光通信的基础.ppt

1 引言 通信网 传输 SDH 1 通信网的结构 2 SDH在通信网中的位置 3 其他传输技术 微波 卫星 裸光纤 电缆等 主讲人 2 内容提要 第一部分 SDH的基本概念和原理 1 SDH基本概念2 帧结构与段开销3 复用与映射4 通道开销5 净负荷指针 3 2 3保护与恢复 2 2同步与定时 第二部分 SDH设备 2 1网元 4 3 4网络管理系统 3 1光纤线路与光接口 3 2网络性能 3 3测试 第三部分 SDH网络 5 一 PDH缺点 没有国际统一的速率标准2M系列 2M 8M 34M 140M 565M 1 5M系列 北美 1 5M 6 3M 45M 274M 日本 1 5M 6 3M 32M 100M 没有国际统一的光接口规范 多种码型变换方案 上下电路需大量硬件 结构复杂 成本高 需要用硬件进行逐级复用与解复用 背靠背 网络的OAM能力差 无足够的开销字节 SDH基本概念 一 6 二 SDH特点优点 速率统一 155M 622M 2 5G 10G 光接口与帧结构统一 STM N N 1 4 16 64 一步复用特性 可从高速信号中直接提取 接入低速信号 强大的OAM P能力实现了网络管理的智能化 丰富的开销 码流量的5 强大的软件技术 组网灵活 网络的生存性强 可组多种类型网络 具有自愈能力 可在线升级 前 后向兼容 缺点 带宽利用率稍低 如155M仅包括63个2M或3个34M SDH基本概念 二 7 SDH与PDH分插信号的比较 8 STM 1分插复用器功能 9 三 SDH基本概况1 等级与速率 SDH基本概念 三 10 SDH与SONET的标准速率 11 2 SDH设备 终端复用器TM在线形网的端站 把PDH SDH支路信号复用成SDH线路信号 或反之 SDH基本概念 四 12 分插复用器ADM设在网络的中间局站 完成直接上 下电路功能 SDH基本概念 五 13 再生器REG设在网络的中间局站 目的是延长传输距离 但不能上 下电路 SDH基本概念 六 14 数字交叉连接设备DXC兼有同步复用 分插 交叉连接 网络的自动恢复与保护等多项功能的SDH设备 SDH基本概念 七 15 3 SDH网络拓扑 线形网 SDH基本概念 八 16 环形网 SDH基本概念 九 17 枢纽网 SDH基本概念 十 18 网状网 SDH基本概念 十一 19 SOH 段开销AUPTR 管理单元指针POH 通道开销 帧结构与段开销 一 20 SOH 段开销是指STM帧结构中为了保证信息净负荷正常灵活传送所必须的附加字节 主要是供网络运行 管理和维护使用的字节 SOH可进一步划分为再生段开销RSOH和复用段开销MSOH AUPTR 管理单元指针是一种指示符 主要用来指示信息净负荷的第一个字节在STM N帧内的准确位置 以便在接收端正确的分解 Payload 信息净负荷就是帧结构中用户所需要的真正的信息 其中还包括少量用于通道性能监视 管理和控制的通道开销字节 POH 21 一 STM 1SOH字节安排 9列 帧结构与段开销 二 22 二 SOH开销字节功能1 A1 A2 帧定位字节 F628H 2 J0 再生段跟踪字节 使收 发能正确对接 3 B1 再生段比特间插奇偶校验字节 BIP 8 校验矩阵 帧结构与段开销 三 23 4 D1 D3 再生段数据通信通道 可传送再生段运行数据 5 D4 D12 复用段数据通信通道 可传送复用段运行数据 6 E1 E2 公务联络字节 7 F1 使用者通道字节 用于维护的数据 音频通道8 B2 复用段比特间插奇偶校验字节 BIP N 24 工作原理与B1相同 9 K1 K2 自动保护倒换字节 执行APS协议 其中 K1的b5 b8为请求保护倒换的局站编号 K2的b1 b4为倒换到保护通路上的局站编号 帧结构与段开销 四 24 STEP1 B站检测出工作通路故障后 利用上行保护光纤发出K1字节 K1字节中包含故障通路编号数 STEP2 A站收到K1字节后 完成下行工作光纤到保护光纤的桥接 并利用下行保护光纤送出K1 K2字节 其中K1字节作为倒换要求 K2字节作为证实 STEP3 B站收到K2字节后 经过对通道编号的确认后进行下行工作光纤到下行保护光纤的桥接 同时根据K1字节的要求进行上行工作光纤和保护光纤的桥接 之后 利用上行保护光纤送出K2字节 STEP4 A站收到K2字节后 完成上行工作光纤和保护光纤的桥接 APS完成 自动保护倒换 APS 与K1 K2字节 25 10 S1 同步状态字节 指示同步状态 时钟级别等 其中b1 b4暂不使用 b5 b8表示时钟级别等 b5 b8 0010 G 811时钟 0100 G 812时钟 转接局 1000 G 812 端局 1011 设备时钟 1111 不能用于同步 11 M1 复用段远端差错指示 指示B2的误块检测结果 其中b1暂不使用 b2 b8 用二进制编码方式 对B2的误块检测结果进行误块计数 帧结构与段开销 五 26 一 SDH复用特点1 字节间插复用各支路信号按字节顺序进行间插排列以形成更高速率的信号 各支路信号在帧中的位置固定 可直接提取 接入 2 净负荷指针技术用软件指针指示净负荷在帧中的位置 允许支路信号速率有差异 可进行速率调整 不使用125 s缓存器 避免滑动损伤 复用与映射 一 27 二 参与复用与映射的单元1 信息容器C用于装载各种速率业务信号的信息结构 国际规范了5种信息容器 我国使用其中的三种 种类 C 12 C 3 C 4 装载信号种类 2Mb s 34 45Mb s 140Mb s 结构 9行 4列 2 9行 84列 9行 260列 速率 Mb s 2 176 48 384 149 760 复用与映射 二 28 2 虚容器VC是用来支持SDH通道层连接的信息结构 VC是由信息容器C加上通道开销POH构成 国际规范了5种虚容器 我国使用其中的三种 种类 VC 12 VC 3 VC 4 装载信号种类 2Mb s 34 45Mb s 2 34 45 140Mb s 结构 9行 4列 1 9行 85列 9行 261列 速率 Mb s 2 240 48 960 150 336 复用与映射 三 29 VC 12VC 3 复用与映射 四 30 注 TUG3 7 TUG 2 21 TU 12 21 VC12 TUG3 TU 3 VC 3 复用与映射 五 31 3 支路单元TU是在高阶VC与低阶VC之间进行适配的信息结构 TU是由低阶VC加上支路单元指针TUPTR构成 复用与映射 六 32 复用与映射 七 33 4 支路单元组TUG由几个TU或TUG进行字节间插复用组成 复用与映射 八 34 复用与映射 九 35 5 管理单元AU 4是在高阶VC与复用段之间进行适配的信息结构 AU是由高阶VC加上管理单元指针AUPTR构成 复用与映射 十 36 三 我国规范的SDH复用与映射结构 校准 复用与映射 十一 37 四 字节间插复用各支路信号按字节顺序进行间插排列 形成更高速率信号 复用与映射 十二 38 五 映射1 何谓映射映射就是在SDH网络边界把各种业务信号适配进相应的虚容器 如 把2Mb s信号适配进VC 12 把34 或45 Mb s信号适配进VC 3 把140Mb s信号适配进VC 4 复用与映射 十三 39 2 SDH映射种类 异步映射用码速率调整的方法把与网络同步或不同步的支路信号映射进相应的虚容器 优点 对映射信号无任何限制性要求 如信号速率的高低 是否具有帧结构等 接口简单 应用灵活 缺点 不能直接提取 接入支路信号 复用与映射 十四 40 字节同步映射无需进行速率调整 直接把支路信号适配进虚容器 对映射信号要求 速率必须与网络同步 仅含N 64kb s 必须具有块状帧结构 优点 可直接提取 接入低速支路信号 缺点 对映射信号有限制性要求 硬件接口较复杂 比特同步映射要求映射信号速率必须与网络同步 但可不具有一定的帧结构 与PDH相比 无明显优势 尚无人采用 复用与映射 十五 41 3 2Mb s信号异步映射进VC 12 W DDDDDDDDD 数据比特R 填充比特O 开销比特C 调整控制比特S 调整机会比特 VC 12 子帧 的速率为2 240Mb s 映射信号的速率为2 048Mb s 进行速率调整后 加入填充毕特R 适配进虚容器VC 12 复用与映射 十六 42 一 高阶通道开销VC 4 VC 3POH1 位置与结构 通道开销 一 43 2 开销字节功能J1 通道跟踪字节 使收 发正确对接 B3 通道奇偶校验字节 BIP 8 C2 信号标记字节 指示VC 4的结构 VC 4可能包含1 140M 3 34 45M 63 2M G1 通道状态字节 远端差错指示REI 误码计数 远端缺陷指示FDI F2 F3 使用者通道 H4 位置指示字节 指示TU子帧在复帧中的位置 K3 通道自动保护倒换字节 APS N1 网络操作者字节 通道开销 二 44 二 低阶通道开销VC 12POH1 位置与结构 通道开销 三 45 2 开销字节功能V5 通道状态与信号标记 b1b2 奇偶校验BIP 2 b3 指示误码检测结果 b4 远端失效指示 b5b6b7 信号标记 映射方式 b8 远端接收失效指示 J2 通道跟踪字节 使收 发正确对接 N2 网络操作者字节 K4 通道自动保护倒换字节 通道开销 四 46 一 净负荷指针概念1 作用 指示净负荷的位置 净负荷的第一个字节相对于指针最后一个字节的偏移量 进行速率调整 容纳净负荷速率偏差 2 种类管理单元指针AUPTR 支路单元指针TU 3PTR TU 12PTR 净负荷指针 一 47 二 管理单元指针AUPTR1 位置与结构 净负荷指针 二 48 2 H1 H2 H3字节安排 净负荷指针 三 49 3 H1 H2 H3字节功能 净负荷位置指示10比特指针指示净负荷的第一个字节相对于第三个H3字节的偏移量 对净负荷VC 4进行速率调整正调整 5个I比特反转 在净负荷前面加3个填充字节 指针值加1 负调整 5个D比特反转 在净负荷前面3个字节移到3个H3字节中 指针值减1 新数据标识NDF指示净负荷中的新数据变化 正常时 NDF 0110有新数据时 NDF 1001 净负荷指针 四 50 三 支路单元指针TU 3PTR1 位置与结构 净负荷指针 五 51 2 H1 H2 H3字节安排 净负荷指针 六 52 3 H1 H2 H3字节功能 净负荷位置指示10比特指针指示净负荷的第一个字节相对于H3字节的偏移量 对净负荷VC 3进行速率调整正调整 5个I比特反转 在净负荷前面加1个填充字节 指针值加1 负调整 5个D比特反转 在净负荷前面1个字节移到H3字节中 指针值减1 新数据标识NDF指示净负荷中的新数据变化 正常时 NDF 0110有新数据时 NDF 1001 净负荷指针 七 53 四 支路单元指针TU 12PTR1 位置与结构 净负荷指针 八 54 2 V1 V2 V3字节安排 净负荷指针 九 55 3 V1 V2 V3字节功能 净负荷位置指示10比特指针指示净负荷的第一个字节相对于V2字节的偏移量 对净负荷VC 3进行速率调整正调整 5个I比特反转 在V3字节后面加1个填充字节 指针值加1 负调整 5个D比特反转 在净负荷前面1个字节移到V3字节中 指针值减1 新数据标识NDF指示净负荷中的数据变化 正常时 NDF 0110有新数据时 NDF 1001 净负荷指针 十 56 如何理解POH与SOH 1 57 1 段开销 通道开销都是为了保证信号正常灵活传送所必须附加的供网络运行 管理和维护 OAM 使用的字节 2 段开销 通道开销是从不同的层面来监视 管理信号的传送 RSOH MSOH分别对应于再生段和复用段 而HPOH和LPOH分别对应于VC 3 VC 4和VC 12 参见上页图 如何理解POH与SOH 2 58 第一部分学习要点 1 掌握SDH PDH的基本概念和SDH的优缺点2 了解段开销 通道开销中各字节的含义3 了解SDH各级速率 STM 1到STM 64 4 SDH设备的四种基本类型5 常见SDH网络的拓扑结构6 以STM 1为例 简述帧结构的组成部分和作用7 映射的种类和应用8 G 707标准中 指针的种类和应用9 简述SDH复用的特点10 根据我国规定的SDH复用映射结构 简述2Mbps信号在STM 1中的复用过程 59 一 同步复用设备的种类1 终端复用设备TM从PDH SDH支路信号到SDH线路信号的复用 或反之 同步复用设备 一 60 2 分插复用设备ADM在不分接和终结线路信号的条件下 可将任何支路信号接入或解出 同步复用设备 二 61 3 再生设备REG在无须上下电路的局站 对因长距离传输而衰减的SDH线路信号进行整形 定时 数据再生 同步复用设备 三 62 同步复用设备 四 二 同步复用设备的特点1 一步复用可直接提取 接入低速支路信号 如从2 5G提取2M 2 较强的交叉连接能力能对支路信号进行交叉处理 以实现线路 线路 线路 支路 支路 支路间的交叉连接 3 强大的OAM能力利用丰富的开销字节 对网络与设备的运行 管理与维护方面进行管理 63 同步复用设备 五 4 灵活的组网能力可组成线形网 树形网 枢纽网 环形网 网状网等 其中最富有代表性的是环形网 而且进一步可组成相交环 相切环 环带链 环带子环等更复杂网络 5 网络具有很强的生存性当组成环形网时 包括相交环 相切环 环带链 环带子环等 网络具有自愈能力 网络可在线升级 64 同步复用设备 六 三 设备性能要求1 误码性能在设计所考虑的工作条件范围内 应无误码运行 2 同步性能 外同步定时方式又称跟踪方式 即设备内部的时钟严格跟踪 锁定 从外部输入的定时基准信号 65 同步复用设备 七 外同步定时方式 66 同步复用设备 八 提取定时方式设备从含有定时基准信息的外来信号中提取定时 A 线路定时所有的发送时钟 皆从某一特定的STM N接收信号中提取定时 提取时钟发送时钟 67 同步复用设备 九 B 通过定时STM N发送时钟 从其同方向终结的STM N接收信号中提取定时 提取时钟发送时钟 68 同步复用设备 十 C 环路定时STM N发送时钟 从其同侧的STM N接收信号中提取定时信号 提取时钟发送时钟 69 同步复用设备 十一 内部定时方式当外同步定时与提取定时不能正常工作时 设备转入内部定时工作方式 A 保持模式设备模拟它在24小时以前存储的同步记忆信息来维持设备的同步状态 其精度要求为 0 37ppm B 自由运行模式超过24小时以后 设备内部存储的同步记忆信息已经用完 此时利用其内部的振荡器产生的信号作为同步信号 其精度要求为 4 6ppm 70 同步复用设备 十二 定时保护倒换与恢复设备应具有二个以上的外同步信号输入接口 A 定时保护倒换功能当高等级的外同步源失效时 设备应能自动倒换到较低级别的外同步源 B 恢复功能而当高等级外同步源恢复正常后 设备应能再恢复到从高级别的外同步源获取定时信号 71 同步复用设备 十三 3 定时性能 抖动与漂移 抖动与漂移含义抖动 数字信号的特定时刻 如最佳抽样时刻 与理想时刻位置的短时间偏差 噪声 码间干扰 时钟的不稳定 映射 指针调整等是产生抖动的主要原因 漂移 数字信号的特定时刻 如最佳抽样时刻 与理想时刻位置的长时间 10Hz以下 偏差 温度的变化是产生漂移的主要原因 72 同步复用设备 十四 输入抖动与漂移容限A STM N光接口输入抖动与漂移容限在STM N输入信号上使光设备产生1dB光功率代价的最大正弦抖动 漂移 峰 峰值 B STM N电接口输入抖动与漂移容限在STM N输入信号上使设备刚刚不产生误码的最大正弦抖动 漂移 峰 峰值 C PDH接口输入抖动与漂移容限在PDH支路输入信号上使设备刚刚不产生误码的最大正弦抖动 漂移 峰 峰值 73 抖动与漂移的产生在无输入抖动的条件下 设备在其输出端所产生的最大正弦抖动 漂移 峰 峰值 A STM N光接口抖动与漂移的产生在无输入抖动的条件下 用12KHz高通滤波器在设备的光接口输出端测得的抖动根均方值 RMS B STM N电接口抖动与漂移的产生在无输入抖动的条件下 用规定滤波器在设备的电接口输出端测得的抖动根均方值 同步复用设备 十五 74 C 映射抖动与漂移又称因支路信号映射产生的抖动与漂移 是指在无指针调整的条件下 因进行映射 去映射处理所产生的输出抖动与漂移值 D 指针调整抖动与漂移因进行指针调整而产生的抖动与漂移值 E 结合抖动是考虑支路映射与指针调整同时发生时所产生的抖动值 同步复用设备 十六 75 同步复用设备 十七 抖动与漂移传递函数输出STM N信号的抖动值与加在输入STM N信号上的抖动值之比 随频率而变化的关系 目前 该参数仅适用于再生器 0 1dB 76 4 交叉性能为保证对系统容量中的支路信号进行调度 以完成按需求组网 上下电路 电路调度等 同步复用设备应具有较强的交叉连接功能 交叉类型应能进行高阶交叉与低阶交叉 高阶交叉 是指对VC 4级信号的交叉连接 低阶交叉 是指对VC 12级信号的交叉连接 具有低阶交叉连接能力 才能直接从高速信号中上下2M电路 同步复用设备 十八 77 交叉容量交叉容量以VC 4为单位 一般写为n nVC 4 交叉容量视同步复用设备的STM N级别不同而不同 交叉能力强的2 5GADM设备 单系统 其高阶交叉容量为 96 96VC 4 其中线路信号为 4 16VC 4 支路信号为 32VC 4 同步复用设备 十九 78 同步复用设备 二十 交叉类型设备至少应具有以下几种交叉工作类型 单向 被交叉连接的端口只能作为输出 双向 每个端口既能接入输出信号 又能接入输入信号 广播 一个输入信号可以与一个以上的端口相连接 79 同步复用设备 二十一 交叉方向应支持线路 线路 线路 支路 支路 支路的交叉连接 线路 线路 主要用于未下载支路信号的继续传送 线路 支路 主要用于支路信号的上 下载 支路 支路 主要用于环带子环 子链时 子网之间或子链之间的业务信号往来 80 同步复用设备 二十二 四 同步复用设备的系统结构 81 同步复用设备 二十三 1 线路接口完成线路信号STM N的光 电转换 进行管理单元的指针处理 生成 终结段开销 2 交叉矩阵按需求对线路信号或支路信号中的高阶VC或低阶VC进行交叉连接 实现线路 线路 线路 支路 支路 支路间的交叉连接 满足上 下电路等功能 82 交叉矩阵容量交叉矩阵的容量一般与线路信号的级别有关 如 中兴2 5GADM的高阶交叉容量为96 96VC 4 交叉性能一般应具有高阶交叉与低阶交叉能力 交叉连接还有时分与空分之别 同步复用设备 二十四 83 3 支路接口在局站完成上 下业务信号 支路接口有2M 34M 45M 140M 155M等种类 对于SDH支路接口还有光 电之分 4 定时单元对内 向设备的各单元提供定时信号 对外 或跟踪外同步定时信号 或从线 支 路信号中提取定时 或以保持 自由运行方式提供定时 同步复用设备 二十五 84 同步复用设备 二十六 5 通信与控制单元采集设备各单元的数据 通过DCC通道传到网关 然后由网关提供给网管系统 另一方面 接收网管系统的命令并执行 6 公务单元提供公务联络电话 85 数字交叉连接设备 一 一 DXC概念1 定义拥有一个或多个准同步或同步数字端口 并可以对其任意端口的速率信号 和 或子速率信号 和其它端口的速率信号 和 或子速率信号 进行可控透明的连接与再连接 86 数字交叉连接设备 二 2 规范化表示 DXCx yx DXC端口的速率最高等级 y 可进行交叉连接的最低速率等级 1 VC 12 2M信号 3 VC 3 34 45M信号 4 VC 4 140M 155M信号 5 STM 4 622M 信号 6 STM 16 2 5G 信号 如 DXC4 1 其端口最高速率为155M 可进行交叉连接的信号有VC 12 VC 3 VC 4 87 数字交叉连接设备 三 二 DXC的基本技术特点1 与常规数字交换机SPC区别 交换对象不同DXC交换对象是宽带信号 SPC的交换对象是窄带信号即64kb s话音信号 状态持续时间不同DXC的状态持续时间是半永久性的 其持续时间最少为几十天 SPC的接续状态是动态的 其持续时间一般仅为几分钟 88 数字交叉连接设备 四 阻塞性设计不同DXC设计是无阻塞的 SPC设计是允许有阻塞的 透明度不同DXC的交叉连接是透明的 SPC的交换接续是不透明的 控制交叉 交换 的主体不同DXC的交叉连接是由操作系统控制 SPC的交换接续是由用户控制 即按信令进行 89 数字交叉连接设备 五 2 交叉连接方式 单向连接被交叉连接的端口只能作为输出 双向交叉连接交叉连接的端口既可接入输出信号 也可以接入输入信号 广播方式输入的VC信号可以和一个以上的VC信号 可属于不同端口 相连接 90 数字交叉连接设备 六 环回方式输出信号和本端口的输入信号相连接 分离接入方式把端口的输入信号就地终结 把某些辅助信号插入进去 然后再利用单向连接功能把它们交叉连接到其它端口 91 数字交叉连接设备 七 三 DXC的系统结构 92 数字交叉连接设备 八 四 DXC的应用1 多种网络的网关可作SDH网与PDH网的网关 长途网与中继网的网关 中继网与用户网的网关等 2 电路调度在多个网络的汇接点 用DXC实现网络之间的业务流动或电路调度 93 数字交叉连接设备 九 3 网络的保护与恢复 集中控制法网络的保护与恢复由中心系统控制 庞大的数据库中存有网络各节点的全部信息 节点的业务流量 交叉状态 空闲路由等 一旦网络的某链路发生故障 中心系统会根据数据库中各节点存放的信息 计算和模拟出多个替代路由 最后选择一条最佳替代路由 并据此发布执行命令让各节点进行相应的操作 建立起新的替代路由 94 数字交叉连接设备 十 分布控制法网络的保护与恢复由各个节点分散控制 当网络中的某链路发生故障时 故障的源节点会向网络中的所有节点发出要求提供空闲信道的信息 直至故障链路的另一端 终节点 各节点都会提供与其相邻节点的空闲信道 直到搜寻出一条从源节点到终节点 故障链路 的最佳替代路由 最后 各节点执行相应的操作 建立起新的替代路由 95 ITU T曾采用基本功能块的方法对SDH设备进行规范 它将设备功能分解为一系列标准功能块 不同的设备由这些基本的功能块灵活组合而成 以完成设备不同的功能 通过基本功能块规范了设备的标准化 同时也使规范具有普遍性 叙述清晰简单 1 基本功能块 功能参考模型 2 原子功能模型 在基本功能块的基础上进行了更加详细的划分 可以与专用集成电路 ASIC 和软件描述直接挂钩 96 2M 34M HOA S T U LOI S T U HPC S T TTF S T U HOI S T U LPC S T G 703 G 703 140M STM N Y P N SEMF MCF SETS SETPI OHA Q F 外同步 OHA接口 S S Y S P N 管理参考点S 时钟参考点T 管理开销接入参考点U 基本功能块 复用段DCC参考点 再生段DCC参考点 同步状态参考点 97 1 TTF 传送终端功能 主要作用是将网元接收到的STM N信号 具有帧结构的光信号或电信号 转化成净负荷信号 VC 4 并终结段开销 或作相反的变换 一般由光接口板或开销处理板完成此项复合功能 2 HOA 高阶组装器 主要功能是按照映射复用路线将低阶通道信号复用到高阶通道信号 如多个VC 12复用到VC 4 或作相反的处理 此功能可能在低速线路接口板或开销处理板上实现 3 HOI 高阶接口 主要功能是将140Mbps信号映射到C 4中 并加上高阶通道开销POH构成完整的VC 4信号 或者相反的处理 由140Mbps支路板完成此功能 4 LOI 低阶接口 主要功能是将2Mbps或者34Mbps的PDH信号映射到C 12或者C 3中 并加入通道开销 构成完整的VC 12或者VC 3 或作相反的处理 由低速线路接口板实现 复合功能块 98 1 HPC 高阶通道连接 其核心是一个连接矩阵 它将若干个输入的VC 4连接到若干个输出的VC 4 输入和输出具有相同的信号格式 只是逻辑次序上有所不同而已 物理设备上此功能一般由交叉板完成2 LPC 低阶通道连接 功能是将输入口的低阶通道信号 VC 12 VC 3 分配给输出口的低阶通道 输入和输出具有相同的信号格式 只是逻辑次序上有所不同而已 物理设备上此功能一般与HPC一起由交叉板完成 HPC与LPC 99 辅助功能块SEMF MCF OHA SETS SETPISEMF 同步设备管理功能块DCC D1 D12 通道的OAM内容是由SEMF决定的 并通过MCF在RST和MST中写入相应的字节 或通过MCF功能块在RST和MST提取D1 D12字节 传给SEMF处理 MCF 消息通信功能块MCF上的N接口传送D1 D3字节 DCCR P接口传送D4 D12字节 DCCM F接口和Q接口都是与网管终端的接口 100 SETS 同步设备定时源功能块SETS时钟信号的来源有4个 由SPI功能块从线路上的STM N信号中提取的时钟信号 由PPI从PDH支路信号中提取的时钟信号 由SETPI 同步设备定时物理接口 提取的外部时钟源 如 2MHz方波信号或2Mbit s 由SETS的内置振荡器产生的时钟 SETS对这些时钟进行锁相后 选择其中一路高质量时钟信号 传给设备中除SPI和PPI外的所有功能块使用 同时SETS通过SETPI功能块向外提供2Mbit s和2MHz的时钟信号 101 SETPI 同步设备定时物理接口SETS与外部时钟源的接口 SETS通过它接收外部时钟信号或提供外部时钟信号OHA 开销接入功能块从RST和MST中提取或写入相应E1 E2 F1公务联络字节 进行相应的处理 102 TM设备的典型功能块组成 103 英文缩写说明英文缩写说明英文缩写说明SPISDH物理接口RST再生段终端MST复用段终端MSP复用段保护MSA复用段适配PPIPDH物理接口LPA低阶通道适配LPT低阶通道终端LPC低阶通道连接HPA高阶通道适配HPT高阶通道终端HPC高阶通道连接HOI高阶接口HOA高阶适配TTF传送终端功能LOI低阶接口OHA开销接入功能SEMF同步设备管理功能MCF消息通信功能SETS同步设备定时源SETPI同步设备定时物理接口 104 SPI SDH物理接口功能块主要完成光 电变换 电 光变换 提取线路定时 以及相应告警的检测 1 收方向 信号流从A到B 光 电转换 提取线路定时信号并将其传给SETS 同步设备定时源功能块 锁相 2 发方向 信号流从B到A 电 光变换 定时信息附着在线路信号中 可能产生告警 R LOS 信号丢失 输入无光功率 光功率过低 光功率过高 使BER劣于10 3 105 RST 再生段终端功能块RST是RSOH开销的源和宿1 收方向 信号流B到C若R LOS告警信号 即在C点处插入全 1 AIS 信号 若是正常信号流 那么RST开始搜寻A1和A2字节进行定帧 对除再生段开销第一行外的所有字节进行解扰码 提取RSOH并进行处理 校验B1字节 E1 F1字节提取给OHA D1 D3提取传给SEMF 2 发方向 信号流从C到B产生RSOH 对除再生段开销第一行外的所有字节进行扰码 可能产生告警 OOF A1 A2 5帧 LOF A1 A2 3ms RS BBE B1 106 107 MST 复用段终端功能块MST是复用段开销的源和宿1 收方向 信号流从C到D MST提取K1 K2字节中的APS 自动保护倒换 协议送至SEMF MST功能块校验B2字节 将S1 b5 b8 恢复传给SEMF D4 D12字节提取传给SEMF E2提取出来传给OHA 108 2 发方向 信号流从D到CMST写入MSOH OHA来的E2 SEMF来的D4 D12 MSP来的K1 K2 写入相应B2字节 S1字节 M1等字节 可能产生告警 MS AIS K2 b6 b8 111 全 1 MS RDI K2 b6 b8 110 MS BBE B2 MS REI M1 MS EXC B2 全 1 109 MSP 复用段保护功能块 1 收方向 信号流从D到E若MSP收到MST传来的MS AIS或SEMF发来的倒换命令 将进行信息的主备倒换 正常情况下信号流从D透明传到E 2 发方向 信号流从E到DE点的信号流透明的传至D E点处信号波形同D点 复用段倒换的故障条件是 R LOS R LOF MS AIS和MS EXC B2 110 MSA 复用段适配功能块MSA的功能是处理和产生AU PTR 以及组合 分解整个STM N帧 即将AUG组合 分解为VC4 1 收方向 信号流从E到F将AUG分成N个AU 4结构 然后处理这N个AU 4的AU指针2 发方向 信号流从F到EF点的信号经MSA定位和加入标准的AU PTR成为AU 4 N个AU 4经过字节间插复用成AUG可能产生告警 AU AIS H1 H2 H3为全1 3frame AU LOP 连续8帧为无效指针或NDF 111 F点信号帧结构 112 HPC 高阶通道连接功能块HPC相当于一个交叉矩阵 它完成对高阶通道VC4进行交叉连接的功能 除了信号的交叉连接外 信号流在HPC中是透明传输的 所以HPC的两端都用F点表示 HPC是实现高阶通道DXC和ADM的关键 113 HPT 高阶通道终端功能块HPT是高阶通道开销的源和宿 形成和终结高阶虚容器1 收方向 信号流从F到G终结POH 检验B3HPT检测J1和C2字节HPT将H4字节的内容传给HPA功能块2 发方向 信号流从G到FHPT写入POH 计算B3 由SEMF传相应的J1和C2 114 G点的信号形状 HP BBE B3 HP REI G1 b1 b4 HP TIM J1 HP SLM C2 HP RDI G1 b5 1HP UNEQ C2 5frame0 1 115 HPA 高阶通道适配功能块1 收方向 信号流从G到H首先C4 63个TU 12 然后处理TU PTR 进行VC12在TU 12中的定位 分离 从H点流出的信号是63个VC12信号 检测V1 V2 V3 根据从HPT收到的H4字节做复帧指示2 发方向 信号流从H到G对输入的VC12加上TU PTR 然后将63个TU 12通过字节间插复用 TUG2 TUG3 VC4TU AIS V1 V2 V3 3frame1 TU LOP V1 V2 8frame TU LOM H4 116 LPC 低阶通道连接功能块LPC也是一个交叉连接矩阵 它是完成对低阶 VC12 VC3 进行交叉连接的功能设备若要具有全级别交叉能力 就一定要包括HPC和LPC 信号流在LPC功能块处是透明传输的 所以LPC两端参考点都为H 117 LPT 低阶通道终端功能块LPT是低阶POH的源和宿 对VC12而言就是处理和产生V5 J2 N2 K4四个POH字节1 收方向 信号流从H到JV5字节的b1 b2进行BIP 2的检验 V5的b3回告检测J2和V5的b5 b7 118 I点帧结构 LP BBE V5 b1 b2 LP REI V5 b3 LP TIM J2 LP SLM V5 b5 b7 LP RDI V5 b8 LP UNEQ V5 b5 b7 5frame000 119 LPA 低阶通道适配功能块映射和去映射 把C信号去映射成PDH信号 或将PDH信号适配进C 2Mbit sC12PPI PDH物理接口功能块进行码型变换和支路定时信号的提取 1 收方向 信号流从L到M将设备内部码转换成PDH线路码型 如HDB3 2Mbit s 34Mbit s CMI 140Mbit s 2 发方向 信号流从M到L将PDH线路码转换成便于设备处理的NRZ码 同时提取支路信号的时钟将其送给SETS锁相 120 TM 终端复用器 121 ADM 分插复用器 122 REG 再生中继器 123 DXC 数字交叉连接设备 124 同步光缆系统 一 一 光纤1 主要特性参数 衰减系数 f 每公里光纤对光信号的衰减 dB km 石英光纤的衰耗曲线 125 同步光缆系统 二 色度色散系数D A 色度色散的概念所谓色度色散是指光纤对光脉冲的展宽效应 若在发端发送一个波形整齐的光脉冲 经过一段长度的光纤传输后 在接收端会发现 不仅光脉冲被展宽 而且其形状也发生畸变 此即光纤的色度色散所致 光脉冲的展宽与畸变 会产生码间干扰 进而导致误码 126 B 色度色散的种类a 模式色散因多种传播模式引起 仅多模光纤存在 b 材料色散由组成光纤的材料所产生的色散效应 因不同波长的光在光纤材料中具有不同的传播速度 c 波导色散因光纤的不同波导结构引起的色散效应 同步光缆系统 三 127 同步光缆系统 四 C 光纤的色度色散a 多模光纤的色度色散模式色散 材料色散 波导色散b 单模光纤的色度色散材料色散 波导色散D 色度色散系数单位光源谱宽经1公里光纤传输后所产生的脉冲展宽值 ps nm km 128 同步光缆系统 五 129 同步光缆系统 六 零色散波长 0在某波长 0处 光纤的材料色散与波导色散相互抵消 使光纤的总色度色散为零 色散移位人们可以通过巧妙的波导结构设计 使光纤的波导色散与材料色散在某个所希望的波长相互抵消 零色散斜率S0在零色散波长处 光纤的色度色散系数随波长变化曲线的斜率 其值越小 说明光纤的色散系数随波长的变化越缓慢 越容易进行一次性补偿 130 偏振模色散PMDA 机理是指因光纤的随机性双折射现象 导致对不同相位的光呈现不同的传播速度 B 原因由于制造工艺方面的原因 光纤芯径 包层的几何尺寸会存在着一些差异 另外在施工时 光缆中的光纤会受侧压力 扭曲力 弯曲力等外部应力的作用 最后导致光纤产生随机性双折射 同步光缆系统 七 131 C PMD的影响为保证由PMD产生的光功率代价 1dB 收发之间光纤通道的PMD应 1 10B B为码速率 2 5G系统受PMD的影响很小 可忽略不计 10G系统需考虑PMD的影响 如传输400km时 要求光纤的PMD 0 5ps km1 2 与色度色散不同 PMD目前无法进行补偿 目前对PMD尚无精确计算方法 需现场测量 同步光缆系统 八 132 同步光缆系统 九 2 单模光纤种类 G 652光纤1310nm性能最佳光纤 色散未移位光纤 它有二个波长工作区 1310nm与1550nm 1310nm波长 色散最小 未移位 小于3 5ps nm km 但损耗较大 为0 3 0 4dB km 1550nm波长 色散较大 为20ps nm km 但损耗很小 为0 15 0 25dB km 133 同步光缆系统 十 G 653光纤1550nm性能最佳光纤 色散移位光纤 它主要用于1550nm波长工作区 在1550nm波长 色散较小 色散移位 为3 5ps nm km 损耗也很小 为0 15 0 25dB km 但它不能用于WDM方式 因会出现四波混频效应 FWM 134 同步光缆系统 十一 G 654光纤1550nm损耗最小光纤 它主要用于1550nm波长工作区 其损耗为0 15 0 19dB km 主要用于海缆通信 G 655光纤它是为克服G 653光纤的FWM效应而设计的新型光纤 其性能与G 653光纤类似 但既能用于WDM 又能传输TDM方式的10G 理想情况 A 低色散 2 6ps nm km B 色散斜率小于0 05ps nm2 km 便于色散补偿 C 大的有效面积 可避免出现非线性效应 135 同步光缆系统 十二 136 同步光缆系统 十三 3 各种光纤应用状况 G 652光纤在我国占99 以上 虽称1310nm性能最佳光纤 但绝大部分却用于1550nm 其原因是在1310nm无实用化光放大器 它可传输2 5G或以2 5G为基群的WDM系统 但传输TDM的10G 面临色散受限的难题 色度色散与PMD G 653光纤因FWM效应而被冷落 137 G 655光纤因既可传输TDM的10G 又可传以2 5G或10G为基群的WDM系统 所以近年倍受青睐 但理想的G 655光纤无法实现 因为在光纤的有效横截面积与色散斜率二方面难以均衡 目前 G 655光纤尚无国际统一规范 大的有效面积 会有效地避免非线性效应 但将导致色散斜率的增加 小的色散斜率将会便于色散的补偿 但其有效面积却减小 同步光缆系统 十四 138 同步光缆系统 十五 二 光接口标准与参数1 光接口类型与代码 第一类光接口不含光放大器以及线路速率低于10G s的接口 第二类光接口含光放大器以及线路速率达到10G s的接口 139 同步光缆系统 十六 光接口代码 W y zW I 代表局内通信 2km S 代表短距离通信 20km L 代长距离通信 80km V 代表甚长距离通信 120km U 代表超长距离通信 160km y 代表STM等级 Y 1 4 16 64 140 同步光缆系统 十七 Z 代表使用光纤类型与工作窗口 1 G 652光纤 工作波长为1310nm 2 G 652光纤 工作波长为1550nm 3 G 653光纤 工作波长为1550nm 5 G 655光纤 工作波长为1550nm 例 L 16 2 工作在G 652光纤的1550nm波长区 传输速率为2 5G的长距离光接口 S 16 1 工作在G 652光纤的1310nm波长区 传输速率为2 5G的短距离光接口 141 同步光缆系统 十八 2 第一类光接口参数 142 同步光缆系统 十九 光发送机A 发送光功率Ps在规定伪随机码序列的调制下 光发送机在参考点S的平均发光功率 如 2 3dBm B 光谱特性a 根均方谱宽 rms光源的峰值光功率下降到其最大值的0 607倍时所对应的谱线宽度 该参数仅用于LED与多纵模激光器MLM 143 同步光缆系统 二十 b 20dB谱宽 20dB光源的峰值光功率下降20dB时所对应的谱线全宽度 该参数适用于单纵模激光器SLM rms 20dB 6 07 c 最小边模抑制比SMSR该参数仅对SLM有意义 在最坏反射条件下 全调制时主纵模的光功率M1与最显著边模的光功率M2之比 一般要求SMSR 30dB 144 C 寿命对于LD而言 当偏流值增加到其初始值的二倍时就意味着其寿命的终结 LD的寿命最少应在30万小时以上 D 消光比EX在最坏反射条件下 全调制时的 1 码光脉冲的平均光功率与 0 码光脉冲的平均光功率之比 一般要求 EX 8 2dB 同步光缆系统 二十一 145 同步光缆系统 二十二 光接收机A 接收灵敏度Pr在规定误码率要求的条件下 如1 10 10 光接收机在参考点R所需要的最小光功率值 dBm B 过载光功率在规定误码率要求的条件下 如1 10 10 光接收机在参考点R所能承受的最大光功率值 dBm C 老化余度在寿命开始时的灵敏度与在寿命结束时的灵敏度之差 一般规定为3dB 146 同步光缆系统 二十三 3 第二类光接口参数 147 同步光缆系统 二十四 光发送机除了与第一类光接口相同的参数之外 还有几项特殊的参数 A 光源的啁啾声采用直接调制方式时 高速率变化的电脉冲流使SLM的工作电流也高速变化 导致SLM的谐振腔光通路发生变化 最后使振荡波长动态偏移 啁啾 SLM的啁啾现象使光传输距离大大减小 色散受限 克服啁啾的方法是采用外调制方式 148 同步光缆系统 二十五 直接调制方式 P 149 同步光缆系统 二十六 外调制示意图 150 同步光缆系统 二十七 B 最大光功率谱密度在被调制信号谱内 每10MHz间隔的最大平均光功率电平 规范此参数的目的 是为了防止光在光纤中传输时出现非线形效应 如布里渊散射 自相位调制 SPM 交叉相位调制 XPM 等 其具体规范值尚待研究 151 同步光缆系统 二十八 光接收机光信噪比OSNR在主通道接收端MPI R的光信号功率与光噪声功率之比 一般规定 20dB或22dB 对于10G系统 26dB OSNR Pout L 58 NF 10 N其中 Pout 在发送端的入纤光功率 dBm L 二个光放大器间的损耗 dB NF 光放大器的噪声系数 dB N 收 发间的光放大器个数 152 同步光缆系统 二十九 三 光传输设计1 损耗受限 最坏值设计法所谓最坏值设计法 就是在设计光传输距离时 所有的相关参数都采用寿命期中允许的最坏值 如发送光功率 接收灵敏度 优点 为设计者 厂家提供简单的元器件指标 且不存在先期失效的问题 缺点 系统富余度过大 成本较高 153 同步光缆系统 三十 L PS Pr C PP MC f S 其中PS 光发送机在S参考点的发送光功率 dBm Pr 光接收机在R参考点的接收灵敏度 dBm C 收 发间所有连接器的损耗 其中每个连接器的损耗一般取0 5dB PP 光通道代价 一般取1dB 但对L16 2取2dB MC 光缆富余度 取3dB f 光纤衰减系数 dB km S 光纤每公里接续损耗 一般取0 025dB km 154 同步光缆系统 三十一 例1 某2 5G系统的相关参数为 S点发送光功率PS 2 3dBm R点接收灵敏度Pr 31 28dBm 光纤衰减系数 f 0 22dB km 求其最大传输距离 其它参数取值为 因是L16 2接口 故光通道代价为PP 2dB 光缆富余度Mc 3dB 每个连接器损耗为Ac 0 5dB 每公里光纤平均接续损耗为 s 0 05 2 0 025dB km 把以上数据代入公式 L PS Pr C PP MC f S 2 28 2 0 5 2 3 0 22 0 025 20 0 245 82km 155 同步光缆系统 三十二 2 色散受限 一般公式对于2 5G以下的系统 有以下公式 L 10 6 B D 其中 光脉冲相对展宽值 对于MLM 取0 115 对于LED与SLM 取0 306 对于L16 2 取0 491 光源的根均方谱宽 nm 且 20dB 6 07 B 系统的传输速率 Mb s D 光纤的色散系数 ps nm km 156 同步光缆系统 三十三 例2 与例1相同的2 5G系统 其它相关参数为 SLM的谱宽 20dB 0 75nm 光纤的色散系数D 20ps nm km 求其最大传输距离 因是L16 2接口 且使用SLM 故取相对脉冲展宽值为 0 491 此外还要把SLM的 20dB谱宽换算成根均方谱宽 即 20dB 6 07 把以上数据代入公式 L 10 6 B D 0 491 10 6 0 75 6 07 2488 32 20 80km通过以上计算可知 该系统的最大传输距离为80km 157 同步光缆系统 三十四 色散容限值DL对于2 5G以上的超高速系统 色散限制主要表现在光源的啁啾声现象上 不能再使用上述的一般公式 从光谱分析仪上看 啁啾声使光源的谱宽从 静态值 变为 动态 变化 因此原参数 谱宽已无多大实用价值 为克服啁啾声对再生距离的制约 应采用低啁啾的光源器件 或者采用外调制方式 详见WDM部分 此时衡量光源光谱特性的参数是色散容限