光纤通信(普通高等教育“十五”国家级规划教材)教学PPT作者顾畹仪第04章

1、 用光纤替代原来同轴电缆用光纤替代原来同轴电缆CATV网络干线网络干线传输中的同轴电缆，配线和引入线部分仍传输中的同轴电缆，配线和引入线部分仍然保留原来的同轴电缆网结构，组成光纤然保留原来的同轴电缆网结构，组成光纤同轴电缆混合系统（同轴电缆混合系统（Hybrid Fiber Cable，HFC） HFC系统系统 数字光纤通信系统组成框图数字光纤通信系统组成框图 光纤传输系统及其网管在系统光纤传输系统及其网管在系统/网络运行、管理、网络运行、管理、维护和指配（维护和指配（Operations，Administration，Maintenance & Provisioning，OAM&P）方面的）

2、方面的主要任务主要任务:（1）根据用户业务需求和系统）根据用户业务需求和系统/网络资源状况来网络资源状况来配置系统配置系统/网络、开通业务网络、开通业务 （2）对系统运行状况（传输性能、关键部件状）对系统运行状况（传输性能、关键部件状态等）进行不中断业务的在线实时监测，数字光态等）进行不中断业务的在线实时监测，数字光纤传输系统最重要的一项监测项就是误码性能的纤传输系统最重要的一项监测项就是误码性能的监测监测 （3）故障告警。一旦设备或设备中的部件或光）故障告警。一旦设备或设备中的部件或光缆线路出现故障，系统应能检测到并在网管界面缆线路出现故障，系统应能检测到并在网管界面上显示出来或在设备上指示

3、出来，并要能够及时上显示出来或在设备上指示出来，并要能够及时通知维护人员通知维护人员 （4）为故障定位和其他维护需求而提供环回控制、主要项目的测试等 （5）为系统）为系统/网络网络OAM信息提供传输通道信息提供传输通道（6）为系统的运营者提供业务性能、流量）为系统的运营者提供业务性能、流量等方面的统计信息等方面的统计信息 （7）为维护管理人员提供话音通信的手段）为维护管理人员提供话音通信的手段（公务电话）（公务电话） 具有再生器具有再生器/中继器的数字光纤传输系统中继器的数字光纤传输系统 l全世界统一标准全世界统一标准l运行维护管理能力强大运行维护管理能力强大l具有自愈能力具有自愈能力l便于从

4、高速信号中分插低速信号便于从高速信号中分插低速信号 lSDH网不仅能与现有的网不仅能与现有的PDH网实现兼容，即使网实现兼容，即使PDH的的1.544Mbit/s和和2.048Mbit/s两大体系在两大体系在SDH信息结构上能获得统一，形成数字传输体制上的信息结构上能获得统一，形成数字传输体制上的世界标准世界标准 lSDH网络通过网络保护和网络恢复具有强大的网络通过网络保护和网络恢复具有强大的自愈能力，这不仅使自愈能力，这不仅使SDH网络的生存性和可靠性网络的生存性和可靠性大大增强，而且便于组网和降低网络维护的费用大大增强，而且便于组网和降低网络维护的费用 lSDH采用了同步复用方式和灵活的复

5、用映采用了同步复用方式和灵活的复用映射结构，使低阶信号和高阶信号的复用和射结构，使低阶信号和高阶信号的复用和解复用一次到位，大大简化了设备的处理解复用一次到位，大大简化了设备的处理过程，省去了大量的有关电路单元、跳线过程，省去了大量的有关电路单元、跳线电缆和电路接口数量，从而简化运营和维电缆和电路接口数量，从而简化运营和维护，改善网络的业务透明性护，改善网络的业务透明性 lSDH标准规范了全世界统一的网络节点接标准规范了全世界统一的网络节点接口，对各网络单元的光接口有严格的规范口，对各网络单元的光接口有严格的规范要求，从而使得任何网络单元在光路上得要求，从而使得任何网络单元在光路上得以互通，实

6、现了横向的兼容性以互通，实现了横向的兼容性 lSDH帧结构中安排了丰富的开销比特，使帧结构中安排了丰富的开销比特，使网络运营管理、维护与指配（网络运营管理、维护与指配（OAM&P）的能力大大地加强，通过远程控制，可实的能力大大地加强，通过远程控制，可实现对各网络单元现对各网络单元/节点设备的分布式管理，节点设备的分布式管理，同时也便于新功能和新特性的及时开发和同时也便于新功能和新特性的及时开发和升级，而且促进了更完善的网络管理和智升级，而且促进了更完善的网络管理和智能化设备的发展能化设备的发展 lSDH采用先进的指针调整技术，支持伪同采用先进的指针调整技术，支持伪同步工作环境，使来自不同提供者

7、的信息净步工作环境，使来自不同提供者的信息净负荷可以在不同的同步岛之间进行传送，负荷可以在不同的同步岛之间进行传送，并有能力承受一定的定时基准丢失并有能力承受一定的定时基准丢失 lG.652光纤光纤 lG.653光纤光纤lG.654光纤光纤lG.655光纤光纤 光再生段组成光再生段组成 在实际组网应用中通常有三种光传输设计在实际组网应用中通常有三种光传输设计方法方法 :l最坏值设计法最坏值设计法l联合设计法联合设计法l统计设计法（包括半统计设计法）统计设计法（包括半统计设计法）应用范围最广的是最坏值设计法应用范围最广的是最坏值设计法 再生段距离的设计可以分为两种情况：再生段距离的设计可以分为两

8、种情况： l损耗受限系统，即再生段距离由损耗受限系统，即再生段距离由S和和R点点之间的光通道损耗决定之间的光通道损耗决定l色散受限系统，即再生段距离由色散受限系统，即再生段距离由S和和R点点之间的光通道总色散所决定之间的光通道总色散所决定 S-R之间的光通道的损耗组成之间的光通道的损耗组成损耗受限系统的最大再生段距离或者称作损耗受限系统的最大再生段距离或者称作最大中继距离可以用下式来估算最大中继距离可以用下式来估算其中其中 1(2)/(/)TRCPfSfCLPPAPAALM1/nffiiAan11/(1)nssiiAan对于最坏值设计，最大传输距离则对于最坏值设计，最大传输距离则 公式中带下标

9、公式中带下标“m”的参数皆为相应参数的的参数皆为相应参数的最坏值最坏值 如光缆富余度按整个段总量留取，则上式如光缆富余度按整个段总量留取，则上式变为变为 (2)/(/)lTmRmCmPmfmSmfCLPPAPaaLM(2)/(/)lTmRmCmPmCfmSmfLPPAPMaaL对于色散受限系统，系统设计者首先应确对于色散受限系统，系统设计者首先应确定所设计的再生段的总色散（定所设计的再生段的总色散（ps/nm），再），再据此选择合适的光接口及相应的一整套光据此选择合适的光接口及相应的一整套光参数参数 色散受限系统最大无再生传输距离的最坏色散受限系统最大无再生传输距离的最坏值可以用下式估算值可以

10、用下式估算 SR/dmLDD（1）使用多纵模激光器时系统色散受限的）使用多纵模激光器时系统色散受限的最大传输距离最大传输距离 使用多纵模激光器的光缆线路系统的光通使用多纵模激光器的光缆线路系统的光通路功率代价仅需计算模式分配噪声的功率路功率代价仅需计算模式分配噪声的功率代价和码间干扰的功率代价两项代价和码间干扰的功率代价两项 模式分配噪声的功率代价和码间干扰的功模式分配噪声的功率代价和码间干扰的功率代价均和相对展宽因子有关率代价均和相对展宽因子有关 ， 表示码表示码元脉冲经过信道传输后脉冲的相对展宽值元脉冲经过信道传输后脉冲的相对展宽值可以求出系统色散受限的最大传输距离可以求出系统色散受限的最

11、大传输距离 610mB DLT610dmLDB（2）使用单纵模激光器系统色散受限系统）使用单纵模激光器系统色散受限系统的最大传输距离的最大传输距离 对于使用单纵模激光器的光缆线路系统对于使用单纵模激光器的光缆线路系统 ，其光通路功率代价仅需计算频率啁啾的功其光通路功率代价仅需计算频率啁啾的功率代价和码间干扰的功率代价两项率代价和码间干扰的功率代价两项 频率啁啾的功率代价均和相对展宽因子有频率啁啾的功率代价均和相对展宽因子有一定的关系一定的关系 采用单纵模激光器的系统采用单纵模激光器的系统 ，可以得到一个，可以得到一个十分简明的色散限制最大传输距离十分简明的色散限制最大传输距离 2271400d

12、mLDB误码是指经光接收机的接收与判决再生之后，码误码是指经光接收机的接收与判决再生之后，码流中的某些比特发生了差错，使传输的质量发生流中的某些比特发生了差错，使传输的质量发生了损伤了损伤 误码的产生主要有以下因素误码的产生主要有以下因素 各种噪声产生的误码各种噪声产生的误码 由于光纤色散导致的码间干扰引起的误码由于光纤色散导致的码间干扰引起的误码 定时抖动产生的误码定时抖动产生的误码 各种外界因素产生的误码各种外界因素产生的误码 以以“块块”为基础的误码事件和误码性能参数有以为基础的误码事件和误码性能参数有以下几种下几种 l差错块差错块l误块秒误块秒l严重误块秒严重误块秒l背景块差错背景块差

13、错 l严重误码期严重误码期 l误块秒比误块秒比 l严重误块秒比严重误块秒比 l背景块差错比背景块差错比 l严重误码期强度严重误码期强度 ITU-T所制定的与网络长期误码性能指标所制定的与网络长期误码性能指标相关的标准有相关的标准有G.826和和G.828，与网络短期，与网络短期误码性能指标相关的标准有误码性能指标相关的标准有M.2101。对于。对于一次群或高于一次群的固定比特速率传送一次群或高于一次群的固定比特速率传送网，只要求满足网，只要求满足G.826/G.828即可即可 （1）抖动）抖动 定时抖动（简称抖动）定义为数字脉冲信定时抖动（简称抖动）定义为数字脉冲信号的特定时刻（如最佳判决时刻

14、）相对于号的特定时刻（如最佳判决时刻）相对于其理想时间位置的短时间偏离其理想时间位置的短时间偏离 （2）漂移漂移定义为数字脉冲的特定时刻相对于其漂移定义为数字脉冲的特定时刻相对于其理想时间位置的长时间偏移理想时间位置的长时间偏移 抖动、漂移相关性能指标抖动、漂移相关性能指标 ：l输入抖动输入抖动/漂移容限漂移容限PDH、SDH设备必须容许输入信号含有一定的抖设备必须容许输入信号含有一定的抖动动/漂移，保证系统正常工作所容许的输入信号的漂移，保证系统正常工作所容许的输入信号的最大抖动最大抖动/漂移范围称为输入抖动漂移范围称为输入抖动/漂移容限漂移容限 l最大允许输出抖动最大允许输出抖动/漂移漂移

15、能够使网元任意互连而不影响网络传输质量而允能够使网元任意互连而不影响网络传输质量而允许的网络接口的最大输出抖动许的网络接口的最大输出抖动/漂移漂移 l抖动抖动/漂移转移特性漂移转移特性 输出信号的抖动输出信号的抖动/漂移与输入信号的抖动漂移与输入信号的抖动/漂移的漂移的比值随频率变化的特性比值随频率变化的特性 可用性指在一个观察期内的可用时间所占可用性指在一个观察期内的可用时间所占的百分比，也称为可用性比率的百分比，也称为可用性比率（Availability Ratio，AR），不可用性指），不可用性指在一个观察期内的不可用时间所占的百分在一个观察期内的不可用时间所占的百分比，也称为不可用性比

16、率（比，也称为不可用性比率（Unavailability Ratio，UR） 根据根据AR和和UR的定义，它们满足的定义，它们满足 AR + UR = 1 EDFA未作平坦处理的增益谱未作平坦处理的增益谱 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，定义为输出功率与输入功率之比义为输出功率与输入功率之比 EDFA的增益大小与多种因素有关，增益一的增益大小与多种因素有关，增益一般为般为15dB40dB （2）输出功率特性）输出功率特性 （3）噪声特性）噪声特性 EDPA的噪声主要有的噪声主要有4种种 ：信号光的散粒

17、噪声信号光的散粒噪声 被放大的自发辐射光被放大的自发辐射光ASE的散粒噪声的散粒噪声 自发辐射自发辐射ASE光谱与信号光之间的差拍光谱与信号光之间的差拍噪声噪声 自发辐射自发辐射ASE光谱间的差拍噪声光谱间的差拍噪声 衡量衡量EDFA的噪声特性可用噪声系数（的噪声特性可用噪声系数（NF）来度量，其定）来度量，其定义为义为EDFA的输入信噪比与输出信噪比的比值（用的输入信噪比与输出信噪比的比值（用dB表表示）。示）。 它与同相传输的自发辐射频谱密度和放大器增益密切相关，它与同相传输的自发辐射频谱密度和放大器增益密切相关，与输入信号功率、泵浦功率和泵浦方式等有关。与输入信号功率、泵浦功率和泵浦方式

18、等有关。 表现为以下表现为以下3点点 在输入小信号情况下，光放大器的噪声系数（在输入小信号情况下，光放大器的噪声系数（NF）随）随着输入信号光功率的增大而略有减小，而着输入信号光功率的增大而略有减小，而EDFA处于饱和处于饱和状态时噪声系数随信号功率的增大而增大。状态时噪声系数随信号功率的增大而增大。 噪声系数随着泵浦功率的增加而减小。噪声系数随着泵浦功率的增加而减小。 信噪比恶化基本相同，但是当掺铒光纤长度增大时，同信噪比恶化基本相同，但是当掺铒光纤长度增大时，同向泵浦形式输出的向泵浦形式输出的ASE功率最小，因而噪声系数最低；双功率最小，因而噪声系数最低；双向泵浦形式的噪声系数居中；反向泵浦形式的噪声系数最向泵浦形式的噪声系数居中；反向泵浦形式的噪声系数最高高 （1）EDFA的基本应用形式的基本应用形式 （2）EDFA在在DWDM系统中的应用系统中的应用 （3）EDFA在光缆有线电视传输系统在光缆有线电视传输系统（HFC系统）中的应用系统）中的应用 （4）RFA+EDFA混合放大 RFA的放大原理示意图的放大原理示意图 喇曼光纤放大器