1、第五章 光纖通信系統（線路）主要內容光通信線路組成點到點鏈路的設計光放大器多路信號復用波分復用線路誤碼特性5.1 光通信線路組成1、點到點單用戶線路光發送機光接收機光發送機光接收機光發送機光接收機光接收機光發送機光纜光纜光端機光端機2、點到點多用戶線路多路信號復用12n多路信號解復用1n多路信號復用多路信號解復用光端機光端機電端機電端機電源公務、管理3、遠距離線路光端機光端機電端機電端機中繼站中繼站遠距離信號損耗衰減和脈沖展寬中繼站的作用：1）光信號放大2）脈沖信號再生中繼方式：兩個光端機只補償功率衰減：光信號直接放大-光放大器中繼站：功率衰減和脈沖展寬都補償光端機光端機補償光纖對光信號的影響

2、： （1）光功率衰減；（2）光脈沖展寬4、遠距離光通信鏈路(網絡)終端站終端站終端站終端站終端站分路站樞紐站中間站中間站中繼站為了節約建設成本，往往是一纜多對光纖，并行傳輸, m對為了防止線路故障中斷，往往留有備份線路因此線路中，應有線路質量檢測和倒換設備將多個（城鎮）通信站用光纖連起來形成一系列點到點的通信線路，使通信站之間兩兩互通。復用段、數字段中繼段當發生線路故障中斷時，在該復用段倒換線路-用備份線路代替工作線路5.2 點到點鏈路的設計 設備主要器件參數的確定,設備選型系統速率的確定路由設計 中繼距離的確定損耗限制系統色散限制系統 鏈路中繼距離設計（1）損耗限制系統)(dBmPt)(dB

3、lc)(dBlc)(dBmPr)(kmL)/(kmdBf)/(kmdBc發送功率接收機靈敏度連接器損耗光纖損耗接續損耗中繼段中繼段LlPPcfcrt)(2)()(dBPdBP裕量代價代價P由于現場環境等因素引起系統性能變差，導致靈敏度降低的影響如：消光比惡化、激光器噪聲、反射噪聲、模式分配噪聲、定時抖動、頻率Chirp裕量P老化使系統性能的下降損耗限制系統中繼距離計算公式cfcRtlPPdBmPdBmPkmL2)()()()(代價余量鏈路總的展寬時間 等于各個因素引起的脈沖展寬時間 的平方和的平方根systit2/112Niisystt發送機展寬時間 ；光纖色散展寬時間 ；接收機展寬時間 。t

4、xtrxt（2）展寬時間預算色散限制使光脈沖展寬限制系統數據速率的基本因素是：Dt一般情況下，一條數字鏈路的總展寬時間劣化不能超過：RZforBNRZforBtsys/35. 0/7 . 0NRZRZNRZ（非歸零）比特周期的70%，RZ（歸零）比特周期的35%。單模光纖的最大傳輸距離滿足DBL41如果不考慮發射和接收機對展寬的影響cfcRslPPdBmPdBmPkmL2)()()()(代價余量損耗限制系統色散限制系統DBL411、光放大器類型5.3 光放大器直接對光信號進行功率放大的器件。在光通信線路中用于補償光功率損耗。2、摻鉺光纖放大器EDFAEDFA，Erbium Doped Fibe

5、r Amplifier摻鉺光纖能放大光信號的基本原理在于鉺離子能吸收泵浦光的能量，實現粒子數反轉，當波長為1.55m的信號光通過已被激活的摻鉺光纖時，亞穩態上的粒子以受激輻射的方式躍遷到基態。對應于每一次躍遷，都將產生一個與激發該躍遷的光子完全一樣的光子，從而實現了信號光在摻鉺光纖的傳播過程中不斷放大。（1）EDFA的工作原理2/154I2/134I2/114I2/94I2/112H基態亞穩態激發態nm1550nm1480nm980nm800nm800鉺離子的能級EDFA主要由 摻鉺光纖（EDF）、泵浦光源、耦合器、隔離器等組成（2）EDFA組成EDFA基本配置結構EDFA的內部按泵浦方式分，

6、有三種基本的結構：即同向泵浦、反向泵浦和雙向泵浦。同向泵浦信號光與泵浦光以同一方向從摻鉺光纖的輸入端注入的結構，也稱為前向泵浦。反向泵浦信號光與泵浦光從兩個不同方向注入進摻鉺光纖的結構，也稱后向泵浦。雙向泵浦同向泵浦和反向泵浦同時泵浦的結構。輸入功率（dBm）0-20-1001020輸出功率(dBm)輸出飽和光功率輸入功率（dBm）G（4）EDFA特性1. 增益特性2. 增益系數)(PPGPPGK增益系數3. 噪聲特性EDFA的輸出光中，除了有信號光外，還有自發輻射光，它們一起被放大，形成了影響信號光的噪聲源。EDFA的噪聲主要有以下四種：信號光的散粒噪聲；被放大的自發輻射光的散粒噪聲；自發輻

7、射光譜與信號光之間的差拍噪聲；自發輻射光譜間的差拍噪聲。以上四種噪聲中，后兩種影響最大，尤其是第三種。噪聲是決定EDFA性能的主要因素。衡量EDFA的噪聲特性可用噪聲指數F來度量。優點:（1）工作波長與光纖的最小窗口和目前的波分窗口相對應。（2）耦合效率高。 （3）增益與偏振態無關。 （5） 增益高、輸出功率大。 （4）所需的泵浦功率小。（6）噪聲小 Nf=47dB(7)對信號和傳輸速率透明，兼容各種制式（8）頻帶寬工作波長：nmnm（9）WDM無串話EDFA的應用在長距離、大容量、高速率光纖通信系統中，EDFA有多種應用形式，其基本作用是：（1）延長中繼距離，使無中繼傳輸達數百公里。（2）與

8、波分復用技術結合，可迅速簡便地實現擴容。（3）與光孤子技術結合，可實現超大容量、超長距離光纖通信。基本應用形式用于WDM系統中的EDFAEDFA對光纖傳輸系統的影響非線性問題光浪涌問題色散問題光纖線路的長期可靠性問題3、光纖拉曼放大器FRA從理論上講， 只要有合適功率的高功率泵浦源， 它就可以放大任意波長的信號。可以在速率高達40Gbit/s的高速光網絡中發揮重要作用。 拉曼光纖放大器是利用受激拉曼散射效應，以光纖作為增益介質而實現的全光放大器。適合于任何類型的光纖，且成本較低。它的增益帶寬很寬，能在1260nm到1675nm的光譜上進行放大，帶寬可達 4 0 THz . (Fiber Ram

9、an Amplifier)光纖拉曼放大原理頻率下移量由介質的振動模式決定。光纖拉曼放大器的工作原理是基于光纖中的受激拉曼散射效應。當強泵浦激光輸入到光纖中時，被光纖中的一個分子散射成為另一個低頻光子，分子完成振動態之間的躍遷。受激拉曼散射將光纖中一部分入射泵浦光頻率下移轉移到另一頻率的信號光功率。這樣，當弱信號光與強泵浦光同時在光纖中傳輸，且信號光波長在泵浦光的拉曼增益譜內，光能量將會從泵浦光轉移到信號光，從而實現 光放大 。光纖拉曼放大器結構光纖拉曼放大器的分類光纖拉曼放大器的分類 集中式光纖拉曼放大器是將拉曼光纖放大器與傳輸線分開， 作為獨立元件。集中式所用增益光纖相對較短，泵浦功率很高，

10、可產生4 0 d B以上的高增益，放大E DF A不能放大的波段。依據泵浦方式的不同，拉曼光纖放大器可分為三種結構:前向泵浦后向泵浦雙向泵浦光纖拉曼放大器具有兩種類型 ：集中式分布式分布式光纖拉曼放大器使用傳輸光纖本身作增益介質，與集中式相比，具有更低的噪聲系數， 主要和E D F A配合使用， 提高系統的整體性能。 光纖拉曼放大器的特性光纖拉曼放大器的特性 ( 1 ) 拉曼放大是一個非諧振過程 ， 其增益響應僅依賴于泵浦光波長及其帶寬，選擇合適的泵浦源就可得到任意波長的放大。對于開發光纖的整個低損耗區具有無可替代的作用。( 2 ) 增益介質為傳輸光纖本身， 與光纖系統具有 良好的兼容性 ，它

11、可利用現已大量鋪設的G 6 5 2 或G 6 5 5 光纖作為增益介質， 對光信號進行分布式放大， 從而實現長距離的無中繼傳輸和遠程泵浦，尤其適用于海底光纜通信等不方便設立中繼器的場合。( 3 )串擾小、 溫度穩定性好、噪聲指數低。( 4 )光纖拉曼放大器的飽合功率高， 增益譜調整的方式直接而且多樣 ，放大作用的時間短，可實現對超短脈沖的放大。缺點 ：需要特大功率的泵浦源，這是一個比較苛刻的要求； 對光的偏振態較敏感，可以通過增加偏振光耦合器來解決； 拉曼放大器的噪聲特性光纖拉曼放大器中主要有三種噪聲，一是放大器自發輻射（ASE）噪聲，二是串話噪聲，三是瑞利散射噪聲。另外，拉曼放大器還會受非線

12、性和受激布里淵散射造成的噪聲影響。5.4 多路信號復用技術1、多路信號復用方式的分類FDMTDMCDM多路電信號復用方式多路光信號復用方式WDM-DWDM(OFDM)OTDMOCDM頻分復用時分復用碼分復用密集波分復用2、TDM 同步時分復用準同步時分復用 異步時分復用在頻域劃分子信道在時域劃分子信道正交編碼，不同信道碼型正交收發同步時鐘時鐘111122223333同步時分復用112233異步時分復用11322PDHSDHATMIP3、PDH 速率等級數字復用等數字復用等級級包含包含64Kb/s信道的信道的數目數目數據率（數據率（Mb/s）北美北美歐洲歐洲日本日本010.0640.0640.0

13、641（次群）（次群）241.5541.554302.048483.1523.1522（次群）（次群）966.3126.3121208.4483（次群）（次群）48034.36832.06467244.376134491.053144097.7284（次群）（次群）1920139.2644032274.1765760397.200skBit /3064skb/6424/048. 2sMb4/4488. 8sMb4/368.34sMbsMb /264.139一次群二次群三次群四次群4、PDH 數字復接正碼速調整速率調整同步復用定時系統時鐘幀同步發生器分路恢復定時提取低速碼流高速碼流4/048.

14、2sMbsMb/4488. 85.5 波分復用技術WDM，Wavelength Division Multiplexing1、光波分復用的基本概念2 、WDM系統的特點3、WDM系統的基本結構與工作原理4、光波分復用系統的關鍵技術光波分復用（WDM，Wavelength DivisionMultiplexing）技術是在一根光纖上能同時傳送多波長光信號的一項技術。1、光波分復用的基本概念它是在發送端將不同波長的光信號組合起來（復用），并耦合到光纜線路上的同一根光纖中進行傳輸，在接收端又將組合波長的光信號分開（解復用）并作進一步處理，恢復出原信號送入不同的終端。因此，此項技術稱為光波長分割復用，

15、 簡稱光波分復用（WDM）技術。單模光纖的帶寬100nm100nmDWDM在光纖同一低損耗窗口中信道間隔較小的波分復用稱為密集波分復用 。兩個波長之間的間隔為0.8nm、1.6nm或更低。密集波分復用DWDM，DenseWavelength Division Multiplexing8n1550nm波長WDM系統的基本形式1. 雙纖單向傳輸2. 單纖雙向傳輸3. 光分路插入傳輸雙纖單向傳輸單纖雙向傳輸光分路插入傳輸波分復用器解復用器光纖123n123n12.nTTTRR波分復用器（也稱合波器Multiplexer）解復用器(也稱為分波器De-multiplexer)光發射機中繼器中繼器中繼器光

16、接收機光發射機中繼器中繼器中繼器光接收機光發射機中繼器中繼器中繼器光接收機光發射機中繼器中繼器中繼器光接收機光發射機光發射機光發射機光發射機N 123光接收機光接收機光接收機光接收機N 123復用器解復用器EDFA波長穩定、窄線寬高速、小啁啾調制窄帶、小串話、穩定濾波增益平坦、寬帶、較高輸出功率高靈敏度寬動態范圍2、WDM系統的特點 充分利用光纖的帶寬資源 可以在一根光纖同時傳輸多種電信業務 可實現單纖雙向傳輸 節省大量光纖 降低器件的超高速要求 適用于多種網絡形式 引入寬帶業務方便 高度的組網靈活性、經濟性和可靠性3、 WDM系統總體結構WDM系統的分類根據WDM線路系統中是否設置有EDFA

17、，可以將WDM線路系統分為有線路光放大器WDM系統和無線路光放大器WDM系統。有線路光放大器WDM系統的參考配置無線路光放大器WDM系統的參考配置4、光波長的分配目前在SiO2光纖上，光信號的傳輸都在光纖的兩個低損耗區段，即1310nm和1550nm。但由于目前常用的EDFA的工作波長范圍為15301565nm。因此，光波分復用系統的工作波長應該在15301565nm。在這有限的波長區內如何有效地進行通路分配，關系到提高帶寬資源的利用率及減少相鄰通路間的非線性影響等。標稱中心頻率和最小通路間隔為了保證不同WDM系統之間的橫向兼容性，必須對各個通路的中心頻率進行規范。標稱中心頻率標稱中心頻率是指

18、光波分復用系統中每個通路對應的中心波長。目前國際上規定的通路頻率是基于參考頻率為193.1THz，最小間隔為100GHz的頻率間隔系列。16通路和8通路WDM系統中心頻率通路分配表更多波長的考慮隨著各種新業務對WDM系統容量的更高要求，32波乃至更多波長數的WDM系統已經成熟，其頻率間隔已經縮小到50GHz。為了滿足未來通信業務的需要，已經提出間隔低至12.5GHz的系統方案。 中心頻率偏差中心頻率偏差定義為 標稱中心頻率與實際中心頻率之差。對于16通路WDM系統，通道間隔為100GHz（約0.8nm），最大中心頻率偏移為20GHz（約為0.16nm）；對于8通路WDM系統，通道間隔為200G

19、Hz（約為1.6nm）。也規定對應的最大中心頻率偏差為20GHz。 對于激光器的波長及其穩定性要求較高；對于激光器的波長及其穩定性要求較高； 光纖的非線性對光放大器的輸出功率有很大的限制；光纖的非線性對光放大器的輸出功率有很大的限制； “四波混頻四波混頻”效應會造成信道間的串擾；效應會造成信道間的串擾； 光纖的色散效應限制了信道速率的提高；光纖的色散效應限制了信道速率的提高； 如何監測線路光放大器等問題。如何監測線路光放大器等問題。目前WDM還存在一些技術問題WDM系統要解決的技術問題1. 光源的波長準確度和穩定度問題2. 光信道的串擾問題3. 光纖色散對傳輸的影響問題4. 光纖的非線性效應問

20、題5. EDFA的動態可調整增益與鎖定問題6. EDFA的增益平坦問題7. EDFA的光浪涌問題8. EDFA級聯使用時的噪聲積累問題光波分復用系統的關鍵技術1. 光源技術-波長準確度和穩定度高的LD2. 多復用低串擾的合波分波器3. 光纖的色散補償技術4. 頻帶寬、增益平坦，動態可調整增益與鎖定的EDFA5、光波分復用/解復用器與光濾波器技術光波分復用/解復用器（WDM/DWDM）是波分復用系統的關鍵器件。其功能是將多個波長不同的光信號復合后送入同一根光纖中傳送光波分復用器/解復用器性能的優劣對于WDM系統的傳輸質量有決定性的影響，其性能指標有 插入損耗和串擾。解復用器將在一根光纖中傳送的多

21、個不同波長的光信號分解后送入不同的接收機（解復用器）。波分復用器和解復用器也分別被稱為合波器和分波器.WDM系統對光波分復用器/解復用器的特性要求是損耗及其偏差要小，信道間的串擾要小，通帶損耗平坦等。1. WDM/DWDM器的結構原理WDM器件類型 熔錐光纖型WDM/DWDM 干涉濾波器型WDM/DWDM 光柵型WDM/DWDM 集成光波導型WDM/DWDM干涉濾波器型DWDM器件原理光柵型DWDM器件原理平面陣列波導光柵型波分復用器2. WDM/DWDM器件性能 插入損耗 隔離度 回波損耗 工作波長范圍 通路帶寬1. 光源的波長準確度和穩定度問題在WDM系統中，必須對光源的波長進行精確的設定

22、和控制，否則波長的漂移必然會造成系統無法穩定、可靠地工作。所以要求在WDM系統中要有配套的波長監測與穩定技術。目前采用的主要方法有溫度反饋控制法和波長反饋控制法來達到控制與穩定波長的目的。2. 光信道的串擾問題光信道的串擾是影響接收機的靈敏度的重要因素。信道間的串擾大小主要取決于光纖的非線性和解復用器的濾波特性。在信道間隔為1.6nm或0.8nm的情況下，目前使用的光解復用器在系統中可以保證光信道間的隔離度大于25dB，可以滿足WDM系統的要求，但對更高速率的系統尚待研究。3. 光纖色散對傳輸的影響問題在系統中采用了EDFA后，衰減問題得到了解決，傳輸距離大大增加，但是色散也隨之增加，系統的無

23、中繼傳輸距離由原來的受衰減限制變為了受色散限制。因此對于高速光纖通信而言，光纖的色散效應成為一個主要的限制因素必須解決，否則無法實現長距離通信4. 光纖的非線性效應問題對于常規的單信道光纖通信系統來說，入纖光功率較小，光纖呈線性狀態傳輸，各種非線性效應對系統的影響較小，甚至可以忽略。但在WDM系統中，隨著EDFA等放大器的使用，入纖的光功率顯著增大，光纖在一定條件下將呈現非線性特性，會對系統的性能，包括信道間串擾和接收機靈敏度等產生影響。5. EDFA的動態可調整增益與鎖定問題目前，EDFA的帶寬已經達到了3540nm，雖然其通帶內的增益平坦度并不十分理想，但能滿足普通波長密度的WDM系統的要

24、求，然而對于密集型波分復用系統傳輸還不夠。在WDM系統中，各光信道之間的信號傳輸功率有可能發生起伏變化，這就要求EDFA能夠根據信號的變化，實時地動態調整自身的工作狀態，從而減少信號波動的影響，保證整個信道的穩定。在WDM系統中，如果有一個或幾個信道的輸入光功率發生變化甚至輸入中斷時，剩下的信道增益即輸出功率會產生躍變，甚至會引起線路阻塞。所以EDFA必須具有增益鎖定功能來避免某些信道完全斷路時對其他信道的影響。6. EDFA的增益平坦問題WDM系統中，因各信道的波長不同而有增益偏差，經過多級放大后，增益偏差積累使各信道信號特性惡化，最終造成整個系統不能正常工作。因此，要使各信道上的增益偏差處

25、在允許范圍內，放大器的增益必須平坦。7. EDFA的光浪涌問題EDFA的采用可使輸入光功率迅速增大，但由于EDFA的動態增益變化較慢，在輸入信號跳變的瞬間將產生浪涌即輸出光功率出現“尖峰”。峰值光功率可達數瓦，有可能造成光/電變換器和光連接器的損壞。8. EDFA級聯使用時的噪聲積累問題信號經過EDFA傳輸后，信噪比會產生劣化，且信噪比的劣化與級聯的EDFA的數量和放大器之間的光纖段跨距有關，跨距越大，信噪比劣化越嚴重。所以，放大器之間的光纖段跨距一般控制在80120km之內，以保證信號傳輸性能對信噪比的要求。光源技術對WDM系統采用的光源技術主要有： 波長可調諧激光器 波長可調諧濾波器 高精

26、度光源 外調制技術5、光轉發器（OTU）技術1. OTU的基本結構WDM系統在發送端采用OTU，主要作用是把非標準的波長轉化為ITU-T所規定的標準波長，以滿足系統的波長兼容性。可以根據是否具有OTU將WDM系統分為集成式和開放式兩種OTU器件目前使用的還是光/電/光的變換形式。先由光電二極管PIN或者APD把接收到的光信號轉換為電信號，經過定時再生后，產生再生的電信號和時鐘信號，再用該信號對標準波長的激光器重新進行調制，從而得到新的合乎要求的標準光波長信號（G.692要求的標準波長）。至于采用全光直接變換的波長轉發器目前尚未商用。集成式WDM系統開放式WDM系統基于XGM原理OTU光纖傳輸技

27、術WDM系統中的光纖傳輸技術與一般的光纖通信系統相比，由于存在傳輸速率高和信道數量多等特點，因此存在著一些特殊的要求，包括光纖選型、色散補償技術和色散均衡技術等。1. 光纖選型從系統成本角度考慮，尤其是對原有采用G.652光纖的系統升級擴容而言，在G.652光纖線路上增加色散補償元件以控制整個光纖鏈路的總色散值也是一種可行的辦法。G.652具有成本低、制造和施工工藝成熟等優點，特別是對于一些較短距離的WDM系統（如省內或城域系統）而言仍是一種較好的選擇，此時可以采用色散補償光纖DCF等多種色散補償技術。從長遠來看，未來WDM系統中可能會利用整個O、S、C和L波長段，因此色散平坦光纖G.656光

28、纖可能會得到較大的應用色散補償技術隨著現代通信網對傳輸容量要求的急劇提高，原有光纖線路中大量使用的G.652光纖已不能適應， 如何在保留原有系統的前提下解決G.652光纖在1550nm波長下的色散受限問題，應用WDM技術開通更高速率的通信系統已是升級擴容的當務之急。采用波分復用和色散補償技術在現有光纖系統上直接升級高速率傳輸系統是目前較為適宜的技術方法。關于WDM的一些技術問題已在本章中闡述，色散補償問題將在第11章中詳細介紹。色散均衡技術在原有采用G.652光纖的系統中，采用色散補償技術只能實現整個鏈路或者其中部分數字段的總色散為零，但是由于色散補償元件是分段式的使用的，這就可能造成光纖鏈路

29、的色散值呈現起伏波動的情況，這也不利于WDM系統。因此需要引入色散均衡技術，在保證整個鏈路色散最小的同時，中間任意數字段的色散起伏都不會很大。可行的方法有將G.652光纖和G.655光纖混合使用，或將色散值為“”、“”的G.655光纖交替使用。WDM系統的監控技術在應用EDFA來代替現有光纖系統中中繼器的WDM系統中，由于EDFA的光中繼器上業務信號不能上/下，無電接口接入，只有光信號放大，而且在業務信號的開銷位置上（如SDH的幀結構）也沒有對EDFA進行監控的字節，因此必須增加一個電信號對EDFA的運行狀態進行監控。現在通常采用的是在一個新波長上傳送監控信號。另外對WDM系統的各相關部件的故

30、障告警、故障定位、運行中的質量監控、線路中斷時備用線路的監控等也需要監控。所以在WDM系統中考慮設置了光監控信道（OSC，OpticalSupervisory Channel）。主要的監控技術 帶外監控技術對于使用EDFA作為線路放大器的WDM系統，需要一個額外的光監控信道。ITU-T建議采用一個特定波長作為光監控信道，傳送監測管理信息。此波長位于業務信息傳輸帶寬之外時可選用151010nm。帶內監控技術選用位于EDFA 增益帶寬內的波長15324.0nm作為監控信道波長。此時監控系統的速率可取為155Mbit/s。帶外波長監控5.4 光通信線路性能指標光通信線路性能指標誤碼性能和抖動性能 誤

31、碼率與通話質量誤碼率通話質量106感覺不到干擾105在低話音電平范圍內感覺輕微干擾104在低話音電平范圍內有個別“咯咯”聲103在低話音電平范圍內都感覺有干擾102強烈干擾，聽懂程度明顯下降0.5幾乎聽不懂如何測試SERIES G: TRANSMISSION SYSTEMS AND MEDIADigital transmission systems Digital networks Quality and availability targetsError performance of an international digital connection operating at a bit

32、 rate below the primary rate and forming part of an integrated services digital network低于基群速率的國際數字連接的誤碼性能低于基群速率的國際數字連接的誤碼性能ITU-T Recommendation G.821INTERNATIONAL TELECOMMUNICATION UNIONITU-TG.821 TELECOMMUNICATIONSTANDARDIZATION SECTOROF ITU(08/96) T1306400-951250 km25 000 km1250 km27 500 kmLELELoc

33、algradeT-reference pointT-reference point(Note 2)Mediumgrade(Note 1)LocalgradeMediumgradeHighgrade(Note 1)(Note 2)NOTES1 It is not possible to provide a definition of the location of the boundary between the medium and the high grade portionsHRX. Note 4 to Table 2 provides further clarification of t

34、his point.2 LE denotes the local exchange or equivalent point.1、HRX Hypothetical Reference Connection2、Parameters errored second (ES)It is a one-second period in which one or more bits are in errorseverely errored second (SES)It is a one-second period which has a bit error ratio 1.10-3errored second

35、 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 to total seconds in available time during a fixed measurement interval Available and unavailable timeA period of unavailable time begins when the b

36、it 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 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

37、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 time when it is unavailable (Sunavail). Error performance should only be evaluated whilst the connection is in the available state. 3、Perfor

38、mance objectives Performance classificationObjective (Notes 1, 2)Severely Errored Second Ratio 0.002Errored Second Ratio 0.08NOTES1 The ratios are calculated over the available time. The observation time has not been specified since the period may depend upon the application. A period of the order o

39、f any one month is suggested as a reference.2 Annex B illustrates how the overall performance should be assessed.4、Allocation of the objectivesfor the three-circuit classifications Circuit classificationAllocation of the objectives given in Table 1Local grade(2 ends)15% block allowance to each end(N

40、otes 2, 5 and 6)Medium grade(2 ends)15% block allowance to each end(Notes 3, 5 and 6)High grade40% (equivalent to conceptual quality of 0.0016% per km for 25 000 km)(Notes 4, 7 and 8)Allocation of Errored Second Ratio objectiveCircuit classificationNetwork performance objectivesESRLocal grade0.012Me

41、dium grade0.012High grade0.032INTERNATIONAL TELECOMMUNICATION UNION 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 targetsError performance p

42、arameters and objectives for international, constant bit rate digital paths at or above the primary rateITU-T Recommendation G.826基群及更高速率的國際數字通道的誤碼性能T1306420-95TerminatingcountryTerminatingcountryIntermediatecountries(Note 3) PEP(Note 1)IGIGIGIGInternational portionHypothetical Reference Path27 000

43、kmNationalportionNationalportionInter-country(e.g. Path carried overa submarinecable)NOTE 1 If a path is considered to terminate at the IG, only the international portion allocation applies.NOTE 2 One or two international Gateways (entry or exit) may be defined per intermediate country.NOTE 3 Four i

44、ntermediate countries are assumed.PEP(Note 1)IG(Note 2)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 defect. Severely Errored Se

45、cond (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 to total seconds

46、 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 objectives End

47、-to-end objectives Rate Mbit/s1.5 to 5 5 to 15 15 to 55 55 to 160 160 to 3500Bits/block800-5000 2000-80004000-20 0006000-20 00015 000-30 000ESR0.040.050.0750.16SESR0.0020.0020.0020.0020.002BBER2 1042 1042 1042 104104Allocation to the national portion of the end-to-end path Each national portion is a

48、llocated a fixed block allowance of 17.5% of the end-to-end objective An allocation of 1% per 500 km is then applied to the resulting distance. Allocation to the international portion of the end-to-end path The international portion is allocated a block allowance of 2% per intermediate country plus

49、1% for each terminating country. An allocation of 1% per 500 km is then applied to the resulting distance. 17.5%352 %102%14%2總指標100%固定分配45%距離分配55%國際10%終端國1%x2中間國2%x4國內35%=2x17.5%1%/500/km55500/27500kmkm用戶線路6%光放大器類型 摻鉺光纖放大器（EDFA） 摻鐠光纖放大器（PDFA）2、光纖放大器（FRA） 1、半導體放大器（SOA）Erbium Doped Fiber Amplifer5.5 光

50、放大器光放大器 摻稀土元素光纖放大器器受激拉曼散射光纖放大 傳統放大技術的缺陷放大整形判決再生O/EE/O 未來全光網絡（AON）的發展趨勢：光復用、光交換、光路由， 所以必須在光傳輸上實現全光化。光放大器：直接在光域進行放大。缺點：1、設備復雜。 2、穩定性可靠性不夠。 3、不利于波分復用。 4、光電轉換限制通信的容量。常用光放大器的結構圖耦合器件激活物質耦合器件泵浦源光輸入信號放大光信號半導體光放大器（SOA） 半導體光放大器（SOA）是通過受激輻射過程來實現入射光功率放大的，產生受激輻射所需的粒子數反轉機制與半導體激光器中使用的完全相同。盡管光放大器再結構上與激光器很相似，但它沒有反饋機

51、制，而反饋機制對于發射機是很有必要的。因此，光放大器可以放大輸入信號，但不能產生相干的光輸出。如圖所示。其中設備吸收了外部泵浦光源提供的能量，在激活介質中，泵浦為電子提供能量，使其達到較高能級，產生粒子數反轉。輸入信號光子會通過受激輻射過程觸發這些已經激活的電子，使其躍遷到較低的能級，從而產生一個放大的信號。 光輸入信號光纖到放大器的輸入耦合器件激活介質泵浦源放大的光輸出信號圖11.2 普通光放大器的基本工作原理半導體光放大器（SOA）有很多吸引人的地方，因為它們工作在1300nm和1550nm的低損耗窗口，能夠很容易地與其他光設備和電路（如耦合器、光隔離器及接收電路）集成在同一基片上；與DF

52、A相比，SOA功耗低，組成器件少，結構緊湊。AOS具有1ps到0.1ns量級的快速增益響應。快速增益響應的優缺點快速增益響應的優缺點：他的優點是，當光網絡同時要求交換和信號處理時，SOA能夠完成這樣的任務；缺點是在比特速率增加到幾個Gb/s時，快速載波響應會導致特定波長上的增益隨著信號速率起伏。又因為這種起伏會影響到整個增益，其他波長上的信號增益也會產生起伏，從而在必須放大波長寬譜時引起串擾。 摻雜光纖放大器（摻雜光纖放大器（DFA）：）：在DFA中，用來在1550nm窗口工作的激活介質是通過在石英光纖纖芯中摻少量稀土元素鉺或鎰而產生的，工作在1300nm窗口的激活介質是由在氟化物光纖中摻釹或

53、鐠元素得到的。DFA的重要特性包括：在不同的波長上對器件進行泵浦的能力。與之相容的光纖傳輸介質間的耦合損耗低、增益對光偏振狀態依存性小等。另外，由于其載流子壽命在0.110ms量級，DFA表現為慢增益動態特性，因而對信號格式和比特速率具有很高的透明度。當信號調制超過幾個千赫茲時，DFA的增益響應基本是不變的。通常，DFA是不受同時注入放大器的波長寬譜內不同光信道的干擾（串擾和互調制失真）影響的。常用光放大器及其工作波段PDFAFRASOAEDFA波長1550nm1310nm 損耗1半導體光放大器工作原理： 在電泵浦源的作用下，半導體材料發生粒子數反轉，當遇到外來光子激勵時，產生受激輻射，對光的

54、能量進行放大 。放大波段：1300nm-1600nm優點：1、 覆蓋1310nm和1550nm 的窗口范圍。2、充分利用激光器技術，工藝成熟，便于集成。缺點：1、與光纖耦合困難。2、對光的偏振特性敏感。 3、 噪聲及串擾大。半導體光放大器半導體光放大器 的類型法布里-珀羅放大器（FPA）行波放大器(TWA) 法布里法布里-珀羅放大器（珀羅放大器（FPA）：）： 在FPA中，半導體晶體的兩個理解面作為形成法布里-珀羅腔的部分反射端面鏡，其自然理解反射率接近32，有時會通過在端面上形成的反射電介質薄層而提高反射率。當光信號進入FPA時，在兩個鏡面間來回反射并得到放大，直到以較高的強度發射出去。盡管

55、FPA很容易制作，但光信號增益對放大器溫度及入射光頻率變化都很敏感，因此FPA要求溫度和注入電流有較強的穩定性。行波放大器行波放大器(TWA)：行波放大器在結構上與FPA相同，但其端面上或者有增透膜或者有切面角度，因此不會發生內反射 ，入射光信號只要通過一次TWA就會得到放大。因為TWA的光帶寬較寬，飽和功率高以量級，所以TWA比FPA使用得更為廣泛。又因為TWA得3dB帶寬比FPA大三個數量級，所以在網絡應用中選擇TWA作為SOA。要特別注意的是，TWA在1300nm窗口用作放大器，在1550nm窗口則用作波長變換器。對于大多數情況來說，在有關光纖系統得近期著作中都不加限定地用“SOA”表示

56、行波半導體光放大器。 增益對輸入光功率得典型依存關系 增益對輸入光功率得依存關系如圖 利用光泵浦源對光纖進行激發，使光纖中產 生非線性效應（拉曼散射），將泵浦光的能量向信號光轉移，從而實現光的放大。 2、拉曼放大器一、工作原理：拉曼散射：介質在強光功率下產生對入射光 的非彈性散射，使得短波長光的 的能量向長波長轉移。 二、放大波段三、 優點1、 輸出光功率 大，工作穩定2、 噪聲特性好，耦合容易四、 缺點光纖長度過大，于偏振態有關1270nm-1670nm五、結構圖與能帶圖光波長耦合器泵浦光1信號光212+濾波器放大信號光212h1h 2泵浦光信號光振動態光聲子什么是摻鉺光纖放大器工作波長：n

57、mnm3、摻鉺光纖放大器是在石英光纖中摻入Er元素，在泵浦光的激勵下， 對特定波長的信號光進行放大。 優點（1）工作波長與光纖的最小窗口和目前的波分窗口相對應。（2）耦合效率高。 （3）增益與偏振態無關。 （5） 增益高、輸出功率大。 （4）所需的泵浦功率小。（6）噪聲小 Nf=47dB(7)對信號和傳輸速率透明，兼容各種制式（8）頻帶寬（9）WDM無串話1）、工作原理 在泵浦光源的激勵下，摻鉺光纖基級上的電子產生受激吸收受激吸收被激發到到高的激發能級上，繼而馬上下降到稍低的亞穩態級，與基級形成粒子數反轉分布粒子數反轉分布， 當信號光滿足h=Eg時，將產生受激輻射受激輻射激發同頻同偏振方向的光

58、子，從而對光產生放大。2/154I2/134I2/114I2/94I2/112H基態亞穩態激發態nm1550nm1480nm980nm800nm800一般使用發射980nm光子的泵浦激光器去激勵電子，使之從基態躍遷到泵浦能級。這些受激離子從泵浦帶到亞穩帶衰變得非常快。在衰變過程中，多余的能量以聲子得形式釋放，或者等價地認為在光纖內產生了機械振動。在亞穩態能帶中，激發態離子的電子將移至能帶的底端，在這里，人們使用熒光時間來表征這個過程，這個時間長達10ns左右。另一種可能的泵浦波長是1480nm，這些泵浦光子的能量很接近信號光子能量，只是要稍高一些，吸收個這樣的泵浦光子，會直接吧一個電子從基態激

59、發到很少被粒子占據的亞穩態能級的頂部，然后這些電子又將移向粒子數較多的亞穩態較低端。位于亞穩態的電子，在沒有外部激勵光子流時，一部分會衰變回到基態，這種現象就是所謂的自發輻射，自發輻射會導致放大器的噪聲。 2）、的基本結構及功能合波器光濾波器泵浦光源（摻鉺光纖）信號光光隔離器光隔離器放大的信號光將輸入光信號和泵浦光 混合在一起送給輸出一個較短波長的激光為提供激勵 防止反射光影響光放大器的工作穩定性。 提供能產生粒子數反轉的工作物質，放大光信號。 清除放大器的噪聲，提高系統的信噪比光纖放大器由摻雜光纖、一個或多個泵浦激光器、無源波長耦合器、光隔離器組成。雙色性的耦合器能夠運用980/1550nm

60、或1480/1550nm的波長組合，將泵浦光功率與信號光功率一起有效的耦合進光纖放大器。抽頭耦合器不受波長影響，典型分光比是從到95:5。通常應用于放大器的兩側，將輸入信號與放大的輸出信號進行比較。光隔離器是用來防止放大的光信號反射回原器件，這稱為同向泵浦;也可以沿相反方向進行。同向泵浦 反向泵浦 雙向泵浦EDFA三種配置結構 （1）、功率增益G=10Lg(Pout/Pin)(dB)增益與泵浦源功率曲線增益與的長度曲線3）、主要參數粒子數反轉趨于飽和粒子數反轉趨于飽和放大的光被損耗抵消放大的光被損耗抵消要得到最大的增益必須選擇合適的泵浦光功率和摻鉺光纖長度inPoutP（）輸出飽和功率和最大輸