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第九章光纖通信系統(tǒng)設計 9 1概述9 2模擬光纖通信系統(tǒng)9 3數(shù)字光纖通信系統(tǒng) 9 1概述 光纖通信系統(tǒng)根據(jù)傳送的信號可以分為模擬光纖通信系統(tǒng)和數(shù)字光纖通信系統(tǒng) 隨著光纖通信技術的進步 系統(tǒng)的傳輸容量 速率 越來越高 系統(tǒng)設計的任務是 遵循建議規(guī)范 采用先進 成熟技術 綜合考慮系統(tǒng)經(jīng)濟成本 合理地選用器件和設備 明確系統(tǒng)的全部技術參數(shù) 完成實用系統(tǒng)的合成 它與工程設計主要區(qū)別在于 9 首先系統(tǒng)設計與工程設計的區(qū)別表現(xiàn)在復雜程度上 其次系統(tǒng)設計與工程設計的區(qū)別表現(xiàn)在它們的任務不同 9 2模擬光纖通信系統(tǒng) 模擬光纖通信系統(tǒng)多采用副載波復用技術 所謂副載波是指射頻電磁波 以區(qū)別于光調(diào)制時的光載波 副載波調(diào)制的電視系統(tǒng)框圖如圖9 1所示 圖9 1副載波復用模擬電視傳輸系統(tǒng) 9 2 1系統(tǒng)主要性能指標 作為殘留邊帶調(diào)幅的副載波光纖傳輸系統(tǒng) 其主要指標有 載噪比 CarrierNoiseRatio CNR 組合二階互調(diào)失真 CompositeSecondOrderintermodulation CSO 組合三階差拍失真 CompositeTripleBeat CTB 1 載噪比 載噪比 CNR 是在規(guī)定的帶寬內(nèi)一個頻道中的載波功率 C 與噪聲功率 N 之比 一般以dB作單位 定義式為 前置放大器的熱噪聲所決定的 CNR T為 CNR T與輸入功率的平方成正比 即輸入功率增加1dB CNR T增加2dB 光電轉(zhuǎn)換散彈噪聲決定的 CNR q為 CNR q與接收機輸入功率成正比 輸入功率增加1dB CNR q增加1dB 激光器相對強度噪聲決定的 CNR RIN為 CNR RIN與光接收機的接收功率無關 2 非線性失真 設N個頻道的載波幅度均為I 頻率分別為 j 初始相位為 j 則激光器的驅(qū)動電流i t 為 此時激光器的輸出功率為 P t P i P i 為非線性函數(shù) 且在Ib附近連續(xù)可導 因此可以將激光器輸出功率在偏置點Ib附近展開為泰勒級數(shù) 式中 P0為對應偏置點i Ib時的直流光功率 對式 9 15 做三角函數(shù)展開可以得到 k 1時 頻率仍為 j j 1 2 3 N 對應的是線性放大部分 k 2時 對應二階失真 k 3時 對應三階失真 9 2 2傳輸距離設計 直接強度調(diào)制光纖電視傳輸系統(tǒng)的傳輸距離絕大多數(shù)是損耗限制系統(tǒng) 根據(jù)發(fā)射功率 接收機靈敏度 線路損耗和分光器損耗可以計算出傳輸距離L 式中 P0為光發(fā)送機發(fā)射光功率 dBm Pr為接收機的最低接收光功率 dBm M為系統(tǒng)富余量 dB 為光纜線路每公里的損耗 包括每公里光纖損耗 光纖接頭損耗 光纖活動連接器的損耗 單位為dB km Ai為分光器插入損耗 dB Ad為分光器分光損耗 dB 如果單從滿足系統(tǒng)的傳輸帶寬來考慮 只要系統(tǒng)要求的帶寬不大于單模光纖可提供帶寬即可 此時系統(tǒng)的最大傳輸距離為 式中 D為單模光纖的色散系數(shù) 為光源的譜線寬度 B為系統(tǒng)傳輸信號帶寬 9 3數(shù)字光纖通信系統(tǒng) 1 抗干擾能力強 傳輸質(zhì)量好 2 可以再生 傳輸距離遠 3 數(shù)字系統(tǒng)采用大量的數(shù)字電路 容易集成 采用超大規(guī)模集成電路芯片使數(shù)字設備體積小 功耗低 9 3 1主要性能指標 數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的性能主要包括誤碼性能 抖動性能和系統(tǒng)的可靠性 1 參考模型 13 1 假設參考通道 2 假設參考數(shù)字段 兩個相鄰數(shù)字配線架之間 或等效設備之間 用來傳送一種規(guī)定速率的數(shù)字信號的全部裝置構(gòu)成一個數(shù)字段 2 誤碼特性 1 誤碼概念 誤碼就是經(jīng)接收判決再生后 數(shù)字碼流的某些比特發(fā)生了差錯 使傳輸信息的質(zhì)量產(chǎn)生了損傷 內(nèi)部機理產(chǎn)生的誤碼 它包括各種噪聲源產(chǎn)生的誤碼 定位抖動產(chǎn)生的誤碼 復用器 交叉連接設備和交換機的誤碼 脈沖干擾產(chǎn)生的誤碼 一些具有突發(fā)性質(zhì)的脈沖干擾如外部電磁干擾 靜電放電 設備故障 電源瞬態(tài)干擾和人為活動會產(chǎn)生誤碼 2 誤碼性能事件 誤碼性能事件是導出誤碼性能參數(shù)的基礎 G 826建議是以塊差錯 誤塊 事件為基礎的規(guī)范 它規(guī)范的是運行在基群和基群以上速率數(shù)字通道的誤碼性能事件 參數(shù)和指標 3 誤碼性能指標 端到端指標 需要說明的是SES事件并不總是孤立的事件 它可能會連續(xù)地發(fā)生SES n個連續(xù)的SES與n個孤立的SES對用戶感到的性能會產(chǎn)生很不相同的影響 運行在G 826所包括的速率下的通道是由傳輸系統(tǒng) 數(shù)字段 來承載的 誤碼性能指標如何應用到系統(tǒng)設計 目前ITU T還沒有建議 3 抖動和漂移特性 1 抖動和漂移的概念 定時抖動對網(wǎng)絡的性能損傷表現(xiàn)在下面幾個方面 對數(shù)字編碼的模擬信號 在解碼后數(shù)字流的隨機相位抖動使恢復后的樣值具有不規(guī)則的相位 從而造成輸出模擬信號的失真 形成所謂抖動噪聲 在再生器中 定時的不規(guī)則性使有效判決偏離接收眼圖的中心 從而降低了再生器的信噪比余度 直至發(fā)生誤碼 在SDH網(wǎng)中 像同步復用器等配有緩存器的網(wǎng)絡單元 過大的輸入抖動會造成緩存器的溢出或取空 從而產(chǎn)生滑動損傷 2 抖動和漂移性能的規(guī)范 3 抖動和漂移指標 PDH信號在SDH PDH邊界處應滿足原有PDH網(wǎng)的抖動性能要求 PDH網(wǎng)絡接口允許的最大輸出抖動 SDH設備的PDH支路輸入口抖動和漂移容限 SDH網(wǎng)絡輸出接口允許的最大抖動為了保證不同SDH網(wǎng)元之間的互連而不影響網(wǎng)絡的傳輸質(zhì)量 SDH網(wǎng)絡輸出接口允許的最大抖動不應超過表9 8中所規(guī)定的數(shù)字 括號中數(shù)值為數(shù)字段要求 SDH設備的輸入口的抖動和漂移容限 SDH抖動轉(zhuǎn)移特性 4 系統(tǒng)可靠性 系統(tǒng)的可靠性一般采用故障統(tǒng)計分析法 即根據(jù)實際調(diào)查結(jié)果 統(tǒng)計足夠長時間內(nèi)的可用時間和不可用時間 然后用可用性指標來表示 所謂可用性是指可用時間占系統(tǒng)全部運營時間的百分比 因為是統(tǒng)計量 因此統(tǒng)計時間越長 所得結(jié)果越精確 9 3 2系統(tǒng)設計 隨著光纖放大器的大量實用 數(shù)字光纖通信系統(tǒng)一般分為無光纖放大器系統(tǒng)和有光纖放大器系統(tǒng) 1 設計方法 在技術上 系統(tǒng)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(tǒng) 中繼距離的設計對系統(tǒng)的性能和經(jīng)濟效益影響很大 工程上常用的設計方法主要有三種 最壞值設計法 統(tǒng)計設計法和聯(lián)合設計法 1 最壞值設計法 最壞值設計法就是在設計再生段距離時 所有參數(shù) 包括光功率 光譜范圍 光譜寬度 接收機靈敏度 光纖衰減系數(shù) 接頭與活動連接器插入損耗等參數(shù) 均采用壽命期中允許的最壞值 而不管其具體的分布如何 2 統(tǒng)計設計法 統(tǒng)計設計法是利用光參數(shù)分布的統(tǒng)計特性更有效地設計再生段距離 與最壞值設計法相比 統(tǒng)計設計法可以延長再生段距離 但橫向兼容性不再滿足 3 聯(lián)合設計法 在某些情況下 按標準的光接口參數(shù)值進行設計不能滿足實際工程再生段距離 運營者需要仔細考慮設計中不滿足光接口規(guī)范的主要方面 2 光接口 為了在再生段上實現(xiàn)橫向兼容性 與過去的PDH體系不同 SDH體系和波分復用系統(tǒng)有世界范圍的標準光接口 這些光接口標準是系統(tǒng)設計必須遵循的依據(jù) 1 單信道系統(tǒng) 單信道光接口的位置如圖9 9所示 圖9 9光接口位置示意圖 2 多信道系統(tǒng) 多信道光接口的位置如圖9 10所示 圖9 10多信道系統(tǒng)各參考點位置 3 系統(tǒng)設計 1 損耗限制 2 5Gbit s及其以下速率的無光放系統(tǒng)的中繼距離和有光放系統(tǒng)的光放段距離主要受光纖損耗限制 此時要求主信道的發(fā)送和接收之間 單信道系統(tǒng)的S和R點之間 總損耗不能超過系統(tǒng)的允許損耗范圍 即 L s m 2Ac Me Ad Po Pr 式中 Po為平均發(fā)送光功率 dBm Pr為接收靈敏度 dBm Ac為每個活動連接器損耗 如果沒有光分配架此項為零 Me為系統(tǒng)設備富余量 dB 為光纖損耗常數(shù) dB km s為每公里光纖平均接頭損耗 dB km m為每公里光纖線路損耗余量 Ad為光通道代價 dB L為光放段長度 2 色散限制 信號在光纖中傳輸時 一方面由于線路系統(tǒng)的損耗 其幅度會越來越小 另一方面會寄生很多噪聲 同時由于色散的存在其波形也要發(fā)生畸變 3 光信噪比 光放大器的應用可以大大地提高系統(tǒng)的可用功率 增加系統(tǒng)的衰減范圍 延長無中繼的傳輸距離 它還可以取代一些光 電 光的電中繼器 只進行光 光轉(zhuǎn)換 減少設備的復雜程度 提高系統(tǒng)的可靠性