光纖通信第04章

1、 600m用光纖替代原來(lái)同軸電纜用光纖替代原來(lái)同軸電纜CATV網(wǎng)絡(luò)干線網(wǎng)絡(luò)干線傳輸中的同軸電纜，配線和引入線部分仍傳輸中的同軸電纜，配線和引入線部分仍然保留原來(lái)的同軸電纜網(wǎng)結(jié)構(gòu)，組成然保留原來(lái)的同軸電纜網(wǎng)結(jié)構(gòu)，組成光纖光纖同軸電纜混合系統(tǒng)同軸電纜混合系統(tǒng)（Hybrid Fiber Cable，HFC） HFC系統(tǒng)系統(tǒng) 數(shù)字光纖通信系統(tǒng)組成框圖數(shù)字光纖通信系統(tǒng)組成框圖 光纖傳輸系統(tǒng)及其網(wǎng)管在系統(tǒng)光纖傳輸系統(tǒng)及其網(wǎng)管在系統(tǒng)/網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行、管理、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行、管理、維護(hù)和指配（維護(hù)和指配（Operations，Administration，Maintenance & Provisioning，OAM

2、&P）方面的）方面的主要任務(wù)主要任務(wù):（1）根據(jù)用戶業(yè)務(wù)需求和系統(tǒng)）根據(jù)用戶業(yè)務(wù)需求和系統(tǒng)/網(wǎng)絡(luò)資源狀況來(lái)網(wǎng)絡(luò)資源狀況來(lái)配置系統(tǒng)配置系統(tǒng)/網(wǎng)絡(luò)、開通業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)、開通業(yè)務(wù) ；（2）對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀況（傳輸性能、關(guān)鍵部件狀）對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀況（傳輸性能、關(guān)鍵部件狀態(tài)等）進(jìn)行不中斷業(yè)務(wù)的在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，數(shù)字光態(tài)等）進(jìn)行不中斷業(yè)務(wù)的在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)最重要的一項(xiàng)監(jiān)測(cè)項(xiàng)就是纖傳輸系統(tǒng)最重要的一項(xiàng)監(jiān)測(cè)項(xiàng)就是誤碼性能的誤碼性能的監(jiān)測(cè)監(jiān)測(cè) ；（3）故障告警。一旦設(shè)備或設(shè)備中的部件或光）故障告警。一旦設(shè)備或設(shè)備中的部件或光纜線路出現(xiàn)故障，系統(tǒng)應(yīng)能檢測(cè)到并在網(wǎng)管界面纜線路出現(xiàn)故障，系統(tǒng)應(yīng)能檢測(cè)到并在網(wǎng)管界

3、面上顯示出來(lái)或在設(shè)備上指示出來(lái)，并要能夠及時(shí)上顯示出來(lái)或在設(shè)備上指示出來(lái)，并要能夠及時(shí)通知維護(hù)人員通知維護(hù)人員 ； （4）為故障定位和其他維護(hù)需求而提供環(huán)）為故障定位和其他維護(hù)需求而提供環(huán)回控制、主要項(xiàng)目的測(cè)試等回控制、主要項(xiàng)目的測(cè)試等 （5）為系統(tǒng)）為系統(tǒng)/網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)OAM信息提供傳輸通道信息提供傳輸通道（6）為系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)者提供業(yè)務(wù)性能、流量）為系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)者提供業(yè)務(wù)性能、流量等方面的統(tǒng)計(jì)信息等方面的統(tǒng)計(jì)信息 （7）為維護(hù)管理人員提供話音通信的手段）為維護(hù)管理人員提供話音通信的手段（公務(wù)電話）（公務(wù)電話） 具有再生器具有再生器/中繼器的數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)中繼器的數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng) 3R（Reshap

4、ing，Retiming，Regenerating） lG.652光纖光纖 lG.653光纖光纖lG.654光纖光纖lG.655光纖光纖 光再生段組成光再生段組成 在實(shí)際組網(wǎng)應(yīng)用中通常有三種光傳輸設(shè)計(jì)在實(shí)際組網(wǎng)應(yīng)用中通常有三種光傳輸設(shè)計(jì)方法方法 :l最壞值設(shè)計(jì)法最壞值設(shè)計(jì)法l聯(lián)合設(shè)計(jì)法聯(lián)合設(shè)計(jì)法l統(tǒng)計(jì)設(shè)計(jì)法（包括半統(tǒng)計(jì)設(shè)計(jì)法）統(tǒng)計(jì)設(shè)計(jì)法（包括半統(tǒng)計(jì)設(shè)計(jì)法）應(yīng)用范圍最廣的是最壞值設(shè)計(jì)法應(yīng)用范圍最廣的是最壞值設(shè)計(jì)法 l在設(shè)計(jì)再生段距離時(shí)，將所有參數(shù)值都按最壞值選取，在設(shè)計(jì)再生段距離時(shí)，將所有參數(shù)值都按最壞值選取， 而不管其具體分布。而不管其具體分布。l優(yōu)點(diǎn)：可以為網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)者和制造廠商分別提供簡(jiǎn)

5、優(yōu)點(diǎn)：可以為網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)者和制造廠商分別提供簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)指導(dǎo)和明確的元部件指標(biāo)，而不存在先期失單的設(shè)計(jì)指導(dǎo)和明確的元部件指標(biāo)，而不存在先期失效問(wèn)題。效問(wèn)題。 l缺點(diǎn)：各項(xiàng)最壞值條件同時(shí)出現(xiàn)概率極小，系統(tǒng)富余缺點(diǎn)：各項(xiàng)最壞值條件同時(shí)出現(xiàn)概率極小，系統(tǒng)富余度較大，總成本偏高。度較大，總成本偏高。再生段距離的設(shè)計(jì)可以分為兩種情況：再生段距離的設(shè)計(jì)可以分為兩種情況： l損耗受限系統(tǒng)，即再生段距離由損耗受限系統(tǒng)，即再生段距離由S和和R點(diǎn)之間點(diǎn)之間的光通道損耗決定的光通道損耗決定l色散受限系統(tǒng)，即再生段距離由色散受限系統(tǒng)，即再生段距離由S和和R點(diǎn)之間點(diǎn)之間的光通道總色散所決定的光通道總色散所決定 S-R之間

6、的光通道的損耗組成之間的光通道的損耗組成損耗受限系統(tǒng)的最大再生段距離或者稱作損耗受限系統(tǒng)的最大再生段距離或者稱作最大中繼距離可以用下式來(lái)估算最大中繼距離可以用下式來(lái)估算其中其中 平均光纜損耗平均光纜損耗 1(2)/(/)TRCPfSfCLPPAPAALM1/nffiiAan11/(1)nssiiAan平均接頭損耗平均接頭損耗對(duì)于最壞值設(shè)計(jì)，最大傳輸距離則對(duì)于最壞值設(shè)計(jì)，最大傳輸距離則 公式中帶下標(biāo)公式中帶下標(biāo)“m”的參數(shù)皆為相應(yīng)參數(shù)的最壞值的參數(shù)皆為相應(yīng)參數(shù)的最壞值 如光纜富余度按整個(gè)段總量留取，則上式如光纜富余度按整個(gè)段總量留取，則上式變?yōu)樽優(yōu)?(2)/(/)lTmRmCmPmfmSmfCL

7、PPAPaaLM(2)/(/)lTmRmCmPmCfmSmfLPPAPMaaLl對(duì)于色散受限系統(tǒng)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)者首先應(yīng)確對(duì)于色散受限系統(tǒng)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)者首先應(yīng)確定所設(shè)計(jì)的再生段的總色散（定所設(shè)計(jì)的再生段的總色散（ps/nm），再），再據(jù)此選擇合適的光接口及相應(yīng)的一整套光據(jù)此選擇合適的光接口及相應(yīng)的一整套光參數(shù)參數(shù) 。l色散受限系統(tǒng)最大無(wú)再生傳輸距離的最壞色散受限系統(tǒng)最大無(wú)再生傳輸距離的最壞值可以用下式估算值可以用下式估算 DSR為選定的標(biāo)準(zhǔn)光接口的為選定的標(biāo)準(zhǔn)光接口的S和和R點(diǎn)之間允許的最大色散值，點(diǎn)之間允許的最大色散值，Dm為允許工作波長(zhǎng)范圍內(nèi)的最大光纖色散值。為允許工作波長(zhǎng)范圍內(nèi)的最大光纖色散值。

8、SR/dmLDD（1）使用多縱模激光器時(shí)系統(tǒng)色散受限的）使用多縱模激光器時(shí)系統(tǒng)色散受限的 最大傳輸距離最大傳輸距離 l模式分配噪聲模式分配噪聲的功率代價(jià)的功率代價(jià)l碼間干擾碼間干擾的功率代價(jià)的功率代價(jià)模式分配噪聲的功率代價(jià)和碼間干擾的功率代價(jià)均模式分配噪聲的功率代價(jià)和碼間干擾的功率代價(jià)均和相對(duì)展寬因子有關(guān)和相對(duì)展寬因子有關(guān) ， 表示碼元脈沖經(jīng)過(guò)信道傳表示碼元脈沖經(jīng)過(guò)信道傳輸后脈沖的相對(duì)展寬值輸后脈沖的相對(duì)展寬值可以求出系統(tǒng)色散受限的最大傳輸距離可以求出系統(tǒng)色散受限的最大傳輸距離 610mBDLT610dmLDB（2）使用單縱模激光器系統(tǒng)色散受限系統(tǒng)）使用單縱模激光器系統(tǒng)色散受限系統(tǒng)的最大傳輸距

9、離的最大傳輸距離 l頻率啁啾頻率啁啾的功率代價(jià)的功率代價(jià)l碼間干擾碼間干擾的功率代價(jià)的功率代價(jià) 采用單縱模激光器的系統(tǒng)采用單縱模激光器的系統(tǒng) ，假設(shè)光脈沖為高斯型，假設(shè)光脈沖為高斯型，允許脈沖展寬不超過(guò)發(fā)送脈寬的允許脈沖展寬不超過(guò)發(fā)送脈寬的10%，則可得到，則可得到色散限制最大傳輸距離色散限制最大傳輸距離 2271400dmLDBl實(shí)際系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析時(shí)，分別計(jì)算損耗受限距離實(shí)際系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析時(shí)，分別計(jì)算損耗受限距離和色散受限距離，其中較短者為最大再生段距和色散受限距離，其中較短者為最大再生段距離。離。傳輸網(wǎng)絡(luò)和傳輸系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)通常以傳輸網(wǎng)絡(luò)和傳輸系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)通常以網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)性能指標(biāo)為依據(jù)

10、。為依據(jù)。網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)是指在網(wǎng)絡(luò)最終構(gòu)成時(shí)，并且網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)是指在網(wǎng)絡(luò)最終構(gòu)成時(shí)，并且網(wǎng)中設(shè)備處于允許的最惡劣工作條件下，所有富網(wǎng)中設(shè)備處于允許的最惡劣工作條件下，所有富余度都用完并在設(shè)備終了前仍能滿足的指標(biāo)。是余度都用完并在設(shè)備終了前仍能滿足的指標(biāo)。是系統(tǒng)和設(shè)備進(jìn)網(wǎng)使用的最終要保證的指標(biāo)。系統(tǒng)和設(shè)備進(jìn)網(wǎng)使用的最終要保證的指標(biāo)。網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)以向用戶提供滿意的服務(wù)為目網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)以向用戶提供滿意的服務(wù)為目標(biāo)，是一種目標(biāo)性指標(biāo)。標(biāo)，是一種目標(biāo)性指標(biāo)。對(duì)于數(shù)字光纖傳輸，最重要的性能指標(biāo)是誤對(duì)于數(shù)字光纖傳輸，最重要的性能指標(biāo)是誤碼性能、都動(dòng)性和可用性。碼性能、都動(dòng)性和可用性。誤碼是指經(jīng)光接收機(jī)的接收與

11、判決再生之后，碼誤碼是指經(jīng)光接收機(jī)的接收與判決再生之后，碼流中的某些比特發(fā)生了差錯(cuò)，降低傳輸?shù)馁|(zhì)量。流中的某些比特發(fā)生了差錯(cuò)，降低傳輸?shù)馁|(zhì)量。誤碼的產(chǎn)生主要有以下因素誤碼的產(chǎn)生主要有以下因素 各種噪聲產(chǎn)生的誤碼各種噪聲產(chǎn)生的誤碼 由于光纖色散導(dǎo)致的碼間干擾引起的誤碼由于光纖色散導(dǎo)致的碼間干擾引起的誤碼 定時(shí)抖動(dòng)產(chǎn)生的誤碼定時(shí)抖動(dòng)產(chǎn)生的誤碼 各種外界因素產(chǎn)生的誤碼各種外界因素產(chǎn)生的誤碼 平均誤比特率平均誤比特率BER對(duì)速率對(duì)速率基群的數(shù)字通道的誤碼性能的度量以基群的數(shù)字通道的誤碼性能的度量以“塊塊”為基礎(chǔ)。為基礎(chǔ)?！皦K塊”：通道、段中傳輸?shù)囊恍╆P(guān)聯(lián)、連續(xù)：通道、段中傳輸?shù)囊恍╆P(guān)聯(lián)、連續(xù)比特的集合

12、。比特的集合。以以“塊塊”為基礎(chǔ)的誤碼事件和誤碼性能參數(shù)為基礎(chǔ)的誤碼事件和誤碼性能參數(shù)有以下幾種有以下幾種 l差錯(cuò)塊差錯(cuò)塊EBl誤塊秒誤塊秒ESl嚴(yán)重誤塊秒嚴(yán)重誤塊秒SESl背景塊差錯(cuò)背景塊差錯(cuò) BBEl嚴(yán)重誤碼期嚴(yán)重誤碼期 SEPl誤塊秒比誤塊秒比 ESRl嚴(yán)重誤塊秒比嚴(yán)重誤塊秒比 SESRl背景塊差錯(cuò)比背景塊差錯(cuò)比 BBERl嚴(yán)重誤碼期強(qiáng)度嚴(yán)重誤碼期強(qiáng)度SEPI誤誤碼碼事事件件誤誤碼碼性性能能參參數(shù)數(shù)ITU-T標(biāo)準(zhǔn)中標(biāo)準(zhǔn)中網(wǎng)絡(luò)長(zhǎng)期誤碼性能指標(biāo)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)：網(wǎng)絡(luò)長(zhǎng)期誤碼性能指標(biāo)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)：G.826和和G.828網(wǎng)絡(luò)短期誤碼性能指標(biāo)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)：網(wǎng)絡(luò)短期誤碼性能指標(biāo)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)：M.2101對(duì)于一

13、次群或高于一次群的固定比特對(duì)于一次群或高于一次群的固定比特速率傳送網(wǎng)，只要求滿足速率傳送網(wǎng)，只要求滿足G.826/G.828即可即可 。（1）抖動(dòng)）抖動(dòng) 定時(shí)抖動(dòng)（簡(jiǎn)稱抖動(dòng)）定義為數(shù)字脈沖信定時(shí)抖動(dòng)（簡(jiǎn)稱抖動(dòng)）定義為數(shù)字脈沖信號(hào)的特定時(shí)刻（如最佳判決時(shí)刻）相對(duì)于號(hào)的特定時(shí)刻（如最佳判決時(shí)刻）相對(duì)于其理想時(shí)間位置的短時(shí)間偏離其理想時(shí)間位置的短時(shí)間偏離 。（2）漂移）漂移漂移定義為數(shù)字脈沖的特定時(shí)刻相對(duì)于其漂移定義為數(shù)字脈沖的特定時(shí)刻相對(duì)于其理想時(shí)間位置的長(zhǎng)時(shí)間偏移理想時(shí)間位置的長(zhǎng)時(shí)間偏移 。抖動(dòng)、漂移相關(guān)性能指標(biāo)抖動(dòng)、漂移相關(guān)性能指標(biāo) ：l輸入抖動(dòng)輸入抖動(dòng)/漂移容限漂移容限PDH、SDH設(shè)備必須

14、容許輸入信號(hào)含有一定的抖設(shè)備必須容許輸入信號(hào)含有一定的抖動(dòng)動(dòng)/漂移，保證系統(tǒng)正常工作所容許的輸入信號(hào)漂移，保證系統(tǒng)正常工作所容許的輸入信號(hào)的最大抖動(dòng)的最大抖動(dòng)/漂移范圍稱為輸入抖動(dòng)漂移范圍稱為輸入抖動(dòng)/漂移容限漂移容限 。l最大允許輸出抖動(dòng)最大允許輸出抖動(dòng)/漂移漂移能夠使網(wǎng)元任意互連而不影響網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量而允能夠使網(wǎng)元任意互連而不影響網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量而允許的網(wǎng)絡(luò)接口的最大輸出抖動(dòng)許的網(wǎng)絡(luò)接口的最大輸出抖動(dòng)/漂移漂移 。l抖動(dòng)抖動(dòng)/漂移轉(zhuǎn)移特性漂移轉(zhuǎn)移特性 輸出信號(hào)的抖動(dòng)輸出信號(hào)的抖動(dòng)/漂移與輸入信號(hào)的抖動(dòng)漂移與輸入信號(hào)的抖動(dòng)/漂移的漂移的比值隨頻率變化的特性比值隨頻率變化的特性 。可用性指在一個(gè)觀察

15、期內(nèi)的可用時(shí)間所占可用性指在一個(gè)觀察期內(nèi)的可用時(shí)間所占的百分比，也稱為可用性比率的百分比，也稱為可用性比率（Availability Ratio，AR）。）。不可用性指在一個(gè)觀察期內(nèi)的不可用時(shí)間不可用性指在一個(gè)觀察期內(nèi)的不可用時(shí)間所占的百分比，也稱為不可用性比率所占的百分比，也稱為不可用性比率（Unavailability Ratio，UR） 。根據(jù)根據(jù)AR和和UR的定義，它們滿足的定義，它們滿足 AR + UR = 1 EDFA未作平坦處理的增益譜未作平坦處理的增益譜 3EDFA的基本性能的基本性能（1）增益特性）增益特性 增益特性表示了光放大器的放大能力，定增益特性表示了光放大器的放大能力

16、，定義為輸出功率與輸入功率之比義為輸出功率與輸入功率之比 。EDFA的增益大小與多種因素有關(guān)，增益的增益大小與多種因素有關(guān)，增益一般為一般為15dB40dB 。一般摻鉺光纖最佳長(zhǎng)度在幾十米至一二百一般摻鉺光纖最佳長(zhǎng)度在幾十米至一二百米。米。 （2）輸出功率特性）輸出功率特性 （3）噪聲特性）噪聲特性 EDFA的噪聲主要有的噪聲主要有4種種 ：信號(hào)光的散粒噪聲信號(hào)光的散粒噪聲 被放大的自發(fā)輻射光被放大的自發(fā)輻射光ASE的散粒噪聲的散粒噪聲 自發(fā)輻射自發(fā)輻射ASE光譜與信號(hào)光之間的差拍光譜與信號(hào)光之間的差拍噪聲噪聲 自發(fā)輻射自發(fā)輻射ASE光譜間的差拍噪聲光譜間的差拍噪聲 衡量衡量EDFA的噪聲特性

17、可用噪聲系數(shù)（的噪聲特性可用噪聲系數(shù)（NF）來(lái)度量，其定）來(lái)度量，其定義為義為EDFA的輸入信噪比與輸出信噪比的比值（用的輸入信噪比與輸出信噪比的比值（用dB表表示）。示）。 它與同相傳輸?shù)淖园l(fā)輻射頻譜密度和放大器增益密切相關(guān)，它與同相傳輸?shù)淖园l(fā)輻射頻譜密度和放大器增益密切相關(guān)，與輸入信號(hào)功率、泵浦功率和泵浦方式等有關(guān)。與輸入信號(hào)功率、泵浦功率和泵浦方式等有關(guān)。 表現(xiàn)為以下表現(xiàn)為以下3點(diǎn)點(diǎn) 在輸入小信號(hào)情況下，光放大器的噪聲系數(shù)（在輸入小信號(hào)情況下，光放大器的噪聲系數(shù)（NF）隨著）隨著輸入信號(hào)光功率的增大而略有減小，而輸入信號(hào)光功率的增大而略有減小，而EDFA處于飽和處于飽和狀態(tài)時(shí)噪聲系數(shù)隨信

18、號(hào)功率的增大而增大。狀態(tài)時(shí)噪聲系數(shù)隨信號(hào)功率的增大而增大。 噪聲系數(shù)隨著泵浦功率的增加而減小。噪聲系數(shù)隨著泵浦功率的增加而減小。 三種泵浦方式信噪比惡化基本相同，但是當(dāng)摻鉺光纖長(zhǎng)三種泵浦方式信噪比惡化基本相同，但是當(dāng)摻鉺光纖長(zhǎng)度增大時(shí)，同向泵浦形式輸出的度增大時(shí)，同向泵浦形式輸出的ASE功率最小，因而噪功率最小，因而噪聲系數(shù)最低；雙向泵浦形式的噪聲系數(shù)居中；反向泵浦聲系數(shù)最低；雙向泵浦形式的噪聲系數(shù)居中；反向泵浦形式的噪聲系數(shù)最高形式的噪聲系數(shù)最高 （1）EDFA的基本應(yīng)用形式的基本應(yīng)用形式 （2）EDFA在在DWDM系統(tǒng)中的應(yīng)用系統(tǒng)中的應(yīng)用 （3）EDFA在光纜有線電視傳輸系統(tǒng)在光纜有線電視傳輸系統(tǒng)（HFC系統(tǒng)）中的應(yīng)用系統(tǒng)）中的應(yīng)用 （4）RFA+EDFA混合放大 RFA的放大原理示意圖的放大原理示意圖 喇曼光纖放大器具有許多優(yōu)點(diǎn)喇曼光纖放大器具有許多優(yōu)點(diǎn) ：增益介質(zhì)為普通傳輸光纖，與光纖具有良好的增益介質(zhì)為普通傳輸光纖，與光纖具有良好的兼容性。兼容性。增益波長(zhǎng)由泵浦光波長(zhǎng)決定，不受其它因素的增益波長(zhǎng)由泵浦光波長(zhǎng)決定，不受其它因素的限制，理論上只要泵浦源的波長(zhǎng)適當(dāng)，就可以放