光传输技术SDH-04光传输系统的性能分析.ppt

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1、第四章第四章 SDH光传输系统及其性能分析光传输系统及其性能分析 第一节第一节 SDH SDH光传输系统光传输系统第二节第二节 SDH SDH线路性能分析线路性能分析第三节第三节 SDH SDH网络性能指标网络性能指标第四节第四节 SDH SDH光接口、电接口技术标准光接口、电接口技术标准第一节第一节 SDH光传输系统光传输系统 一、一、点到点链状线路系统点到点链状线路系统在图在图4-1（a）中给出了一个典型点到点链状）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，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、中继它是由具有复用和光接口功

2、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器和光缆传输线构成，其中中继器可以采用目前常见的光常见的光电电光再生器，也可以使用掺饵光纤光再生器，也可以使用掺饵光纤放大器放大器(EDFA)，在光路上完成放大的功能。另外，在光路上完成放大的功能。另外在此系统中，既可以构成单向系统，也可以构成在此系统中，既可以构成单向系统，也可以构成双向系统。双向系统。图图4-1 SDH系系统统二、二、环路系统环路系统1.环路系统组成环路系统组成如图如图4-1（b）所示，在环路系统中，可选）所示，在环路系统中，可选用分插复用器用分插复用器(ADM)，也可以选用交叉连接设，也可以选用交叉连接设备来作为

3、节点设备，它们的区别在于后者具有备来作为节点设备，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、交叉连接功能，它是一种集复用、自动配线、保护保护/恢复、监控和网管等功能为一体的传输恢复、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）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.环路系统间的互连环路系统间的互连（1）单节点互连单节点互连单节点互连是一种最简单的互连方式，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

4、两个环形子网间它是通过一个节点来实现两个环形子网间的互连。在图的互连。在图4-2中给出了三种实现单节点中给出了三种实现单节点互连的方法。互连的方法。环间公网环间公网DXC互连互连 环间通过独立环间通过独立DXC互连互连 环间通过环间通过ADM 支路互连支路互连图图4-2 单单节节点点环环形形网网的的互互连连(2)多节点互连多节点互连所谓多节点互连方式是指通过一个以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，如上的节点来完成两个环网之间的互连，如图图4-3所示。图中给出两种最简单的双节点所示。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互连方式。这样两个环

5、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。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但与单节点互连方式相比一次性投资成本较高。较高。图图4-3 双双节节点点自自愈愈环环间间的的互互连连第二节第二节 SDH线路性能分析线路性能分析一、一、衰减与色散对中继距离的影响衰减与色散对中继距离的影响1.衰减对中继距离的影响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

6、身的固有衰减，再的内容，其一是光纤本身的固有衰减，再者就是光纤的连接损耗和微弯带来的附加者就是光纤的连接损耗和微弯带来的附加损耗。损耗。光纤的传输损耗是光纤通信系统中一个非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。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。分光能变成热能，从而造成光功率的损失。散射损耗

7、则是由光纤的材料、形状、折射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。光发生散射，从而引入的损耗。2.色散对中继距离的影响色散对中继距离的影响（1）光纤的色散特性光纤的色散特性信号在光纤中是由不同频率成分和不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，这就是收端接收时，就会出现前后错开，这就是色散现象，使波形在时间上发生了展宽。色

8、散现象，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。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

9、差的单越严重，信号传输距离越短。时延差的单位是位是ps/(kmnm)。（2）色散受限系统色散受限系统光纤自身存在色散，即材料色散、波光纤自身存在色散，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。料色散和波导色散。比较重要的有三类，即码间干扰、模比较重要的有三类，即码间干扰、模分配噪声和啁啾声。在此，重点讨论由这分配噪声和啁啾声。在此，重点讨论由这三种因素造成的对系统中继距离的限制。三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码间干扰对中继距离的影响

10、由于激光器所发出的光波是由许多根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，出现传输的光脉冲的宽度展宽，出现“拖尾拖尾”，因而造成相邻两光脉冲之间的相互干扰，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。这种现象就是码间干扰。分析显示，传输距离与码速、光纤的分析显示，传输距离与码速、光纤

11、的色散系数以及光源的谱宽成反比，即系统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，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，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。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模分配噪声对中继距离的影响a.激光器的谱线特性激光器的谱线特性从图从图4-5中可以看出，各谱线功率的中可以看出，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。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

12、起伏b.模分配噪声的产生及影响：因为单模光纤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具有色散，所以激光器的各谱线(各频率分量各频率分量)经经过长光纤传输之后，产生不同的时延，在接收端过长光纤传输之后，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

13、是在发送端的光源和传输介质看出，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，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。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啁啾声对中继距离的影响模分配噪声的产生是由于激光器的多模分配噪声的产生是由于激光器的多纵模性造成的，因而人们提出使用新型的纵模性造成的，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，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。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对于处于直接强度调制状态下的单纵模激光器，其载流

14、子密度的变化是随注入电流的变化光器，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，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，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

15、会存在随机成分，这收取样点所接收的信号中就会存在随机成分，这就是一种噪声就是一种噪声啁啾声。啁啾声。3.最大中继距离的计算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，在中继距离的设计中应考虑衰主要任务，在中继距离的设计中应考虑衰减和色散这两个限制因素。减和色散这两个限制因素。（1）衰减受限系统衰减受限系统（2）色散受限系统色散受限系统 多多纵纵模模激激光光器器（MLM）和和发发光光二二极管（极管（LED）单纵模激光器（单纵模激光器（SLM）第三节第三节 SDH网络性能指标网络性能指标一、一、SDH网络性能指标网络性能指标1.假设参考数字连接假设参

16、考数字连接（HRX）一个数字通道是指与交换机或终端设备相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连接的两个数字配线架DDF或等效设备间的全部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，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。因而呈现透明性。ITU-T规定在全球范围内任意两个用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户间的最长假设数字通道的长度为27500km，

17、其中包括国内部分，最长假设，其中包括国内部分，最长假设参考数字通道的长度为参考数字通道的长度为6900km，这部分又，这部分又可分为长途网、中继网和用户网（接入网）可分为长途网、中继网和用户网（接入网）三部分，如图三部分，如图4-6所示。可见所示。可见ITU-T建议的建议的一个标准的最长一个标准的最长HRX包含包含14个假设参考数个假设参考数字链路和字链路和13个交换节点。个交换节点。图图4-6 假设参考数字连接组成图假设参考数字连接组成图2.假设参考数字链路（通道）假设参考数字链路（通道）把把HRX中的两个相邻交换点的数字配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、分接设备线架间

18、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），用假设等各种传输单元（不包括交换），用假设参考数字链路（参考数字链路（HRDL）表示。）表示。3.假设参考数字段假设参考数字段为了具体提供数字传输系统的性能为了具体提供数字传输系统的性能指标，把指标，把HRDL中相邻的数字配线架的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，长途考数字段表示。根据我国的特点，长途一级干线一级干线HRDS为为420km，长途二级干，长途二级干线的线的HRDS为为280km。二、二、SDH网络的误码性能网络的误码性能在在PDH传输网中

19、的误码特性是用平均传输网中的误码特性是用平均误码率（误码率（BER）、严重误码秒、误码秒来）、严重误码秒、误码秒来描述的。描述的。1.误码评定参数误码评定参数看出是以误块秒比看出是以误块秒比(ESR)、严重误块秒、严重误块秒比比(SESR)及背景误块比及背景误块比(BBER)为参数来表为参数来表示的。首先我们介绍误块的概念。示的。首先我们介绍误块的概念。（1）误块（误块（EB）由于由于SDH帧结构是采用块状结构，因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认为该块出现差错，通常称该块为差错块或误块。或误块

20、。（2）误码性能参数误码性能参数 误块秒比（误块秒比（ESR）严重误块秒比（严重误块秒比（SESR）背景误块比（背景误块比（BBER）三个指标中，三个指标中，SESR指标最严指标最严格，格，BBER最松，因而只要通道满最松，因而只要通道满足足ESR及指标的要求，必然及指标的要求，必然BBER指标也得到满足。指标也得到满足。2.误码性能规范误码性能规范（1）全程误码指标全程误码指标值得说明的一点是系统的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

21、，则认为该通道不符合何一项指标不满足，则认为该通道不符合全程误码性能指标的要求。全程误码性能指标的要求。（2）指标分配指标分配 国际部分国际部分 国内部分国内部分三、三、SDH网络抖动性能网络抖动性能抖动是数字光纤通信系统的重要指标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，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；它包括数字复

22、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：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。以及抖动转移特性等。1.SDH网络接口与数字网络接口与数字段的最大允许输出抖动段的最大允许输出抖动2.SDH设备抖动设备抖动四、四、SDH网络延时特性网络延时特性1.延时的概念延时的概念2.产生延时的各环节产生延时的各环节第四节第四节 SDH光接口、电接口技术标准光接口、电接口技术标准一、一、SDH光接口、电接口的界定光接口、电接口的界定1.光接口、电接口的界定光接口、电接口的界定一个完整的光纤通信系统

23、的具体组成一个完整的光纤通信系统的具体组成如图如图4-13所示。我们把光端机与光纤的连所示。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。的连接点称为电接口。图4-13 光纤数字通信系统方框图2.光接口的分类光接口的分类在在SDH网络中所应用的光接口很多。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，将其分为通常人们按其应用场合的不同，将其分为以下几类：以下几类：I：局内通信。一般传输距离只有几百：局内通信。一般传输距离只有几百米，最多不超过米，最多不超过2km。S：短距离局间通信。一般指局间再生：短距离局间通信。一般

24、指局间再生段距离为段距离为15km左右的场合。左右的场合。L：长距离局间通信。一般指局间再：长距离局间通信。一般指局间再生段距离为生段距离为4080km的场合。的场合。V：甚长距离局间通信。一般指局间：甚长距离局间通信。一般指局间再生段距离为再生段距离为80120km的场合。的场合。U：超长距离局间通信。一般指局间：超长距离局间通信。一般指局间再生段距离为再生段距离为160km左右的场合。左右的场合。第二部分数字的含义如下：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光接口代号的第三部分二、二、SDH光接口技术指标光

25、接口技术指标1.发射机发射机（1）光谱特性光谱特性（2）平均发送功率平均发送功率平均发送功率是指在光端机发送伪随平均发送功率是指在光端机发送伪随机序列时在参考点机序列时在参考点S所测得的平均光功率，所测得的平均光功率，其大小与光源类型、标称波长、传输容量其大小与光源类型、标称波长、传输容量和光纤类型有关。和光纤类型有关。（3）消光比消光比光源的消光比是指输入光端机的信号光源的消光比是指输入光端机的信号为全为全“0”码时与全码时与全“1”码时，光端机的码时，光端机的平均发送光功率之比。平均发送光功率之比。（4）码型码型SDH光接口的线路码型为加扰的光接口的线路码型为加扰的NRZ（非归零码），其扰

26、码采用（非归零码），其扰码采用x7+x6+1为为生成多项式的生成多项式的7级扰码器。级扰码器。（5）眼图模板眼图模板2.接收机接收机（1）接收灵敏度接收灵敏度接收灵敏度是指在接收灵敏度是指在R点处满足给定误点处满足给定误码率（码率（BER=110-10）条件下，光端机能）条件下，光端机能够接收到的最小平均光功率。接收灵敏度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的功率值的电平单位是dBm。（2）接收机过载功率接收机过载功率光接收机的过载功率是指在误码率光接收机的过载功率是指在误码率BER110-10时，在时，在R点所需要的最小平均点所需要的最小平均接收光功率。接收光功率。（3）接收机反射系数接收机反射系数光接收机的反射系数是指在光接收机的反射系数是指在R点的反点的反射光功率与入射光功率之比。射光功率与入射光功率之比。（4）光通道功率代价光通道功率代价根据根据ITU-T G.957建议，光通道功率代建议，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。通常不得超过价。通常不得超过1dB，而对，而对L-16.2系统，系统，则不得超过则不得超过2dB。