第5章数字光纤通信系统.ppt

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1、 第第 5 章章 数字光纤通信系统数字光纤通信系统 5.1 两种传输体制两种传输体制 5.2 系统的性能指标系统的性能指标 5.3 系统的设计系统的设计返回主目录第第5章章 数字光纤通信系统数字光纤通信系统5.1 两种传输体制两种传输体制光光纤纤大大容容量量数数字字传传输输目目前前都都采采用用同同步步时时分分复复用用(TDM)技技术术，复复用用又又分分为为若若干干等等级级，因因而而先先后后有有两两种种传传输输体体制制：准准同同步步数数字字系系列列(PDH)和和同同步步数数字字系系列列(SDH)。PDH早早在在1976年年就就实实现现了了标标准准化化，目目前前还还大大量量使使用用。随随着着光光纤

2、纤通通信信技技术术和和网网络络的的发发展展，PDH遇遇到了许多困难。到了许多困难。SDH解解决决了了PDH存存在在的的问问题题，是是一一种种比比较较完完善善的的传传输输体体制制，现现已已得得到到大大量量应应用用。这这种种传传输输体体制制不不仅仅适适用用于于光光纤纤信信道道，也也适适用用于于微微波波和和卫卫星星干线传输。干线传输。5.1.1 准同步数字系列准同步数字系列PDH准准同同步步数数字字系系列列有有两两种种基基础础速速率率：一一种种是是以以1.544 Mb/s为为第第一一级级(一一次次群群，或或称称基基群群)基基础础速速率率，采采用用的的国国家家有有北北美美各各国国和和日日本本；另另一一

3、种种是是以以2.048 Mb/s为为第第一一级级(一一次次群群)基基础础速速率率，采采用用的的国国家家有有西西欧欧各各国国和和中中国国。表表5.1是是世世界界各各国国商商用用数数字字光光纤纤通通信信系系统统的的PDH传传输输体体制制，表表中中示示出出两两种种基基础础速速率率各各次次群的速率、话路数及其关系。群的速率、话路数及其关系。对对于于以以2.048 Mb/s为为基基础础速速率率的的制制式式，各各次次群群的的话话路路数数按按4倍倍递递增增，速速率率的的关关系系略略大大于于4倍倍，这这是是因因为为复复接接时时插插入入了了一一些些相相关关的的比比特特。对对于于以以1.544 Mb/s为为基基础

4、础速速率的制式，在率的制式，在3次群以上，日本和北美各国又不相同，次群以上，日本和北美各国又不相同，看起来很杂乱。看起来很杂乱。PDH的缺点主要有：的缺点主要有：(1)北北美美、西西欧欧和和亚亚洲洲所所采采用用的的三三种种数数字字系系列列互互不不兼兼容容，没没有有世世界界统统一一的的标标准准光光接接口口，使使得得国国际际电电信信网网的的建建立立及及网网络络的的营营运运、管管理理和和维维护护变得十分复杂和困难。变得十分复杂和困难。(2)各各种种复复用用系系列列都都有有其其相相应应的的帧帧结结构构，没没有有足足够够的的开开销销比比特特，使使网网络络设设计计缺缺乏乏灵灵活活性性，不不能能适适应应电电

5、信信网网络络不不断断扩扩大大、技技术术不不断断更更新新的要求。的要求。(3)由由于于低低速速率率信信号号插插入入到到高高速速率率信信号号，或或从从高高速速率率信信号号分分出出，都都必必须须逐逐级级进进行行，不不能能直直接接分分插插，因因而而复复接接/分分接接设设备备结结构构复杂，上下话路价格昂贵。复杂，上下话路价格昂贵。5.1.2 同步数字系列同步数字系列SDH1.SDH传输网传输网SDH不不仅仅适适合合于于点点对对点点传传输输，而而且且适适合合于于多多点点之之间间的的网网络络传传输输。图图5.1示示出出SDH传传输输网的拓扑结构网的拓扑结构图5.1SDH传输网的典型拓扑结构由由SDH终接设备

6、终接设备(或称或称SDH终端复用器终端复用器TM)、分插复用设备分插复用设备ADM、数字交叉连接设备数字交叉连接设备DXC等网络单元以及连接它们的等网络单元以及连接它们的(光纤光纤)物理链物理链路构成。路构成。SDH终端的主要功能是复接终端的主要功能是复接/分接和提供业务适配，例分接和提供业务适配，例如将多路如将多路E1信号复接成信号复接成STM1信号及完成其逆过程，或者实现与信号及完成其逆过程，或者实现与非非SDH网络业务的适配。网络业务的适配。ADM是是一一种种特特殊殊的的复复用用器器，它它利利用用分分接接功功能能将将输输入入信信号号所所承承载载的的信信息息分分成成两两部部分分：一一部部分

7、分直直接接转转发发，另另一一部部分分卸卸下下给给本本地地用用户户。然然后后信信息息又又通通过过复复接接功功能能将将转转发发部部分分和和本本地地上上送送的的部部分分合合成成输输出出。DXC类类似似于于交交换换机机，它它一一般般有有多多个个输输入入和和多多个个输出，通过适当配置可提供不同的端到端连接。输出，通过适当配置可提供不同的端到端连接。图5.2 SDH传输网络单元(a)终端复用器TM；(b)分插复用设备ADM(Add/Drop Multiplexer);(c)数字交叉连接设备DXC图5.3传输通道的结构(a)传输通道连接模型；(b)分层结构通过通过DXC的交叉连接作用，在的交叉连接作用，在S

8、DH传输网内可提供许多条传输通道，每传输网内可提供许多条传输通道，每条通道都有相似的结构，条通道都有相似的结构，每个通道每个通道(Path)由一个或多个复接段由一个或多个复接段(Line)构构成，而每一复接段又由若干个再生段成，而每一复接段又由若干个再生段(Section)串接而成。串接而成。与与PDH相比，相比，SDH具有下列特点：具有下列特点：(1)SDH采采用用世世界界上上统统一一的的标标准准传传输输速速率率等等级级。最最低低的的等等级级也也就就是是最最基基本本的的模模块块称称为为STM1，传传输输速速率率为为155.520 Mb/s；4个个STM1 同同步步复复接接组组成成STM4，传

9、传输输速速率率为为4155.52 Mb/s=622.080 Mb/s；16个个STM1 组组成成STM16,传传输输速速率率为为2488.320 Mb/s，以以此此类推。类推。(2)SDH各各网网络络单单元元的的光光接接口口有有严严格格的的标标准准规规范范。因因此此，光光接接口口成成为为开开放放型型接接口口，任任何何网网络络单单元元在在光光纤纤线线路路上上可可以以互互连连，不不同同厂厂家家的的产产品品可可以以互互通通，这这有有利利于于建建立立世世界界统统一一的的通通信信网网络络。另另一一方方面面，标标准准的的光光接接口口综综合合进进各各种种不不同同的的网网络络单单元元，简简化化了了硬硬件件，降

10、降低低了了网络成本。有关光接口标准请参看本书附录网络成本。有关光接口标准请参看本书附录A。(3)在在SDH帧帧结结构构中中，丰丰富富的的开开销销比比特特用用于于网网络络的的运运行行、维维护护和和管管理理，便便于于实实现现性性能能监监测测、故故障障检检测测和和定定位位、故故障障报报告告等等管管理理功功能能。(在在后后续续章章节节将将进进行行介介绍绍。)(4)采采用用数数字字同同步步复复用用技技术术，其其最最小小的的复复用用单单位位为为字字节节，不不必必进进行行码码速速调调整整，简简化化了了复复接接分分接接的的实实现现设设备备，由由低低速速信信号号复复接接成成高高速速信信号号，或或从从高高速速信信

11、号号分分出出低低速信号，不必逐级进行。速信号，不必逐级进行。图5.4分插信号流程的比较PDH和和SDH分分插插信信号号流流程程的的比比较较。在在PDH中中，为为了了从从140 Mb/s码码流流中中分分出出一一个个2 Mb/s的的支支路路信信号号，必必须须经经过过140/34 Mb/s,34/8 Mb/s和和8/2 Mb/s三三次次分分接接。而而若若采采用用SDH分分插插复复用用器器(ADM)，可可以以利利用用软件一次直接分出和插入软件一次直接分出和插入 2 Mb/s支路信号，十分简便。支路信号，十分简便。(5)采采用用数数字字交交叉叉连连接接设设备备DXC可可以以对对各各种种端端口口速速率率进

12、进行行可可控控的的连连接接配配置置，对对网网络络资资源源进进行行自自动动化化的的调调度度和和管管理理，既既提提高高了了资资源源利利用用率率，又又增增强强了了网网络络的的抗抗毁毁性性和和可可靠靠性性。SDH采采用用了了DXC后后，大大大大提提高高了了网网络络的的灵灵活活性性及及对对各各种种业业务务量量变变化化的的适适应应能能力力，使使现现代代通通信信网网络络提提高高到到一个崭新的水平。一个崭新的水平。2.SDH帧结构帧结构SDH帧帧结结构构是是实实现现数数字字同同步步时时分分复复用用、保保证证网网络络可可靠靠有有效效运运行行的的关关键键。(图图 5.5)一一个个STMN帧帧有有9行行，每每行行由

13、由270N个个字字节节组组成成。这这样样每每帧帧共共有有9270N个个字字节节，每每字字节节为为8 bit。帧帧周周期期为为125 s，即即每每秒秒传传输输8000帧帧。对对于于STM1 而而言言，传传输输速速率率为为927088000=155.520 Mb/s。字字节节发发送送顺顺序序为为：由由上上往下逐行发送，每行先左后右。往下逐行发送，每行先左后右。SDH帧大体可分为三个部分：帧大体可分为三个部分：(1)段段开开销销(SOH)。段段开开销销是是在在SDH帧帧中中为为保保证证信信息息正正常常传传输输所所必必需需的的附附加加字字节节(每每字字节节含含64 kb/s的的容容量量)，主主要要用用

14、于于运运行行、维维护护和和管管理理，如如帧帧定定位位、误误码码检检测测、公务通信、自动公务通信、自动保护倒换以及网管信息传输。保护倒换以及网管信息传输。对对于于STM1 而而言言，SOH共共使使用用98(第第4行行除除外外)=72 Byte相相应应于于576 bit。由由于于每每秒秒传传输输8000帧帧，所所以以SOH的的容量为容量为5768000=4.608 Mb/s。根根据据图图5.3(a)的的传传输输通通道道连连接接模模型型，段段开开销销又又细细分分为为再再生生段段开开销销(SOH)和和复复接接段段开开销销(LOH)。前前者者占占前前3行行，后后者者占占59行行。(2)信信息息载载荷荷(

15、Payload)。信信息息载载荷荷域域是是SDH帧帧内内用用于于承承载载各各种种业业务务信信息息的的部部分分。对对于于STM1而而言言，Payload有有9261=2349 Byte,相相 应应 于于 234988000=150.336 Mb/s的容量。的容量。在在Payload中中包包含含少少量量字字节节用用于于通通道道的的运运行行、维维护护和管理，和管理，这些字节称为通道开销这些字节称为通道开销(POH)。(3)管管理理单单元元指指针针(AU PTR)。管管理理单单元元指指针针是是一一种种指指示示符符，主主要要用用于于指指示示Payload第第一一个个字字节节在在帧帧内内的的准准确确位位置

16、置(相相对对于于指指针针位位置置的的偏偏移移量量)。对对于于STM1 而而言言，AU PTR有有9个个字字节节(第第4行行)，相应于相应于988000=0.576 Mb/s。采采用用指指针针技技术术是是SDH的的创创新新，结结合合虚虚容容器器(VC)的的概概念念，解解决决了了低低速速信信号号复复接接成成高高速速信信号号时时，由由于于小小的的频频率率误误差差所所造造成成的载荷相对位置漂移的问题。的载荷相对位置漂移的问题。3.复用原理复用原理 固固定定位位置置映映射射法法让让低低速速支支路路信信号号在在高高速速信信号号帧帧中中占占用用固固定定的的位位置置。由由于于低低速速信信号号可可能能是是属属于

17、于PDH的的或或由由于于SDH网网络络的的故故障障，低低速速信信号号与与高高速速信信号号的的相相对对相相位不可能对准，并会随时间而变化。位不可能对准，并会随时间而变化。SDH采用载荷指针技术，对指针进行处理。采用载荷指针技术，对指针进行处理。图5.6载荷包络与SDH帧的一般关系图图 5.6 示示出出载载荷荷包包络络与与STM1 帧帧的的一一段段关关系系与与指指针针所所起起的的作作用用。通过指针的值，接收端就可以确定载荷的起始位置。通过指针的值，接收端就可以确定载荷的起始位置。ITUT规规定定了了SDH的的一一般般复复用用映映射射结结构构。所所谓谓映映射射结结构构，是是指指把把支支路路信信号号适

18、适配配装装入入虚虚容容器器的的过过程程，其实质是使支路信号与传送的载荷同步其实质是使支路信号与传送的载荷同步。这这种种结结构构可可以以把把目目前前PDH的的绝绝大大多多数数标标准准速速率率信信号号装入装入SDH帧。图帧。图5.7示出示出SDH一般复用映射结构，一般复用映射结构，图5.7SDH的一般复用映射结构图中图中Cn是标准容器，是标准容器，用来装载现有用来装载现有PDH的各支路信号，的各支路信号，即即C11,C12,C2,C3和和C4 分别装载分别装载1.5 Mb/s,2Mb/s,6 Mb/s,34 Mb/s,45 Mb/s和和140Mb/s的支路信号，并完成速率适配处理的支路信号，并完成

19、速率适配处理的功能。的功能。在标准容器的基础上，加入少量通道开销在标准容器的基础上，加入少量通道开销(POH)字节，字节，即组成相应的虚容器即组成相应的虚容器VC。VC的的包包络络与与网网络络同同步步，但但其其内内部部则则可可装装载载各各种种不不同同容容量量和和不不同同格格式式的的支支路路信信号号。所所以以引引入入虚虚容容器器的的概概念念，使使得得不不必必了了解解支支路路信信号号的的内内容容，便便可可以以对对装装载载不不同同支支路路信信号号的的VC进进行行同同步步复复用用、交交叉叉连连接接和和交交换换处处理理，实实现现大容量传输。大容量传输。由由于于在在传传输输过过程程中中，不不能能绝绝对对保

20、保证证所所有有虚虚容容器器的的起起始始相相位位始始终终都都能能同同步步，所所以以要要在在VC 的的前前面面加加上上管管理理单单元元指指针针(AU PTR)，以以进进行行定定位位校校准准。加加入入指指针针后后组组成成的的信信息息单单元元结结构构分分为管理单元为管理单元(AU)和支路单元和支路单元(TU)。AU由由高高阶阶VC(如如VC4)加加AU指指针针组组成成，TU由由低低阶阶VC加加TU指指针针组组成成。TU经经均均匀匀字字节节间间插插后后，组组成成支支路路单单元元组组(TUG)，然然后后组组成成AU3或或AU4。3个个AU3或或1个个AU4组组成成管管理理单单元元组组(AUG)，加加上上段

21、段开开销销SOH，便便组组成成STM1 同同步步传传输输信信号号；N个个STM1 信信号号按按字字节节同同步步复复接接，便便组成组成STMN。最最简简单单的的例例子子是是，由由PDHPDH的的4 4次次群群信信号号到到SDHSDH的的STM1 STM1 的的复复接接过过程程。把把139.264 139.264 Mb/sMb/s的的信信号号装装入入容容器器C C4 4，经经速速率率适适配配处处理理后后，输输出出信信号号速速率率为为149.760 149.760 Mb/s;Mb/s;在在虚虚容容器器VCVC4 4 内内加加上上通通道道开开销销POH(POH(每每帧帧9 9 Byte,Byte,相相

22、应应于于0.576 0.576 Mb/s)Mb/s)后后，输输出出信信号号速速率率为为150.336 150.336 Mb/sMb/s；在在管管理理单单元元AU4 AU4 内内，加加上上管管理理单单元元指指针针AU AU PTR(PTR(每每帧帧9 9 Byte,Byte,相相应应于于0.576 0.576 Mb/s)Mb/s)，输输出出信信号号速速率率为为150.912 150.912 Mb/s;Mb/s;由由 1 1个个AUGAUG加加上上段段开开销销SOH(SOH(每每帧帧72 72 Byte,Byte,相相应应于于4.608 4.608 Mb/s),Mb/s),输出信号速率为输出信号速

23、率为155.520 155.520 Mb/s,Mb/s,即为即为STMSTM1 1。4.数字交叉连接设备数字交叉连接设备 数数字字交交叉叉连连接接设设备备(DXC)相相当当于于一一种种自自动动的的数数字字电电路路配配线线架架。图图5.2 表表示示的的是是SDH的的DXC(也也适适合合于于PDH)，其其核核心心部部分是可控的交叉连接开关分是可控的交叉连接开关(空分或时分空分或时分)矩阵。矩阵。通常用通常用 DXC X/Y 来来表表示示一一个个DXC的的配配置置类类型型，其其中中第第一一个个数数字字X表表示示输输入入端端口口速速率率的的最最高高等等级级，第第二二个个数数字字Y表表示示参参与与交交叉

24、叉连接的最低速率等级。连接的最低速率等级。数数字字0表表示示64 kb/s电电路路速速率率；数数字字1、2、3、4 分分别别表表示示PDH的的1至至 4 次次群群的的速速率率，其其中中 4 也也代代表表SDH 的的STM1 等等级级；数字数字 5 和和 6 分别代表分别代表SDH的的STM4 和和STM等级。等级。例例如如，DXC 1/0 表表示示输输入入端端口口的的最最高高速速率率为为一一次次群群信信号号的的速速率率(E1:2.048 Mb/s),而而交交叉叉连连接接的的基基本本速速率率为为64 kb/s;DXC 4/1 表表示示输输入入端端口口的的最最高高速速率率为为155.52 Mb/s

25、(对对于于SDH)或或140 Mb/s(对对于于PDH)，而而交交叉叉连连接接的的基基本本速速率率为为2.048 Mb/s。目前应用最广泛的是目前应用最广泛的是DXC 1/0、DXC 4/1和和DXC 4/4。交叉连接设备与交换机的区别有：交叉连接设备与交换机的区别有：(1)DXC 的的输输入入输输出出不不是是单单个个用用户户话话路路，而而是是由由许许多多话话路组成的群路；路组成的群路；(2)两两者者都都能能提提供供动动态态的的通通道道连连接接，但但连连接接变变动动的的时时间间尺尺度度是是不不同同的的。前前者者按按大大量量用用户户的的集集合合业业务务量量的的变变化化及及网网络络的的故故障障状状

26、况况来来改改变变连连接接，由由网网管管系系统统配配置置；后后者者按按照照用用户户的的呼呼叫叫请请求求来来建建立立或或改改变变连连接接，由由信信令系统实现呼叫连接控制。令系统实现呼叫连接控制。DXC(交交叉叉连连接接设设备备)在在干干线线传传输输网网中中的的主主要要用用途途是是实实现现自自动动化化的网络配置管理。主要功能有：的网络配置管理。主要功能有：分分离离本本地地交交换换业业务务和和非非本本地地交交换换业业务务，为为非非本本地地交交换换业业务务迅迅速提供可用路由；速提供可用路由；为为临临时时性性重重要要事事件件(如如运运动动会会、发发生生地地震震等等)迅迅速速提提供供通通信信电电路；路；当当

27、网网络络发发生生故故障障(如如某某些些干干线线中中断断)时时，能能迅迅速速提提供供网网络络的的重重新配置；新配置；根根据据业业务务流流量量的的季季节节变变化化使使网网络络配配置置最最佳佳化化；当当网网络络中中混混合合使用使用PDH和和SDH时，可作为时，可作为PDH与与SDH的网关。的网关。5.SDH的应用的应用 SDH可可用用于于点点对对点点传传输输(图图5.8)、链链形形网网(图图5.9)和环形网和环形网(图图5.10)。图5.8SDH用于点对点传输图5.9SDH链形网图5.10SDH环形网(双环)SDH环形网的一个突出优点是具有环形网的一个突出优点是具有“自愈自愈”能力。能力。当某节点当

28、某节点发生故障或光缆中断时，仍能维持一定的通信能力。发生故障或光缆中断时，仍能维持一定的通信能力。所以，所以，SDH环网目前得到广泛的应用。环网目前得到广泛的应用。当当然然，SDH通通过过ADM和和DXC等等网网络络单单元元可可以以构构成成更更为为复复杂杂的的网网形形网网(如如图图 5.1 所所示示)。这这种种SDH网网络络的的主主要要特特点点是是端端到到端端之之间间存存在在一一条条以以上上的的路路径径，可可同同时时构构成成一一条条以以上上的的传传输输通通道道，通通过过DXC的的灵灵活活配配置置，使使网络具有更好的抗毁性和更高的可靠性。网络具有更好的抗毁性和更高的可靠性。5.2 系统的性能指标

29、系统的性能指标5.2.1 参考模型参考模型为为进进行行系系统统性性能能研研究究，ITUT(原原CCITT)建建议议中中提提出出了了一一个个数数字字传传输输参参考考模模型型，称称为为假假设设参参考考连连接接(HRX)，最最长长的的HRX是是根根据据综综合合业业务务数数字字网网(ISDN)的的性性能能要要求求和和64 kb/s信信号号的的全全数数字字连连接接来来考考虑虑的的。假假设设在在两两个个用用户户之之间间的的通通信信可可能能要要经经过过全全部部线线路路和和各各种种串串联联设设备备组组成成的的数数字字网网，而而且且任任何何参参数数的的总总性能逐级分配后应符合用户的要求。性能逐级分配后应符合用户

30、的要求。图图 5.11 标准数字假设参考连接标准数字假设参考连接HRX最最长长的的标标准准数数字字HRX为为27 500 km,它它由由各各级级交交换换中中心心和和许许多多假假设设参参考考数数字字链链路路(HRDL)组组成成。标标准准数数字字HRX 的的总总性性能能指指标标按按比例分配给比例分配给HRDL，使系统设计大大简化。使系统设计大大简化。建建议议的的HRDL长长度度为为2500 km,但但由由于于各各国国国国土土面面积积不不同同，采采用用的的HRDL长长度度也也不不同同。例例如如我我国国采采用用5000 km，美美国国和和加加拿拿大大采采用用6400 km，而而日日本本采采用用2500

31、 km。HRDL由由许许多多假假设设参参考考数数字字段段(HRDS)组组成成(见见图图5-12所所示示)，在在建建议议中中用用于于长长途途传传输输的的HRDS长长度度为为280 km,用用于于市市话话中中继继的的HRDS长长度度为为50 km。我我国国用用于于长长途途传传输输的的HRDS长长度度为为420 km(一一级级干干线线)和和280 km(二二级级干干线线)两两种种。假假设设参参考考数数字字段段的的性性能能指指标标从从假假设设参参考考数字链路的指标分配中得到，并再度分配给线路和设备。数字链路的指标分配中得到，并再度分配给线路和设备。图5.12假设参考数字段HRDS5.2.2 系统的主要

32、性能指标系统的主要性能指标1.误码率误码率(BER)误误码码率率是是衡衡量量数数字字光光纤纤通通信信系系统统传传输输质质量量优优劣劣的的非非常常重重要要的的指指标标，它它反反映映了了在在数数字字传传输输过过程程中中信信息息受受到到损损害害的的程程度度。BER是是在在一一个个较较长长时时间间内内的的传传输输码码流流中中出出现现误误码码的的概概率率，它它对对话话音音影影响响的的程程度度取取决决于于编编码码方方法法。对对于于PCM而而言言，误误码码率率对对话话音音的的影影响响程程度度如表如表 5.2 所示。所示。由由于于误误码码率率随随时时间间变变化化，用用长长时时间间内内的的平平均均误误码码率率来

33、来衡衡量量系系统统性性能能的的优优劣劣，显显然然不不够够准准确确。在在实实际际监监测测和和评评定定中中，应应采采用用误误码码时时间间百百分分数数和和误误码码秒秒百百分分数数的的方方法法。如如图图 5.13 所所示示，规规定定一一个个较较长长的的监监测测时时间间TL，例例如如几几天天或或一一个个月月，并并把把这这个个时时间间分分为为“可可用用时时间间”和和“不不可可用时间用时间”。图5.13误码率随时间的变化在在连连续续10 s 时时间间内内，BER劣劣于于110-3，为为“不不可可用用时时间间”，或或称称系系统统处处于于故故障障状状态态；故故障障排排除除后后，在在连连续续10 s时时间间内内，

34、BER优优于于110-3，为为“可可用用时时间间”。对对于于64 kb/s 的的数数字字信信号号，BER=110-3，相相应应于于每每秒秒有有64个个误误码码。同同时时，规规定定一一个个较较短短的的取取样样时时间间T0和和误误码码率率门门限限值值BERth，统统计计BER劣劣于于BERth的的时时间间，并并用用劣劣化化时时间间占占可可用用时时间间的的百百分分数数来来衡衡量量系系统误码率性能的指标。统误码率性能的指标。对对于于目目前前的的电电话话业业务务，传传输输一一路路PCM电电话话的的速速率率为为 64 kb/s。合合适适的的误误码码率率参参数数和和假假设设参参考考连连接接HRX的的误码率指

35、标说明如下：误码率指标说明如下：劣化分劣化分(DM)误误码码率率为为110-6时时，感感觉觉不不到到干干扰扰的的影影响响，选选为为BERth。每每次次通通话话时时间间平平均均35 min,选选择择取取样样时时间间T0为为 1 min是是合合适适的的。监监测测时时间间以以较较长长为为好好，选选择择TL为为1个个月月。定定义义误误码码率率劣劣于于 110-6的的分分钟钟数数为为劣劣化化分分(DM)。HRX指指标标要要求求劣劣化化分分占占可可用用分分(可可用用时时间间减减去去严严重重误误码码秒累积的分钟数秒累积的分钟数)的百分数小于的百分数小于10%。严重误码秒严重误码秒(SES)由由于于某某些些系

36、系统统会会出出现现短短时时间间内内大大误误码码率率的的情情况况，严严重影响通话质量，因此引入严重误码秒这个参数。重影响通话质量，因此引入严重误码秒这个参数。选选择择监监测测时时间间TL为为1个个月月，取取样样时时间间T0为为1 s。定定义义误误码码率率劣劣于于 110-3的的秒秒钟钟数数为为严严重重误误码码秒秒(SES)。HRX指指标标要要求求严严重重误误码码秒秒占占可可用用秒秒的的百百分分数数小小于于0.2%。误码秒误码秒(ES)选选择择监监测测时时间间TL为为1个个月月，取取样样时时间间T0为为1s，误误码码率率门门限限值值BERth=0。定定义义凡凡是是出出现现误误码码(即即使使只只有有

37、1 bit)的的秒秒数数称称为为误误码码秒秒(ES)。HRX指指标标要要求求误误码码秒秒占占可可用用秒秒的的百百分分数数小小于于8%。相相应应地地，不不出出现现任任何何误误码码的的秒秒数数称称为为无无误误码码秒秒(EFS)，指指标标要要求求无无误误码码秒秒占占可可用秒的百分数大于用秒的百分数大于92%。表表5.3列列出出的的是是标标准准数数字字假假设设参参考考连连接接HRX(27 500 km)的的误误码码率率总总指指标标。为为了了设设计计需需要要，必必须须把把总总指指标标按按不不同同等等级级的的电电路路质质量量分分配配到到各各部部分。分。图图5.14示示出出最最长长HRX的的电电路路质质量量

38、等等级级划划分分，图图中中高高级级和和中中级级之之间间没没有有明明显显的的界界限限。我我国国长长途途一一级级干干线线和和长长途途二二级级干干线线都都应应视视为为高高级级电电路路，长长途途二二级级以以下下和和本地级合并考虑。本地级合并考虑。图5.14最长HRX的电路质量等级划分 表表5.5的的误误码码率率三三项项指指标标监监测测时时间间为为1个个月月，在在工工程程验验收收时时执执行行存存在在一一定定困困难难，通通常常采采用用长长期期平平均均误误码码率率来来衡衡量量，监监测测时时间间为为24 h。假假设设误误码码为为泊泊松松分分布布，误误码码率率三三项项指指标标都都可可以以换换算算为为长长期期平平

39、均均误误码码率率。根根据据原原CCITT的的建建议议，对对于于25000 km高高级级电电路路长长期期平平均均误误码码率率BERav至至少少为为110-7，按按长长度度比比例例进进行行线线性性折折算算，得得到到每每公公里里BERav=410-12/km。所所以以280 km和和420 km数数字字段段的的BERav分分别别为为1.1210-9和和1.6810-9，因因此此取取 110-9作作为为标准。标准。我我国国长长途途光光缆缆通通信信系系统统进进网网要要求求中中规规定定：长长度度短短于于420 km时时，按按 110-9计计算算；长长度度长长于于420 km时时，先先按按长长度度比比例例进

40、进行行折折算算，再再按按长长度度累累计计附附加加进进去去。设设计计值值应应比比实实际际要要求求高高 1 个个数数量量级级，即即短短于于420 km数数字字段段按按BERav=110-10设设计计，50 km中中继继段段按按BERav=110-11设计。设计。2.抖动抖动 抖抖动动是是数数字字信信号号传传输输过过程程中中产产生生的的一一种种瞬瞬时时不稳定现象。不稳定现象。抖抖动动的的定定义义是是：数数字字信信号号在在各各有有效效瞬瞬时时对对标标准准时间位置的偏差。时间位置的偏差。偏偏差差时时间间范范围围称称为为抖抖动动幅幅度度(JPP)，偏偏差差时时间间间间隔隔对对时时间间的的变变化化率率称称为

41、为抖抖动动频频率率(F)。这这种种偏偏差差包包括括输输入入脉脉冲冲信信号号在在某某一一平平均均位位置置左左右右变变化化，和和提提取取时时钟钟信信号号在在中中心心位位置置左左右右变变化化，见见图图5.15所示。所示。图5.15抖动示意图抖抖动动现现象象相相当当于于对对数数字字信信号号进进行行相相位位调调制制，表表现现为为在在稳稳定定的的脉脉冲冲图图样样中中，前前沿沿和和后后沿沿出出现现某某些些低低频频干干扰扰，其其频频率率一一般般为为02 kHz。抖抖动动单单位位为为UI，表表示示单单位位时时隙隙。当当脉脉冲冲信信号号为为二二电电平平NRZ时时，1UI等等于于1bit信信息息所所占占时时间间，数

42、数值值上上等等于于传传输输速速率率fb的的倒数。倒数。抖抖动动严严重重时时，使使得得信信号号失失真真、误误码码率率增增大大。完完全全消消除除抖抖动动是是困困难难的的，因因此此在在实实际际工工程程中中，需需要要提提出容许最大抖动的指标。出容许最大抖动的指标。光光纤纤通通信信系系统统各各次次群群输输入入口口对对抖抖动动容容限限的的要要求求如如表表 5.6所所示示，全全程程各各次次群群输输出出口口对对抖抖动动容容限限的的要要求求如如表表5.7所所示示，表表中中括括号号内内的的数数值值是是对对数数字字段段的的要要求求。表表 5.6 和和表表5.7各各符符号号的的意意义义如如图图 5.16 所示。所示。

43、图5.16表5.6和表5.7的图解说明5.2.3可靠性可靠性 衡衡量量通通信信系系统统质质量量的的优优劣劣除除上上述述性性能能指指标标外外，可可靠靠性性也也是是一一个个重重要要指指标标，它它直直接接影影响响通通信信系系统统的的使使用用、维维护护和和经经济济效效益益。对对光光纤纤通通信信系系统统而而言言，可可靠靠性性包包括括光光端端机机、中中继继器器、光光缆缆线线路路、辅辅助助设设备备和和备备用用系系统统的的可靠性。可靠性。确确定定可可靠靠性性一一般般采采用用故故障障统统计计分分析析法法，即即根根据据现现场场实实际际调调查查结结果果，统统计计足足够够长长时时间间内内的的故故障障次次数数，确确定每

44、两次故障的时间间隔和每次故障的修复时间。定每两次故障的时间间隔和每次故障的修复时间。1.可靠性表示方法可靠性表示方法 (1)可靠性可靠性R和故障率和故障率。可靠性是指在规定的条可靠性是指在规定的条件和时间内系统无故障工作的概率，它反映系统完成件和时间内系统无故障工作的概率，它反映系统完成规定功能的能力。规定功能的能力。可靠性可靠性R通常用故障率通常用故障率表示，两表示，两者的关系为者的关系为 R=exp(-t)(5.1)故故障障率率是是系系统统工工作作到到时时间间t，在在单单位位时时间间内内发发生生故故障障(功功能能失失效效)的的概概率率。的的单单位位为为10-9/h,称称为为菲菲特特(fit

45、),1 fit等于在等于在109 h内发生一次故障的概率。内发生一次故障的概率。如如果果通通信信系系统统由由n个个部部件件组组成成，且且故故障障率率是是统统计计无关的，无关的，则系统的可靠性则系统的可靠性Rs可表示为可表示为 Rs=R1R2Rn=exp(-n t)(5.2)式式中中,Ri和和i分分别别为为系系统统第第i个个部部件件的的可可靠靠性性和和故障率。故障率。(2)故故障障率率和和平平均均故故障障间间隔隔时时间间MTBF。两两者的关系为者的关系为(3)可可用用率率A和和失失效效率率PF。可可用用率率A是是在在规规定定时时间间内内，系系统统处处于于良良好好工工作作状状态态的的概概率率，它它

46、可可以以表示为表示为式式中中MTTR为为平平均均故故障障修修复复时时间间(不不可可用用时时间间)。失效率失效率PF可以表示为可以表示为由式由式(5.4)和式和式(5.5)得到得到 PF=(1-A)100%(5.6)在有备用系统的情况下，在有备用系统的情况下，失效率为失效率为PF=(5.7)式中式中m和和n分别为主用系统数和备用系统数，分别为主用系统数和备用系统数，P=MTTR/MTBF。2.可靠性指标可靠性指标 根根据据国国家家标标准准的的规规定定，具具有有主主备备用用系系统统自自动动倒倒换换功功能能的的数数字字光光缆缆通通信信系系统统，容容许许5000 km双双向向全全程程每每年年4次次全全

47、阻阻故故障障，对对应应于于420 km和和280 km数数字字段段双双向向全全程程分分别别约约为为每每3年年1次次和和每每5年年1次次全全阻阻故故障障。市市内内数数字字光光缆缆通通信信系系统统的的假假设设参参考考数数字字链链路路长长为为100 km,容容许许双双向向全全程程每每年年4次次全全阻阻故故障障，对对应应于于50 km数数字字段段双双向向全全程程每每半半年年1次次全全阻阻故故障障。此此外外，要要求求LD光光源源寿寿命命大大于于10104 h,PINFET寿寿命命大大于于50104 h,APD寿寿命命大大于于50104 h。根根据据上上述述标标准准，以以5000 km为为基基准准，按按长

48、长度度平平均均分分配配给给各各种种数数字字段段长长度度，相相应应的的全全年年指指标标如如表表5.8所所示示，假假设设平平均均故故障障修修复复时时间间MTTR=6 h。某某些些国国产产设设备备的的可可靠性指标列于表靠性指标列于表5.9。5.3 系系 统统 的的 设设 计计对对数数字字光光纤纤通通信信系系统统而而言言，系系统统设设计计的的主主要要任任务务是是，根根据据用用户户对对传传输输距距离离和和传传输输容容量量(话话路路数数或或比比特特率率)及及其其分分布布的的要要求求，按按照照国国家家相相关关的的技技术术标标准准和和当当前前设设备备的的技技术术水水平平，经经过过综综合合考考虑虑和和反反复复计

49、计算算，选选择择最最佳佳路路由由和和局局站站设设置置、传传输输体体制制和和传传输输速速率率以以及及光光纤纤光光缆缆和和光光端端机机的的基基本本参参数数和和性性能能指指标标，以以使使系统的实施达到最佳的性能价格比。系统的实施达到最佳的性能价格比。在在技技术术上上，系系统统设设计计的的主主要要问问题题是是确确定定中中继继距距离离，尤尤其其对对长长途途光光纤纤通通信信系系统统，中中继继距距离离设设计计是是否否合合理理，对对系系统统的的性性能能和和经济效益影响很大。经济效益影响很大。中中继继距距离离的的设设计计有有三三种种方方法法：最最坏坏情情况况法法(参参数数完完全全已已知知)、统统计计法法(所所有

50、有参参数数都都是是统统计计定定义义)和和半半统统计计法法(只只有有某某些些参参数数是是统统计计定定义义)。这这里里我我们们采采用用最最坏坏情情况况设设计计法法，用用这这种种方方法法得得到到的的结结果果，设设计计的的可可靠靠性性为为100%，但但要要牺牺牲牲可可能能达达到到的的最最大大长长度度。中中继继距距离离受受光光纤纤线线路路损损耗耗和和色色散散(带带宽宽)的的限限制制，明明显显随随传传输输速速率率的的增增加加而而减减小小。中中继继距距离离和和传传输输速速率率反反映映着着光光纤纤通通信系统的技术水平。信系统的技术水平。5.3.1中继距离受损耗的限制中继距离受损耗的限制图图5.17示示出出了了