第5章系统与网络.

第5章 系统与网络第五章 系统与网络5.1 数字光纤通信系统数字光纤通信系统5.2 光传输网光传输网5.3 光接入网光接入网5.1 数字光纤通信系统1.点对点的数字光纤通信系统的组成 发送端电端机主要完成电信号的处理，如模拟信号的数字化，低速电信号到高速电信号的复用，信号格式的变换等。接收端电端机完成相反功能。光发射机完成电信号格式和码型的变换，信号的复用及电信号到光信号的调制。光接收机完成光信号到电信号的解调、解复用、码型变换等。中继器的主要作用就是将传输中衰减和失真的信号进行整形放大和恢复，从而延长信号的传输距离。2.光线路编码光线路编码的必要性：光线路编码的必要性：因为电接口与PCM端机或交换机相连，一般为AMI码或HDB3码等双极性码。在光设备中，由于只有有光和无光两种状态，只能编单极性码。该码型虽然容易产生，但是不利于定时信息提取，且很难在不中断业务的情况下进行误码检测，因此需要对电端机送来的信息进行适合于光传输的线路编码。线路编码要求：线路编码要求：n能对中继器进行不中断业务的误码检测。n减少码流中长连“0”或长连“1”的码字，以利于端机和中继设备的定时提取，便于信号再生判决。n能传输监控、公务和区间信号。n能实现比特序列独立性。n编解码电路、误码检测电路简单等5.1 数字光纤通信系统常用光线路编码：常用光线路编码：n分组码（字母型平衡码）：（1）把输入码流中每m比特码分为一组，然后变换为n比特。（2）输入码字共有2m种，输出码字可能组成2n种，使变换后的码流有了“富余”（冗余）。经过选择适当的编码，即尽量选择码流中“0”、“1”出现概率相近的码型，以改善定时信号的提取和直流分量的起伏等问题。而富余的码型如“0”、“1”出现概率悬殊的码组可设为禁字，用于误码检测。（3）码速提高率为：5.1 数字光纤通信系统%100mmnHn插入比特码：插入比特码是目前我国应用较多的一种码型。该码型将码流中每m比特划分为一组，然后在这组的末尾一位之后插入1个比特码。（1）mB1P码：检查每组m比特中传号（即“1”码）的奇偶性，根据校验的结果，在m比特之后插入一比特奇偶校正位（1P）。（2）mB1C码：将码流每m比特分为一组，在其末位之后再插入一个反码（又称补码）即C码。（3）mB1H码：将信码流中每m比特码分为一组，然后在其末位之后插入一个混合码，称为H码。nCMI码：CMI为传号反转码，它是一种两电平不归零码，它的码型变换原则是将原来的二进制码的“0”编为“01”；将原来二进制的“1”码交替地变换为“00”和“11”码。n扰码：根据一定的规则变换，使信号码流中“0”、“1”出现的概率相等，从而改善码流的特性。5.1 数字光纤通信系统3.光纤通信系统的监控系统监控系统是为保证光纤通信系统正常可靠的通信。监控系统包括监视、监测和控制。目前的监控系统均为集中监控方式。监控的内容：监控的内容：数字光纤通信系统的误码率是否满足指标要求；各个光中继是否有故障；接收光功率是否满足指标要求；光源的寿命；电源是否有故障；环境的温度、湿度是否在要求的范围内等。通常对系统的监视是在不中断通信的情况下进行的实时监视，是与信号的传输同时进行。另外还要定期地对系统进行测试，监测系统的各项功能是否正常。当光纤通信系统出现故障时，需要对系统进行控制，如主备用倒换、启动电机等命令。监控信号的传输：监控信号的传输：（1）在光缆中加金属导线来传电信号（2）采用时分复用的方式与主信号同时在光纤中传输（3）采用波分复用的方式。5.1 数字光纤通信系统n我国的假设参考连接（HRX）最长标准为6900km。HRX由各级交换中心和许多假设参考数字链路（HRDL）组成。数字链路又称为数字通道，指在两个数字分配架或其等效设备之间由一个或多个数字段组成。一个数字链路包含一个或多个数字段，且可包含复接和/或分接设备，但不包括交换。n标准化的HRX的总性能指标按比例分配给HRDL，然后再分配给HRDS，最后分配给线路和设备。5.1 数字光纤通信系统 参考模型：为进行系统性能研究，ITU-T建议了一个数字传输参考模型，称为假设参考连接（HRX）。4.系统的性能指标误码特性误码特性n误码：误码是指经光接收机的接收与判决再生之后，码流中的某些比特发生了差错，损伤了信号质量。n误码的原因(1)各种噪声如发送端的模分配噪声，光路上光反射引起的噪声，接收端的热噪声、量子噪声等，这些噪声引起的误码随机分布的。(2)由于光纤色散导致的码间干扰引起的误码。(3)定时抖动产生的误码。(4)各种外界因素如电源瞬态干扰、设备故障和电磁干扰等突发性因素引起的误码。5.1 数字光纤通信系统n误码性能参数(1)误块：块内的任意比特发生错误时，就称该块为误块。(2)误块秒（ES）：当某一秒中发现1个或多个误块时称该秒为误块秒。(3)严重误块秒（SES）：当一秒内含有大于等于30%的误块或者至少有一个缺陷（SDH中的告警）时，称该秒为严重误块秒。(4)背景误块（BBE）：扣除不可用时间和SES期间出现的误块后所剩下的误块。(5)不可用时间：连续10秒内每秒均为SES，从这10秒的第一秒起就认为进入了不可用时间。(6)可用时间：连续10秒内每秒均为非SES，从这10秒的第一秒起就是可用时间的开始。(7)误块秒比（ESR）：在规定测量间隔内出现的ES数与总的可用时间之比，称为ESR。(8)严重误块秒比（SESR）：在规定测量时间内出现的SES数与总的可用时间之比，称为SESR。(9)背景误块比（BBER）：BBE数与扣除不可用时间和SES期间内所有块后剩余的总块数之比称为BBER。5.1 数字光纤通信系统抖动特性抖动特性n抖动的概念：抖动是指数字脉冲信号的有效瞬时（最佳抽样点）在时间上偏离其理想为止的短时间的，非积累的偏离。n抖动产生的原因（1）由于噪声引起的抖动。如热噪声、散弹噪声及倍增噪声等。（2）由时钟恢复电路产生的抖动。如时钟的不稳定，谐振电路元件老化等。（3）由数字复接中引起的抖动。如映射、指针调整等。n抖动的性能参数（1）输入抖动容限：光传输设备（如PDH或SDH）的输入口必须允许输入信号含有一定的抖动。对于PDH输入口，是在设备不产生误码的情况下，该输入口能承受的最大输入抖动值。对于SDH输入口为能使光设备产生1dB光功率代价的峰峰抖动值。（2）最大允许输出抖动：在设备输入无抖动的情况下，输出的最大抖动。此指标能够使网元任意互连而不影响网络传输质量。（3）抖动转移函数：设备输出抖动与输入抖动的比值随频率的变化关系。5.1 数字光纤通信系统漂移性能漂移性能n漂移的定义为数字脉冲的特定时刻相对于其理想时间位置的长时间（变化频率低于10Hz）偏移。长时间偏离是指变化频率低于10Hz的相位变化，漂移是相位噪声的低频成分。n产生漂移的原因主要有环境温度的变化、光纤传输性能的变化、时钟的变化、指针调整、以及激光器波长的偏移等。可靠性指标可靠性指标n系统的可靠性是指在观察的时间内，能够完成规定功能的概率。n表示可靠性的参数为：平均故障间隔时间（MTBF），单位为小时；另一个是故障率，单位是1/小时，=1/MTBF，当采用10-9/小时为计量单位时，称为菲特（Fit），即1Fit=10-9/小时 5.1 数字光纤通信系统5.系统中继距离的设计光纤通信的最大中继距离主要受到光纤传输中的损耗和色散两大参数的影响。损耗受限系统损耗受限系统:影响中继距离的损耗参数主要有光发送机的平均发送光功率、光缆的损耗系数、光接收机灵敏度等。此时要求主信道的发送和接收之间总损耗不能超过系统的允许损耗范围。rtdecmsPPAMnAL)(msdecrtAMnAPPLPt为平均发送光功率（dBm）；Pr为接收机灵敏度；Ac为每个活动连接器损耗（dB/个），一般取0.20.3dB/个；Me为系统设备富余度(dB)，一般取3dB；为光纤衰减常数(dB/km)；s为每公里光纤接头损耗(dB/km)；m为每公里光纤线路损耗余量(dB/km)，一般0.10.2dB/km；Ad为光通道代价(dB)，对于低速系统一般取1dB，对于高速系统一般取2dB；L为光纤长度。5.1 数字光纤通信系统色散受限系统 色散受限系统的最大中继距离由在工作波长下的光纤色散和光源光谱特性决定。色散受限系统的最大传输距离使用ITU-T定义的光通路功率代价概念，包括由反射、码间干扰、模分配噪声、激光器啁啾等造成的功率代价。一般在12dB之间。n多模激光器系统的最大传输距离：由于多模激光器引起的频率啁啾对最大传出距离的影响较小，所以只考虑模式分配噪声的功率代价和码间干扰的功率代价。n单模激光器系统的最大传输距离5.1 数字光纤通信系统BDL610L为传输距离（km），B为系统的码速率（Mbit/s），为激光器的谱宽（nm），D为光纤的色散系数（ps/nm.km），为与色散代价有关的系数，多模激光器系统时一般取0.115。2271400BDLL为传输距离（km），B为系统的码速率（Tbit/s），为激光器的中心波长（nm），D为光纤的色散系数（ps/nm.km），为啁啾系数，如采用普通量子阱激光器时=3，采用EA调制器时=0.5。5.2 光传输网在传统电信网中，光传输网从纵向看分为骨干网、城域网和接入网。城域网从横向看分为核心层、汇聚层和接入层。骨干网和城域网的核心层和汇聚层的网络目前主要由同步数字体系（SDH）支撑，并加入波分复用系统（WDM）提高传输容量。Web ConferenceWebStorage骨干网城域网EnterprisePONEthernet接入网1.光纤传输系统的网络拓扑结构 光传输网有多种网络结构，常用的有链形结构、环形结构、星形结构、树形结构和网状网结构。目前的骨干网采用多个环网相交、相切或链接的结构，城域网的核心层、汇聚层多采用环形结构与网状网结构，而城域网的接入层多采用星形结构、链形结构和少量环形结构。5.2 光传输网组成光传输网的节点系统主要有组成光传输网的节点系统主要有SDHSDH系统、系统、WDM系统和系统和OTN系统。系统。2.SDH系统与网络SDH的基本概念 SDH作为同步数字传输体系包括硬件（设备）和软件（数据格式）两部分。是由一些基本网络单元（NE）组成的，在传输媒质上（如光纤、微波等）进行同步信息传输、复用、分插和交叉连接的标准化数字信号的结构等级系列，称为同步传送模块（STM-N）。根据ITU-T的建议信号标准速率等级有STM-l、STM-4、STM-16和STM-64，对应的速率分别为155Mbit/s、622Mbit/s、2.5Gbit/s和10Gbit/s，它们也被称为群路信号。5.2 光传输网SDH系统的功能设备SDH系统根据功能可分为终端复用器（TM）、再生中继器(REG)、分插复用器(ADM)和交叉连接(DXC)等四大类设备。n再生段是指在两个中继设备之间的区段（至少有一个终结在中继设备），包括两个再生中继器和它们之间的光缆。n复用段是指在两个复用设备之间的区段（至少有一个终结在复用设备），包括两个复用器和它们之间的光缆。n通道为电端机设备输出信号（支路信号）之间的区段。5.2 光传输网（1）TM：终端复用器 它的作用是将支路端口的低速PDH电信号复用到线路端口的高速群路信号STM-N中，或从STM-N的信号中分出低速支路信号。它的线路端口输入/输出一路STM-N信号而支路端口却可以输出/输入多路低速支路信号，所以是一个双端口器件且具有交叉连接功能，多用于端点站。5.2 光传输网TM140Mb/s2Mb/s34Mb/sSTM-MSTM-NMN（2）ADM：分/插复用器 分/插复用器用于SDH传输网络的转接站点处，例如网络链的中间节点或环上节点，是SDH网上使用最多最重要的一种网元。它是一个三端口的器件，ADM有两个群路端口和一个支路端口，具有交叉连接功能。5.2 光传输网（3）REG：再生中继器（电）再生中继器主要通过光/电变换、电信号抽样、判决、再生、整形保证线路上传送信号波形的完好性。REG是双端口器件，只有两个群路端口，用于节点站，无交叉连接。（4）DXC：数字交叉连接设备 数字交叉连接设备完成的主要是STM-N信号的交叉连接功能。它是一个多端口器件，它实际上相当于一个交叉矩阵，完成各个信号间的交叉连接。SDH系统的组网应用 当前由SDH组成的常用网络拓扑结构是链形和环形，通过它们的灵活组合，可构成更加复杂的网络，主要应用于骨干网即长途一级和二级干线，其中环形网占主要地位。5.2 光传输网3.WDM系统与网络WDM的概念WDM技术是将不同波长的光信号同时通过一根光纤传送。当相邻两个波长的间距小于0.8nm时，就称为密集波分复用技术即DWDM技术。DWDM的技术可以充分利用光纤的巨大带宽资源，使一根光纤的传输容量比单波长传输增加几倍至几十倍。5.2 光传输网光发射机光发射机光发射机光发射机 N 123光接收机光接收机光接收机光接收机N 123复用器解复用器EDFA放大器WDM系统的功能设备WDM系统接收来自SDH设备的STM-16光群路信号转换并复用成为符合ITU-T G.692建议多波长光信号，完成此功能的WDM系统的设备主要包括光终端复用器（OTM）和光放大器（OLA）。光终端复用器中包括波长转换器(OTU)、分波/合波器、光功率放大器（OBA）和光前置放大器（OPA）。5.2 光传输网OPA1n合波器OTU1nOTMOLAOTMOBA分波器OSCOSCOSCOTUOTUOTUWDM系统的组网应用n点到点的网络结构目前，DWDM系统的应用大多数是点到点的长途干线大容量高速传输，以便简化系统结构和设计，减少投资和维护费用；同时，为形成将来的网状网作好准备。在WDM系统点到点的应用中，光波分复用终端（OTM）和光线路放大器（OLA）是主要传输设备。5.2 光传输网n环形网络结构可以用WDM系统构成环形传输拓扑结构，特别是在省内干线网的应用中。但由于目前技术条件下的光分插复用（OADM）设备还未商用，因此，WDM环状传输结构还是采用OTM和OLA设备，就环内每个光纤段而言，实际上还是WDM点到点的拓扑结构。5.2 光传输网4.OTN系统与网络OTN技术的概念 OTN技术为客户层信号提供光域处理的传送网络，主要功能包括传送、复用、选路和监视等。OTN在原来SDH传送网的电复用层和物理层之间加入了光层。客户层信号以波长形式在OTN上复用后、传输、选路和放大，在光域上分叉复用和交叉连接。5.2 光传输网OTN系统的设备 根据OTN设备的接口适配、线路接口以及光/电交叉等功能的不同，可以分为：OTN终端复用设备、OTN 光交叉设备、OTN 电交叉设备三种类型，也可形成OTN光电混合交叉设备。nOTN终端复用设备 OTN终端复用设备将不同格式的客户电信号经过映射组装成标准的数据帧结构，然后通过电光转换，进入光通道层，加入光载波后进行波分复用，送入传输媒质。5.2 光传输网nOTN电交叉设备 类似于现在的SDH交叉设备，OTN电交叉设备完成光通路数据单元（ODUk）的电路交叉连接功能，为OTN网络提供灵活的电路调度和保护能力，交叉容量以客户电路层容量为主。OTN电交叉设备可以独立存在，类似于SDH的DXC设备，对外提供各种业务接口和光通道传送单元（OTUk）接口。也可以与OTN终端复用功能集成在一起，完成光复用段和光传输段功能，支持WDM传输。5.2 光传输网nOTN光交叉设备（OADM或OXC）OTN光交叉设备以光波长为交叉颗粒，完成光通道（OCh）的光路交叉连接功能，支持多种基于光层的保护恢复功能，交叉容量大。光交叉设备在光域上实现以往SDH设备中的电分插复用器功能。5.2 光传输网nOTN光电混合交叉设备 OTN电交叉设备可以与光交叉设备相结合，同时提供ODUk电层和OCh光层调度能力。波长级别的业务可以直接通过OCh交叉，其他需要调度的业务经过ODUk交叉。两者配合可以优势互补，又同时规避各自的劣势。这种大容量的调度设备就是OTN光电混合交叉设备。5.2 光传输网OTN系统的网络应用5.2 光传输网 OTN网络的特点是网络内部的信号格式是统一的，称为光线路信号，是一种多个特定波长合波后的信号，每个特定波长在电层具有特定帧格式。在每个网络节点，各种客户信号统一转换为光线路信号，这样节点间传送的信号只有光线路信号。OTN是按照信号的波长来进行信号处理的，因此，它对所传送数字信号的传输速率、数据格式及调制方式完全透明，这意味着光传送网不仅可以透明传送SDH、IP、以太网、帧中继(FR)和ATM等信号，而且也完全可以透明传送今后使用的新的数字业务信号。1.接入网定义 接入网处于整个电信网的网络边缘。接入网相对核心网而言的，主要完成使用户接入到核心网的任务。按照ITU-T G.902的定义，接入网（AN）是由业务节点接口（Service Node Interface，SNI）和相关用户网络接口（User Network Interface，UNI）之间的一系列传送实体（诸如线路设施和传输设施）所组成的，它是一个为传送用户业务提供所需传送承载能力的实施系统。5.3 光接入网CPE/CPN接入网接入网传输网交换网交换网核心网CPE:用户驻地设备CPN:用户驻地网SNIUNICPE/CPNSNIUNI 光接入网（OAN）是指在本地交换机，或远端模块与用户之间全部或部分采用光纤作为传输媒质的一种接入网。OAN由光线路终端（OLT）、光配线网（ODN）和光网络单元（ONU）三大部分组成。根据ODN的组成器件可将OAN分为有源光接入网（AON）和无源光接入网（PON）。5.3 光接入网2.无源光接入网 无源光接入网（PON）是局端设备（OLT）与多个用户端设备（ONU）之间的光分配网（ODN）为无源的光缆、光分、合路器等组成的。无源光接入网根据所传输的业务类型分为APON、EPON和GPON。APON即基于ATM的无源光网络，EPON即基于以太网的无源光网络，GPON即千兆无源光网络，它是在APON的基础上发展的。5.3 光接入网3.有源光接入网有源光网络（Active Optical Network，AON）由OLT，ODN，ONU和光纤传输线路构成。ODN可以是一个有源复用设备，远端集线器，也可以是一个环网。目前的AON网络的核心技术主要采用SDH技术，通过对SDH系统和设备进行简化，以适应AON的需要。5.3 光接入网