光纤课程设计通信传输系统的设计.docx
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光纤课程设计通信传输系统的设计
《光纤通信原理与技术》课程设计
论文题目**SDH通信传输系统的设计
**SDH通信传输系统的设计
摘要本文简要介绍了**光同步传输通信系统的设计,它通过分析**的经济背景、人口总量、业务容量的现状，根据总线路的长度，合理选择站点，设计了一个SDH的光同步传送网。
设计包括了应用工程的应用条件、网络结构、业务矩阵、时隙分配、系统结构及硬件的选取等内容。
关键词**，同步数字体系，光同步传送网，网络结构
ABSTRACT
ThispaperbrieflyintroducesLanzhoutoXi'ansynchronousopticaltransmissioncommunicationsystemdesign,itanalyzestheLanzhoutoXi'anEconomicbackground,population,trafficcapacitysituation,accordingtothetotallengthoftheline,areasonablechoiceofthesite,thedesignofasynchronousdigitalhierarchysynchronousopticaltransmissionnetwork.Thedesignincludestheapplicationengineeringapplicationconditions,networkstructure,operationalmatrix,timeslotallocation,systemstructureandhardwareselectionetc..
KeyWords:
LanzhoutoXi'an，SDH，Opticaltransmissionsynchronousnetwork，Networkstructure
1.设计背景
兰州作为西北的重镇之一，本身就是甘肃的省会城市，在古代就是丝绸之路的必经之地，无论是在经济旅游业、古文化领域，还是在其当今政治领域，都有着不可比拟的作用。
西安是“历史文化基地”的大城市，同样作为陕西的省会城市，经济条件优越，人口众多。
兰州和西安两个省会城市开同一个基于SDH长途骨干网相当重要，不仅满足了市场日益强大的通信需求，还促进了两地城市政治经济文化的交流。
随着通信市场人们需求日渐强大的通信容量，要求传送的信息不仅是话音，还有文字、数据、图像和视频等，加之硬件技术的成熟和计算机技术的发展，在我国90年代以来，SDH就是在这种背景下发展起来的，逐渐取代了PDH。
SDH的诞生解决了由于入户媒质的带宽限制而跟不上骨干网和用户业务需求的发展,而产生了用户与核心网之间的接入"瓶颈"的问题，同时提高了传输网上大量带宽的利用率。
SDH是一种新的成熟的网络技术——同步传送网主要优点如下：
SDH网有全世界统一的网络节点接口（NNI），从而简化了信号的互通以及信号的传输、复用、交叉连接等过程；SDH网有一套标准化的信息结构等级，称为同步传输模块STM—N（N=1、4、16、64、256），并具有一种块状帧结构，允许安排丰富的开销比特用于网络的管理和维护；SDH网有一套特殊的复用结构，允许PDH和B-ISDN的信号都能纳入其帧结构，即具有兼容型和广泛的适应性；SDH网有边准的光接口，允许不同厂家的设备在光路上互通等优点。
充分利用SDH同步复用、标准化的光接口、强大的网管能力、灵活网络拓扑能力和高可靠性带来好处，在骨干网的建设发展中长期受益。
所以，在对兰州至兰州的通信传输系统进行设计时，SDH技术就成为了首选对象。
2.工程设计内容
此次设计的是沿着铁路**SDH通信传输系统，路线从兰州出发，沿途途经过定西、天水、宝鸡、咸阳等四个站点，最终到达西安。
总线路长约为676KM。
此次设计中的关键是各站点之间业务量的确定，以及根据相应的业务量进行业务矩阵的绘制，再根据业务矩阵，对SDH线性链路进行时隙分配。
同时，还应绘制出整个系统的结构图。
完成以上步骤以后，就要进入线路保护硬件安装与软件设置阶段。
在这一阶段，对所用到的主要设备做一简单的介绍。
再根据实际情况，进行设备选型，并作简要分析。
下图为**铁路线图：
图一**的铁路图
3.设计流程图
4.设计步骤
4.1应用条件确定
在本次设计中，始终遵循ITU-T建议的有关规定。
目前光通信设备供电电源都采用标准电源，有-24V,-48V,-60V三种，本设计中一律采用使用-48V的电源。
本设计中采用我国的光同步传输网技术体制规定以2Mb/s为基础的PDH系列作为SDH的有效负荷并选用AU-4复用结构。
支路接口为SDH接口，是电接口，采用线路保护采用单元板保护，各站之间使用有线路保护的4纤。
表一SDH的等级（等级、速率与容量的关系）
ITU-TSDH
速率Mb/s
含2M个数
话路容量
STM-1
155.520
63
1890
STM-4
622.080
252
7560
STM-16
2428.32
1008
30240
STM-64
9953.28
4032
120960
STM-256
39813.12
16128
483840
本设计采用最基本的同步传输模块STM-1，其速率为155.520Mb/s。
SDH复用映射结构规范可有3个PDH支路信号输入口。
一个C-4速率139.264Mb/可被复用一个STM-1；三个C-3速率34.368Mb/可被复用一个STM-1；63个C-12速率2.048Mb/可被复用一个STM-1。
本设计中用的是VC-4。
下图二为本设计采用的SDH传输系统
SDH传输系统
本设计中所设线路的主要站点及位置关系如下图三所示：
图三兰州到西安站点及站点距离
此次设计传输距离比较长总长为676KM，故设计中使用工作波长1310nm的G.652单模阶跃型光纤。
4.2网络结构
本设计采用的是网络结构为线性结构。
兰州、西安两站网元为TM，定西、天水、宝鸡等战点网元为ADM。
其中各站之间使用有线路保护的4纤（4C）。
因考虑到当两站点传输距离>120km时需设立中继站，以延长传输距离。
所以：
根据需要在定西和天水间设立两个中继站（REG），天水和宝鸡之间设立一个中继站（REG），宝鸡和西安之间设立一个中继站（REG）。
**网络结构图如下：
图四为**的线性网络结构图
4.3业务矩阵
网络结构确定下来以后，根据实际需要进行业务分配，确定各站点之间的业务量。
以下是表二为各站城市人口对比：
表二各站点城市人口总数
站点
兰州
定西
天水
宝鸡
西安
人口（万）
382
269
354
371
800
经济状况
好
一般
一般
好
强
通信市场
大
一般
一般
大
很大
根据表二人口数和经济发展状况大概确定各城市上下的业务量，同时对各站点之间保留一些业务通道，以适应各城市日后的不断发展的通信市场。
假设业务量分配如下：
兰州和定西之间开通15个2Mb/s，兰州和天水之间开通20个2Mb/s，兰州和宝鸡之间开通25个2Mb/s，兰州和西安之间开通40个2Mb/s；定西和天水之间开通10个2Mb/s，定西和宝鸡开通15个2Mb/s，定西和西安开通18个2Mb/s；天水和宝鸡之间开通15个2Mb/s，天水和宝鸡之间开通20个2Mb/s；宝鸡和西安之间开通25个2Mb/s。
用业务矩阵表示出来如下表三：
表三**SDH工程业务矩阵表
站名
兰州
定西
天水
宝鸡
西安
总计
兰州
15
20
25
40
100
定西
15
10
15
18
58
天水
20
10
15
20
65
宝鸡
25
15
15
25
80
西安
40
18
20
25
103
总计
100
58
65
80
103
306
从上表可看出应选用两个的STM-1传输模式。
4.4时隙分配
线路时隙：
根据SDH复用原理，一个STM-1中包含63个VC12或4个VC3或1个VC4，VC称为虚容器，一个VC可以理解为一个通道，
需要分配一个时隙。
可以这样理解，一个STM-1对应2M业务的时隙
编号为1～63，超过容量的再换第二个。
业务矩阵确定以后即可以对SDH线型链路进行时隙分配，时隙分配图是对SDH网元进行业务设置的依据，下图五就是上表所示的业务矩阵的一种时隙分配图。
本设计中所用的设备为华为PD1电接口板型号成品板-OptiX2500+-SS63PD1A01-24mm灰-75欧-32路2M电接口支路板（支路板插在第一槽位，每个支路板上有32个2M通道）。
图五时隙分配图
上图五中所有业务都是双向业务，且W、E分别表示网元的西、东向。
如W1:
1~15表示西向第一个VC-4时隙的第一至二个15VC-12时隙，IU1表示网元上第1个支路板位，IU1:
1~15表示第1个支路板上的第一到第15个2M通道。
设计中中间站如定西站在配置业务时，除了要配置兰州和天水的业务外还要配置兰州至天水的穿通业务。
4.5系统结构
对于线型网，端站为终端复用设备（TM）,如果不带保护，一个系统只用到东向侧或西向侧的群路接口；如果带保护，则需要2个群路端口来提供主备用的保护。
链路站的中间站为分插复用设备（ADM）,如果是无保护链，要用到一个东向侧及一个西向侧的群路接口；如果是有保护链，要用到两个东向侧及两个西向侧的群路接口。
群路接口确定后，根据业务矩阵来确定支路板的类型和数量。
本设计中所用的2M支路板每块有32个接口，则图六就是本设计中**的系统结构图。
图六**的系统结构图
图中标明了各站的设备类型和各站站名；群路接口的插槽号（1—2、2—2），图中括号内的插槽号是有线路保护时备用群路接口板所在的插槽号；同时还标明了各站之间所需的中继器的数量。
5.硬件设备选型
硬件安装一般包括安装前准备、开箱验货、机架安装、单元板的安装、电缆与光线的连接等几个步骤。
5.1G.652光纤
本设计中所用的传输介质为G.652单模阶跃型光纤，工作在1.31um波长。
其参数如下：
1、光纤类型
二氧化硅B1.1单模光纤。
2、工作波长
满足13l0nm和1550nm传输窗口的型能指标
3、截止波长
2m涂覆光纤上测试的λc值为1100cm~1280nm,22m成缆光纤上测试的λcc值≤1270nm。
4、几何性质
模场直径：
标称值（9.3μm）±10％。
包层直径：
标称值125μm±2μm。
涂层直径：
标称值245±10μm。
场模不圆度：
≤6％。
包层不圆度：
<2％。
模场／包层同心度偏差:
≤1.0μm。
包层／涂层同心度误差:
≤12.5μm。
5、涂覆层
光纤涂敷层与光纤表面紧密接触不退色、不迁染。
涂覆层须易剥离，以便光纤接续。
6、衰减特性
（1）在13l0nm波长上的最大衰减系数为：
0.36dB／km。
在1285~1330nm波长范围内，任一波长上光纤的衰减系数与13l0nm波长上的衰减系数相比，其差值不超过0.03dB／km。
在1550nm波长上的最大衰减系数为：
0.21dB／km。
在1480～1580nm波长围为，任一波长上光纤的衰减系数与1550nm波长上的衰数相比，其差值不超过0.05dB／km。
（2）光纤衰减曲线应有良好的线性并且无明显台阶。
用OTDR检测任意一根光纤时，在13l0nm和1550nm处500m光纤的衰减值不大于（amean±0.10dB）／2，amean是光纤的平均衰减系数。
5.2光缆
光缆的基本结构一般是由缆芯、加强原件、填充物和护套等几部分组成，另外根据需要还有防水层、缓冲层、绝缘金属导线等构件。
常用的室外光缆缆芯主要有中心束管式和集合带式。
本设计中主要对象为铁路长途传输线路所选光缆为聚氯乙烯绝缘护套电力电缆PZYA（PTYA），其电缆使用特性：
1电缆的使用环境温度为-40℃~+60℃。
2电缆导体长期工作温度应不超过+70℃。
3电缆敷设环境温度：
聚氯乙烯外护套电缆应不低于0℃;聚乙烯外护套电缆应不低于-20℃。
4电缆的允许弯曲半径：
非铠装电缆应不小于电缆外径的10倍；铠装电缆应不小于电缆外径的15倍。
5综合护套铁路信号电缆的理想屏蔽系数≤0.8；铝护套铁路信号电缆的理想屏蔽系数≤0.3
5.3华为OptiX2500+（Metro3000光端机）支路板
本设计中所用的设备为光端机Metro3000PD132路2M电接口支路板。
华为OptiX2500+（Metro3000光端机）常用单板型号及描述信息：
SCC板
SS-SCC主控公务板
SS-SCC主控板
XCS板
SS-XCS交叉连接与时钟处理板
PD1板
SS-PD1（75）32xE1电接口支路板（75ohm）
SS-PD1（120）32xE1电接口支路板（120ohm）
PQ1板
SS-PQ1（75）24mm灰-75Ω-63路2M电接口支路板
SS-PQ1（120）24mm灰-120Ω-63路2M电接口支路板
SS-PQ1（75）63xE1电接口板（75ohm）
SS-PQ1（120）63xE1电接口板（120ohm）
SL1板
SS-SL1（S-1.1SC）STM-1光接口板（S-1.1,SC）
SS-SL1（L-1.1SC）STM-1光接口板（L-1.1,SC）
SS-SL1（L-1.2SC）STM-1光接口板（L-1.2,SC）
SD1板
SS-SD1（S-1.1SC）2xSTM-1光接口板（S-1.1,SC）
SS-SD1（L-1.1SC）2xSTM-1光接口板（L-1.1,SC）
SS-SD1（Ie-1SC）2xSTM-1光接口板（Ie-1,SC）
SS-SD1（L-1.2SC）2xSTM-1光接口板（L-1.2,SC）
SQ1板
SS-SQ1（Ie-1SC）4xSTM-1光接口板（Ie-1,SC）
SS-SQ1（S-1.1SC）4xSTM-1光接口板（S-1.1,SC）
5.4电再生中继器REG
本设计中考虑到当传输距离>120KM时，两站之间要加中继器，对编码的光信号进行放大、整形处理。
功能图如下图七所示：
图七再生中继器功能示意
本设计中所用的是武汉雷特儿科技有限公司生产的光纤中继器其技术指标:
接入方式：
2~155Mbps或100M~1250Mbps
标准：
Ethernet,IEEE802.3u,100Base-TX/FXFastEthernet,IEEE802.1q,IEEE802.1pQoS,IEEE802.1dSpanningTree
波长：
850nm/1310nm/1550nm
传输距离光纤（单模）:
8/125,8.7/125,9/125,10/125μm端口多模ST/SC,单模SC/ST/FC
转换方式介质转换
延时<0.9us
误码率<1/00
LED指示灯
POWERLINKALINKB
电源DC5V2A（外置）
功耗<2.5W
工作温度0~50℃
工作湿度5%~90%
储存温度-40~70℃
储存湿度5%~90%无凝结
产品尺寸高26mm*宽70mm*深95mm
包装重量
净重:
kg（设备）;电源:
kg;毛重:
kg
包装尺寸高*宽*深（外置电源）
5.5终端复用器
终端复用器TM的主要任务是将低低速支路信号和155Mb/s电信号纳入STM-N帧结构，并经过电/光转换为STM-N光线路信号，其逆过程真好相反。
其功能示意图如下：
图七终端复用设备的功能示意图
5.6分插复用其器
分叉复用器ADM将同步复用和数字交叉连接功能综合一体，具有两个线路端口，完成线路之间以及线路信号与支路信号间的交叉连接。
经常需要把部分信号流从节点上“分”出来，或把某些信号流“插”进网络传输系统。
这种可以把信号分出来，插进去的设备叫做“分插复用器”，也可以叫做“上下复用器”。
功能示意图如下图八所示：
本设计中所得分插复用设备为烽火通信的FONST2500型光同步数字分插复用设备支持从622Mb/s系统到2488Mb/s系统的平滑升级。
其特性参数如下
（1）系统最大交叉容量：
高阶：
128×128个VC-4，低阶：
2016×2016个VC-12，提供VC4/3/1全级别上的交叉能力。
（2）完善的保护机制：
支持各种业务保护方式，包括两纤通道保护环、两纤复用段保护环、四纤复用段保护环、子网连接保护及其各种组合。
可组成复杂的网络拓扑结构，如相交环、相切环、十字环、星型网等网络结构，可实现多种形式的跨环连接并对跨环业务提供可靠有效的保护。
可对关键机盘实现1+1保护，如群路盘、交叉盘、时钟盘等，对2M支路盘可实现1：
8的保护。
（3）丰富的业务接口：
2×STM-1o，8×STM-1e，2×STM-4，8×E4，3×34M/45M，4×STM-1e+STM-4，63×E1。
单子框可配置6个光方向，可提供504个2Mb/s支路接口和多个155Mb/s光电接口、622Mb/s光接口；通过扩展框可上下1008个2Mb/s支路；对SDH所有开销字节均可做内部或外部的接入处理。
具有开关量或RS-485接口作为对外部设备或环境量的监控接口。
具有RS-232、RS-485数据接口和音频接口。
同步定时功能：
具有2048KHz和2048Kb/s兼容的输入输出接口且外输入参考时钟和输出时钟有备份，具有跟踪、保持和自由振荡工作模式，可跟踪外输入参考时钟、线路和支路提取时钟。
采用S1字节支持同步状态信息（SSM）的管理。
具有故障条件下自动切换和保护功能。
（4）公务系统功能齐全：
公务盘可利用E1通路完成4个群路、8个支路共12个方向的公务电话联络，具有语音和数据接口，点呼和群呼功能，强拆和会议电话授权，允许公务通道区段复用，允许跨段、跨系统公务通信。
（5）可配置光纤放大器提高输出光功率，实现大容量长距离传输。
（6）完善的网络管理功能：
具有完善、界面友好、易于扩展的网元/网络级管理功能，遵循ITU-TM.3000系列、G.774及G.784建议，按照TMN框架结构进行设计，提供配置管理、故障管理、性能管理、安全管理等功能，实现全面、统一的网络管理。
（7）光接口特性
GF2488-01B可提供的光接口类型如下所示：
STM-16光接口：
S-16.1、L-16.1、L-16.2、V-16.2、U-16.2；
STM-4光接口：
I-4.1、S-4.1、L-4.1、L-4.2；
STM-1光接口：
I-1.1、S-1.1、L-1.1、L-1.2；
155Mb/s支路电接口
接口指标：
符合G.703；
输出抖动：
符合G.813；
输入抖动和漂移容限：
符合G.825
140Mb/s、45Mb/s、34Mb/s、2Mb/s
（8）同步接口
外8部输入时钟：
两路符合G.703要求的2Mb/s或2MHz信号，支路输入时钟：
STM-1、STM-4、2Mb/s支路提取时钟，线路输入时钟：
STM-16接口提取时钟
频率牵引和失步范围：
≥±4.6ppm
自由运行模式：
精度优于±4.6ppm
保持模式（24小时）：
精度优于±0.37ppm
同步输出：
两路符合G.703要求的2Mb/s或2MHz信号
光功率放大器输出光功率：
13～17dBm
6.设计心得
通过此次设计，我了解到SDH传输网是重要的电信基础网，而SDH是目前应用最为广泛的传输体制，通过SDH设备组网设计使我们熟悉了SDH的基本知识，知道了SDH的一些拓扑结构，了解了每个拓扑结构的特点，掌握了SDH线性网的基本功能及其应用，并学习了华为Metro3000传输设备硬件组成情况，了解了ＳＨＤ的基本设计过程。
利用以上知识我设计了一套简单的SDH设备组网，实现了**的SDH长途传送网，分析线性网络结构，画出业务矩阵、时隙分配、系统结构图，向光硬件设备的参数。
在这次设计中，对SDH传送网的基本网元终端复用器（TM）分插复用设备（ADM）、再生中继器（REG），又进一步的认识。
对我国SDH服用映射结构规范有了新的认识。
通过这次实习，我在多方面都有所提高。
通过这次设计，综合运用本专业所学课程的理论和生产实际知识进行一次SDH组网设计工作的实际训练从而培养和提高学生独立工作能力，巩固与扩充了SDH组网设计等课程所学的内容，掌握SDH组网设计的方法和步骤，同时各科相关的课程都有了全面的复习，独立思考的能力也有了提高。
在这次设计过程中，体现出自己单独设计的能力以及综合运用知识的能力，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。
7.参考文献
【1】《昌电力通信光传输网的优化［期刊论文］》力系统通信2009 焦晓波、郭力辉
【2】《SDH的基本原理及传输网设计［期刊论文］》008 蓝宇冰
【3】《同步数字传输网》1995 韦乐平
【4】《光纤通信原理与技术》郑玉甫、蔡小林、张椿玲、耿勇
【5】《光纤通信技术（第2版）》孙学康、张金菊
【6】《光纤通信与光纤信息网》董天临
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