数字光纤通信系统解析课件.ppt

1、 第第 5 章章 数字光纤通信系统数字光纤通信系统 5.1 两种传输体制两种传输体制 5.2 系统的性能指标系统的性能指标 5.3 系统的设计系统的设计 返回主目录第第5 5章章 数字光纤通信系统数字光纤通信系统 5.1 两种传输体制两种传输体制 光纤大容量数字传输目前都采用同步时分复用光纤大容量数字传输目前都采用同步时分复用(TDM)技术，技术，复用又分为若干等级，因而先后有两复用又分为若干等级，因而先后有两种传输体制：准同步数字系列种传输体制：准同步数字系列(PDH)和同步数字系列和同步数字系列(SDH)。PDH早在早在1976年就实现了标准化，目前还年就实现了标准化，目前还大量使用。随着

2、光纤通信技术和网络的发展，大量使用。随着光纤通信技术和网络的发展，PDH遇到了许多困难。遇到了许多困难。SDH解决了解决了PDH存在的问题，是一种比较完存在的问题，是一种比较完善的传输体制，现已得到大量应用。这种传输善的传输体制，现已得到大量应用。这种传输体制不仅适用于光纤信体制不仅适用于光纤信道，也适用于微波和卫道，也适用于微波和卫星干线传输。星干线传输。5.1.1 准同步数字系列准同步数字系列PDH 准同步数字系列有两种基础速率：一种是以准同步数字系列有两种基础速率：一种是以1.544 Mb/s为第一级为第一级(一次群，或称基群一次群，或称基群)基础速率，基础速率，采用的国家有北美各国和日

3、本；另一种是以采用的国家有北美各国和日本；另一种是以2.048 Mb/s为第一级为第一级(一次群一次群)基础速率，基础速率，采用的国家有西采用的国家有西欧各国和中国。表欧各国和中国。表5.1是世界各国商用数字光纤通信是世界各国商用数字光纤通信系统的系统的PDH传输体制，表中示出两种基础速率各次传输体制，表中示出两种基础速率各次群的速率、话路数及其关系。群的速率、话路数及其关系。对于以对于以2.048 Mb/s为基础速率的制式，各次群的话路数按为基础速率的制式，各次群的话路数按4倍递增，速率的关系倍递增，速率的关系略大于略大于4倍，这是因为复接时插入了一些相关的比特。倍，这是因为复接时插入了一些

4、相关的比特。对于以对于以1.544 Mb/s为基础为基础速率的制式，在速率的制式，在3次群以上，日本和北美各国又不相同，次群以上，日本和北美各国又不相同，看起来很杂乱。看起来很杂乱。PDH的缺点主要有：的缺点主要有：(1)北美、西欧和亚洲所采用的三种数字系列北美、西欧和亚洲所采用的三种数字系列互不兼容，互不兼容，没有世界统一的标准光接口，使得没有世界统一的标准光接口，使得国际电信网的建立及网络的营运、国际电信网的建立及网络的营运、管理和维护管理和维护变得十分复杂和困难。变得十分复杂和困难。(2)各种复用系列都有其相应的帧结构，没各种复用系列都有其相应的帧结构，没有足够的开销比特，使网络设计缺乏

5、灵活性，有足够的开销比特，使网络设计缺乏灵活性，不能适应电信网络不断扩大、不能适应电信网络不断扩大、技术不断更新技术不断更新的要求。的要求。(3)由于低速率信号插入到高速率信号，或由于低速率信号插入到高速率信号，或从高速率信号分出，都必须逐级进行，从高速率信号分出，都必须逐级进行，不能不能直接分插，因而复接直接分插，因而复接/分接设备结构分接设备结构复杂，上下话路价格昂贵。复杂，上下话路价格昂贵。5.1.2 同步数字系列同步数字系列SDH 1.SDH传输网传输网 SDH不仅适合于点对点传输，而且适合不仅适合于点对点传输，而且适合于多点之间的网络传输。图于多点之间的网络传输。图5.1示出示出SD

6、H传输传输网的拓扑结构网的拓扑结构图 5.1 SDH传输网的典型拓扑结构由由SDH终接设备终接设备(或称或称SDH终端复用器终端复用器TM)、分插复用设备、分插复用设备ADM、数字交叉连接设备数字交叉连接设备DXC等网络单元以及连接它们的等网络单元以及连接它们的(光纤光纤)物理链物理链路构成。路构成。SDH终端的主要功能是复接终端的主要功能是复接/分接和提供业务适配，例分接和提供业务适配，例如将多路如将多路E1信号复接成信号复接成STM1信号及完成其逆过程，或者实现与信号及完成其逆过程，或者实现与非非SDH网络业务的适配。网络业务的适配。ADM是一种特殊的复用器，它利用分接功能将输入信号所承载

7、是一种特殊的复用器，它利用分接功能将输入信号所承载的信息分成两部分：一部分直接转发，另一部分卸下给本地的信息分成两部分：一部分直接转发，另一部分卸下给本地用户。然后信息又通过复接功能将转发部分和本地上送的部用户。然后信息又通过复接功能将转发部分和本地上送的部分合成输出。分合成输出。DXC类似于交换机，它一般有多个输入和多个类似于交换机，它一般有多个输入和多个输出，通过适当配置可提供不同的端到端连接。输出，通过适当配置可提供不同的端到端连接。MUXE1E1STM-N同步复接DMXE1E1STM-N同步分接(a)DMXMUX中继线STM-N中继线STM-NDropSTM-nAddSTM-n分接复接

8、本地(b)1:m1:mm:1m:1复接交叉连接矩阵分接1n1n(c)配置管理 图5.2 SDH传输网络单元(a)终端复用器TM；(b)分插复用设备ADM(Add/Drop Multiplexer);(c)数字交叉连接设备DXC通道终接设备线路终接设备TMADM/DXC再生段Section再生段再生段线路终接设备通道终接设备E1E3E1E3ADM/DXCTM复接段(Line)传输通道(Path)(a)PathLineSectionPhotonicSectionPhotonicPathLineSectionPhotonic再生中继器(b)再生中继器图 5.3传输通道的结构 (a)传输通道连接模型；

9、(b)分层结构通过通过DXC的交叉连接作用，在的交叉连接作用，在SDH传输网内可提供许多条传输通道，每传输网内可提供许多条传输通道，每条通道都有相似的结构，条通道都有相似的结构，每个通道每个通道(Path)由一个或多个复接段由一个或多个复接段(Line)构成，构成，而每一复接段又由若干个再生段而每一复接段又由若干个再生段(Section)串接而成。串接而成。与与PDH相比，相比，SDH具有下列特点：具有下列特点：(1)SDH采用世界上统一的标准传输速率等级。采用世界上统一的标准传输速率等级。最低的等级也就是最基本的模块称为最低的等级也就是最基本的模块称为STM1，传输速，传输速率为率为155.

10、520 Mb/s；4个个STM1 同步复接组成同步复接组成STM4，传输速率为传输速率为4155.52 Mb/s=622.080 Mb/s；16个个STM1 组成组成STM16,传输速率为传输速率为2488.320 Mb/s，以此，以此类推。类推。(2)SDH各网络单元的光接口有严格的标准规范。各网络单元的光接口有严格的标准规范。因此，因此，光接口成为开放型接口，任何网络单元在光光接口成为开放型接口，任何网络单元在光纤线路上可以互连，纤线路上可以互连，不同厂家的产品可以互通，这不同厂家的产品可以互通，这有利于建立世界统一的通信网络。有利于建立世界统一的通信网络。另一方面，标准另一方面，标准的光

11、接口综合进各种不同的网络单元，的光接口综合进各种不同的网络单元，简化了硬件，简化了硬件，降低了网络成本。有关光接口标准请参看本书附录降低了网络成本。有关光接口标准请参看本书附录A。(3)在在SDH帧结构中，丰富的开销比特用帧结构中，丰富的开销比特用于网络的运行、于网络的运行、维护和管理，便于实现维护和管理，便于实现性能监测、故障检测和定位、故障报告性能监测、故障检测和定位、故障报告等管理功能。等管理功能。(在后续章节将进行介绍。在后续章节将进行介绍。)(4)采用数字同步复用技术，其最小的复用采用数字同步复用技术，其最小的复用单位为字节，单位为字节，不必进行码速调整，简化不必进行码速调整，简化了

12、复接分接的实现设备，由低速信号复了复接分接的实现设备，由低速信号复接成高速信号，或从高速信号分出低速接成高速信号，或从高速信号分出低速信号，不必逐级进行。信号，不必逐级进行。图 5.4 分插信号流程的比较光/电光信号分接分接分接140/34 Mb/s34/8 Mb/s8/2 Mb/s复接复接复接电/光光信号2/8 Mb/s8/34 Mb/s34/140 Mb/s2 Mb/s(电信号)SDHADM155 Mb/s光接口155 Mb/s光接口2 Mb/s(电信号)PDHPDH和和SDH分插信号流程的比较。在分插信号流程的比较。在PDH中，中，为了从为了从140 Mb/s码码流中分出一个流中分出一个

13、2 Mb/s的支路信号，必须经过的支路信号，必须经过140/34 Mb/s,34/8 Mb/s和和8/2 Mb/s三次分接。三次分接。而若采用而若采用SDH分插复用器分插复用器(ADM)，可以利用，可以利用软件一次直接分出和插入软件一次直接分出和插入 2 Mb/s支路信号，十分简便。支路信号，十分简便。(5)采用数字交叉连接设备采用数字交叉连接设备DXC可以对各种端口可以对各种端口速率进行可控的连接配置，对网络资源进行自速率进行可控的连接配置，对网络资源进行自动化的调度和管理，既提高了资源利用率，又动化的调度和管理，既提高了资源利用率，又增强了网络的抗毁性和可靠性。增强了网络的抗毁性和可靠性。

14、SDH采用了采用了DXC后，大大提高了网络的灵活性及对各种业后，大大提高了网络的灵活性及对各种业务量变化的适应能力，使现代通信网络提高到务量变化的适应能力，使现代通信网络提高到一个崭新的水平。一个崭新的水平。2.SDH帧结构帧结构 SDH帧结构是实现数字同步时分复用、保证网络可靠有帧结构是实现数字同步时分复用、保证网络可靠有效运行的关键。效运行的关键。(图图 5.5)一个一个STMN帧有帧有9行，每行由行，每行由270N个个字节组成。字节组成。这样每帧共有这样每帧共有9270N个字节，个字节，每字节为每字节为8 bit。帧周期为帧周期为125 s，即每秒传输即每秒传输8000帧。对于帧。对于S

15、TM1 而言，而言，传输速率为传输速率为927088000=155.520 Mb/s。字节发送顺序为：。字节发送顺序为：由上往下逐行发送，每行先左后右。由上往下逐行发送，每行先左后右。SDH帧大体可分为三个部分：帧大体可分为三个部分：(1)段开销段开销(SOH)。段开销是在段开销是在SDH帧中为保证信帧中为保证信息正常传输所必需的附加字节息正常传输所必需的附加字节(每字节含每字节含64 kb/s的容的容量量)，主要用于运行、，主要用于运行、维护和管理，如帧定位、维护和管理，如帧定位、误码误码检测、检测、公务通信、自动公务通信、自动保护倒换以及网管信息传输。保护倒换以及网管信息传输。对于对于ST

16、M1 而言，而言，SOH共使用共使用98(第第4行除外行除外)=72 Byte相应于相应于576 bit。由于每秒传输。由于每秒传输8000帧，帧，所以所以SOH的容量为的容量为5768000=4.608 Mb/s。根据图根据图5.3(a)的传输通道连接模型，段开销又细分为再生段开的传输通道连接模型，段开销又细分为再生段开销销(SOH)和复接段开销和复接段开销(LOH)。前者占前。前者占前3行，后者占行，后者占59行。行。通道终接设备线路终接设备TMADM/DXC再生段Section再生段再生段线路终接设备通道终接设备E1E3E1E3ADM/DXCTM复接段(Line)传输通道(Path)(a

17、)PathLineSectionPhotonicSectionPhotonicPathLineSectionPhotonic再生中继器(b)再生中继器(2)信息载荷信息载荷(Payload)。信息载荷域是。信息载荷域是SDH帧内用于承帧内用于承载各种业务信息的部分。对于载各种业务信息的部分。对于STM1而言，而言，Payload有有9261=2349 Byte,相应于相应于234988000=150.336 Mb/s的容量。的容量。在在Payload中包含少量字节用于通道的运行、中包含少量字节用于通道的运行、维护维护和管理，和管理，这些字节称为通道开销这些字节称为通道开销(POH)。(3)管理

18、单元指针管理单元指针(AU PTR)。管理单元指针是一种指示符，。管理单元指针是一种指示符，主要用于指示主要用于指示Payload第一个第一个字节在帧内的准确位置字节在帧内的准确位置(相对于指相对于指针位置的偏移量针位置的偏移量)。对于对于STM1 而言，而言，AU PTR有有9个字节个字节(第第4行行)，相应于相应于988000=0.576 Mb/s。采用指针技术是采用指针技术是SDH的创新，结合虚容器的创新，结合虚容器(VC)的概念，的概念，解决了低速信号复接成高速信号时，由于小的频率误差所造成解决了低速信号复接成高速信号时，由于小的频率误差所造成的载荷相对位置漂移的问题。的载荷相对位置漂

19、移的问题。3.复用原理复用原理 固定位置映射法让低速支路信号在高速信号帧中固定位置映射法让低速支路信号在高速信号帧中占用固定的位置。由于低速信号可能是属于占用固定的位置。由于低速信号可能是属于PDH的或的或由于由于SDH网络的故障，低速信号与高速信号的相对相网络的故障，低速信号与高速信号的相对相位不可能对准，并会随时间而变化。位不可能对准，并会随时间而变化。SDH采用载荷指针技术，对指针进行处理。采用载荷指针技术，对指针进行处理。图 5.6 载荷包络与SDH帧的一般关系SDH帧1(125 s)SDH帧2(125 s)261字节9字节开销9行载荷包络AU PTR图图 5.6 示出载荷包络与示出载

20、荷包络与STM1 帧的一段关系与指针所起的作用。帧的一段关系与指针所起的作用。通过指针的值，接收端就可以确定载荷的起始位置。通过指针的值，接收端就可以确定载荷的起始位置。ITUT规定了规定了SDH的一般复用映射结构。所谓映的一般复用映射结构。所谓映射结构，射结构，是指把支路信号适配装入虚容器的过程，是指把支路信号适配装入虚容器的过程，其实质是使支路信号与传送的载荷同步其实质是使支路信号与传送的载荷同步。这种结构可以把目前这种结构可以把目前PDH的绝大多数标准速率信号的绝大多数标准速率信号装入装入SDH帧。图帧。图5.7示出示出SDH一般复用映射结构，一般复用映射结构，图 5.7 SDH的一般复

21、用映射结构 图中图中Cn是标准容器，是标准容器，用来装载现有用来装载现有PDH的各支路信号，的各支路信号，即即C11,C12,C2,C3和和C4 分别装载分别装载1.5 Mb/s,2Mb/s,6 Mb/s,34 Mb/s,45 Mb/s和和140Mb/s的支路信号，并完成速率适配处理的功的支路信号，并完成速率适配处理的功能。能。在标准容器的基础上，加入少量通道开销在标准容器的基础上，加入少量通道开销(POH)字节，字节，即组成相应的虚容器即组成相应的虚容器VC。VC的包络与网络同步，但其内部则可装载各种不同容量的包络与网络同步，但其内部则可装载各种不同容量和不同格式的支路信号。所以引入虚容器的

22、概念，使和不同格式的支路信号。所以引入虚容器的概念，使得不必了解支路信号的内容，便可以对装载不同支路得不必了解支路信号的内容，便可以对装载不同支路信号的信号的VC进行同步复用、交叉连接和交换处理，实现进行同步复用、交叉连接和交换处理，实现大容量传输。大容量传输。由于在传输过程中，不能绝对保证所有虚容器的起始相由于在传输过程中，不能绝对保证所有虚容器的起始相位始终都能同步，所以要在位始终都能同步，所以要在VC 的前面加上管理单元指针的前面加上管理单元指针(AU PTR)，以进行定位校准。加入指针后组成的信息单元结构以进行定位校准。加入指针后组成的信息单元结构分为管理单元分为管理单元(AU)和支路

23、单元和支路单元(TU)。AU由高阶由高阶VC(如如VC4)加加AU指针组成，指针组成，TU由低阶由低阶VC加加TU指针组成。指针组成。TU经均匀字节间插后，经均匀字节间插后，组成支路单元组成支路单元组组(TUG)，然后组成，然后组成AU3或或AU4。3个个AU3或或1个个AU4组成管理单元组组成管理单元组(AUG)，加上段开销，加上段开销SOH，便组成，便组成STM1 同步传输信号；同步传输信号；N个个STM1 信号按字节同步复接，信号按字节同步复接，便组成便组成STMN。最简单的例子是，由最简单的例子是，由PDHPDH的的4 4次群信号到次群信号到SDHSDH的的STM1 STM1 的复接过

24、程。把的复接过程。把139.264 Mb/s139.264 Mb/s的信号装入容器的信号装入容器C C4 4，经速率适配处理后，输出信号速率为，经速率适配处理后，输出信号速率为149.760 Mb/s;149.760 Mb/s;在虚容器在虚容器VCVC4 4 内加上通道开销内加上通道开销POH(POH(每帧每帧9 Byte,9 Byte,相应于相应于0.576 Mb/s)0.576 Mb/s)后，输出信号速率为后，输出信号速率为150.336 Mb/s150.336 Mb/s；在管理单元；在管理单元AU4 AU4 内，加内，加上管理单元指针上管理单元指针AU PTR(AU PTR(每帧每帧9

25、Byte,9 Byte,相应于相应于0.576 Mb/s)0.576 Mb/s)，输出信号速率，输出信号速率为为150.912 Mb/s;150.912 Mb/s;由由 1 1个个AUGAUG加上段开销加上段开销SOH(SOH(每帧每帧72 Byte,72 Byte,相应于相应于4.608 4.608 Mb/s),Mb/s),输出信号速率为输出信号速率为155.520 Mb/s,155.520 Mb/s,即为即为STMSTM1 1。4.数字交叉连接设备数字交叉连接设备 数字交叉连接设备数字交叉连接设备(DXC)相当于一种自动的数字电路配相当于一种自动的数字电路配线架。图线架。图5.2 表示的是

26、表示的是SDH的的DXC(也适合于也适合于PDH)，其核心部，其核心部分是可控的交叉连接开关分是可控的交叉连接开关(空分或时分空分或时分)矩阵。矩阵。MUXE1E1STM-N同步复接DMXE1E1STM-N同步分接(a)DMXMUX中继线STM-N中继线STM-NDropSTM-nAddSTM-n分接复接本地(b)1:m1:mm:1m:1复接交叉连接矩阵分接1n1n(c)配置管理 通常用通常用 DXC X/Y 来表示一个来表示一个DXC的配置类型，其中第一个数字的配置类型，其中第一个数字X表示表示输入端口速率的最高输入端口速率的最高等级，第二个数字等级，第二个数字Y表示参与交叉表示参与交叉连接

27、的最低速率等级。连接的最低速率等级。数字数字0表示表示64 kb/s电路速率；数字电路速率；数字1、2、3、4 分别表示分别表示PDH的的1至至 4 次群的速率，次群的速率，其中其中 4 也代表也代表SDH 的的STM1 等级；等级；数字数字 5 和和 6 分别代表分别代表SDH的的STM4 和和STM等级。等级。例如，例如，DXC 1/0 表示输入端口的最高速率为一次群信号表示输入端口的最高速率为一次群信号的速率的速率(E1:2.048 Mb/s),而交叉连接的基本速率为而交叉连接的基本速率为64 kb/s;DXC 4/1 表示输入端口的最高速率为表示输入端口的最高速率为155.52 Mb/

28、s(对于对于SDH)或或140 Mb/s(对于对于PDH)，而交叉连接的基本速率为，而交叉连接的基本速率为2.048 Mb/s。目前应用最广泛的是目前应用最广泛的是DXC 1/0、DXC 4/1和和DXC 4/4。交叉连接设备与交换机的区别有：交叉连接设备与交换机的区别有：(1)DXC 的输入输出不是单个用户话路，的输入输出不是单个用户话路，而是由许多话而是由许多话路组成的群路；路组成的群路；(2)两者都能提供动态的通道连接，但连接变动的时间两者都能提供动态的通道连接，但连接变动的时间尺度是不同的。前者按大量用户的集合业务量的变尺度是不同的。前者按大量用户的集合业务量的变化及网络的故障状况来改

29、变连接，由网管系统配置；化及网络的故障状况来改变连接，由网管系统配置；后者按照用户的呼叫请求来建立或改变连接，由信后者按照用户的呼叫请求来建立或改变连接，由信令系统实现呼叫连接控制。令系统实现呼叫连接控制。DXC(交叉连接设备交叉连接设备)在干线传输网中的主要用途是实现自动化在干线传输网中的主要用途是实现自动化的网络配置管理。主要功能有：的网络配置管理。主要功能有：分离本地交换业务和非本地交换业务，分离本地交换业务和非本地交换业务，为非本地交换业务迅为非本地交换业务迅速提供可用路由；速提供可用路由；为临时性重要事件为临时性重要事件(如运动会、发生地震等如运动会、发生地震等)迅速提供通信电路；迅

30、速提供通信电路；当网络发生故障当网络发生故障(如某些干线中断如某些干线中断)时，能迅速提供网络的重新时，能迅速提供网络的重新配置；配置；根据业务流量的季节变化使网络配置最佳化；当网络中根据业务流量的季节变化使网络配置最佳化；当网络中混合混合使用使用PDH和和SDH时，可作为时，可作为PDH与与SDH的网关。的网关。5.SDH的应用的应用 SDH可用于点对点传输可用于点对点传输(图图5.8)、链形网链形网(图图5.9)和环形网和环形网(图图5.10)。图 5.8 SDH用于点对点传输SDHTMSDHTM支路信号支路信号再生中继器STM-N 图 5.9 SDH链形网 SDHTMSDHTM支路信号支

31、路信号SDHADMSTM-NSTM-NSTM-nSTM-n(n N)图 5.10 SDH环形网(双环)SDH环形网的一个突出优点是具有环形网的一个突出优点是具有“自愈自愈”能力。能力。当某节当某节点发生故障或光缆中断时，仍能维持一定的通信能力。点发生故障或光缆中断时，仍能维持一定的通信能力。所以，所以，SDH环网目前得到广泛的应用。环网目前得到广泛的应用。SDHADMSDHADMSDHADMSDHADM支路信号支路信号支路信号支路信号 当然，当然，SDH通过通过ADM和和DXC等网络单元可以构成等网络单元可以构成更为复杂的网形网更为复杂的网形网(如图如图 5.1 所示所示)。这种。这种SDH网

32、络的网络的主要特点是端到端之间存在一条以上的路径，可同时主要特点是端到端之间存在一条以上的路径，可同时构成一条以上的传输通道，构成一条以上的传输通道，通过通过DXC的灵活配置，使的灵活配置，使网络具有更好的抗毁性和更高的可靠性。网络具有更好的抗毁性和更高的可靠性。5.2 5.2 系统的性能指标系统的性能指标 5.2.1 参考模型参考模型 为进行系统性能研究，为进行系统性能研究，ITUT(原原CCITT)建议中提出了一建议中提出了一个数字传输参考模型，称为假设参考连接个数字传输参考模型，称为假设参考连接(HRX)，最长的，最长的HRX是根据综合业务数字网是根据综合业务数字网(ISDN)的性能要求

33、和的性能要求和64 kb/s信号信号的全数字连接来考虑的。假设在两个用户之间的通信可能要的全数字连接来考虑的。假设在两个用户之间的通信可能要经过全部线路和各种串联设备组成的数字网，而且任何参数经过全部线路和各种串联设备组成的数字网，而且任何参数的总性能逐级分配后应符合用户的要求。的总性能逐级分配后应符合用户的要求。图图 5.11 标准数字假设参考连接标准数字假设参考连接HRXLEPCSCTCISCISCISCISCISCTCSCPCLE本地国内国际本地国内27500 kmT 参考点T 参考点LE本地交换PC一级中心SC二级中心TC三级中心ISC国际交换中心数字链路数字交换最长的标准数字最长的标

34、准数字HRX为为27 500 km,它由各级交换中心和许多假它由各级交换中心和许多假设参考数字链路设参考数字链路(HRDL)组成。标准数字组成。标准数字HRX 的总性能指标按的总性能指标按比例分配给比例分配给HRDL，使系统设计大大简化。，使系统设计大大简化。建议的建议的HRDL长度为长度为2500 km,但由于各国国土面积不同，但由于各国国土面积不同，采用的采用的HRDL长度也不同。例如我国采用长度也不同。例如我国采用5000 km，美国和加，美国和加拿大采用拿大采用6400 km，而日本采用而日本采用2500 km。HRDL由许多假设由许多假设参考数字段参考数字段(HRDS)组成组成(见图

35、见图5-12所示所示)，在建议中用于长途传，在建议中用于长途传输的输的HRDS长度为长度为280 km,用于市话中继的用于市话中继的HRDS长度为长度为50 km。我国用于长途传输的我国用于长途传输的HRDS长度为长度为420 km(一级干线一级干线)和和280 km(二级干线二级干线)两种。假设参考数字段的性能指标从假设参考两种。假设参考数字段的性能指标从假设参考数字链路的指标分配中得到，并再度分配给线路和设备。数字链路的指标分配中得到，并再度分配给线路和设备。图 5.12 假设参考数字段HRDS X b/s终端设备终端设备X b/sY km*“Y”的合适值取决于网的应用。目前50 km和2

36、80 km被认定是必需的。5.2.2 系统的主要性能指标系统的主要性能指标 1.误码率误码率(BER)误码率是衡量数字光纤通信系统传输质量优劣误码率是衡量数字光纤通信系统传输质量优劣的非常重要的指标，它反映了在数字传输过程中信的非常重要的指标，它反映了在数字传输过程中信息受到损害的程度。息受到损害的程度。BER是在一个较长时间内的传是在一个较长时间内的传输码流中出现误码的概率，它对话音影响的程度取输码流中出现误码的概率，它对话音影响的程度取决于编码方法。对于决于编码方法。对于PCM而言，误码率对话音的影而言，误码率对话音的影响程度如表响程度如表 5.2 所示。所示。由于误码率随时间变化，用长时

37、间内的平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，确。在实际监测和评定中，应采用误码时间百应采用误码时间百分数和误码秒百分数的方法。如图分数和误码秒百分数的方法。如图 5.13 所示，所示，规定一个较长的监测时间规定一个较长的监测时间TL，例如几天或一，例如几天或一个月，并把这个时间分为个月，并把这个时间分为“可用可用时间时间”和和“不不可用时间可用时间”。图 5.13 误码率随时间的变化 在连续在连续10 s 时间内，时间内，BER劣于劣于110-3，为，为“不可不可用时间用时间”，或称系统处于

38、故障状态；故障排除后，或称系统处于故障状态；故障排除后，在连续在连续10 s时间内，时间内，BER优于优于110-3，为，为“可用时可用时间间”。对于对于64 kb/s 的数字信号，的数字信号，BER=110-3，相应于每秒有相应于每秒有64个误码。同时，规定一个较短的取个误码。同时，规定一个较短的取样时间样时间T0和误码率门限值和误码率门限值BERth，统计，统计BER劣于劣于BERth的时间，并用劣化时间占可用时间的百分数来的时间，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。衡量系统误码率性能的指标。对于目前的电话业务，传输一路对于目前的电话业务，传输一路PCM电话的速率为电

39、话的速率为 64 kb/s。合适的误码。合适的误码率参数和假设参考连接率参数和假设参考连接HRX的的误码率指标说明如下：误码率指标说明如下：劣化分劣化分(DM)误码率为误码率为110-6时，感觉不到干扰的影响，选为时，感觉不到干扰的影响，选为BERth。每次通话时间平均。每次通话时间平均35 min,选择取样时间选择取样时间T0为为 1 min是合适的。是合适的。监测时间以较长为好，选择监测时间以较长为好，选择TL为为1个月。定义误码率劣于个月。定义误码率劣于 110-6的分钟数为劣化分的分钟数为劣化分(DM)。HRX指标要求劣化分占可用分指标要求劣化分占可用分(可用时间减去严可用时间减去严重

40、误码秒累积的分钟数重误码秒累积的分钟数)的百分数小于的百分数小于10%。严重误码秒严重误码秒(SES)由于某些系统会出现短时间内大误码率的情况由于某些系统会出现短时间内大误码率的情况，严，严重影响通话质量，因此引入严重误码秒这个参数。重影响通话质量，因此引入严重误码秒这个参数。选择监测时间选择监测时间TL为为1个月，取样时间个月，取样时间T0为为1 s。定。定义误码率劣于义误码率劣于 110-3的秒钟数为严重误码秒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指标要求严重误码秒占可用秒的百分数小于0.2%。误码秒误码秒(ES)选择监测时间选择监测时间TL为为1个月

41、，取样时间个月，取样时间T0为为1s，误码误码率门限值率门限值BERth=0。定义凡是出现误码。定义凡是出现误码(即使只有即使只有1 bit)的秒数称为误码秒的秒数称为误码秒(ES)。HRX指标要求误码秒占指标要求误码秒占可用秒的百分数小于可用秒的百分数小于8%。相应地，不出现任何误码。相应地，不出现任何误码的秒数称为无误码秒的秒数称为无误码秒(EFS)，指标要求无误码秒占可指标要求无误码秒占可用秒的百分数大于用秒的百分数大于92%。表表5.3列出的是标准数字假设参考连接列出的是标准数字假设参考连接HRX(27 500 km)的误码率总指标。为了设计需要，必的误码率总指标。为了设计需要，必须把

42、总指标按不同等级的电路质量分配到各部须把总指标按不同等级的电路质量分配到各部分。分。图图5.14示出最长示出最长HRX的电路质量等级划分，图中的电路质量等级划分，图中高级和中级之间没有明显的界限。我国长途一级干线高级和中级之间没有明显的界限。我国长途一级干线和长途二级干线都应视为高级电路，长途二级以下和和长途二级干线都应视为高级电路，长途二级以下和本地级合并考虑。本地级合并考虑。本地交换本地交换中级本地级中级本地级1250 km25000 km1250 km27500 kmT参考点T参考点高级图 5.14 最长HRX的电路质量等级划分 本地交换本地交换中级本地级中级本地级1250 km2500

43、0 km1250 km27500 kmT参考点T参考点高级 表表5.5的误码率三项指标监测时间为的误码率三项指标监测时间为1个月，个月，在工程验收在工程验收时执行存在一定困难，通常采用长期平均误码率来衡量，时执行存在一定困难，通常采用长期平均误码率来衡量，监测时间为监测时间为24 h。假设误码为泊松分布，误码率三项指假设误码为泊松分布，误码率三项指标都可以换算为长期平均误码率。根据原标都可以换算为长期平均误码率。根据原CCITT的建的建议，对于议，对于25000 km高级电路长期平均误码率高级电路长期平均误码率BERav至至少为少为110-7，按长度比例进行线性折算，得到每公里，按长度比例进行

44、线性折算，得到每公里BERav=410-12/km。所以。所以280 km和和420 km数字段的数字段的BERav分别为分别为1.1210-9和和1.6810-9，因此取，因此取 110-9作为标准。作为标准。我国长途光缆通信系统进网要求中规定：长度短我国长途光缆通信系统进网要求中规定：长度短于于420 km时，按时，按 110-9计算；长度长于计算；长度长于420 km时，时，先按长度比例进行折算，再按长度累计附加进去。先按长度比例进行折算，再按长度累计附加进去。设计值应比实际要求高设计值应比实际要求高 1 个数量级，即短于个数量级，即短于420 km数字段按数字段按BERav=110-1

45、0设计，设计，50 km中继段按中继段按BERav=110-11设计。设计。2.抖动抖动 抖动是数字信号传输过程中产生的一种瞬时抖动是数字信号传输过程中产生的一种瞬时不稳定现象。不稳定现象。抖动的定义是：数字信号在各有效瞬时对标准抖动的定义是：数字信号在各有效瞬时对标准时间位置的偏差。时间位置的偏差。偏差时间范围称为抖动幅度偏差时间范围称为抖动幅度(JPP)，偏差时间，偏差时间间隔对时间的变化率称为抖动频率间隔对时间的变化率称为抖动频率(F)。这种偏。这种偏差包括输入脉冲信号在某一平均位置左右差包括输入脉冲信号在某一平均位置左右变化，变化，和提取时钟信号在中心位置左右变化，和提取时钟信号在中心

46、位置左右变化，见图见图5.15所示。所示。图 5.15 抖动示意图 输入信号提取时钟 抖动现象相当于对数字信号进行相位调制，表抖动现象相当于对数字信号进行相位调制，表现为在稳定的脉冲图样中，前沿和后沿出现某些低现为在稳定的脉冲图样中，前沿和后沿出现某些低频干扰，其频率一般为频干扰，其频率一般为02 kHz。抖动单位为。抖动单位为UI，表示单位时隙。当脉冲信号为二电平表示单位时隙。当脉冲信号为二电平NRZ时，时，1UI等等于于1bit信息所占时间，信息所占时间，数值上等于传输速率数值上等于传输速率fb的的倒数。倒数。抖动严重时，使得信号失真、抖动严重时，使得信号失真、误码率增大。完误码率增大。完

47、全消除抖动是困难的，因此在实际工程中，需要提全消除抖动是困难的，因此在实际工程中，需要提出容许最大抖动的指标。出容许最大抖动的指标。光纤通信系统各次群输入口对抖动容限的要求如光纤通信系统各次群输入口对抖动容限的要求如表表 5.6所示，全程各次群输出口对抖动容限的所示，全程各次群输出口对抖动容限的要求如表要求如表5.7所示，所示，表中括号内的数值是对数表中括号内的数值是对数字段的要求。表字段的要求。表 5.6 和表和表5.7各符号的意义如图各符号的意义如图 5.16 所示。所示。图 5.16 表5.6和表5.7的图解说明 Jpp/UIA0A1A20F0F1F2F3F420dB/10倍频程下降f

48、5.2.3可靠性可靠性 衡量通信系统质量的优劣除上述性能指标外，衡量通信系统质量的优劣除上述性能指标外，可靠性也是一个重要指标，它直接影响通信系统的使可靠性也是一个重要指标，它直接影响通信系统的使用、维护和经济效益。对光纤通信系统而言，用、维护和经济效益。对光纤通信系统而言，可靠可靠性包括光端机、中继器、性包括光端机、中继器、光缆线路、辅助设备和备光缆线路、辅助设备和备用系统的可靠性。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

49、隔和每次故障的修复时间。定每两次故障的时间间隔和每次故障的修复时间。1.可靠性表示方法可靠性表示方法 (1)可靠性可靠性R和故障率和故障率。可靠性是指在规定的条。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。成规定功能的能力。可靠性可靠性R通常用故障率通常用故障率表示，表示，两者的关系为两者的关系为 R=exp(-t)(5.1)故障率故障率是系统工作到时间是系统工作到时间t，在单位时间内发，在单位时间内发生故障生故障(功能失效功能失效)的概率。的概率。的单位为的单位为10-9/h,称为菲称为菲特特(fit),1 f

50、it等于在等于在109 h内发生一次故障的概率。内发生一次故障的概率。如果通信系统由如果通信系统由n个部件组成，且故障率是统计个部件组成，且故障率是统计无关的，无关的，则系统的可靠性则系统的可靠性Rs可表示为可表示为 Rs=R1R2Rn=exp(-n t)(5.2)式中式中,Ri和和i分别为系统第分别为系统第i个部件的可靠性和个部件的可靠性和故障率。故障率。(2)故障率故障率和平均故障间隔时间和平均故障间隔时间MTBF。两。两者的关系为者的关系为 (3)可用率可用率A和失效率和失效率PF。可用率。可用率A是在规定时间是在规定时间内，系统处于良好工作状态的概率，它可以表内，系统处于良好工作状态的