1、l数字光纤通信系统的组成数字光纤通信系统的组成l系统性能及测试系统性能及测试l光纤通信系统的总体设计光纤通信系统的总体设计2022-7-291第1页，共46页。一一、数字光纤通信系统的组成数字光纤通信系统的组成 原理框图原理框图2022-7-292第2页，共46页。1、电发射机 任务：把模拟信号转换成数字信号；PCM编码；按时分复用把信号复接、合群。PCM编码：取样、量化、编码为使量化噪声不大于原波形的噪声，幅度电平的数量m应为：频带为f的模拟信号进行PCM编码，需要的最小比特速率：1/221sNAmA轾骣犏+犏桫犏臌1/22222log1(/)2log(/)sNsNBfAAfAA轾=D+D犏
2、臌2022-7-293第3页，共46页。2、光发射端机电发射端机输入端口光发射机输入端口：电、光端机间信号幅度、阻抗匹配，码型变换2022-7-294第4页，共46页。线路编码线路编码线路编码的作用线路编码的作用尽量减少连尽量减少连“0”和连和连“1”数目，便于定时提取；数目，便于定时提取；v 尽量减小码流中的低频分量与直流基线的随机起伏；尽量减小码流中的低频分量与直流基线的随机起伏；v 便于进行不中断业务的运行误码检测；便于进行不中断业务的运行误码检测；v 便于实现辅助信号的通信。便于实现辅助信号的通信。2022-7-295第5页，共46页。（1）扰码二进制采用带有反馈线的m级移位寄存器产生
3、最长序列（M序列）序列周期：2m-1特征多项式f(x):产生M序列为：212()1imimf xa xa xa xa x=+22112211()1()mmiiM xb xb xb xbxf x-=+an-1an-r.an-3an-2c1crc3c2.c0输出2022-7-296第6页，共46页。2022-7-297第7页，共46页。M序列的基本性质：l由m级移位寄存器产生M序列，其周期为2m-1；lM序列0和1码出现的概率大体相同，在一个周期内，1比0多一个；lM序列中长度为1的游程占1/2，长度为2的占1/4.长度为n的占1/2n。还有一个长度为m的连1码游程和一个长度为m-1的连0码游程。
4、2022-7-298第8页，共46页。lSDH中的七级扰码电路2022-7-299第9页，共46页。总结：扰码二进制将输入的NRZ码进行扰码后输出的仍为二进制码，没有冗余度，难实现不中断业务的误码检测，辅助信号的传送也很困难。2022-7-2910第10页，共46页。（2 2）字变换码）字变换码 mBnB码、伪双极性（码、伪双极性（CMI和和DMI）码码 编码规律：编码规律：原始码流原始码流m个比特一组个比特一组 n n个比特的码组；（个比特的码组；（nm）2022-7-2911第11页，共46页。5B6B码码(PDH三次群、四次群系统三次群、四次群系统)优点优点:冗余度较小；冗余度较小；可以
5、利用计算机的可以利用计算机的IC-PROM器件直接编、译码，电路设器件直接编、译码，电路设计得到简化；计得到简化；连连“0”和连和连“1”数小，定时方便；数小，定时方便；可以实现运行误码监测。可以实现运行误码监测。缺点：缺点：本身的电子电路较复杂；本身的电子电路较复杂；耗电较多，中继远供电困难；耗电较多，中继远供电困难；辅助信息的传递较困难。辅助信息的传递较困难。2022-7-2912第12页，共46页。用两个比特数字脉冲表示用两个比特数字脉冲表示AMI码中的一个码字码中的一个码字2022-7-2913第13页，共46页。优点：l码流中1和0均等；l消除直流基线的起伏，连0和连1被限制在2或3
6、；l可自检误码缺点：冗余度大2022-7-2914第14页，共46页。最长的连最长的连”0”或连或连”1”数目为：数目为：M比特CM比特CM比特Cmax(2)1 1Bmjjm2022-7-2915第15页，共46页。mB1C码中扣除部分C码，在相应码位插入监控、公务、数据通信等信息比特，H码。mB1H/1C码的最长相同码数目为：H码可以传输辅助信息。4B1H/1C码是我国PDH标准码。max2(21)1,121 Bmjmjm 2022-7-2916第16页，共46页。3.光中继器 光纤本身存在损耗和色散，造成信号幅度衰减和波形失真；每隔一定距离（50-70km）设一中继器传统光中继器：光-电-
7、光转换方式掺铒光纤放大器：EDFA2022-7-2917第17页，共46页。4.接收端机 光接收机：将光信号变换成电信号，再进行放大、再生、恢复出原来传输的信号给电接收机；电接收端机：将高速数字信号时分解复用，还原成模拟信号。输出接口：实现码型、电平和阻抗的匹配。2022-7-2918第18页，共46页。5.备用系统和辅助系统备用系统和辅助系统光器件的可靠性比电子器件差备用系统辅助系统：l监控管理系统 故障管理、配置管理、安全管理l公务通信系统 专为值班维护人员联络使用l自动倒换系统 主用系统发生故障时，自动倒换到备用系统l告警处理系统 即时维护告警、延时维护告警l电源供给系统 直流电源-24
8、V -48V -60V2022-7-2919第19页，共46页。二、系统性能及测试二、系统性能及测试1、误码性能1）误码性能参数v 长期平均误码率（BER）：以长期测量中误码数目与传送的总码元数之比来表示v 误码时间百分数：ES，SES，DM 一秒钟内，有误码产生，称为1个误码秒；长时间观测中误码秒数与总的可用秒数之比误码秒百分数ESv 对SDH系统:ESR,SESR,BBER2022-7-2920第20页，共46页。64Kb/s业务全程全网的误码性能指标类别定义门限值T。时间 全程全网指标劣化分（DM）误码率劣于门限的分110-61分钟时间百分数10%严重误码秒（SES）误码率劣于门限的秒1
9、 10-31秒钟时间百分数0.2%误码秒(ES)出现误码的秒 01秒钟时间百分数8%2022-7-2921第21页，共46页。对对SDH系统系统l误块秒比（ESR）:当某一秒内具有一个或多个误块时，就称该块为误块秒（ES），对一个确定的测试时间而言，在可用时间以内出现的ES（误块秒数）与总秒数之比称为误块秒比。l严重误块秒比（SESR）：当某一秒内含有不少于30%的误块或者至少出现一种缺陷时，就以该秒为严重误块秒。对于一个确定的测试时间而言，在可用时间以内出现的SESR数与总秒数之比称为严重误块秒比。l背景误块比(BBER)：剔除不可用时间和SES期间出现的误块，所剩下的误块称为背景误块（BB
10、E）。对于一个确定的测试时间而言，在可用时间以内出现的BBE数与剔除不可用时间和SES期间所有块数后的总块数之比称为背景误块比。2022-7-2922第22页，共46页。2）误码性能指标的换算a)在n比特序列中发生m个误码的概率为（泊松分布）：b)n比特序列中出现不多于k比特误码的概率为：!)(/meBERnpBERnmnmkmBERnmnkmeBERnkmPP0/0!)()(c)ES和和BER的关系的关系00/()100%0!n BERB BERnn BER eEFSPe 一秒钟内无误码的概率(1)100%ESESF2022-7-2923第23页，共46页。3）误码指标的分配全程全网BER1
11、0-7长度模型：假设参考连接（27500km);假设参考数字链路（5000km）；假设参考数字段（280km，420km）；中继段电路级别：高级电路（25000km,分配40%的指标）中级和本地级（每端1250km，每端各15%）分配原则：高级电路按照长度分配BER指标：数字段：10-9 中继段：10-102022-7-2924第24页，共46页。1）抖动的概念）抖动的概念v概念：概念：数字信号（包括时钟信号）的各有效瞬间对于标准时间的位置偏差，称为抖动（或漂动）。10Hz以下的相位变化称为漂动,而10Hz以上的则称为抖动。v原因原因：随机噪声产生低频振荡的相位调制，加载到传输的数字信号上，产
12、生抖动。v抖动的单位：抖动的单位：UI,表示单位时隙，当传输信号为NRZ码时，1UI就是比特信息所占用的时间，它在数值上等于传输速率的倒数。v影响影响：使判决偏离最佳的判决时间 2022-7-2925第25页，共46页。系统容许的输入信号的最大抖动范围2022-7-2926第26页，共46页。PDH各次群各次群输入口对抖动的要求输入口对抖动的要求参数Jp-p/(UI ）调制数字信号的正弦信号频率 伪随机测试信号序列速率kbit/sA0A1A2F0F1F2F3F4 204836.91.50.21.510-5Hz20Hz2.4KHz18KHz100KHz 215-184481521.50.21.2
13、10-5Hz20Hz400Hz3KHz400KHz 215-134368 1.50.15 100Hz1KHz10KHz800KHz 223-1139264 1.50.075 200Hz500Hz10KHz3500KHz 223-12022-7-2927第27页，共46页。STM-N光接口输入抖动和漂移容限（表2/G825）STM峰蜂幅度（UI）频率（Hz）等级A0 A1 A2 A3 A4(18us)(2us)(0.25us)F0 F12 F14 F10 F0 F8 F1 F2 F3 F4 STM-1电STM-1光STM-4STM-162800 311 39 1.5 0.0752800 311
14、39 1.5 0.1511200 1244 156 1.5 0.1544790 4977 622 1.5 0.15 12u 178u 1.6m 115.6m 0.125 19.3 500 3.25k 6.5k 1.3M12u 178u 1.6m 115.6m 0.125 19.3 500 6.5k 6.5k 1.3M12u 178u 1.6m 115.6m 0.125 9.65 1000 25k 250k 5M12u 178u 1.6m 115.6m 0.125 12.1 5000 100k 1000k 20M2022-7-2928第28页，共46页。复用设备STM-N接口抖动产生（G.813
15、）接口测量滤波器峰-峰幅度STM-1500Hz-1.3MHz0.50UI 65KHz-1.3MHz0.10UISTM-41000Hz-5MHz0.50UI 250KHz-5 MHz0.10UISTM-165000Hz-20 MHz0.50UI 1MHz-20 MHz0.10UI 无输入抖动时，系统输出口的信号抖动特性2022-7-2929第29页，共46页。系统输出信号的抖动与输入信号中具有对应频率的抖动之比。2022-7-2930第30页，共46页。5.误码测试仪；误码分析仪；数字传输分析仪；SDH分析仪误码测试仪：发码发生器、误码检测器、指示器2022-7-2931第31页，共46页。l误
16、码分析仪：内含CPU对测试结果进行误码分析；BER、ES、SES、DM等l数字传输分析仪：测试全部误码性能和抖动性能lSDH分析仪：测试SDH设备的误码、抖动性能 分析和检测SDH设备的帧结构和映射复用结构2022-7-2932第32页，共46页。误码率和灵敏度的测试误码率和灵敏度的测试 测试方法如下：a.按图示接好测试系统，误码仪的发送部分按规定送出223-1或215-1伪随机码，用来调制光发射机；b.增大光衰减器的衰减量，同时监测误码，直到误码仪指示的的误码率为某一要求值（如10-10）；c.断开光纤连接器，用光功率计测量此时的接收光功率，即为要求误码率下的接收灵敏度（如BER=10-10
17、 时的灵敏度值）。2022-7-2933第33页，共46页。输入抖动容限的测试输入抖动容限的测试a、如图所示接好测试系统，开关K1置1，K2置2，由误码仪发送223-1或215-1伪随机码。监视光端机的误码率，调整可变光衰减器的衰减量，使光接收机接收的光功率恰好在无误码的基础上增加1dB；2022-7-2934第34页，共46页。b、将低频信号发生器发出的测试低频信号加于误码仪的发送端，调制伪随机码，造成光端机输入信号的抖动，逐渐加大低频信号幅度，直至将要发生误码为止；c、将开头K1置3，测出此时的抖动值，即为此频率下的输入抖动容限；d、改变低频测试信号的频率，重复上述过程，逐频点测量，最后画
18、出输入抖动与频率的对应关系。注：很多仪表可以自动测试 2022-7-2935第35页，共46页。三、三、光纤通信系统的总体设计光纤通信系统的总体设计1、系统的总体考虑、系统的总体考虑v 选择路由，设置局站选择路由，设置局站 以直、近为依据，兼顾不同级别线路，达到最高的线路利用率和覆盖面积；v 确定系统的制式、速率确定系统的制式、速率 主干网：SDH设备、WDM设备 农话网络：PDH系统2022-7-2936第36页，共46页。v 光纤选型光纤选型 G.652 大量铺设 1.3m 单模光纤 G.653 1.55m 单信道传输 G.655 WDM系统v 选择合适的设备，核实设备的性能指标选择合适的
19、设备，核实设备的性能指标v 对中继段进行功率和色散预算对中继段进行功率和色散预算2022-7-2937第37页，共46页。设计方法设计方法 最坏值设计法：最坏值设计法：在中继距离设计时在中继距离设计时,所有参数都取最坏值所有参数都取最坏值 （1）可以为网络规划设计者和制造厂家分别提供简单的设计指导和明确的元件指标；（2）在最坏情况下仍能保证100%系统指标，不存在先期失效问题，当系统终了时，富余度用完，系统的可靠性高。（3）最坏值设计法的缺点是系统总成本高。2022-7-2938第38页，共46页。统计设计法统计设计法:如映射法、montecarlo法、高斯近似法等。这些方法基本的思路是允许一
20、个予先确定的足够小的系统先先期失效概率期失效概率,从而换取延长再生段距离的益处。半半统统计设计法计设计法2022-7-2939第39页，共46页。McMeTxRxOFNNSRC1C2LTRPTPR光发送机活动连接器光纤固定接头光缆线路富余度设备富余度光接收机2022-7-2940第40页，共46页。光缆线路富余度光缆线路富余度Mc包括：包括：（1）将来光缆线路的维修时的变化，例如附加的光纤接头、光缆长度的增加等。（2）由于环境因素造成的光缆性能变化，例如低温引起的光缆衰减的增加。直埋方式可按0.05 dB/km考虑，架空方式随具体环境和光缆设计而异。（3）SR点之间光缆线路所包含的活动连接器和
21、其它无源光器件的性能恶化。设备富裕度：设备富裕度：设备受环境变化和器件老化引起性能变化而预留的量。2022-7-2941第41页，共46页。Lmax=(PT-PR-2Ac-Pp)/(Af+As/Lf+Mc)光信号损伤的原因：色散积累；光放大器ASE噪声积累；光反射特性2022-7-2942第42页，共46页。2）光通道的色散代价）光通道的色散代价 色散代价 码间干扰 光纤色散 光脉冲展宽 码间干扰模分配噪声：多纵模激光器和光纤色散相结合产生的系统损伤频率啁啾：直接调制单模激光器，注入电流变化引起有源区载流子浓度变化折射率变化谐振波长随时间偏移光脉冲展宽2022-7-2943第43页，共46页。
22、3）反射代价光反馈：反射光进入激光器，使其输出功率产生波动。干扰多径：光在两个反射点之间多次反射，反射光与主信号相互叠加，产生干扰2022-7-2944第44页，共46页。对于色散受限系统，可达到的最大再生距离可用下式估算（最坏值法）Lmaxd=DSR/Dm 若光设备的参数为非标准值，对多纵模LD:6max10,0.115(LD 0.306LED);mmmLBDTD取多纵模）；（为工作波长范围内的最大色散2022-7-2945第45页，共46页。对单纵模对单纵模LD：Tbit/sB nm,0.5)EA 3,LDQW 7140022max的单位为的单位为为，对，为为啁啾系数（对BDLm2022-7-2946第46页，共46页。
