数字光纤通信系统.ppt

主讲：成纯富,湖北工业大学理学院光信教研室,光纤通信系统,本章内容,同步数字体系的产生,一、准同步数字体系(PDHSynchronous Digtal Hierachy)准同步数字体系(PDH)复接特点：1、在将用户来的话路复接为一次群(例如30路)时，各话路是在同一个时钟系统的控制下进行复接的，即采用的是同步复接方式 2、PDH在复接为高次群(第二、三、四等)时，则是采取异步复接方式。异步复接又称为准同步复接。3、由于参与复接的各支路码流，可能来自不同的设备，而这些设备又各有各的主时钟，于是在复接前要进行码速调整，把参与复接的各支路码流调整为同步码流，然后实施复接。,PDH的固有缺点,1、存在互为独立的三大数字系列，使国际间的互通存在 困难。2、无统一的光接口，使各厂家的产品互不兼容。3、复用结构复杂，缺乏灵活的上下话路的调度能力。4、网管通信带宽严重不足，给建立集中式电信管理网带 来困难。5、网络结构缺乏灵活性，无法提供最佳的路由选择。,图 5.1 SDH传输网的典型拓扑结构,TM,ADM,DXC,ADM,TM,TM,TM,ADM,DXC,ADM,TM,SDH传输网,SDH传输网由SDH终接设备(或称SDH终端复用器TM)、分插复用设备ADM、数字交叉连接设备DXC等网络单元以及连接它们的(光纤)物理链路构成。,SDH不仅适合于点对点传输，而且适合于多点之间的网络传输,SDH终端的主要功能是：复接/分接和提供业务适配 SDH终端的复接/分接功能主要由TM设备完成。,SDH传输网,ADM是一种特殊的复用器它利用分接功能将输入信号 所承载的信息分成两部分：一部分直接转发 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分合成输出,ADM（分插复用设备）,DXC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。,1:m,1:m,m:1,m:1,复接,交叉连接矩阵,分接,配置管理,图5.2(c)SDH传输网络单元数字交叉连接设备DXC,DXC（数字交叉连接设备）,图 5.3(a)传输通道的结构传输通道连接模型,通过DXC的交叉连接作用，在SDH传输网内可提供许多 条传输通道。每个通道(Path)由一个或多个复接段(Line)构成，而每一 复接段又由若干个再生段(Section)串接而成。,SDH传输网的连接模型,再生中继器,图 5.3(b)传输通道的结构分层结构,SDH传输网的分层结构,通道(Path)；复接段(Line)；再生段(Section),SDH网的优点,1）SDH网络是由一系列SDH网元（NE）组成的，它是一个可在 光纤或微波、卫星上进行同步信息传输、复用和交叉连接 的网络。2）具有全世界统一的网络节点接口（NNI）。3）有一套标准化的信息结构等级，称为同步传输模块STM-N4）帧结构是块状的，在帧结构中安排了丰富的管理比特，大 大增加了网络的维护管理能力。5）有一套特殊的复用结构，采用数字同步复用技术，无需码速调整，可以兼容PDH的不同传输速率，而且还可以容纳宽带综合业务数字网（B-IS-DN）信号，因而具有广泛的适应性。,SDH网的缺点,1、SDH的频带利用率不如PDH。2、SDH中采用的指针调整技术将产生相位跃变，导致低 频抖动和漂移。3、软件故障或计算机病毒，将会导致全网瘫痪。,SDH技术与PDH技术的主要区别,主要区别用铁路运输类比一下的话，PDH技术如同散装列车，各种货物(业务)堆在车厢内，若想把某一包特定货物(某一项传输业务)在某一站取下，即需把车上的所有货物先全部卸下，找到你所需要的货物，然后再把剩下的货物及该站新装货物一一堆到车上，运走。因此，PDH技术在凡是需上下电路的地方都需要配备大量各次群的复接设备。SDH技术就好比集装箱列车，各种货物(业务)贴上标签(各种开销：Overhead)后装入集装箱。然后小箱子装入大箱子，一级套一级，这样通过各级标签，就可以在高速行驶的列车上准确地将某一包货物取下，而不需将整个列车“翻箱倒柜”(通过标签可准确地知道某一包货物在第几车厢及第几级箱子内)，因此，只有在SDH中，才可以实现简单地上下电路。因此，可以肯定地说，信息高速公路将基本上由SDH设备构成，只有同高速公路相连的支路、叉路将仍保留部分PDH设备。,SDH的速率,同步数字体系(SDH)传输网中的信号是以同步传输模块(STM)的 形式来传输的。STM具有一套标准化的结构等级STM-N(N1，4，16，64)。特点：一是同步传输；二是以模块化形式传输。,码速率STM-1155.520Mbit/sSTM-4622.080Mbit/sSTM-16 2 488.320Mbit/sSTM-64 9 953.280Mbit/s,SDH的帧结构,一帧,一帧,1、帧结构的形式：SDH的信号在一帧、一帧地向左传输。,2、帧结构：采用以字节结构为基础的块状形式。,3、帧结构的解释,1)行在SDH帧结构中指沿帧结构横方向，一帧中共有9行。2)列在SDH帧结构中指沿帧结构纵方向，对于STMN等级,一帧中共有：270 xN列,整个帧结构分为三个区域：段开销（SOH）区、信息净负荷区和管理单元指针(AU-PTR),3)字节:SDH的帧结构是以字节为基础的，一个字节8比特。,4)、帧长：指SDH一帧中有多少个字节。例:STM-N的字节=(270 xN)x9个字节,5)、一帧比特数:STM-l一帧比特数2709819440 STM-N一帧比特数19440N,6)、一帧传输时间：任何等级的STM传输一帧所用的时间均为 125s，这是SDH的一个特点。,7)、码速率。以STM-1为例,8)、传送顺序：从左到右，从上到下。,2)、信息净负荷(Paykad)区域：是指在帧结构中存放等待传输的 各种业务信息的地方。以STM-N为例，它的范围是：列:10 x N270N；行：19 字节字节数：（261N)x9(Nl，4，16，64),段开销(SOH),开销：是指在网络节点的信息码流中扣除信息净负荷后的字节，用作网络的运行、维护和管理。由于不是信息净负荷，从 这种角度上来看，它们是一种额外的开支，故称为开销。段开销：分为再生段开销(RSOH)和复用段开销(MSOH)。段开销的区域：占帧结构左侧l9N列中13行和59。段开销比特数(3十5)N98576N bit每帧传翰时间125s，即每秒可传：1/125lO-68000帧若以STM-1为例，则每秒可用于段开销比特数为 57680004608Mbit,4)、管理单元指针(AUPTR)，占帧结构左侧l9N列第4行的区域。AUPTR这组码所对应的值与信息在信息净负荷区域中的位置(位置被编了号)相对应。这样，使得接收端能准确地从信息净负荷区中分离出信息净负荷来。AUPTR还可用于频率调整以便实现网络各支路同步工作。,传统复用方法：正码速调整法和固定位置映射法,复用原理,正码速调整法：码速调整后的速率高于调整前的速率。优点：容许被复接的支路信号有较大的 频率误差；缺点：复接与分接相当困难，不能直接复用，要逐级进行,固定位置映射法是让低速支路信号在高速信号帧中占用 固定的位置。优点：复接和分接容易实现 缺点：相对相位不可能对准，并会随时间而变化。,SDH采用载荷指针技术,结合了正码速调整法和固定 位置映射法的优点，付出的代价是要对指针进行处理。,SDH的复用映射结构,主要步骤是：映射、定位、复用。我国目前采用的复用结构是以2Mbit/s系列PDH信号为基础的，通常采用2Mbit/s和140Mbit/s支路接口。,图中各符号说明,1、容器C：是一种信息结构,用来装载各种速率的业务信号。参与SDH复用的各种速率的业务信号都应首先通过码速率调整 等适配“技术“装进”一个合适的标准容器。已“装载”完成的标准容器又将作为后面的虚容器VC的净负荷。,2、虚容器VC:由容器C输出的信息净负荷和通道开销POH来组成 即 VC-nC-n十VC-nPOH 这种过程称为映射主要支持SDH通道层连接。VC的输出作为后面单元(TU或AU)的信息净负荷。除非在VC的组合及分解点外，VC在SDH的传送过程中作为一个独 立体在通道中任一点取出和插入，不分解。VC的包封速率与SDH网络是同步的。虚容器VC又分为：低阶VC：VC12，VC3。高阶VC：VC4。,3、支路单元TU(Tributary Unit)是一种提供低阶通道层和高阶通道层之间适匹的信息结构。支路单元TU由VC和一个相应的支路单元指针来构成，即 TU-nVC-n十TU-nPTR 这种支路单元为支路的信息载入高阶虚容器作准备,并且通过它 的指针来指示出这个虚容器在高一阶虚容器中的位置。这种在净负荷中对虚容器位置的安排称为定位。4、支路单元组TUG:由一个或多个在高阶VC净负荷中固定地占有规定位置的支路单元组成。例如:TUG-2=3x(TU-12);TUG-3l(TU-3)这种TU经TUG到高阶VC以及后面从AU到STM-N的过程称为复用。复用的方法是字节间插。,5、管理单元AU：是提供高阶通道层和复用段层之间适匹的信息结构。由一个相应的高阶VC和一个相应的管理单元指针构成。即:AU-n=VC-n十(AU-nPTR)管理单元指针AU-PTR的作用是用来指示这个相应的高 阶VC在STM-N内的位置。6、管理单元组AUG：由一个或多个在STM帧内占据固定位置的管理单元按字节错间插方式组成。7、同步传输模块STM-N AUG十SOH(段开销)STM-1 由N个STMI可同步复用为STMN。,映射、定位、复用过程举例,以PDH2.048Mbit/s映射、定位、复接为STMl为例进行说明。(1)首先数字信号2.048Mbit/s进入容器C12进行码速调整，变为2.224Mbits(2)2.224Mbits信号进入虚容器VC-12，加入POH(通道开销)变为2.240Mbits(3)上述信号2.240 Mbits进入支路单元TU12在这里加入指针变为2.304Mit/s。(4)三个2.304Mbits复接为支路单元组(TUG-2),变为32.304 6.912Mbit/s,(5)7个(TUG2)复接为TUG3，即 7X 6.91248.384Mbits(6)3个(TUG-3)加上路开销(POH)被划入VC-4变为150.336Mbits(7)VC-4加PTR(指针)变为AU4(管理单元)，即 150.336十0.576150.912Mbits8)将单个AU-4直接置入AUG。即 150.912Xl150.912Mbits9)将N个AUG经字节间插加上SOH(段开销)变为STMN。若Nl，即150912xl十4.608155.520Mbits,映射,定位,数字交叉连接设备,DXC相当于一种自动的数字电路配线架。核心部分是可控的交叉连接开关(空分或时分)矩阵。一般每个输入信号被分接为m个并行支路信号，然后通过时分(或空分)交换网络，按照预先存放的交叉连接图或动态计算的交叉连接图对这些电路进行重新编排，最后将重新编排后的信号复接成高速信号输出。,(1)DXC 的输入输出是由许多话路组成的群路(2)两者都能提供动态的通道连接，但连接特性是不同的。交叉连接设备：按大量用户的集合业务量的变化及网络的 故障状况来改变连接，由网管系统配置；交换机：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。,交叉连接设备与交换机的区别,DXC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：（1）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速提供可用路由；（2）为临时性重要事件迅速提供通信电路；当网络发生故障(如某些干线中断)时，能迅速提供网络的重新配置；（3）根据业务流量的季节变化使网络配置最佳化；当网络中混合使用PDH和SDH时，可作为PDH与SDH的网关。,SDH可用于点对点传输(图5.8)、链形网(图5.9)和环形网(图5.10)。,5.SDH的应用,图 5.8 SDH用于点对点传输,SDH,TM,SDH,TM,STM-N,图 5.9 SDH链形网,SDH,TM,SDH,TM,SDH,ADM,(,n,N,),图 5.10 SDH环形网(双环),SDH,ADM,SDH,ADM,SDH,ADM,SDH,ADM,SDH环形网的一个突出优点是具有“自愈”能力。,图 5.11 标准数字假设参考连接HRX,HRX由各级交换中心和许多假设参考数字链路(HRDL)组成 最长的标准数字HRX为27 500 km 任何参数的总性能逐级分配后应符合用户的要求,5.2.1 参考模型,图 5.12 假设参考数字段HRDS,5.2.1 参考模型,假设参考数字链路由许多假设参考数字段(HRDS)组成,建议中用于长途传输的HRDS长度为280 km,用于市话中继的HRDS长度为50 km,1.误码率(BER)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息受到损害的程度。,5.2.2 系统的主要性能指标,图 5.13 误码率随时间的变化,在连续10 s时间内，BER劣于110-3，为“不可用时间”，或称系统处于故障状态；故障排除后,在连续10 s时间内，BER优于110-3，为“可用时间”。,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,劣化分(DM)误码率为110-6时，感觉不到干扰的影响，选为BERth。每次通话时间平均35 min,选择取样时间T0为 1 min是合适的。监测时间以较长为好，选择TL为1个月。定义误码率劣于 110-6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)选择监测时间TL为1个月，取样时间T0为1 s。定义误码率劣于 110-3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%。,三种误码率参数和指标,误码秒(ES)选择监测时间TL为1个月，取样时间T0为1s，误码率门限值BERth=0。定义凡是出现误码(即使只有1 bit)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%。,抖动是数字信号传输过程中产生的一种瞬时不稳定现象。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。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)。,2.抖动,图 5.15 抖动示意图,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频干扰，其频率一 般为02 kHz。抖动严重时，使得信号失真、误码率增大。完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。,光纤通信系统各次群输入口对抖动容限的要求如表 5.6所示 全程各次群输出口对抖动容限的要求如表5.7所示,抖动,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：,(1)可靠性R和故障率。,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。的单位为10-9/h,称为菲特(fit),1 fit等于在109 h内发生一次故障的概率。,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.,可靠性,(3)可用率A和失效率PF。可用率A是在规定时间内，系统处于良好工作状态的概率，它可以表示为：,（5.3）,(5.4),式中MTTR为平均故障修复时间(不可用时间)。,(2)故障率 和平均故障间隔时间MTBF。两者的关系为,可靠性,失效率PF可以表示为：,PF=(5.7)式中m和n分别为主用系统数和备用系统数，P=MTTR/MTBF。,（5.5）,由式(5.4)和式(5.5)得到 PF=(1-A)100%(5.6),在有备用系统的情况下，失效率为：,可靠性,2.可靠性指标 根据国家标准的规定，具有主备用系统自动倒换功能的数字光缆通信系统，容许5000 km双向全程每年4次全阻故障，对应于420 km和280 km数字段双向全程分别约为每3年1次和每5年1次全阻故障。市内数字光缆通信系统的假设参考数字链路长为100 km,容许双向全程每年4次全阻故障，对应于50 km数字段双向全程每半年1次全阻故障。此外，要求LD光源寿命大于10104 h,PIN-FET寿命大于50104 h,APD寿命大于50104 h。,可靠性,根据上述标准，以5000 km为基准，按长度平均分配给各种数字段长度，相应的全年指标如表5.8所示，假设平均故障修复时间MTTR=6 h。,可靠性,5.3 系 统 的 设计,数字光纤通信系统设计的主要任务:根据用户对传输距离和传输容量(话路数或比特率)及其分布的要求，按照国家相关的技术标准和当前设备的技术水平，经过综合考虑和反复计算。选择最佳路由和局站设置、传输体制和传输速率以及光纤光缆和光端机的基本参数和性能指标，以使系统的实施达到最佳的性能价格比。,光纤通信系统结构,光纤通信系统的主要组成单元：光纤光器件光发送机光接收机光放大器根据光纤系统的应用可分为点到点连接广播和分配网局域网,Rx,Tx,Rx,Rx,Tx,Tx,再生器,Rx,Tx,A,A,放大器,采用再生器和光放大器作为周期性损耗补偿的点到点连接,再生器,放大器,光发送机,光发送机,光接收机,光接收机,点到点的传输系统,光-电-光中继：实际上是一个接收机一个发送机对，它将检测到的微弱变形光信号，变为电信号，经放大整形后变成规则的电比特流，再调制光发送机，恢复原光比特流继续沿光纤传输。,光放大器：将接收到的微弱光比特流信号直接放大而不需将其转换为电信号。光放大器不能无限制级联，因为色散导致的脉冲畸变最终限制了系统的性能。光-电-光再生中继则不存在这种问题。,0.85m,SIF光纤，fbL0.011=0.01(Gb/s)km 0.85m,GIF光纤，fbL0.120=2.0(Gb/s)km 1.31m,SMF光纤，fbL1125=125(Gb/s)km 1.55m,SMF光纤，fbL275=150(Gb/s)km 1.55m,DSF光纤，fbL2080=1600(Gb/s)km,点到点的传输系统,利用光纤的低损耗、宽带宽特点性能指标：中继距离和传输速率的乘积即带宽距离积 BLfbL(Gb/s)km BL积与光纤损耗和色散特性有关，而光纤特性 又与波长有关，所以BL积与波长有关。,图 5.20 各种光纤的中继距离和传输速率的关系(实线为损耗限制系统，虚线为色散限制系统),中继距离和传输速率,中继距离受光纤线路损耗和色散(带宽)的限制，明显随传输速率的增加而减小。中继距离和传输速率乘积(即BL)反映着光纤通信系统的技术水平。,设计问题,中继距离的选取：在级联的EDFA系统中，ASE噪声（放大的自发辐射噪声）积累问题是关键所在，设计的关键在于如何设置EDFA的放大间隔使接收端的OSNR（光信噪比）满足要求色散补偿技术：色散补偿方案的选择及设计光纤非线性的避免,统计法(所有参数都是统计定义)半统计法(只有某些参数是统计定义)最坏情况法(参数完全已知)采用最坏情况设计法，设计的可靠性为100%，但要牺牲可能达到的最大长度。中继距离受光纤线路损耗和色散(带宽)的限制，明显随传输速率的增加而减小。中继距离和传输速率乘积(即BL)反映着光纤通信系统的技术水平。,中继距离的设计方法三种：,1300,1550,850,紫外吸收,红外吸收,瑞利散射,0.2,2.5,损 耗(dB/km),波 长(nm),OH离子吸收峰,光纤的损耗谱特性,中继距离受损耗的限制,如果系统传输速率较低，光纤损耗系数较大，中继距离主要受光纤线路损耗的限制。在这种情况下，要求S和R两点之间光纤线路总损耗必须不超过系统的总功率衰减，即,Pt 平均发射光功率(dBm),LD:-3-9dBm,LED:-20-25 dBm；Pr接收灵敏度(dBm)，取决于PD 和前置放大器类型，随BER和fb变化；c 连接器损耗(dB/对)，一般为0.31(dB/对)；Me 系统余量(dB),时间环境变化Pt和Pr,连接器,Me3 dB;af光纤损耗系数(dB/km),单模光纤1310 nm处为0.40.45 dB/km,在1550 nm处为0.220.25 dB/km；as每km光纤平均接头损耗(dB/km),0.05 dB/个；am每km光纤线路损耗余量(dB/km),一般为0.10.2(dB/km),但一个中继段总余量不超过5 dB。,或,中继距离受损耗的限制,1、已知某光纤通信系统的光发送机光源的入纤功率为2mW，光纤损耗为0.5dB/km，光纤平均接头损耗为0.1dB/km，光接收机最大允许输入光功率为32W,光接收机的动态范围可达19dB，系统富余度7dB。试核算在无中继传输距离分别为15km、40km、60km 情况下，该系统能否正常工作?,解：根据题意可得：Pmax101g(32103)15 dBm;PT101g23 dBm已知D=19 dB,0.5 dB/KM，i0.1 dB/KM，M7 dB根据动态范围的定义：D=PmaxPmin,得PminPmaxD151934 dBm由PT=Pmin+Lmax(+i)+M,得Lmax=(PTPminM)/(+i)=(3+347)/0.650 KmLmin=(PTPmaxM)/(+i)=(3+157)/0.618.3 Km18.3L50显然在无中继传输距离为40Km 的情况下，系统能正常工作；在15Km、60Km 的情况下系统不能正常工作。,2、已知某光纤通信系统的光纤损耗为0.5dB/km，全程光纤平均接头损耗为0.1dB/km，光源入纤功率为5dBm，光接收机灵敏度为0.1W，系统富余度为8dB，试求最大中继传输距离。,3、已知一光纤通信系统的接收机灵敏度为-35 dBm，光纤损耗为0.34 dB/km，全程光纤平均接头损耗为0.05 dB/km。设计要求系统富裕度为6 dB，无中继传输距离为80 km。试问在选用光发射机时，其平均发送功率最小应为多少(分别用dBm和mw两种单位表示计算结果)?,如果系统的传输速率较高，光纤线路色散较大，中继距离主要受色散(带宽)的限制。,中继距离受色散(带宽)的限制,对多模光纤系统，中继距离L为：,B11km光纤的带宽;为串接因子,=0.51,称取决于系统工作波长，光纤类型和线路长度;fb系统比特速率。,或,式中,中继距离受色散(带宽)的限制,实际的单模光纤系统，中继距离L为：,Fb是线路码速率(Mb/s),随线路码型变化;C0是光纤的色散系数,取决于工作波长附近的光纤色散特性;为光源谱线宽度(nm),对多纵模激光器(MLMLD)为rms 宽度，对单纵模激光器(SLM-LD),为峰值下降20dB的宽度;是与功率代价和光源特性有关的参数,对于MLMLD,=0.115,对于SLM-LD,=0.306。功率代价：是指由抖动、漂移和光纤色散等原因引起的系统信噪比降低导致误码增大的情况，可以通过加大发送机的发射光功率得到弥补，而增加的光功率就称为功率代价。,式中,典 型 例 题,【例】设一单模光纤通信系统的传输速率为140Mb/s，平均发射功率为-3 dBm,接收灵敏度为-42 dBm，设备余量为3 dB，连接器损耗0.3dB/对，光纤损耗系数为0.35 dB/km,光纤余量0.1 dB/km，每km光纤平均接头损耗0.03 dB/km。线路码型为5B6B,|C0|=3.0 ps/(nmkm)，=2.5 nm。试求最大中继传输距离。,解：由损耗限制的最大中继传输距离为：,由色散限制的中继传输距离为：,在工程设计中，中继距离应取74 km，中继距离主要受损耗限制。,【注意】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。,补充 光纤色散导致的信号脉冲畸 变，与光源线宽、信号啁啾、调制展宽等因素有关。直接调制系统中，光源的调 制啁啾及光纤色散导致信号 畸变。对于2.5Gb/s系统,放大器的 积累噪声成为传输距离主要 限制。对于10Gb/s系统,光纤色散 成为传输距离的主要限制。,比特率NZDSFSSMF2.5Gb/S6000km1000km10Gb/s400km60km,色散/色散斜率补偿技术,在WDM系统中，只有进行色散斜率补偿，才能保证各个信道都得到补偿。预啁啾技术（PCH）用色散补偿光纤进行色散补偿 用啁啾光纤光栅进行色散补偿,用色散补偿光纤进行色散补偿,特殊设计光纤的芯径及折射率分布，利用光纤的波导色散效应，使其零色散波长大于1550nm，即在1550nm处产生较大的负色散（-100ps/nm.km)-色散补偿光纤(DCF)。当常规光纤和DCF级联时，两者将会互相抵消。常规单模光纤在1550nm 的色散和色散斜率的典型值为：D=16.5ps/nm.km，D s=0.059ps/(nm2.km)。用相对色散斜率RD=D/D 表示色散斜率补偿,RD1=RD2 常规单模光纤的相对色散斜率RD=0.0035nm-1，所以色散补偿光纤的RD 也应为0.0035nm-1。,当满足,时，群延迟色散被补偿,当满足,时，二阶色散(色散斜率)被补偿,组合使用正、负色散系数的光纤 大的局部色散，小的平均色散,可以较好的抑制四波混频和XPM的产生,基本途径,预补偿,DCF,DCF,DCF,DCF,后补偿,大的局部色散，小的平均色散。采用后置色散补偿而不是前置色散补偿，减小 DCF的非线性效应 采用非完全补偿而不是完全补偿 在发射端进行预补偿,基本途径,光纤中的非线性光学效应对系统的影响,受激非弹性散射 受激布里渊散射(SBS)受激喇曼散射(SRS)非线性折射率 自相位调制(S PM)互相位调制(XPM)四波混频(FWM),一、SBS,特点：只有后向散射 增益带宽窄，只影响本信道功率 功率阈值与光源线宽有关，光源线宽越窄，功率阈值越低,减小SBS对系统影响的主要措施（避免）：减低入纤功率（减小中继间隔）增加光源线宽（色散限制）,二、SRS,特点：以前向散射为主，但也有后向散射 增益带宽宽（约125nm），影响其它信道功率 在WDM系统中，较高频率的信号成为所有较低频 率信号的泵浦源，频率最高的信道功率消耗最大，,减小SRS对系统影响的主要措施：减低入纤功率（减小中继间隔）减小信道间隔 减小光纤的非线性系数,三、SPM and XPM,来源：折射率对光强的依赖关系导致光场在光纤中传输引起光场的非线性相移,影响：非线性相移通过色散的作用转变为信号强度的畸变,由于色散和非线性（主要是SPM、XPM）的相互作用，色散补偿不能仅仅考虑补偿色散，非线性效应的影响必须被考虑,色散管理,本章小结,1、同步数宁体系的产生 1)同步数字体系(SDH)是在准同步数字体系(PDH)存在一系列的缺点基础上提出的一种新的技术体制。2)相对于PDH，同步数字体系有有一系列突出的优点 2、SDH的速率与帧结构 1)SDH的速率 STM1155.520Mbits STM4622.080Mbit5 STM162488.320Mbits STM649953.280Mbits 2)SDH的帧结构 SDH是块状帧结构，有9行，270 xN列。其中包括：信息净负荷区域；段开销区域；管理单元指针区域,3、SDH的复用结构和映射方法 1)构成这个复用结构的过程中，主要步骤是映射、定位、复用。2)我国目前采用的复用结构如图5.7所示。3)从PDH的2.048Mbtts映射、定位、复用为STM-1的过程 4)SDH传送网分为三层；电路层、通道层、传输媒质层。4、SDH的开销功能 1)为了网络的运行，管理等问题，在SDH帧结构中设置了开销比特 2)开销又分为段开销和通道开销，段开销又分为再生段开销(RSOH)和复用段开销(MSOH)。3)各开销区的字节功能均分别给定。5SDH指针(以AU4指针为例)1)AU4指针是指示VC4帧第一个字节在AU4净负荷中的位置。如果帧相位出现偏差，则指针值将随之作出调整。2)指针值是用10个比特构成的三进制值来表示净负荷中0-782个位置的编号。(3)当vc帧速率与AUG帧速率有差别时通过指针的调整作用使VC在帧结构中向前移或向后移来实现。,本章小结,6、SDH的关键设备复用设备和交叉连接设备 1)SDH的复用设备：终端复用器(TM)、分插复用器ADM 2)数字交叉连接器SDXC 1)SDXC的功能为：电路调度、业务汇集和疏导、保 护倒换等 2)SDXC的组成7、SDH自愈网 网络自愈是指在无需人为干涉情况下，网络能在极短时间内从失效状态恢复正常工作状态。自愈的核心是使网络具备一种可替代的传输路由。自愈网的种类：线路保护倒换、环形网保护。,本章习题选讲,1.STMN信号一帧的字节数为()A.9270N B.9261N C.9270 D.92612.对STM1信号来说，每秒可传的帧数为()A.1000 B.2000 C.4000 D.8000,3.STM4传输一帧所用的时间为()A.125s B.250s C.375sD.500s,4STM-16信号的码速率为()Mb/s A155.520 B622.080 C2 488.320 D.9 953.280,A,D,A,C,本章习题选讲,4.常用的SDH设备有：终端复用器、_和数字交叉连接设备等。,2.SDH传输网中，STM64的码速率为_。3.SDH中，信号传输的特点一是同步传输；二是_,5.准同步数字体系的帧结构中，如果没有足够的，就不能适应网络管理、运行和维护。6.传输网的基本设备应包括两类，即传输设备和。7.SDH中STM1的速率是。,1.传送一帧STM-1信号所需的时间为_。,8.在SDH帧结构中，段开销又可以分为_和复用段开销两种。,9STM-1帧结构中，管理单元指针的位于第19 N列中的第 _行10在SDH帧结构中，段开销又分为再生段开销和_ _两种。11在PDH中，我国和欧洲采用的基础速率为_。,125s,9953.280Mbit/s,以模块化形式传输,分插复用器,管理比特,网络节点,155.520Mbit/s,再生段,4,复用段,2.048Mbit/s,本章习题选讲,1.段开销开销：是指在网络节点的信息码流中扣除信息净负荷后的字节，用作网络的运行、维护和管理。由于不是信息净负荷，从这种角度上来看，它们是一种额外的开支，故称为开销段开销：分为再生段开销(RSOH)和复用段开销(MSOH)。,2.网络节点接口（NNI）:是指传输设备和网络节点间的接口。,12.在SDH传输网中，信号是以_ _的形式来传输的。13.STM-1的比特数为_。14.SDH的帧结构中，AUPTR是在左侧19N列的第_行。,3.信息净负荷区域:是指在帧结构中存放等待传输的各种 业务信息的地方。,以模块化形式传输,270X9X8=19440,4,