傳送網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)

第8章傳送網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)主要內(nèi)容 傳送網(wǎng)基本概念 傳送網(wǎng)基本功能 傳送網(wǎng)基本組成重點(diǎn)內(nèi)容 同步數(shù)字體系(SDH)技術(shù)8.1 傳送網(wǎng)概述8.1.1傳送與傳輸電信網(wǎng)的功能可以歸納為兩大類(lèi)：傳送(Transport)功能實(shí)現(xiàn)任何電信信息從一點(diǎn)到另一點(diǎn)(或另一些 點(diǎn))的傳遞控制(Control)功能實(shí)現(xiàn)輔助業(yè)務(wù)和操作維護(hù)功能傳送：側(cè)重于從信息傳遞的功能過(guò)程描述傳輸：側(cè)重于從信息信號(hào)通過(guò)具體物理媒質(zhì) 傳遞的物理過(guò)程來(lái)描述傳送網(wǎng)：將網(wǎng)絡(luò)的傳送功能的集合看作一 個(gè)邏輯的網(wǎng)絡(luò)傳輸網(wǎng)：實(shí)際設(shè)備組成的網(wǎng)絡(luò)8.1.2傳送網(wǎng)分層結(jié)構(gòu)電路層通道層段層物理層傳輸媒質(zhì)層{傳送層傳送網(wǎng)分層的優(yōu)點(diǎn)

各層單獨(dú)設(shè)計(jì)修改各層功能相對(duì)獨(dú)立層與層關(guān)系

客戶-服務(wù)者各層現(xiàn)有技術(shù)

電路層:64kb/s,2Mb/s通道層:PDH,SDH,ATM,(波長(zhǎng))傳輸媒質(zhì)層:電纜,光纖,微波,衛(wèi)星,銅線等8.2同步數(shù)字傳送網(wǎng)技術(shù)8.2.1SDH(SynchronousDigitalHierarchy)

傳送網(wǎng)產(chǎn)生背景PDH的特點(diǎn)與存在的主要問(wèn)題面向話音業(yè)務(wù)

適合點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸

存在多種地區(qū)性標(biāo)準(zhǔn)異步復(fù)用，逐級(jí)復(fù)接不具備統(tǒng)一的光接口開(kāi)銷(xiāo)缺乏，網(wǎng)管有限PDH復(fù)接等級(jí)E1E2E3E4E5T1T2T3T42.SDH的產(chǎn)生

SDH的研究工作始于1986年，其目的是建立光纖通信的用標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)一組網(wǎng)絡(luò)單元提供一個(gè)經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)單、靈活的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。美國(guó)貝爾通信研究所最先提出了光同步傳輸網(wǎng)概念，并稱之為同步光網(wǎng)絡(luò)（SONET）。1988年，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（ANSI）通過(guò)了兩個(gè)最早的SONET標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)際電話電報(bào)咨詢委員會(huì)（CCITT）于1988年接受了SONET的概念，重新命名為同步數(shù)字系列(SDH），建立了世界性的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。3.SDH的概念和特點(diǎn)

概念SDH是一套可進(jìn)行同步信息傳輸、復(fù)用、分插和交叉連接的標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)字信號(hào)技術(shù)體制。

◆統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接口 ◆標(biāo)準(zhǔn)信息結(jié)構(gòu)等級(jí) ◆塊狀幀和開(kāi)銷(xiāo)功能 ◆同步復(fù)用映射結(jié)構(gòu) ◆適用多種傳輸媒質(zhì)SDH傳送網(wǎng)是由一些基本網(wǎng)絡(luò)單元(NE)組成的，在傳輸媒質(zhì)上(如光纖、微波等)進(jìn)行同步信息傳輸、復(fù)用、分插和交叉連接的傳送網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接口（NNI）SMSMTRTRSMTRSMSMTRTRSMTRlineradioDXCEAlineradioNNINNINNINNITR：支路信號(hào)line：線路系統(tǒng)DXC：數(shù)字交叉連接設(shè)備SM：同步復(fù)用器radio：無(wú)線系統(tǒng)EA：外部接入設(shè)備SDH接口的速率等級(jí)STM-N,N=1,4,16,64…STM:SynchronousTransportModule同步傳送模塊系列等級(jí)標(biāo)稱速率速率等效話路數(shù)STM-1155Mb/s155.520Mb/s1920STM-4622Mb/s622.080Mb/s7696

STM-162.5Gb/s

2488.320Mb/s30720

STM-6410Gb/s

9953.280Mb/s

122880特點(diǎn)◆同步復(fù)用：直接分插，一步到位◆標(biāo)準(zhǔn)光接口：保障橫向兼容◆世界性標(biāo)準(zhǔn)：統(tǒng)一兩大數(shù)字體系,前向兼容◆容納新業(yè)務(wù):后向兼容◆開(kāi)銷(xiāo)豐富：強(qiáng)大的網(wǎng)管能力◆定時(shí)透明：指針調(diào)整，支持偽同步工作環(huán)境

◆凈荷透明：簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)管理◆組網(wǎng)與自愈能力強(qiáng)◆系列標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范SDH核心特征◆同步復(fù)用◆強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)管理能力◆統(tǒng)一的光接口及復(fù)用標(biāo)準(zhǔn)4.SDH的不足◆開(kāi)銷(xiāo)信息的增加帶來(lái)頻帶利用率的降低◆指針調(diào)整技術(shù)的引入劣化了抖動(dòng)性能◆軟件控制對(duì)網(wǎng)絡(luò)可靠性和生存性提出更高的要求◆網(wǎng)同步復(fù)雜◆需解決對(duì)IP業(yè)務(wù)量波動(dòng)大,流量不對(duì)稱的不適應(yīng)問(wèn)題8.2.2SDH的幀結(jié)構(gòu)與段開(kāi)銷(xiāo)STM-1的幀結(jié)構(gòu)9261270凈負(fù)荷（Payload）(含POH)RSOHAUPTRMSOH幀重復(fù)周期125s1234567899270字節(jié)STM-N的幀結(jié)構(gòu)在幀同步的基礎(chǔ)上以字節(jié)為單位的時(shí)分復(fù)用SDH幀結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)◆以字節(jié)為基礎(chǔ)的矩形塊狀幀結(jié)構(gòu)◆縱向9行，橫向270N列◆由左到右、由上到下順序排成串行碼流依次傳輸◆傳輸一幀需125μs，每秒8000幀◆STM-N傳輸速率： N892708000=N155.520Mbit/s

其中N取1,4,16,64,…SDH幀結(jié)構(gòu)的功能區(qū)域段開(kāi)銷(xiāo)(SOH)凈負(fù)荷(Payload)管理單元指針(AUPTR)功能幀定位性能檢測(cè)維護(hù)信息管理通路

業(yè)務(wù)傳輸指示凈負(fù)荷區(qū)域內(nèi)信息首字節(jié)在STM-N幀內(nèi)的準(zhǔn)確位置位置(19)N列RSOH13行MSOH59行

l9行(10270)N列

第4行l(wèi)9列容量(STM-1)72字節(jié)/幀4.608Mbit/s2349字節(jié)/幀150.336Mbit/sSTM-1(N)的開(kāi)銷(xiāo)◆段開(kāi)銷(xiāo)SOH(SectionOverHead) 再生段開(kāi)銷(xiāo)RSOH 復(fù)用段開(kāi)銷(xiāo)MSOH (字節(jié)的功能與應(yīng)用P189-196)◆通道開(kāi)銷(xiāo)POH(PathOverHead) 高階通道開(kāi)銷(xiāo)HPOH 低階通道開(kāi)銷(xiāo)LPOH

(字節(jié)的功能與應(yīng)用P200-203)STM-1段開(kāi)銷(xiāo)安排A1B1D1A1B2D4D7D10S1A1A2A2A2J0AU-4PointerE1D2D3F1B2B2K1D5D8K2D6D9D12D11E2M1123456789123456789再生段開(kāi)銷(xiāo)（RSOH）復(fù)用段開(kāi)銷(xiāo)（MSOH）STM-N段開(kāi)銷(xiāo)字節(jié)安排STM-N的SOH字節(jié)可利用字節(jié)間插方式構(gòu)成。安排規(guī)則如下:◆第一個(gè)STM-1的SOH被完整保留，其余N-1個(gè)SOH 中僅保留定幀字節(jié)A1、A2和BIP-N×24字節(jié)B2， 其它字節(jié)（B1，E1，E2，F(xiàn)1，K1，K2和D1D12） 均省去◆M1字節(jié)要專門(mén)定義位置◆定幀字節(jié):A1,A2◆再生段蹤跡字節(jié):J0◆數(shù)據(jù)通信通路字節(jié):D1D12◆公務(wù)聯(lián)絡(luò)字節(jié):E1,E2◆使用者通路字節(jié):F1◆自動(dòng)保護(hù)倒換字節(jié):K1,K2(b1b5)◆復(fù)用段遠(yuǎn)端缺陷指示字節(jié):K2(b6b8)◆同步狀態(tài)字節(jié):S1(b5b8)◆比特間插奇偶校驗(yàn)8位碼(BIP-8)字節(jié):B1◆比特間插奇偶校驗(yàn)N24位碼(BIP-N24)字節(jié):B2◆復(fù)用段遠(yuǎn)端差錯(cuò)指示字節(jié):M1BIP-8原理1111011011110110…z1z2z3z4z5z6z7z8第1字節(jié)第2字節(jié)第N9270字節(jié)P1P2……….P8B1上1幀8.2.3同步復(fù)用和映射原理SDH通用復(fù)用映射結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：◆多種信息單元 ◆多條復(fù)用路線 ◆多層復(fù)用結(jié)構(gòu)中國(guó)采用的復(fù)用結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：◆規(guī)定以2.048Mb/s為基礎(chǔ)的PDH系列作為SDH的有效負(fù)荷◆選用AU-4復(fù)用路線映射定位基本工作原理 信號(hào)復(fù)用進(jìn)STM-N幀都要經(jīng)歷映射、定位校準(zhǔn)和復(fù)用三個(gè)步驟.◆各種速率等級(jí)的數(shù)據(jù)流進(jìn)入相應(yīng)的容器（C）， 完成適配功能（主要是速率調(diào)整）◆進(jìn)入虛容器（VC），加入通道開(kāi)銷(xiāo)（POH）◆進(jìn)入管理單元（AU）或支路單元（TU）◆進(jìn)行速率調(diào)整◆設(shè)置指針（AUPTR或TUPTR）◆在N個(gè)AUG的基礎(chǔ)上，附加段開(kāi)銷(xiāo)SOH◆形成STM-N的幀結(jié)構(gòu)基本單元容器

(Container)◆容器是一種用來(lái)裝載各種速率業(yè)務(wù)信號(hào)的信息 結(jié)構(gòu)，基本功能是完成適配即碼速調(diào)整◆容器類(lèi)型包括C-n(n=11,12,2,3,4)五種，我國(guó) 目前僅涉及C-12,C-3及C-4容器◆每種容器分別對(duì)應(yīng)于一種標(biāo)稱輸入速率，即 2.048Mb/s(C-12)；34.368Mbit/s(C-3)； 139.264Mbit/s(C-4)虛容器

(VirtualContainer)◆虛容器是用來(lái)支持SDH通道層連接的信息結(jié)構(gòu)◆VC是SDH通道的信息終端，由安排在重復(fù)周期 為125s或500s的塊狀幀結(jié)構(gòu)中的信息凈負(fù)荷（容器的輸出）和通道開(kāi)銷(xiāo)（POH）組成，即： VC-n=C-n+VC-nPOH◆虛容器可分為低階虛容器和高階虛容器，VC-11、 VC-12、VC-2和TU-3前的VC-3為低階虛容器； C-4和AU-3前的VC-3為高階虛容器支路單元

(TributaryUnit)◆支路單元是一種提供低階通道層和高階通道層 之間適配功能的信息結(jié)構(gòu)，表示為 TU-n(n=11,12,2,3)◆TU-n由一個(gè)相應(yīng)的低階VC-n和一個(gè)相應(yīng)的支路 單元指針（TU-nPTR）組成，即： TU-n=VC-n+TU-nPTR◆TU-nPTR指示VC-n凈負(fù)荷幀起點(diǎn)相對(duì)于高階VC 幀起點(diǎn)間的偏移量。支路單元組

(TributaryUnitGroup)◆支路單元組是由一個(gè)或多個(gè)在高階VC凈負(fù)荷中 占據(jù)固定的、確定位置的支路單元組成?！敉ㄟ^(guò)把一些不同大小的TU組合成一個(gè) TUG， 可以增加傳送網(wǎng)絡(luò)的靈活性◆VC-4/3中有TUG-3和TUG-2兩種支路單元組管理單元

(AdministrativeUnit)◆管理單元是提供高階通道層和復(fù)用段層之間適配 功能的信息結(jié)構(gòu)，可表示為AU-n(n=3,4)◆管理單元由一個(gè)相應(yīng)的高階VC-n和一個(gè)相應(yīng)的管 理單元指針（AU-nPTR）組成，即：

AU-n=VC-n+AU-nPTR◆AU-nPTR指示VC-n凈負(fù)荷起點(diǎn)相對(duì)于復(fù)用段幀 起點(diǎn)間的偏移，而其自身相對(duì)于STM-N幀的 位置總是固定的。管理單元組

(AdministrativeUnitGroup)◆管理單元組是由一個(gè)或多個(gè)在STM-N凈負(fù)荷中 占據(jù)固定的、確定位置的管理單元組成◆一個(gè)AUG是由一個(gè)AU-4或三個(gè)AU-3按字節(jié)間插 組合而成同步傳送模塊

(SynchronousTransportModule)◆同步傳送模塊代表提供段層連接的信息結(jié)構(gòu)◆基本模塊STM-1的信號(hào)速率為155.520Mbit/s◆更高階的STM-N模塊（N=4,16,64,...）由N個(gè) STM-1信號(hào)以同步復(fù)用方式構(gòu)成復(fù)用步驟◆映射◆定位◆復(fù)用映射映射(Mapping)，是一種在SDH網(wǎng)絡(luò)邊界處把支路信號(hào)適配裝入相應(yīng)虛容器的過(guò)程。DDDDDDDSDSDDDDSDDDPOH虛容器映射技術(shù)：碼速調(diào)整實(shí)例：將2.048Mbit/s信號(hào)映射進(jìn)VC-12步驟：◆H-12異步裝入C-12◆加入VC-12POHH-12異步裝入VC-12正/零/負(fù)碼速調(diào)整策略定位

定位（Alignment），是一種當(dāng)支路單元或管理單元適配到支持層的幀結(jié)構(gòu)時(shí)，幀偏移信息隨之轉(zhuǎn)移的過(guò)程。利用指針(TUPTR或AUPTR)來(lái)表示在STM-N幀內(nèi)浮動(dòng)的凈負(fù)荷的準(zhǔn)確位置。當(dāng)出現(xiàn)凈荷在一定范圍內(nèi)的頻率變化時(shí)，只須增加或減小指針數(shù)值即可達(dá)到目的。指針的概念◆

指針(PTR)是一種指示符，其值定義為虛容器相對(duì)于支持它的傳送實(shí)體的幀參考點(diǎn)的幀偏移。◆

SDH中指針的作用可歸結(jié)為三條：當(dāng)網(wǎng)絡(luò)處于同步工作狀態(tài)時(shí)，指針用來(lái)進(jìn)行同步 信號(hào)間的相位校準(zhǔn)；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)失去同步時(shí)，指針用作頻率和相位校準(zhǔn)； 當(dāng)網(wǎng)絡(luò)處于異步工作時(shí)，指針用作頻率跟蹤校準(zhǔn)；指針還可以用來(lái)容納網(wǎng)絡(luò)中的頻率抖動(dòng)和漂移。

◆

指針?lè)譃锳U-4指針、TU-3指針、TU-12指針。AU-4指針定義與編碼◆AU-4指針定義：H1,Y,Y,H2,1*,

1*,

H3,H3,H3

其中Y=1001SS11；1*=11111111◆H1和H2字節(jié)結(jié)合使用，可以看作1個(gè)碼字，其中碼字 的最后10個(gè)比特(即第7至第16比特)攜帶具體指針值。

H1、H2共可提供1024個(gè)指針值

VC-4內(nèi)共有2349字節(jié)，需用783個(gè)指針值來(lái)表示， 實(shí)際AU-4指針值為0782內(nèi)所對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)

該值表示了指針和VC-4第1個(gè)字節(jié)間的相對(duì)位置

指針值每增/減“1”，代表3個(gè)字節(jié)的偏移量

指針奇數(shù)比特記為

I比特，偶數(shù)比特記為D

比特AU-4指針偏移值(P204)AU-4指針定位功能正調(diào)整當(dāng)VC的幀速率比AUG的幀速率慢時(shí)，需提高VC幀速率操作：在VC前插入3個(gè)填充偽信息的空閑字節(jié)(即 正調(diào)整字節(jié))，從而增加了VC幀速率。但由于 插入了正調(diào)整字節(jié)，實(shí)際VC在時(shí)間上向后推移， 因而用來(lái)指示其起始位置的指針值要增加1。操作指示：是將指針碼字的5個(gè)增加比特(I比特)， 即第7、9、11、13和15比特進(jìn)行反轉(zhuǎn)，并在接收 機(jī)中按5比特多數(shù)表決準(zhǔn)則作出決定。正調(diào)整字節(jié)的位置：AU一4幀內(nèi)最后一個(gè)H3字節(jié)后 出現(xiàn)3個(gè)正調(diào)整字節(jié)。正調(diào)整負(fù)調(diào)整當(dāng)VC的幀速率比AUG的幀速率快時(shí)，需要降低VC幀速率操作：利用AU指針區(qū)的3個(gè)H3字節(jié)存放實(shí)際VC信息(負(fù) 調(diào)整字節(jié))，相當(dāng)于降低了VC幀速率。由于VC起始 幾個(gè)字節(jié)存入AU指針區(qū)，實(shí)際VC在時(shí)間上向前移動(dòng) 了3個(gè)字節(jié)，因而指示其起始位置的指針值要減l。操作的指示：是將指針碼字的5個(gè)減少比特(D比特)， 即第8、10、12、14和16比特進(jìn)行反轉(zhuǎn)，并在接 收機(jī)中按5比特多數(shù)表決準(zhǔn)則作出決定。負(fù)調(diào)整字節(jié)的位置：AU一4幀內(nèi)H3字節(jié)內(nèi)出現(xiàn)3個(gè)負(fù)調(diào)整 字節(jié)。對(duì)于AU一3而言，則將在單獨(dú)的H3字節(jié)處出 現(xiàn)1個(gè)負(fù)調(diào)整字節(jié)。負(fù)調(diào)整指針調(diào)整規(guī)則小結(jié)在正常運(yùn)行期間，指針確定了在AU-n幀內(nèi)VC-n的 起始位置。指針值的改變靠相關(guān)規(guī)則操作。若需正調(diào)整，發(fā)送帶有I比特反轉(zhuǎn)的當(dāng)前指針值， 且其后的正調(diào)整機(jī)會(huì)用偽信息所填充，指針 加“1”。若需負(fù)調(diào)整，發(fā)送帶有D比特反轉(zhuǎn)的當(dāng)前指針值。 且其后的負(fù)調(diào)整機(jī)會(huì)被實(shí)際數(shù)據(jù)所重寫(xiě)，指 針減“1”。復(fù)用 復(fù)用(Multiplexing)，是一種把多個(gè)低階通道層信號(hào)適配進(jìn)高階通道層或者把多個(gè)高階通道層信號(hào)適配進(jìn)復(fù)用段層的過(guò)程。ABCDABCDAABBCCDD4:1SDH復(fù)用技術(shù)特點(diǎn)單字節(jié)交錯(cuò)間插方式：以“字節(jié)”為單位交錯(cuò)間插同步處理例(P209-210)映射單元基本參數(shù)(P210-211)8.2.4SDH網(wǎng)絡(luò)中的基本網(wǎng)元◆終端復(fù)用設(shè)備(TM)

◆分插復(fù)用設(shè)備(ADM)

◆數(shù)字交叉連接設(shè)備(DXC)分插復(fù)用設(shè)備

ADM(AddDropMultiplexer)◆允許兩個(gè)STM-N信號(hào)之間的不同VC實(shí)現(xiàn)互連◆具有無(wú)需分接和終結(jié)整體信號(hào)即可將各種G.703 規(guī)定的接口信號(hào)（PDH）或STM-N信號(hào)（SDH） 接入STM-M（M>N）內(nèi)作任何支路的能力。◆連接能力：支路—群路（上支路）

群路—支路（下支路）

群路—群路（直通）

支路—支路ADM設(shè)備的連接能力 P213圖8.23數(shù)字交叉連接設(shè)備DXC(DigitalCrossConnecter)◆DXC是一種具有一個(gè)或多個(gè)準(zhǔn)同步數(shù)字體系(G.702) 或同步數(shù)字體系(G.707)信號(hào)端口的，可以在任 何端口信號(hào)速率（及其子速率）間進(jìn)行可控連接 和再連接的設(shè)備。

◆適用于SDH的DXC（稱為SDXC）則能進(jìn)一步在端口 間提供可控的VC透明連接和再連接。這些端口 信號(hào)可以是SDH速率，也可以是PDH速率。DXC原理結(jié)構(gòu)框圖8.2.5SDH自愈網(wǎng)原理◆SDH傳送網(wǎng)◆SDH自愈網(wǎng)SDH傳送網(wǎng)分層模型再生段,復(fù)用段和通道示意圖

P218圖8.25SDH自愈網(wǎng)自愈的概念:

通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時(shí)，無(wú)需人為干預(yù)，即可在極短的時(shí)間內(nèi)從失效故障中自動(dòng)恢復(fù)所攜帶的業(yè)務(wù)，使用戶感覺(jué)不到網(wǎng)絡(luò)已出了故障。自愈的基本原理是使網(wǎng)絡(luò)具備發(fā)現(xiàn)替代傳輸路由并重新確立通信的能力。1+1保護(hù)并發(fā)優(yōu)收原則MST:復(fù)用段終端MSA:復(fù)用段適配RST:再生段終端SPI:SDH物理接口REG:再生器1:N保護(hù)選發(fā)選收原則自愈環(huán)分類(lèi)◆按結(jié)構(gòu)分類(lèi)

通道保護(hù)環(huán) 復(fù)用段保護(hù)環(huán)

◆按光纖數(shù)量分類(lèi)

二纖環(huán) 四纖環(huán)

◆按接收和發(fā)送信號(hào)的傳輸方向分類(lèi) 單向環(huán) 雙向環(huán)自愈環(huán)類(lèi)型◆二纖單向通道保護(hù)環(huán)◆二纖雙向通道保護(hù)環(huán)◆二纖單向復(fù)用段保護(hù)環(huán)◆四纖雙向復(fù)用段共享保護(hù)環(huán)◆二纖雙向復(fù)用段共享保護(hù)環(huán)8.3傳送網(wǎng)主要性能指標(biāo)1.誤碼性能◆誤碼率(BER)

傳送的碼元被錯(cuò)判的概率。----表示長(zhǎng)期統(tǒng)計(jì)平均的結(jié)果。◆塊:比特的集合.◆誤塊(EB):任意比特出現(xiàn)差錯(cuò)的塊.◆誤塊秒比(ESR)

誤塊秒(ES)

：出現(xiàn)誤塊的秒。誤塊秒比：誤塊秒數(shù)與總的可用秒數(shù)之比?！舯尘罢`塊比(BBER) 背景誤塊(BBE):扣除不可用時(shí)間和SES期間出 現(xiàn)的誤塊后所剩下的誤塊. 背景誤塊比:在可用時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)的BBE數(shù)與扣除 不可用時(shí)間和SES期間所有塊數(shù)后 的總塊數(shù)之比.◆嚴(yán)重誤塊秒比(SESR)

嚴(yán)重誤塊秒(SES)

：含有不少于30%的誤塊或 至少一種缺陷的秒。嚴(yán)重誤塊秒比：嚴(yán)重誤塊秒數(shù)與總的可用秒數(shù) 之比。2.抖動(dòng)性能抖動(dòng)：數(shù)字信號(hào)(包括時(shí)鐘信號(hào))的各有效

瞬間對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間位置的偏差。信號(hào)時(shí)鐘抖動(dòng)相當(dāng)于寄生調(diào)相，會(huì)導(dǎo)致靈敏度降低。

抖動(dòng)J的單位：UI(單位時(shí)隙)

對(duì)于NRZ碼，1UI=1Tb=1/fb◆輸入抖動(dòng)容限：系統(tǒng)允許的輸入信號(hào)的最大抖動(dòng)范圍?！糨敵龆秳?dòng)：

系統(tǒng)無(wú)輸入抖動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)輸出信號(hào)的抖動(dòng)特性。

◆抖動(dòng)轉(zhuǎn)移：

輸出抖動(dòng)與輸入抖動(dòng)之比(抖動(dòng)增益)。

3.可靠性與可用性

◆平均故障間隔時(shí)間(MTBF)

◆平均故障修復(fù)時(shí)間(MTTR)

◆可靠性(R)

◆可用性(A)作業(yè):

P229習(xí)題3.第9章光纖通信技術(shù)

9.1概述擴(kuò)大通信容量的方法:提高載波頻率。光波也是一種電磁波，可以作為載波。光纖通信系統(tǒng)的組成信號(hào)源信號(hào)源電端機(jī)光發(fā)送機(jī)光纜中繼光纜光接收機(jī)電端機(jī)課程內(nèi)容 (1)光纖 (2)光發(fā)送機(jī) (3)光接收機(jī) (4)系統(tǒng) (5)新技術(shù)介紹 (6)光傳送網(wǎng)技術(shù) (7)ASON光纖通信的特點(diǎn)1.容量大2.中繼距離長(zhǎng)3.不怕電磁干擾4.保密性好，無(wú)串話干擾5.尺寸小，重量輕6.原料豐富(節(jié)約有色金屬)7.經(jīng)濟(jì)!!!9.2光纖傳輸原理與特性光纖的結(jié)構(gòu)纖芯--高透明材料包層--高透明材料涂敷層--保護(hù)層包層折射率略小于纖芯.材料：

高純度

SiO2

攙雜

纖芯：

GeO2?SiO2,P2O5?SiO2

包層：B2O3?SiO2階躍折射率：

纖芯折射率分布均勻

漸變折射率：

纖芯折射率連續(xù)變化(2)多模：

能傳多個(gè)模式

單模：

只能傳基模光纖的分類(lèi)常用光纖

(1)階躍多模光纖n1n22a2brn芯徑(2a):50μm,62.5μm包層直徑(2b):125μm

(2)漸變折射率多模光纖n1n22a2brn芯徑(2a):50μm,62.5μm包層直徑(2b):125μm(3)單模光纖(普通)2a2brn芯徑(2a):<10μm包層直徑(2b):125μm

光纖的導(dǎo)光原理階躍多模光纖(幾何光學(xué))n1n2n0=1φθn1n2α1α1α2n1sinα1=n2sinα2臨界角

φcφc=arcsin(n2/n1)φ>φc光在纖芯與包層間發(fā)生全反射.(2)最大入射角

θmaxsinθmax=n1sin(90o-φc)=(n12-n22)?

(3)光纖的數(shù)值孔徑

NA=sinθmax=(n12-n22)?NA反映光纖的集光能力.(4)相對(duì)折射率差Δ=(n12-n22)/2n12≈n1-n2n1=n1(2Δ)?(5)子午線最大時(shí)延差

Δτd(群時(shí)延)Δτd=c/n1sinφcL-L=cLn1?n2n1-n2≈cn1Δ?L其中

L為光纖長(zhǎng)度.Δτd導(dǎo)致光脈沖展寬(帶寬減小).漸變折射率多模光纖折射律分布：n(r)=n(0)[1-2Δ(r/a)g]?r<an2r≥a其中

Δ:相對(duì)折射率差

Δ=[n2(0)-n22]/2n2(0)g:折射率分布指數(shù),g2最佳.波動(dòng)理論分析光纖從麥克斯韋方程組開(kāi)始,可以導(dǎo)出一系列參數(shù)的表達(dá)式.光纖的傳輸性質(zhì)1.光纖的損耗(1)固有損耗材料的本征吸收----紅外吸收----分子振動(dòng)----紫外吸收----電子躍遷b.材料的本征散射----瑞利散射(折射率微觀不均勻引起)(2)非固有損耗雜質(zhì)吸收----OH根吸收(光能→振動(dòng))波導(dǎo)散射----宏觀上的不均勻(3)損耗系數(shù)αPiPoL(km)α=10LlgPoPi(dB/km)α=L1[Pi(dBm)-Po(dBm)](dB/km)其中:

P(dBm)=10lgP1mW(4)光纖的α----λ曲線λ(μm)α(dB/km)瑞利散射損耗紅外吸收損耗0.851.31.552.00.50.2OH根吸收2.光纖的色散----導(dǎo)致脈沖展寬(帶寬降低)a.模式色散：

多模光纖中每種模式的群速度不同，產(chǎn)生時(shí)延差。b.材料色散:

光纖材料的折射率隨光的波長(zhǎng)的不同而變化，各種

波長(zhǎng)的光傳播速度不同，引起時(shí)延差。

c.波導(dǎo)色散:同一模式的光的相位常數(shù)隨光的波長(zhǎng)的不同而變化，各種波長(zhǎng)的光傳播速度不同，引起時(shí)延差。波導(dǎo)色散與折射率分布有關(guān). 多模光纖:模式色散占主要地位. 單模光纖:材料色散和波導(dǎo)色散共同影響總色散.(1)光纖的脈沖展寬：PtPt:

L公里光纖的脈沖展寬,半高寬度。與光纖的長(zhǎng)度有關(guān).！與光源的譜寬有關(guān)。單位長(zhǎng)度光纖的時(shí)延差:()

()=/L(2)光纖的帶寬

BW

調(diào)制信號(hào)經(jīng)傳播后，幅度降低一半時(shí)的頻率。G(f)fG(0)?G(0)0BW

BW:L公里光纖的帶寬

BW與光纖的長(zhǎng)度有關(guān)。！BW與光源的譜寬有關(guān)。BW=0.44/(3)光纖的色散系數(shù)：----反應(yīng)光纖本身的性質(zhì)D=

L?=()/ [ps/(km?nm)]單位長(zhǎng)度(1km)

光纖對(duì)單位譜線寬度(1nm)(半高譜寬)

的光的時(shí)延展寬。(4)光纖的

D--

曲線(單模)

普通單模光纖：1.31m

色散為零。3.光纖的非線性效應(yīng)受激散射 ----部分能量偏離預(yù)定的傳播方向,光波頻率發(fā)生改變.

a.受激布里淵散射(SBS) b.受激拉曼散射(SRS)(2)折射率擾動(dòng) ----光強(qiáng)度引起光纖折射率的變化.

a.自相位調(diào)制(SPM) b.交叉相位調(diào)制(XPM)

c.四波混頻(FWM)單模光纖

1.折射率分布(P235)2.主要參數(shù)

a.損耗系數(shù)

b.色散系數(shù)

c.截止波長(zhǎng)

d.模場(chǎng)直徑3.偏振特性可同時(shí)傳輸兩個(gè)相互正交的基模.由于光纖的不完善,兩個(gè)相互正交的基模的相位常數(shù)可能不同----偏振模色散.4.分類(lèi)

G.652:常規(guī)光纖,零色散波長(zhǎng):1310nm.

G.653:色散位移光纖,零色散波長(zhǎng):1550nm.G.654:零色散波長(zhǎng):1310nm.1550nm損耗極低.

G.655:非零色散位移光纖,在1530-1565nm有較小的色散. 適合DWDM系統(tǒng).光纜9.3光發(fā)送機(jī)與光接收機(jī)9.3.1半導(dǎo)體激光器和發(fā)光二極管1.光纖通信系統(tǒng)對(duì)光源的要求波長(zhǎng)合適光功率足夠譜寬窄可直接調(diào)制響應(yīng)速度快轉(zhuǎn)換效率高能在室溫下連續(xù)工作體積小,壽命長(zhǎng)2.半導(dǎo)體激光器基本原理 受激輻射激射條件

有足夠的反轉(zhuǎn)分布

存在光學(xué)諧振腔注入式半導(dǎo)體激光器----向PN結(jié)注入電流 實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)分布。半導(dǎo)體材料材料 波長(zhǎng)(m)GaAs 0.83-0.9GaAlAs 0.63-0.9InGaAs 1.0-1.7InGaAsP 1.0-1.7結(jié)構(gòu)

P249-250工作特性◆

P--I特性P(mW)I(mA)0204048IthP：輸出光功率I：注入電流Ith：閾值電流Ith:10-100mA◆溫度特性

TIthI(mA)P(mW)20C30C40C50C◆光譜特性P0多縱模0P單縱?！粜释馕⒎至孔有蔇=輸出光子數(shù)的增量注入電子數(shù)的增量=(P-Pth)/h(I-Ith)/e0D

對(duì)應(yīng)P--I曲線閾值以上線性部分的斜率。P(W)3.發(fā)光二極管基本原理 自發(fā)輻射結(jié)構(gòu)

P253工作特性◆

P-I特性I(mA)1002000100200輸出功率與注入電流成正比?！魷囟忍匦訧P20oC30oC40oC◆光譜特性P連續(xù)譜。發(fā)光二極管與激光器的比較 LED LD發(fā)光機(jī)理

自發(fā)輻射

受激輻射光譜

寬30-100nm 窄

3nm發(fā)散角 大

小耦合效率

低

高入纖功率 ~100W >1mW響應(yīng)速度

慢~100MHz 快>2GHz熱特性

好(不需致冷) 較差(需致冷)壽命

長(zhǎng)100萬(wàn)小時(shí) 10萬(wàn)小時(shí)成本

低

高線性 好 較差應(yīng)用 小容量數(shù)字系統(tǒng) 大容量長(zhǎng)距離數(shù)字系統(tǒng) 模擬系統(tǒng) 模擬系統(tǒng)9.3.2光發(fā)送機(jī)電信號(hào)輸入輸入接口線路編碼調(diào)制電路光源光信號(hào)輸出控制電路◆輸入接口:

將電端機(jī)輸出的HDB3碼或CMI碼變換成二元NRZ碼. 從電端機(jī)輸出的HDB3碼或CMI碼中提取出時(shí)鐘. 一，二，三次群電端機(jī)的輸出碼型為HDB3碼。

四次群，STM-1電端機(jī)的輸出碼型為CMI碼。◆線路編碼/解碼(PDH): 消除直流基線起伏，便于判決。 消除長(zhǎng)連‘0’連‘1’，便于時(shí)鐘提取。 便于誤碼監(jiān)測(cè)?！鬖ED的數(shù)字調(diào)制PttI◆LD的數(shù)字調(diào)制IPItIBImtPP1P0◆控制電路自動(dòng)溫度控制LD致冷器熱敏電阻控制電路自動(dòng)功率控制調(diào)制電路控制電路ImIBLDPIN◆光發(fā)送機(jī)的主要指標(biāo)平均發(fā)送光功率 mW,dBm消光比 dB EXT=10?lg(P1/P0)(dB)動(dòng)態(tài)譜寬 nm9.3.3光檢測(cè)器半導(dǎo)體探測(cè)器：1.光電二極管PD(PIN) 2.雪崩光電二極管APD1.光電二極管

工作在反向偏壓的PN結(jié)二極管。工作原理----受激吸收(2)結(jié)構(gòu)----PIN結(jié)構(gòu)PIN光響應(yīng)波長(zhǎng)

光電效應(yīng)需滿足條件：h>Eg即:<hcEg截止波長(zhǎng)：c=hcEg=1.24Eg(eV)(m)Si:c=1.06mGe,InGaAs:c=1.6m響應(yīng)波長(zhǎng):Si:0.5-1.0mGe,InGaAs:1.1-1.6m(4)光電轉(zhuǎn)換效率a.量子效率：=光產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)數(shù)入射光子數(shù)=Ip/e0P0/h=IpP0he0Ip:光生電流P0：入射光功率b.響應(yīng)度R=IpP0=e0h(A/W)2.雪崩光電二極管APD

工作在高反向偏壓的PN結(jié)二極管。 入射光功率產(chǎn)生一次光生電流，一次光生電流被雪崩放大，形成較大的反向電流。

平均雪崩增益M=一次光生電流總輸出電流APD的倍增噪聲

APD噪聲： 量子噪聲

暗電流噪聲

倍增噪聲----影響最大9.3.4光接收機(jī)光信號(hào)探測(cè)器

前置放大器主放大器均衡器判決器時(shí)鐘提取AGC電路線路解碼輸出接口探測(cè)器：實(shí)現(xiàn)光電變換前放：低噪聲放大主放：提供足夠的增益，且增益受AGC電路的控制。均衡器：保證判決時(shí)不存在碼間干擾。判決器，時(shí)鐘提?。簩?duì)信號(hào)進(jìn)行再生。AGC電路：改變接收機(jī)的增益，擴(kuò)大接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍。輸出接口：將NRZ碼變換成HDB3碼或CMI碼。光接收機(jī)的主要指標(biāo)光接收機(jī)的靈敏度保證達(dá)到給定誤碼率的條件下，光接收機(jī)

需要的最小平均光功率。(W，dBm)------反映接收機(jī)接收弱信號(hào)的能力。光接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍

保證達(dá)到給定誤碼率的條件下，允許接收光功率的變化范圍。(dB)------反映接收機(jī)接收強(qiáng)信號(hào)的能力。9.4光纖通信系統(tǒng)系統(tǒng)的組成(數(shù)字

IM-DD)用戶

電發(fā)送端機(jī)光發(fā)送機(jī)光纖光中繼器光纖光接收機(jī)電接收端機(jī)

用戶

備用系統(tǒng)輔助系統(tǒng)備用系統(tǒng)包括備用光端機(jī),備用光纖,備用中繼器等.可以一主一備或多主一備.輔助系統(tǒng) 監(jiān)控管理系統(tǒng) 對(duì)組成系統(tǒng)的各種設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視,控制和管理.

公務(wù)通信系統(tǒng) 為維護(hù)人員提供業(yè)務(wù)聯(lián)絡(luò)手段.

區(qū)間通信系統(tǒng) 實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)途干線系統(tǒng)中某局部區(qū)域之間的通信.

自動(dòng)倒換系統(tǒng) 當(dāng)主系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí),自動(dòng)啟動(dòng)備用系統(tǒng)繼續(xù)工作.

電源供給系統(tǒng) 供給電源.9.5-9.8光纖通信新技術(shù)衰減因素限制傳輸距離L=PT-PR-Ms色散因素限制傳輸距離L=12?fb?D?

方向：提高fb,增大L。衰減限制因素:

使用1.55m.

使用光放大器.色散限制因素:D

使用G.653,G.655光纖.

使用單縱模LD,使用外調(diào)制技術(shù). 光孤子通信.擴(kuò)大容量:

DWDM(密集波分復(fù)用).

OTDM(光時(shí)分復(fù)用).光放大器1.半導(dǎo)體光放大器(SOA)2.光纖拉曼放大器(FRA)3.摻鉺光纖放大器(EDFA)1.SOA增透膜隔離器隔離器尾纖尾纖IG:~30dB;Δλ:~30nm;λ:1.3μm,1.55μm;Fn:~4dB.2.FRA耦合器信號(hào)光泵浦光利用強(qiáng)泵浦光使光纖產(chǎn)生非線性效應(yīng)(SRS),信號(hào)光與泵浦光沿光纖一起傳輸時(shí)光功率將由泵浦光轉(zhuǎn)移到信號(hào)光,使信號(hào)光放大.3.EDFA

(1)結(jié)構(gòu)輸入光泵浦光980nm或1480nm耦合器隔離器摻鉺光纖隔離器濾波器輸出光(2)原理

EDF粒子數(shù)反轉(zhuǎn)(3)性能

增益G:30~40dB

增益波長(zhǎng):1528nm~1560nm

噪聲系數(shù):Fn:~4dB 飽和輸出功率:Ps:~10dBm(4)特點(diǎn)

--與fb無(wú)關(guān). --與信道數(shù)無(wú)關(guān) --可級(jí)聯(lián) --不積累抖動(dòng)(5)應(yīng)用 --高速系統(tǒng)中功率放大，中繼，接收預(yù)放。 --DWDM系統(tǒng)，OTDM系統(tǒng)，光孤子系統(tǒng)等。 --擴(kuò)容，改造。DWDM系統(tǒng)TX1TXnWDMEDFAn…..nEDFAEDFADe-WDMRX1RXnn最經(jīng)濟(jì)的系統(tǒng)。OTDM系統(tǒng)框圖P277光孤子通信系統(tǒng)光孤子傳輸：無(wú)色散。光纖：‘彈性’信道。(光纖的非線性效應(yīng)SPM)普通光脈沖光孤子光孤子傳輸條件：tPP----t--------P9.9光傳送網(wǎng)技術(shù)9.9.1光傳送網(wǎng)的引入◆需求驅(qū)動(dòng)因素 信息化社會(huì)

互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用：IP、多媒體業(yè)務(wù)

帶寬的“饑渴”◆技術(shù)驅(qū)動(dòng)因素

前提：光纖潛在的傳輸能力

基石：全光放大

催化劑：光子/光電器件大容量數(shù)據(jù)網(wǎng)與光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展YearInternetbackboneT3E1STM1STM4STM16STM64cTransportcapacity140Mb/s565Mb/sSTM161.7Gb/sSTM64,4lSTM64,2lSTM64,8lSTM64,16lSTM64,32lI/Orates

=

optical

wavelength

capacityImportantThreshold!Systemcapacity(Mbps)

101010101010123456198519901995200010Gb/sEthernetEthernetStandardsEthernetFastEthernetGbitEthernet實(shí)現(xiàn)光層聯(lián)網(wǎng)的基本目的消除電子設(shè)備引起的瓶頸提高了網(wǎng)絡(luò)的傳輸容量旁路非落地業(yè)務(wù)，降低對(duì)路由器規(guī)模要求提供了透明光平臺(tái)減少建網(wǎng)