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上海交通大学硕士学位论文 摘要 a p d h 光纤数字传输及接入系统的设计与实现 摘要 ( 随着通信网的发展和用户需求的提高，光纤通信中的p d h 体系逐 渐被s d h 体系所取代。s d h 光纤通信系统以其通信容量大、传输性能 好、接口标准、组网灵活方便、管理功能强大等优点获得越来越广泛 的应用。但是在某些对传输容量需求不大的场合，s d h 的巨大潜力和 优越性无法发挥出来，反而还会造成带宽浪费。因此迫切需要一种技 术先进、容量适中、配置灵活、可靠性高、功能齐全的通信系统d 本论文在比较p d h 体系和s d h 体系优缺点的基础上，针对现实的 需要，提出了种新的光纤数字传输系统一一a p d h 光纤数字传输系 统。该系统在p d h 的基础上，汲取了s d h 的一步复用、自愈组网、网 管功能等特点，克服了s d h 的边界抖动、价格昂贵等缺陷。同时，本 论文还设计了a p d h 光纤数字传输系统的接入设备，使整个系统具有 了低速用户接口( 6 4 k b s ) 和低速支路的交换功能。该系统的另一个 显著优点是，a p d h 光纤数字通信系统的网管和接入设备的网管合为 一体，使用一台网管主机就可管理传输系统中的所有节点设备和接入 设备。 本论文的具体内容如下：第二章首先介绍了a p d h 光纤数字传输 系统的设计方案。f 传输系统的节点设备首先采用正码速调整的方法将 1 6 个准同步的e 1 信号调整成1 6 个同步的2 1 1 2 k b s 的信号，然后采 用跳群复接的方法将这1 6 个同步信号一次复接成一个三次群信号。 节点设备同时具有数字交叉连接功能，光纤上的任意一个e l 信号都 可以在节点处上下路，也可以被转接。传输系统的线路码型采用插入 上海交通大学顶士学位论文 摘要 码加扰码，插入丰富的开销用于监控、公务及数据通道彳第三章介绍 了接入设备的设计方案。f 接入设备首先对来自节点设备的e 1 信号进 行码型变换，把h d b s 码变换成n r z 码，然后采用同步分接的方法将 e 1 信号分接成3 0 个6 4 k b s 信号。反之，采用同步复接的方法将3 0 个同步的6 4 k b s 信号复接成e 1 信号，接着对e 1 信号进行码型变换， 把n r z 码变换成h d b 。码，然后将编码后的e 1 信号发给节点设备j 第 四章是传输系统节点设备的具体实现，并设计了网管所用的通信协议 和帧结构。f 硬件上，节点设备主要由m c u ( 微控制单元) 、c p l d 、a p d h 光纤传输专用芯片g w 7 6 8 0 以及光电转换模块组成。软件上，由多个 模块组成。主要有主程序模块、网络配置模块、网管所用通信协议处 理模块、公务电话信令处理模块及计时模块等0 涕五章是接入设备的 具体实现，并对其网管信息的流程进行了描述。顺件上，接入设备主 要由m c u ( 微控制单元) 、c p l d 、e l 信号收发专用芯片m t 9 0 7 5 及交换 芯片m t 8 9 8 0 组成。软件上，主要由信令处理模块、网管信息收集和 传输模块组成。，第六章给出了该系统的两种应用实例，主要介绍了 a p d h 光纤传输及接入系统在电力调度自动化通信系统中的应用和 a p d h 光纤传输系统在移动通信网中的应用。 关键词：a p d h ，光纤传输，接入，一步复用，自愈环网 第1 i 页 上海交通大学硕士学位论文 a b s t r a c t d e s i g na n di m p l e m e n to fa p d h o p t i c a l t r a n s m i s s i o na n da c c e s ss y s t e m a b s t r a c t w i t ht h e d e v e l o p m e n t o fc o m m u n i c a t i o n n e t w o r ka n dt h e i m p r o v e m e n to fu s e r s r e q u i r e m e n t ，p d hi sg r a d u a l l yr e p l a c e db ys d h i no p t i c a lf i b e rc o m m u n i c a t i o n s d h o p t i c a lf i b e rc o m m u n i c a t i o ns y s t e m i sb e i n gu s e dw i d e l yb yi t sa d v a n t a g e s ：h u g ev o l u m eo f c o m m u n i c a t i o n ， h i g hp e r f o r m a n c e o ft r a n s m i s s i o n ，f a c i l e c o n f i g u r i n g a n d p o w e r f u l m a n a g e m e n t b u ti ns o m e c a s ew h e n h u g ev o l u n eo f c o m m u n i c a t i o ni s n o tn e e d e d ，t h ep o t e n t i a la n da d v a n t a g e so fs d hc a l ln o te x e aa n dm o s t o fv o l u m ei sw a s t e d s oac o m m u n i c a t i o ns y s t e mi sn e e d e d ，w h i c hh a s a d v a n t a g e s ：a d v a n c e dt e c h n o l o g y , m o d e r a t ev o l u m e ，f a c i l ec o n f i g u r i n g ， h i g hr e l i a b i l i t ya n dp l e n t i f u lf u n c t i o n i nt h i st h e s i s ，t h ec h a r a c t e r so fp d ha n ds d ha r ec o m p a r e d ，a n da n e w o p t i c a lf i b e rt r a n s m i t t i n gs y s t e m - - a p d hs y s t e mi sp u t t i n gf o r w a r d f o rt h er e q u i r e m e n to fp r a c t i c e t h es y s t e m ，b a s i n go np d h ，u s e st h e a d v a n t a g e s o fs d hf o r r e f e r e n c e ，s u c h a so n e s t e pm u l t i p l e x e r , s e l f - h e a l i n gl o o pn e t w o r ka n d f u n c t i o no fn e t w o r km a n a g e m e n t ，a n d r e m e d i e st h ed e f e c t so fs d h ，s u c ha sj i t t e rn e a rb o u n d a r ya n dc o s t l i n e s s a tt h es a m et i m e ，t h ea c c e s se q u i p m e n to fa p d h s y s t e mi sd e s i g n e di n t h i st h e s i s ，s ot h ee n t i r es y s t e mh a si n t e r f a c eo fl o wr a t eu s e r , a n dt h e f u n c t i o no f s w i t c h i n gl o w r a t eu s e r s ad i s t i n c t a d v a n t a g e o f t h e s y s t e m i s t h a tt h en e t w o r k m a n a g e m e n t o fa p d hs y s t e ma n dt h en e t w o r k m a n a g e m e n t o fa c c e s s e q u i p m e n t a r e i n t e g r a t e d ，a n d ap cc a r l m a n a g e m e n t a l ln o d ee q u i p m e n ta n d a c c e s s e q u i p m e n t o fe n t i r es y s t e m i nt h i st h e s i s ，c h a p t e rt w oi n t r o d u c e st h ed e s i g n i n gs c h e m eo fa p d h 第1 i i 页 上海交通大学硕士学位论文 a b s t r a c t s y s t e m a tf i r s t ，n o d ee q u i p m e n to ft h et r a n s m i s s i o n s y s t e ma d j u s t s s i x t e e n p l e s i o c h r o n o u ss i g n a l s ( b i t r a t ei s 2 0 4 8 k b s ) t os i x t e e n s y n c h r o n o u ss i g n a l s ( b i tr a t ei s2 112 k b s ) b y p o s i t i v ej u s t i f i c a t i o n ，t h e n m u l t i p l e x e st h es i x t e e ns y n c h r o n o u ss i g n a l si n t oas i g n a lo ft h i r d o r d e r g r o u p a tt h es a r n et i m e ，t h en o d ee q u i p m e n th a st h ef u n c t i o no fd i g i t a l c r o s sc o n n e c t ，a n d a n ye 1 s i g n a l o no p t i c a lf i b e rc a nb ea d d e da n d d r o p p e d ，o rb et r a n s f e r r e d a tn o d e t h el i n ec o d eo ft h et r a n s m i s s i o n s y s t e m i s4 8 1 h 1 cc o d ea n d s c r a m b l i n g ，s ot h es y s t e mh a sf l u e n t o v e r h e a dt ot r a n s m i ti n f o r m a t i o no f s u p e r v i s o r y , s e r v i c e a n dd a t a c h a p t e rt h r e ei n t r o d u c e st h ed e s i g n i n gs c h e m eo fa c c e s se q u i p m e n t a t f i r s t ，a c c e s se q u i p m e n tc o n v e r t st h ec o d eo f e 1s i g n a lc o m i n gf r o mn o d e e q u i p m e n t - - - c o n v e r t sh d b 3t on r z ，t h e nd e m u l t i l ：i l e x e st h ee 1 s i g n a l i n t o t h i r t ys i g n a l s ( b i tr a t e i s 6 4 k b s ) a tt h e s a m et i m e ，a c c e s s e q u i p m e n tm u l t i p l e x e st h i r t ys y n c h r o n o u ss i g n a l s ( b i tr a t ei s6 4 k b s ) i n t oo n ee 1s i g n a l ，t h e nc o n v e y st h ec o d eo f e ls i g n a l - - c o n v e r t sn r zt o h d b 3 ，a n ds e n d st h ee 1s i g n a lt on o d e e q u i p m e n t t h ec o n t e n to fc h a p t e r f o u ri st h e i m p l e m e n t o fn o d e e q u i p m e n t a n d d e s i g n i n g o f c o m m u n i c a t i o n p r o t o c o lo f n e t w o r km a n a g e m e n t t h eh a r d w a r eo f n o d e e q u i p m e n ti n c l u d e s m c u ( m i c r oc o n t r o l u n i t ) c p l d ( c o m p l e x p r o g r a m m a b l el o g i cd e v i c e ) ，a s i c - - g w 7 6 8 0 a n do et r a n s f o r m a t i o n c o m p o n e n t t h es o f t w a r e o fn o d ee q u i p m e n ti n c l u d e sm a i np r o g r a m m o d u l e ，s i g n a l l i n gp r o c e s s i n g m o d u l ea n d t i m i n gm o d u l e t h ec o n t e n t o f c h a p t e rf i v ei st h ei m p l e m e n t o fa c c e s se q u i p m e n ta n dt h ed e s c r i p t i o no f f l o wo fn e t w o r k m a n a g e m e n t i n f o r m a t i o n t h eh a r d w a r eo fa c c e s s e q u i p m e n t i n c l u d e sm c u ，c p l d ，a s i c - - m t 9 0 7 5 b ( e1 s i g n a l t r a n s c i v e r ) a n da s i c - - m t 8 9 8 0 d ( d i g i t a ls w i t c h i n gc o m p o n e n t ) t h e s o f t w a r eo fa c c e s s e q u i p m e n ti n c l u d e ss i g n a l l i n gp r o c e s s i n gm o d u l e ， m o d u l eo f c o l l e c t i n g a n dt r a n s m i s s i o no fn e t w o r k m a n a g e m e n t i n f o r m a t i o n c h a p t e rs i x i n t r o d u c e st w oa p p l i c a t i o ne x a m p l e so ft h i s s y s t e m o n e i st h e a p p l i c a t i o n o ft h i s s y s t e m i nt h ec o m m u n i c a t i o n s y s t e mo f p o w e r n e t w o r kd i s p a t c h i n ga u t o m a t i o ns y s t e m ，a n dt h eo t h e ri s 第j v 页 t h e a p p l i c a t i o no f t h es y s t e mi nm o b i l ec o m m u n i c a t i o n n e t w o r k k e y w o r d s ：a p d h ，o p t i c a l - f i b e rt r a n s m i s s i o n ，a c c e s s ， o n e s t e pm u l t i p l e x e r , s e l f - h e a l i n gn e t w o r k 上海交通大学硕士学位论文 第一章绪论 第一章绪论 由于光缆制造技术和超大规模集成电路技术的成熟，光纤数字通信系统得到 了飞速发展。自2 0 世纪8 0 年代以来，光纤通信以其低损耗、高带宽和抗干扰等 特性在电信网中得到了大规模的应用。首先出现的是p d h 体系的光纤传输系统。 随着通信网的发展和用户需求的提高，p d h 准同步传输暴露出一些固有的弱点： ( 1 ) 数字信号速率、帧结构及光接口没有统一的世界性标准；( 2 ) 低速数字信 号复用至高速数字信号必须是逐级的；( 3 ) 系统中预留用作网络运行、管理和维 护( o a m ) 的比特少，这成为改进网络o a m 能力的严重障碍，无法适应不断 演变的电信网的要求和支持新一代网络；( 4 ) 系统建立在点对点传输的基础上， 这种体制无法提供最佳的路由选择，是数字通道的利用率很低，也难以经济地提 供不断出现的各种新业务。p d h 传输网的这些固有的弱点，很难在原有的技术 体制和技术框架内得到完美的解决。 一种有机地结合了高速大容量光纤传输技术和智能化网络单元技术的新体 制光同步传输网应运而生。1 9 8 8 年国际电信联盟标准部( i t u t ) 正式将其命名 为同步数字体系( s d h ，s y n c h r o n o u sd i g i t a l h i t e r a r c h y 的缩写) ，使之成为不仅适 用于光纤也适应于微波和卫星传输的通用技术体制。 s d h 同步数字体系是用于进行同步信息传输、复用和交叉连接的传输网络 体系。s d h 具有世界统一的网络节点接口，有一套标准化的体系结构、等级， 有一种块状帧结构，有丰富的开销比特用于智能化的整个网络的运行、管理和维 护( o a m ) ，有统一的标准光接口允许不同厂家的设备在光路上互通。s d h 作为 一种全新的技术和传输体制，相对于p d h 而言，主要具备七大优点： ( 1 ) 传输容量大； ( 2 ) 统一了数字传输体制； ( 3 ) 具备一步复用特性，避免了传统的p d h 式的对全部信号进行逐次群分 复接，提高了系统的灵活性、可靠性和合理性； ( 4 ) 具有强大和规范的网管功能，将有可能在不同厂家的系统和设备之间 建立统一的网管系统； ( 5 ) 组成自愈环状保护网，使网络运行的安全可靠性大大提高； ( 6 ) s d h 系统支持已建立的p d h 系统，并兼容各种未来的宽带综合业务； ( 7 ) 标准的开放型光接口。 概括起来，主要是同步复用、标准的光接口和强大的网管能力i l “。但是s d h 也 有一些不足之处。例如，s d h 的频带利用率不如p d h 系统( p d h 的1 4 0 m b s 可容纳6 4 个2 m b s 系统，而s d h 的1 5 5 m b s 只能容纳6 3 个2 m b s 系统；p d h 第1 贞共7 4 页 上海交通大学硕士学位论文 第一章绪论 的1 4 0 m b s 可容纳4 个3 4 m b s 系统，而s d h 的1 5 5 m b s 只能容纳3 个3 4 m b s 系统) ；s d h 由于采用了指针调整机理，增加了设各的复杂性和系统的抖动及飘 移的可能性。 s d h 的巨大潜力和优越性主要是靠用户对其无法比拟的容量资源的需 求而发挥出来的。但是。某些应用场合并不需要太大的容量。例如在移动通信网 中，为了使信号能覆盖一定的区域，基站的设立往往成蜂窝状。基站和交换中心 之间信息量不大，一般只需1 2 个基群速率( 2 m b s ) 就够用了。如果每个基站 都采用s d h 设备，即使是采用速率最低的s t m 1 ，也有6 3 个2 m b s 通道势必 造成很大的浪费。再比如我国的电力专用通信网，其主要服务于电力调度通信和 运行管理，对容量的需求远不及公用通信网大，尤其是地区局以下的电力通信网 中，大多数节点是中小规模的变电站，只需要6 4 k b s 信道( n = 3 3 0 ) 传输调度 电话、远动或计算机低速数据和图像监控信号。因此迫切需要一种技术先进、容 量适中、配置灵活、可靠性高、功能齐全( 传输、交换、接入一体化，话音、数 据、图像三网合一) 的综合型通信系统。本文将要介绍的a p d h 光纤传输系统 正是针对这种需求而设计和开发的。这种a p d h 光纤传输系统及其接入设备是 在p d h 的基础上汲取了s d h 的一步复用、自愈组网、网管功能等优点，克服了 s d h 的边界抖动、价格昂贵、无低速用户接口和交换功能等缺陷，非常适用于 地区电网的调度所和各级变电站的通信需要1 8 1 。如果不接接入设备，该系统非常 适用于移动通信中基站和交换中心之间的信息传输。 本文第二章给出了a p d h 光纤数字传输系统的实现方案，并且重点分析了 其中应用到的正码速调整原理、码速恢复原理及线路码型的选择和性能；第三章 给出了接入设备的实现方案，重点分析了其帧结构、帧定位方式等；第四章、第 五章分别介绍了a p d h 光纤数字传输系统节点设备和接入设备的具体实现，分 析了它们的硬件结构，并描述了其软件流程；第六章给出了该系统的一种具体应 用实例；最后一部分对全文做总结。 第2 页共7 4 页 上海交通大学硕士学位论文 第二章a p d h 光纤传输系统的方案设计 第二章a p d h 光纤传输系统的方案设计 a p d h 光纤传输系统主要应用于业务量不大的专用通信网的边缘网络部分， 故其传输速率确定在3 4 m b s ( 相当于4 8 0 路话路) ，再加上运行、管理和维护所 用的开销，本系统的光纤线路速率为4 2 2 4 m b s 。本a p d h 光纤传输系统在p d h 的基础上，汲取了s d h 的一步复用、自愈组网、网管等优点，其具备如下特点： ( 1 ) 一步复用。可将2 m b s 信号直接映射到线路上，任意一个2 m b s 信号 都可以单独上下路。 ( 2 ) 组网灵活。系统可以组成链型、环型等网络。 ( 3 ) 具有自愈功能。 ( 4 ) 具有完善的网管功能。系统采用冗余编码技术，线路码中预留了丰富 的开销，用作网络管理和传输各种告警信息。 首先将1 6 个e 1 信号用准同步复接的方法复接成3 4 m b s 的信号，然后对线 路信号编码为插入码型，插入丰富的开销用于监控、公务和数据通道。为了增加 码流随机性，在线路信号进行编码前，对其进行扰码。为了进行误码检测和连码 控制，对扰码后的信号插入反码，使得最大同码数为1 0 个。对编码后的信号进 行电光转换，转换成的光信号在光纤上进行传输。接受端对从光纤上接收到的 光信号进行光，电转换，检测帧同步码组，进行同步保护处理，解扰码，检测比 特误码，进行误码率统计，并分离出所有e 1 信号及开销。 对e 1 信号和6 4 k b s 信号之间的相互转换，采用同步复接、同步分接的方法。 2 1e 1 信号的复用映射。”1 在本方案设计中，对e l 信号的复接采用准同步复接的方法。准同步复接 ( p l e s i o c h r o n o sm u l t i t ) l e x ) 是指参与复接的各支路码流时钟与复接码流时钟是在 一定的容差范围内标称相等。，经适当的调整把它们复接起来。严格地说，如果 两个数字信号的对应生存瞬间以同一标称速率出现，而速率的任何变化都限制在 规定的范围之内，则这两个数字信号彼此就是准同步的。在本设计方案中，1 6 个需经复接的e 1 信号具有相同的标称速率，但不是由同一个时钟源产生，它们 之间是准同步的。同样，这1 6 个e l 信号与准同步复接器的时钟也是准同步的。 准同步复接的实现方法有三种。其一是高速采样法，即用多个位时隙来传输 个支路比特，特点是设备简单但复接效率较低；其二是各种跳变沿编码法，即 把各支路码流的各个跳变沿传到对方，到对方再根据相应的跳变沿变化恢复成为 第3 页共7 4 页 上海交通大学硕j ：学位论立 第二章a p d h 光纤传输系统的方案设计 原来的码流，其特点是实现准同步复接的效率不高，而且设备较为复杂；其三是 码速调整方法，该方法的设备量与跳变沿编码法相当，复接效率却高达9 8 。 为了提高复接效率，本方案中采用码速调整方法来实现e l 信号的准同步复接。 码速调整方法依其实现方式还可以分为正码速调整、正，负码速调整和正零负码 速调整三种。本方案中采用应用较为广泛的正码速调整方式。下面是对正码速调 整调整原理的阐述。 2 1 1 正码速调整原理 正码速调整调整准同步复接器方框图如下所示 f c 山il山f c l 竺兰塑兰卜堕，j 叫竺兰坚 l 同 f m 同 步 l 步 r 接 f 复 | 接 图2 - 1 正码速调整调整准同步复接嚣方框图 f i g u r e2 - l p l e s i o c h r o n o u sm u l t i p l e x e ru s e di np o s i t i v e j u s t i f i c a t i o n 将几个异源支路f l 分别先经过一个正码速调整装置，利用赛人脉冲的方法 把准同步码流调整成较高速率的同步码流f h ，然后进入同步复接单元实旌复接； 在收端先实施同步分接，得到同步分接码流，然后再经过正码速恢复单元把它们 恢复成为发端的准同步支路码流f l 。码速调整单元受其控制信号f c 的控制，码 速恢复单元也要受同步分接供出的f c 的控制，码速恢复在此所起的作用与正码 速调整正相反。 正码速调整部分的逻辑框图如图2 2 所示。正码速调整单元的主体是一个缓 冲存储器，附带一些必要的控制电路。以支路时钟f l 将支路信号s i 相继依次写 入缓冲存储器，而用比f l 稍高的复接时钟f h 读出所存信息s h ，并将其送给同复 接单元，进行同步复接。这种正码速调整是以f h f i 为基础的，故称正码速调整。 由于读出速率高于写入速率，因而支路信息存取过程是一个慢存快取的过 程。假定存储器起始信息先存了半满，然后才开始读取。随着时间推移，存储器 中的内容逐渐减少，终将导致供不应求，而出现虚假信息，造成错误误码。但是， 当存储量小到某一门限3 t s ( 缓冲余量) ，即读写时间尚有某一固定差距时，时差 第4 页共7 4 页 上海交通大学硕士学位论文 第二章a p d h 光纤传输系统的方案设计 检测器p d 便产生一个正码速调整的负脉冲给触发器s 端，并使触发器q 端产生 一个正码速请求指令。在此之下，于码速调整位置脉冲r 到来时，产生一个码速 调整脉冲，经与非门禁掉f h 时钟的一个脉冲，让其停读一次，即完成了次正 码速调整。如此往复，就可以把支路码流通过缓冲存储器传递去，既不会增加虚 假的信息位，也不会丢失原来的信息位，实现了正码速调整的功能。 图2 - 2 正码速调整逻辑框图 f i g u r e2 - 2p o s i t i v e j u s t i f i c a t i o nd i a g r a m 2 1 2 正码速调整引起的抖动及其抑制方法 s h f h 帧定时 v 地址 c 地址 抖动( j i t t e r ) 是指码元出现的时刻随时间频繁地变化，如同码元在时间域发 抖一样。确切的定义是：数字信号的各有效瞬间相对于其理想时间位置的短时偏 移，通常用抖动幅度的峰一峰值a j p p 来表示一个抖动的大小。 在正码速调整中塞入比特的插入和抽出，引起频率很低的读写时差变化，在 码速恢复端形成了抖动，这种抖动叫塞入抖动。将塞入抖动又可分解为基本抖动 和候时抖动。基本抖动是幅度为个单位间隔( u i ) 的抖动，候时抖动则为低频 包络所代表的抖动，它为塞入抖动与基本抖动的差值。正码速调整对其应用系统 的主要损伤因素是候时抖动。这种抖动含有低频分量而不易被收端常规的平滑锁 相环去除，在数字系统中随着转接次数增加而积累。这种抖动及其积累特性会使 误码率增加，造成滑码，加重量化失真，影响传输距离，限制传输容量【1 3 】。另一 方面，某些传输业务，如图像、数据对相位抖动较之于话音信号更为敏感，因而 对传输抖动的指标提出了更苛刻的要求。 在文献【1 3 1 8 中对正码速调整中引起抖动的原因及抑制方法进行了研究。 候时抖动的频率越低其抖动的幅度就越大，其最大塞入抖动幅度( a j p p ) 出 现在抖动频率接近零的情况，因而任何二阶锁相环对此也是无能为力。候时抖动 第5 页共7 4 页 塑翌塑堕：兰壁堂堡垒兰 苎三童垒! 望坚垄堑生垫墨竺些查塞堂盐 的最大幅度只与塞入比有关。下面讨论抖动与塞入比的关系。 设塞入比为p ，且p = ( q p )( p ，q 为整数且互质) 设帧频为。，抖动频率f j = f 。p ，设第k 次塞入时的等候时间为随机量 a t k ，则抖动函数为： 聃暑k 卜警砸一差一她，o - t - p 计算其功率谱密度函数为： s j ( f ) = s i n c 2 厂矿1 【善- ic s c 2 ( 暑厅) 唧一詈卅专唧町) 】( 3 ) 式中，r e p x ( f ) = x ( f - o 实际网络系统规划中，需用峰峰幅度值度量抖动。为便于分析，可将抖动 分解为基本抖动和候时抖动两部分。 定义基本抖动的幅度为一个单位间隔，其频率 厶= p 工 ( 4 ) 候时抖动为一随机过程，具有从较高频到很低频分布的连续谱特性，其最大 峰一峰幅度 p u ( u i 为单位间隔) ( 5 ) 为了减小侯时抖动，不少方法被相继提出，其中一种比较有效的方法是分离 塞入比法。但该方法需要一个模拟锁相环，给电路实现带来一定的不便，而且稳 定性抗干扰性差。改进的分离塞入比法框图如图2 - 3 所示。 该方法的工作原理是：第一步以固定塞入比n ( n 略小于风。，风j n 为塞 入比的最小值) 进行预塞入，第二步对预塞入后的时钟进行生剩余塞入，此时， 剩余塞入比p 2 ( 岛= p 一岛，p 为实际塞入比) 已经很小。时钟扣除电路可以 得到频率为量丛享组五，相位与预塞入后的时钟相互独立的时钟，其中l 为 帧长，n 为支路数，i 为一帧中的信息比特数，n 为预塞入比，该时钟与支路时 钟进行比相，以决定是否进行剩余塞入。预塞入为有规律的塞入，只产生频率为 岛只的高频抖动，容易被滤除。而候时抖动只与p ：有关，与p 相比，已大大减 小，从而达到了减小抖动的目的。 第6 页共7 4 页 上海交通大学硕士学位论文 第二章a p d h 光纤传输系统的方案设计 图2 - 3 改进分离塞入比法框图 f i g u r e2 - 3i m p r o v e ds e p a r a t es t u f f i n gr a t i om e t h o d 分离塞入比法的参数设计应满足如下关系： n + p 2 = p( p 为实际塞入比) ( 6 ) 岛 石( 五为收噪声带宽，即锁相环噪声带宽) ( 9 ) 正码速调整的抖动直接受塞入比的影响，在分离塞入比法正码速调整中，塞 入比n 的调整为一规则调整，因此根据候是抖动频率特性的分析可知其候时抖 动的频谱具有周期线谱特性，其候时抖动的最低谱线位于 f j = ( 1 m ) f , 。 ( 1 0 ) 式( 1 0 ) 中，。为正码速调整复帧帧频，m 为简单正整数，因而由塞入比为n 调整产生的候时抖动的所有谱线都在码速恢复锁相环噪声通带之外，均可被完全 消除。剩余塞入比为岛的调整产生的候时抖动，它还包括了没有分离的塞入比为 ，的调整产生的候时抖动的随机性，故它也是一个随机过程，既含有高频成份又 含大量的不易去除的低频成份。但由式( 5 ) 可知，这是其最大峰一峰幅度为 如p 2 u i 由上面的分析可以看出，当分离塞入比法满足式( 6 ) 、式( 7 ) 、式( 8 ) 、式( 9 ) 时，会把由普通正码速调整产生的峰值达p 单位间隔的连续谱候时抖动中的绝大 第7 页共7 4 页 上海交通大学硕士学位论文 第二章a p d h 光纤传输系统的方案设计 部分化解为具有线谱特性的规则抖动而被完全去除，只残留峰峰幅度最大为p ： 单位间隔的小部分随机候时抖动。由于岛 1 6 1 可见，交叉开关矩阵在实现上述置换功能时，有很大一部分硬件是浪费了。 但是其结构的简单、控制的方便、均匀的单位延迟使其它任何形式的开关无法与 其相比。 为了便于此传输系统能实现双纤环网通道保护功能，数字交叉连接单元应具 有时隙分配t s a ( 完成e 1 信号支路与传输时隙的空间分配) 和时隙交换t s i ( 完 成e 1 通道时隙和时隙之间的调配) 的功能。为此设计了三组独立的开关矩 阵t s s a 、t s s b 、t s s d 用以完成e 1 信号在线路接收侧、线路发送侧和e 1 输入 输出三方向之间的路由控制；三组二选一开关矩阵s _ 2 m n _ e n a 、s _ 2 m n _ e n b 、 第1 2 页共7 4 页 上海交通大学硕士学位论文 第二章a p d h 光纤传输系统的方案设计 s _ 2 m n _ e n d 用以完成方向控制。每一组选择开关面对一个方向，分别控制各自 方向上的1 6 个e 1 信号( 或1 6 个时隙) 的路由选择和方向控制。其原理框图如 图2 - 8 所示【3 1 】。 2 4 线路编码 图2 - 8t s a & t s i 原理框图 f i g u r e2 - 8p r i n c i p l eo f t s a t s i 线路编码的作用，是将传送码流转换成便于在光纤中传输、接收及监测的线 路码型。在强度调制一直接检测( i m d d ) 光纤通信系统中，由于光源不可能有 负光能，往往采用“0 ”、“l ”二电平码。但简单的二电平码具有随信息随机起伏 的直流和低频分量，在接收端对判决不利，因此需要进行线路编码以适应光纤线 路传输的要求。 2 4 1 线路编码的目的及对线路码型要求 光纤传输系统中采用线路编码的目的在于 3 2 3 3 1 ： 1 、限制连0 、连“1 ”数目；改善频谱成份的分布；降低传输抖动：提高 系统的灵敏度。 2 、进行不中断通信的误码检测，为倒换控制通信线路提供依据。 第1 3 页共7 4 页 上海交通大学硕士学位论文 第二章a p d h 光纤传输系统的方案设计 3 、插入维护联络、监控告警、倒换控制、区间通信业务比特。 对光纤传输线路编码中线路码型的选择主要考虑如下要求： ( 1 ) 比特独立性 要求无论对光纤数字传输系统输入什么样序列的二进制码流，在接收端进行 码型反变换时，能唯一正确地恢复原信号。 ( 2 ) 能提供足够的定时信息 由于在光纤数字传输系统的传输中，只传送信码，而不传送时钟，因此在接 收端，必须从收到的码流中提取出定时信号。这就要求线路码中能含有足够的定 时信息，以利于上述的定时提取。必须限制线路码流中同符号连续数不能过大， 也就是说，应避免长连“0 ”及长连“l ”的出现，提高电平跳变的密度，使定时 提取较为简单。 ( 3 ) 减少功率谱密度中的高低频分量 线路码的功率谱密度中的低频分量时由码流中的“0 ”、“1 ”分布状态来决定 的，低频分量小，说明“0 ”、“l ”分布比较均匀，直流电平比较恒定，也就是信 号基线浮动小，有利于接收端判决电路的正常工作。高频分量是由线路码的速率 决定的。如果线路码速率提高得太多，会使中继距离大大缩短。 ( 4 ) 误码倍增小 线路传输中发生的个误码，往往使接收端的解码( 反变换) 发生多个错误， 这就是误码倍增。由于误码倍增，使接收机要达到原要求的误码性能指标，必须 付出光功率代价，即接收机灵敏度劣化。因此误码倍增系数越小越好。 ( 5 ) 便于实现不中断业务的误码监测 对工作在基群率或其以上速率的传输系统，要求在不中断业务情况下进行误 码监测，因此要求线路码型适宜在光端机和光中继机中，进行不中断业务的误码 监测。 ( 6 )易于在传送主信息( 业务信息) 的同时，传送监控、业务、数据等维护 管理信息，以及区间通信等辅助信息。 ( 7 ) 易于实现 选择线路码型，要尽可能地其实现起来电路简单、成本低、耗电少、调试维 护方便。 要全面满足上述对线路码型地要求是无法实现的。在这些要求中，有些相互 就是矛盾的，很难选出一种在各种条件均为最佳的码型。实际应用中，只能根据 具体情况选用能满足主要要求的码型。 第1 4 页共7 4 页 上海交通大学硕士学位论文 第二章a p d h 光纤传输系统的方案设计 2 4 2 线路码型的主要性能 从对光线路码型选择考虑的主要要求可以归纳出线路码型的主要性能。 ( 1 ) 传输性能 线路码型传输性能的好坏，直接影响光传输系统的某些性能，如最大中继间 距、系统的稳定可靠性等。传输性能好的线路码型比特序列独立性好，功率谱密 度中的高低频成分少，定时成分多，直流电平比较恒定，误码扩展系数小。因此， 要求码结构比较均匀。 ( 2 ) 误码监测性能 光传输系统的误码性能可以采用两种监测方式，一种是中断业务用外部测试 设备进行监测，另一种是不中断业务的监测。中断业务的监测一般是在系统开通 调试、故障检修之后的验证测试以及例行测试时采用的方式。而在日常的运行维 护中，更经常性进行的是不中断业务的误码性能监测。各种线路码型，能否进行 不中断业务的误码监测、监测的难易程度等，在性能上有很大差别。 ( 3 ) 传输辅助信息的性能 由信号“携带”辅助信号，一起在同一根光纤中传送。这与所选用的光线路 码型密切相关，不同码型的“携带”能力不同，“携带”方式也不同。对传输辅 助信息性能的要求是实现简便，传输容量大。 线路码型性能的好坏可用如下一些主要参数来表征： ( 1 ) 码速提高率h ，一， 何= 生一盐x 1 0 0 l z ：普通- - 进制的码速率 ：线路码的码速率 码速提高率对应了功率谱密度中的高频分量 ( 2 ) 最大同符号连续数c 。 对于两电平码也就是最大连“0 ”、连“1 ”数。与功率谱密度中的定时成分 及低频分量有关。 ( 3 ) 误码倍增系数m 。， 还原二进制码中的总误码数 线路码中的总误码数 它是指线路码在传输中发生误码时，平均每个误码引起反变换还原为简单二 第1 5 页共7 4 页 上海交通大学硕士学位论文 笫二章a p d h 光纤传输系统的方案设计 进制码中的误码数。 ( 4 ) 翻转电平差d 误码时高电平码元总数，1 一 正常时高电平码元总数肼 ( 5 ) 冗余度r r = 2 二出 一 ：变换前码流的速率 ：变换后码流即线路码的速率 码型变换后的码流为了传送与定时有关的信息以及监测、公务、倒换、数据 等操作、管理方面的内容，要比变换前的码流传送容量大，也就相当于变换前的 码流“冗余”了部分传送能力。 ( 6 ) 功率谱密度 一般线路码型的功率谱密度可表示为： s c ，= ；l g ( o o ，1 2 b c 。，+ z 善b ( k ) c o s 础r g ( c o ) 为单个码波y 眵g ( t ) 的傅立叶变换。 b ( k ) 为码型的自相关函数； a ( o ) 为k = 0 时的b ( k ) 。 线路码的功率谱密度表征线路码的高、低频成分的分布，是否存在定时频率的离 散谱线反映了定时成分是否丰富。 ( 7 ) 游动数字和( 砌) x ) 对于码结构比较均匀，即最大同符号连续数比较小，“o ”、“1 ”分布比较均 匀。“0 ”、“l ”的个数均等的线路码，从任何码位起。若按出现“1 ”码加1 ，出 现“0 ”码减l 的方法计算，则其计数结果在任何时刻都不会超过土n ，则称 为该码型的最大游动数字和。 2 4 3 光线路码型 光线路码型应该时两电平，基带，连续运行，固定长度的码组码。常用的光 线路型大体可以归纳为三类：扰码二进制、字变换码、插入型码p 4 1 。 ( 1 ) 扰码二进制 第1 6 页共7 4 页 上海交通大学硕士学位论文 第二章a p d h 光纤传输系统的方案设计 扰码意味着将输入码序列扰乱，较简单的方法是采用带有反馈线的l l q 级移 位寄存器产生最长序列，也称为m 序列，序列的周期是2 ”一1 。这种移位寄存器 可以用特征多项式f ( x ) 表示为： f ( x ) = l + a l x + a 2