现代通信技术第8、9章课件.ppt

,现代通信技术,第8章 传送网技术基础第9章 光纤通信技术第11章 综合业务接入技术第12章 12.4 自动交换光网络技术,北京邮电大学 电信工程学院李蔚,第8章 传送网技术基础,主要内容传送网基本概念传送网基本功能传送网基本组成重点内容同步数字体系(SDH)技术,8.1传送网概述,8.1.1 传送与传输电信网的功能可以归纳为两大类：传送(Transport)功能 实现任何电信信息从一点到另一点(或另一些点)的传递 控制(Control)功能 实现辅助业务和操作维护功能,传送：侧重于从信息传递的功能过程描述 传输：侧重于从信息信号通过具体物理媒质传递的物理过程来描述 传送网：将网络的传送功能的集合看作一个逻辑的网络 传输网：实际设备组成的网络,8.1.2 传送网分层结构,电路层,通道层,段层,物理层,传输媒质层,传送层,传送网分层的优点 各层单独设计修改 各层功能相对独立 层与层关系 客户-服务者 各层现有技术 电路层:64kb/s,2Mb/s 通道层:PDH,SDH,ATM,(波长)传输媒质层:电缆,光纤,微波,卫星,铜线等,8.2 同步数字传送网技术,8.2.1 SDH(Synchronous Digital Hierarchy)传送网产生背景PDH的特点与存在的主要问题 面向话音业务 适合点对点传输 存在多种地区性标准 异步复用，逐级复接 不具备统一的光接口 开销缺乏，网管有限,PDH复接等级,E1,E2,E3,E4,E5,T1,T2,T3,T4,2.SDH的产生,SDH的研究工作始于1986年，其目的是建立光纤通信的用标准，通过一组网络单元提供一个经济、简单、灵活的网络应用。美国贝尔通信研究所最先提出了光同步传输网概念，并称之为同步光网络（SONET）。1988年，美国国家标准协会（ANSI）通过了两个最早的SONET标准。国际电话电报咨询委员会（CCITT）于1988年接受了SONET的概念，重新命名为同步数字系列(SDH），建立了世界性的统一标准。,3.SDH的概念和特点概念,SDH是一套可进行同步信息传输、复用、分插和交叉连接的标准化的数字信号技术体制。统一网络节点接口 标准信息结构等级块状帧和开销功能 同步复用映射结构适用多种传输媒质SDH传送网是由一些基本网络单元(NE)组成的，在传输媒质上(如光纤、微波等)进行同步信息传输、复用、分插和交叉连接的传送网络。,网络节点接口（NNI）,lineradio,DXCEA,lineradio,NNI,NNI,NNI,NNI,TR：支路信号 line：线路系统 DXC：数字交叉连接设备SM：同步复用器 radio：无线系统 EA：外部接入设备,SDH接口的速率等级STM-N,N=1,4,16,64STM:Synchronous Transport Module 同步传送模块,特点同步复用：直接分插，一步到位标准光接口：保障横向兼容世界性标准：统一两大数字体系,前向兼容容纳新业务:后向兼容开销丰富：强大的网管能力定时透明：指针调整，支持伪同步工作环境 净荷透明：简化网络管理组网与自愈能力强系列标准规范,SDH核心特征同步复用强大的网络管理能力统一的光接口及复用标准,4.SDH的不足 开销信息的增加带来频带利用率的降低 指针调整技术的引入劣化了抖动性能 软件控制对网络可靠性和生存性提出更高的要求 网同步复杂 需解决对IP业务量波动大,流量不对称的不适应 问题,8.2.2 SDH的帧结构与段开销,STM-1 的帧结构,9270 字节,STM-N 的帧结构,在帧同步的基础上以字节为单位的时分复用,SDH帧结构的特点,以字节为基础的矩形块状帧结构纵向9行，横向270N列由左到右、由上到下顺序排成串行码流依次传输传输一帧需 125s，每秒 8000 帧STM-N传输速率：N892708000=N155.520 Mbit/s其中 N 取 1,4,16,64,SDH帧结构的功能区域,STM-1(N)的开销,段开销SOH(Section OverHead)再生段开销RSOH 复用段开销MSOH(字节的功能与应用P189-196)通道开销POH(Path OverHead)高阶通道开销HPOH 低阶通道开销LPOH(字节的功能与应用P200-203),STM-1段开销安排,再生段开销（RSOH）,复用段开销（MSOH）,STM-N段开销字节安排,STM-N的SOH字节可利用字节间插方式构成。安排规则如下:第一个STM-1的SOH被完整保留，其余N-1个SOH 中仅保留定帧字节A1、A2和BIP-N24字节B2，其它字节（B1，E1，E2，F1，K1，K2和D1D12）均省去M1字节要专门定义位置,定帧字节:A1,A2再生段踪迹字节:J0 数据通信通路字节:D1D12公务联络字节:E1,E2 使用者通路字节:F1 自动保护倒换字节:K1,K2(b1b5)复用段远端缺陷指示字节:K2(b6b8)同步状态字节:S1(b5b8)比特间插奇偶校验8位码(BIP-8)字节:B1 比特间插奇偶校验N24位码(BIP-N24)字节:B2 复用段远端差错指示字节:M1,BIP-8原理,第1字节,第2字节,第N9270字节,B1,上1帧,8.2.3 同步复用和映射原理,SDH通用复用映射结构,特点：多种信息单元,多条复用路线,多层复用结构,中国采用的复用结构,特点：规定以2.048Mb/s为基础的PDH系列作为SDH的有效负荷选用AU-4复用路线,映 射,定 位,基本工作原理,信号复用进STM-N帧都要经历映射、定位校准和复用三个步骤.各种速率等级的数据流进入相应的容器（C），完成适配功能（主要是速率调整）进入虚容器（VC），加入通道开销（POH）进入管理单元（AU）或支路单元（TU）进行速率调整设置指针（AU PTR或TU PTR）在N个AUG的基础上，附加段开销SOH形成STM-N的帧结构,基本单元,容器(Container)容器是一种用来装载各种速率业务信号的信息结构，基本功能是完成适配即码速调整容器类型包括C-n(n=11,12,2,3,4)五种，我国目前仅涉及C-12,C-3及C-4容器每种容器分别对应于一种标称输入速率，即2.048Mb/s(C-12)；34.368Mbit/s(C-3)；139.264 Mbit/s(C-4),虚容器(Virtual Container),虚容器是用来支持SDH通道层连接的信息结构VC是SDH通道的信息终端，由安排在重复周期为125s或500s的块状帧结构中的信息净负荷（容器的输出）和通道开销（POH）组成，即：VC-n=C-n+VC-n POH虚容器可分为低阶虚容器和高阶虚容器，VC-11、VC-12、VC-2和TU-3前的VC-3为低阶虚容器；C-4和AU-3前的VC-3为高阶虚容器,支路单元(Tributary Unit),支路单元是一种提供低阶通道层和高阶通道层之间适配功能的信息结构，表示为 TU-n(n=11,12,2,3)TU-n由一个相应的低阶VC-n和一个相应的支路单元指针（TU-n PTR）组成，即：TU-n=VC-n+TU-n PTR TU-n PTR指示VC-n 净负荷帧起点相对于高阶VC帧起点间的偏移量。,支路单元组(Tributary Unit Group),支路单元组是由一个或多个在高阶VC净负荷中占据固定的、确定位置的支路单元组成。通过把一些不同大小的TU组合成一个TUG，可以增加传送网络的灵活性 VC-4/3中有TUG-3和TUG-2两种支路单元组,管理单元(Administrative Unit),管理单元是提供高阶通道层和复用段层之间适配功能的信息结构，可表示为AU-n(n=3,4)管理单元由一个相应的高阶VC-n和一个相应的管理单元指针（AU-n PTR）组成，即：AU-n=VC-n+AU-n PTRAU-n PTR指示VC-n净负荷起点相对于复用段帧起点间的偏移，而其自身相对于STM-N帧的位置总是固定的。,管理单元组(Administrative Unit Group),管理单元组是由一个或多个在STM-N净负荷中占据固定的、确定位置的管理单元组成一个AUG是由一个AU-4或三个AU-3按字节间插组合而成,同步传送模块(Synchronous Transport Module),同步传送模块代表提供段层连接的信息结构基本模块STM-1的信号速率为155.520Mbit/s 更高阶的STM-N模块（N=4,16,64,.）由N个 STM-1信号以同步复用方式构成,复用步骤,映射定位复用,映射,映射(Mapping)，是一种在SDH网络边界处把支路信号适配装入相应虚容器的过程。,D,S,D,S,D,S,映射技术：码速调整,实例：将2.048Mbit/s信号映射进VC-12,步骤：H-12异步装入C-12加入VC-12 POH,H-12异步装入VC-12,正/零/负码速调整策略,定位,定位（Alignment），是一种当支路单元或管理单元适配到支持层的帧结构时，帧偏移信息随之转移的过程。利用指针(TU PTR或AU PTR)来表示在STM-N帧内浮动的净负荷的准确位置。当出现净荷在一定范围内的频率变化时，只须增加或减小指针数值即可达到目的。,指针的概念,指针(PTR)是一种指示符，其值定义为虚容器相对于支持它的传送实体的帧参考点的帧偏移。,SDH中指针的作用可归结为三条：,当网络处于同步工作状态时，指针用来进行同步信号间的相位校准；,当网络失去同步时，指针用作频率和相位校准；当网络处于异步工作时，指针用作频率跟踪校准；,指针还可以用来容纳网络中的频率抖动和漂移。,指针分为AU-4指针、TU-3指针、TU-12指针。,AU-4指针定义与编码,AU-4指针定义：H1,Y,Y,H2,1*,1*,H3,H3,H3 其中 Y=1001SS11；1*=11111111 H1和 H2字节结合使用，可以看作1个码字，其中码字的最后10个比特(即第7至第16比特)携带具体指针值。H1、H2共可提供1024个指针值 VC-4内共有2349字节，需用783个指针值来表示，实际AU-4指针值为0782内所对应的二进制数 该值表示了指针和VC-4第1个字节间的相对位置 指针值每增/减“1”，代表3个字节的偏移量 指针奇数比特记为 I 比特，偶数比特记为 D 比特,AU-4指针偏移值(P204),AU-4指针定位功能,正调整,当VC的帧速率比AUG的帧速率慢时，需提高VC帧速率 操作：在 VC前插入3个填充伪信息的空闲字节(即正调整字节)，从而增加了 VC帧速率。但由于插入了正调整字节，实际VC在时间上向后推移，因而用来指示其起始位置的指针值要增加1。操作指示：是将指针码字的5个增加比特(I比特)，即第7、9、11、13和15比特进行反转，并在接收机中按5比特多数表决准则作出决定。正调整字节的位置：AU一4帧内最后一个 H3字节后出现3个正调整字节。,正调整,负调整,当VC的帧速率比AUG的帧速率快时，需要降低VC帧速率操作：利用AU指针区的3个H3字节存放实际VC信息(负 调整字节)，相当于降低了VC帧速率。由于VC起始几个字节存入AU指针区，实际VC在时间上向前移动了3个字节，因而指示其起始位置的指针值要减l。操作的指示：是将指针码字的5个减少比特(D比特)，即第8、10、12、14和16比特进行反转，并在接收机中按5比特多数表决准则作出决定。负调整字节的位置：AU一4帧内H3字节内出现3个负调整字节。对于AU一3而言，则将在单独的H3字节处出现1个负调整字节。,负调整,指针调整规则小结,在正常运行期间，指针确定了在AU-n帧内VC-n的起始位置。指针值的改变靠相关规则操作。若需正调整，发送带有I比特反转的当前指针值，且其后的正调整机会用伪信息所填充，指针加“1”。若需负调整，发送带有D比特反转的当前指针值。且其后的负调整机会被实际数据所重写，指针减“1”。,复用,复用(Multiplexing)，是一种把多个低阶通道层信号适配进高阶通道层或者把多个高阶通道层信号适配进复用段层的过程。,4:1,SDH复用技术特点,单字节交错间插方式：以“字节”为单位 交错间插 同步处理,例(P209-210)映射单元基本参数(P210-211),8.2.4 SDH网络中的基本网元,终端复用设备(TM)分插复用设备(ADM)数字交叉连接设备(DXC),分插复用设备 ADM(Add Drop Multiplexer),允许两个STM-N信号之间的不同VC实现互连具有无需分接和终结整体信号即可将各种G.703规定的接口信号（PDH）或STM-N信号（SDH）接入STM-M（MN）内作任何支路的能力。连接能力：支路群路（上支路）群路支路（下支路）群路群路（直通）支路支路,ADM设备的连接能力P213 图8.23,数字交叉连接设备DXC(Digital Cross Connecter),DXC是一种具有一个或多个准同步数字体系(G.702)或同步数字体系(G.707)信号端口的，可以在任何端口信号速率（及其子速率）间进行可控连接和再连接的设备。适用于SDH的DXC（称为SDXC）则能进一步在端口间提供可控的VC透明连接和再连接。这些端口信号可以是SDH速率，也可以是PDH速率。,DXC原理结构框图,8.2.5 SDH自愈网原理,SDH传送网 SDH自愈网,SDH 传送网分层模型,再生段,复用段和通道示意图P218 图8.25,SDH 自愈网,自愈的概念:通信网络发生故障时，无需人为干预，即可在极短的时间内从失效故障中自动恢复所携带的业务，使用户感觉不到网络已出了故障。自愈的基本原理是使网络具备发现替代传输路由并重新确立通信的能力。,1+1 保护,并发优收原则,MST:复用段终端,MSA:复用段适配,RST:再生段终端,SPI:SDH物理接口,REG:再生器,1:N 保护,选发选收原则,自愈环分类,按结构分类 通道保护环 复用段保护环 按光纤数量分类 二纤环 四纤环 按接收和发送信号的传输方向分类 单向环 双向环,自愈环类型,二纤单向通道保护环二纤双向通道保护环二纤单向复用段保护环四纤双向复用段共享保护环二纤双向复用段共享保护环,8.3 传送网主要性能指标,1.误码性能,误码率(BER)传送的码元被错判的概率。-表示长期统计平均的结果。块:比特的集合.误块(EB):任意比特出现差错的块.,误块秒比(ESR)误块秒(ES)：出现误块的秒。误块秒比：误块秒数与总的可用秒数之比。,背景误块比(BBER)背景误块(BBE):扣除不可用时间和SES期间出现的误块后所剩下的误块.背景误块比:在可用时间内出现的BBE数与扣除 不可用时间和SES期间所有块数后 的总块数之比.,严重误块秒比(SESR)严重误块秒(SES)：含有不少于30%的误块或至少一种缺陷的秒。严重误块秒比：严重误块秒数与总的可用秒数之比。,2.抖动性能,抖动：数字信号(包括时钟信号)的各有效 瞬间对于标准时间位置的偏差。,信号,时钟,抖动相当于寄生调相，会导致灵敏度降低。,抖动 J 的单位：UI(单位时隙)对于NRZ码，1UI=1Tb=1/fb,输入抖动容限：,系统允许的输入信号的最大抖动范围。,输出抖动：系统无输入抖动时，系统输出信号的抖动特性。,抖动转移：输出抖动与输入抖动之比(抖动增益)。,3.可靠性与可用性 平均故障间隔时间(MTBF)平均故障修复时间(MTTR)可靠性(R)可用性(A),作业:P229 习题3.,第9章 光纤通信技术 9.1 概述,扩大通信容量的方法:提高载波频率。光波也是一种电磁波，可以作为载波。,光纤通信系统的组成,信号源,信号源,电端机,光发送机,光缆,中继,光缆,光接收机,电端机,课程内容(1)光纤(2)光发送机(3)光接收机(4)系统(5)新技术介绍(6)光传送网技术(7)ASON,光纤通信的特点,1.容量大2.中继距离长3.不怕电磁干扰4.保密性好，无串话干扰5.尺寸小，重量轻6.原料丰富(节约有色金属)7.经济!,9.2 光纤传输原理与特性,光纤的结构,纤芯-高透明材料,包层-高透明材料,涂敷层-保护层,包层折射率略小于纤芯.,材料：高纯度 SiO2 搀杂 纤芯：GeO2SiO2,P2O5SiO2 包层：B2O3SiO2,阶跃折射率：纤芯折射率分布均匀 渐变折射率：纤芯折射率连续变化,(2)多模：能传多个模式 单模：只能传基模,光纤的分类,常用光纤(1)阶跃多模光纤,n1,n2,2a,2b,r,n,芯径(2a):50m,62.5m包层直径(2b):125 m,(2)渐变折射率多模光纤,n1,n2,2a,2b,r,n,芯径(2a):50m,62.5m包层直径(2b):125 m,(3)单模光纤(普通),2a,2b,r,n,芯径(2a):10m包层直径(2b):125 m,光纤的导光原理 阶跃多模光纤(几何光学),n1,n2,n0=1,n1,n2,1,1,2,n1sin1=n2sin2,临界角 c,c=arcsin(n2/n1),c 光在纤芯与包层间发生全反射.,(2)最大入射角 max,sinmax=n1sin(90-c)=(n1-n2),(3)光纤的数值孔径,NA=sinmax=(n1-n2),NA反映光纤的集光能力.,(4)相对折射率差,=(n1-n2)/2n1,n1-n2,n1,=n1(2),(5)子午线最大时延差 d(群时延),d=,c/n1,sinc,L,-L,=,c,L n1,n2,n1-n2,c,n1,L,其中 L 为光纤长度.,d 导致光脉冲展宽(带宽减小).,渐变折射率多模光纤 折射律分布：,n(r)=,n(0)1-2(r/a),g,ra,n2,ra,其中:相对折射率差=n(0)-n2/2n(0)g:折射率分布指数,g2最佳.,波动理论分析光纤 从麦克斯韦方程组开始,可以导出一系列参数的表达式.,光纤的传输性质,1.光纤的损耗,(1)固有损耗,材料的本征吸收-红外吸收-分子振动-紫外吸收-电子跃迁b.材料的本征散射-瑞利散射(折射率微观不均匀引起),(2)非固有损耗,杂质吸收-OH根吸收(光能振动)波导散射-宏观上的不均匀,(3)损耗系数,Pi,Po,L(km),=,10,L,lg,Po,Pi,(dB/km),=,L,1,Pi(dBm)-Po(dBm)(dB/km),其中:P(dBm)=10 lg,P,1mW,(4)光纤的-曲线,(m),(dB/km),瑞利散射损耗,红外吸收损耗,0.85,1.3,1.55,2.0,0.5,0.2,OH根吸收,2.光纤的色散-导致脉冲展宽(带宽降低)a.模式色散：多模光纤中每种模式的群速度不同，产生时延差。b.材料色散:光纤材料的折射率随光的波长的不同而变化，各种 波长的光传播速度不同，引起时延差。c.波导色散:同一模式的光的相位常数随光的波长的不同而变化，各种波长的光传播速度不同，引起时延差。波导色 散与折射率分布有关.多模光纤:模式色散占主要地位.单模光纤:材料色散和波导色散共同影响总色散.,(1)光纤的脉冲展宽：,P,t,P,t,:L公里光纤的脉冲展宽,半高宽度。与光纤的长度有关.！与光源的谱宽有关。单位长度光纤的时延差:()()=/L,(2)光纤的带宽 BW 调制信号经传播后，幅度降低一半时的频率。,G(f),f,G(0),G(0),0 BW,BW:L公里光纤的带宽 BW 与光纤的长度有关。！BW 与光源的谱宽有关。BW=0.44/,(3)光纤的色散系数：-反应光纤本身的性质,D=,L,=()/ps/(kmnm),单位长度(1km)光纤对单位谱线宽度(1nm)(半高谱宽)的光的时延展宽。,(4)光纤的 D-曲线(单模),普通单模光纤：1.31m 色散为零。,3.光纤的非线性效应,受激散射-部分能量偏离预定的传播方向,光波频率发生改变.a.受激布里渊散射(SBS)b.受激拉曼散射(SRS)(2)折射率扰动-光强度引起光纤折射率的变化.a.自相位调制(SPM)b.交叉相位调制(XPM)c.四波混频(FWM),单模光纤,1.折射率分布(P235)2.主要参数 a.损耗系数 b.色散系数 c.截止波长 d.模场直径3.偏振特性 可同时传输两个相互正交的基模.由于光纤的不完善,两个 相互正交的基模的相位常数可能不同-偏振模色散.4.分类 G.652:常规光纤,零色散波长:1310nm.G.653:色散位移光纤,零色散波长:1550nm.G.654:零色散波长:1310nm.1550nm损耗极低.G.655:非零色散位移光纤,在1530-1565nm有较小的色散.适合DWDM系统.,光缆,9.3 光发送机与光接收机,9.3.1 半导体激光器和发光二极管,1.光纤通信系统对光源的要求 波长合适 光功率足够 谱宽窄 可直接调制 响应速度快 转换效率高 能在室温下连续工作 体积小,寿命长,2.半导体激光器,基本原理受激辐射 激射条件 有足够的反转分布 存在光学谐振腔 注入式半导体激光器-向PN结注入电流 实现反转分布。半导体材料 材料 波长(m)GaAs 0.83-0.9 GaAlAs 0.63-0.9 InGaAs 1.0-1.7 InGaAsP 1.0-1.7,结构P249-250,工作特性,P-I 特性,P(mW),I(mA),0,20,40,4,8,Ith,P：输出光功率 I：注入电流 Ith：阈值电流,Ith:10-100mA,温度特性T Ith,I(mA),P(mW),20C,30C,40C,50C,光谱特性,P,0,多纵模,0,P,单纵模,效率,外微分量子效率,D=,输出光子数的增量,注入电子数的增量,=,(P-Pth)/h,(I-Ith)/e0,D 对应P-I曲线阈值以上线性部分的斜率。,P(W),3.发光二极管 基本原理自发辐射 结构P253 工作特性 P-I 特性,I(mA),100,200,0,100,200,输出功率与注入电流成正比。,温度特性,I,P,20C,30C,40C,光谱特性,P,连续谱。,发光二极管与激光器的比较,LED LD发光机理 自发辐射 受激辐射光谱 宽 30-100nm窄 3nm发散角大小耦合效率低高入纤功率100W1mW响应速度慢 100MHz快 2GHz热特性好(不需致冷)较差(需致冷)寿命长 100万小时10万小时成本低高线性好较差应用小容量数字系统大容量长距离数字系统 模拟系统模拟系统,9.3.2 光发送机,电信号输入,输入接口,线路编码,调制电路,光源,光信号输出,控制电路,输入接口:将电端机输出的HDB3码或CMI码变换成二元NRZ码.从电端机输出的HDB3码或CMI码中提取出时钟.一，二，三次群电端机的输出码型为HDB3码。四次群，STM-1 电端机的输出码型为CMI码。,线路编码/解码(PDH):消除直流基线起伏，便于判决。消除长连0 连1，便于时钟提取。便于误码监测。,LED的数字调制,P,t,t,I,LD的数字调制,I,P,I,t,IB,Im,t,P,P1,P0,控制电路,自动温度控制,LD,致冷器,热敏电阻,控制电路,自动功率控制,调制电路,控制电路,Im,IB,LD,PIN,光发送机的主要指标,平均发送光功率 mW,dBm 消光比 dBEXT=10lg(P1/P0)(dB)动态谱宽 nm,9.3.3 光检测器,半导体探测器：1.光电二极管PD(PIN)2.雪崩光电二极管APD,1.光电二极管 工作在反向偏压的PN结二极管。,工作原理-受激吸收(2)结构-PIN结构,P,I,N,光,响应波长 光电效应需满足条件：hEg,即:,hc,Eg,截止波长：,c=,hc,Eg,=,1.24,Eg(eV),(m),Si:c=1.06 mGe,InGaAs:c=1.6 m,响应波长:Si:0.5-1.0 mGe,InGaAs:1.1-1.6 m,(4)光电转换效率 a.量子效率：,=,光产生的电子-空穴对数,入射光子数,=,Ip/e0,P0/h,=,Ip,P0,h,e0,Ip:光生电流P0：入射光功率,b.响应度,R=,Ip,P0,=,e0,h,(A/W),2.雪崩光电二极管APD,工作在高反向偏压的PN结二极管。入射光功率产生一次光生电流，一次光生电流 被雪崩放大，形成较大的反向电流。,平均雪崩增益,M=,一次光生电流,总输出电流,APD的倍增噪声,APD 噪声：量子噪声 暗电流噪声 倍增噪声-影响最大,9.3.4 光接收机,光信号,探测器,前置放大器,主放大器,均衡器,判决器,时钟提取,AGC电路,线路解码,输出接口,探测器：实现光电变换前放：低噪声放大主放：提供足够的增益，且增益受AGC电路的控制。均衡器：保证判决时不存在码间干扰。判决器，时钟提取：对信号进行再生。AGC电路：改变接收机的增益，扩大接收机的动态范围。输出接口：将NRZ码变换成HDB3码或CMI码。,光接收机的主要指标,光接收机的灵敏度,保证达到给定误码率的条件下，光接收机 需要的最小平均光功率。(W，dBm)-反映接收机接收弱信号的能力。,光接收机的动态范围,保证达到给定误码率的条件下，允许接收 光功率的变化范围。(dB)-反映接收机接收强信号的能力。,9.4 光纤通信系统,系统的组成(数字 IM-DD),用 户,电发送端机,光发送机,光纤,光中继器,光纤,光接收机,电接收端机,用 户,备 用 系 统,辅 助 系 统,备用系统 包括备用光端机,备用光纤,备用中继器等.可以一主一备或多主一备.辅助系统监控管理系统 对组成系统的各种设备进行监视,控制和管理.公务通信系统 为维护人员提供业务联络手段.区间通信系统 实现长途干线系统中某局部区域之间的通信.自动倒换系统 当主系统出现故障时,自动启动备用系统继续工作.电源供给系统 供给电源.,9.5-9.8 光纤通信新技术,衰减因素限制传输距离 L=,PT-PR-M,s,色散因素限制传输距离 L=,1,2fbD,方向：提高fb,增大L。衰减限制因素:使用1.55m.使用光放大器.色散限制因素:D 使用G.653,G.655 光纤.使用单纵模 LD,使用外调制技术.光孤子通信.扩大容量:DWDM(密集波分复用).OTDM(光时分复用).,光放大器,1.半导体光放大器(SOA)2.光纤拉曼放大器(FRA)3.掺铒光纤放大器(EDFA),1.SOA,增透膜,隔离器,隔离器,尾纤,尾纤,I,G:30dB;,:30nm;,:1.3m,1.55m;,Fn:4dB.,2.FRA,耦合器,信号光,泵浦光,利用强泵浦光使光纤产生非线性效应(SRS),信号光与泵浦光沿光纤一起传输时光功率将由泵浦光转移到信号光,使信号光放大.,3.EDFA(1)结构,输入光,泵浦光 980nm 或 1480nm,耦合器,隔离器,掺铒光纤,隔离器,滤波器,输出光,(2)原理EDF粒子数反转(3)性能增益 G:3040dB增益波长:1528nm1560nm噪声系数:Fn:4dB饱和输出功率:Ps:10dBm,(4)特点-与fb无关.-与信道数无关-可级联-不积累抖动(5)应用-高速系统中功率放大，中继，接收预放。-DWDM系统，OTDM系统，光孤子系统等。-扩容，改造。,DWDM系统,TX1,TXn,WDM,EDFA,n,.n,EDFA,EDFA,De-WDM,RX1,RXn,n,最经济的系统。,OTDM 系统,框图 P277,光孤子通信系统,光孤子传输：无色散。,光纤：弹性信道。(光纤的非线性效应SPM),普通光脉冲,光孤子,光孤子传输条件：,t,P,P,-t-P,9.9 光传送网技术,9.9.1 光传送网的引入,需求驱动因素 信息化社会 互联网应用：IP、多媒体业务 带宽的“饥渴”技术驱动因素 前提：光纤潜在的传输能力 基石：全光放大 催化剂：光子/光电器件,大容量数据网与光网络的发展,实现光层联网的基本目的,消除电子设备引起的瓶颈提高了网络的传输容量旁路非落地业务，降低对路由器规模要求提供了透明光平台减少建网成本和维护管理成本光传送层和数据业务层都有联网能力实现以波长为基础的网络动态重构与自动恢复具有网络结构的可扩展性和可重构性具有网络的可靠性和可维护性,9.9.2 光传送网结构与特点,1.光传送网的分层结构,SDH分层结构,电路层,通道层,段层,物理层(光纤),光传输段层(OTS),光复用段层(OMS),光信道层(OCH),光传送网分层结构,光信道层(Optical Channel Layer),为透明地传递各种不同格式的客户层信号的光通路提供端到端的联网功能必须具备下述能力：光信道通路连接的重组，以便实现灵活的网络选路 光信道通路开销处理，以便确保光通路适配信息的完整性 光信道通路监控功能，以便实现网络等级上的操作和管理 网络的生存性能力，以便在故障发生时，通过重新选路来实现保护倒换和网络恢复,光复用段层(Optical Multiplexing Section Layer),保证WDM传输设备间多波长复用光信号的完整传输具备下述功能：为灵活的多波长网络选路，重新安排光复用段功能 为保证多波长光复用段适配信息的完整性，处理光复用段开销为段层的运行和维护提供光复用段的检测和管理功能,光传输段层(Optical Transmission Section Layer),为光信号在不同类型的光媒质上提供传输功能光传输段开销处理以便确保光传输段适配信息的完整性实现对光放大器或中继器的检测和控制功能等整个光传送网由最下面的物理媒质层网络所支持，即物理媒质层网络是光传输段的服务者涉及问题：功率均衡问题 EDFA增益控制问题 色散的积累和补偿问题,提供端到端连接的光传送网结构,omr,2.光传送网特点,波长路由 透明性 网络结构的扩展性 可重构性 可扩容性 可操作性 可靠性和可维护性,9.9.3 光传送网的节点技术,1.光分插复用技术,基本功能：从传输设备中有选择地下路、上路、或仅仅直接通过某一路或多路波长信号，同时不影响其他波长信道的传输。,“分波器+空间交换单元+合波器”结构,2.光交叉连接技术,交换单元机制：空间交换 波长交换,基于空间光开关的OXC结构,9.10(12.4)自动交换光网络技术,自动交换光网络(ASON:Automatic Switched Optical Network):在ASON信令网控制下完成光传送网内光网络连接和自动交换的新型网络.,基本思想:在光传送网络中引入控制平面以实现网络资源的实时按需分配,从而实现光网络的智能化.,9.10.1 ASON结构与特点,1.ASON总体结构ASON 功能结构模型:P417,ASON垂直分层结构包括三个平面：传送平面、控制平面和管理平面。,传送平面:由一系列传送实体组成.提供端到端用户信息的单向或双向传送功能。同时它也能传送一些控制和管理面信息。控制平面:对连接请求进行接受,发现,寻路和连接。通过信令，它能实现光通道的动态建立和拆除，网络资源的动态分配,还能在连接出现故障时对其进行恢复。管理平面完成对传送平面、控制平面和整个系统的管理。它负责所有平面之间的协调工作。实现网络资源的动态配置,性能监测,故障管理,路由规化等功能.,2.ASON主要特点,直接在光层上按需提供服务实时流量工程控制智能化控制自动资源发现优良的网络生存性支持多种客户层信号提供新的业务类型优良的网络可扩展性和设备互连互通性,9.10.2 ASON 控制平面,5种接口实现控制平面与上层用户之间,控制 平面内部以及控制平面与其他平面之间的 连接.依靠多种具体协议实现控制平面的功能光连接控制器(OCC)互连形成控制平面传送 网络(信令网络),传送控制平面信息.,9.10.3 ASON 关键技术,网络结构设计技术自动邻接发现技术光网络路由技术动态波长选路和带宽资源分配的实现技术信令技术光网络协议与管理技术光网络保护和恢复技术与网络生存性光网互连技术,作业:P286习题4,习题16.P424习题8.,