4.1-4.3光纤通信系统课件

1、数字光纤通信系统及其设计数字光纤通信系统的组成系统性能及测试光纤通信系统的总体设计2022/7/181一、数字光纤通信系统的组成 原理框图2022/7/1821、电发射机 任务：把模拟信号转换成数字信号； PCM编码； 按时分复用把信号复接、合群。PCM编码：取样、量化、编码为使量化噪声不大于原波形的噪声，幅度电平的数量m应为：频带为f的模拟信号进行PCM编码，需要的最小比特速率：2022/7/1832、光发射端机电发射端机输入端口光发射机输入端口：电、光端机间信号幅度、阻抗匹配，码型变换2022/7/184 线路编码线路编码的作用 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。 尽

2、量减少连“ 0”和连“ 1”数目，便于定时提取； 尽量减小码流中的低频分量与直流基线的随机起伏； 便于进行不中断业务的运行误码检测； 便于实现辅助信号的通信。2022/7/185（1）扰码二进制采用带有反馈线的m级移位寄存器产生最长序列（M序列）序列周期：2m-1特征多项式f(x):产生M序列为：2022/7/1862022/7/187M序列的基本性质：由m级移位寄存器产生M序列，其周期为2m-1；M序列0和1码出现的概率大体相同，在一个周期内，1比0多一个；M序列中长度为1的游程占1/2，长度为2的占1/4.长度为n的占1/2n。还有一个长度为m的连1码游程和一个长度为m-1的连0码游程。2

3、022/7/188SDH中的七级扰码电路2022/7/189总结：扰码二进制将输入的NRZ码进行扰码后输出的仍为二进制码，没有冗余度，难实现不中断业务的误码检测，辅助信号的传送也很困难。2022/7/1810 （2）字变换码 mBnB码、伪双极性（CMI和DMI）码 编码规律： 原始码流m个比特一组 n个比特的码组；（nm）2022/7/18115B6B码(PDH三次群、四次群系统)优点:冗余度较小；可以利用计算机的IC-PROM器件直接编、译码，电路设计得到简化；连“0”和连“1”数小，定时方便；可以实现运行误码监测。缺点：本身的电子电路较复杂；耗电较多，中继远供电困难；辅助信息的传递较困难

4、。2022/7/1812伪双极性（CMI和DMI）码用两个比特数字脉冲表示AMI码中的一个码字2022/7/1813优点：码流中1和0均等；消除直流基线的起伏，连0和连1被限制在2或3；可自检误码缺点： 冗余度大2022/7/1814mB1C码将原始码流每m比特分成一组，在分组码的第m+1位上插入一位C码，使C码为分组码中某一位的补码。(3)插入型码: 插入奇偶检验码的mB1P码 插入补码的mB1H/1C码最长的连”0”或连”1”数目为： M比特CM比特CM比特Cm=j时，相同码数目最少，即C码取分组码最末一位的补码时，可使相同码数目最少。2022/7/1815mB1C码中扣除部分C码，在相应

5、码位插入监控、公务、数据通信等信息比特，H码。mB1H/1C码mB1H/1C码的最长相同码数目为： H码可以传输辅助信息。4B1H/1C码是我国PDH标准码。2022/7/18163.光中继器 光纤本身存在损耗和色散，造成信号幅度衰减和波形失真；每隔一定距离（50-70km）设一中继器传统光中继器：光-电-光转换方式掺铒光纤放大器：EDFA2022/7/18174. 接收端机 光接收机：将光信号变换成电信号，再进行放大、再生、恢复出原来传输的信号给电接收机； 电接收端机：将高速数字信号时分解复用，还原成模拟信号。输出接口：实现码型、电平和阻抗的匹配。2022/7/18185.备用系统和辅助系统

6、光器件的可靠性比电子器件差备用系统辅助系统：监控管理系统 故障管理、配置管理、安全管理公务通信系统 专为值班维护人员联络使用自动倒换系统 主用系统发生故障时，自动倒换到备用系统告警处理系统 即时维护告警、延时维护告警电源供给系统 直流电源 -24V -48V -60V2022/7/1819二、系统性能及测试1、误码性能1）误码性能参数 长期平均误码率（BER）： 以长期测量中误码数目与传送的总码元数之比来表示 误码时间百分数：ES，SES，DM 一秒钟内，有误码产生，称为1个误码秒；长时间观测中误码秒数与总的可用秒数之比误码秒百分数ES 对SDH系统: ESR, SESR, BBER2022/

7、7/1820 64Kb/s业务全程全网的误码性能指标类别定义门限值T。时间 全程全网指标劣化分（DM）误码率劣于门限的分110-61分钟时间百分数10%严重误码秒（SES）误码率劣于门限的秒1 10-31秒钟时间百分数0.2%误码秒 (ES)出现误码的秒 01秒钟时间百分数8%2022/7/1821对SDH系统误块秒比（ESR）:当某一秒内具有一个或多个误块时，就称该块为误块秒（ES），对一个确定的测试时间而言，在可用时间以内出现的ES（误块秒数）与总秒数之比称为误块秒比。 严重误块秒比（SESR）：当某一秒内含有不少于30%的误块或者至少出现一种缺陷时，就以该秒为严重误块秒。对于一个确定的测

8、试时间而言，在可用时间以内出现的SESR数与总秒数之比称为严重误块秒比。 背景误块比(BBER)：剔除不可用时间和SES期间出现的误块，所剩下的误块称为背景误块（BBE）。对于一个确定的测试时间而言，在可用时间以内出现的BBE数与剔除不可用时间和SES期间所有块数后的总块数之比称为背景误块比。2022/7/18222）误码性能指标的换算a) 在n比特序列中发生m个误码的概率为（泊松分布）：b) n比特序列中出现不多于k比特误码的概率为： c) ES和BER的关系一秒钟内无误码的概率2022/7/18233）误码指标的分配全程全网BER10-7长度模型：假设参考连接（27500km); 假设参考

9、数字链路（5000km）； 假设参考数字段（280km，420km）； 中继段电路级别：高级电路（25000km, 分配40%的指标） 中级和本地级（每端1250km，每端各15%）分配原则：高级电路按照长度分配BER指标：数字段：10-9 中继段：10-102022/7/18242. 抖动性能1）抖动的概念概念：数字信号（包括时钟信号）的各有效瞬间对于标准时间的位置偏差，称为抖动（或漂动）。10Hz以下的相位变化称为漂动, 而10Hz以上的则称为抖动。原因：随机噪声产生低频振荡的相位调制，加载到传输的数字信号上，产生抖动。抖动的单位：UI, 表示单位时隙，当传输信号为NRZ码时，1UI就是比

10、特信息所占用的时间，它在数值上等于传输速率的倒数。影响：使判决偏离最佳的判决时间 2022/7/18252）抖动性能参数a) 输入抖动容限系统容许的输入信号的最大抖动范围2022/7/1826PDH各次群输入口对抖动的要求参数Jp-p/(UI ） 调制数字信号的正弦信号频率伪随机测试信号序列速率kbit/sA0A1A2F0F1F2F3F4204836.91.50.21.510-5Hz20Hz2.4KHz18KHz100KHz 215-184481521.50.21.210-5Hz20Hz400Hz3KHz400KHz 215-1343681.50.15100Hz1KHz10KHz800KHz

11、223-11392641.50.075200Hz500Hz10KHz3500KHz 223-12022/7/1827 STM-N光接口输入抖动和漂移容限（表2/G825）STM峰蜂幅度（UI）频率（Hz）等级A0 A1 A2 A3 A4(18us) (2us) (0.25us)F0 F12 F14 F10 F0 F8 F1 F2 F3 F4 STM-1电STM-1光STM-4STM-162800 311 39 1.5 0.0752800 311 39 1.5 0.1511200 1244 156 1.5 0.1544790 4977 622 1.5 0.15 12u 178u 1.6m 115

12、.6m 0.125 19.3 500 3.25k 6.5k 1.3M12u 178u 1.6m 115.6m 0.125 19.3 500 6.5k 6.5k 1.3M12u 178u 1.6m 115.6m 0.125 9.65 1000 25k 250k 5M12u 178u 1.6m 115.6m 0.125 12.1 5000 100k 1000k 20M2022/7/1828复用设备STM-N接口抖动产生（G.813）接口测量滤波器峰-峰幅度STM-1500Hz-1.3MHz0.50UI65KHz-1.3MHz0.10UISTM-41000Hz-5MHz0.50UI250KHz-5

13、MHz0.10UISTM-165000Hz-20 MHz0.50UI1MHz-20 MHz0.10UI b) 输出抖动无输入抖动时，系统输出口的信号抖动特性2022/7/1829c) 抖动转移特性系统输出信号的抖动与输入信号中具有对应频率的抖动之比。2022/7/1830系统性能性能的测试1）主要的测试仪表：误码测试仪；误码分析仪；数字传输分析仪；SDH分析仪误码测试仪：发码发生器、误码检测器、指示器2022/7/1831误码分析仪： 内含CPU对测试结果进行误码分析； BER、ES、SES、DM等数字传输分析仪： 测试全部误码性能和抖动性能SDH分析仪： 测试SDH设备的误码、抖动性能 分析

14、和检测SDH设备的帧结构和映射复用结构2022/7/1832误码率和灵敏度的测试 测试方法如下：a. 按图示接好测试系统，误码仪的发送部分按规定送出223-1或215-1伪随机码，用来调制光发射机；b. 增大光衰减器的衰减量，同时监测误码，直到误码仪指示的的误码率为某一要求值（如10-10 ）；c.断开光纤连接器，用光功率计测量此时的接收光功率，即为要求误码率下的接收灵敏度（如BER= 10-10 时的灵敏度值）。 2022/7/1833输入抖动容限的测试a、如图所示接好测试系统， 开关K1置1，K2置2，由误码仪发送223-1或215-1伪随机码。监视光端机的误码率，调整可变光衰减器的衰减量

15、，使光接收机接收的光功率恰好在无误码的基础上增加1dB；2022/7/1834b、将低频信号发生器发出的测试低频信号加于误码仪的发送端，调制伪随机码，造成光端机输入信号的抖动，逐渐加大低频信号幅度，直至将要发生误码为止； c、将开头K1置3，测出此时的抖动值，即为此频率下的输入抖动容限；d、改变低频测试信号的频率，重复上述过程，逐频点测量，最后画出输入抖动与频率的对应关系。注：很多仪表可以自动测试 2022/7/1835三、光纤通信系统的总体设计1、系统的总体考虑选择路由，设置局站 以直、近为依据，兼顾不同级别线路，达到最高的线路利用率和覆盖面积；确定系统的制式、速率 主干网：SDH设备、WD

16、M设备 农话网络：PDH系统2022/7/1836光纤选型 G.652 大量铺设 1.3m 单模光纤 G.653 1.55m 单信道传输 G.655 WDM系统选择合适的设备，核实设备的性能指标对中继段进行功率和色散预算2022/7/18372、中继段设计方法最坏值设计法： 在中继距离设计时,所有参数都取最坏值 （1）可以为网络规划设计者和制造厂家分别提供简单的设计指导和明确的元件指标； （2）在最坏情况下仍能保证100%系统指标，不存在先期失效问题，当系统终了时，富余度用完，系统的可靠性高。 （3）最坏值设计法的缺点是系统总成本高。 2022/7/1838统计设计法: 如映射法、montec

17、arlo法、高斯近似法等。这些方法基本的思路是允许一个予先确定的足够小的系统先期失效概率, 从而换取延长再生段距离的益处。半统计设计法2022/7/18393、系统预算1）功率预算光发送机活动连接器光纤固定接头光缆线路富余度设备富余度光接收机2022/7/1840 光缆线路富余度Mc包括：（1）将来光缆线路的维修时的变化，例如附加的光纤接头、光缆长度的增加等。（2）由于环境因素造成的光缆性能变化，例如低温引起的光缆衰减的增加。直埋方式可按0.05 dB/km考虑，架空方式随具体环境和光缆设计而异。（3）SR点之间光缆线路所包含的活动连接器和其它无源光器件的性能恶化。 设备富裕度： 设备受环境变化和器件老化引起性能变化而预留的量。2022/7/1841最大中继距离Lmax= (PT-PR-2Ac-Pp) / (Af+As/Lf+Mc)光信号损伤的原因： 色散积累； 光放大器ASE噪声积累； 光反射特性2022/7/18422）光通道的色散代价色散代价 码间干扰 ： 光纤色散 光脉冲展宽