光纤通信技术与设备第2版 第5-8章 光传输网的现有技术-iManager U2000 统一网络管理系统

第5章光纤通信新技术5.1MSTP技术5.2DWDM技术5.3光纤接入技术5.4ASON技术5.5全光通信网络思考题目标●掌握MSTP技术功能模型与以太网功能●掌握DWDM系统结构与组网方式●理解光纤接入方式FTTx+LAN技术●了解EPON系统网络结构●了解ASON网络层面结构与组网方案●了解全光网络的基本概念及分层结构5.1MSTP技术

5.1.1MSTP概述

传统电信运营商寻求一种基于SDH网络架构的、支持多业务的、高集成度的、高智能化的、标准统一的传输解决方案来同时承载TDM和数据业务，动态配置信道带宽，以改进完善既有SDH网络，整合分离的SDH层、ATM层和IP层，保护现有资源，提高网络生存能力。于是被称为下一代SDH技术的MSTP应运而生。基于SDH的多业务传送平台MSTP是指基于SDH平台，实现TDM、ATM及以太网业务的接入处理和传送，并提供统一网管的多业务综合传送设备。MSTP技术的基本特征是通过对以太数据帧和ATM信元的封装，实现基于SDH的多业务综合传送。

MSTP技术具有如下几个主要特点：1）支持多种业务接口：MSTP支持话音、数据、视频等多种业务，提供丰富的业务（TDM、ATM、和以太网业务等）接口，并能通过更换接口模块，灵活适应业务的发展变化。2）带宽利用率高：具有以太网和ATM业务的透明传输和二层交换能力，支持统计复用，传输链路的带宽可配置，带宽利用率高。3）组网能力强：MSTP支持链、环（相交环、相切环），甚至无线网络的组网方式，具有极强的组网能力。4）可实现统一、智能的网络管理，具有良好的兼容性和互操作性：可以与现有的SDH网络进行统一管理（同一厂家），易于实现与原有网络的兼容与互通。

基于SDH的多业务传送节点的MSTP设备应具有SDH处理功能、ATM业务处理功能、以太网/IP业务处理功能，关于MSTP设备的功能模型在YD/T1238-2002《基于SDH的多业务传送节电技术要求》中进行了规定。基SDH的多业务传送节点基本功能模型如图8-1所示。5.1.2MSTP的功能模型图5-1基于SDH的多业务传送节点基本功能模型SDH接口再生段开销处理复用段开销处理复用段开销处理VC交叉再生段开销处理STM-N接口STM-N接口以太网接口ATM接口PDH接口两层交换PPP/LAPS/GFPATM处理VC映射由于SDH技术本身就是为TDM业务的传输而优化设计的，所以MSTP技术对TDM业务能够提供很好的支持，能够满足TDM业务的功能和性能要求。迄今为止，MSTP的ATM功能应用较少，以太网业务在MSTP上的传送过程及每个环节涉及的相关内容如图8-5所示。以太网业务在MSTP上的传送实现过程：以太网业务通过Eth端口进入，经过业务处理、二层交换、环路控制后，再对其进行封装、映射，然后通过SDH交叉连接，加上复用段开销、再生段开销最终形成STM-N线路信号发送出去。5.1.3MSTP的以太网功能图5-2以太网业务在MSTP上的传送过程SDH接口再生段开销处理复用段开销处理复用段开销处理VC交叉再生段开销处理STM-N接口STM-N接口以太网接口ATM接口PDH接口两层交换PPP/LAPS/GFPATM处理VC映射Eth端口端口业务处理二层交换环路控制封装映射交叉连接1、业务流分类2、CAR3、VLAN4、用户域隔离5、LPT6、组播1、可光可电2、端口拉远1、透传2、二层交换3、生成树4、MPLS1、RPR1、GFP2、LAPS3、PPP1、相邻级联2、虚级联3、LCAS4、多径传输5、穿通网络无关性SDH特性MSTP承载以太网业务的核心技术1.封装中的关键技术—通用成帧规程GFPGFP封装协议是ITU-TG.7041规范的一种通用成帧规程，可透明地将上层的各种数据信号封装映射到SDH/OTN等物理层通道中传输。

GFP有两种封装映射方式，如图8-6所示。GFP-F封装方式适用于分组数据，把整个分组数据（PPP、IP、RPR、以太网等）封装到GFP负荷信息区中，对封装数据不做任何改动，并根据需要来决定是否添加负荷区检测域。GFP-T封装方式则适用于采用8B/10B编码的块数据，从接收的数据块中提取出单个的字符，然后把它映射到固定长度的GFP帧中。映射得到的GFP帧可以立即进行发送，而不必等到此用户数据帧的剩余部分完成全部映射。图5-3两种GFP封装映射方式PLI2字节cHEC2字节负荷头4字节业务数据（PPP、IP、RPR等）2字节FCS4字节(a)GFP-F帧PLI2字节cHEC2字节负荷头4字节N×[536,520]块FCS4字节(b)GFP-T帧MSTP承载以太网业务的核心技术2.映射过程中的关键技术—虚级联VCAT级联方式分为连续级联与虚级联两种。当被级联的VC-n并不连续时，这种级联称为虚级联，级联后的VC记为VC-n-Xv，其中X也表示被级联VC-n的数目。虚级联在运用上更为灵活，且组成虚级联的各个VC-n可以独立传送，因此各VC-n都需要使用各自的POH来实现通道监视与管理等功能，收端对组成VC-n-Xv的各VC-n在传送中引入的时延差必须给予补偿，使各VC-n在接收侧相位对齐。

图5-4连续级联和虚级联示意图RSOHAU-PTRMSOH…虚级联VC-12-4vC连续级联VC-12-8cC虚级联最大的优势在于它可以使SDH为数据业务提供大小合适的带宽通道，避免了带宽的浪费。虚级联技术可以以很小的颗粒来调整传输带宽，以适应用户对带宽的不同需求。G.707中定义的最小可分配粒度为2M。由于每个虚级联的VC在网络上的传输路径是各自独立的，这样当物理链路有一个路径出现中断的话，不会影响从其他路径传输的VC。业务速率净荷大小（速率）未采用虚级联时（或连续级联）采用虚级联时虚容器速率虚容器或连续级联映射效率虚级联映射效率10Mbit/sVC-122.175Mbit/sVC-320%VC-12-5v92%100Mbit/sVC-348.384Mbit/sVC-467%VC-3-2vVC-12-46v100%100%200Mbit/sVC-4149.760Mbit/sVC-4-4c33%VC-3-4v100%GEVc-4-16c42%VC-4-7v95%MSTP承载以太网业务的核心技术3.映射过程中的关键技术—链路容量调整方案LCAS链路容量调整方案LCAS协议是ITU-TG.7042标准规定的处理虚级联失效和动态调整业务带宽的专用协议。提供了一种虚级联链路首端和末端的适配功能（即只存在于虚级联的发送和接收端适配器中），可用来增加或减少SDH/OTN网中采用虚级联构成的容器的容量大小。比如正常状态下某VCG中映射了4个VC12的虚级联，业务流带宽为8M。当虚级联VC12-4v中有两个通道失效时，LCAS功能将自动调整该VCG的容量，业务速率被降低，但保证了业务数据不会丢失。当失效的通道修复后，又能自动恢复8M的虚级联带宽。在MSTP承载以太网业务的封装和映射过程中将通用成帧规程GFP、虚级联VCAT和链路容量调整方案LCAS结合起来，可以使MSTP网络很好地适应数据业务的特点，具有带宽的灵活性，提高带宽利用效率。通过GFP+VCAT+LCAS的结合，城域传输网可以支持全面的数据业务，特别是可以提供带宽连续可调、具有QoS保证的2层高质量的以太网专线业务。从目前的实际产品看，10Gbit/s系统的MSTP功能主要是提供高速数据业务端口（如GE接口）的接入、封装、映射和点到点传送，包括使用VC（虚）级联和LCAS技术，以保证高速数据业务在传输核心层传送的效率和可靠性。值得注意的是，目前较为丰富的MSTP功能的实现主要依托于属于城域汇聚层的2.5Gbit/s系统，同时为了使得MSTP更接近于业务源头，设备供应商将2.5Gbit/s系统小型化、模块化，研发出紧凑型2.5Gbit/s产品，将其开始应用于接入网是个普遍的趋势，从而使得MSTP成本降低，更灵活和易于部署，更能适应城域网中复杂多变的业务环境。而622Mbit/s、155Mbit/s系统由于业务容量和系统成本的限制，其MSTP功能主要是以业务透传或交换的方式完成较低速率的数据业务接入、汇聚和上联，应用较为简单。5.1.4MSTP的网络定位5.2WDM技术

5.2.1WDM概述

WDM技术也称波分复用，是光纤通信中的一种传输技术，它是利用一根光纤可以同时传输多个不同波长的光载波特点，把光纤可以应用的波长范围划分为若干个波段，每个波段用作一个独立的通道传输一种预定波长的光信号技术。在发送端采用波分复用器（合波器）将不同规定波长的信号光载波合并起来送入一根光纤进行传输；在接收端再由一波分复用器（分波器）将这些不同波长承载不同信号的光载波分开。由于不同波长的光载波信号可以看作是互相独立的（不考虑光纤非线性时），从而在一根光纤中可实现多路光信号的复用传输。WDM系统组成原理框架如图8-8所示。FDM频分复用一般是指同轴电缆系统中传输多路信号的复用方式，而在波分系统中再用FDM一词就会发生冲突，况且DWDM系统中的光波信号频分复用与同轴电缆系统中频分复用是有较大区别。电信号FDM与光信号FDM的区别如图8-9所示。

WDM与FDM的关系为了区别于传统的WDM系统，人们称这种波长间隔更紧密的WDM系统为密集波分复用系统，即DWDM系统。所谓密集是针对相邻波长间隔而言的。过去的WDM系统是几十纳米的通路间隔，现在的通路间隔则只有0.8～2nm，甚至小于0.8nm。一般情况下，如果不特指1310nm/1550nm的两波长WDM系统，人们谈论的WDM系统就是DWDM系统。WDM与DWDM的关系根据光纤传输的特征，可以将光纤的传输波段分成5个波段，它们分别是O－波段（OriginalBand），波长范围为1260～1360nm；E－波段（ExtendedBand），波长为1360～1460nm；S－波段（ShortBand），波长范围为1460～1530nm；C－波段（ConventionalBand），波长范围为1530～1565nm；L－波段（LongBand），波长范围为1565～1625nm。目前的WDM技术主要应用在C波段上。光纤的波段划分目前提高传输容量的复用方式主要采用TDM与WDM的合用方式，在电信号传输中利用TDM方式，实现PDH与SDH的高速率等级；在光信号传输中利用WDM的方式实现单根光纤中的多通道传输。提高传输容量的复用方式（1）超大容量传输（2）节约光纤资源（3）各通路透明传输、平滑升级扩容方便（4）充分利用成熟的TDM技术（5）利用掺铒光纤放大器（EDFA）实现超长距离传输（6）对光纤的色散无过高要求DWDM技术的主要特点5.2.2DWDM系统的基本结构DWDM系统的基本结构和工作原理如图5-5所示。光转发器1┇输入信道1信道N

信道1

信道Nλ1λn光转发器n光合波器BALAPA光分波器λ1λn光波转发器1┇光波转发器nλsλsλsλs光监控信道接收/发送光监控信道发送器光监控信道接收器输出网络管理系统光发射机光中继放大光接收机1）在1550nm区域至少应该提供16个波长。2）波长的数量不能太多3）所有波长都应位于光放大器（OFA）增益曲线较平坦的部分4）复用波长应该与放大器的泵浦波长无关5）所有通路在这个范围内均应保持均匀间隔，且更应该在频率而不是波长上保持均匀间隔DWDM系统选择波长的原则1）绝对频率参考：绝对频率参考是指DWDM系统标称中心频率的绝对参考点。G.692建议规定，DWDM系统的绝对频率参考点为193.1THz，与之相对应的光波长为1552.52nm。2）标称中心频率（标称中心波长）：所谓标称中心频率指的是光波分复用系统中每个通路对应的中心波长对应的频率点。目前国际上规定的通路频率是基于参考频率为193.1THz、最小间隔为100GHz的频率间隔系列。3）中心频率偏差：中心频率偏差定义为标称频率与实际标称中心频率之差。ITU-T给出的标称频率常用的16/8通路的DWDM系统中心频率（波长）表见表5-3。波道频率（THz）波长（nm）波道频率（THz）波长（nm）λ1192.61548.51λ9193.41554.94λ2192.71549.32λ10193.51555.75λ3192.81550.12λ11193.61556.55λ4192.91550.92λ12193.71557.36λ5193.01551.72λ13193.81558.17λ6193.11552.52λ14193.91558.98λ7193.21553.33λ15194.01559.79λ8193.31554.13λ16194.11560.61（1）双纤单向传输双纤单向传输DWDM系统是指一根光纤只完成一个方向光信号的传输，反方向的信号由另一光纤完成。双纤单向传输的特点：1）需要两根光纤实现双向传输。2）在同一根光纤上所有光通道的光波传输方向一致。3）对于同一个终端设备，收、发波长可以占用一个相同的波长。5.2.3DWDM系统的组网方式1.DWDM系统的两种基本形式（2）单纤双向传输单纤双向传输DWDM系统是指光通路同时在一根光纤上有两个不同的传输方向，所用波长相互分开，因此这种传输允许单根光纤携带全双工通路。单纤双向传输的特点：1）只需要一根光纤实现双向通信。2）在同一根光纤上，光波同时向两个方向传输。3）对于同一个终端设备，收、发需占用不同的波长。5.2.3DWDM系统的组网方式1.DWDM系统的两种基本形式目前，WDM系统主要是点—点的线型结构（光电混合器）；今后，随着OADM和OXC的发展技术成熟，将组成环型网和网状网，以提高网络的生存性和可靠性。DWDM的网络拓扑结构DWDM系统分层结构及各层功能如图8-18和8-19所示。DWDM系统的分层结构电路层电通道层光通道（OCH）层光复用段（OMS）层光传输段（OTS）层物理媒质层电层光层光段层通道层传输媒质层电再生段层光通道层光复用段层光传输层物理层单波长通道层，为各种业务提供端到端的光通道信号透明传输。以及通道层的管理、监控和开销处理。多波长光信号的复用/解复用层，以及复用段层的管理、监控和开销处理。多波长光信号的传输、放大、色散管理、监控等功能。G.652+DCFG.655光纤SDH电再生段层，电信号的放大、再生、开销处理。在WDM系统中，光纤中传输的总信号速率BＴ为各个波长λi的信号速率Bｉ之和。即

可见，提高系统速率的方法有：一是复用波数越多，系统的总速率越大；二是提高每个波的信号速率Bｉ。DWDM系统传输总速率（1）DWDM系统对光源采取的措施1）采用外调制技术：对于直接调制来讲，单纵模激光器引起的啁啾噪声已成为限制其传输距离的主要因素。2）采用波长稳定技术：采用波长稳定技术的目的是使输入到光波分复用器的信号均为固定波长的光信号。（2）光源类型

1)为减小光纤中的频率（色度）色散，要求光源产生的光信号是单纵模的激光。用于DWDM系统的光源一般应具备光谱范围宽、信道光谱窄、复用信道数多以及信道波长及其间隔高度稳定等特点。

2)常用光源有单纵模激光器（SLM）、量子阱半导体激光器（QW）和掺铒光纤激光器。

5.2.4DWDM系统的关键技术1.光源与光波转换技术（3）光波转换技术（OTU）

目前OTU实现波长转换的方式有两种：一种是光/电/光（O/E/O）变换方式，一种是全光变换方式。常用的OTU依然是光/电/光（O/E/O）的变换方式.OTU的应用1）SDH系统接入DWDM系统中应用在DWDM系统中，为将客户层信号接入，可利用OTU实现光信号的波长变换，目前应用最广的是SDH系统接入DWDM的系统。2）在中继器中使用OTU由于OA只能对光信号进行放大，但不能对光信号进行再生；若要对信号进行再生，就要转换成电信号才能实现。在中继器中使用的OTU的作用是在多路光信号解复用后，对单波道光信号进行O/E转换，并放大再生后，再转换成光信号，再送入合波器复用成多波长的光信号，进入光纤线路中传输，

5.2.4DWDM系统的关键技术1.光源与光波转换技术光波分复用器/解复用器是DWDM技术中的关键部件，将不同光源的信号结合在一起经一根传输光纤输出的器件称为光复用器。反之，经同一传输光纤送来的多波长信号分解为单波长信号分别输出的器件称为光解复用器。从原理上说，该器件光路是互易的（双向互逆因此，光复用器和光解复用器原理是相同的（除非有特殊的要求）。光波分复用器/解复用器在超高速、大容量波分复用系统中起着关键作用，其性能指标主要有插入损耗和串扰，这些指标的优劣对系统的传输质量有决定性影响。因此，DWDM系统要求光波分复用器/解复用器：损耗及其偏差小、信道间的串扰小、通带损耗平坦、偏振相关性低。DWDM系统中常用的光波分复用器/解复用器主要有光栅型光波分复用器，介质膜滤波器等。

2.光波分复用/解复用器（合波/分波器）（1）EDFA基本结构EDFA是固体激光技术与光纤制造技术结合的产物。其关键技术有二：其一，掺铒光纤（EDF）；其二，泵浦源。EDFA的基本结构如图5-21所示3.掺铒光纤放大器EDFA光隔离器EDF光隔离器光滤波器光耦合器弱信号光输入强信号光输出（980或1480nm）泵浦光

（2）EDFA工作原理

EDFA工作原理如图8-22所示：在泵浦光的作用下，使EDF出现粒子数反转分布，在信号光的激励下，产生受激辐射使光信号得到放大。（3）选取泵浦波长的原则泵浦效率高的波段，泵浦工作频带应取在无激发态吸收能带，即泵浦功率只能被基态吸收，而不会被激发态的粒子吸收跃延到更高的能级。经过分析，980nm和1480nm是最佳泵浦波长。（4）EDFA的应用

EDFA作前置放大器，提高接收机灵敏度；EDFA作功率放大器，提高入纤光功率；EDFA作线路放大器，延长通信距离，又解决光/电/光中继器设备复杂和信号转换问题，并实现了全波道的光放大；3.掺铒光纤放大器EDFA光纤的损耗跟色散在前面章节已有详细叙述，这里主要讨论光纤技术中光纤的非线性效应。（1）光纤的非线性效应当媒质受到强光场的作用时，组成媒质的原子或分子内的电子相对于原子核发生微小的位移或振动，使媒质产生极化。极化后的媒质内出现了偶极子，这些偶极子能辐射出相应频率的电磁波。这种感生的辐射场叠加到原入射场后，便是媒质内的总光场。媒质特性的改变又反过来影响了光场。（2）非线性、色散对光脉冲的影响光纤非线性与色散的独立作用都会使光脉冲展宽，只是他们展宽的机制不同，如果参数选择适当，非线性与色散的作用趋势刚好相反，就可使光脉冲波形保持基本不变。4.光纤技术目前，DWDM主要是承载SDH业务，SDH本身具有强大的网管功能，所以对SDH业务监控，可直接利用SDH本身开销进行管理。DWDM系统的监控主要是对光器件OTU、分波/合波器、EDFA等监控；对光纤线路运行情况如运行质量、故障定位、告警等进行监控。在DWDM系统中需设置光监控信道（OSC），用以传输光监控信号。DWDM的监控技术有：（1）带外波长监控技术（2）带内波长监控技术（3）带外、带内结合波长监控技术5.DWDM监控技术5.3光纤接入技术

5.3.1概述

在ITU-TG.902中，接入网的定义是由业务节点接口（SNI）和相关用户网络接口（UNI）之间的一系列传送实体（如线路与传输设施）所组成。光接入网（OAN）泛指在本地交换机，或远端模块与用户之间全总或部分采用光纤作为传输媒质的一种接入网。光接入网主要由光线路终端（OLT）、光配线网（ODN）和光网络单元（ONU）三大部分组成。OLT位于ODN与核心网之间，实现核心网与用户间不同业务的传递功能，通常安装在服务提供端的机房中。ODN位于ONU和OLT之间，为OLT与ONU提供光传输手段，完成光信号的传输和功率分配任务。ONU位于用户和ODN之间，实现用户接入。主要功能是终结来自ODN的光纤、处理光信号，并为多个小企事业用户和居民住宅用户提供业务接口。根据光接入网中光网络单元放置的具体位置不同，光接入网可分为光纤到路边（FTTC）、光纤到小区（FTTZ）、光纤到用户所在地（FTTP）、光纤到楼（FTTB）、光纤到楼层（FTTF）、光纤到桌面（FTTD）、光纤到办公室（FTTO）和光纤到家（FTTH）等几种，但主要应用的是FTTB、FTTC、FTTH三种类型。

5.3.2FTTx光纤接入FTTC主要是为住宅用户提供服务的，光网络单元（ONU）可设置路边的人孔或电线杆上的分线盒处，也可设置在交接箱处。传送窄带业务时，ONU到各用户间采用普通双绞线铜缆；传送宽带业务时，ONU到用户间可采用五类线或同轴电缆。FTTC结构主要适用于点到点或点到多点的树枝分支拓扑，用户为居民住宅用户和小企事业用户，典型用户数在128个以下。1．光纤到路边（FTTC）FTTB主要用于综合大楼、远程医疗、远程教学及大型娱乐场所，为大中型企事业单位及商业用户服务，提供高速数据、电子商务、可视图文等宽带业务。FTTB是一种点到多点结构，其ONU设置在大楼内的配线箱处，再经多对双绞线将业务分送给各个用户。2．光纤到楼（FTTB）FTTH是将FTTC结构中设置在路边的ONU换成无源光分路器，然后将ONU放置在用户住宅内，为家庭用户提供各种综合宽带业务，但用户业务量需求很小，其经济结构是点到多点方式。FTTH接入网是全透明的光网络，对传输制式、带宽、波长和传输技术没有任何限制，适于引入新业务，是一种最理想的网络，是光接入网发展的长远目标。但是每一个用户都需要一对光纤和专用的ONU，因而成本昂贵。FTTO结构与FTTH结构类似，不同之处是将ONU放在大企事业用户（公司、大学、科研究所和政府机关等）终端设备处，并能提供一定范围的灵活业务。由于大企事业单位所需业务量较大，因而FTTO在经济上比较容易成功，发展很快。FTTO也是一种纯光纤连接网络，可将其归入与FTTH同类的结构中。但要注意两者的应用场合不同，结构特点也不同。3．光纤到家（FTTH）和光纤到办公室（FTTO）目前，国内外各大运营商采用的FTTX大致有2种模式，一种选择是FTTP/FTTH/FTTD，另一种则是FTTx+LAN。但综合来看，独立的FTTP/FTTH的应用很少，FTTx+LAN是光纤接入应用的绝对主流。在FTTx+LAN方案中，目前比较理想的、能达到电信级运营要求的以太网接入解决方案是FTTB+LAN。FTTB+LAN的组网方案，很好融合了以太网和PON网络的优势，较好的解决了纯以太网中，用户隔离、安全保证、业务管理、服务等级区分、设备和网络管理、设备供电、带宽扩展等诸多问题。FTTB+LAN接入网网络结构如图8-25所示。在FTTB+LAN的组网方式中，采用一个光口可以汇聚下面32个楼道交换机（以后可以扩展到64/128个）。这种结构取消了汇聚层交换机，设备数量大大减少，网络层次简化，有利于集中管理；在节省光纤的同时，节省一半的光端口，在成本上面的优势比较明显。图5-14FTTx+LAN接入网网络结构从光接入网的网络结构来看，按室外传输设备中是否含有源设备，光接入网可分为有源光网络（AON）和无源光网络（PON）两大类。有源光网络主要采用电复用器分路，即指是OLT和ONU之间通过有源光传输设备相连。根据传输技术不同，AON又可分为基于SDH的AON、基于PDH的AON、基于MSTP和基于PPPOE的AON。目前以基于MSTP技术为主。无源光网络是指在OLT和ONU之间的光分配网络没有任何有源电子设备，主要采用光分路器分路。目前基于PON的实用技术主要有APON、GPON、EPON等几种，其主要差异在于采用了不同的二层技术。

5.3.3EPON技术表5-4各种PON效率比较APONGPONEPON线路编码NRZ8B/10B编码支持的ODN类型A类、B类、C类A类和B类QoS可靠不可靠波长/nm下行1480～1500，上行1260～1360下行1310，上行1550相关标准ITU-TG.983ITU-TG.984IEEE802.3ah支持的速率上行155Mbit/s155Mbit/s、622Mbit/s、1.25Gbit/s、2.448Gbit/s1.25Gbit/s下行155Mbit/s、622Mbit/s1.25Gbit/s、2.448Gbit/s1.25Gbit/s协议和封装格式ATMATM或GFPIEEE802.3以太帧承载协议效率90%100%97%总体效率71%93%49%EPON（以太无源光网络）是一种新型的光纤接入网技术，它采用点到多点结构、无源光纤传输，在以太网之上提供多种业务。它在物理层采用了PON技术，在链路层使用以太网协议，利用PON的拓扑结构实现了以太网的接入。EPON技术具有以下基本特征：1）单纤双向，上行波长采用1310nm，下行波长采用1490nm。2）下行OLT广播发送，ONU选择接收。3）上行按时分突发发送，采用测距技术保证上行数据不发生冲突。4）直接基于以太网包传输，数据业务不需处理，与IP网络紧密结合。5）TDM等异质协议数据包需要映射，关键特性能够保证。6）传输距离≤20Km，分支比可达1:64（国内EPON标准建议1：32，10km）。1.EPON基本特征在EPON中，帧结构根据以太网的IEEE802.3协议，传送的是可变长度的数据包，最长可为1518个字节。EPON帧同APON帧一样，也是一种定时长帧，分上行和下行两种帧结构。图8-27EPON上行帧结构图8-26EPON系统下行帧结构2.EPON帧结构一个典型的EPON系统也是由OLT、ODN和ONU/ONT三部分组成，EPON系统基本网络结构如图5-15所示。3.EPON系统结构双绞线入户小区改造，应充分考虑利用现有线路资源，基于DSL技术提供宽带解决方案，近期，该类型改造主要采用FTTN（P2P）+DSL方案，在机房昂贵、选址困难的地方，可结合具体情况考虑采用FTTB（EPON）+DSL方案。值得注意的是，对双绞线入户小区改造后的铜缆长度应该控制在500米内（不应超过800米），以保证将来采用DSL2技术后能达到20Mbit/s的带宽。

5.3.4FTTx（EPON）接入典型应用1.双绞线入户小区改造农村用户位置分散，业务流向较小，应主要采用FTTN+DSL方案。对于用户数量较多的大型行政村根据实际情况可以采用点到点的建设方式；对于用户数量较少的行政村，应结合行政村分布和光缆路由，在具备条件的情况下优先选择基于EPON的建设方式，以节约光纤，降低建网成本。

5.3.4FTTx（EPON）接入典型应用2.农村接入网的改造建议采用FTTB（EPON）+LAN方式对其进行改造。FTTB（EPON）+LAN方式采用带以太网口的MDU设备代替原有的楼道交换机，利用无源的光分路器代替有源的小区汇聚交换机，OLT设备代替原有的端局交换机。5.3.4FTTx（EPON）接入典型应用3.传统FTTB+LAN小区改造无论从建设成本、投资结构、带宽提供和演进能力上，光纤接入的FTTB（EPON）模式均由于铜缆接入的FTTN模式，对新建区推进光纤到楼的建设方案，有效的降低接入网建设成本，优化投资结构，提升用户接入带宽，应主要考虑采用FTTB（EPON）+LAN（ONU内置LAN）方案。从网络发展的角度看，FTTH是接入网的终极目标。目前FTTH建设成本很高，其中终端ONU占FTTH网络建设成本的比例较高。目前在高档住宅小区、竞争需要的区域可适度推进FTTH应用，且如果高档住宅用户付费购买ONU，FTTH成本最低。5.3.4FTTx（EPON）接入典型应用4.新建场景方案选择5.4ASON技术

5.4.1概述

传统的组网结构和静态的业务配置方式限制了网络潜力的发挥。如何才能解决带宽利用率低，跨环节点成为业务调度的瓶颈问题？如何才能有效提升网络运营维护效率，减少业务开通时间？如何才能迅速提升网络可靠性，并且满足业务的高速发展？对于这些问题，运营商逐渐认识到只有在网络中引入新的技术，才能适应业务发展的需求从而增强自身竞争力。基于这些考虑，能够适应数据业务的不确定性和不可预见性，同时也可以降低网络管理、维护成本的自动交换光网络（ASON）技术应运而生。ASON的概念由国际电联在2000年3月提出，ITU-T、IETF、OIF等组织对其进行了深入的研究，并提出了各自的一些相关的标准草案或建议，ITU-T主要从网络的总体架构方面定义了ASON的体系结构，IETF主要从信令和选路方面对ASON进行了研究，OIF则主要从用户网络接口方面对业务和相关信令提出了要求。从标准进展来看，ASON的标准已经基本成熟自动交换光网络（ASON），就是通过能提供自动发现和动态连接建立功能的分布式（或部分分布式）控制平面，在OTN或SDH网络之上，可实现动态的、基于信令和策略驱动控制的一种网络。基本设想是在光传送网中引入控制平面，以实现网络资源的按需分配从而实现光网络的智能化。使未来的光传送网能发展为向任何地点和任何用户提供连接的网，成为一个由成千上万个交换接点和千万个终端构成的网络，并且是一个智能化的全自动交换的光网络。ASON基本概念1）高速度、大容量。2）开放的体系结构和标准接口，且网络体系结构尽量简单。3）强大的业务提供能力，可以提供不同质量的QoS。4）具有提供业务的灵活性和快速性。5）光网络的分布式智能完全依赖于光路由和信令协议。6）支持网状网或环网等多种拓扑，具有快速网络恢复和自愈能力。7）多厂家互操作支持。ASON主要的技术特点ASON层面结构图如图5-16所示：ASON的体系结构由传送平面、控制平面和管理平面三层相对独立平面组成，各平面之间通过相关接口相连。

5.4.2ASON层面结构（1）控制平面完成呼叫控制和连接控制，具有动态路由连接、自动业务和资源发现、状态新型分发、通道建立连接和通道连接管理能功能。GMLPS是实现ASON网络控制平面的核心协议。（2）传送平面转发和传递用户数据，为用户提供端到端信息传递，并传送开销。（3）管理平面负责所有平面间的协调和配合，完成传送平面和整个系统的维护功能。管理平面为网络管理者提供对设备的管理能力，ASON除了基本功能外，需具备分布式的域间网络管理能力，光层保持路由管理、端到端性能监控、保护于恢复及资源分配策略管理等。1.ASON平面（1）UNI用户网络接口。用户与运营商控制平面实体之间的接口。（2）NNI网络节点接口。分为内部网络与网络接口（I-NNI。（3）CCI连接控制接口。连接控制信息通过CCI接口为光传送网元（主要为DXC、SDXC、MADM）的端口间建立连接。（4）NMI网络管理接口。包括NMI-A及NMI-T。。（5）PI物理接口。传输平面网元之间的连接控制接口2.ASON网络接口ASON与MSTP在城域网中的结合，可以由MSTP提供下层的物理传送通道，由ASON完成网络智能的控制和管理。在具体组网时，可以采取先在现有的MSTP网络中形成一个个ASON小网络，然后再逐步形成整个的ASON大网络。5.4.3ASON组网方案1.城域传送网的换代升级ASON+MSTP2.长途传送网的灵活波长业务ASON+DWDM在长途骨干传输网上，利用DWDM系统的大容量长途传输能力对信息进行传递，而配置灵活的波长上下路，波长扩容或者长途干线链路保护/恢复，可以由ASON的分布式智能控制来提供，加上提供超长距离传输的ULH技术，长途大容量的实时电路指配、调度和保护可以在几分钟之内完成。5.5全光通信网络

5.5.1全光网络的基本概念

全光网络是指信号以光的形式通过整个网络，直接在光域内进行信号的传输、再生和交换/选路，中间不经过任何O/E转换，信息从源节点到目的节点的传输过程中始终在光域内运行。全光网络主要由光传送系统和在光域内进行交换/选路的光节点组成。由于光器件的局限性，目前全光网络的覆盖范围很小，要扩大网络范围，需通过O/E转换来消除光信号在传输过程中的损伤。因此，目前所说的“光网络”是由高性能的O/E转换设备连接众多的全光透明子网的集合，是ITU-T有关“光传送网”概念的通俗说法。1）充分利用了光纤的带宽资源，采用WDM技术进行光域组网。2）全光网络具有开放性，对不同的速率、协议、调制频率和制式的信号同时兼容，各种信号在光网络中完全透明传送。3）全光网络不仅扩大了网络容量，更重要的是易于实现网络的动态重构，可为大业务量的节点建立直通的光通道。4）光节点取代电节点，取消了由于电光或光电转换所需的调制器和检测器。5）采用虚波长通道技术，解决网络的可扩展性，节约网络资源。6）网络结构简化，可靠性高，吞吐量大，是今后通信网发展的趋势。全光通信网络优点：全光网络可横向分割为骨干核心网、城域/本地网和接入网。光网络的横向分层结构如图8-30所示，核心网采用网状网结构；城域/本地网多采用环形网结构；接入网是环形网和星形网结构的复用结构。5.5.2全光网络的分层结构1.光网络的横向分层全光网络纵向可分为客户层、光通道层、光复用段层和光传送段层，两相邻之间构成客户/服务层关系。全光网络纵向分层结构如图8-31所示。5.5.2全光网络的分层结构2.光网络的纵向分层传统的光交换需要在交换过程中进行光/电/光转换，交换容量受到电子器件工作速度的限制，使得整个光通信系统的带宽受到限制。直接光交换可省去光/电/光的转换过程，充分利用光通信的宽带特性。光交换技术有空分（SD）、时分（TD）和波分/时分（WD/TD）等类型。5.5.3全光网络关键技术1．全光交换技术光交叉连接（OXC）是用于光纤网络节点的设备，通过对光信号进行交叉连接，能够灵活有效地管理光纤传输网络，是实现可靠的网络保护/恢复以及自动配线和监控的重要手段。5.5.3全光网络关键技术2．光交叉连接技术光交叉连接（OXC）是用于光纤网络节点的设备，通过对光信号进行交叉连接，能够灵活有效地管理光纤传输网络，是实现可靠的网络保护/恢复以及自动配线和监控的重要手段。5.5.3全光网络关键技术2．光交叉连接技术采用EDFA代替原有的光/电/光中继器，可以解决中继设备复杂和电子瓶颈问题，实现整个传输通道的全光化。3．全光中继技术光分插用器（OADM）的功能是，从传输设备中选择性地下路或上路光波长信号，或某个波长信号的通过，同时不影响其它波长信道的传输，即OADM在光域内实现了传统的电SDH分插复用器在时域内完成的功能，而且具有透明性，可以处理任何格式和速率的信号，这一点比ADM要优越。5.5.3全光网络关键技术4．光分插复用技术全光网络中的管理包括以下三个方面：1）结构管理：包括波长路由和波长转换，即在光波长层次上提供和重构网络。2）物理性质（或光学特性）的管理：包括光功率、噪声、色散和波长对准等的管理，目的是维持连接的性能。3）差错管理：包括局部或全部的保护倒换，如对光纤的折断和节点的损坏作出反应。5.5.3全光网络关键技术5．控制和管理技术从目前来看，全光网络首先是应用于局域网（LAN）、城域网（MAN）等内部的光路由选择，所采用的技术主要是基于DWDM和宽带的EDFA。从长远来说，全光网络的发展趋势必然向着波分、时分与空分三种方式结合的方向发展。其应用将扩展到广域网。网络范围可以覆盖整个国家或几个国家，最终实现一个高速大容量能满足未来通信业务需求的全光网络。第6章光纤通信系统6.1系统的性能指标6.2系统的设计思考题实训8光纤通信系统误码性能的测试第6章光纤通信系统

目标●了解光纤通信系统的系统参考模型●了解并掌握系统的性能指标●了解系统设计中的损耗受限系统和色散受限系统●掌握系统中继距离和传输速率的计算6.1系统的性能指标

光纤通信系统是数字通信网的一个重要组成部分。为保证通信网正常有效的工作，必须建立一个数字传输模型，确定光纤通信系统在参考模型中的位置和作用，提出对系统性能指标的要求，从而正确地设计光纤通信系统。6.1.1系统参考模型为了满足整个通信网正常运作的要求，必须对数字光纤通信系统性能指标进行规范；为了保证这些质量指标，必须对数字光纤通信系统的各个光接口和电接口的指标提出一定的要求；实际上，通常以通信距离最长、结构最为复杂、传输质量最差的连接作为传输质量的核算对象。只要这种连接方式的传输性能能满足要求，其它的情况就自然满足。为此，原CCITT（现ITU-T）提出了数字传输模型（又称为系统参考模型）。

数字传输模型包括假设参考连接（HypothesisReferenceConnection，HRX），假设参考数字链路（HypothesisReferenceDigitalLink，HRDL），假设参考数字段（HypothesisReferenceDigitalSection，HRDS）和中继段等模型。HRX是指电信网中一个具有规定结构、长度和性能的假设连接，是研究网络性能的一种模型，可根据与网络性能指标相比较导出各个较小实体部分的指标。标准数字假设参考连接HRX如图6-1所示，给出根据综合业务数字网（ISDN）的性能要求和64kbit/s信号的全数字连接考虑的标准的最长HRX示意图。图6-1标准数字假设参考连接HRX为了便于研究数字传输损伤及性能指标的分配，需要规定一个具有一定组成和长度的网络模型，为此，引入假设参考数字链路（HRDL），又称为假设参考数字通道（HRDP）。所谓HRDL是指与交换机或终端设备相连的两个数字配线架（或其等效设备）间用以传送规定速率的数字信号的全部装置，但不包括交换机，其构成是一个数字链路。HRDL是HRX的一个重要的组成部分，介于交换中心之间或本地交换与T参考点之间。一个标准HRX可由若干个HRDL组成。因而允许把总的性能指标分配到较小的实体（HRDL）中，从而方便了传输性能的研究分析。一个HRDL的合适长度，IIU-T建议为2500km，它包括足够量的复接/分接设备以及传输系统，但允许国土面积较大的国家自行规定。美国和加拿大用6400km，而我国采用5000km。为了适应传输系统的性能规范，还要引入一个比HRDL更短的传输模型，称之为假设参考数字段HBDS如图6-2所示。HRDS是具有一定长度和指标规范的数字段。两个相邻数字配线架之间用来传送一种规定速率的数字信号的全部装置构成一个数字段。数字段可分为数字有线段（如光缆系统）和数字无线段（如微波系统）。图中，Y表示HRDS的长度（km），它取决于实际应用情况；Xkbit/s表示G．702建议中所规定的各种数字系列比特率之一。HRDS是HRDL的组成部分，它包括两端的传输终端设备，但不包括如复接/分接设备。HRDS是数字光纤通信设计中最常用的模型之一，HRDL的性能指标可再分沉到HRDS上。图6-2假设参考数字段HRDS一个HRDS可由若干个中继段组成，每个中继段一级为30～50km，取决于光缆性能及各项设备指标。中继段的性能指标由HRDS再分配而得到。6.1.2误码性能所谓误码，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。传统上常用长期平均误码率（BER）来衡量系统的误码性能，BER是在某一规定的观测时间内的传输码流中出现误码的概率，即发生差错的比特数和传输比特总数之比，如1×10-10。由于误码率随时间变化，用长时间内的平均误码率来衡量系统性能的优劣，显然不够准确。在实际监测和评定中，应采用误码时间百分数和误码秒百分数的方法。规定一个较长的监测时间（TL），例如几天或一个月，并把这个时间分为“可用时间”和“不可用时间”。在连续10s时间内，BER劣于1×10-3，为“不可用时间”，或称系统处于故障状态；故障排除后，在连续10s时间内，BER优于1×10-3，为“可用时间”。对于64kbit/s的数字信号，BER=1×10-3，相应于每秒有64个误码。同时，规定一个较短的取样时间T0

和误码率门限值BERth

，统计BER劣于BERth的时间，并用劣化时间占可用时间的百分数来衡量系统误码率性能的指标。但平均误码率是一个长期效应，它只给出一个平均累积结果。而实际上误码的出现往往呈突发性质，且具有极大的随机性，因此除了平均误码率之外还应该有一些短期度量误码的参数，即劣化分、误码秒与严重误码秒。对于目前的电话业务，传输一路PCM电话的速率为64kbit/s。研究分析表明，合适的误码率参数和HRX的误码率指标见表6-1。表6-1误码率参数和HRX的误码率指标误码率参数

定义

指标

长期平均误码率劣化分（DM）BER劣于10-6的分数＜10%＜6.2×10-7严重误码秒（SES）

BER劣于10-3的秒数＜0.2%

＜3×10-5

误码秒（ES）

BER≠0的秒数＜8%

＜1.3×10-6

对三种误码率参数和指标说明如下：

劣化分（DM）：定义误码率劣于1×10-6的分钟数为劣化分（DM）。HRX指标要求劣化分占可用分（可用时间减去严重误码秒累积的分钟数）的百分数小于10%。严重误码秒（SES）：误码率劣于1×10-3的秒钟数为严重误码秒（SES）。HRX指标要求严重误码秒占可用秒的百分数小于0.2%。误码秒（ES）：凡是出现误码（即使只有1bit）的秒数称为误码秒（ES）。HRX指标要求误码秒占可用秒的百分数小于8%。相应地，不出现任何误码的秒数称为无误码秒（EFS），指标要求无误码秒占可用秒的百分数大于92%。此外，无论是BER还是ES与SES，都是针对假设参考数字段（HRDS）而言。即两个相邻数字配线架之间的全部装置构成一个数字段，而具有一定长度和指标规范的数字段叫做假设参考数字段。我国规定有三种HRDS，即长度分别为50km、280km和420km。在总测量时间不少于一个月的情况下，HRDS的误码指标见表6-2（PDH）。表6-2HRDS的误码指标数字段长度/km

ESSES50<0.16%<0.002%280<0.036%<0.00045%420<0.054%<0.00067%SDH则规定了类似的误码指标，即误块秒比（ESR）、严重误块秒比（SESR）和背景误块比（BBER）。

误块：当块中的比特发生传输差错时称此块为误块。误块秒（ES）：当某一秒中发现1个或多个误码块时称该秒为误块秒。误块秒比（ESR）：在规定测量时间段内出现的误块秒总数与总的可用时间的比值为误块秒比。严重误块秒（SES）：某一秒内包含有不少于30%的误块或者至少出现一个严重扰动期（SDP）时认为该秒为严重误块秒。其中严重扰动期指在测量时，在最小等效于4个连续块时间或者1ms（取二者中较长时间段）时间段内所有连续块的误码率≥10-2或者出现信号丢失。严重误块秒比（SESR）：在测量时间段内出现的SES总数与总的可用时间之比称为严重误块秒比（SESR）。严重误块秒一般是由于脉冲干扰产生的突发误块，所以SESR往往反映出设备抗干扰的能力。背景误块（BBE）：扣除不可用时间和SES期间出现的误块称之为背景误块（BBE）。背景误块比（BBER）：BBE数与在一段测量时间内扣除不可用时间和SES期间内所有块数后的总块数之比称背景误块比（BBER）。ITU-T将数字链路等效为全长27500km的假设数字参考链路，并为链路的每一段分配最高误码性能指标，以便使主链路各段的误码情况在不高于该标准的条件下连成串之后能满足数字信号端到端（27500km）正常传输的要求。420km、280km、50km数字段应满足的SDH误码性能指标分别见表6-3、表6-4和表6-5。表6-3420kmHRDS误码性能指标速率/kbit·s-1

1555206220802488320ESR3.696×10-3

待定

待定

SESR4.62×10-5

4.62×10-5

4.62×10-5

BBER2.31×10-6

2.31×10-6

2.31×10-6

表6-4280kmHRDS误码性能指标速率/kbit·s-1

1555206220802488320ESR2.464×10-3待定

待定

SESR3.08×10-5

3.08×10-5

3.08×10-5BBER3.08×10-6

1.54×10-6

1.54×10-6

表6-550kmHRDS误码性能指标速率/kbit·s-1

1555206220802488320ESR4.4×10-4待定

待定

SESR5.5×10-65.5×10-65.5×10-6BBER5.5×10-7

2.7×10-72.7×10-7

6.1.3抖动性能抖动是指数字脉冲信号的特定时刻（如最佳判决时刻）相对于其理想时间位置的偏离。实际上也就是数字脉冲信号的实际有效时间相对于其理想标准时间位置的偏差。偏差时间范围称为抖动幅度（JPP），偏差时间间隔对时间的变化率称为抖动频率（F）。这种偏差包括输入脉冲信号在某一平均位置左右变化，和提取时钟信号在中心位置左右变化，抖动示意图如图6-3所示。图6-3抖动示意图抖动会对传输质量甚至整个系统的性能产生恶劣影响，如会使信号发生失真，使系统的误码率上升以及会产生或丢失比特导致帧失步等。产生抖动的机理是比较复杂的，如系统中的各种噪声（热噪声、散粒噪声及倍增噪声等），码间干扰现象、时钟的不稳定以及SDH中的映射、指针调整等等。抖动的种类较多，归纳起来可大致分为如下几种：1）最大允许输入抖动，又称输入抖动，是指允许输入信号的最大抖动范围。2）抖动容限，是指加在输入信号上能使设备产生1dB光功率代价的抖动值。3）输出抖动，是指在无输入抖动的条件下设备的输出抖动值。4）抖动传递特性（仅用于中继器），是指在不同的测试频率下，输入信号的抖动值与输出信号抖动值之比的分布特性。

表6-6设备输入抖动与漂移容限速率/Mbit·s-1

UI（P-P）频率/Hz

A0A1A2A3f0f10f9f8f1f2f3f48.448152150.2*1.2×10-5***204003k400k34.368618150.15*****139.2642506150.075******：表示未定图6-4设备输入抖动与漂移容限在SDH网中除了具有其它传输网的共同抖动源──各种噪声源，定时滤波器失谐，再生器固有缺陷（码间干扰、限幅器门限漂移）等。两个SDH网特有的抖动源：1）在将支路信号装入VC时，加入了固定塞入比特和控制塞入比特，分接时需要移去这些比特，这将导致时钟缺口，经滤波后产生残余抖动──脉冲塞入抖动。2）指针调整抖动。SDH网中常见的度量抖动性能的参数如下：1.输入抖动容限

2.输出抖动3.映射和结合抖动4.抖动转移函数──抖动转移特性6.1.4漂移性能

漂移的定义为：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。这里所说的长时间是指变化频率低于10Hz的变化。与抖动相比，无论从产生机理、本身的特性以及对系统的影响，漂移与抖动皆不相同。引起漂移最普遍的原因是环境温度的变化。因为环境温度的变化，可能导致光纤传输性能的变化、时钟变化以及激光二极管发射波长的偏移等等，它们皆会产生漂移。另外，在SDH网络单元中指针调整和网同步的结合也会产生很低频率的抖动和漂移，不过，总体说来SDH网的漂移主要来自各级时钟和传输系统，特别是传输系统。6.1.5可靠性指标对光纤通信系统而言，可靠性包括光端机、中继器、光缆线路、辅助设备和备用系统的可靠性。确定可靠性一般采用故障统计分析法，即根据现场实际调查结果，统计足够长时间内的故障次数，确定每两次故障的时间间隔和每次故障的修复时间。1.可靠性表示方法（1）可靠性R

可靠性是指在规定的条件和时间内系统无故障工作的概率，它反映系统完成规定功能的能力。可靠性R通常用故障率表示，两者的关系为

R=exp（-t）（6-1）（2）故障率故障率是系统工作到时间t，在单位时间内发生故障（功能失效）的概率。其单位为10-9h

，称为菲特（fit），1fit等于在10-9h内发生一次故障的概率。如果通信系统由n个部件组成，且故障率是统计无关的，则系统的可靠性Rs可表示为

Rs=R1×R2×…×Rn=exp（-φst）（6-2）2.可靠性指标（1）不可用时间传输系统的任一个传输方向的数字信号连续10s期间内每秒的误码率均劣于10-3，从这10s的第一秒钟起就认为进入了不可用时间。（2）可用时间当数字信号连续10s期间内每秒的误码率均优于10-3，那么从这10s的第一秒起就认为进入了可用时间。（3）可用性可用时间占全部总时间的百分比称为可用性。为保证系统的正常使用，系统要满足一定的可用性指标，假设参考数字段可用性目标见表6-7。表6-7HRDS可用性目标长度/km

可用性(%)

不可用性

不可用时间(min/年)

42099.9772.3×10-4

12028099.9851.5×10-4

785099.991×10-4

526.2系统的设计光纤通信系统的设计，要求最大限度地利用光纤的频带资源，达到最高的通信能力或容量，提供最大的通信效益。在光纤通信的设计中，人们最关心的莫过于中继距离与传输速率两大系统技术指标了。光纤通信的最大中继距离可能会受光纤损耗的限制，此所谓损耗受限系统；也可能会受到传输色散的限制，此所谓色散受限系统。

6.2.1损耗受限系统所谓损耗受限系统，是指光纤通信的中继距离受诸传输损耗参数的限制，如光发送机的平均发光功率、光缆的损耗系数、光接收机灵敏度等。数字光纤线路系统如图6-5所示为无中继器和中间有一个中继器的数字光纤线路系统的示意图，图中符号：T′，T：光端机和数字复接分接设备的接口；Tx：光发射机或中继器发射端；Rx：光接收机或中继器接收端；C1，C2：光纤连接器；S：靠近Tx的连接器C1的接收端；R：靠近Rx的连接器C2的发射端；

图6-5数字光纤线路系统损耗受限系统中的中继距离可用下式计算：（6-3）下面针对式（6-3）中各参数的物阶含义与取值，做如下说明：1）Pｔ：光发送机平均发光功率这是设备本身给出的技术指标，以dBm为单位。2）Pｒ：光接收机灵敏度它也是设备本身给出的技术指标，也以dBm为单位。3）Aｃ：活动连接器的损耗活动连接器又称活接头，它把光纤线路和光终端设备连接在一起，可以方便地进行拆装。因在光发送机与光接收机上各有一个活接头，故式中为2Ac。一般取Ac=0.5dB。4）MＥ：设备富余度关于MＥ的概念，前面已经讨论过，主要考虑光终端设备在长期使用过程中会出现性能老化。一般取MＥ=3dB。5）Pｐ：光通道功率代价光通道功率代价包括由于反射和由码间干扰、模分配噪声、激光器的啁啾声引起的总色散代价。CCITT规定一般取Pp=1dB以下。6）a：光纤的损耗系数该参数我们已经熟知，它的取值由所供应的光缆参数给定，单位为dB/km。其典型值为：在1310nm波长，0.3～0.4dB/km；在1550nm波长，0.15～0.25dB/km。7）aＳ：平均每千米接续损耗在具体施工中需要把一盘盘的光缆用熔接机连接起来才能形成较长的传输线路。随着技术的不断发展，每个熔接点的衰耗可以保证在0.05dB以下。一般来讲，光缆每盘长度为2km，所以可取aＳ=0.05/2dB。8）mＣ：光缆富余度光缆在长期使用中性能会发生老化。尤其是随环境温度的变化（主要是低温），其损耗系数会增加，故必须留出一定的余量。一般取值为mＣ=0.1～0.2dB/km。6.2.2色散受限系统所谓色散受限系统，是指由于系统中光纤的色散、光源的谱宽等因素的影响，限制了光纤通信的中继距离。在光纤通信系统中存在着两大类色散即模式色散与模内色散。模式色散又称模间色散，是由多模光纤引起的。模式色散的数值较大，会严重地影响光纤通信的中继距离。但是，在单模光纤通信技术日趋成熟的今天，单模光纤已经被广泛采用。因此多模光纤已经很少使用了，即使采用也只是用于小容量的光纤通信（34Mbit/s以下）。模式色散的影响主要表现在光纤的模畸变带宽上，因此在进行系统设计时，所选光纤的带宽满足S-R间的带宽要求（一般很容易达到），则完全可以不考虑色散受限的问题。单模光纤的色散对系统性能的影响主要表现如下三方面：（1）码间干扰

（2）模分配噪声

（3）啁啾声

对于色散受限系统的中继距离计算可分两种情况予以考虑：1）光源器件为多纵模激光器（MLM）或发光二极管时，其中继距离为

（6-4）2）当光源器件为单纵模激光器（SLM）时，啁啾声引起的脉冲展宽占主要地位，其中继距离为

（6-5）6.2.3中继距离和传输速率光纤通信系统的中继距离受损耗限制时由式（6-3）确定，中继距离受色散限制时由式（6-4）和式（6-5）确定。从损耗限制和色散限制两个计算结果中，选取较短的距离，作为中继距离计算的最终结果。各种光纤的中继距离和传输速率的关系，如图6-6所示，包括损耗限制和色散限制的结果。由图6-6可见，对于波长为0.85μm的多模光纤，由于损耗大，中继距离一般在20km以内。传输速率很低，SIF光纤的速率不如同轴线，GIF光纤的速率在0.1Gbit/s以上就受到色散限制。单模光纤在长波长工作，损耗大幅度降低，中继距离可达100～200km。在1.31μm零色散波长附近，当速率超过1Gbit/s时，中继距离才受色散限制。在1.55μm波长上，由于色散大，通常要用单纵模激光器，理想系统速率可达5Gbit/s，但实际系统由于光源调制产生频率啁啾，导致谱线展宽，速率一般限制为2Gbit/s。采用色散移位光纤和外调制技术，可以使速率达到20Gbit/s以上。图6-6各种光纤的中继距离和传输速率的关系小结1.光纤通信系统是数字通信网的一个重要组成部分。2.为了满足整个通信网正常运作的要求，必须对数字光纤通信系统性能指标进行规范。3.误码性能。4.抖动性能。5.漂移性能。6.可靠性指标。7.光纤通信系统的设计，要求最大限度地利用光纤的频带资源，达到最高的通信能力或容量，提供最大的通信效益。思考题1.光纤通信系统的性能指标有哪些？2.什么是误码秒与严重误码秒?3.什么是损耗受限系统?什么是色散受限系统?4.设140Mbit/s数字光纤通信系统发射光功率为-3dBm，接收机灵敏度为-38dBm，系统余量为4dB，连接器损耗为0.5dB/对，平均接头损耗为0.05dB/km，光纤衰减系数为0.4dB/km，光纤损耗余量为0.05dB/km，计算中继距离L。实训8光纤通信系统误码性能的测试一、学习目的1.熟悉和掌握SDH系统误码停业务测试。2.熟悉和掌握SDH系统误码在线测试。二、测试准备学校实验室准备好模拟运行的光纤通信系统实验箱及测试仪器设备三、测试过程1.SDH系统误码停业务测试系统误码停业务测试配置如图6-7所示，其中图6-7a是单向测试，图6-7b是环回测试。如果测试以环回方式进行，指标仍用单向指标；如果测试失败，则需按两个单向指标。图6-7系统误码停业务测试配置测试操作步骤：1）按图6-7接好电路。2）按被测通道速率等级，选择合适的PRBS或测试信号结构，从被测系统输入口送测试信号。3）用下面的方法判断系统工作正常：第一个测试周期15分钟，在此周期内如没有误码和不可用等事件，则确认系统已工作正常；在此周期内，若观测到任何误码或其它事件，应重复测试一个周期（15分钟），至多两次。如果第三个测试周期内，仍然观测到误码或其它事件，则认为系统工作异常，需要查明原因。4）系统工作正常的条件下，可进行长期观测，按指标要求设置总的观测时间（例如24小时），设置打印时间间隔（例如6小时），并设置性能评估为G.826，最后启动测试开始键，并锁定仪表。5）测试结束，从测试仪表上读出测试结果。2.SDH系统误码在线测试

误码在线测试是在开放业务条件下，通过监视与误码有关的开销字节B1、B2、B3和V5（b1、b2）来评估误码性能参数。其参数和指标与停业务测试相同。系统误码在线监测测试配置如图6-8所示，其中图6-8a是通过光耦合器在光路测试，图6-8b是通过设备提供的监测接口测试。图6-8系统误码在线监测测试配置测试操作步骤：1）根据需要测试的实体──再生段、复用段、高阶通道或低阶通道，选择适当的监视点（通过光耦合器在光路测试可以监视再生段、复用段、高阶通道或低阶通道的全部误码性能，在监测接口测试只能监视高阶通道或低阶通道的误码性能）。2）在监视点接入SDH分析仪（接收）。3）调整SDH分析仪，同时监视相应的参数：B1、B2、B3和V5（b1、b2）。4）设置测试时间，同时在网管上进行相同的监测。5）测试结束后，记录测试结果。第8章iManagerU2000统一网络管理系统光纤通信技术与设备第8章iManagerU2000统一网络管理系统学习目标●了解U2000网络定位及软件结构●了解U2000组网及应用●掌握U2000拓扑