SDH與數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)

第7章SDH與數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)第7章SDH與數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)在前面各章中討論了光纖傳輸媒質(zhì)、光源與光發(fā)送機、光檢測器與光接收機，還討論了光纖的連接和用于連接光纜、光源以及光檢測器的連接器將這些分立的模塊組合到一起就形成一條完整的光纖傳輸鏈路，從而構(gòu)成光纖通信系統(tǒng)更明確地稱光纖通信系統(tǒng)為光纖傳輸系統(tǒng)盡管基于IP技術(shù)的數(shù)據(jù)通信迅猛增長，但從傳輸體制上，同步數(shù)字體系（SDH）仍然占據(jù)主導地位第7章光纖通信系統(tǒng)7.1PDH準同步數(shù)字體系7.2SDH同步傳輸體系7.3數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)的設(shè)計7.4數(shù)字光纖系統(tǒng)的性能指標7.1PDH準同步數(shù)字體系準同步數(shù)字體系（PDH）是20世紀60年代逐步發(fā)展起來的一種數(shù)字復用多路技術(shù)為了適應(yīng)點對點的應(yīng)用而選擇了準同步復用方式，以實現(xiàn)在同一信道上傳輸多路信號，從而提高信道利用率世界各國使用的PDH設(shè)備有不同的標準PCM30/32路系統(tǒng)（E1）PCM24路系統(tǒng)（T1或DS1）7.1PDH準同步數(shù)字體系PDH各次群的標準速率我國及歐洲北美日本一次群30/32路2.048Mb/s24路1.544Mb/s24路1.544Mb/s二次群30×4=120路2.048×4+0.256=8.448Mb/s24×4=96路1.544×4+0.136=6.312Mb/s24×4=96路1.544×4+0.136=6.312Mb/s三次群120×4=480路8.448×4+0.576=34.368Mb/s96×7=672路6.312×7+0.552=44.736Mb/s96×5=480路6.312×5+0.504=32.064Mb/s四次群480×4=1920路34.368×4+1.792=139.264Mb/s672×2=1344路44.736×2+0.528=90Mb/s480×3=1440路32.064×3+1.536=97.728Mb/s7.1PDH準同步數(shù)字體系PDH可以很好地適應(yīng)傳統(tǒng)的點對點通信，但這種數(shù)字系列主要是為話音設(shè)計的PCM技術(shù)在復接成一次群時，采用同步復接復接成二、三、四次群時要采用異步復接其標準值有一個規(guī)定的容差，且是異源的，這種對比特率偏差的約束就是所稱的準同步工作一次群至四次群接口比特率早在1976年就實現(xiàn)了標準化，并得到各國廣泛采用PDH主要適用于中、低速率點對點的傳輸7.1PDH準同步數(shù)字體系PDH的復用方式很明顯不能滿足大容量信息傳輸?shù)囊罅硗釶DH體制的地區(qū)性規(guī)范也使網(wǎng)絡(luò)互連增加了難度PDH不能適應(yīng)現(xiàn)代通信網(wǎng)對信號寬帶化、多樣化的要求制約了傳輸網(wǎng)向更高的速率發(fā)展PDH傳輸體制的缺陷PDH傳輸體制的缺陷體現(xiàn)在以下幾個方面：(1)接口方面只有地區(qū)性的電接口規(guī)范。我國和歐洲、北美、日本各自有不同的PDH數(shù)字體系，這些體系互不兼容，造成國際互通的困難沒有統(tǒng)一的光接口規(guī)范。為了完成設(shè)備對光路上的傳輸性能進行監(jiān)控各廠家各自采用自行開發(fā)的線路碼型，不同廠家同一速率等級的光接口碼型和速率不一樣，致使不同廠家的設(shè)備無法實現(xiàn)橫向兼容PDH傳輸體制的缺陷PDH傳輸體制的缺陷體現(xiàn)在以下幾個方面：(2)復用方式PDH的高次群是異步復接，每次復接就進行一次碼速調(diào)整，用來匹配和容納時鐘的差異導致當?shù)退傩盘枏陀玫礁咚傩盘枙r，在高速信號的幀結(jié)構(gòu)中的位置沒有規(guī)律性和固定性無法直接從高次群中提取低速支路信號PDH傳輸體制的缺陷PDH傳輸體制的缺陷體現(xiàn)在以下幾個方面：(3)運行維護方面PDH預留的插入比特（開銷字節(jié)）較少，這也就是為什么在設(shè)備進行光路上的線路編碼時，要通過增加冗余編碼來完成線路性能監(jiān)控功能的原因開銷字節(jié)少，對完成傳輸網(wǎng)的分層管理、性能監(jiān)控、業(yè)務(wù)的實時調(diào)度、傳輸帶寬的控制、告警的分析定位很不利使得網(wǎng)絡(luò)的運行、管理和維護（OAM）較困難PDH傳輸體制的缺陷PDH傳輸體制的缺陷體現(xiàn)在以下幾個方面：(4)沒有統(tǒng)一的網(wǎng)管接口由于沒有統(tǒng)一的標準，各廠家提供的管理系統(tǒng)不兼容，不利于形成統(tǒng)一的電信管理網(wǎng)7.1PDH準同步數(shù)字體系PDH體系建立在點對點傳輸?shù)幕A(chǔ)上，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較為簡單，無法提供最佳的路由選擇，使得設(shè)備利用率較低凡此種種缺陷導致了一種新的數(shù)字體系－同步光網(wǎng)絡(luò)（SONET，SynchronousOpticalNetwork）的產(chǎn)生1988年，CCITT接受了SONET的概念并重新命名為同步數(shù)字體系（SDH，SynchronousDigitalHierarchy）7.1PDH準同步數(shù)字體系隨著光通信技術(shù)的發(fā)展，按國家組網(wǎng)的有關(guān)規(guī)定，近年來，PDH系列設(shè)備只在公網(wǎng)中用作市話網(wǎng)的中繼傳輸系統(tǒng)但是，在許多專用信息傳輸系統(tǒng)中它仍然得到廣泛應(yīng)用在我國公用電話網(wǎng)及數(shù)據(jù)網(wǎng)中，PDH系列的數(shù)字結(jié)構(gòu)主要用于數(shù)字網(wǎng)絡(luò)接口標準，特別是2Mb/s速率的接口，在數(shù)據(jù)、衛(wèi)星、移動通信系統(tǒng)中普遍采用7.2SDH同步傳輸體系SDH發(fā)展到今天，已經(jīng)不是一種新技術(shù)，而是一種成熟的技術(shù)有學者認為：SDH將被以WDM為基礎(chǔ)的光傳送網(wǎng)所取代但是大量建設(shè)的SDH系統(tǒng)仍然要繼續(xù)使用7.2SDH同步傳輸體系WDM光傳送網(wǎng)還沒有解決SDH已經(jīng)很好解決的三個問題首先，SDH本質(zhì)是數(shù)字傳輸，能對傳輸質(zhì)量實現(xiàn)端到端的全程監(jiān)控，一旦有故障，可以很好定位；其次，現(xiàn)有完善的保護和恢復機制可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)自愈；最后，SDH有有效的網(wǎng)管今后獨立的SDH設(shè)備發(fā)展速度可能放緩一、SDH的特點SDH概念的核心是從統(tǒng)一的國家電信網(wǎng)和國際互通的高度來組建數(shù)字通信網(wǎng)，組建的網(wǎng)絡(luò)是一個高度統(tǒng)一的、標準化的、智能化的網(wǎng)絡(luò)采用全球統(tǒng)一的接口以實現(xiàn)設(shè)備多廠家環(huán)境的兼容在全程全網(wǎng)范圍實現(xiàn)高效的協(xié)調(diào)一致的管理和操作實現(xiàn)靈活的組網(wǎng)與業(yè)務(wù)調(diào)度實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)自愈功能提高網(wǎng)絡(luò)資源利用率由于維護功能的加強大大降低了設(shè)備的運行維護費用1．SDH的優(yōu)點和PDH相比，SDH有如下優(yōu)勢：(1)接口方面電接口方面，SDH體制對網(wǎng)絡(luò)節(jié)點接口（NNI）作了統(tǒng)一的規(guī)范線路接口（這里指光口）采用世界性統(tǒng)一標準規(guī)范，SDH信號的線路編碼僅對信號進行擾碼，不再進行冗余碼的插入，所以SDH的線路信號速率與SDH電口標準信號速率相一致1．SDH的優(yōu)點和PDH相比，SDH有如下優(yōu)勢：(2)復用方式由于低速SDH信號是以字節(jié)間插方式復用進高速SDH信號的幀結(jié)構(gòu)中，這樣就使低速SDH信號在高速SDH信號幀中的位置是固定的、有規(guī)律性的，也就是說是可預見的采用同步復用方式和靈活的映射結(jié)構(gòu)，將PDH低速支路信號復用進SDH信號的幀中（STM-N），這樣使低速支路信號在STM-N幀中的位置也是可預見的1．SDH的優(yōu)點和PDH相比，SDH有如下優(yōu)勢：(3)運行維護方面SDH信號的幀結(jié)構(gòu)中安排了豐富的、用于運行維護（OAM）功能的開銷字節(jié)（大約占整個幀的5%），使網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控功能大大加強，因此SDH不再需要線路冗余編碼（只有擾碼），也使系統(tǒng)的維護費用大大降低SDH系統(tǒng)的綜合成本要比PDH系統(tǒng)的綜合成本低，據(jù)估算約為PDH系統(tǒng)的65.8%1．SDH的優(yōu)點和PDH相比，SDH有如下優(yōu)勢：(4)兼容性SDH有很強的兼容性。在網(wǎng)絡(luò)邊界處，SDH以容器的方式將各種體制的低速信號裝載進STM-1信號的幀結(jié)構(gòu)中，這樣可以傳輸PDH數(shù)字信號系列和其它的各種體制的數(shù)字信號系列（如ATM）從而體現(xiàn)了SDH的前向兼容性和后向兼容性2．SDH的不足SDH的優(yōu)點中，最核心的是同步復用、標準的光接口和強大的網(wǎng)絡(luò)管理功能SDH的這些優(yōu)點是以犧牲其它方面為代價的(1)頻帶利用率低如PDH的四次群（140Mb/s）可以容納64×2Mb/s信息量而同樣信息量，在SDH是155Mb/s（STM-1）2．SDH的不足SDH的這些優(yōu)點是以犧牲其它方面為代價的(2)指針調(diào)整機理復雜指針的作用就是時刻指示低速信號的位置，以便在拆包時能正確地拆分出所需的低速信號，實現(xiàn)從高速信號中直接分／插出低速支路信號指針的使用是SDH的一大特色，但指針功能的實現(xiàn)增加了系統(tǒng)的復雜性，并使系統(tǒng)產(chǎn)生SDH的一種特有抖動－由指針調(diào)整引起的結(jié)合抖動2．SDH的不足SDH的這些優(yōu)點是以犧牲其它方面為代價的(3)軟件的大量使用對系統(tǒng)安全性的影響軟件在系統(tǒng)中占有相當大的比重，這就使系統(tǒng)很容易受到計算機病毒的侵害另外，在網(wǎng)絡(luò)層上人為的錯誤操作，軟件故障對系統(tǒng)的影響也是致命的所以系統(tǒng)的安全性就成了很重要的一個方面二、SDH幀結(jié)構(gòu)SDH幀結(jié)構(gòu)是實現(xiàn)SDH網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)對它的基本要求是：能夠滿足對低速支路（2/34/140Mb/s）的同步復用、交叉連接（DXC）和交換支路信號在一幀內(nèi)均勻地、有規(guī)律地分布，便于分出／插入對PDH的1.544Mb/s系列和2.048Mb/s系列都具有統(tǒng)一的方便性和實用性1．幀結(jié)構(gòu)ITU-T的G.707協(xié)議規(guī)范規(guī)定的STM-N幀是以字節(jié)（8bit）為單位的矩形塊狀幀結(jié)構(gòu)信息凈負荷區(qū)域段開銷區(qū)域管理單元指針區(qū)域1．幀結(jié)構(gòu)幀結(jié)構(gòu)中字節(jié)的傳輸是從左到右，從上而下順序傳輸，每秒8000幀對于STM-1而言，幀長（容量）為9×270×1=2430Byte；每幀比特數(shù)是9×270×8=19440bit；STM-1傳送碼率為19440×8000=155.520Mb/s1．幀結(jié)構(gòu)信息凈負荷（Payload）區(qū)域信息凈負荷區(qū)域是幀結(jié)構(gòu)中存放各種信息負荷的地方當然，其中還有少量的用于通道性能監(jiān)視、管理和控制的通道開銷（POH）通常，POH作為凈負荷的一部分與其一起在網(wǎng)絡(luò)中傳送它負責對低速支路信號（例如2.048Mb/s信號）進行通道性能監(jiān)視管理和控制1．幀結(jié)構(gòu)段開銷（SOH，SectionOverHead）區(qū)域段開銷（SOH）是STM幀結(jié)構(gòu)中為了保證信息凈負荷正常、靈活傳送所必須的附加字節(jié)是供網(wǎng)絡(luò)運行、管理和維護（OAM）使用的字節(jié)，詳細的安排在后面討論注意，SOH和POH監(jiān)控、管理的對象不同1．幀結(jié)構(gòu)管理單元指針（AU-PTR，AdministrationUnitPointer）區(qū)域管理單元指針（AU-PTR）是一種指示符，用來指示信息凈負荷的第一個字節(jié)在STM-N幀中的準確位置，以便在接收端能根據(jù)這個位置指示符的值（指針值）正確分離信息凈負荷采用指針方式是SDH的重要創(chuàng)新，可以使之在準同步環(huán)境中完成復用同步和STM-N信號的幀定位這一方法消除了常規(guī)準同步系統(tǒng)中滑動緩存器引起的延時和性能損傷2．STM-1段開銷段的含義定義為在兩個中繼器之間或在一個中繼器與一個線路終端設(shè)備（LTE，LineTerminatingEquipment）之間的鏈路2．STM-1段開銷段開銷包括再生段開銷（RSOH）和復用段開銷（RSOH），分別對相應(yīng)的段層進行監(jiān)控RSOH是對應(yīng)一個大的范圍STM-NMSOH是對應(yīng)這個大的范圍中的一個小的范圍STM-1例如，若光纖上傳輸?shù)氖?.5Gb/s信號，那么RSOH監(jiān)控的是STM-16整體的傳輸性能而MSOH則是監(jiān)控STM-16信號中每一個STM-1的性能情況2．STM-1段開銷對于STM-1而言，相當于每幀72字節(jié)（576bits）可用于段開銷由于8000幀／秒，所以STM-1每秒有4.068Mbits可用于網(wǎng)絡(luò)運行、管理和維護和PDH相比，豐富的段開銷是SDH幀結(jié)構(gòu)的一個重要特點2．STM-1段開銷STM-1段開銷的字節(jié)安排1111011000101000與傳輸介質(zhì)有關(guān)的特征字節(jié)國內(nèi)使用保留字節(jié)不擾碼的國內(nèi)使用字節(jié)三、SDH的復用結(jié)構(gòu)SDH的復用包括兩種情況一種是低階的SDH信號復用成高階SDH信號另一種是低速支路信號，例如2Mb/s、34Mb/s、140Mb/s，復用成SDH信號STM-N將低階的SDH信號（如STM-1）復用成高階SDH信號（如STM-16）通過字節(jié)間插復用方式來完成在復用過程中保持幀頻不變（8000幀／秒）復用過程中，各幀的信息凈負荷和指針字節(jié)按原值進行間插復用，而段開銷則會有些取舍三、SDH的復用結(jié)構(gòu)第二種情況用得最多的就是將PDH信號復用進STM-N信號中去傳統(tǒng)的將低速信號復用成高速信號的方法有兩種：一是脈沖插入法又稱正碼速調(diào)整法另一種是固定位置映射法這兩種復用方式都有一些缺陷比特塞入法無法從高速信號中上／下低速支路信號固定位置映射法引入的信號時延過大1．SDH復用結(jié)構(gòu)SDH網(wǎng)的兼容性要求SDH的復用方式既能滿足異步復用，例如將PDH信號復用進STM-N，又能滿足同步復用，例如STM-1到STM-4而且能方便地由高速STM-N信號分／插出低速信號，同時不造成較大的信號時延和滑動損傷這就要求SDH需采用自己獨特的一套復用步驟和復用結(jié)構(gòu)1．SDH復用結(jié)構(gòu)ITU-T規(guī)定了一整套完整的復用結(jié)構(gòu)，也就是復用路線通過這些路線可將PDH的3個系列的數(shù)字信號，以多種方法復用成STM-N信號1．SDH復用結(jié)構(gòu)G.707復用結(jié)構(gòu)容器虛容器支路單元支路單元組管理單元容器（C）是一種用來裝載各種速率的業(yè)務(wù)信號的信息結(jié)構(gòu)。各種低速率等級的數(shù)字信號分別進入其相應(yīng)的接口容器C，主要完成其適配功能。已裝載的標準容器又作為虛容器的信息凈負荷。VC-n=C-n+VC-nPOH在SDH網(wǎng)絡(luò)中始終保持完整不變，獨立地在通道的任意一點進行分出、插入或交叉連接。TU-n=VC-n+TU-nPTR一個或多個TU的集合稱為支路單元組（TUG）AU-n=VC-n+AU-nPTR一個或多個AU的集合稱為管理單元組AUG2．復用單元SDH基本復用單元包括：容器（C-n）虛容器（VC-n）支路單元（TU-n）、支路單元組（TUG-n）管理單元（AU-n）、管理單元組（AUG-n）n為PDH系列等級序號2．復用單元從一個有效信息凈負荷到STM-N的復用線路不是唯一的，也就是說有多種復用方法例如2Mb/s的信號有兩條復用路線復用成STM-N信號同時請注意，8Mb/s的PDH信號無法復用成STM-N信號3．我國的復用結(jié)構(gòu)盡管一種信號復用成SDH的STM-N信號的路線有多種，但是對于一個國家或地區(qū)而言，其復用路線應(yīng)該是唯一的我國光同步傳輸體制規(guī)定以2.048Mb/s為基礎(chǔ)的PDH系列作為SDH的有效載荷，并選用AU-4復用線路四、復用映射過程具有一定頻差的各種支路的業(yè)務(wù)信號最終進入SDH的STM-N幀都要經(jīng)過三個過程：映射將支路信號適配進虛容器的過程定位指向低階VC的起點在TU中的具體位置或高階VC的起點在AU中的具體位置復用通過字節(jié)間插方式把TU組織進高階VC或把AU組織進STM-N的過程1．映射各種速率的G.703信號首先進入相應(yīng)的不同接口容器C中，在那里完成碼速調(diào)整等適配功能由標準容器出來的數(shù)字流加上通道開銷（POH）后就構(gòu)成了所謂的虛容器VC，這個在SDH網(wǎng)絡(luò)邊界處（例如SDH/PDH邊界處）將支路信號適配進虛容器的過程稱為映射VC在SDH網(wǎng)中傳輸時可以作為一個獨立的實體在通道中任意位置取出或插入，以便進行同步復接和交叉連接處理2．定位由VC出來的數(shù)字幀進入管理單元（AU）或支路單元（TU），并在AU或TU中進行速率調(diào)整在調(diào)整過程中，設(shè)置指針（AU-PTR和TU-PTR）指向低階VC的起點在TU中的具體位置或高階VC的起點在AU中的具體位置，這個過程叫做定位

3．復用復用也就是通過字節(jié)間插方式把TU組織進高階VC或把AU組織進STM-N的過程由于經(jīng)由TU和AU指針處理后的各VC支路已經(jīng)相位同步，此復用過程為同步復用，復用原理與數(shù)據(jù)的并串變化類似4．140Mb/s復用進STM-N信號過程映射定位復用5．利用AU-4復用線路直接從C-12復用的方法當前運用得最多的復用方式是將2Mb/s信號復用進STM-N信號中，它也是PDH信號復用進SDH信號最復雜的一種復用方式五、SDH設(shè)備SDH不僅適合于點對點傳輸，而且適合于多點之間的網(wǎng)絡(luò)傳輸實際上，SDH是一套可進行同步信息傳輸、復用、分插和交叉連接的標準化數(shù)字信號的結(jié)構(gòu)等級通過不同的設(shè)備完成SDH網(wǎng)的傳送功能：上／下業(yè)務(wù)、交叉連接業(yè)務(wù)、網(wǎng)絡(luò)故障自愈等五、SDH設(shè)備SDH設(shè)備包括SDH終端設(shè)備或稱SDH終端復用器（TM，TerminalMultiplexer）分插復用設(shè)備（ADM，Add/DropMultiplexer）數(shù)字交叉連接設(shè)備（DXC，DigitalCorssConnectEquipment）再生中繼器（REG，RegenerativeRepeater）等網(wǎng)絡(luò)單元網(wǎng)絡(luò)單元，也稱為網(wǎng)元（NE）1．TM終端復用器TM用在網(wǎng)絡(luò)的終端站點上例如一條鏈的兩個端點上主要功能是復接／分接和提供業(yè)務(wù)適配，即是將支路端口的低速信號（如E1）復用到線路端口的高速信號STM-N中或從STM-N的信號中分出低速支路信號2．ADM分插復用設(shè)備ADM是一種特殊的復用器，是SDH網(wǎng)絡(luò)中最具特色，也是應(yīng)用最廣泛的設(shè)備ADM用于SDH傳輸網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)接站點處例如鏈的中間結(jié)點或環(huán)上結(jié)點ADM是一個三端口的器件2．ADM分插復用設(shè)備ADM利用分接（Drop）功能將輸入信號所承載的信息分成兩部分：一部分直接轉(zhuǎn)發(fā)另一部分卸下給本地用戶，同時通過復接（Add）功能將轉(zhuǎn)發(fā)部分和本地上送的部分合成輸出ADM常用于線性網(wǎng)和環(huán)形網(wǎng)3．DXC數(shù)字交叉連接設(shè)備DXC是一種具有一個或多個準同步數(shù)字體系（G.702）或同步數(shù)字體系（G.707）信號的端口可以在任何端口信號速率（及其子速率）間進行可控連接和再連接的設(shè)備它是一個多端口器件，實際上相當于一個交叉矩陣，通過適當配置，完成各個信號間的交叉連接4．REG再生中繼器REG是雙端口器件，只有兩個線路端口W和EREG的作用是將W/E側(cè)的光信號經(jīng)O/E、抽樣、判決、再生、整形、E/O在E或W側(cè)發(fā)出REG只需處理STM-N幀中的RSOH，且不需要交叉連接功能（W-E直通即可）7.3數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)的設(shè)計將光纖、光器件、光源與光發(fā)送機、光檢測器與光接收機等單元組合，就可以形成一條完整的光纖傳輸鏈路光纖傳輸系統(tǒng)的設(shè)計，既要滿足通信系統(tǒng)的性能要求，又要盡可能的減少系統(tǒng)的建設(shè)成本，還要考慮將來的發(fā)展需要一、總體設(shè)計考慮一個光纖傳輸系統(tǒng)的基本要求包括：預期的傳輸距離信道帶寬或碼速率系統(tǒng)性能（誤碼率，信噪比）等設(shè)計中，必須從實際出發(fā)，結(jié)合用戶業(yè)務(wù)容量需求、地理位置、Qos要求等，確定網(wǎng)絡(luò)拓撲、系統(tǒng)容量（速率）、光纖／光纜選型等網(wǎng)絡(luò)拓撲一般可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)／系統(tǒng)在通信網(wǎng)中的位置、功能和作用，根據(jù)承載業(yè)務(wù)的生存性要求等選擇合適的網(wǎng)絡(luò)拓撲目前看，骨干網(wǎng)絡(luò)適合采用網(wǎng)格拓撲，有很高的網(wǎng)絡(luò)生存性城域網(wǎng)對生存性也有較高要求，一般采用環(huán)形網(wǎng)對于接入網(wǎng)，生存要求不高，可以采用低廉的星形網(wǎng)或無源樹形網(wǎng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)容量系統(tǒng)容量一般按照系統(tǒng)運行后的若干年所需容量來確定，并且要考慮未來擴容需要目前，骨干網(wǎng)單波長速率通常為10Gb/s，城域網(wǎng)單波長速率通常為2.5Gb/s以上可以根據(jù)容量需求采用數(shù)個波長或幾十個波長的波分復用光纖（纜）選型光纖／光纜應(yīng)當適當選型，根據(jù)實際工程需要、成本因素，選擇合適的光纖（纜）線路G.652光纖／光纜是1310nm波長性能最佳單模光纖G.653光纖／光纜是1550nm波長性能最佳單模光纖／光纜G.654光纖／光纜一般用于長距離海底光纜系統(tǒng)，陸地系統(tǒng)一般不采用G.655光纖／光纜是非零色散位移單模光纖，適合應(yīng)用于密集波分復用的大容量骨干網(wǎng)中設(shè)備選擇發(fā)送、接收、中繼、分插復用（ADM）和交叉連接設(shè)備（DCX）是組成光纖傳輸鏈路的必要單元選擇性能好、可靠性高、兼容性好的設(shè)備是系統(tǒng)設(shè)計成功的重要保障ITU-T已經(jīng)規(guī)范了各種速率等級的PDH和SDH設(shè)備的S-R點（發(fā)送機S點和接收機R點）通道特性，設(shè)計者應(yīng)當熟悉所設(shè)計的系統(tǒng)的各項指標，并以ITU-T的建議和我國的國家標準作為系統(tǒng)設(shè)計的依據(jù)光傳輸設(shè)計任何復雜的通信系統(tǒng)或者網(wǎng)絡(luò)，其基本單元都是點到點的傳輸鏈路發(fā)送機S點到接收機R點的光傳輸距離確定是光纖傳輸系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)傳輸距離由光纖的損耗和色散因素決定，系統(tǒng)速率、工作波長等各種因素對傳輸距離也有影響損耗受限的系統(tǒng)色散受限的系統(tǒng)無再生中繼傳輸距離二、再生段設(shè)計一個光再生段距離也就是無再生中繼距離一個再生段模型包括光發(fā)送機、光通道和光接收機發(fā)送機和光通道之間定義S參考點，光通道和光接收機之間定義R參考點，S和R參考點之間為光通道二、再生段設(shè)計光傳輸設(shè)計中通常有三種方法：最壞值設(shè)計法參數(shù)都以最壞的情況考慮統(tǒng)計設(shè)計法按各參數(shù)的統(tǒng)計分布特性取值聯(lián)合設(shè)計法部分參數(shù)值按最壞值處理，部分參數(shù)取統(tǒng)計值二、再生段設(shè)計三種設(shè)計方法的比較項目最壞值設(shè)計法統(tǒng)計設(shè)計法聯(lián)合設(shè)計法光接口橫向兼容性滿足不保證不保證標準規(guī)范性最好較好最差可靠性100%最差100%復雜性最簡單最復雜居中資源利用最差最好較好經(jīng)濟性最差最好較差二、再生段設(shè)計目前應(yīng)用最廣泛的是最壞值設(shè)計法在用最壞值法設(shè)計光纜數(shù)字線路系統(tǒng)時，設(shè)備富余度和未分配的富余度都不再單獨進行規(guī)范，而是分散給發(fā)送機和接收機1．損耗受限系統(tǒng)對于損耗受限系統(tǒng)，系統(tǒng)設(shè)計首先要根據(jù)S和R點的所有光功率損耗和光纜富余度來確定總的光通道衰減值，再由此確定標準光接口中適用的光接口及相應(yīng)的一整套光參數(shù)活動接頭固定熔接2km活動接頭1．損耗受限系統(tǒng)【例7-1】一個速率為20Mb/s，誤碼率為10-9的數(shù)字傳輸鏈路，可以選擇接收機工作在850nm的SiPIN光電二極管，接收機的靈敏度為-42dBm。如果選擇GaAlAsLED，使其能夠把50μW（-13dBm）的平均光功率耦合進多模光纖，假設(shè)在發(fā)送機和接收機處各有一個損耗為1dB的連接器，系統(tǒng)功率富余度為6dB，求傳輸距離。2．色散受限系統(tǒng)色散導致脈沖展寬，產(chǎn)生信號畸變，出現(xiàn)碼間干擾，從而限制最大傳輸距離此外模式分配噪聲、激光器的頻率啁啾也將引起功率退化（功率代價），限制傳輸距離所以，在工作波長下的光纖色散系數(shù)和光源的光譜特性是考慮的主要因素2．色散受限系統(tǒng)在研究色散受限系統(tǒng)的最大傳輸距離時，ITU-T定義了光通路功率代價概念I(lǐng)TU-T的G.957建議定義的光通路功率代價主要包括：發(fā)送眼圖的功率代價、消光比的功率代價、模式分配噪聲的功率代價、激光器頻率啁啾的功率代價、碼間干擾的功率代價、偏振模色散的功率代價、光放大器的噪聲引入的功率代價和反射的功率代價等8種其中影響較大的是碼間干擾、頻率啁啾和模式分配噪聲的功率代價2．色散受限系統(tǒng)ITU-T的G.957建議規(guī)定一個通路的由上述因素引起的功率代價允許值為1dB對于色散值較高的系統(tǒng)，如10Gb/s以上系統(tǒng)，可以放寬到2dB2．色散受限系統(tǒng)對于色散受限系統(tǒng)，設(shè)計時首先應(yīng)當確定所設(shè)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(yīng)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S和R點之間允許的最大色散值工作波長范圍內(nèi)的最大光纖色散系數(shù)值ps/(nm·km)

2．色散受限系統(tǒng)一般地，對于一個傳輸鏈路，對于不同的速率，可以分別計算損耗限制下的中繼距離和色散限制下的中繼距離然后取其中較短的為該速率下允許的最大中繼傳輸距離通常情況下，速率較低時是受損耗限制，而速率較高時為色散限制系統(tǒng)2．色散受限系統(tǒng)【例7-2】某光纖傳輸系統(tǒng)的應(yīng)用場合是長距離局間通信（目標距離40~80km），使用已敷設(shè)的G.653光纜，工作波長λ為1550nm，系統(tǒng)投入使用后三年容量需求為2.5Gb/s。根據(jù)上述要求可選擇L-16-2光接口，該光接口相關(guān)參數(shù)如下：最小發(fā)送功率PS：-2dBm；最差接收靈敏度PR：-28dBm；允許最大色散值DSR：1200ps/nm；光纖活動連接損耗αc：0.2dB；光纖／光纜平均損耗αF：0.23dB/km；光纖／光纜最大色散系數(shù)Dm：17ps/(nm·km)；熔接頭平均損耗αs/L：0.04dB/km；光纜線路富余度M：0.05dB/km。現(xiàn)進行功率和色散預算，確定最大無再生傳輸距離。2．色散受限系統(tǒng)在光纖系統(tǒng)中，使用不同類型的光源，則由光纖色散對系統(tǒng)的影響各不相同對多縱模激光器和發(fā)光二極管，頻率啁啾對最大傳輸距離的影響很小，主要考慮模式分配噪聲和碼間干擾引起的功率代價，它們和相對展寬因子有關(guān)相對展寬因子ε表示為碼元脈沖經(jīng)過信道傳輸后脈沖的相對展寬值，表達式為碼元寬度碼元脈沖的均方根展寬值2．色散受限系統(tǒng)而所以應(yīng)用ITU-T規(guī)定的系統(tǒng)的光通路功率代價小于1dB的條件可以確定當光源是多縱模激光器時，ε的最大限制值為0.115當光源是發(fā)光二極管時，ε取0.306光源的均方根譜寬2．色散受限系統(tǒng)【例7-3】一個信息速率為565Mb/s的單模光纜傳輸系統(tǒng)，采用5B6B碼型，傳輸速率為677990kb/s。使用InGaAs掩埋結(jié)構(gòu)多縱模激光器，閾值小于50mA，標稱波長為1310nm，脈沖線寬為2nm，發(fā)送光功率為-2.5dBm，使用PIN-FET組件，在BER達到10-9的條件下接收機靈敏度可達-37dBm。假設(shè)光連接器損耗為1dB，光纖熔接頭損耗為0.1dB/km，光纖損耗為0.4dB/km，設(shè)備功率富余度為5.5dB，考慮色散代價1dB，光纜富余度0.1dB/km2．色散受限系統(tǒng)對于單縱模激光器系統(tǒng)，由于其模式分配噪聲很小，所以光通路功率代價僅需考慮頻率啁啾和碼間干擾兩項一個十分簡單的色散限制最大傳輸距離近似公式啁啾系數(shù)系統(tǒng)碼速率（Tb/s）2．色散受限系統(tǒng)【例7-4】2.5Gb/s系統(tǒng)，假設(shè)工作波長λ為1550nm，D為17ps/(nm·km)，則采用普通量子阱激光器（設(shè)α=3），傳輸距離可達7.4數(shù)字光纖系統(tǒng)的性能指標這里指的性能指標是網(wǎng)絡(luò)性能指標，也稱參考性能指標，簡稱性能指標，是進行傳輸系統(tǒng)和傳輸網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計的依據(jù)指標目前，ITU-T已經(jīng)對光纖通信系統(tǒng)的各個速率、各個光接口和電接口的各種性能給出具體的建議，系統(tǒng)的性能參數(shù)也有很多，但對數(shù)字傳輸來說，主要的性能指標是誤碼特性和抖動特性一、系統(tǒng)參考模型考慮光纖通信系統(tǒng)的傳輸性能，需要將其放在整個通信網(wǎng)絡(luò)中考慮ITU-T提出了系統(tǒng)參考模型的概念，并規(guī)定了系統(tǒng)參考模型的性能參數(shù)和指標ITU-T提出的數(shù)字系統(tǒng)參考模型有三種形式：假設(shè)參考連接（HRX）假設(shè)參考數(shù)字鏈路（HRDL）假設(shè)參考數(shù)字段（HRDS）1．假設(shè)參考連接一個通信連接是通信網(wǎng)中從用戶至用戶，包括參與交換和傳輸?shù)母鱾€部分（如用戶線，終端設(shè)備，交換機，傳輸系統(tǒng)等）的傳輸全程通常找出通信距離最長、結(jié)構(gòu)最復雜、傳輸質(zhì)量預計最差的連接作為傳輸質(zhì)量的核算對象假設(shè)參考連接（HRX）是對總的性能進行研究的一個模型，以便于形成各種標準和指標1．假設(shè)參考連接ITU-T建議的標準最長HRX包含14個假設(shè)參考鏈路和13個數(shù)字交換點，全長27500km，它是一個全數(shù)字的64kb/s的連接1．假設(shè)參考連接實際上，經(jīng)常實現(xiàn)的連接都比標準最長HRX短，因而引入標準中等長度HRX模型每個國內(nèi)部分包括3段電路，國際部分僅1段電路，這種連接的性能主要受國內(nèi)部分的電路性能所支配1．假設(shè)參考連接當用戶靠近國際交換中心（ISC）時，引入的HRX模型如圖2．假設(shè)參考數(shù)字鏈路將HRX中的兩個相鄰交換節(jié)點的數(shù)字配線架間所有的傳輸系統(tǒng)、復用與分接設(shè)備等各種傳輸單元表示為假設(shè)數(shù)字參考鏈路（HRDL）。HRDL是HRX的組成部分ITU-T建議HRDL的合適長度是2500km根據(jù)我國地域廣闊的特點，我國長途一級干線的數(shù)字鏈路長度為5000km3．假設(shè)參考數(shù)字段將HRDL中相鄰的數(shù)字配線架間的傳輸系統(tǒng)用假設(shè)參考數(shù)字段（HRDS）表示HRDS是HRDL的一個組成部分在光纖傳輸系統(tǒng)中，HRDS的兩端是光端機，中間是光纜傳輸線路和若干光中繼器一個光纖通信系統(tǒng)可以由若干HRDS組成我國根據(jù)具體情況提出的假設(shè)參考數(shù)字段，長途一級干線的HRDS為420km，長途二級干線為280km，市話中繼為50km一、系統(tǒng)參考模型HRX的總性能指標可以按比例分配到其中的HRLD中HRLD上的性能指標又可以再分配到HRDS中光纖通信系統(tǒng)的性能指標是在三種參考模型的基礎(chǔ)上指定的重要指標有誤碼特性抖動特性二、誤碼特性對數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)，產(chǎn)生誤碼主要有內(nèi)部機理和外部干擾兩大主因內(nèi)部機理產(chǎn)生誤碼的原因有：各種噪聲光纖的色散定時抖動外部干擾的因素如電源瞬間干擾、設(shè)備故障和電磁干擾1．誤碼性能的度量傳統(tǒng)的誤碼性能的度量（G.821）是度量64kb/s的通道在27500km全程端到端連接的數(shù)字參考電路的誤碼性能一般常用平均誤比特率（BER，BitErrorRate）來衡量系統(tǒng)的誤碼性能，即在一段相當長的時間內(nèi)出現(xiàn)的誤碼的個數(shù)和總的傳輸碼元數(shù)的比值1．誤碼性能的度量平均誤碼率是一個長期效應(yīng)，只給出了平均統(tǒng)計結(jié)果，無法反映出誤碼的突發(fā)性還應(yīng)該有一些短期度量誤碼的參數(shù)平均誤碼率與誤碼發(fā)生機制有關(guān)，簡單實用，所以在系統(tǒng)設(shè)計中仍然廣泛采用然而，平均誤碼率沒有歸于ITU-T建議的誤碼性能參數(shù)之中1．誤碼性能的度量現(xiàn)在對速率等于或高于基群的數(shù)字通道的誤碼性能指標遵循ITU-TG.826和G.828建議其定義的誤碼參數(shù)都以“塊”為基礎(chǔ)而“塊”是指通道、段中傳送的連續(xù)比特的集合，每個比特屬于且僅屬于一個“塊”以塊為基礎(chǔ)進行度量便于進行在線誤碼性能監(jiān)測1．誤碼性能的度量依據(jù)塊定義的誤碼事件和誤碼性能參數(shù)有：誤碼塊（EB）：當塊內(nèi)的任意比特發(fā)生差錯時，則該數(shù)據(jù)塊為差錯塊（EB，ErroredBlock），稱為誤碼塊或誤塊誤塊秒（ES）：在一秒內(nèi)有一個或多個誤碼塊，或至少一個缺陷，則該秒為誤塊秒（ES，ErroredSecond）對于SDH通道，缺陷一般指蹤跡失配、指針丟失、收到告警指示信號等1．誤碼性能的度量依據(jù)塊定義的誤碼事件和誤碼性能參數(shù)有：嚴重誤塊秒（SES）：在一秒內(nèi)不少于30%的誤塊或至少出現(xiàn)一種缺陷時，就以為該秒為嚴重誤塊秒（SES，SeverelyErroredSecond）嚴重誤塊秒是誤塊秒的子集背景誤碼塊（BBE）：在扣除不可用時間，發(fā)生在SES以外的誤碼塊稱為背景誤碼塊（BBE，BackgroundBlockError）1．誤碼性能的度量依據(jù)塊定義的誤碼事件和誤碼性能參數(shù)有：誤塊秒比（ESR）：在規(guī)定的測量時間間隔內(nèi)出現(xiàn)的ES數(shù)與總的可用時間之比，稱為誤塊秒比（ESR，ErroredSecondRatio）嚴重誤塊秒比（SESR）：在規(guī)定的測量時間間隔內(nèi)出現(xiàn)的SES數(shù)與總的可用時間之比，稱為誤塊秒比（SESR，SeverelyErroredSecondRatio）嚴重誤塊秒一般是由于脈沖干擾產(chǎn)生的突發(fā)誤塊，所以SESR往往反映出設(shè)備抗干擾的能力1．誤碼性能的度量依據(jù)塊定義的誤碼事件和誤碼性能參數(shù)有：背景誤塊比（BBER）：BBE數(shù)與扣除不可用時間和SES期間所有塊數(shù)后的總塊數(shù)之比，稱為背景誤塊比（BBER，BackgroundBlockErrorRatio）上述所指的可用時間的含義是：連續(xù)10s內(nèi)每秒均為非SES，從這10s的第一秒起就認為進入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10s的第一秒起就認為進入不可用時間2．誤碼性能指標ITU-TG.826建議中，對假設(shè)參考通道（HRP，HypotheticalReferencePath）27500km全程端到端通道誤碼性能的規(guī)定如表速率（Mb/s）1.5~5>5~15>15~55>55~160>160~3500比特塊800~50002000~80004000~200006000~2000015000~30000ESR0.040.050.0750.16未規(guī)范SESR0.0020.0020.0020.0020.002BBER2×10-42×10-42×10-42×10-410-4只要有任一誤碼性能參數(shù)不滿足就認為該通道沒有滿足誤碼性能要求3．誤碼減少的策略適當?shù)牟呗钥梢詼p少誤碼改善收信機的信噪比是降低系統(tǒng)內(nèi)部誤碼的主要途徑另外適當選擇發(fā)送機的消光比，改善接收機的均衡特性，減少定位抖動都有助于改善內(nèi)部誤碼性能減少外部干擾誤碼的基本對策是加強所有設(shè)備的抗電磁干擾和靜電放電能力，例如加強接地此外在系統(tǒng)設(shè)計規(guī)劃時留有充足的冗余度也是一種簡單可行的對策三、抖動特性抖動（Jitter）又指定時抖動，是指數(shù)字脈沖的有效瞬間位置相對于標準位置（如最佳判決時刻）的短時間偏差短時間偏差是指變化頻率高于10Hz的相位變化長時間的偏差定義為漂移（Wander）即指變化頻率低于10Hz的相位變化1．抖動對網(wǎng)絡(luò)的損傷抖動會對傳輸質(zhì)量甚至整個系統(tǒng)的性能造成劣化如信號產(chǎn)生失真、系統(tǒng)誤碼率上升、丟失比特導致幀失步等產(chǎn)生抖動的機理比較復雜如系統(tǒng)的時鐘不穩(wěn)定、各種噪聲、碼間干擾以及SDH中的映射、指針調(diào)整等都可能引起抖動1．抖動對網(wǎng)絡(luò)的損傷抖動對網(wǎng)絡(luò)性能損傷表現(xiàn)在以下幾個方面：①對數(shù)字編碼的模擬信號，在解碼后數(shù)字流的隨機相位抖動使恢復后的樣值具有不規(guī)則的相位，從而造成輸出模擬信號的失真，形成抖動噪聲②在