1、數字光纖通信系統兩種傳輸體制和系統設計本章內容5.1 兩種傳輸體制5.2 系統的性能指標5.3 系統的設計8/21/20222本節內容兩種傳輸體制5.1.1 準同步數字系列PDH5.1.2 同步數字系列8/21/202235.1 兩種傳輸體制 光纖大容量數字傳輸目前都采用同步時分復用(TDM)技術。 復用又分為若干等級，先后有兩種傳輸體制：準同步數字系列(PDH)同步數字系列(SDH) 隨著光纖通信技術和網絡的發展，PDH遇到了許多困難。美國提出了同步光纖網(SONET)。 1988年，ITU-T(原CCITT) 提出了被稱為同步數字系列(SDH)的規范建議。 SDH解決了PDH存在的問題，是

2、一種比較完善的傳輸體制，現已得到大量應用。這種傳輸體制不僅適用于光纖信道，也適用于微波和衛星干線傳輸。8/21/202245.1.1 準同步數字系列PDH-基礎速率 準同步數字系列有兩種基礎速率以1.544 Mb/s為第一級(一次群，或稱基群)基礎速率，采用的國家有北美各國和日本；以2.048 Mb/s為第一級(一次群)基礎速率， 采用的國家有西歐各國和中國。8/21/202255.1.1 準同步數字系列PDH-光纖通信制式（1/2）8/21/202265.1.1 準同步數字系列PDH-光纖通信制式（2/2）對于以2.048 Mb/s為基礎速率的制式，各次群的話路數按4倍遞增，速率的關系略大于

3、4倍。對于以1.544 Mb/s為基礎速率的制式，在3次群以上，日本和北美各國又不相同， 看起來很雜亂。 PDH各次群比特率相對于其標準值有一個規定的容差，而且是異源的，通常采用正碼速調整方法實現準同步復用。1次群至4次群接口比特率早在1976年就實現了標準化，并得到各國廣泛采用。 PDH主要適用于中、低速率點對點的傳輸。8/21/202275.1.1 準同步數字系列PDH-PDH存在的問題PDH存在的主要問題 北美、西歐和亞洲所采用的三種數字系列互不兼容，造成國際互通困難。沒有世界性的標準光接口規范，導致了各個廠家自行開發的專用光接口大量滋生，限制了聯網應用的靈活性，增加了網絡的復雜性和運營

4、成本。信號復用/解復用需要逐級進行，復接/分接設備結構復雜，上下話路價格昂貴。 各種復用系列都有其相應的幀結構，沒有足夠的OAM開銷比特，使網絡設計缺乏靈活性，無法適應不斷演變的電信網要求。由于建立在點對點傳輸基礎上的復用結構缺乏靈活性，使得數字通道設備的利用率很低，非最短的通道路由占了業務量的大部分。8/21/202285.1.2 同步數字傳輸系列SDH-SDH傳輸網（1/9） SDH不僅適合于點對點傳輸，而且適合于多點之間的網絡傳輸。圖示出SDH傳輸網的拓撲結構。SDH傳輸網由SDH終接設備(或稱SDH終端復用器TM)、分插復用設備ADM、數字交叉連接設備DXC等網絡單元以及連接它們的(光

5、纖)物理鏈路構成。8/21/202295.1.2 同步數字傳輸系列SDH-SDH傳輸網（2/9）8/21/2022105.1.2 同步數字傳輸系列SDH-SDH傳輸網（3/9）終端復用器（TM）SDH終端的主要功能是復接/分接和提供業務適配SDH終端的復接/分接功能主要由TM設備完成。8/21/2022115.1.2 同步數字傳輸系列SDH-SDH傳輸網（4/9）分插復用器（ADM） ADM是一種特殊的復用器，它利用分接功能將輸入信號所承載的信息分成兩部分：一部分直接轉發一部分卸下給本地用戶然后信息又通過復接功能將轉發部分和本地上送的部分合成輸出8/21/2022125.1.2 同步數字傳輸系

6、列SDH-SDH傳輸網（5/9）數字交叉設備（DXC）DXC類似于交換機，它一般有多個輸入和多個輸出，通過適當配置可提供不同的端到端連接。8/21/2022135.1.2 同步數字傳輸系列SDH-SDH傳輸網（6/9）SDH傳輸網的連接模型通過DXC的交叉連接作用，在SDH傳輸網內可提供許多條傳輸通道，每條通道都有相似的結構，其連接模型如圖5.3(a)。每個通道(Path)由一個或多個復接段(Line)構成，而每一復接段又由若干個再生段(Section)串接而成。8/21/2022145.1.2 同步數字傳輸系列SDH-SDH傳輸網（7/9）8/21/202215SONET中設備和層的關系8/

7、21/2022168/21/2022175.1.2 同步數字傳輸系列SDH-SDH傳輸網（8/9）與PDH相比，SDH具有下列特點SDH采用世界上統一的標準傳輸速率等級。 最低的等級也就是最基本的模塊稱為STM-1，傳輸速率為155.520 Mb/s； 4個STM-1 同步復接組成STM-4，傳輸速率為622.080 Mb/s； 16個STM-1 組成STM-16, 傳輸速率為2488.320 Mb/s，以此類推。SDH各網絡單元的光接口有嚴格的標準規范。因此， 光接口成為開放型接口，這有利于建立世界統一的通信網絡。 標準的光接口綜合進各種不同的網絡單元， 簡化了硬件，降低了網絡成本。在SDH

8、幀結構中，豐富的開銷比特用于網絡的運行、 維護和管理，便于實現性能監測、故障檢測和定位、故障報告等管理功能。采用數字同步復用技術，其最小的復用單位為字節， 不必進行碼速調整，簡化了復接分接的實現設備，由低速信號復接成高速信號，或從高速信號分出低速信號，不必逐級進行。采用數字交叉連接設備DXC可以對各種端口速率進行可控的連接配置，對網絡資源進行自動化的調度和管理，既提高了資源利用率，又增強了網絡的抗毀性和可靠性。 SDH采用了DXC后，大大提高了網絡的靈活性及對各種業務量變化的適應能力，使現代通信網絡提高到一個嶄新的水平。8/21/2022185.1.2 同步數字傳輸系列SDH-SDH傳輸網（9

9、/9）8/21/2022195.1.2 同步數字傳輸系列SDH-SDH幀結構（1/2）SDH幀結構是實現數字同步時分復用、保證網絡可靠有效運行的關鍵。圖 5.5 給出SDH幀一個STM-N幀有9行，每行由270N個字節組成。這樣每幀共有9270N個字節，每字節為8 bit。幀周期為125s， 即每秒傳輸8000幀。對于STM-1而言，傳輸速率為927088000=155.520 Mb/s。字節發送順序為：由上往下逐行發送，每行先左后右。8/21/2022205.1.2 同步數字傳輸系列SDH-SDH幀結構（2/2）SDH幀的主要結構段開銷(SOH)。 段開銷是在SDH幀中為保證信息正常傳輸所必

10、需的附加字節(每字節含64 kb/s的容量)，主要用于運行、 維護和管理，如幀定位、 誤碼檢測、 公務通信、自動保護倒換以及網管信息傳輸。信息載荷(Payload)。信息載荷域是SDH幀內用于承載各種業務信息的部分。通道開銷（POH） 。在Payload中包含少量字節用于通道的運行、 維護和管理， 這些字節稱為通道開銷(POH)。管理單元指針（AU PTR）。管理單元指針是一種指示符，主要用于指示Payload第一個字節在幀內的準確位置（相對于指針位置的偏移量）。根據圖5.3(a)的傳輸通道連接模型，段開銷又細分為再生段開銷(SOH)和復接段開銷(LOH)。前者占前3行，后者占59行。采用指針

11、技術是SDH的創新，結合虛容器(VC)的概念， 解決了低速信號復接成高速信號時，由于小的頻率誤差所造成的載荷相對位置漂移的問題。8/21/2022215.1.2 同步數字傳輸系列SDH-復用原理（1/6） 將低速支路信號復接為高速信號，通常有兩種傳統方法： 正碼速調整法和固定位置映射法。正碼速調整法（正比特塞入法）是利用位于固定位置的比特塞入指示，來顯示塞入的比特究竟載有真實數據還是偽數據。優點：容許被復接的支路信號有較大的頻率誤差；缺點：復接與分接相當困難。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。優點：復接和分接容易實現，缺點：但由于低速信號可能是屬于PDH的或由于SDH

12、網絡的故障，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。8/21/2022225.1.2 同步數字傳輸系列SDH-復用原理（2/6）SDH采用載荷指針技術結合了正碼速調整法和固定位置映射法的優點，付出的代價是要對指針進行處理。圖 5.6 示出載荷包絡與STM-1幀的一段關系與指針所起的作用。通過指針的值，接收端就可以確定載荷的起始位置。ITU-T規定了SDH的一般復用映射結構。所謂映射結構， 是指把支路信號適配裝入虛容器的過程，其實質是使支路信號與傳送的載荷同步。8/21/2022235.1.2 同步數字傳輸系列SDH-復用原理（3/6） 這種結構可以把目前PDH的絕大多數標準速

13、率信號裝入SDH幀。 圖示出SDH一般復用映射結構，圖中C-n是標準容器， 用來裝載現有PDH的各支路信號， 并完成速率適配處理的功能。 在標準容器的基礎上，加入少量通道開銷(POH)字節，即組成相應的虛容器VC。VC的包絡與網絡同步，但其內部則可裝載各種不同容量和不同格式的支路信號。引入虛容器的概念，使得不必了解支路信號的內容，便可以對裝載不同支路信號的VC進行同步復用、交叉連接和交換處理，實現大容量傳輸。8/21/2022245.1.2 同步數字傳輸系列SDH-復用原理（4/6）8/21/2022255.1.2 同步數字傳輸系列SDH-復用原理（5/6） 由于在傳輸過程中，不能絕對保證所有

14、虛容器的起始相位始終都能同步，所以要在VC 的前面加上管理單元指針(AU PTR)， 以進行定位校準。 加入指針后組成的信息單元結構分為管理單元(AU)和支路單元(TU)。 AU由高階VC(如VC-4)加AU指針組成，TU由低階VC加TU指針組成。 TU經均勻字節間插后，組成支路單元組(TUG)，然后組成AU-3或AU-4。 3個AU-3或1個AU-4組成管理單元組(AUG)，加上段開銷SOH，便組成STM-1同步傳輸信號；N個STM-1 信號按字節同步復接， 便組成STM-N。 8/21/2022265.1.2 同步數字傳輸系列SDH-復用原理（6/6）舉例：由PDH的4次群信號到SDH的S

15、TM-1的復接過程把139.264 Mb/s的信號裝入容器C-4，經速率適配處理后，輸出信號速率為149.760 Mb/s; 在虛容器VC-4內加上通道開銷POH(每幀9 Byte, 相應于0.576 Mb/s)后，輸出信號速率為150.336 Mb/s；在管理單元AU-4內，加上管理單元指針AU PTR(每幀9 Byte, 相應于0.576 Mb/s)，輸出信號速率為150.912 Mb/s; 由 1個AUG加上段開銷SOH(每幀72 Byte, 相應于4.608 Mb/s), 輸出信號速率為155.520 Mb/s, 即為STM-1。8/21/2022275.1.2 同步數字傳輸系列SDH

16、-數字交叉連接設備（1/5） 數字交叉連接設備(DXC)相當于一種自動的數字電路配線架。 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(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。 一般每個輸入信號被分接為m個并行支路信號，然后通過時分(或空分)交換網絡，按照預先存放的交叉連接圖或動態計算的交叉連接圖對這些電路進行重新編排，最后將重新編排后的信號復接成高速信號輸出。8/21/202228同步數字傳輸系列SDH-數字交叉連接設備（2/5）8/21/2022298/21/2022305.1.2 同步數字

17、傳輸系列SDH-數字交叉連接設備（3/5） DXC的表示 通常用DXC X/Y來表示一個DXC的配置類型，其中第一個數字X表示輸入端口速率的最高等級，第二個數字Y表示參與交叉連接的最低速率等級。 數字0表示64 kb/s電路速率；數字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； 數字 5 和 6 分別代表SDH的STM-4 和STM-16等級。如：DXC1/0表示輸入端口的最高速率為一次群信號的速率（E1：）,而交叉鏈接的基本速率為64kb/s. 8/21/2022315.1.2 同步數字傳輸系列SDH-數字交叉連接設備（4/5）交叉連接

18、設備與交換機的區別有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；兩者都能提供動態的通道連接，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務量的變化及網絡的故障狀況來改變連接，由網管系統配置；后者按照用戶的呼叫請求來建立或改變連接，由信令系統實現呼叫連接控制。 8/21/2022325.1.2 同步數字傳輸系列SDH-數字交叉連接設備（5/5） DXC在干線傳輸網中的主要用途 實現自動化的網絡配置管理。主要功能有分離本地交換業務和非本地交換業務， 為非本地交換業務迅速提供可用路由；為臨時性重要事件(如運動會、發生地震等)迅速提供通信電路；當網絡發生故障(如某些干線中斷

19、)時，能迅速提供網絡的重新配置；根據業務流量的季節變化使網絡配置最佳化；當網絡中混合使用PDH和SDH時，可作為PDH與SDH的網關。 8/21/2022335.1.2 同步數字傳輸系列SDH-SDH的應用（1/4） SDH可用于點對點傳輸(圖5.8)、 鏈形網(圖5.9)和環形網(圖5.10)。 SDH環形網的一個突出優點是具有“自愈”能力。 當某節點發生故障或光纜中斷時，仍能維持一定的通信能力。 當然， SDH通過ADM和DXC等網絡單元可以構成更為復雜的網形網(如圖 5.1 所示)。 網形SDH網絡的主要特點是： 端到端之間存在一條以上的路徑，可同時構成一條以上的傳輸通道，通過DXC的靈

20、活配置，使網絡具有更好的抗毀性和更高的可靠性。 8/21/2022345.1.2 同步數字傳輸系列SDH-SDH的應用（2/4）8/21/2022355.1.2 同步數字傳輸系列SDH-SDH的應用（3/4）8/21/2022365.1.2 同步數字傳輸系列SDH-SDH的應用（4/4）8/21/202237本章內容5.1 兩種傳輸體制5.2 系統的性能指標5.3 系統的設計8/21/202238本節內容5.2 系統的性能指標5.2.1 參考模型5.2.2 系統的主要性能指標5.2.3 可靠性8/21/2022395.2.1 參考模型-標準數字假設參考連接（1/2）為進行系統性能研究，ITU-

21、T(原CCITT)建議中提出了一個數字傳輸參考模型，稱為假設參考連接(HRX)，見圖。 最長的HRX是根據綜合業務數字網(ISDN)的性能要求和64 kb/s信號的全數字連接來考慮的。假設在兩個用戶之間的通信可能要經過全部線路和各種串聯設備組成的數字網，而且任何參數的總性能逐級分配后應符合用戶的要求。如圖 5.11 所示， 最長的標準數字HRX為27 500 km, 它由各級交換中心和許多假設參考數字鏈路(HRDL)組成。標準數字HRX 的總性能指標按比例分配給HRDL，使系統設計大大簡化。8/21/2022405.2.1 參考模型-標準數字假設參考連接（2/2）建議的HRDL長度為2500

22、km, 但由于各國國土面積不同， 采用的HRDL長度也不同。HRDL由許多假設參考數字段(HRDS)組成(見圖5-12所示)，在建議中：用于長途傳輸的HRDS長度為280 km, 用于市話中繼的HRDS長度為50 km。我國用于長途傳輸的HRDS長度為420 km(一級干線)和280 km(二級干線)兩種。假設參考數字段的性能指標從假設參考數字鏈路的指標分配中得到，并再度分配給線路和設備。8/21/2022415.2.2 系統性能指標-誤碼率（1/8）誤碼率(BER) 誤碼率是衡量數字光纖通信系統傳輸質量優劣的非常重要的指標，它反映了在數字傳輸過程中信息受到損害的程度。 BER是在一個較長時間

23、內的傳輸碼流中出現誤碼的概率，它對話音影響的程度取決于編碼方法。對于PCM而言，誤碼率對話音的影響程度如表 5.2 所示。 由于誤碼率隨時間變化，用長時間內的平均誤碼率來衡量系統性能的優劣，顯然不夠準確。在實際監測和評定中， 應采用誤碼時間百分數和誤碼秒百分數的方法。 8/21/2022425.2.2 系統性能指標-誤碼率（2/8）8/21/2022435.2.2 系統性能指標-誤碼率（3/8）8/21/2022445.2.2 系統性能指標-誤碼率（4/8）對于目前的 業務，傳輸一路PCM 的速率為 64 kb/s。研究分析表明，合適的誤碼率參數和假設參考連接HRX的誤碼率指標如表 5.3 所

24、示。8/21/2022455.2.2 系統性能指標-誤碼率（5/8） 對三種誤碼率參數和指標說明如下劣化分(DM) 誤碼率為110-6時，感覺不到干擾的影響，選為BERth。每次通話時間平均35 min, 選擇取樣時間T0為 1 min。監測時間以較長為好，選擇TL為1個月。定義誤碼率劣于 110-6的分鐘數為劣化分(DM)。HRX指標要求劣化分占可用分(可用時間減去嚴重誤碼秒累積的分鐘數)的百分數小于10%。嚴重誤碼秒(SES) 由于某些系統會出現短時間內大誤碼率的情況，嚴重影響通話質量，因此引入嚴重誤碼秒這個參數。選擇監測時間TL為1個月，取樣時間T0為1s。定義誤碼率劣于 110-3的秒

25、鐘數為嚴重誤碼秒(SES)。HRX指標要求嚴重誤碼秒占可用秒的百分數小于0.2%。誤碼秒(ES) 選擇監測時間TL為1個月，取樣時間T0為1s，誤碼率門限值BERth=0。定義凡是出現誤碼(即使只有1 bit)的秒數稱為誤碼秒(ES)。HRX指標要求誤碼秒占可用秒的百分數小于8%。相應地，不出現任何誤碼的秒數稱為無誤碼秒(EFS)，指標要求無誤碼秒占可用秒的百分數大于92%。8/21/2022465.2.2 系統性能指標-誤碼率（6/8）圖示出最長HRX的電路質量等級劃分，圖中高級和中級之間沒有明顯的界限。我國長途一級干線和長途二級干線都應視為高級電路，長途二級以下和本地級合并考慮。8/21/

26、2022475.2.2 系統性能指標-誤碼率（7/8）8/21/2022485.2.2 系統性能指標-誤碼率（8/8）表的誤碼率三項指標監測時間為1個月，在工程驗收時執行存在一定困難，通常采用長期平均誤碼率來衡量，監測時間為24 h。假設誤碼為泊松分布，誤碼率三項指標都可以換算為長期平均誤碼率。8/21/2022495.2.2 系統性能指標-抖動（1/5）抖動是數字信號傳輸過程中產生的一種瞬時不穩定現象。 抖動的定義是：數字信號在各有效瞬時對標準時間位置的偏差。偏差時間范圍稱為抖動幅度(JPP)，偏差時間間隔對時間的變化率稱為抖動頻率(F)。這種偏差包括輸入脈沖信號在某一平均位置左右變化，和提

27、取時鐘信號在中心位置左右變化， 見圖所示。 8/21/2022505.2.2 系統性能指標-抖動（2/5） 抖動現象相當于對數字信號進行相位調制，表現為在穩定的脈沖圖樣中，前沿和后沿出現某些低頻干擾，其頻率一般為02 kHz。抖動單位為UI，表示單位時隙。當脈沖信號為二電平NRZ時，1 UI等于1bit信息所占時間， 數值上等于傳輸速率fb的倒數。 抖動嚴重時，使得信號失真、 誤碼率增大。完全消除抖動是困難的，因此在實際工程中，需要提出容許最大抖動的指標。光纖通信系統各次群輸入口對抖動容限的要求如表 所示。8/21/2022515.2.2 系統性能指標-抖動（3/5）8/21/2022525.

28、2.2 系統性能指標-抖動（4/5）8/21/2022535.2.2 系統性能指標-抖動（5/5）8/21/2022545.2.3 可靠性可靠性是一個重要指標，它直接影響通信系統的使用、維護和經濟效益。對光纖通信系統而言， 可靠性包括光端機、中繼器、 光纜線路、輔助設備和備用系統的可靠性。確定可靠性一般采用故障統計分析法，即根據現場實際調查結果，統計足夠長時間內的故障次數，確定每兩次故障的時間間隔和每次故障的修復時間。8/21/2022555.2.3 可靠性-可靠性的表示方法（1/3）（1）可靠性R和故障率可靠性是指在規定的條件和時間內系統無故障工作的概率，它反映系統完成規定功能的能力。可靠性

29、R通常用故障率表示，兩者的關系為：故障率是系統工作到時間t，在單位時間內發生故障(功能失效)的概率。的單位為10-9/h, 稱為菲特(fit), 1 fit等于在109 h內發生一次故障的概率。如果通信系統由n個部件組成，且故障率是統計無關的， 則系統的可靠性Rs可表示為： 式中, Ri和i分別為系統第i個部件的可靠性和故障率。(5.1) (5.2)8/21/2022565.2.3 可靠性-可靠性的表示方法（2/3） (3) 可用率A和失效率PF。可用率A是在規定時間內，系統處于良好工作狀態的概率，它可以表示為：（5.3）(5.4) 式中MTTR為平均故障修復時間(不可用時間)。 (2) 故障

30、率和平均故障間隔時間MTBF。兩者的關系為8/21/2022575.2.3 可靠性-可靠性的表示方法（3/3） 失效率PF可以表示為：式中m和n分別為主用系統數和備用系統數，P=MTTR/MTBF。（）由式(5.4)和式(5.5)得到 (5.6)在有備用系統的情況下， 失效率為：（5.7）（5.6）8/21/2022585.2.3 可靠性-可靠性指標（1/3）根據國家標準的規定，具有主備用系統自動倒換功能的數字光纜通信系統，容許5000 km雙向全程每年4次全阻故障，對應于420 km和280 km數字段雙向全程分別約為每3年1次和每5年1次全阻故障。市內數字光纜通信系統的假設參考數字鏈路長為

31、100 km, 容許雙向全程每年4次全阻故障，對應于50 km數字段雙向全程每半年1次全阻故障。此外，要求LD光源壽命大于10104 h, PIN-FET壽命大于50104 h, APD壽命大于50104 h。8/21/2022595.2.3 可靠性-可靠性指標（2/3）根據上述標準，以5000 km為基準，按長度平均分配給各種數字段長度，相應的全年指標如表所示，假設平均故障修復時間MTTR=6 h。8/21/2022605.2.3 可靠性-可靠性指標（3/3）8/21/202261本章內容5.1 兩種傳輸體制5.2 系統的性能指標5.3 系統的設計8/21/202262本節內容5.3 系統的

32、設計5.3.1 中繼距離受損耗的限制5.3.2 中繼距離受色散（帶寬）的限制5.3.3 中繼距離和傳輸速率8/21/2022635.3 系統和設計-系統設計的主要任務系統設計的主要任務 根據用戶對傳輸距離和傳輸容量(話路數或比特率)及其分布的要求，按照國家相關的技術標準和當前設備的技術水平，經過綜合考慮和反復計算。 選擇最佳路由和局站設置、 傳輸體制和傳輸速率以及光纖光纜和光端機的基本參數和性能指標，以使系統的實施達到最佳的性能價格比。 在技術上，系統設計的主要問題是確定中繼距離，尤其對長途光纖通信系統，中繼距離設計是否合理，對系統的性能和經濟效益影響很大。 8/21/2022645.3 系統

33、和設計-中繼距離設計方法中繼距離設計方法最壞情況法(參數完全已知)統計法(所有參數都是統計定義) 統計法(只有某些參數是統計定義)這里我們采用最壞情況設計法，用這種方法得到的結果，設計的可靠性為100%，但要犧牲可能達到的最大長度。中繼距離受光纖線路損耗和色散(帶寬)的限制，明顯隨傳輸速率的增加而減小。中繼距離和傳輸速率反映著光纖通信系統的技術水平。8/21/2022655.3.1 中繼距離受損耗的限制(1/6)圖示出了無中繼器和中間有一個中繼器數字光纖線路系統的示意圖，圖中符號：T, T: 光端機和數字復接分接設備接口；Tx: 光發射機或中繼器發射端；Rx: 光接收機或中繼器接收端； C1,

34、 C2: 光纖連接器；S: 靠近Tx的連接器C1的接收端； R: 靠近Rx的連接器C2的發射端；S-R: 光纖線路，包括接頭。8/21/2022665.3.1 中繼距離受損耗的限制(2/6) 如果系統傳輸速率較低，光纖損耗系數較大，中繼距離主要受光纖線路損耗的限制。在這種情況下，要求S和R兩點之間光纖線路總損耗必須不超過系統的總功率衰減，即 式中，Pt 為平均發射光功率(dBm)，Pr為接收靈敏度(dBm)，c 為連接器損耗(dB/對)， Me 為系統余量(dB)，f為光纖損耗系數(dB/km), s為每km光纖平均接頭損耗(dB/km), m為每km光纖線路損耗余量(dB/km), L 為中

35、繼距離(km)。或(5.8)8/21/2022675.3.1 中繼距離受損耗的限制(3/6) 平均發射光功率Pt取決于所用光源，對單模光纖通信系統，LD的平均發射光功率一般為-3-9dBm, LED平均發射光功率一般為-20-25 dBm。 光接收機靈敏度Pr取決于光檢測器和前置放大器的類型， 并受誤碼率的限制，隨傳輸速率而變化。 表示出長途光纖通信系統BERav110-10時的接收靈敏度Pr。8/21/2022685.3.1 中繼距離受損耗的限制(4/6)8/21/2022695.3.1 中繼距離受損耗的限制(5/6)連接器損耗一般為1 dB/對。設備余量Me包括由于時間和環境的變化而引起的

36、發射光功率和接收靈敏度下降， 以及設備內光纖連接器性能劣化，Me一般不小于3 dB。光纖損耗系數f取決于光纖類型和工作波長，例如：單模光纖在1310 nm, f為0.45 dB/km; 在1550 nm, f為0.25 dB/km。光纖損耗余量m一般為0.2 dB/km, 但一個中繼段總余量不超過5 dB。 平均接頭損耗可取0.05 dB/個，每千米光纖平均接頭損耗s可根據光纜生產長度計算得到。8/21/2022705.3.1 中繼距離受損耗的限制(6/6)根據ITU-T(原建議，用LD作光源的常規單模光纖(G.652)系統，在S和R之間數字光纖線路的容限如表5.11 所示。8/21/2022

37、715.3.2 中繼距離受色散（帶寬）的限制（1/11）如果系統的傳輸速率較高，光纖線路色散較大，中繼距離主要受色散(帶寬)的限制。為使光接收機靈敏度不受損傷， 保證系統正常工作，必須對光纖線路總色散(總帶寬)進行規范。 對于數字光纖線路系統而言，色散增大，意味著數字脈沖展寬增加，因而在接收端要發生碼間干擾，使接收靈敏度降低， 或誤碼率增大。嚴重時甚至無法通過均衡來補償，使系統失去設計的性能。8/21/2022725.3.2 中繼距離受色散（帶寬）的限制（2/11） (5.9)由式(5.10)得到a和的數值關系， 并列于表。 (5.10)式中為均方根(rms)脈沖寬度。把/T=a定義為相對rm

38、s脈沖寬度，碼間干擾的定義如圖所示。由式(5.9)和圖得到： 設傳輸速率為fb=1/T，發射脈沖為半占空歸零(RZ)碼，輸出脈沖為高斯波形，如圖5.18 所示。高斯波形可以表示為：8/21/2022735.3.2 中繼距離受色散（帶寬）的限制（3/11）8/21/2022745.3.2 中繼距離受色散（帶寬）的限制（4/11）美國Bell實驗室的早期研究中，曾建議采用下列標準來考查光纖線路色散對系統傳輸性能的限制。當時，碼間干擾只有峰值的0.034%，完全可以忽略不計。當時，增加到13.5%，此時功率代價為78dB，難以通過均衡進行補償。一般系統設計選取，功率代價不超過2 dB。8/21/20

39、22755.3.2 中繼距離受色散（帶寬）的限制（5/11） 為確定中繼距離和光纖線路色散(帶寬)的關系，把輸出脈沖用半高全寬度(FWHM)表示，即（5.11）式中, =/0.4247, =aT, a為相對rms脈沖寬度，T=1/fb，fb為系統的比特傳輸速率。f為光纖線路(FWHM)脈沖展寬，取決于所用光纖類型和色散特性。8/21/2022765.3.2 中繼距離受色散（帶寬）的限制（6/11） 對于多模光纖系統，色散特性通常用3dB帶寬表示，如式(2.47b)所示。因此，f=0.44/B, B為長度等于L的光纖線路總帶寬，它與單位長度光纖帶寬的關系為B=B1/L。 B1為1km光纖的帶寬，通常由測試確定。1, 稱為串接因子，取決于系統工作波長，光纖類型和線路長度。把這些關系代入式(5.11)，并取，得到光纖線路總帶寬B和速率fb的關系為： 0.56)fb (5.12)8/21/2022775.3.2 中繼距離受色散（帶寬）的限制（7/1