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1、第五讲 光纤通信系统,主要内容,5.1光通信线路组成5.2光纤通信系统的设计5.3光放大器5.4多路信号复用5.5波分复用5.6 同步数字系列（SDH）,第5章 波分复用光纤通信系统5.1 光纤通信系统新技术简述 5.2 波分复用（WDM）技术5.3 光中继器 5.3.1 光电转换型中继器 5.3.2 全光型中继器概述 5.3.3 掺铒光纤放大器（EDFA）5.3.4 光纤拉曼放大器（FRA）5.3.6 半导体光放大器（SOA）,第 6 章 光纤数字通信系统的传输规范 6.1 光纤数字通信系统的两种主要传输制式 6.1.2 同步数字系列（SDH）6.2 光纤数字通信系统的基本质量指标 6.3
2、光纤数字通信系统的基本设计 6.4 光纤数字通信系统的测量,5.1 光通信线路组成,1、点到点单用户线路,光发送机,光接收机,光发送机,光接收机,光发送机,光接收机,光接收机,光发送机,光缆,光缆,光端机,光端机,2、点到点多用户线路,多路信号复用,多路信号解复用,多路信号复用,多路信号解复用,光端机,光端机,电端机,电端机,电源,公务、管理,3、远距离线路,光端机,光端机,电端机,电端机,中继站,中继站,远距离信号损耗衰减,中继站的作用：补偿光纤的损耗和色散,1）光信号放大（补偿光纤损耗）,2）光信号脉冲再生（消除补偿光纤的色散）,中继方式：,1）光信号直接放大-光放大器,2）光端机,光端机
3、,光端机,中继器（中继站）,随着传输线路的延长，会由于传输损耗而使脉冲衰减，同时加上传输线路的失真特性（光纤中的各种色散）产生脉冲波型的失真。因此，需要中继器来进行修复。,3R：re-amplifying 再放大（光放大器的功能）re-timing 再定时（消除时间抖动）re-shaping 再整形（消除波形畸变）,光端机,光端机,电端机,电端机,中继站,中继站,通过这3个R，得到接近于发射端的光信号从而延长传输距离，提高信号质量。,3R再生功能,放大,消除波形畸变,消除时间抖动,4、远距离光通信链路,终端站,中继站,分路站,枢纽站（中心站）,为了节约建设成本，往往是一缆多对光纤，并行传输,m
4、对,为了防止线路故障中断，往往留有备份线路,因此线路中，应有线路质量检测和倒换设备,中间站,通信站,终端站,终端站,终端站,中间站,分路站,枢纽站,中继站,将一系列点到点光纤线路组合并连起来，就形成光通信链路光通信链路也是一种基本的光通信网络。,复用段、数字段,中继段,当发生线路故障中断时，在该复用段倒换线路-用备份线路代替工作线路,5、光纤通信网络,光纤通信网络是由光传输系统连接的信息传输网络。,（1）基本拓扑结构类型,a)点对点(b)线形总线网(c)环形网(d)星形网(e)树形网(f)网格形网,光纤通信网络由网络节点和线路组成,（2）网络结构分类,城域/本地网多采用环形结构,接入网通常是环
5、形和星形的复合结构,骨干网多采用网状结构,按层次划分：分为骨干网，本地网和接入网,按分布区域划分：广域网、城域网，局域网,5.2 系 统 的 设 计,系统设计的主要任务是:,选择最佳路由和局站设置传输体制和传输速率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。,在技术上，系统设计的主要问题是确定中继距离尤其对长途光纤通信系统，中继距离设计是否合理，对系统的性能和经济效益影响很大。,系统设计的一般步骤1）选定传输速率和传输制式 2）选定工作波长 3）选定光源和光检测器件 4）选定光纤光缆类型 5）选定路由、估算中继距离 6）估算误码率,S和R两点之间光纤线路总损耗不能超
6、过系统的总功率衰减,L 为中继距离(km),f光纤损耗系数(dB/km),s光纤平均接头损耗(dB/km),Pt 为平均发射光功率(dBm),Pr为接收灵敏度(dBm,c 为连接器损耗(dB/对),Me 为系统功率余量(dB),Mm为系统功率代价(dB),受光纤线路损耗限制的中继距离为,5.2.1 中继距离受损耗的限制,光纤总损耗,系统允许总衰减,连接器损耗一般为0.31 dB/对。光纤损耗系数f取决于光纤类型和工作波长，例如单模光纤在1310 nm,f为0.40.45 dB/km;在1550 nm,f为0.220.25 dB/km。平均接头损耗可取0.05 dB/个，每千米光纤平均接头损耗s
7、可根据光缆生产长度计算得到。光纤系统代价Mm在一个中继段总余量不超过5 dB。系统余量Me包括由于时间和环境的变化而引起的发射光功率和接收灵敏度下降，以及设备内光纤连接器性能劣化，Me一般不小于3 dB。,根据ITU-T(原CCITT)G.955建议，用LD作光源的常规单模光纤(G.652)系统，在S和R之间数字光纤线路的容限如表。,5.3.2 中继距离受色散(带宽)的限制,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。,为使光接收机灵敏度不受损伤，保证系统正常工作，必须对光纤线路总色散(总带宽)进行规范。,对于数字光纤线路系统，色散增大，意味着数字脉冲展宽增加，
8、因而在接收端要发生码间干扰，使接收灵敏度降低，或误码率增大。严重时甚至无法通过均衡来补偿，使系统失去设计的性能。,不归零码,归零码,T,不归零码,归零码RZ,T,矩形脉冲,高斯脉冲,光纤通信传输信号码型,有一定占空比,高电平在一个周期之内所占的时间比率,1,0,1,0,1,1,高斯脉冲,t,为均方根(rms)脉冲宽度,高斯脉冲的码间干扰,定义为相对rms脉冲宽度,脉冲半高全宽度(FWHM),=/0.4247,当a=0.25时，码间干扰只有峰值的0.034%，完全可以忽略不计。,当a=0.5时，增加到13.5%，此时功率代价为78dB，难以通过均衡进行补偿。,一般系统设计选取a=0.250.35
9、，功率代价不超过2 dB。,对于宽光谱光源，在非零色散波长,在这个基础上，根据原CCITT建议，对于实际的单模光纤通信系统，受色散限制的中继距离L可以表示为：,为光源谱线宽度(nm)，,对多纵模激光器(MLM-LD)，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MLM-LD,=0.115,对于SLM-LD，=0.306,a=0.250.35,由于光纤制造工艺的偏差，光纤的零色散波长不会全部等于标称波长值，而是分布在一定的波长范围内。光源的峰值波长也是分配在一定波长范围内，并不总是和光纤的零色散波长度相重合。对于G.652规
10、范的单模光纤波长为12851330 nm，色散系数D不得超过3.5 ps/(nmkm)波长为12701340 nm,D不得超过6 ps/(nmkm),(1)光纤通信系统的中继距离受损耗限制时,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。,(2)中继距离受色散限制时,对于MLM-LD,=0.115对于SLM-LD，=0.306,5.1光通信线路组成5.2光纤通信系统的设计,估算中继距离,设系统平均发射功率Pt=-3 dBm,接收灵敏度Pr=-42 dBm，功率代价Mm=6 dB，设备余量Me=3 dB，连接器损耗c=0.3dB/对，光纤损耗系数f=0.35 d
11、B/km,光纤平均接头损耗s=0.04 dB/km。,例：计算140 Mb/s单模光纤通信系统中继距离。,得到中继距离,解：,线路码速率fb=140Mb/s,|D|=3.0 ps/(nmkm)，MLM-LD=2.5 nm。,（1）损耗限制系统,Pt=-3 dBm,Pr=-42 dBm,c=0.3dB/对,Mm=6 dB,Me=3 dB,f=0.35 dB/km,s=0.04 dB/km,在工程设计中，中继距离应取75.3 km。在本例中中继距离主要受损耗限制。,MLM-LD,=0.115,（2）色散限制系统,fb=140Mb/s,|D|=3.0 ps/(nmkm)，MLM-LD=2.5 nm,
12、得到中继距离,中继距离和传输速率的关系，包括损耗限制和色散限制的结果,Gb/s,对于波长为0.85 m的多模光纤，由于损耗大，中继距离一般在20 km以内。,传输速率很低，SI光纤的速率不如同轴线，GI光纤的速率在0.1 Gb/s以上就受到色散限制。单模光纤在长波长工作，损耗大幅度降低，中继距离可达100200 km,在1.31m零色散波长附近，当速率超过1 Gb/s时，中继距离才受色散限制。,在1.55 m波长上，由于色散大，通常要用单纵模激光器，理想系统速率可达5 Gb/s,0.85m,SIF光纤，fbL0.011=0.01(Gb/s)km 0.85m,GIF光纤，fbL0.120=2.0
13、(Gb/s)km 1.31 m,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,把反映光纤传输系统技术水平的指标：速率距离(fbL)乘积大体归纳如下：,5.3 光放大器,光放大器分类 半导体光放大器 掺铒光纤放大器 光纤拉曼放大器,光放大器分类,5.3.2 半导体光放大器,1 半导体光放大器原理2 半导体光放大器特性3 半导体光放大器的应用,(SOA,Semiconductor Optical Amplifier),半导体光放大器外形,半导体光放大器的机理与激光器
14、的相同，通过受激发射放大入射光信号。光放大器只是一个没有反馈的激光器，其核心是当放大器被光或电泵浦时，使粒子数反转获得光增益。增益不仅与入射信号的频率（或波长）有关，而且与放大器内任一点的局部光强有关，该频率和光强与光增益的关系又取决于放大器介质。,1、半导体光放大器原理,行波光放大器是一个没有反馈的激光器。其核心是当放大器被光或电泵浦时，使粒子数反转获得光增益。,行波半导体光放大器,减小半导体激光器腔体界面反射，可使激光器变为放大器。放大器就称为 F-P 放大器。,F-P谐振腔反射率 R 越大，SOA的增益越大。但是，当 R 超过一定值后，光放大器将变为激光器。,F-P SOA,2 半导体激
15、光放大器（SOA）特性,增益：芯片3035 dB,除 810 dB的耦合损耗外，还有2225 dB的增益；带宽：很宽，3 dB带宽约为70nm（9 THz）可以对窄至几个ps 的超窄光脉冲进行放大；噪声：典型值为 57 dB；可与光发射机和接收机一起单片集成在一起；缺点：对偏振方向非常敏感。,半导体光放大器带宽和增益频谱曲线,法布里-玻罗放大器(F-PA)和行波放大器(TWA)的带宽比较,行波光放大器的增益与波长的关系,波长可调激光器+光放大+调制器 集成化器件,表 几种商用半导体光放大器（SOA）性能指标,3 半导体光放大器的应用,SOA存在增益受偏振影响、信道交叉串扰以及耦合损耗较大等缺点
16、，所以不能作为在线放大器使用。SOA可以在1.3 m光纤系统中作为光放大使用，因为一般的EDFA不能在该窗口使用。SOA芯片具有高达3035 dB的增益，除输入和输出端存在总共810 dB的耦合损耗外，还有2225 dB的增益。另外行波半导体光放大器具有很宽的带宽，可以对窄至几个ps的超窄光脉冲进行放大。在DWDM光纤通信中，可作为波长路由器中的波长转换和快速交换器件使用。在OTDM中，也可以用作时钟恢复和解复用器的非线性器件。,在石英光纤中掺入稀土离子作为增益介质在泵浦光的激发下实现光信号的放大。放大器的特性主要由掺杂元素决定。,5.3.3 掺铒光纤放大器,有许多不同的稀土元素，如铒（Er）
17、，镨（Pr）,钬（Ho），钕（Nd），钐（Sm），铥（Tm），和镱（Yb）等。都可用于实现不同波长的光放大器，这些波长覆盖了从可见光到红外的很宽范围，直至2.8m。,Erbium Doped Fiber Amplifer,EDFA,掺铒光纤放大器工作于1.55m具有高增益、高功率和宽带宽等优良特性，,一、掺铒光纤EDF,EDF结构和折射率分布,二、掺铒光纤放大器的基本结构,泵浦光由半导体激光器（LD）提供,与被放大信号光一起通过光耦合器或波分复用耦合器注入掺铒光纤（EDF）,光隔离器用于隔离反馈光信号，提高稳定性。,光滤波器用于滤除放大过程中产生的噪声。,3种构成结构-3种配置方式,前向泵浦,
18、正向泵浦,后向或反向泵结构,双向泵结构,三、EDFA工作原理,1、铒离子的能级结构,掺铒光纤能放大光信号的基本原理在于铒离子能吸收泵浦光的能量，实现粒子数反转，当波长为1.55m的信号光通过已被激活的掺铒光纤时，亚稳态上的粒子以受激辐射的方式跃迁到基态。对应于每一次跃迁，都将产生一个与激发该跃迁的光子完全一样的光子，从而实现了信号光在掺铒光纤的传播过程中不断放大。,基态,亚稳态,激发态,有源媒质(几十米左右长的掺铒石英光纤，芯径35m,掺杂浓度(251000)10 6),(a)EDFA的结构;(b)能级;(c)增益谱,泵浦光源(990或1480nm LD),三能级系统,放大的自发发射(ASE)
19、谱，带宽很大(达2040nm)，且有两个峰值，分别对应于1530nm和1550nm。,2、自发辐射谱,3、受激辐射,四、EDFA的特性,EDFA的增益与许多参数有关，Er离子浓度与径向分布、光纤尺寸、放大器长度、泵浦功率与 输入信号功率等,1.增益特性,输入功率（dBm）,0,-20,-10,0,10,20,输出功率,(dBm),输出饱和光功率,输入功率（dBm）,1.48m泵浦,对给定的放大器长度L，放大器增益先随泵浦功率按指数增长，当泵浦功率超过某一值时，增长变慢了。,EDFA的小信号增益随泵浦功率和放大器长度而变的曲线,1.48m泵浦,对给定的泵浦功率，放大器增益随长度变化，并存在一最佳
20、长度，超过此长度后，由于泵浦功率的消耗，最佳点后的铒光纤不能受到足够泵浦，而且要吸收已放大的信号能量，导致增益很快降低。,从图中曲线可见，采用1.55m信号波长、5mW的泵浦功率，在L30m时已达到30dB增益，过长已无意义。,2、放大器增益随长度变化,3、归一化输出功率随归一化输入功率的关系,4、增益随输出功率的变化及增益饱和特性,增益系数,增益系数,各种光纤放大器的带宽比较,GS-EDFA为增益移位EDFA，EDTFA为掺碲(Te)的硅基掺铒光纤放大器，TDFA为掺铥(Tm)的光纤放大器，GS-TDFA为增益移位掺铥光纤放大器，RFA为喇曼光纤放大器。,5.噪声特性,EDFA的输出光中，除
21、了有信号光外，还有自发辐射光，它们一起被放大，形成了影响信号光的噪声源。,EDFA的噪声主要有以下四种：,信号光的散粒噪声；被放大的自发辐射光的散粒噪声；自发辐射光谱与信号光之间的差拍噪声；自发辐射光谱间的差拍噪声。,以上四种噪声中，后两种影响最大，尤其是第三种。噪声是决定EDFA性能的主要因素。衡量EDFA的噪声特性可用噪声指数F来度量。,EDFA的宽带放大特性可同时放大多路信号。只要多信道的总带宽小于放大器带宽。EDFA亦非常适用于波分复用（WDM）或光频分复用光波通信系统。多路信号通过EDFA同时放大时一个重要问题是信道间的串音。串音主要起因有两个因素：一是四波混频或互调制；二是交叉调制
22、或交叉饱和。,6、多信道放大特性,多路信号信道四波混频或互调 在多路信号通过EDFA同时放大时，铒光纤中载流子数N将受到jk=j-k的差频调制，因此铒光纤的增益和折射率受到频率jk的调制，这种由多路信号产生的调制称为增益和折射率光栅，此光栅将部分信号从一个信道散射到另一个信道，称为信道串音，亦可看作是非线性效应产生的四波混频或互调。通常，当jksp1时，调制频率很高，载流子寿命很长，相比之下载流子数因而折射率和增益的变化很慢，信道串音就可忽略。在EDFA中，上能级载流子的寿命典型值为sp10ms（半导体激光器的载流子寿命为0.5ns），因此信道间隔即使降至jk=10kHz，条件jksp1也满足
23、，实际通信系统中，jk10MHz，因此完全可忽略这类串音。,交叉饱和 交叉饱和是指某特定信道的响应不仅是由其自身功率造成（称自饱和），而且也受相邻信道的功率的影响而引起。这种效应引起的串音是所有放大器共有的。但当放大器用于非饱和区时即可避免这种串音。在EDFA光放大系统中，由于增益恢复时间g较长，一般不存在图形效应，即使运用于饱和区，由交叉饱和导致的串音亦可忽略。,优点,（1）工作波长与光纤的最小窗口和目前的波分窗口相对应。,（2）耦合效率高。,（3）增益与偏振态无关。,（5）增益高、输出功率大。,（4）所需的泵浦功率小。,（6）噪声小 Nf=47dB,(7)对信号和传输速率透明，兼容各种制式
24、,（8）频带宽 30-35nm,（9）WDM串话很小,EDFA具有高增益、高功率、宽带宽、低噪声、低串音、低插损等优良特性。,五、EDFA的系统应用,光放大器在光波系统中的可能应用,EDFA在干线光波系统中的应用,采用不设在线EDFA或再生中继器的方案 已使2Gb/s的信号传输距离超过300km,3R中继器的级联，每段间接入3R混合中继，以提高系统性能，延长通信距离。,采用在线多级1R光中继器，3R混合中继器组合系统，以延长通信距离；,EDFA在宽带光波分配系统中的应用,EDFA在宽带光波分配系统中的应用,EDFA在宽带光波分配系统中的应用(c),当采用1.5m的光放大器作为AM-FDM光发送
25、机的功率提升放大器和分配中心光接收机的前置放大器时，传输距离可达20km，而且采用星形耦合器可提供N15个光分路，服务范围扩大很多（。,5.3 光放大器,光放大器分类 半导体光放大器 掺铒光纤放大器 光纤拉曼放大器,5.3.4 光纤拉曼放大器,1、分布式拉曼放大器工作原理2、拉曼放大器的增益个带宽3、拉曼放大器的构成,利用强泵浦光通过光纤传输时产生受激拉曼散射，使组成光纤的石英晶格振动和泵浦光之间发生相互作用，产生比泵浦光波长还长的散射光（斯托克斯光）。如果散射光波长和信号光波长相同，就使弱信号光得到放大。,一、分布式光纤拉曼放大器的工作原理,利用非线性光学效应，受激拉曼散射对信号光放大,如果
26、一个弱信号光与一个强泵浦光同时在一根光纤中传输，产生比泵浦光波长还长的散射光（斯托克斯光），并且弱信号光的波长在泵浦光的拉曼增益带宽内，该散射光与波长相同的信号光重叠，从而使弱信号光放大，获得拉曼增益。,对石英光纤泵浦光波长与待放大信号光波长之间的频率差大约为13 THz，在1.5 m波段，它相当于约100 nm的波长差。,二、拉曼放大器（FRA）组成,可以采用前向泵浦,也可以采用后向泵浦，因后向泵浦减小了泵浦光和信号光相互作用的长度，从而也就减小了泵浦噪声对信号的影响，所以通常采用后向泵浦。,光纤分布式喇曼放大器（DRA）构成-后向泵浦,三、光纤拉曼放大器的特性,1、拉曼增益和带宽,拉曼增益
27、系数频谱曲线,当 时，,增益 达到最大。,增益带宽 达到。,小信号光在长光纤内的喇曼增益,泵浦功率为200mW时，最大增益值为7.78 dB泵浦功率为100 mW时，最大增益值为3.6 dB。在增益峰值附近的增益带宽约为78THz。,2、多波长泵浦增益带宽,增益波长由泵浦光波长决定，选择适当的泵浦光波长，可得到任意波长的光信号放大。分布式光纤拉曼放大器的增益频谱是每个波长的泵浦光单独产生的增益频谱叠加的结果，所以它是由泵浦光波长的数量和种类决定的。,5个泵浦波长单独泵浦时，产生的增益频谱和总的增益频谱曲线。,3、多波长泵浦增益频谱,5.5 多路信号复用技术,1、多路信号复用方式的分类,FDMT
28、DMCDM,多路电信号复用方式,多路光信号复用方式,WDM-DWDM(OFDM)OTDMOCDM,频分复用时分复用码分复用,密集波分复用,2、TDM,同步时分复用准同步时分复用 异步时分复用,在频域划分子信道,在时域划分子信道,正交编码，不同信道码型正交,收发同步,时钟,时钟,同步时分复用,异步时分复用,PDHSDH,ATMIP,3、PDH 速率等级,一次群,二次群,三次群,四次群,4、PDH 数字复接,正码速调整,速率调整,同步复用,定时系统时钟,帧同步发生器,分路,恢复,定时提取,低速码流,高速码流,5.6 波分复用技术,WDM，Wavelength Division Multiplexi
29、ng,1光波分复用的基本概念和分类2 WDM系统的特点3WDM系统的结构4光波分复用系统的技术要求5 WDM多信道信号传输性能,光波分复用（WDM，Wavelength DivisionMultiplexing）技术是在一根光纤上能同时传送多波长光信号的一项技术。,一、光波分复用的基本概念与分类,在发送端将不同波长的光信号组合起来（复用），并耦合到光缆线路上的同一根光纤中进行传输，在接收端又将组合波长的光信号分开（解复用）并作进一步处理，恢复出原信号送入不同的终端。因此，此项技术称为光波长分割复用，简称光波分复用（WDM）技术。,单模光纤的带宽,100nm,100nm,DWDM,把在光纤同一低
30、损耗窗口中信道间隔较小的波分复用称为密集波分复用。,两个波长之间的间隔为0.8nm、1.6nm或更低。,密集波分复用,DWDM，DenseWavelength Division Multiplexing,1550nm波长,WDM系统的基本形式,1.双纤单向传输2.单纤双向传输3.光分路插入传输,双纤单向传输,单纤双向传输,光分路插入传输,T,T,T,R,R,波分复用器（也称合波器Multiplexer）,解复用器(也称为分波器De-multiplexer),WDM系统的分类,稀疏或粗波复用CWDM，通道数2个8个，通道间隔10nm100nm,间隔最大的为1310/1550nm复用器。(2)密集
31、波分复用DWDM，通道数8个32个，通道间隔1nm10nm，现在商用系统较多采用8个、16个和32个复用通道。(3)致密波分复用或称光频分复用OFDM，通道数40个1000个，通道间隔0.1nm1nm，是进一步发展的方向。,二、WDM系统的特点,充分利用光纤的带宽资源 可以在一根光纤同时传输多种电信业务 可实现单纤双向传输 节省大量光纤 降低器件的超高速要求 适用于多种网络形式 引入宽带业务方便 高度的组网灵活性、经济性和可靠性,三、WDM系统总体结构,光波长的分配,目前在SiO2光纤上，光信号的传输都在光纤的两个低损耗区段，即1310nm和1550nm。,但由于目前常用的EDFA的工作波长范
32、围为15301565nm。因此，光波分复用系统的工作波长应该在15301565nm。在这有限的波长区内如何有效地进行通路分配，关系到提高带宽资源的利用率及减少相邻通路间的非线性影响等。,标称中心频率和最小通路间隔,为了保证不同WDM系统之间的横向兼容性，必须对各个通路的中心频率进行规范。标称中心频率是指光波分复用系统中每个通路对应的中心波长。,目前国际上规定的通路频率是基于参考频率为193.1THz，最小间隔为100GHz的频率间隔系列。,16通路和8通路WDM系统中心频率,通路分配表,光接收机,光接收机,光接收机,光接收机,N,1,2,3,复用器,解复用器,EDFA,波长稳定、窄线宽高速、小
33、啁啾调制,窄带、小串话、稳定滤波,增益平坦、宽带、较高输出功率,高灵敏度宽动态范围,四、复用系统的技术要求,（1）光纤光缆为避免1550nm处的高色散产生的色散展宽和非线性四波混频FWM效应引起的信道间串扰，应采用非零色散位移光纤NZDSF（即G.655光纤）。G.655光纤能同时克服G.652光纤在1550nm波长处高色散展宽和G.653光纤在同一波长处的非线性FWM导致的信道间的串扰。,DWDM复用系统需要提供几项重要的配套条件,（2）光发送和接收机技术性能为在实际掺铒光纤放大器 EDFA 35nm 或更宽的波谱宽度的增益谱宽内减小信道间隔，增加复用波长通道数，要求：光发送机的发光波长要可
34、调，稳定性要高，谱线要窄，消光比要高，输出功率可调控。光接收机的信噪比 OSNR 和灵敏度要高，动态范围和电带宽要宽。,99,（3）光放大器的技术性能对于在目前应用较多的C波段（1530nm1565nm）复用系统中，应采用宽带EDFA，对于L波段（1570nm1610nm）的复用系统则采用增益移位的GS-EDFA，而对于S波段（1490nm1530nm）的复用系统可采用增益移位掺铥光纤放大器GS-TDFA，亦可以采用分布式超宽带喇曼放大器RFA。不管使用哪一类OA，均要求有良好的增益平坦特性，低的噪声指数，并具有增益锁定和自定增益控制功能。,100,1985年 Bellcore 提出了SONE
35、T,Synchronous Optical Network,1988年 CCITT 接受了 SONET 更名为SDH,Synchronous Digital Hierarchy,PDH Pseudosynchronous Digital Hierarchy,5.6光同步数字传输网（SDH）,SDH的速率SDH的帧结构与开销功能SDH的主要设备,1.标准速率SDH具有统一规范的接口速率。SDH以同步传送模块（STM Synchromous Transport module）的形式传输。最基本的同步传送模块是STM-1 速率是155.520Mbit/s更高等级的STM-N模块可以近似看作是将N个基
36、本模块STM-1按同步复用，经过字节间插后的结果。STM-N的速率是STM-1速率155.520Mbit/s的N倍，N值只能是4的整数次幂，目前SDH仅支持N1，4，16，64和256。,STM-N N=4i，i=0,1,2,3,4,SDH标准速率（表1.2）,103,2帧结构,帧结构是一种按规律有序排列的重复性图案。STM-N帧由270N列、9行字节组成，每个字节为8比特。帧周期是125s，即帧的重复频率为8000Hz，这与话音信号的取样频率一致。,104,再生段开销RSOH,复用段开销MSOH,管理单元指针AU PTR,帧周期,2进制数据流,POH Path Overhead,3段开销的字
37、节安排与功能,丰富的段开销是SDH的一个重要特点。,105,段开销字节帧定位字节：A1、A2再生段踪迹字节：J0BIP-8字节：B1公务字节：E1、E2使用者通路字节：F1DCC字节：D1D12BIP-N24字节：B2APS字节：K1、K2同步状态字节：S1复用段远端差错指示字节：M1,STM-1段开销,A1=11110110,A2=00101000,D1-D3:192kbit/s,D4-D12:575kbit/s,6.4.4 SDH设备,SDH网络由一系列SDH网元组成，SDH网元的物理实体就是SDH设备。SDH设备包括四类：终端复用器（TM）用于将PDH或其他业务信号复用进STM-N帧信号
38、，或是用于将速率较低的STM-N信号组合成一个速率较高的STM-M（MN）信号。分插复用器（ADM）能够在无需分接或终结整个STM-N信号的前提下，分出和插入STM-N信号中的任何支路信号，数字交叉连接设备（SDXC）是一种具有一个或多个信号接口，并可以对任何端口之间接口速率信号（和或其子速率信号）提供可控的VC透明连接和再连接的设备。为了实现长距离传输，在适当距离上需要加入再生器（REG）。,106,终端复用器（TM）分插复用器（ADM）数字交叉连接设备（SDXC）再生器（REG）,TM,多路低速信号,一路高速信号,高速信号,高速信号,低速信号,ADM,选路，路由，交叉连接,信号转发,5.1
39、光通信线路组成5.2光纤通信系统的设计5.3光放大器5.4多路信号复用5.5波分复用5.6,5.4 光通信线路性能指标,误码性能和抖动性能,误码率与通话质量,如何测试,SERIES G:TRANSMISSION SYSTEMS AND MEDIADigital transmission systems Digital networks Quality and availability targetsError performance of an international digital connection operating at a bit rate below the primary
40、rate and forming part of an integrated services digital network低于基群速率的国际数字连接的误码性能ITU-T Recommendation G.821,INTERNATIONAL TELECOMMUNICATION UNIONITU-TG.821 TELECOMMUNICATIONSTANDARDIZATION SECTOROF ITU(08/96),1、HRXHypothetical Reference Connection,2、Parameters,errored second(ES),It is a one-second p
41、eriod in which one or more bits are in error,severely errored second(SES),It is a one-second period which has a bit error ratio 1.10-3,errored second ratio(ESR),The ratio of ES to total seconds in available time during a fixed measurement interval,severely errored second ratio(SESR),The ratio of SES
42、 to total seconds in available time during a fixed measurement interval,Available and unavailable time,A period of unavailable time begins when the bit error ratio(BER)in each second is worse than1.10-3 for a period of ten consecutive seconds.These ten seconds are considered to be unavailable time.A
43、 new period of available time begins with the first second of a period of ten consecutive seconds each of which has a BER better than 10-3.,It should be noted that total observation time(Stotal)is split into two parts,namely,time for which the connection is deemed to be available(Savail)and that tim
44、e when it is unavailable(Sunavail).Error performance should only be evaluated whilst the connection is in the available state.,3、Performance objectives,4、Allocation of the objectivesfor the three-circuit classifications,Allocation of Errored Second Ratio objective,INTERNATIONAL TELECOMMUNICATION UNI
45、ON,ITU-T G.826TELECOMMUNICATIONSTANDARDIZATION SECTOROF ITU(02/99),SERIES G:TRANSMISSION SYSTEMS AND MEDIA,DIGITAL SYSTEMS AND NETWORKSDigital transmission systems Digital networks Quality and availability targets,Error performance parameters and objectives for international,constant bit rate digita
46、l paths at or above the primary rate,ITU-T Recommendation G.826,基群及更高速率的国际数字通道的误码性能,1、Hypothetical Reference Path,2、Error performance parameters,Errored Block(EB):A block in which one or more bits are in error.,Errored Second(ES):A one-second period with one or more errored blocks or at least one de
47、fect.,Severely Errored Second(SES):A one-second period which contains 30%errored blocks or at least one defect.SES is a subset of ES.,Errored Second Ratio(ESR):The ratio of ES to total seconds in available time during a fixed measurement interval.,Severely Errored Second Ratio(SESR):The ratio of SES
48、 to total seconds in available time during a fixed measurement interval.,Background Block Error Ratio(BBER):The ratio of Background Block Errors(BBE)to total blocks in available time during a fixed measurement interval.The count of total blocks excludes all blocks during SESs.,3、Error performance ob
49、jectives,End-to-end objectives,Allocation to the national portion of the end-to-end path,Each national portion is allocated a fixed block allowance of 17.5%of the end-to-end objective,An allocation of 1%per 500km is then applied to the resulting distance.,Allocation to the international portion of t
50、he end-to-end path,The international portion is allocated a block allowance of 2%per intermediate country plus 1%for each terminating country.,An allocation of 1%per 500km is then applied to the resulting distance.,17.5%,总指标100%,固定分配45%,距离分配55%,国际10%,终端国1%x2,中间国2%x4,国内35%=2x17.5%,1%/500/km,用户线路6%,OH
