传输通信系统理论基础(魏贤虎).ppt

传输设备专业培训,第一讲,传输通信系统理论基础,主要内容,、传输系统的定位及方式分类 电信网总体架构与传输网的关系 传输系统在通信网的地位和作用 传输方式分类、光传输系统及网络的基本理论 光传输系统及网络基本概念 光传输系统制式及标称容量 光传输系统组成、接口参数和应用代码 光传输系统配置原则 光传输系统及局站通信系统模型 传输系统性能指标,一、电信网总体架构与传输网的关系,二、传输系统在通信网中的地位和作用,地位：基础、“高速公路”传输系统是通信网的重要组成部分，是各通信网元间连接的纽带 系统性能的好坏直接制约着通信网的发展。提高传输线路上的信号速率，扩宽传输频带，是传输技术发展的不断追求。,连接各通信网元，完成各网元之间的信息传递；是一个承载网，承载各通信网元之间的信息流；是一个平台，完成各通信网元之间长/短距离的连接；,二、传输系统在通信网中的地位和作用,作用：纽带、桥梁,三、传输方式分类,主要内容,、传输系统的定位及分类、光传输系统及网络的基本理论 光传输系统及网络基本概念 光传输系统制式及标称容量 光传输系统组成、接口参数和应用代码 光传输系统配置原则 光传输系统及局站通信系统模型 传输系统性能指标,一、光传输系统及网络基本概念,光传输系统,一、光传输系统及网络基本概念,一、光传输系统及网络基本概念,一、光传输系统及网络基本概念,EDFA bands,C,L,1600,1700,1400,1300,1200,1500,1100,Wavelength(nm),20 10 0-10-20,Dispersion(ps/nm.km),0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,Attenuation(dB/km),Attenuation(all fibre types),光纤参数,一、光传输系统及网络基本概念,光纤参数,（1）衰耗（dB）（2）色散（ps/nm.Km）（3）偏振模色散PMD（ps/Km）,一、光传输系统及网络基本概念,衰耗对传输系统影响,Optical Signal,Distance,光发送机的发射光功率,Maximum Span Distance,接受机灵敏度,光功率预算,OpticalSignalPower,一、光传输系统及网络基本概念,色散对传输系统影响,Pulse,一、光传输系统及网络基本概念,PMD对传输系统影响,Perfect Fiber,Normal Fiber,fast,slow,PMD=delay time,两个不同偏振态传播速度不同,最大传输距离,距离,误码率,误码率门限,一、光传输系统及网络基本概念,光传输通信优点,一、光传输系统及网络基本概念,一、光传输系统及网络基本概念,一、光传输系统及网络基本概念,一、光传输系统及网络基本概念,（1）传输网 城域网 本地网（2）两大功能：传送 控制（3）传送网的基本概念：传送：传递信息的功能 逻辑网 传输：信息信号通过具体的物理媒介传 实体网 输的物理过程 泛指：传送网或传输网=逻辑网+实体网,传送网,传输网：分层分割概念定义：分层：是指传送网从垂直方向分解为若干独立的传送网 络层，相邻之间具有客户/服务者关系。分割：是指在分层的基础上从水平方向将每一层网络划 分为若干个分离的部分。关系：分层与分割是正交关系。目的：业务与传送分离 管理，选路，出租,一、光传输系统及网络基本概念,分层分割,电路层网络,通道层网络,传输媒质层网络,子网,链路,层网络,分割视图,分层视图(客户/服务者联系),(b)分割概念,(a)分层概念,采用分割的概念，从地理上划分为国际和国内两部分 国际干线：连接各国家之间的通信网络；省际干线（一级干线）：连接各省的通信网元，传输出省业务；省内干线（二级干线）：完成省内各地市间业务网元的连接，传输各地市间业务及出省业务 本地传输网：是指在本地电话网范围内为各种业务提供传输通道的传送网络。,一、光传输系统及网络基本概念,本地传输网的分层结构：核心层、汇接层和接入层,一、光传输系统及网络基本概念,城域网：城域网分为城域传输网和城域数据网 城域传输网是本地传输网覆盖中心城市的部分，也是本地传输网在城市区域的具体表现，负责为同一城市内的业务节点提供传输电路。城域传输网是本地传输网的子集。接入网：接入网是一个综合概念，传统的接入网是指本地交换机和用户之间的连接系统，现引入到所有业务。区别：本地传输网是各种业务网和支撑网的基础网 城域网是一个区域概念，接入网是一个分层的概念,主要内容,、传输系统的定位及分类、光传输系统及网络的基本理论：光传输系统及网络基本概念 光传输系统制式及标称容量 光传输系统组成、接口参数和应用代码 光传输系统配置原则 光传输系统及局站通信系统模型 传输系统性能指标,二、系统制式与标称容量,系统制式：PDH SDH WDM 光纤类型和使用窗口 PDH:准同步数字传输系列（单纤单向）SDH：同步数字传输系列（单纤单向）WDM:波分复用系统（单纤单向）（单纤双向）单纤单向指系统收发各需1根光纤 单纤双向指系统收发合用1根光纤,PDH技术体制(我国采用欧洲体制）,北美体制 1.5Mbit/s6.3Mbit/s45Mbit/sN45Mbit/s欧洲体制 2Mbit/s8Mbit/s34Mbit/s140Mbit/s日本体制 1.5Mbit/s6.3Mbit/s32Mbit/s 100Mbit/s,二、系统制式与标称容量,PDH技术特点（1）递级复用 一次群 二次群 三次群 64Kb/s 2Mbit/s8Mbit/s34Mbit/s 四次群 五次群 140Mbit/s 565Mbit/s（2）跳级复用 2Mbit/s34Mbit/s,二、系统制式与标称容量,容量 速率 终端容量一次群 2.048Mb/s 30路（2M)二次群 8.448Mb/s 120路(4x2M)三次群 34.368Mb/s 480路(16x2M)四次群 139.264Mb/s 1920路(64x2M),二、系统制式与标称容量,二、系统制式与标称容量,PDH技术的主要缺点（1）没有国际统一的数字速率保证（2）没有国际统一的光接口规范（3）上下电路成本高，结构复杂（4）网络的运行、维护、管理能力差,二、系统制式与标称容量,以数字微处理器支持的智能网元的出现有力地支持了这种网络技术体制上的重大变革，高速大容量光纤传输技术和智能网络技术的结合，产生新的传输体制 SDH光同步传送网应运而生。,二、系统制式与标称容量,二、系统制式与标称容量,SDH具有四个标准化等级：STM-1（155Mb/s）STM-4（622Mb/s）STM-16（2.5Gb/s）STM-64（10Gb/s）,（1）功能框图：终端复用器（TM）,设备类型（TM、ADM、REG、DXC、BA/PA),二、系统制式与标称容量,（2）分插复用器(ADM),（3）交叉连接设备(DXC),（4）中继设备(REG),（5）光放大器（BA,PA）,SDH设备和光纤组成SDH传输系统,二、系统制式与标称容量,优点：SDH速率和光接口统一；本厂家管理能力强；上下电路方便 缺点：字节开销多、带宽利用率不如PDH；大量的软件控制，产生软件故障；不同厂家设备不能实现统一网络管理。,相对于PDH系统,SDH具有以下特点：,二、系统制式与标称容量,WDM（波分复用）波分复用原理 波分复用是一种采用波分复用器（合波器）在发送端将不同规定波长的信号光载波合并起来并送入一根光纤进行传输.在接收端再由另一波分复用器（分波器）将这些不同信号的光载波分开的复用方式.波分复用特点 容量大、资源省、网络稳定、易于扩容 系统容量 8x2.5Gb/s 16x2.5Gb/s 32x2.5Gb/s 32/40 10Gb/s 80 x10Gb/s,二、系统制式与标称容量,二、系统制式与标称容量,WDM与TDM的区别,主要部件 1、波长转换器（OTU）2、光合波器（OM）/光分波器（OD）3、光纤放大器：功率放大器（BA）预放大器（PA）线路放大器（LA）,lN,l2,l1,lN,l2,l1,lN,l2,l1,光复用器,光解复用器,光纤放大器,部件作用（1）光合波器（OM）的作用：把具有标称波长的各复用通道光信号合成为一束光波，然后输入到光纤中进行传输。即对光波起复用作用。（2）光分波器（OD）的作用：把来自光纤的光波分解成具有原标称波长的各复用光通道信号，然后分别输入到相应的各光通路接收机中。即对光波起解复用作用。,（3）波长转换器（OTU）的作用 a、波长转换 b、3R功能,（4）光纤放大器的作用 对复用后的光信号进行放大 a、功率放大器（BA）：用于提高系统光功率 b、预放大器（PA）：用于提高系统的灵敏度 c、线路放大器（LA）：用在光纤线路中间站放大光信号，可补充光纤损耗，延长中继长度,光纤类型和使用窗口 总体要求：光纤类型必须符合ITU-T(国际电信联盟电信标准）相关建议 和我国国家及行业标准 光纤类型和使用窗口的选择 光纤类型目前主要选用G.652和G.655光纤 G.655光纤主要适用长途网 干线光缆中不宜混合使用多种类型的光纤 使用窗口：C波段(1530-1565nm)和L波段(1565-1625nm),二、系统制式与标称容量,主要内容,、传输系统的定位及分类、光传输系统及网络的基本理论：光传输系统及网络基本概念 光传输系统制式及标称容量 光传输系统组成、接口参数和应用代码 光传输系统配置原则 光传输系统及局站通信系统模型 传输系统性能指标,传输系统主要由光纤和传输设备组成 依据传输系统（单纤或双纤）所承载的光通路数量，分为多通路的WDM及单通路的TDM传输系统,三、光传输系统组成、接口参数和应用代码,WDM系统主要由OTM(终端型WDM设备）、OADM（光分插复用设备）、OLA（光线路放大设备）三种网元设备组成。,三、光传输系统组成、接口参数和应用代码,SDH系统由DXC(数字交叉连接设备）、TM（终端复用器）、ADM（分插复用器）REG（再生器）和OA（光放大器）组成,SDH系统构成示意图,三、光传输系统组成、接口参数和应用代码,链型环形,ADM,ADM,REG,ADM,ADM,ADM,ADM,OA,三、光传输系统组成、接口参数和应用代码,网络拓扑结构,网状型（MESH）,六、光传输系统组成、接口参数和应用代码,网络拓扑结构,星型,SDH传输系统分为无光放和有光放两种光接口 无光放的光接口：图中S点是紧接着发送机（TX)的活动连接器(CTX)后的参考点；R点是紧接着接收机（RX)的活动连接器(CRX)前的参考点。,三、光传输系统组成、接口参数和应用代码,有光放的光接口：图中MPI-S点是主通道的发送端 MPI-R点是主通道的接收端,光接口位置,S1-Sn通路1n在发送机光输出连接器处光纤上的参考点；Rm1-Rmn通路1n在OA/OM的光输入连接器处光纤上的参考点MPI-S点是OA/OM光输出连接器后面光纤上的参考点S线路光放大器的光输出连接器后面光纤上的参考点R线路光放大器的光输入连接器后面光纤上的参考点MPI-R点是OA/OD光输入连接器前面光纤上的参考点Sd1-Sdn是OA/OD光输出连接器处的参考点R1-Rn点是紧接着接收机（RX)的活动连接器前的参考点。,WDM光接口,SDH传输系统光接口的分类 不同种类的光接口用不同的代码来表示，代码由一个字母和两个数字组成。第一个字母表示应用场合和传输距离；第一个数字表示STM-N的等级；第二个数字表示光纤的类型。,三、光传输系统组成、接口参数和应用代码,光接口的分类Xm.n 第一位字母含义如下：I表示局内通信；S表示局间短距离通信；L表示局间长距离通信；V表示局间很长距离通信；U表示局间超长距离通信；VSR表示距离不超过600米的通信。,光接口的分类 Xm.n 第1位数字m含义如下：1表示STM-1；4表示STM-4；16表示STM-16；64表示STM-64；256表示STM-256。,光接口的分类 Xm.n 第2位数字n表示工作窗口和所用光纤类型.1表示工作波长为1310nm,光纤G.652.2表示工作波长为1550nm,光纤G.652.3表示工作波长为1550nm,光纤G.653.5表示工作波长为1550nm,光纤G.655,例1：S-1.1S表示短距离局间通信第一位数字“1”表示STM-1第二位数字“1”表示工作波长1310nm,所用光纤为G.652例2：L-16.2L表示长距离局间通信第一位数字“16”表示STM-16第二位数字“2”表示工作波长1550nm,所用光纤为G.652,SDH光接口选用原则：局内传输宜选用I接口 短距离局间传输宜选用S接口 长距离局间传输应选用L接口 超长距离局间传输应选用V或U接口 考虑备品、备件的配置及方便维护，光接口类型的选用不宜过多,三、光传输系统组成、接口参数和应用代码,电接口 电接口只适用于2Mb/s和STM-1等级，所用传输电缆只能为同轴电缆，其时网络单元之间的最大传输距离为70米。对于更高的速率，由于技术经济方面的原因，不再提供电接口。,三、光传输系统组成、接口参数和应用代码,WDM光接口应用代码：,nwx-y.zn：最大波长数目w：区段距离 L：长距离（80km）V：甚长距离（120km）U：超长距离（160km）x：应用代码允许的最大中继 间隔的数目y：波长信号的最大比特数（STM等级）z：光纤类型 2代表 G.652光纤 5代表G.655光纤,三、光传输系统组成、接口参数和应用代码,例如：16L8-16.2“16”表示16通路，合分波数量“L”表示长距离间隔，目标距离80KM“8”表示8个光放段“16”表示波长信号的比特率为STM-16（2.5Gb/s）“2”表示采用G.652光纤,WDM光接口应用代码：,有线路放大器线路系统的应用代码,三、光传输系统组成、接口参数和应用代码,主要内容,、传输系统的定位及分类、光传输系统及网络的基本理论：光传输系统及网络基本概念 光传输系统制式及标称容量 光传输系统组成、接口参数和应用代码 光传输系统配置原则 光传输系统及局站通信系统模型 传输系统性能指标,光纤芯数的配置：主要根据业务需求、并考虑网络冗余要求，预期的系统制式、系统配置数量、网络可靠性及新业务发展需要等因素分段配置，并留有适当余量。传输系统容量的确定：1、业务预测为依据，适度超前为原则。充分考虑原有通信网的利用，且满足网络冗余要求。2、当配置两个以上较低速率的SDH传输系统时，应论证选用较高速率SDH传输系统或波分系统的可行性。3、系统制式及系统速率应结合光纤资源和光纤技术条件综合考虑。,四、光传输系统配置原则,中继站距的确定：具有两种方法：最坏值法和联合设计法 最坏值法：设计再生段距离时，所有参数均采用寿命期中最坏值，而不管其具体分布如何，这是传输系统设计的基本方法。缺点：各项参数同时出现最坏值的概率较小，正常情况下，系统具有较大的富裕量，设计便于保守，提高了系统成本。联合设计法：特殊情况下采用联合设计法：例如：建站和电源条件不满足，可能需要较长的再生段距离；功率预算时，中继距离与计算结果相差不远。设计者要考虑需保证的参数，与设备供应商共同确定现实可行的方案，增加发送功率或提高接收机灵敏度。,四、光传输系统配置原则,SDH系统再生段长度的计算,SDH衰减受限系统最坏值再生段距离可用下式计算（1）长途网（2）本地网 L 衰减受限再生段长度（km）；Ps S（MPI-S）点寿命终了时的光发送功率（dBm）；Pr R（MPI-R）点寿命终了时的光接收灵敏度（dBm），BER10-12 Pp 最大光通道代价（dB）；Ac S（MPI-S），R（MPI-R）点间活动连接器损耗和（dB）；Af 光纤平均衰减系数（dB/km）；As 光纤固定熔接接头平均损耗（dB/km）；Mc 光缆富余度，注意两个公式中的取值单位（dB/km和dB）。,衰减范围的限制,确定中继距离时还需考虑衰减范围的最小值。衰减范围的确定：上限值（衰减范围的最大值）=最小发送功率最差接收机灵敏度最大光通道代价 下限值（衰减范围的最小值）=最大发送功率接收机动态范围所允许的最小过载点 中继段允许的实际衰减值应大于衰减范围的最小值。具体计算：衰减值=L（Af+As）+Ac 当衰减值达不到衰减范围的最小值时，可加光衰耗器，以满足要求。,SDH色散受限系统实际可达再生段距离可用下式计算 L 色散受限再生段长度（km）；Dmax S（MPI-S），R（MPI-R）点设备允许的最大总色散值（ps/nm）；D 光纤色散系数（ps/nmkm）。注意：请注意和衰减共同确定中继距离,PMD受限 对于10Gb/s及以上系统，要考虑PMD因素的影响；PMD系数是由光纤本身决定的，可以由光纤厂家提供或者采用实测值。根据PMD系数或者实测到光缆线路的DGD，核算系统是否能满足开通要求。,WDM光放段、再生段长度的计算,光放段按等增益设计光放段的长度：,G光放大器增益（dB）Ac S（MPI-S），R（MPI-R）点间活动连接器损耗和（dB）af光纤平均衰减系数（dB/Km）as光纤固定熔接接头平均损耗（dB/km）Mc 光缆富余度（dB/km）光缆衰减小于光放大器的增益较多时，则用光衰减器进行补偿,再生段长度的确定,再生段的长度与容许的光放段数量应满足色散和信噪比的要求色散：6400ps/nm、12800ps/nm两档 G.652光纤320Km,640Km G.655光纤1066Km,2133Km,Po单波道输出功率（dBm）Nf放大器的噪声系数G光放段增益（dB）OSNR单波道信噪比（dBm）58综合系数,段数：,光信噪比计算（1）简易信噪比计算方法,OSNRN=58Pout/MNfAspan-10logN,单波速率2.5Gb/s OSNRN22dB(20dB)10Gb/s OSNRN25dB(20dB),OSNRN：N个光放段后的每通路的光信噪比（dB）M：通路数量 Pout/M：每通路的平均输出功率（dBm）Nf：光放大器的噪声系数 Aspan：最大光放段损耗（dB）N：光放段个数,（2）规则设计法（固定衰耗法）：利用色散受限及保证系统信噪比的衰耗受限，取其最小值。此方法适用于各段落比较均匀的情况。（3）专用系统计算工具计算：在上述两种方法均不能满足OSNR的情况下，要采用专用系统计算工具计算OSNR来确定。上述三种计算方法都应在工程实施前通过模拟仿真系统来验证。,总结,主要内容,、传输系统的定位及分类、光传输系统及网络的基本理论：光传输系统及网络基本概念 光传输系统制式及标称容量 光传输系统组成、接口参数和应用代码 光传输系统配置原则 光传输系统及局站通信系统模型 传输系统性能指标,五、光传输系统及局站通信系统模型,国际最长HRP(27500km),我国国内标准最长HRP(6900Km),五、光传输系统及局站通信系统模型,假设参考数字段HRDS,七、光传输系统及局站通信系统模型,基站传输通信系统 主要由SDH设备、光纤分配单元、数字分配单元组成。155Mb/s、622Mb/s和2.5Gb/s光信号均终端于光纤配线单元，2Mb/s和155Mb/s电信号终端于数字配线单元。,五、光传输系统及局站通信系统模型,基站通信系统,交换中心传输通信系统 交换中心传输系统主要由WDM、SDH设备、光纤配线架、数字配线架组成。WDM和2.5Gb/s光信号均终端于光纤配线架，2Mb/s和155Mb/s电信号终端于数字配线架。,交换中心传输通信系统,交换中心传输通信系统,主要内容,、传输系统的定位及分类、光传输系统及网络的基本理论：光传输系统及网络基本概念 光传输系统制式及标称容量 光传输系统组成、接口参数和应用代码 光传输系统配置原则 光传输系统及局站通信系统模型 传输系统性能指标,误码 抖动 漂移 延时 可靠性和可用性,六、系统主要性能指标,误码性能指标 参考数字段为50Km，280Km，420Km，6800Km；短期系统指标：ES,SES（15分钟、2小时、24小时）长期系统指标：ESR,SESR,BBER（不少于1个月）,六、系统主要性能指标,六、系统主要性能指标,抖动性能抖动的概念与指标参数 抖动容限（Jitter Tolerance）输出抖动（Output Jitter）抖动传递特性（Jitter Transfer Function）去映射抖动（Demapping Jitter/SDH）结合抖动（Point Adjustment Jitter/SDH）,1.抖动的概念 数字信号的各有效瞬间相对其理想时间位置的短时间偏移,一般抖动频率f10HZ。2.抖动的分类 相位抖动 定时抖动3.抖动的来源（1）线路系统的抖动 随即性的抖动 系统性抖动（2）复用器的抖动 PDH复用器的抖动 SDH复用器的抖动,六、系统主要性能指标,漂移1.漂移的概念 数字信号的各有效瞬间相对其理想时刻位置的长时间偏移，一般抖动频率f10HZ。2、指标 在SDH网络中任何STM-N接口上的漂移限值以最大时间间隔误差（MTIE)来规范，符合相关标准的要求。,六、系统主要性能指标,延时延时的概念 数字信号以群速通过一个数字连接所经历的时间。2.延时的产生 传输系统 NNI&NE SDH,八、系统主要性能指标,可靠性与可用性1.可靠性表示方法 R=exp(-t)=exp(-t/MTBF)MTBF：两次故障之间的平均时间，单位：小时；R：表示无故障工作t小时的概率；：故障率,=1/MTBF,单位为菲特（Fit）；1 Fit=10E-9/hour。N个部分串联而成，它们总的故障率是线性相加的。如光连接器:=100 Fit，MTBF=1/=10E+7小时，对于长途干线，MTBF3个月。,六、系统主要性能指标,可用性表示方法 MTBF（Mean time between failure）：两次故障之间的平均时间，单位：小时。MTTR（Mean time to repaire）：平均修复时间。单位：小时。失效率（F）：F=MTTR/（MTBF+MTTR）可用性（A）：A=1-F,六、系统主要性能指标,1、YD/T 5024-2005SDH本地网光缆传输工程设计规范 2、YD/T 5095-2000SDH长途光缆传输工程设计规范 3、YD/T 5044-2005SDH长途光缆传输系统工程验收规范 4、YD/T 5149-2006 SDH本地网光缆传输工程验收规范 5、YD/T 5092-2005长途光缆波分复用(WDM）传输系统工程设计规范 6、YD/T 5122-2005长途光缆波分复用（WDM）传输系统工程验收规范 7、光网络系统、器件与联网技术 韦乐平、张成良编著 人民邮电出版社2006年 8、光同步数字传送网（修订本）韦乐平编著 人民邮电出版社 1998年 9、WDM技术与应用徐宁榕、周春燕编著 人民邮电出版社 2002年 10、本地传输网工程设计及长途WDM工程设计相关设计文件,参考文献及书籍,第一讲结束,回 顾！问 题？,