第5章光纖通信系統(tǒng)1第5章數(shù)字光纖通信系統(tǒng)本章內(nèi)容：

5.1通信網(wǎng)簡介

5.2兩種傳輸體質(zhì)

5.3系統(tǒng)的性能指標(biāo)

5.4系統(tǒng)的設(shè)計

25.1通信網(wǎng)簡介通信網(wǎng)：多用戶通信系統(tǒng)互連的通信體系。通信網(wǎng)的種類劃分方法：①按照所能實現(xiàn)的業(yè)務(wù)種類，通信網(wǎng)可分為：電話通信網(wǎng)，數(shù)據(jù)通信網(wǎng)，和廣播電視網(wǎng)等。②按照網(wǎng)絡(luò)所服務(wù)的范圍：通信網(wǎng)可分為本地網(wǎng)、長途網(wǎng)和國際網(wǎng)等。③按基本結(jié)構(gòu)形式，通信網(wǎng)可分為：總線形、環(huán)形、星形、網(wǎng)形和復(fù)合型五種基本結(jié)構(gòu)形式。35.1通信網(wǎng)簡介總線型結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)是一種非常典型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，它可以將多臺計算機和終端設(shè)備進行連接如圖，每個分站都有光發(fā)射和光接收部分，每個終端站與光纖之間都由光分支耦合器相連，這樣用戶可以通過光分支耦合器將各終端所要傳輸?shù)墓庑盘栺詈线M入傳輸光纖，或?qū)崿F(xiàn)由傳輸光纖中分取少量光信號的操作，從而通過一條光纖傳輸多路信號，完成各終端間的數(shù)據(jù)互通4星型結(jié)構(gòu)具有交換的功能，使之有別于總線型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖5-13所示，從圖中可以看出，它是利用點對點的光纖傳輸，將所有節(jié)點與一個中心節(jié)點實現(xiàn)互連，這個節(jié)點通常是采用星型耦合器圖5-13星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖發(fā)收發(fā)收發(fā)收發(fā)收發(fā)收發(fā)收星型指令器5.1通信網(wǎng)簡介5環(huán)形結(jié)構(gòu)在環(huán)形結(jié)構(gòu)中，是通過光纖將多個節(jié)點依次進行連接，從而構(gòu)成單個封閉的環(huán)路，如圖5-15所示。每個節(jié)點都是由轉(zhuǎn)發(fā)器組成，其具有發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的功能，這樣數(shù)據(jù)可以沿著各轉(zhuǎn)發(fā)器在環(huán)上一位位的串行傳輸圖5-15環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)節(jié)點

4321NN-15.1通信網(wǎng)簡介65.1通信網(wǎng)簡介構(gòu)成通信網(wǎng)的基本要素：終端設(shè)備、傳輸鏈路、轉(zhuǎn)接交換設(shè)備、接入部分。終端設(shè)備：通信網(wǎng)中的源點和終點。除了信源和信宿之外，還包括一部分的變換和反變換裝置。傳輸鏈路：網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的連接媒介，是信息和信號的傳輸通路。75.1通信網(wǎng)簡介轉(zhuǎn)換交換設(shè)備：現(xiàn)代通信網(wǎng)的核心。基本功能：完成接入交換點鏈路的匯集，轉(zhuǎn)接接續(xù)和分配。目前主要采用的是接續(xù)通話電路的電路交換方式，還有類似電報傳送的報文交換方式。接入部分：業(yè)務(wù)節(jié)點接口和用戶網(wǎng)絡(luò)接口之間的傳送實體，通過標(biāo)準接口將用戶接入到業(yè)務(wù)節(jié)點。85.1通信網(wǎng)簡介

作為提高線路利用率的主要手段，目前常用的多路復(fù)用技術(shù)有：頻分復(fù)用（FDM）、時分復(fù)用（TDM）、碼分復(fù)用（CDM）。FDM系統(tǒng)的傳輸線路上每路終端信號使用不同的頻率段。TDM系統(tǒng)的傳輸線路上每路終端信號使用不同的時間段。CDM系統(tǒng)的傳輸線路上每路終端信號使用不同的編碼方式，由此達到線路復(fù)用的目的。95.1通信網(wǎng)簡介

模擬信號的數(shù)字化：

對于時間上連續(xù)的信號，要實現(xiàn)時分復(fù)用，就要先將模擬信號轉(zhuǎn)換為時間上的離散信號，即：模擬信號數(shù)字化。PCM(PulseCodeModulation)：一種常用的模擬信號數(shù)字化技術(shù)。由三部分組成：發(fā)送端、信道部分、接收端。105.1通信網(wǎng)簡介

PCM基本單元完成的信號處理過程及功能：

1.抽樣：每隔一定的時間T，抽取模擬信號的一個樣值（抽樣值）。抽樣后得到的一系列在時間上離散的抽樣值稱為抽樣值序列。2.量化：將幅度連續(xù)的抽樣信號，通過四舍五入的辦法變換為幅度離散的樣值序列，這樣就能用有限位的二進制數(shù)字信號來表示信號的幅度。3.編碼和解碼：編碼是將抽樣并量化后的信號幅度值變換成一組二進制碼元。解碼是將一組二進制碼元還原成相應(yīng)信號幅度的量化值。115.1通信網(wǎng)簡介

PCM30/32系統(tǒng)：

將信道按抽樣周期T加以分割，得到的時間段成為幀，再將幀等分成M個小時間段，每個小時間段T/M稱為時隙，在一個幀內(nèi)，為每一路終端信號的編碼信息分配一個時隙，多路終端信號交替?zhèn)鬟f，就實現(xiàn)了信道的PCM復(fù)用。

根據(jù)ITU-T建議，對于語音信號（300HZ—3400HZ）的抽樣頻率為8kHZ，抽樣值量化級為256，抽樣值編碼位數(shù)為8，即單路話音PCM信號的傳輸速率為8×8k=64kbit/s。125.1通信網(wǎng)簡介

PCM基群（一次群）：

目前國際上有兩種復(fù)用制式：30/32路幀結(jié)構(gòu)和24路幀結(jié)構(gòu)。我國采用的是30/32幀路結(jié)構(gòu)方式，即每一幀占125us,分為32個時隙，一次復(fù)用后的基群復(fù)用速度為2.048Mbit/s。13圖5.16數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的組成原理圖5.1通信網(wǎng)簡介14用戶輸入的電信號是模擬信號，包括語音、圖像信號等。這些電信號在PCM端機中被轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號（A/D轉(zhuǎn)換），完成PCM編碼，并按時分復(fù)用的方式復(fù)接。PCM編碼包括抽樣、量化、編碼三個步驟。把連續(xù)的模擬信號以一定的抽樣頻率f或時間間隔T抽出瞬時的幅度值，再把這些幅度值分成有限的等級，四舍五入進行量化。將量化值二進制數(shù)表示，這樣原來的連續(xù)模擬信號就變成了離散的數(shù)字信號0和1。5.1通信網(wǎng)簡介15為了提高信道利用率，可以采用多路復(fù)用的方式在同一條信道上傳輸多路信號。目前較常用的方式是時分復(fù)用，是指不同的信號在同一個信道上占用不同的時隙。

復(fù)用又分為若干等級，先后有兩種傳輸體制。

準同步數(shù)字系列（PDH）和同步數(shù)字系列（SDH）5.2.兩種傳輸體制（PDH、SDH）16圖5.17數(shù)字信號的時分復(fù)用17PDH（PlesiochronousDigitalHierarchy）是指準同步數(shù)字體系。根據(jù)國際電報電話咨詢委員會CCITT（現(xiàn)改為國際電聯(lián)標(biāo)準化組織ITU-T）G.702建議，PDH的基群速率有兩種，即PCM30/32路系統(tǒng)和PCM24路系統(tǒng)。我國和歐洲各國采用PCM30/32路系統(tǒng)，其中每一幀的幀長是125μs，共有32個時隙（TS0～TS31），其中30個為話路（TS1～TS15和TS17～TS31），時隙TS0被用作幀同步信號的傳輸，而時隙TS16用作信令及復(fù)幀同步信號的傳輸。1、PDH數(shù)字復(fù)用體系18每個時隙包含8bit，所以每幀有8×32=256bit，碼速率為256bit×（1/125μs）=2.048Mb/s。日本和北美使用的PCM24路系統(tǒng)，基群速率為1.544Mb/s。幾個基群信號（一次群）又可以復(fù)用到二次群，幾個二次群又可復(fù)用到三次群……。表5.2是PDH各次群的標(biāo)準比特率。1、PDH數(shù)字復(fù)用體系19表5.2PDH各次群的標(biāo)準比特率20PDH可以很好地適應(yīng)傳統(tǒng)的點對點通信，但這種數(shù)字系列主要是為話音設(shè)計的，除了低次群采用同步復(fù)接外，高次群均采用異步復(fù)接，通過增加額外比特使各支路信號與復(fù)接設(shè)備同步，雖然各支路的數(shù)字信號流標(biāo)稱值相同，但它們的主時鐘是彼此獨立的。隨著信息化社會的到來，這樣的結(jié)構(gòu)已遠不能適應(yīng)現(xiàn)代通信網(wǎng)對信號寬帶化、多樣化的要求。PDH主要存在以下缺點：1、PDH數(shù)字復(fù)用體系21(1)我國和歐洲、北美、日本各自有不同的PDH數(shù)字體系，這些體系互不兼容，造成國際互通的困難。(2)PDH的高次群是異步復(fù)接，每次復(fù)接就進行一次碼速調(diào)整，因而無法直接從高次群中提取支路信息，每次插入/取出一個低次群信號（上下話路）都要逐次群的復(fù)用解復(fù)用，使得復(fù)用結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜，缺乏靈活性。1、PDH數(shù)字復(fù)用體系22(3)沒有統(tǒng)一的光接口。PDH數(shù)字體系僅僅規(guī)范了電接口的技術(shù)標(biāo)準，各廠家開發(fā)的光接口不兼容，光路互通要先轉(zhuǎn)換為電接口，因此限制了聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的靈活性，增加了網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性。(4)PDH預(yù)留的插入比特較少，使得網(wǎng)絡(luò)的運行、管理和維護（OAM）較困難，無法適應(yīng)新一代網(wǎng)絡(luò)的要求。1、PDH數(shù)字復(fù)用體系23(5)PDH體系建立在點對點傳輸?shù)幕A(chǔ)上，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較為簡單，無法提供最佳的路由選擇，使得設(shè)備利用率較低。PDH體系所存在的上述種種缺陷導(dǎo)致了一種新的數(shù)字體系——同步數(shù)字體系SDH（SynchronousDigitalHierarchy）。1、PDH數(shù)字復(fù)用體系24

SDH成為涉及比特率、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點接口、復(fù)用結(jié)構(gòu)、復(fù)用設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)管理、線路系統(tǒng)、光接口、信息模型、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等的一系列標(biāo)準，成為不僅適用于光纖，也適用于微波和衛(wèi)星傳輸?shù)耐ㄐ偶夹g(shù)體制。

2、同步數(shù)字復(fù)用體系(SDH)25

(1)SDH的主要特點如下：1)SDH統(tǒng)一的標(biāo)準傳輸速率等級，稱之為同步傳送模塊STM-N，其中第一級為STM-1，速率為155.520Mb/s。PDH互不兼容的三套體系可以在SDH的STM-1上進行兼容，實現(xiàn)了高速數(shù)字傳輸?shù)氖澜缃y(tǒng)一標(biāo)準。2、同步數(shù)字復(fù)用體系(SDH)262)SDH的幀結(jié)構(gòu)是矩形塊狀結(jié)構(gòu)，低速率支路的分布規(guī)律性極強，可以利用指針（PTR）指出其位置，一次性地直接從高速信號中取出，而不必逐級分接，這使得上下話路變得極為簡單。3)SDH幀結(jié)構(gòu)中擁有豐富的開銷比特，使得網(wǎng)絡(luò)的運行、管理、維護（OAM）能力大大增強。預(yù)留的備用字節(jié)可以進一步滿足智能化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的需要。2、同步數(shù)字復(fù)用體系274)SDH具有統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點接口，不同廠家的設(shè)備，只要應(yīng)用類別相同，就可以實現(xiàn)光路上的互通。5)SDH采用同步和靈活的復(fù)用方式，大大簡化了數(shù)字交叉連接（DXC）設(shè)備和分插復(fù)用器（ADM）的實現(xiàn)，增強了網(wǎng)絡(luò)的自愈功能，并可根據(jù)用戶的要求進行動態(tài)組網(wǎng)，便于網(wǎng)絡(luò)調(diào)度。2、同步數(shù)字復(fù)用體系286)SDH不但實現(xiàn)了PDH向SDH的過渡，還支持異步轉(zhuǎn)移模式（ATM）和寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（ISDN）業(yè)務(wù)。ATM的信元可以裝入到STM-1中，用基于SDH的網(wǎng)進行傳送。B-ISDN的UNI物理層的速率與STM-1和STM-4的速率完全一致，因而SDH能很好地支持ISDN。2、同步數(shù)字復(fù)用體系29圖5.1SDH傳輸網(wǎng)的典型拓撲結(jié)構(gòu)TMADMDXCADMTMTMTMADMSTM-nSTM-nDXCADMTMSTM-NSTM-NSTM-NSTM-NSTM-NSTM-NSTM-NSTM-nSTM-n低速信號低速信號……低速信號低速信號(n<N)30SDH終端的主要功能是：

復(fù)接/分接和提供業(yè)務(wù)適配?SDH終端的復(fù)接/分接功能主要由TM設(shè)備完成。MUXE1E1…STM-N同步復(fù)接DMXE1E1…STM-N同步分接圖5.2SDH傳輸網(wǎng)絡(luò)單元(a)終端復(fù)用器TM；31

?ADM是一種特殊的復(fù)用器它利用分接功能將輸入信號所承載的信息分成兩部分：

?一部分直接轉(zhuǎn)發(fā)

?一部分卸下給本地用戶然后信息又通過復(fù)接功能將轉(zhuǎn)發(fā)部分和本地上送的部分合成輸出DMXMUX中繼線STM-N中繼線STM-NAddSTM-n分接復(fù)接DropSTM-n本地圖5.2(b)SDH傳輸網(wǎng)絡(luò)單元分插復(fù)用設(shè)備ADM(Add/DropMultiplexer)32

?

DXC類似于交換機，它一般有多個輸入和多個輸出，通過適當(dāng)配置可提供不同的端到端連接。1:m1:m…m:1m:1復(fù)接交叉連接矩陣分接1n1n配置管理圖5.2(c)SDH傳輸網(wǎng)絡(luò)單元數(shù)字交叉連接設(shè)備DXC33

圖5.3(a)傳輸通道的結(jié)構(gòu)傳輸通道連接模型通道終接設(shè)備線路終接設(shè)備TMADM/DXC再生段Section再生段再生段線路終接設(shè)備通道終接設(shè)備E1…E3E1…E3ADM/DXCTM復(fù)接段(Line)傳輸通道(Path)再生中繼器SDH傳輸網(wǎng)的連接模型通過DXC的交叉連接作用，在SDH傳輸網(wǎng)內(nèi)可提供許多條傳輸通道，每條通道都有相似的結(jié)構(gòu)，其連接模型如圖5.3(a)。每個通道(Path)由一個或多個復(fù)接段(Line)構(gòu)成，而每一復(fù)接段又由若干個再生段(Section)串接而成。34PathPathLineLineSectionSectionSectionPhotonicPhotonicPhotonic再生中繼器圖5.3(b)傳輸通道的結(jié)構(gòu)分層結(jié)構(gòu)

SDH傳輸網(wǎng)的分層結(jié)構(gòu)35

圖5.4分插信號流程的比較光/電光信號分接分接分接140/34Mb/s34/8Mb/s8/2Mb/s復(fù)接復(fù)接復(fù)接電/光光信號2/8Mb/s8/34Mb/s34/140Mb/s2Mb/s(電信號)SDHADM155Mb/s光接口155Mb/s光接口2Mb/s(電信號)PDHPDH和SDH分插信號流程的比較采用SDH分插復(fù)用器(ADM)，可以利用軟件一次直接分出和插入2Mb/s支路信號，十分簡便。36(2)SDH傳輸網(wǎng)它的基本網(wǎng)元有終端復(fù)用器(TM)，用于將低速率的碼流復(fù)接/分接成高速率的碼流；分插復(fù)用器(ADM)，用于在高速率碼流中分(取)出/插入低速率的碼流；數(shù)字交叉連接設(shè)備(DXC)，用于同等速率碼流之間的交換等SDH網(wǎng)典型的網(wǎng)路結(jié)構(gòu)是環(huán)形網(wǎng)，主要的兩個網(wǎng)元是ADM和DXC，圖是兩個環(huán)形網(wǎng)通過DXC互連。2、同步數(shù)字復(fù)用體系372、同步數(shù)字復(fù)用體系382、同步數(shù)字復(fù)用體系（3）SDH的幀結(jié)構(gòu)SDH幀結(jié)構(gòu)是實現(xiàn)數(shù)字同步時分復(fù)用、保證網(wǎng)絡(luò)可靠有效運行的關(guān)鍵。

SDH的幀結(jié)構(gòu)是以字節(jié)為基礎(chǔ)的矩形塊狀幀結(jié)構(gòu)。幀結(jié)構(gòu)中的字節(jié)傳輸順序是按照從左至右、從上至下的順序進行的。39圖5.5SDH幀的一般結(jié)構(gòu)402、同步數(shù)字復(fù)用體系（4）SDH的速率等級SDH信號的速率等級表示為STM-N，其中N是正整數(shù)。目前，SDH只能支持一定的N值，即N為1，4，16和64。其中最基本、最重要的模塊信號是STM-1，其速率是155.520Mbit/s，更高級的STM-N信號是將基本模塊信號STM-1經(jīng)過字節(jié)間插入后得出。STM-4等級的速率是622.080Mbit/s；STM-16等級的速率是2488.320Mbit/s；STM-64等級的速率是9953.280Mbit/s。41幀結(jié)構(gòu)由信息凈負荷(Payload，含通道開銷(POH)、段開銷(SOH)和管理單元指針(AU-PTR)三個主要區(qū)域組成。①信息凈負荷：是幀結(jié)構(gòu)中存放傳送的有效的傳輸信息，橫向第10×N到270×N，縱向第1到第9行的2349×N個字節(jié)組成，也存放少量用于通道性能監(jiān)視、管理和控制的通道開銷(POH)字節(jié)塊，POH通常作為凈負荷的一部分與信息一起傳送。2、同步數(shù)字復(fù)用體系42②段開銷：是為保證信息凈負荷正常靈活傳送所必須附加的供網(wǎng)絡(luò)運行、管理和維護(OAM)使用的字節(jié)。開銷又分為再生段開銷(RSOH)和復(fù)用段開銷(MSOH)兩部分，它們分別位于幀結(jié)構(gòu)的三行(第一行到第三行)9列和五行(第五行到第九行)9列，共計(3+5)x9=72個字節(jié)(576個比特)。③管理單元指針：是用來指示信息凈負荷第一個字節(jié)在幀內(nèi)的準確位置的指示符，以便在收端正確分離信息凈負荷。它位于RSOH和MSOH之間，即幀結(jié)構(gòu)第四行的第l~9xN列。2、同步數(shù)字復(fù)用體系43（4）SDH的同步復(fù)用原理

將低速支路信號復(fù)接為高速信號，通常有兩種傳統(tǒng)方法：

正碼速調(diào)整法的優(yōu)點：容許被復(fù)接的支路信號有較大的頻率誤差；缺點：復(fù)接與分接相當(dāng)困難。

固定位置映射法是讓低速支路信號在高速信號幀中占用固定的位置。這種方法的優(yōu)點：復(fù)接和分接容易實現(xiàn)，但由于低速信號可能是屬于PDH的或由于SDH網(wǎng)絡(luò)的故障，低速信號與高速信號的相對相位不可能對準，并會隨時間而變化。44（4）SDH的同步復(fù)用原理傳統(tǒng)的把低速率信號復(fù)用成高速率信號的方法，在高速情況下實現(xiàn)都有一定的困難。SDH系統(tǒng)引入了指針調(diào)整法，利用凈負荷指針來表示STM-N幀內(nèi)的凈負荷第一個字節(jié)的位置。

復(fù)用結(jié)構(gòu)由一系列的基本單元組成。常用的復(fù)用單元有：容器（C）、虛容器（VC）、管理單元（AU）、支路單元（TU）等。具有一定頻差的各種支路的業(yè)務(wù)信號最終進入SDH的STM-N幀都要經(jīng)過三個過程：映射、定位和復(fù)用。

45圖5.7SDH的一般復(fù)用映射結(jié)構(gòu)46l)容器(C)

容器是一種用來裝載各種速率的業(yè)務(wù)信號的信息結(jié)構(gòu)。針對PDH的速率體系規(guī)范有C-11、C-l2、C-2、C-3和C-4五種標(biāo)準容器。參與SDH復(fù)用的各種速率的業(yè)務(wù)都應(yīng)首先通過調(diào)整適配技術(shù)進一個恰當(dāng)?shù)臉?biāo)準容器。己裝載的標(biāo)準容器又作為虛容器的信息凈負荷。472)虛容器(VC)

虛容器是用來支持SDH的通道(通路)層連接的信息結(jié)構(gòu)。它是SDH通道的信息終端。由容器的輸出和通道開銷(POH)組成，即:VC-n=C-n十VC-nPOH。由于它除了信息凈負荷之外還有通道開銷，因而稱為虛容器。VC的包封速率是與SDH網(wǎng)絡(luò)同步的，因此不同VC是互相同步的;而VC內(nèi)部卻允許承載來自不同容器的凈負荷。除在VC的組合點和分解點(即PDH/SDH網(wǎng)的邊界處)外，VC在SDH網(wǎng)中傳輸時總是保持完整不變。虛容器可分成低階和高階虛容器兩類。VC-1和VC-2為低階虛容器;VC-4和VC-3為高階虛容器，這當(dāng)然是相對的。483)支路單元和支路單元組(TU和TUG)

支路單元(TU)是提供低階通道層和高階通道層之間適配的信息結(jié)構(gòu):有四種支路單元，即TU-n(n=11、12、2、3)。TU-n由一個相應(yīng)的低階VC-n和一個相應(yīng)的支路單元指針(TU-nPTR)組成，即TU-n=VC-n+TU-nPTRTU-nPTR指示VC-n凈負荷起點相對于高價VC幀起點間的偏移。一個或多個TU的集合稱為支路單元組(TUG)。一個TUG-2由一個TU-2或三個TU-12或四個TU-11按字節(jié)交錯間插組合而成;一個TUG-3由一個TU-3或七個TUG-2按字節(jié)交錯間插組合而成。一個VC-4可容納三個TUG-3;一個VC-3可容納七個TUG-2。494)管理單元和管理單元組(AU和AUG)

管理單元(AU)是提供高階通道層和復(fù)用段層之間適配的信息結(jié)構(gòu)，有AU-3和AU-4兩種管理單元。AU-n(n=3、4)由一個相應(yīng)的高階VC-n和一個相應(yīng)的管理單元指針(Au-nPTR)組成，即:AU-n=VC-n十AU-nPTR;n=3、4AU-nPTR指示VC-n凈負荷起點相對于復(fù)用段幀起點間的偏移。AU指針相對于STM-N幀的位置總是固定的。在STM-N的凈負荷中固定地占有規(guī)定位置的一個或多個AU的集合稱為管理單元組(AUG)。一個AUG由一個AU-4或三個AU-3按字節(jié)交錯間插組合而成。505)映射、定位和復(fù)用

映射就是一種SDH邊界處使支路信號適配進虛容器的過程。

定位就是一種將幀偏移信息收進支路單元或管理單元的過程。復(fù)用就是把幾個相同等級的支路單元、支路單元組、管理單元、管理單元組按一定規(guī)則組合成更高等級速率的支路單元組、虛容器、管理單元、管理單元組或同步傳送模塊等。516)數(shù)字交叉連接設(shè)備DXC數(shù)字交叉連接設(shè)備(DXC)相當(dāng)于一種自動的數(shù)字電路配線架。圖5.2表示的是SDH的DXC(也適合于PDH)，其核心部分是可控的交叉連接開關(guān)(空分或時分)矩陣。參與交叉連接的基本電路速率可以等于或低于端口速率，它取決于信道容量分配的基本單位。526)數(shù)字交叉連接設(shè)備DXC

1:m1:m…m:1m:1復(fù)接交叉連接矩陣分接1n1n配置管理圖5.2(c)SDH傳輸網(wǎng)絡(luò)單元數(shù)字交叉連接設(shè)備DXC53

DXC的表示通常用DXCX/Y來表示一個DXC的配置類型，其中第一個數(shù)字X表示輸入端口速率的最高等級，第二個數(shù)字Y表示參與交叉連接的最低速率等級。數(shù)字0表示64kb/s電路速率；數(shù)字1、2、3、4分別表示PDH的1至4次群的速率，其中4也代表SDH的STM-1等級；數(shù)字5和6分別代表SDH的STM-4和STM-16等級。6)數(shù)字交叉連接設(shè)備DXC

54交叉連接設(shè)備與交換機的區(qū)別有：(1)DXC的輸入輸出不是單個用戶話路，而是由許多話路組成的群路；(2)兩者都能提供動態(tài)的通道連接，但連接變動的時間尺度是不同的。前者按大量用戶的集合業(yè)務(wù)量的變化及網(wǎng)絡(luò)的故障狀況來改變連接，由網(wǎng)管系統(tǒng)配置；后者按照用戶的呼叫請求來建立或改變連接，由信令系統(tǒng)實現(xiàn)呼叫連接控制。6)數(shù)字交叉連接設(shè)備DXC

55DXC在干線傳輸網(wǎng)中的主要用途是：

實現(xiàn)自動化的網(wǎng)絡(luò)配置管理。

主要功能有：

（1）分離本地交換業(yè)務(wù)和非本地交換業(yè)務(wù)，為非本地交換業(yè)務(wù)迅速提供可用路由；（2）為臨時性重要事件(如運動會、發(fā)生地震等)迅速提供通信電路；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障(如某些干線中斷)時，能迅速提供網(wǎng)絡(luò)的重新配置；（3）根據(jù)業(yè)務(wù)流量的季節(jié)變化使網(wǎng)絡(luò)配置最佳化；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中混合使用PDH和SDH時，可作為PDH與SDH的網(wǎng)關(guān)。566)復(fù)用映射結(jié)構(gòu)

SDH的幀周期是以125μs為基礎(chǔ)的，在此周期中，既可以裝入相互同步的STM信號，也可以裝入PDH體系支持的各低速支路信號，同時為達到上述目的，ITU-T在G.707建議中給出了SDH的復(fù)用結(jié)構(gòu)與過程。由于ITU-T要照顧全球范圍內(nèi)的各種情況，因而ITU-T所規(guī)定的復(fù)用結(jié)構(gòu)是最全面的，也是最復(fù)雜的。57

由于采用了同步復(fù)用方式，各種碼流在幀結(jié)構(gòu)凈負荷內(nèi)的排列是有規(guī)律的，而凈負荷與網(wǎng)絡(luò)是同步的，因而只需利用軟件即可從高速復(fù)用信號中一次分插出低速支路信號，即具有一步復(fù)用特性，使信號的分插和交叉連接功能的實現(xiàn)大為簡化。此外，由于背靠背接口的減少可以改善網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)透明性，使網(wǎng)絡(luò)易于容納并加速各種新的寬帶業(yè)務(wù)的引入。58

SDH可用于點對點傳輸、鏈形網(wǎng)和環(huán)形網(wǎng)。

7)SDH的應(yīng)用SDHTMSDHTM…支路信號…支路信號STM-N再生中繼器圖SDH用于點對點傳輸59

SDH環(huán)形網(wǎng)的一個突出優(yōu)點是具有“自愈”能力。

SDHADMSDHADMSDHADMSDHADM…支路信號…支路信號…支路信號

當(dāng)某節(jié)點發(fā)生故障或光纜中斷時，仍能維持一定的通信能力。

7)SDH的應(yīng)用

圖SDH環(huán)形網(wǎng)(雙環(huán))

60當(dāng)然，SDH通過ADM和DXC等網(wǎng)絡(luò)單元可以構(gòu)成更為復(fù)雜的網(wǎng)形網(wǎng)。

網(wǎng)形SDH網(wǎng)絡(luò)的主要特點是：端到端之間存在一條以上的路徑，可同時構(gòu)成一條以上的傳輸通道，通過DXC的靈活配置，使網(wǎng)絡(luò)具有更好的抗毀性和更高的可靠性。7)SDH的應(yīng)用615.2.3系統(tǒng)的性能指標(biāo)數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)是誤碼特性和抖動特性。1.誤碼特性所謂誤碼，經(jīng)接收再生后，數(shù)字流的某些比特發(fā)生了差錯，使傳輸?shù)馁|(zhì)量發(fā)生了損傷。在數(shù)字信號的傳輸過程中，如果發(fā)生的誤碼過多，就會造成通信質(zhì)量的下降。造成誤碼的原因有噪聲、光纖的色散等。誤碼對通信質(zhì)量的影響可以用誤碼特性來衡量。

62幾乎聽不懂5×10-2強烈干擾，聽懂程度明顯下降10-2在各種話音電平范圍內(nèi)都察覺到有干擾10-3在低話音電平范圍內(nèi)有個別“喀喀”干擾10-4在低話音電平范圍內(nèi)剛察覺到有干擾10-5感覺不到干擾10-6受話者的感受誤碼率表5.2誤碼率對話音影響程度63誤碼性能參數(shù)主要有以下幾種：(1)長期平均誤碼率BERav(BitErrorRate）：是指在一段相當(dāng)長的時間內(nèi)出現(xiàn)的誤碼的個數(shù)和總的傳輸碼元數(shù)的比值，表示為BERav=誤碼的個數(shù)總的傳輸碼元數(shù)64圖5.13誤碼率隨時間的變化

在實際監(jiān)測和評定中，采用誤碼時間百分數(shù)和誤碼秒百分數(shù)的方法。如圖5.13所示，規(guī)定一個較長的監(jiān)測時間TL，例如幾天或一個月，并把這個時間分為“可用時間”和“不可用時間”。65

在連續(xù)10s時間內(nèi)，BER劣于1×10-3，為“不可用時間”，或稱系統(tǒng)處于故障狀態(tài)；故障排除后,在連續(xù)10s時間內(nèi)，BER優(yōu)于1×10-3，為“可用時間”。對于64kb/s的數(shù)字信號，BER=1×10-3，相應(yīng)于每秒有64個誤碼。同時，規(guī)定一個較短的取樣時間T0和誤碼率門限值BERth，統(tǒng)計BER劣于BERth的時間，并用劣化時間占可用時間的百分數(shù)來衡量系統(tǒng)誤碼率性能的指標(biāo)。66可以看出，長期平均誤碼率只能反映出測試時間內(nèi)的平均誤碼結(jié)果，無法反映出誤碼的隨機性和突發(fā)性，所以還有下面的指標(biāo)。67(2)劣化分（DM）：是指每分鐘的BERav劣于1×10-6的分鐘相對于整個測試時間的百分數(shù)。(3)嚴重誤碼秒（SES）：是指BERav劣于1×10-3的秒相對于整個測試時間的百分數(shù)。(4)誤碼秒（ES）：有誤碼的秒相對于整個測試時間的百分數(shù)稱為誤碼秒。這是由于現(xiàn)代通信中的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)是成塊發(fā)送的，如果1秒中有誤碼，相應(yīng)的數(shù)據(jù)塊都要重發(fā)。具體的誤碼性能指標(biāo)如表5.3所示。68表5.364kb/s誤碼性能指標(biāo)692.抖動特性

抖動是指數(shù)字傳輸中數(shù)字信號的有效瞬間位置相對于標(biāo)準位置的偏差，如圖5.20a所示。數(shù)字信號的抖動一般指定時抖動，它是數(shù)字傳輸中的一種不穩(wěn)定現(xiàn)象，即數(shù)字信號在傳輸過程中，脈沖在時間間隔上不再是等間隔的，而是隨時間變化的一種現(xiàn)象。光纖通信中把10Hz以下的長期相位變化稱為漂移，而10Hz以上的稱為抖動。70圖5.20產(chǎn)生抖動的示意圖71產(chǎn)生抖動的原因可以是隨機噪聲，時鐘恢復(fù)電路的振蕩器的元件老化、調(diào)諧不準，接收機碼間干擾、光纜老化等。

抖動原則上可以用時間、相位、數(shù)字周期來描述，現(xiàn)在多用數(shù)字周期來描述，即令一個碼元的時隙長度為一個單位時間間隔，用符號UI（UnitInterval）表示，它在數(shù)值上等于傳輸速率的倒數(shù)。所以不同的傳輸速率，1UI的時間不同，如表5.4所示。72表5.4不同碼速率的1UI時間73抖動難以完全消除，為了保證系統(tǒng)正常工作，根據(jù)ITU-T的建議和我國國標(biāo)的規(guī)定，抖動特性包括三項性能指標(biāo)：輸入抖動容限，輸出抖動容限和抖動轉(zhuǎn)移特性。743.可靠性

對通信系統(tǒng)而言，可靠性包括光端機、中繼器、光纜線路、輔助設(shè)備和備用系統(tǒng)的可靠性。

確定可靠性一般采用故障統(tǒng)計分析法，即根據(jù)現(xiàn)場實際調(diào)查結(jié)果，統(tǒng)計足夠長時間內(nèi)的故障次數(shù)，確定每兩次故障的時間間隔和每次故障的修復(fù)時間。753.可靠性（1）可靠性的表示方法

可靠性（R）：在規(guī)定條件和時間內(nèi)系統(tǒng)無故障工作的概率，它反映系統(tǒng)完成規(guī)定功能的能力。R一般用故障率φ表示，兩者的關(guān)系為：(5.1)故障率是系統(tǒng)工作到時間t，在單位時間內(nèi)發(fā)生故障(功能失效)的概率。的單位為10-9/h,稱為菲特(fit),1fit表示在10-9h內(nèi)發(fā)生一次故障的概率。76(3)可用率A和失效率PF。可用率A是在規(guī)定時間內(nèi)，系統(tǒng)處于良好工作狀態(tài)的概率，它可以表示為：（5.3）(5.4)式中MTTR為平均故障修復(fù)時間(不可用時間)。

(2)故障率和平均故障間隔時間MTBF。兩者的關(guān)系為77

失效率PF可以表示為：PF=(5.7)

式中m和n分別為主用系統(tǒng)數(shù)和備用系統(tǒng)數(shù)，P=MTTR/MTBF。（5.5）由式(5.4)和式(5.5)得到PF=(1-A)×100%(5.6)

在有備用系統(tǒng)的情況下，失效率為：7899.98599.97799.83699.726A/%0.0150.0230.1640.274F/%1.3442.01614.424MTTR/h2557038358373970456620/fit391072607036502190MTBF/h0.2240.3362.44雙向全程故障次數(shù)28042030005000鏈路長度/km表5.8數(shù)字光纜通信系統(tǒng)可靠性指標(biāo)以5000km為基準，按長度平均分配給各種數(shù)字段長度，相應(yīng)的全年指標(biāo)如表5.8所示，假設(shè)平均故障修復(fù)時間MTTR=6h。3.可靠性指標(biāo)795.2.4IM-DD數(shù)字光纖通信系統(tǒng)設(shè)計1總體設(shè)計考慮我們知道，數(shù)字光纖通信系統(tǒng)一般采用強度調(diào)制、直接檢波的方式，即IM-DD方式。任何復(fù)雜的通信系統(tǒng)，其基本單元都是點到點的傳輸鏈路。它包括三大部分，即光發(fā)送機，光接收機和光纖線路。每一部分都涉及許多的光電器件，所以對鏈路的設(shè)計是一個復(fù)雜的工作，而每個元器件的選擇都要經(jīng)過若干次的反復(fù)。這里僅對原則性的問題作一下介紹。801）假想?yún)⒖紨?shù)字鏈路設(shè)計一個光纖傳輸鏈路，要滿足CCITT有關(guān)文獻和我國國標(biāo)的規(guī)定，就要假想一個傳輸模型。一個很長距離的傳輸系統(tǒng)一般包含若干個數(shù)字段，對這個系統(tǒng)的設(shè)計就包含這樣一些內(nèi)容：根據(jù)通信系統(tǒng)性能指標(biāo)的要求，確定這個數(shù)字鏈路中由幾個數(shù)字段組成，每個數(shù)字段的長度；每個站應(yīng)配備的設(shè)備；總的系統(tǒng)要求的技術(shù)指標(biāo)，如何在各數(shù)字段之間分配。設(shè)計的系統(tǒng)要選擇合適的路由，中繼站應(yīng)考慮上下話路的需要和信號放大再生的功能。812）采用的傳輸制式以前的數(shù)字傳輸鏈路使用的是PDH體制，現(xiàn)在SDH技術(shù)已經(jīng)成熟并已在線路上大量使用，鑒于SDH設(shè)備良好的性能和兼容性，長途干線傳輸或大城市的市話系統(tǒng)都應(yīng)該采用SDH。但為了節(jié)省成本，農(nóng)村線路也可以適當(dāng)采用PDH。823）工作波長的確定工作波長可根據(jù)通信距離和通信容量進行選擇。如果是短距離小容量的系統(tǒng)，則可以選擇短波長范圍，即800～900nm。如果是長距離大容量的系統(tǒng)，則選用長波長的傳輸窗口，即1310nm和1550nm，因為這兩個波長區(qū)具有較低的損耗和色散。另外，還要注意所選用的波長區(qū)具有可供選擇的相對器件。834）光纖的選擇

光纖有多模光纖和單模光纖，每種都有階躍的和漸變折射率的纖芯分布。對于短距離傳輸和短波長應(yīng)用，可以用多模光纖。但長波長傳輸一般使用單模光纖。目前可選擇的單模光纖有G.652，G.653，G.654，G.655等。G.652對于1310nm波段是最佳選擇；G.653只適合于1550nm波段；對于WDM系統(tǒng)，G.655和大有效面積光纖是最適合的。84另外，光纖的選擇也與光源有關(guān)，LED與單模光纖的耦合率很低，所以LED一般用多模光纖，但近來1310nm的邊發(fā)光二極管與單模光纖的耦合取得了進展。另外，對于傳輸距離為數(shù)百米的系統(tǒng)，可以用塑料光纖配以LED。855）光檢測器的選擇

選擇檢測器需要看系統(tǒng)在滿足特定誤碼率的情況下所需的最小接收光功率，即接收機的靈敏度，此外還要考慮檢測器的可靠性、成本和復(fù)雜程度。PIN比起APD來結(jié)構(gòu)簡單，溫度特性更加穩(wěn)定，成本低廉。但是若要檢測極其微弱的信號，還需要靈敏度較高的APD或PIN-FET等。866）光源的選擇選擇LED還是LD，需要考慮一些系統(tǒng)參數(shù)，比如色散、碼速率、傳輸距離和成本等。LED輸出頻譜的譜寬比起LD來寬得多，這樣引起的色散較大，使得LED的傳輸容量（碼速距離積）較低，限制在2500（Mb/s）·km以下（1310nm）；而LD的譜線較窄，傳輸容量可達500（Gb/s）·km（1550nm）。87典型情況下，LD耦合進光纖中的光功率比LED高出10～15dB，因此會有更大的無中繼傳輸距離。但是LD的價格比較昂貴，發(fā)送電路復(fù)雜，并且需要自動功率和溫度控制電路。而LED價格便宜，線性好，對溫度不敏感，線路簡單。設(shè)計電路時需要綜合考慮這些因素。88a.光纜的路由選擇；路由的確定；中繼距離的計算；中繼站址的選擇b.通路組織及系統(tǒng)的配置；傳輸路數(shù)的計算、分路、轉(zhuǎn)接的考慮，備用，監(jiān)控系統(tǒng)的安排；c.指標(biāo)的確定和分配；誤碼率和相位抖動的確定和分配；d.光纜的選擇和端機等設(shè)備的選型；e.供電方式的選擇；f.機房設(shè)計與安裝。892、設(shè)計方法光纖通信系統(tǒng)的設(shè)計既可以使用最壞值設(shè)計也可以進行統(tǒng)計設(shè)計。使用最壞值設(shè)計時，所有考慮在內(nèi)的參數(shù)都以最壞的情況考慮。用這種方法設(shè)計出來的指標(biāo)肯定滿足系統(tǒng)要求，系統(tǒng)的可靠性較高，但由于在實際應(yīng)用中所有參數(shù)同時取最壞值的概率非常小，所以這種方法的富余度較大，總成本偏高。統(tǒng)計設(shè)計方法是按各參數(shù)的統(tǒng)計分布特性取值的，即通過事先確定一個系統(tǒng)的可靠性代價來換取較長的中繼距離。90這種方法考慮各參數(shù)統(tǒng)計分布時較復(fù)雜，系統(tǒng)可靠性不如最壞值法，但成本相對較低，中繼距離可以有所延長。另外也可以綜合考慮這兩種方法，部分參數(shù)值按最壞值處理，部分參數(shù)取統(tǒng)計值，從而得到相對穩(wěn)定，成本適中，計算簡單的系統(tǒng)。一個光纖鏈路，如果損耗是限制光中繼距離的主要因素，則這個系統(tǒng)就是損耗受限的系統(tǒng)；如果光信號的色散展寬最終成為限制系統(tǒng)中繼距離的主要因素，則這個系統(tǒng)就是色散受限的系統(tǒng)。911）損耗受限系統(tǒng)的設(shè)計方法——功率預(yù)算法一個點到點鏈路的光功率損耗模型如圖5.21所示。圖5.21點到點鏈路的光功率損耗模型11111111111111111192

L為從S點到R點的中繼距離。一般在光發(fā)送機之后和光接收機之前各有一個連接器，其損耗為αc。每段光纖之間會由活動連接器或固定連接器連接，每km光纖平均接頭損耗為αs。假設(shè)每段光纖的長度為L，每段光纖的損耗為αf。αm為每km光纖線路損耗余量。Pt為S點發(fā)射機的出纖功率，Pr為R點進入接收機的功率。考慮到設(shè)備的老化、溫度的波動等因素，應(yīng)該留有系統(tǒng)功率富余度M。由此有下式：Pt-Pr=2αc+αsL+αfL+αmL+M93則傳輸距離為94例：光纖傳輸損耗為5dB/km，平均連接損耗為1dB/km，光源與檢測器處的活接頭連接損耗為每個3dB，若系統(tǒng)總的功率預(yù)算為37dB，留出7dB的余量，試求光纖的傳輸距離。952）色散影響的中繼距離對于損耗較低的光纖傳輸系統(tǒng)，光纖色散使得脈沖展寬得很嚴重，出現(xiàn)碼間干擾，從而限制了傳輸距離。色散受限的中繼距離計算公式為：

Fb為線路碼速度，單位為Mb/s。C0是光纖色散系數(shù)（單位為ps/(km·nm)），σλ是光源的均方根譜寬（單位為nm）。是與功率代價和光源特性有關(guān)的參數(shù)。963）設(shè)計舉例

一般地，對于一個傳輸鏈路，對于不同的速率，可以分別計算損耗限制下的中繼距離和色散限制下的中繼距離，然后取其中較短的為該速率下允許的最大中繼傳輸距離。一般情況下，速率較低時受損耗限制，而速率較高時為色散限制系統(tǒng)。97

例:一個信息速率為565Mb/s的單模光纜傳輸系統(tǒng)采用5B6B碼型，傳輸速率為677.99Mb/s。使用InGaAs掩埋結(jié)構(gòu)多縱模激光器，閾值小于50mA，標(biāo)稱波長為1310nm，脈沖線寬為2nm，光纖色散系數(shù)C0=2.5ps/（km·nm），發(fā)送光功率為-2.5dBm，使用PIN-FET組件，在BER達到10-9的條件下接收機靈敏度可達-37dBm。98假設(shè)光連接器損耗為1dB，在發(fā)送和接收端各有一個，光纖熔接頭損耗為0.1dB/km，光纖損耗為0.4dB/km，光纜富余度0.1dB/km，設(shè)備功率富余度為5.5dB，則有-2.5-（-37）=2+（0.4+0.1+0.1）×L+5.5因此，L=45。再考慮色散限制，則顯然這是一個色散限制系統(tǒng)，最大中繼距離應(yīng)