与指配使网络运营管理、维护与指配OAM&P的能力大大地加强，通过远程控
8、制，可的能力大大地加强，通过远程控制，可实现对各网络单元实现对各网络单元/节点设备的分布式管理，节点设备的分布式管理，同时也便于新功能和新特性的及时开发和同时也便于新功能和新特性的及时开发和升级，而且促进了更完善的网络管理和智升级，而且促进了更完善的网络管理和智能化设备的开展能化设备的开展 lSDH采用先进的指针调整技术，支持伪采用先进的指针调整技术，支持伪同步工作环境，使来自不同提供者的信息同步工作环境，使来自不同提供者的信息净负荷可以在不同的同步岛之间进行传送，净负荷可以在不同的同步岛之间进行传送，并有能力承受一定的定时基准丧失并有能力承受一定的定时基准丧失 4.4 数字光纤传输系统的总体
9、数字光纤传输系统的总体设计设计 4.4.1 4.4.1 总体考虑总体考虑 1 1网络拓扑、线路路由选择网络拓扑、线路路由选择 2 2网络网络/ /系统容量确实定系统容量确实定 3 3光纤光纤/ /光缆选型光缆选型 光纤光纤 光纤光纤光纤光纤光纤光纤 4 4透择适宜的设备，核实设备的性能指标透择适宜的设备，核实设备的性能指标 5 5光传输设计光传输设计4.4.2 再生段的设计 光再生段组成光再生段组成 在实际组网应用中通常有三种光传输设计在实际组网应用中通常有三种光传输设计方法方法 :最坏值设计法最坏值设计法联合设计法联合设计法统计设计法包括半统计设计法统计设计法包括半统计设计法应用范围最广的是
10、最坏值设计法应用范围最广的是最坏值设计法 再生段距离的设计可以分为两种情况：再生段距离的设计可以分为两种情况： l损耗受限系统，即再生段距离由损耗受限系统，即再生段距离由S和和R点点之间的光通道损耗决定之间的光通道损耗决定l色散受限系统，即再生段距离由色散受限系统，即再生段距离由S和和R点点之间的光通道总色散所决定之间的光通道总色散所决定 1损耗受限系统损耗受限系统S-R之间的光通道的损耗组成之间的光通道的损耗组成损耗受限系统的最大再生段距离或者称作损耗受限系统的最大再生段距离或者称作最大中继距离可以用下式来估算最大中继距离可以用下式来估算其中其中 对于最坏值设计，最大传输距离那么对于最坏值设
11、计，最大传输距离那么 公式中带下标公式中带下标“m的参数皆为相应参数的的参数皆为相应参数的最坏值最坏值 如光缆充裕度按整个段总量留取，那么上如光缆充裕度按整个段总量留取，那么上式变为式变为 2色散受限系统色散受限系统对对于于色色散散受受限限系系统统，系系统统设设计计者者首首先先应应确确定定所所设设计计的的再再生生段段的的总总色色散散ps/nm，再再据据此此选选择择适适宜宜的的光光接口及相应的一整套光参数接口及相应的一整套光参数色色散散受受限限系系统统最最大大无无再再生生传传输输距距离的最坏值可以用下式估算离的最坏值可以用下式估算1使用多纵模激光器时系统色散受限的使用多纵模激光器时系统色散受限的
12、最大传输距离最大传输距离 使用多纵模激光器的光缆线路系统的光通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率代价均和相对展宽因子有关 ， 表示码表示码元脉冲经过信道传输后脉冲的相对展宽值元脉冲经过信道传输后脉冲的相对展宽值可以求出系统色散受限的最大传输距离可以求出系统色散受限的最大传输距离 2使用单纵模激光器系统色散受限系统使用单纵模激光器系统色散受限系统的最大传输距离的最大传
13、输距离 对于使用单纵模激光器的光缆线路系统对于使用单纵模激光器的光缆线路系统 ，其光通路功率代价仅需计算频率啁啾的功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率代价和码间干扰的功率代价两项 频率啁啾的功率代价均和相对展宽因子有频率啁啾的功率代价均和相对展宽因子有一定的关系一定的关系 采用单纵模激光器的系统采用单纵模激光器的系统 ，可以得到一个，可以得到一个十分简明的色散限制最大传输距离十分简明的色散限制最大传输距离 4.5 数字光纤传输系统的性能数字光纤传输系统的性能指标指标 1误码概念及其性能参数的定义误码概念及其性能参数的定义误误码码是是指指经经光光接接收收机机的的
14、接接收收与与判判决决再再生生之之后后，码码流流中中的的某某些些比比特特发发生生了了过过失失，使传输的质量发生了损伤使传输的质量发生了损伤误码的产生主要有以下因素误码的产生主要有以下因素各种噪声产生的误码各种噪声产生的误码由由于于光光纤纤色色散散导导致致的的码码间间干干扰扰引引起起的误码的误码定时抖动产生的误码定时抖动产生的误码各种外界因素产生的误码各种外界因素产生的误码以以“块为根底的误码事件和误码性能参数有以块为根底的误码事件和误码性能参数有以下几种下几种 过失块过失块误块秒误块秒严重误块秒严重误块秒背景块过失背景块过失 严重误码期严重误码期 误块秒比误块秒比 严重误块秒比严重误块秒比 背景
15、块过失比背景块过失比 严重误码期强度严重误码期强度 1误码概念及其性能参数的定义误码概念及其性能参数的定义ITU-T所制定的与网络长期误码性能指标所制定的与网络长期误码性能指标相关的标准有和，与网络短期误码性能指相关的标准有和，与网络短期误码性能指标相关的标准有。对于一次群或高于一次标相关的标准有。对于一次群或高于一次群的固定比特速率传送网，只要求满足即群的固定比特速率传送网，只要求满足即可可 4.5.2 抖动、漂移性能 1抖动、漂移概念及其影响 1抖动 定时抖动简称抖动定义为数字脉冲信号的特定时刻如最正确判决时刻相对于其理想时间位置的短时间偏离 2漂移漂移定义为数字脉冲的特定时刻相对于其理想
16、时间位置的长时间偏移 2抖动、漂移性能要求抖动、漂移性能要求抖动、漂移相关性能指标抖动、漂移相关性能指标 ：l输入抖动输入抖动/漂移容限漂移容限PDH、SDH设备必须容许输入信号含有一定的抖设备必须容许输入信号含有一定的抖动动/漂移，保证系统正常工作所容许的输入信号的漂移，保证系统正常工作所容许的输入信号的最大抖动最大抖动/漂移范围称为输入抖动漂移范围称为输入抖动/漂移容限漂移容限 l最大允许输出抖动最大允许输出抖动/漂移漂移能够使网元任意互连而不影响网络传输质量而允能够使网元任意互连而不影响网络传输质量而允许的网络接口的最大输出抖动许的网络接口的最大输出抖动/漂移漂移 l抖动抖动/漂移转移特
17、性漂移转移特性 输出信号的抖动输出信号的抖动/漂移与输入信号的抖动漂移与输入信号的抖动/漂移的漂移的比值随频率变化的特性比值随频率变化的特性 3可用性可用性可可用用性性指指在在一一个个观观察察期期内内的的可可用用时时间间所所占占的的百百分分比比，也也称称为为可可用用性性比比率率AvailabilityRatio，AR，不不可可用用性性指指在在一一个个观观察察期期内内的的不不可可用用时时间间所所占占的的百百分分比比，也也称称为为不不可可用用性比率性比率UnavailabilityRatio，UR根据根据AR和和UR的定义，它们满足的定义，它们满足AR+UR=14.6 光纤放大器及其在光纤通光纤放
18、大器及其在光纤通信系统中的应用信系统中的应用 4.6.1 掺铒光纤放大器 1EDFA的工作原理的工作原理 EDFA未作平坦处理的增益谱未作平坦处理的增益谱 2EDFA的结构的结构3EDFA的根本性能的根本性能1增益特性增益特性 增益特性表示了光放大器的放大能力，定增益特性表示了光放大器的放大能力，定义为输出功率与输入功率之比义为输出功率与输入功率之比 EDFA的增益大小与多种因素有关，增益一的增益大小与多种因素有关，增益一般为般为15dB40dB 2输出功率特性输出功率特性 3噪声特性噪声特性 EDPA的噪声主要有的噪声主要有4种种 ：信号光的散粒噪声信号光的散粒噪声 被放大的自发辐射光被放大
19、的自发辐射光ASE的散粒噪声的散粒噪声 自发辐射自发辐射ASE光谱与信号光之间的差拍光谱与信号光之间的差拍噪声噪声 自发辐射自发辐射ASE光谱间的差拍噪声光谱间的差拍噪声 衡量衡量EDFA的噪声特性可用噪声系数的噪声特性可用噪声系数NF来度量，其来度量，其定义为定义为EDFA的输入信噪比与输出信噪比的比值用的输入信噪比与输出信噪比的比值用dB表表示。示。 它与同相传输的自发辐射频谱密度和放大器增益密切相它与同相传输的自发辐射频谱密度和放大器增益密切相关，与输入信号功率、泵浦功率和泵浦方式等有关。关，与输入信号功率、泵浦功率和泵浦方式等有关。 表现为以下表现为以下3点点 在输入小信号情况下，光放
20、大器的噪声系数在输入小信号情况下，光放大器的噪声系数NF随随着输入信号光功率的增大而略有减小，而着输入信号光功率的增大而略有减小，而EDFA处于饱和处于饱和状态时噪声系数随信号功率的增大而增大。状态时噪声系数随信号功率的增大而增大。 噪声系数随着泵浦功率的增加而减小。噪声系数随着泵浦功率的增加而减小。 信噪比恶化根本相同，但是当掺铒光纤长度增大时，信噪比恶化根本相同，但是当掺铒光纤长度增大时，同向泵浦形式输出的同向泵浦形式输出的ASE功率最小，因而噪声系数最低；功率最小，因而噪声系数最低；双向泵浦形式的噪声系数居中；反向泵浦形式的噪声系双向泵浦形式的噪声系数居中；反向泵浦形式的噪声系数最高数最
21、高 4EDFA的应用的应用1EDFA的根本应用形式的根本应用形式2EDFA在在DWDM系统中的应用系统中的应用 3EDFA在光缆有线电视传输系统在光缆有线电视传输系统HFC系统中的应用系统中的应用 4RFA+EDFA混合放大混合放大4.6.2 喇曼光纤放大器 1RFA的工作原理的工作原理 RFA的放大原理示意图的放大原理示意图 2RFA的根本性能的根本性能喇曼光纤放大器具有许多优点喇曼光纤放大器具有许多优点：增增益益介介质质为为普普通通传传输输光光纤纤，与与光光纤纤具有良好的兼容性具有良好的兼容性增增益益波波长长由由泵泵浦浦光光波波长长决决定定，不不受受其其它它因因素素的的限限制制，理理论论上上只只要要泵泵浦浦源源的的波波长长适适当当，就就可可以以放放大大任任意意波波长长的的信信号号光光增增益益高高，串串扰扰小小，噪噪声声系系数数低低，频频谱范围宽，温度稳定性好谱范围宽，温度稳定性好根本性能根本性能：1增益特性增益特性2噪声特性噪声特性3RFA的应用的应用1独立喇曼宽带放大器独立喇曼宽带放大器2RFA+EDFA混合放大器混合放大器
