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第五章光纤通信系统5.1数字光纤通信系统5.2SDH系统5.3数字光纤传输系统的总体设计5.4数字光纤传输系统的性能指标5.5光纤放大器及其在光纤通信系统中的应用5.1数字光纤通信系统数字光纤通信系统组成框图光纤传输系统及其网管在系统/网络运行、管理、维护和指配（Operations，Administration，Maintenance&Provisioning，OAM&P）方面的主要任务:（1）根据用户业务需求和系统/网络资源状况来配置系统/网络、开通业务（2）对系统运行状况（传输性能、关键部件状态等）进行不中断业务的在线实时监测，数字光纤传输系统最重要的一项监测项就是误码性能的监测（3）故障告警。一旦设备或设备中的部件或光缆线路出现故障，系统应能检测到并在网管界面上显示出来或在设备上指示出来，并要能够及时通知维护人员（4）为故障定位和其他维护需求而提供环回控制、主要项目的测试等（5）为系统/网络OAM信息提供传输通道（6）为系统的运营者提供业务性能、流量等方面的统计信息（7）为维护管理人员提供话音通信的手段（公务电话）具有再生器/中继器的数字光纤传输系统5.2SDH系统现代通信系统中使用的时分多路复用传输方式主要有两类：准同步数字系列(PDH)（PlesiochronousDigitalHierarchy)同步数字系列（SDH)（SynchronousDigitalHierarchy)SDH概念：SDH全称叫同步数字传输体制，是一种传输协议，规范了数字信号的帧结构、复用方式、传输速率等级、接口码型等特性。技术背景：高度发达的信息社会要求提供多样业务。现代化的通信网向数字化、综合化、智能化和个人化方向发展的需求。传统的PDH传输体制存在缺陷。5.2.1PDH存在的主要问题PDH主要是为话音业务设计，而现代通信的趋势是宽带化、智能化和个人化。PDH传输线路主要是点对点连接，缺乏网络拓扑灵活性。存在相互独立的两大类、三种地区性标准异步复用，需逐级码速调整来实现复用/解复用。缺少统一的标准光接口，无法实现横向兼容。网络管理的开销明显不足。网络的调度性差，很难实现良好的自愈功能PDH的光接口各厂家各自采用自行开发的线路码型。各厂家在进行线路编码时，为完成不同的线路监控功能，在信息码后加上不同的冗余码，导致不同厂家同一速率等级的光接口码型和速率也不一样。在同一传输路线两端必须采用同一厂家的设备，给组网、管理及网络互通带来困难。PDH的复用方式现在的PDH体制中只有1.5Mbit/s和2Mbit/s速率的信号是同步的，其他速率的信号都是异步的，需要通过码速的调整来匹配和容纳时钟的差异。PDH采用异步复用方式，从PDH的高速信号中不能直接的分/插出低速信号。在高速信号中不能确认低速信号的位置。PDH的信号分、插过程例如：从140Mbit/s的信号中分/插出2Mbit/s低速信号，要经过如下过程。PDH信号分插过程的缺点使用了大量的‘背靠背’设备。增加了设备的体积、成本、功耗。增加了设备的复杂性，降低了设备的可靠性。在大容量传输时，使传输性能劣化，导致PDH体制传输信号的速率没有更进一步提高。PDH的运行维护方面PDH信号的帧结构里用于运行维护工作（OAM）的开销字节不多。在设备进行光路上的线路编码时要通过增加冗余编码来完成线路性能监控功能。运行维护工作的开销字节少，对完成传输网的分层管理、性能监控、业务的实时调度、传输带宽的控制、告警的分析定位造成很不利的结果。5.2.2SDH的技术特点SDH组建的网络是一个高度统一的、标准化的、智能化的网络。它采用全球统一的接口，以实现设备多厂家环境的兼容。在全网范围实现高效的、协调一致的管理和操作，实现灵活的组网，与业务调度实现网络自愈功能，提高网络资源利用率。由于维护功能的加强，大大降低了设备的运行维护费用。SDH与PDH相比具有绝对的优势SDH的优点接口方面电接口方面光接口方面复用方式运行维护方面兼容性SDH的电接口规范SDH体制对网络节点接口NNI，作了统一的规范。规范的内容有数字信号速率等级、帧结构、复接方法、线路接口、监控管理等。SDH容易实现多厂家设备的互连，在同一传输线路上可以安装不同厂家的设备，体现了横向兼容性。SDH体制有一套标准的信息结构等级，即有一套标准的速率等级。SDH标准的速率等级SDH基本的信号传输结构等级是同步传输模块STM-1，相应的速率是155Mbit/s。高等级的数字信号系列，例如：622Mbit/s（STM-4）、2.5Gbit/s（STM-16）等可通过将低速率等级的信息模块，例如：STM-1，通过字节间插同步复接而成，复接的个数是4的倍数例如：STM-4=4*STM-1,STM-16=4*STM-4。字节间插复用方式例：有三个信号，帧结构各为每帧3个字节，•若将这三个信号通过字节间插复用方式复用成信号D，那D就应该是这样一种帧结构，帧中有9个字节，且这9个字节的排放次序如下图：那么这样的复用方式就是字节间插复用方式。SDH的光接口特点线路接口（这里指光口）采用世界性统一标准规范。SDH信号的线路编码仅对信号进行扰码，不再进行冗余码的插入。扰码的目的是抑制线路码中的长连‘0’和长连‘1’，便于从线路信号中提取时钟信号。对端设备仅需通过标准的解码器就可与不同厂家SDH设备进行光口互连。SDH的复用方式低速SDH信号以字节间插方式复用进高速SDH信号的帧结构中。低速SDH信号在高速SDH信号帧中的位置是固定的、有规律性的、可预见的。从高速SDH信号中可直接分/插出低速SDH信号。SDH体制特别适合于高速大容量的光纤通信系统。节省了大量的复接/分接设备（背靠背设备），增加了可靠性，减少了信号损伤、设备成本、功耗、复杂性等，使业务的上、下更加简便。使数字交叉连接DXC功能更易于实现。网络自愈功能网络自愈是指当业务信道损坏导致业务中断时，网络会自动将业务切换到备用业务信道，使业务能在较短的时间（ITU-T规定为50ms以内）得以恢复正常传输，注意这里仅是指业务得以恢复，而发生故障的设备和发生故障的信道则还是要人去修复。那么为达到网络自愈功能除了设备具有DXC功能（完成将业务从主用信道切换到备用信道）外，还需要有冗余的信道（备用信道）、冗余设备（备用设备）。SDH的运行维护性能丰富的用于运行维护（OAM）功能的开销字节，使网络的监控功能大大加强。维护费用大大降低，仅为PDH系统的65.8%。兼容性SDH网可以传送PDH业务、异步转移模式的信号（ATM）信号等。5.2.3SDH信号的帧结构SDH信号－STM-N的帧结构ITU-T规定了STM-N的帧是以字节（8bit）为单位的矩形块状帧结构。STM-N的帧结构STM-N信号是9行×270×N列的帧结构。N与STM-N一致，取值范围1、4、16…..N个STM-1信号通过按列字节间插复用形成STM-N信号。SDH信号帧传输的原则是：帧结构中的字节（8bit），从左到右，从上到下，一个字节一个字节，一个比特一个比特的传输，传完一行再传下一行，传完一帧再传下一帧。STM-N的帧结构ITU-T规定对于任何级别的STM等级，帧频是8000帧/秒，或帧周期恒定为125us.帧周期的恒定使STM-N信号的速率有其规律性。STM-4的传输速率恒定为STM-1信号传输速率的4倍，STM-16恒定为STM-4的4倍，等于STM-1的16倍。STM-N帧中单独一个字节的比特传输速率是多少？帧频为8000帧/秒，字节的比特速率是8000×8bit＝64kbit/s。STM-N的帧结构STM-N的帧结构由3部分组成：段开销：包括再生段开销（RSOH）和复用段开销（MSOH）管理单元指针（AU-PTR）信息净负荷（payload）组成部分的功能？信息净负荷(payload)STM-N的帧结构存放将由STM-N传送的各种信息码块的地方。通道开销(POH)字节作为净负荷的一部分，与信息码块一起在SDH网中传送。通道开销(POH)字节进行通道性能监视、管理和控制。所谓通道指相应的低速支路信号。段开销（SOH）STM-N的帧结构段开销（SOH）是为了保证信息净负荷正常灵活传送所必须附加的供网络运行、管理和维护（OAM）使用的字节。段开销又分为再生段开销（RSOH）和复用段开销（MSOH），分别对相应的段层进行监控。段开销（SOH）RSOH、MSOH、POH提供了对SDH信号的层层细化的监控功能。例如：2.5G系统中RSOH监控的是整个STM-16的信号传输状态MSOH监控的是STM-16中每一个STM-1信号的传输状态POH监控每一个STM-1中每一个打包了的低速支路信号（例如2Mbit/s）的传输状态。管理单元指针（AU-PTR）STM-N的帧结构AU-PTR是用来指示信息净负荷的第一个字节在STM-N帧内的准确位置，指示符，以便收端能根据这个位置指示符的值（指针值）正确分离信息净负荷。指针有高、低阶之分高阶指针是AU-PTR（STM-N)低阶指针是TU-PTR（支路单元指针）说明：类似于图书馆图书索引!5.2.4SDH的复用结构和步骤SDH的复用包括两种情况:低阶的SDH信号复用成高阶SDH信号复用的方法主要通过字节间插复用方式来完成的，复用的个数是4合一低速支路信号(例如2Mbit/s、34Mbit/s、140Mbit/s）复用成SDH信号STM-N。将PDH信号复用进STM-N信号中去传统复用方法传统将低速信号复用成高速信号的方法：比特塞入法（码速调整法）固定位置映射法比特塞入法利用固定位置的比特塞入指示来显示塞入的比特是否载有信号数据，允许被复用的净负荷有较大的频率差异（异步复用），因为存在一个比特塞入和去塞入的过程（码速调整），而不能将支路信号直接接入高速复用信号或从高速信号中分出低速支路信号，要一级一级的进行，这也就是PDH的复用方式。固定位置映射法利用低速信号在高速信号中的特殊位置来携带低速同步信号，要求低速信号与高速信号同步，也就是说帧频相一致，可方便的从高速信号中直接上/下低速支路信号，但当高速信号和低速信号间出现频差和相差（不同步）时，要用125us（8000帧/秒）缓存器来进行频率校正和相位对准，导致信号较大延时和滑动损伤。传统复用方法的缺点比特塞入法无法从高速信号中上/下低速支路信号。固定位置映射法引入的信号时延过大。SDH网的兼容性要求SDH的复用方式既能满足异步复用（例如将PDH信号复用进STM-N），又能满足同步复用（例如STM-1STM-4），而且能方便地由高速STM-N信号分/插出低速信号，同时不造成较大的信号时延和滑动损伤，这就要求SDH需采用自己独特的一套复用步骤和复用结构。SDH的复用结构通过指针调整定位技术来取代125us缓存器，用以校正支路信号频差和实现相位对准。各种业务信号复用进STM-N帧的过程都要经历映射（相当于信号打包）、定位（相当于指针调整）、复用（相当于字节间插复用）三个步骤。ITU-T规定了一整套完整的复用结构。ITU-T规定的SDH的复用路线尽管一种信号复用成SDH的STM-N信号的路线有多种，但是对于一个国家或地区则必须使复用路线唯一化。SDH的复用路线复用结构包括的基本复用单元：C－容器VC－虚容器TU－支路单元TUG－支路单元组AU－管理单元AUG－管理单元组复用单元的下标表示与此复用单元相应的信号级别。注意：图中复用路线不是唯一。我国SDH的基本复用路线•对于一个国家或地区则必须使唯一化复用路线。•VC-4速率155Mb/s,VC-3速率34Mb/s,VC-12速率2Mb/s.基本复用单元功能容器（C）：用来装载各种速率业务信号的信息结构单元。根据不同的速率等级规范了五种不同的容器：C11、C12、C21、C3、C4。各种速率的业务信号经过码速调整等技术装入一个适当的标准容器，再作为虚容器的信息净荷。虚容器（VC):用来支持SDH通道层连接的信息结构单元。组成：VC-n=C-n+VC-nPOH(通道开销）基本复用单元功能VC的包封速