光纖通信系統(tǒng)（第3版） 課件 第8、9章 光波分復用系統(tǒng)、數字光纖傳輸系統(tǒng)性能

光纖通信系統(tǒng)2本章要點本章主要介紹以波分復用（WDM）為代表的多信道光纖通信系統(tǒng)及其關鍵技術，以及光時分復用（OTDM）技術原理。本章教學課時為4學時。38.1波分復用原理提高光纖通信系統(tǒng)的容量的方法包括時分復用（TDM）、波分復用（WDM）、空分復用（SDM）、模分復用（MDM）和極化復用（PDM）等

最常見的TDM方法的主要缺點是當電信號的傳輸速率達到較高等級（如10Gbit/s或更高時），對于光器件（如激光器和調制器）的開關速率等性能要求較高，實現難度較大，同時光纖中的色散和非線性等也限制了調制信號的速率。波分復用（WDM）為代表的多信道光纖通信系統(tǒng)成為實現大容量傳輸的主要技術方案之一。48.1.1WDM系統(tǒng)基本概念光波分復用（WDM，WavelengthDivisionMultiplexing）技術是在一根光纖上能同時傳送多波長光信號的一項技術。它是在發(fā)送端將不同波長的光信號組合起來（復用），并耦合到光纜線路上的同一根光纖中進行傳輸，在接收端又將組合波長的光信號分開（解復用）并作進一步處理，恢復出原信號送入不同的終端。因此，此項技術稱為光波長分割復用，簡稱光波分復用（WDM）技術。5圖8-1單模光纖的帶寬資源6單模光纖的帶寬資源由圖8-1可見，1310nm波長段和1550nm波長段一共約有200nm低損耗區(qū)可用，這相當于30THz的頻帶寬度。但在目前的實際光纖通信系統(tǒng)中由于光纖色散和調制速率的限制，單信道TDM系統(tǒng)的通信速率一般被限制在10~40Gbit/s或以下，所以單模光纖尚有絕大部分的帶寬資源有待開發(fā)。7CWDM與DWDM根據WDM系統(tǒng)中不同信道之間的波長或頻率間隔，可以分為信道間隔較大、復用信道數較小的稀疏波分復用（CWDM）系統(tǒng)和密集波分復用（DWDM）。CWDM系統(tǒng)的信道間隔一般為20nm，而DWDM系統(tǒng)信道間隔可以為1.6nm、0.8nm或更低。8WDM技術的特點（1）可以充分利用光纖巨大的帶寬資源。（2）對不同的信號具有很好的兼容性。（3）節(jié)約投資。（4）降低光電器件的要求。（5）可以靈活組網。98.1.2WDM系統(tǒng)的應用形式雙纖單向傳輸單纖雙向傳輸光分路插入傳輸10圖8-2雙纖單向傳輸WDM系統(tǒng)11圖8-3單纖雙向傳輸WDM系統(tǒng)12光發(fā)射機光分插復用器OADM光分插復用器OADM光接收機光接收機光發(fā)射機光纖光纖光纖圖8-4光分路插入傳輸WDM系統(tǒng)138.2.1WDM系統(tǒng)的基本結構WDM系統(tǒng)主要由光發(fā)送機、光中繼放大、光接收機、光監(jiān)控信道和網絡管理系統(tǒng)等部分組成。8.2WDM系統(tǒng)結構及分類14光合波器光轉發(fā)器11光轉發(fā)器2nBA光監(jiān)控信道發(fā)送器光發(fā)送機λ1λn光纖光接收機λs光分波器光接收1lnPA光接收2λ1λn光纖光監(jiān)控信道接收器λsLA光監(jiān)控信道接收/發(fā)送器λsλs光中繼放大網絡管理系統(tǒng)圖8-5WDM系統(tǒng)總體結構示意圖（單向）158.2.2WDM系統(tǒng)分類方法根據WDM線路系統(tǒng)中是否設置有EDFA，可以將WDM線路系統(tǒng)分為有線路光放大器WDM系統(tǒng)和無線路光放大器WDM系統(tǒng)。16*圖中給出的各參考點釋義見表8-1圖8-6有線路光放大器WDM系統(tǒng)的參考配置17有線路光放大器WDM系統(tǒng)的分類與應用代碼

應用代碼一般采用以下方式構成：nWx-y·z，其中n是最大波長數目W代表傳輸區(qū)段（W＝L，V或U分別代表長距離、很長距離和超長距離）x表示所允許的最大區(qū)段數（x＞1）y是該波長信號的最大比特率（y＝4或16分別代表STM-4或STM-16）z代表光纖類型（z＝2，3，5分別代表G.652，G.653或G.655光纖）18表8-2有線路放大器WDM系統(tǒng)的應用代碼應用長距離區(qū)段（每個區(qū)段的目標距離為80km）很長距離區(qū)段（每個區(qū)段的目標距離為120km）區(qū)段數58354波長4L5-y·z4L8-y·z4V3-y·z4V5-y·z8波長8L5-y·z4L8-y·z8V3-y·z8V5-y·z16波長16L5-y·z16L8-y·z16V3-y·z16V5-y·z19圖8-7無線路光放大器WDM系統(tǒng)的參考配置*圖中給出的各參考點釋義見表8-3208.2.3WDM系統(tǒng)波長規(guī)劃為了保證不同WDM系統(tǒng)之間的橫向兼容性，必須對各個波長通路的中心頻率（中心波長）進行標準化。ITU-T已經制訂了兩個針對WDM系統(tǒng)的建議——G.694.1和G.694.2，分別對應于DWDM和CWDM系統(tǒng)。

G.694.1標準主要針對的是光纖中最常用的C波段（1530~1560nm）和L波段（1560~1625nm）。21G.694.1波長規(guī)劃

規(guī)定DWDM系統(tǒng)中應以193.1THz為參考中心頻率（對應的參考中心波長為1552.52nm），不同信道間的間隔可以為12.5GHz、25GHz、50GHz、100GHz或其整數倍，總的可用范圍為184.5THz（1624.89nm）至195.937THz（1530.04nm）。若相鄰波長通路間隔為12.5GHz，可容納約915個波長；若相鄰波長通路間隔為25GHz，可容納約457個波長；若相鄰波長通路間隔為50GHz，可容納約228個波長；若相鄰波長通路間隔為100GHz，可容納約114個波長。WDM波長規(guī)劃原則

除了考慮需要滿足的系統(tǒng)總容量（復用的波長總數）外，還要考慮以下因素：（1）避開傳輸光纖的零色散區(qū)域以減小和消除四波混頻（FWM）效應的影響；（2）選取的波長應盡可能處于光放大器的增益平坦區(qū)域，以避免在實際應用時由于多個光放大器級聯(lián)造成的不同波長通路間輸出功率不同的情況。22231.中心頻率規(guī)劃

考慮到光纖損耗系數較低和光放大器增益較為平坦的都集中在C波段（1530~1565nm），因此16波長的WDM系統(tǒng)一般選取C波段設置波長，而對于32波長或更多復用波長的DWDM系統(tǒng)而言，可以把總的工作波長分為兩組（稱為紅帶和藍帶），分別進行光放大和前向糾錯等方法，使得系統(tǒng)的總體性能（如端到端的光信噪比）獲得優(yōu)化。24表8-432通路DWDM系統(tǒng)中心頻率序號標稱中心頻率（THz）標稱中心波長（nm）1192.101560.612192.201559.793192.301558.98………………30195.001537.4031195.101536.6132195.201535.8225表8-5CWDM系統(tǒng)標稱中心波長標稱中心波長（nm）127112911331……135113711391……157115911611262.中心頻率偏差中心頻率偏差定義為標稱中心頻率與實際中心頻率之差，影響其大小的主要因素包括光源啁啾、信號帶寬、自相位調制（SPM）效應引起的脈沖展寬、以及溫度和老化等。。對于16通路WDM系統(tǒng)，通道間隔為100GHz（約0.8nm），最大中心頻率偏移為±20GHz（約為0.16nm）；對于8通路WDM系統(tǒng)，通道間隔為200GHz（約為1.6nm）。為了未來向16通道系統(tǒng)升級，也規(guī)定對應的最大中心頻率偏差為±20GHz。278.3WDM系統(tǒng)關鍵技術

由于同時有多個不同波長通路在一根光纖中同時傳輸，因此對于WDM系統(tǒng)而言會存在一些單信道光纖通信系統(tǒng)中沒有的問題，包括：（1）光源的波長準確度和穩(wěn)定度（2）信道串擾（3）色散（4）非線性效應（5）光放大器引入的傳輸損傷281.光源的波長準確度和穩(wěn)定度問題

在WDM系統(tǒng)中，首先要求光源具有較高的波長準確度，否則可能會引起不同波長信號之間的干擾。再有就是必須對光源的波長進行精確的設定和控制，否則波長的漂移必然會造成系統(tǒng)無法穩(wěn)定、可靠地工作。所以要求在WDM系統(tǒng)中要有配套的波長監(jiān)測

與穩(wěn)定技術。

目前采用的主要方法有溫度反饋控制法和波長反饋控制法來達到控制與穩(wěn)定波長的目的。29光信道的串擾問題光信道的串擾是影響接收機的靈敏度的重要因素。信道間的串擾大小主要取決于光纖的非線性和復用器的濾波特性。在信道間隔為1.6nm或0.8nm的情況下，目前使用的光解復用器在系統(tǒng)中可以保證光信道間的隔離度大于25dB，可以滿足WDM系統(tǒng)的要求，但對更高速率的系統(tǒng)尚待研究。30光纖色散對傳輸的影響問題WDM系統(tǒng)中普遍使用了光放大器，光纖線路的損耗得以有效解決，但隨著總傳輸距離不斷延長，色散累計值也會隨之增加，系統(tǒng)成為色散性能受限系統(tǒng)。對于WDM系統(tǒng)中單個信道速率達到10Gb/s乃至40Gb/s以上時，需要采取色散補償措施。

由于光纖的色散系數與波長有關，因此對于WDM系統(tǒng)中的不同波長需要采取差異化或自適應的色散補償措施，即針對光纖的色散斜率進行補償。

此外，還要考慮偏振模色散（PMD）和高階色散等對系統(tǒng)性能的影響。31光纖的非線性效應問題對于常規(guī)的單信道光纖通信系統(tǒng)來說，入纖光功率較小，光纖呈線性狀態(tài)傳輸，各種非線性效應對系統(tǒng)的影響較小，甚至可以忽略。但在WDM系統(tǒng)中，隨著EDFA等放大器的使用，入纖的光功率顯著增大，光纖在一定條件下將呈現非線性特性，會對系統(tǒng)的性能，包括信道間串擾和接收機靈敏度等產生影響。32光放大器引入的傳輸損傷在WDM系統(tǒng)中，各光信道之間的信號傳輸功率有可能發(fā)生起伏變化，這就要求EDFA能夠根據信號的變化，實時地動態(tài)調整自身的工作狀態(tài)，從而減少信號波動的影響，保證整個信道的穩(wěn)定。在WDM系統(tǒng)中，如果有一個或幾個信道的輸入光功率發(fā)生變化甚至輸入中斷時，剩下的信道增益即輸出功率會產生躍變，甚至會引起線路阻塞。所以EDFA必須具有增益鎖定功能來避免某些信道完全斷路時對其他信道的影響。338.3.1光源技術對WDM系統(tǒng)采用的光源技術主要有：波長可調諧激光器波長可調諧濾波器高精度光源外調制技術348.3.2波分復用器/解復用器光波分復用/解復用器（WDM/DWDM）是波分復用系統(tǒng)的關鍵器件。其功能是將多個波長不同的光信號復合后送入同一根光纖中傳送（波分復用器）或將在一根光纖中傳送的多個不同波長的光信號分解后送入不同的接收機（解復用器）。波分復用器和解復用器也分別被稱為合波器和分波器，是一種與波長有關的光纖耦合器。光波分復用器/解復用器性能的優(yōu)劣對于WDM系統(tǒng)的傳輸質量有決定性的影響。35WDM/DWDM器的結構原理根據制造的特點，WDM器件大致有熔錐光纖型、干涉濾波器型和光柵型等幾種類型。熔錐光纖型

干涉濾波器型

光柵型

集成光波導型

熔錐光纖型3637薄膜濾波器自聚焦透鏡自聚焦透鏡1×N分路器介質薄膜干涉濾波器型38準直透鏡光柵光纖光纖光柵自聚焦透鏡(a)用傳統(tǒng)透鏡作準直器件(b)用自聚焦透鏡作準直器件光柵型39集成光波導型40WDM/DWDM器件性能插入損耗隔離度回波損耗工作波長范圍通路帶寬418.3.3光轉發(fā)器（OTU）

根據光接口的兼容性可以分成開放式和集成式兩種系統(tǒng)結構。集成式系統(tǒng)要求接入光接口滿足DWDM光接口標準（即ITU-TG.692波長標準），開放式系統(tǒng)在波分復用器前加入了波長轉換器（OTU），將SDH光接口（即ITU-TG.957）轉換成符合ITU-TG.692規(guī)定的接口標準。OTU的基本功能是完成G.957到G.692的波長轉換功能，使得包括SDH在內的各類不具備WDM標準波長的光纖通信系統(tǒng)能夠接入WDM系統(tǒng)，另外，OTU還可以根據需要增加定時再生的功能。圖8-13OTU應用示例42SDH系統(tǒng)DWDM系統(tǒng)O/EE/O定時再生G．957G．692OTU43OTU應用場合44圖8-17基于XGM原理OTU示意圖458.3.4光纖傳輸技術

WDM系統(tǒng)中的光纖傳輸技術與一般的光纖通信系統(tǒng)相比，由于存在傳輸速率高和信道數量多等特點，因此存在著一些特殊的要求，包括光纖選型、色散補償技術和色散均衡技術等。461.光纖選型

在使用1550nm波長段的光纖通信系統(tǒng)中，對單波長、長距離的通信采用G.653光纖（DSF光纖）具有很大的優(yōu)越性。但當G.653光纖用于WDM系統(tǒng)中時，可能在零色散波長區(qū)出現嚴重的非線性效應，其中四波混頻FWM對系統(tǒng)的影響尤為明顯。FWM效應產生的大量寄生波長或感生波長與初始的某個傳輸波長一致，造成嚴重的干擾。如在已有的G.653光纖線路上開通WDM系統(tǒng)，一般可以采用非等間隔布置波長和增大波長間隔等方法。但總的來看，G.653光纖不適合于高速率、大容量、多波長的WDM系統(tǒng)。47WDM系統(tǒng)中不能使用G.653光纖原因：

四波混頻效應原理示意f12f331f221f332f223f13f321f231f312f132f213f123f3f2f1頻率信道1信道3信道2fFWM=f1±f2±f3由于四波混頻（FWM）效應，多個波長會激發(fā)出新的感生波長，對原有信道產生影響和干擾。G.653光纖在1550nm波長處色散為零，FWM效應明顯，因此不適合用于WDM系統(tǒng)。DWDM系統(tǒng)光纖選型

為了有效抑制四波混頻效應，可以選擇G.655非零色散位移光纖（NZDSF）。這樣既避開了零色散區(qū)（避免FWM效應），同時又保持了較小的色散值，利于傳輸高速率的信號。而為了適應WDM系統(tǒng)單個信道的傳輸速率需求，可以使用偏振模色散性能較好的G.655B和G.655C光纖。

從系統(tǒng)成本角度考慮，尤其是對原有采用G.652光纖的系統(tǒng)升級擴容而言，在G.652光纖線路上增加色散補償元件以控制整個光纖鏈路的總色散值也是一種可行的辦法。

未來WDM系統(tǒng)中可能會利用整個O、S、C和L波長段，因此色散平坦光纖G.656光纖可能會得到較大的應用，如果單信道速率要求較低的話，無水峰的G.652C和G.652D也可以選擇。48492.色散補償技術隨著現代通信網對傳輸容量要求的急劇提高，原有光纖線路中大量使用的G.652光纖已不能適應，采用波分復用和色散補償技術在現有光纖系統(tǒng)上直接升級高速率傳輸系統(tǒng)是目前較為適宜的技術方法。50色散補償光纖DCF對光纖一階群速度色散（GVD）完全補償的條件為（8-4）式中

——傳輸光纖在波長處的色散系數；——色散補償光纖在波長處的色散系數；——傳輸光纖的長度；——色散補償光纖的長度。

51DCF的品質因數DCF的品質因數FOM（FigureofMerit）定義為（8-6）式中 FOM為品質因數，單位（ps/nm·dB）；D——色散系數，單位（ps/nm·km）α——衰減系數，單位（dB/km）。FOM是DCF的重要參數，可以用來對不同類型的DCF進行性能比較。52色散補償光纖DCF與常規(guī)單模光纖色散特性常規(guī)單模光纖在1550nm附近具有高的色散，不利于高速率光纖通信系統(tǒng)色散補償光纖在1550nm附近具有負色散，可以抵消常規(guī)單模光纖的正色散其他色散補償技術預啁啾技術色散均衡器光相位共軛色散補償533.偏振模色散補償電補償技術光電結合補償方法光域補償54554.色散均衡技術在原有采用G.652光纖的系統(tǒng)中，采用色散補償技術只能實現整個鏈路或者其中部分數字段的總色散為零，但是由于色散補償元件是分段式的使用的，這就可能造成光纖鏈路的色散值呈現起伏波動的情況，這也不利于WDM系統(tǒng)。因此需要引入色散均衡技術，在保證整個鏈路色散最小的同時，中間任意數字段的色散起伏都不會很大。8.3.4光放大器增益箝制技術WDM系統(tǒng)中，個別波長通道的故障或者波長上下路等網絡配置的更改，都會引起光纖鏈路中實際傳輸波長數量的變化，光功率也隨之變化。為了保證每個波長通道的輸出功率穩(wěn)定，光放大器的增益應能隨實際應用的波長數進行自動調整，即需要光放大器的泵浦源輸出功率能夠隨著輸入信號的變化進行自動調整。光放大器的增益箝制技術就是指當輸入功率在一定范圍內變化時，光放大器的增益隨之變化并使得其他波長通道的輸出功率保持溫度的技術。光放大器的增益箝制實現機制主要包括總功率控制法、飽和波長法、載波調制法和全光增益箝制法等。56578.3.5光監(jiān)控信道技術

在使用光放大器作為中繼器的WDM系統(tǒng)中，由于光放大器中不提供業(yè)務信號的上下，同時在業(yè)務信號的開銷位置中（如SDH的幀結構）也沒有對光放大器進行監(jiān)控的冗余字節(jié)，因此缺少能夠對光放大器以及放大中繼信號的運行狀態(tài)進行監(jiān)控的手段。此外，對WDM系統(tǒng)的其他各個組成部件的故障告警、故障定位、運行中的質量監(jiān)控、線路中斷時備用線路的監(jiān)控等也需要冗余控制信息。為了解決這一問題，WDM系統(tǒng)中通常采用的是業(yè)務以外的一個新波長上傳送專用監(jiān)控信號，即設置光監(jiān)控信道（OSC）。OSC的設置原則OSC的波長不應與光放大器的泵浦波長重疊；OSC不應限制兩線路放大器之間的距離；OSC提供的控制信息不收光放大器的限制，即線路放大器失效時監(jiān)控信道應盡可能可用；OSC傳輸應該是分段的，且具有均衡放大、識別再生、定時功能和雙向傳輸功能，在每個光放大器中繼站上，信息能被正確的接收下來；只考慮在兩根光纖上傳輸的雙向系統(tǒng)，允許OSC在雙向傳輸，以便若其中一根光纖被切斷后，監(jiān)控信息仍然能被線路終端接受到。5859OSC實現技術帶外監(jiān)控技術對于使用EDFA作為線路放大器的WDM系統(tǒng)，需要一個額外的光監(jiān)控信道。ITU-T建議采用一個特定波長作為光監(jiān)控信道，傳送監(jiān)測管理信息。此波長位于業(yè)務信息傳輸帶寬之外時可選用1510±10nm，速率為2048kb/s。帶內監(jiān)控技術選用位于EDFA增益帶寬內的波長1532±4.0nm作為監(jiān)控信道波長。此時監(jiān)控系統(tǒng)的速率可取為155Mbit/s。60圖8-28帶外波長監(jiān)控示意圖8.4WDM設備與組網WDM設備類型光交叉連接（OXC）和光分插復用器（OADM）WDM網絡結構廣播選擇網和波長選路網WDM網絡保護光通道層保護和光復用段層保護6162

光時分復用（OTDM）和電時分復用類似，也是把一條復用信道劃分成若干個時隙，每個基帶數據光脈沖流分配占用一個時隙，N個基帶信道復用成高速光數據流信號進行傳輸。換而言之，OTDM是將多個高速調制光信號轉換為等速率光信號，然后在光發(fā)送機中利用超窄光脈沖進行時域復用，將其調制為更高速率的光信號然后再注入到光纖里進行傳輸。

光時分復用通信系統(tǒng)主要由光發(fā)送部分、傳輸線路和光接收部分等組成。8.5OTDM原理63OTDM系統(tǒng)結構64本章小結和知識點

WDM原理和系統(tǒng)構成

WDM中心頻率和間隔

WDM系統(tǒng)關鍵技術

WDM系統(tǒng)應用形式光纖通信系統(tǒng)66本章內容簡介為了滿足全程全網各種通信的要求，需要對通信網在技術和經濟相權衡的基礎上進行規(guī)劃和設計。對通信系統(tǒng)進行規(guī)劃和設計時，首要考慮的因素是系統(tǒng)的傳輸性能。數字光纖通信系統(tǒng)的各種傳輸性能指標（如誤碼、抖動、漂移和延時等）必須滿足系統(tǒng)傳輸性能的要求。本章主要講解系統(tǒng)的傳輸性能指標要求以及相應的系統(tǒng)設計和規(guī)劃方法。

679.1數字傳輸模型目的方法分類689.1.1數字傳輸模型原理及意義一個通信連接是通信網中從用戶至用戶，包括參與交換和傳輸的各個部分(如用戶線，終端設備，交換機，傳輸系統(tǒng)等)的傳輸全程。通信連接是根據用戶需要建立的各種機線設備的臨時組合。這些實際的連接有長有短，結構上有簡單有復雜，傳輸的業(yè)務可能也不相同。69思考確定傳輸系統(tǒng)性能的模型應該按照什么原則設定？是按照系統(tǒng)性能最佳的組合，還是按照可能出現的最壞情況進行設計？

ITU-T提出了各種數字傳輸模型的建議。模型分為假設參考連接（HRX），假設參考數字鏈路（HRDL）和假設參考數字段（HRDS）等。在此基礎上，針對全光的光傳送網（OTN），ITU-T還提出了假設參考光通道（HROP）。9.1.2數字傳輸模型分類

假設參考連接（HRX）

假設參考數字鏈路（HRDL）

假設參考數字段（HRDS）7071圖9-1標準數字假設參考連接HRX是按照最長距離和最壞情況下考慮的全程64kb/s連接國際部分4段國內部分5段HRX實際上是極端情況下的系統(tǒng)模型，按HRX設計的系統(tǒng)能滿足實際中的性能要求72圖9-2標準數字假設參考連接（中等長度）國際部分只有1段國內部分3段實際連接一般都比最長HRX短，因此引入了標準中等長度HRX73圖9-3標準數字假設參考連接（用戶接近ISC）注意與前2種模型的區(qū)別749.1.3光傳送網傳輸模型

光傳送網（OTN）是ITU-T最新的傳送網標準，ITU-T專門制定了建議G.8021對其誤碼性能進行了規(guī)范。為了與傳統(tǒng)的假設參考連接保持一致，G.8021建議針對OTN端到端誤碼性能也定義了一個27500km的假設參考光通道（HROP）。HROP引入了運營域的概念以取代了傳統(tǒng)的國內和國際部分的劃分，其中包括本地運營域（LOD）、區(qū)域運營域（ROD）和骨干運營域（BOD），LOD和ROD可以看作是國內部分，BOD是國外部分。

75圖9-4假設參考光通道9.2光接口性能9.2.1SDH光接口性能9.2.2WDM光接口性能761.SDH光接口分類ITU-T根據傳輸距離和所用技術將SDH光接口歸納為局內通信、短距離局間通信和長距離局間通信三類。實際應用中分別使用不同代碼表示三類光接口。77表9-1SDH光接口分類應用場合局內通信局間通信短距離長距離工作波長（nm）13101310155013101550光纖類型G.652G.652G.652G.652G.652G.654G.655目標傳輸距離（km）≤2~15~40~80STM等級STM-1STM-4STM-16STM-64I-1I-4I-16I-64S-1.1S-4.1S-16.1S-64.1S-1.2S-4.2S-16.2S-64.2L-1.1L.4.1L-16.1L-64.1L-1.2L-4.2L-16.2L-64.2L-1.3L-4.3L-16.3L-64.3782.SDH光接口參數

光線路碼型

系統(tǒng)工作波長范圍

光發(fā)送機接口

光通道

光接收機接口799.2.2WDM光接口參數

中心頻率偏差

光通道衰減

光通道色散80中心頻率偏差中心波長（頻率）偏差定義為標稱中心波長（頻率）與實際中心波長（頻率）之差。影響其大小的主要因素有激光器頻率啁啾、信號帶寬、非線性效應引起的頻譜展寬以及期間老化和溫度的影響。通道間隔n（GHz）50/100≥200最大中心頻率偏差（±GHz）待定n/581光通道衰減與SDH系統(tǒng)光通道衰減性能類似，WDM系統(tǒng)光通道衰減也是一個范圍，其最大值主要受限于光放大器增益以及反射等因素。82應用代碼Lx-y.zVx-y.zUx-y.z最大光通道衰減（dB）223344應用代碼nLx-y.znVx-y.z最大光通道衰減（dB）2233光通道色散應用代碼LVUnV3-y.2nL5-y.2nV5-y.2nL8-y.2目標傳輸距離（km）80120160360400600640最大色散（ps/nm）160024003200720080001200012800表中所給出的無線路放大器和有線路放大器WDM系統(tǒng)在G.652光纖上的光通道色散限值，目標距離的計算中假設光纖的色散系數是20ps/nm.km，比G.652光纖的實際色散系數值略大，也是基于最壞值的考慮。839.3光纖數字通信系統(tǒng)性能9.3.1誤碼9.3.2抖動9.3.3漂移9.3.4延遲8485

對于一個數字通信系統(tǒng)而言，誤碼是最易觀察到的傳輸損傷。顧名思義，誤碼表示由于傳輸過程中各種干擾、噪聲、畸變等導致的接收的信號與發(fā)送信號不一致的情況，即差錯。

數字傳輸系統(tǒng)的誤碼性能通常用誤碼率衡量，誤碼率是指在特定的一段時間內所接收到的差錯誤碼元數目與在同一時間內所收到的碼元總數之比9.3.1誤碼（Error）86比特誤碼率誤碼率的數值通?？捎胣×10-P的形式表示，其中P為一整數。對于數字系統(tǒng)來說，實際上指的是比特誤碼率(BER)，它是指每個碼元為1比特時的誤碼率，其表達式為：

(9-2)87考察誤碼率的重要意義誤碼率是衡量數字系統(tǒng)傳輸質量好壞的一個主要指標。對于不同的通信業(yè)務，誤碼的影響后果也不同。對誤碼發(fā)生的形態(tài)和原因、誤碼的評定方法以及誤碼全程指標的確定和在網絡各組成部分的合理分配等問題的研究都是十分重要的，是提供光纖數字傳輸系統(tǒng)設計的重要依據。881.誤碼產生原因絕大多數的誤碼發(fā)生形態(tài)可歸為兩類：一類是誤碼顯示出隨機發(fā)生形態(tài)，即誤碼往往是單個隨機發(fā)生的，具有偶然性。另一類誤碼常常是突發(fā)的，成群發(fā)生的，這種誤碼在某個瞬間可能集中發(fā)生，而在其它大部分時間可能處于幾乎沒有誤碼的狀態(tài)。誤碼發(fā)生的原因是多方面的。理想的光纖傳輸系統(tǒng)是十分穩(wěn)定的傳輸通道，基本上不受外界電磁干擾的影響，造成誤碼的主要內部機理有下列幾類：各種噪聲源、色散引起的碼間干擾、定位抖動產生的誤碼及復用器、交叉連接設備和交換機的誤碼等。899.2.3誤碼特性的評定方法1.長期平均比特誤碼率

平均誤碼率是指測量期間內收到的錯誤比特數與同一時期傳送的全部比特數之比。用長期平均比特誤碼率的方法來評定誤碼，即是在較長的統(tǒng)計時間內，考查其平均比特誤碼率不超過某一定值來衡量誤碼率的水平。長期平均誤碼率適用于誤碼是單個隨機發(fā)生的情況。90長期平均誤碼率的缺點對于突發(fā)的群誤碼的情況，長期平均誤碼率不能正確地進行評定。因為可能在某一限定時間內，由于突發(fā)群誤碼而導致誤碼率遠遠超過可以接收的水平，而在其它時間內誤碼率非常小，結果二者的長期平均誤碼率仍保持合格，這樣高誤碼率發(fā)生時期對通信業(yè)務質量影響并未反映出來，或者說沒有表示出誤碼隨時間的分布特性，因此采用這種評定方法有很大的局限性。91為了能正確地反映誤碼的分布信息，ITU-TG.821建議采用時間率的概念來代替平均誤碼率的評定方法。所謂誤碼時間率是以比特誤碼率超過規(guī)定閾值(BERT)的百分數來表示的。這是在一個較長的時間TL內觀察誤碼，記錄每次平均取樣觀測時間T0內的誤碼個數或誤碼率超過某一定值m的時間百分數。2.誤碼的時間百分數92圖9-5誤碼率隨時間的變化只要T0和TL選擇恰當，就可以用來評價各種數字信息在單位時間內誤碼的程度以及誤碼超過某一規(guī)定值的時間占總測量時間的百分數。因此，是比較適用和便于測量的評定方法。T0為取定的適合于評定各種業(yè)務的單位時間，TL為測量誤碼率總時間。誤碼時間率閾值（BERT）

在ITU-TG.821建議中，把誤碼劣化狀態(tài)劃分為三個領域來考慮：

可以正常通信的領域，即可接受的領域，其閾值為1×10-6。

可以通信但質量有所劣化的領域，即劣化領域，其閾值為1×10-6～1×10-3。

不能通信的領域，即不可接受的領域，其閾值為1×10-3。9394（1）N×64Kbit/s數字連接的誤碼性能

ITU-T建議G.821定義了2個參數來度量N×64Kbit/s(N≤31)通路27500km全程端到端連接的誤碼性能。

誤碼秒(ES)表示至少有一個誤碼的秒。

嚴重誤碼秒(SES)表示BER≥1×10－3的秒。3.誤碼性能的規(guī)范95誤碼性能要求ITU-T建議G.821對于N×64Kbit/s(N≤31)全程27500km端到端連接誤碼性能要求如下表所示。參數表示性能要求誤碼秒ESES占可用時間的比例ES％<8％嚴重誤碼秒SESSES占可用時間的比例SES％<0.2％96圖9-6N×64Kbit/s連接全程誤碼指標的分配97（2）高比特率數字通道的性能誤碼性能參數G.826性能參數是以“塊”為基礎的一組參數。所謂“塊”指一系列與通道有關的連續(xù)比特，當同一塊內的任意比特發(fā)生差錯時，就稱該塊是差錯塊。ITU-T所規(guī)定的3個高比特通道誤碼性能參數如下：

誤塊秒比(ESR)

嚴重誤塊秒比(SESR)背景誤塊比(BBER)高比特通道誤碼性能參數誤塊秒比（ESR）：當某1秒具有1個或多個差錯塊或至少出現1個網絡缺陷時就稱為誤塊秒（ES）。在規(guī)定測量間隔內出現的誤塊秒數與總的可用時間之比稱為誤塊秒比（ESR）。

嚴重誤塊秒比（SESR）：當某1秒內包含有不少于30％的差錯塊或者至少出現1種缺陷時認為該秒為嚴重誤塊秒（SES）。在規(guī)定的測量時間內出現的SES數與總的可用時間之比稱為嚴重誤塊秒比（SESR）。

背景誤塊比（BBER）：指扣除不可用時間和SES期間出現的差錯塊以后所剩下的差錯塊。

BBE數與扣除不可用時間和SES期間所有塊數后的總塊數之比稱背景誤塊比（BBER）。9899誤碼性能要求ITU-T建議G.826對高比特率通道全程27500km端到端通道誤碼性能要求見下表所示。速率Mbit/s1.5～5>5～15>15～55>55～160>160～3500比特/塊800～50002000～80004000～200006000～2000015000～30000ESR0.040.050.0750.16未定SESR0.0020.0020.0020.002未定BBER2×10－42×10－42×10－42×10－410－4100誤碼指標的分配為了將27500km的指標分配給各組成部分，G.826建議采用了按區(qū)段分配的基礎上再結合按距離分配的方法。這種分配方法技術上更加合理，且能照顧到大國及小國的利益。101圖9-7高比特率通道全程誤碼指標分配光傳送網誤碼規(guī)范通道類型比特率塊數/秒SESRBBERODU12.5Gbit/s2042010-32×10-5ODU210Gbit/s8202510-35×10-6ODU340Gbit/s32949210-31.25×10-61021039.3.2抖動（Jitter）抖動是數字信號傳輸過程中的一種瞬時不穩(wěn)定現象。抖動的定義是：數字信號的各有效瞬間對其理想時間位置的短時偏移。所謂短時偏移是指變化頻率高于10Hz的相位變化，對應的低于10Hz的變化稱為漂移。

對于高速大容量光纖數字傳輸系統(tǒng)而言，隨著傳輸速率的提高，脈沖的寬度和間隔越窄，抖動的影響就越顯著。因為抖動使接收端脈沖移位，從而可能把有脈沖判為無脈沖，或反之，把無脈沖判為有脈沖，從而導致誤碼。104?t1?t2?t3?t4發(fā)送信號接收信號抖動示意圖105抖動的單位抖動的大小或幅度通?？捎脮r間、相位度數或數字周期來表示。根據ITU-T建議，普遍采用數字周期來度量，即用“單位間隔”或稱時隙(UI)來表示。1UI相當于1比特信息所占有的時間間隔，它在數值上等于傳輸比特率的倒數。抖動可以分為相位抖動和定時抖動。所謂相位抖動是指傳輸過程中所形成的周期性的相位變化。所謂定時抖動是指脈碼傳輸系統(tǒng)中的同步誤差。106表9-9PDH系列信號對應的UI值碼速率Mbit/s2.0489.44834.368139.264單位抖動(ns)48811829.17.181071.抖動的來源在數字傳輸系統(tǒng)中，抖動的來源有以下幾個方面：線路系統(tǒng)的抖動隨機性抖動系統(tǒng)性抖動復用器的抖動PDH復用器抖動SDH復用器抖動108線路系統(tǒng)的抖動隨機性抖動源各種噪聲源 定時濾波器失諧時鐘相位噪聲系統(tǒng)抖動源碼間干擾限幅器的門限偏移激光器的圖案效應109復用器的抖動（1）PDH復用器的抖動PDH體制采用插入比特的正碼速調整方法，在接收解復用側，需要把這些附加的插入比特全部扣除，從而形成了帶空隙的脈沖序列，由這樣的非均勻脈沖序列所恢復的時鐘就會帶有相位抖動。（2）SDH復用器的抖動在SDH復用器中采用指針調整機制。指針調整將產生相位躍變。由于指針調整是按字節(jié)為單位進行的，一個字節(jié)含8bit，因而一次字節(jié)調整將產生8UI的相位躍變。1102.抖動性能的規(guī)范

PDH網的抖動性能規(guī)范網絡接口的最大允許抖動設備輸入口的抖動和漂移容限設備抖動傳遞特性

SDH網的抖動性能規(guī)范網絡接口的最大允許抖動設備輸入口的抖動和漂移容限1119.3.3漂移（Wander）9.4.1漂移的概念

漂移的定義為數字信號的特定時刻(例如最佳抽樣時刻)相對其理想時間位置的長時間偏移。引起漂移的一個最普通的原因是環(huán)境溫度變化，它會導致光纜傳輸特性發(fā)生變化，從而引起傳輸信號延時的緩慢變化。因此漂移可以簡單地理解為信號傳輸延時的慢變化。1129.3.4延時（Delay）信號從一個地方傳輸到另一個地方總是需要一定時間的，所需的時間就是信號傳輸延時。嚴格說，延時是指數字信號傳輸的群延時，即數字信號以群速通過一個數字連接所經歷的時間，又稱包絡延時。當延時過大時會使通路發(fā)生困難，因此必須加以控制。113延遲的產生在整個端到端通信連接中，可能產生延時的環(huán)節(jié)很多，主要由下面幾方面：傳輸系統(tǒng)網絡節(jié)點和其它數字設備產生的延時

SDH引入的延時1149.4光纖通信系統(tǒng)的可用性對光纖通信的要求是迅速、準確和連接不間斷地工作。因此對系統(tǒng)的可靠性提出了較高的要求。

注意可靠性（Reliability）和可用性（Availability）的概念是不一樣的。可靠性指的是某個產品和系統(tǒng)在一定條件下無故障地執(zhí)行指定功能的能力或可能性；而可用性指的是在要求的外部資源和條件得到保證的前提下，某個產品或系統(tǒng)在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時刻或時間區(qū)間內處于可執(zhí)行規(guī)定功能狀態(tài)的能力。換而言之，可用性是產品或系統(tǒng)的可靠性、維修性和維修保障性的綜合反映。

115可靠性和可用性表示方法通常用來表示系統(tǒng)可靠性的參數有兩個：一個是平均故障間隔時間(MTBF)，單位為小時；另一個是故障率(λ)，單位為1/小時。λ＝1/MTBF。當λ采用10-9/小時作為計量單位時，稱為Fit，即1Fit＝10-9/小時。116可用性系統(tǒng)的可用性是指在給定的時間間隔內處于良好工作狀態(tài)的能力。系統(tǒng)的可用性(A)用系統(tǒng)的可用時間與規(guī)定的總工作時間的比值來表示，即：式中：A為可用性可用時間即為系統(tǒng)的平均故障間隔時間MTBF

總的工作時間包括：平均故障間隔時間(MTBF)和平均故障修理時間(MTTR)所以

(9-4)117不可用性當用失效率(不可用性)進行計算時，表達式為：式中F為失效率不可用時間即平均故障修理時間(MTTR)，所以

(9-6)由于MTTR值較小，故式(9.6)可近似為

(9-7)因此

(9-8)1189.4.2光纖通信系統(tǒng)可用性計算光纖通信系統(tǒng)主要包括PCM復用設備、光端機、中繼機、光纜、供電設備、備用轉換設備等。光纖通信多采用熱備用系統(tǒng)和自動保護倒換設備來提高系統(tǒng)的可用性。設主用系統(tǒng)為n個，備用系統(tǒng)為m個，主、備用系統(tǒng)比為n：m。若單個系統(tǒng)失效率為F0，在（n+m）個系統(tǒng)中，只要有任意（m+1）個以上系統(tǒng)出現故障，就不能確保n個主用系統(tǒng)均正常工作。119可用性計算分析（1）（m+1）個系統(tǒng)同時出現故障的概率為(F0)m+1，所以在（n+m）個系統(tǒng)中，任意（m+1）個系統(tǒng)同時出現的故障概率為Cn+mm+1(F0)m+1，同理，在（n+m）個系統(tǒng)中，任意（m+2）個系統(tǒng)同時出現故障概率為Cn+mm+2(F0)m+2。因此，n個主用系統(tǒng)中有任何系統(tǒng)發(fā)生故障的失效率為：

(9-9)120可用性計算分析（2）一般情況下，在（n+m）個系統(tǒng)中，任意（m+2）個以上系統(tǒng)同時出現故障的概率相對很小，因此式(9-9)中，僅取第一項就能滿足精度要求，所以，式(9-9)可近似為(9-10)假設各個主用系統(tǒng)失效率相同，則每個主用系統(tǒng)發(fā)生故障的失效率為