第7章-数字光纤通信系统要点课件.ppt

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1、7.1 数字光纤通信系统概述7.2 PDH数字光纤传输系统7.3 SDH光同步数字传输系统7.4 光波分复用系统7.5 全光通信系统,第7章 数字光纤通信系统,7.1.1 光纤通信基本概念 数字光纤通信，是以光波运载数字信号,以光导纤维为传输媒介的一种通信方式。光纤通信的特点：线径细，重量轻 光纤直径小（0.1mm左右），制成光缆后与电缆相比细得多，因而重量轻；损耗极低 现在制造出的光纤介质纯度很高，损耗极低；,7.1 数字光纤通信系统概述,传输频带宽、信息容量大 光波频率高，携带信号信息量大；不受电磁干扰、防腐和不锈蚀 光纤是非金属材料，不受电磁干扰，也不发生锈蚀，具有防腐能力；不怕高温，防

2、爆、防火性能强 光纤是石英玻璃材料（熔点2000以上），不怕高温，有防火性能；光纤通信保密性好 光纤在传输光信号时泄漏小，不会产生串话等干扰，因而光纤通信保密性好。,7.1.2 数字光纤通信系统的组成 数字光纤通信系统由发送设备、传输信道和接收设备三大部分构成，图7.1为光纤通信系统组成原理方框图。数字光纤通信系统，常采用数字编码信号经强度调制直接检波的数字通信系统（强度调制是利用数字信号直接调制光源的光强度；直接检波是在光接收机的光频上检测数字脉冲信号）。,图 7.1 光纤通信系统组成原理方框图,发端有源器件把数字脉冲信号转换为光信号送光纤中传输；收端光检测器件将接收到的光信号转换为数字脉冲

3、信号。传输距离较远时，采用光中继设备把信号经过中继再生处理后传输。图7.2为一个实用的数字光纤通信传输系统结构框图。发端：数字端机把用户各种数字信号通过复用设备组成一定的数字传输结构，光端机把数字端机送来的不同速率等级的数字信号处理成光脉冲；收端：光端机把光脉冲转换为数字信号；数字端机把不同速率等级的数字信号通过分路设备分解为用户的各种数字信号。,图 7.2 数字光纤通信传输系统结构方框图,光端机：主要由光发送、光接收、信号处理及辅助电路组成。光发送完成电/光变换；光接收完成光/电变换；信号处理把数字端机送来的数字脉冲信号再处理，以及各种码型变换；辅助电路进行告警、监控及区间通信等。光中继机：

4、将长距离光纤传输后的光脉冲信号（受到衰耗及色散畸变）转换为电信号，经放大整形、定时、再生还原为规则数字脉冲信号，然后经再调制光源变为光脉冲信号。,7.1.3 光纤和光缆1 光纤 光纤是导光的玻璃纤维的简称，比明线、电缆传送的信息量高成千上万倍（可达上百千兆比特/秒）。2 光纤的导光原理 光纤是利用光的全反射特性来导光的。我们知道光在分界面会产生折射，设两种介质的折射率分别为n0,n1，入射角、折射角分别为0和1，图7.3为光线从光疏媒质射向光密媒质时光的折射示意图，可见10。,图 7.3 光的折射示意图,图7.4为光线从光密媒质射向光疏媒质时光的折射示意图，可见折射角大于入射角，随着0增大折射

5、角1可达90(此时1称临界角）；1继续增大,折射角会大于临界角使光线全部返回光密媒质中，这种现象称为光的全反射。制造光纤时，使光纤芯的折射率高，外面涂上折射率低的包屏层，当选择一定的角度0时，射入纤芯的光束将会全部返回纤芯中。考虑到石英玻璃质地脆、易断裂的因素，通常在裸光纤外面进行两次涂覆构成光纤芯线，图7.5为光纤芯线结构示意图。光纤芯线由纤芯、包层、涂覆层和套塑四部分组成。,图7.4 临界角和光线的全反射,图7.5 光纤芯线的剖面构造,3 单模光纤及特性参数 光纤的传播模式分为：多模光纤和单模光纤。1)多模光纤 多模光纤是能承受多个模式的光纤，如图7.6(a)、(b)所示。多模光纤带宽窄、

6、衰耗大、时延差大，用于早期的数字光纤通信系统(PDH系列)，逐步被单模光纤代替。2)单模光纤 单模光纤是只能传送单一基模的光纤,如图7.6(c)所示。单模光纤不存在时延差，带宽比多模光纤宽得多,有利于高码率信息长距离传输。,图 7.6 裸光纤结构示意图(a)阶跃型多模光纤;(b)梯度型多模光纤;(c)单模光纤,3)单模光纤的主要特性 单模光纤的主要参数：模场直径、衰减系数和工作波长或截止波长等。(1)模场直径 单模光纤的基模场强在光纤横截面近似为高斯分布,如图7.7所示。通常将纤芯中场分布曲线最大值 1/e 处所对应的宽度定义为模场直径，用d表示。(2)截止波长 工作波长大于截止波长时才能保证

7、光纤在单模工作。,图7.7 基模场强分布曲线,(3)衰减系数 衰减系数指沿光纤传播方向光信号的损耗。衰减量的大小通常用衰减系数来表示，单位是dB/km。,式中，Pi为光纤的输入光功率；Po为光纤的输出光功率;L为光纤的长度(单位为km)。,4 光缆 光缆主要由缆芯、护套和加强元件组成。1)缆芯 缆芯由光纤芯组成，分为单芯和多芯两种。表7.1为单芯型缆芯和多芯型缆芯结构示意图。单芯型由单根二次涂覆处理后的光纤组成；多芯型由多根经二次涂覆处理后的光纤组成，又分为带状结构和单位式结构。目前国内外对二次涂覆主要采用两种保护结构：紧套结构和松套结构，如图 7.8所示。,图 7.8 紧套和松套光纤结构示意

8、图(a)紧套光纤结构示意图；(b)松套光纤结构示意图,2)强度元件 在光缆内中心或四周加一根或多根加强元件使其能够承受外力。3)护层 保护光纤芯线免受外部机械力和环境损坏，护层分内护层和外护层。4)光缆的种类 表 7.2为公用通信网中的光缆结构。,(1)层绞式光缆 将若干根光纤芯线以强度元件为中心绞合在一起，如图7.9(a)所示。(2)单位式光缆 将几根至十几根光纤芯线集合成一个单位，再由数个单位以强度元件为中心绞合成缆，如图7.9(b)所示。(3)骨架式光缆 将单根或多根光纤放入骨架的螺旋槽内，骨架中心是强度元件，骨架上的沟槽可以是V型、U型或凹型，如图7.9(c)所示。(4)带状式光缆 将

9、412根光纤芯线排列成行构成带状光纤单元，再将多个带状单元按一定方式排列成缆，如图7.9(d)所示。,图 7.9光缆的基本结构(a)层绞式；(b)单位式；(c)骨架式；(d)带状,7.2 PDH数字光纤传输系统,图7.2为PDH数字光纤通信传输系统方框图，系统终端设备由数字端机和光端机组成。近年来PDH系列设备只在公用电话网中用作市话网的中继传输系统，我国PDH系列的数字结构，主要用于数字网络接口标准（2 Mbs速率的接口）。,图 7.2 数字光纤通信传输系统结构方框图,1 PDH系统电接口主要参数 CCITT G.703协议规定了以2.048Mb/s为基础的PDH系列接口特性、速率、码型，如

10、表 7.3 所示；G.921协议规定了标称比特容差，如表7.4所示。,2 PDH系统光接口主要参数 系统发光功率如表 7.5所示，光接收灵敏度如表7.6 所示（BER=110-10）。,7.3 SDH光同步数字传输系统,7.3.1 概念及特点1 SDH系统的基本概念 SDH系列实质是在光纤上同步传输信息的一些网络单元(NE)，有国际统一的网络节点接口(NNI)，有一套标准化的信息结构等级（“同步传输模块”STM-N，N为1,4,16,64,)。图7.10为NNI位置示意图，表7.7为SDH同步传输模块等级。,图7.10 NNI的位置示意图,2 SDH系统的特点 优点:有标准光接口;同步字节复用

11、(复接);强大的网络管理功能。缺点:频带利用率低于PDH系统；技术设备复杂；系统易发生重大故障甚至瘫痪。,7.3.2 SDH的开销功能1 开销的概念 开销指在帧结构中安排的一些特殊比特，是网络节点接口数据流中信息净负荷以外的部分。2 开销分类 1)段开销SOH 监视、管理和维护段层性能，分为再生段开销(RSOH)和复用段开销(MSOH)。RSOH可在再生器接入，也可以在终端设备接入；MSOH透明通过再生器终结在终端设备。图 7.11为STM-1 SOH字节安排示意图。,SDH 帧结构,图 7.11 STM-1 SOH字节安排,2)通道开销Vc-POH 用于复用（复接）Vc进入STM，安排在净负

12、荷中。通道开销分为低阶Vc-POH和高阶Vc-POH。低阶Vc-POH监视、维护低阶Vc通道性能，指示告警状态；高阶Vc-POH监视、维护高阶Vc通道性能，指示告警状态、复用结构等。3 段开销安排 以STM-1 SOH为例。1)帧定位字节:A1和A2 A1、A2用来识别帧的起始位置，A1为11110110，A2为00101000。STM-1帧有3个A1和3个A2帧定位字节；STM-N帧定位有3N个A1和3N个A2。,2)STM识别字符:C1 1识别每个STM-1信号在STM-N复用结构中的位置。3)数据通信字节(DCC):D1D12 DCC构成SDH管理网的传送通路，STM-1中D1、D2、D

13、3共192 kb/s的通路作再生段的DCC；字节D4D12共576 kb/s的通路字节作为复用段的DCC。4)公务联络字节:E1、E2 话音通信的公务联络通路，E1为再生段开销的一部分，E2是复用段开销的一部分。5)使用者通路字节:F1 留给网络使用者，为特殊维护目的提供临时数据/音频通路连接。,6)BIP-8 字节:B1 监测再生段的误码，为使用偶校验的比特间插奇偶校验8位码(BIP-8)。7)BIP-N24字节:B2 监测复用段误码，STM-1有三个字节。8)自动保护倒换(APS)通路字节：K1,K2(b1b5)9)同步状态字节:Z1(b5b8)用作同步状态消息。10)空闲字节:Z1(b1

14、b4)和Z2 11)复用段远端失效指示字节:K2(b6b8),7.3.3 SDH系列的复用1 复用结构 SDH复接由一些基本单元经过若干步复接，并且采用净负荷指针技术。ITU-T G.709协议规定了SDH的复用结构，图7.12为G.709复用结构示意图。各种低速率等级的数字信号分别进入相应的接口容器完成适配功能，ITU-T G.709规定了 5种标准接口容器C-11、C-12、C-2、C-3、C-4的标准比特速率,我国制定了3种标准：C-12(PDH 2.048Mb/s)、C-3(34.368Mb/s)和C-4(139.264 Mb/s)，图7.13为我国的SDH基本复用结构示意图。,图 7

15、.12 G-709复用结构,图7.13 我国的SDH基本复用结构,复接过程：映射、指针处理、定位和形成TU。图7.14为PDH支路形成TU示意图。,图 7.14 PDH支路形成TU过程,2 复用过程 1)映射 把PDH系列各种速率数字信号和ATM信元经适配处理进入虚容器Vc。(1)PDH系列映射 目前有异步映射、同步映射、浮动模式映射、锁定模式映射等多种方式，一般采用浮动异步映射方式。(2)ATM信元映射 ATM信元长53个字节,前5个字节为信头，其余48个字节为信息域。ATM信元映射将每个信元的字节结构与所用虚容器字节结构进行定位对准（信息域映射进入Vc-X前要扰码）。,2)指针调整(1)指

16、针描述 Vc在AU或TU帧内提供的动态定位方法，作用：网络同步工作时校准同步信号间的相位；网络失去同步时校准频率和相位，网络异步工作时跟踪校准频率；容纳网络中的频率抖动和漂移。(2)指针分类 指针分为两类：AU-PTR和TU-PTR,AU PTR指AU-4 PTR；TU-PTR指TU-11、TU-12、TU-3 PTR。AU-4 PTR：提供PDH系列的四次群139.264 Mb/s的数字信号进入Vc-4，包括指针位置、指针值的码字安排、频率调整和标识符NDF；TU-12 PTR：提供PDH系列的一次群2.048 Mb/s的数字信号进入Vc-12，包括指针位置、字节及指针值的比特安排、频率调整

17、和新标识符NDF等；TU-3 PTR：提供PDH三次群34.368 Mb/s的数字信号进入Vc-3，包括位置指示字节、指针值、频率调整及新数据标识符NDF等。,3)通道开销Vc-POH 通道开销分为两类：低阶Vc-POH和高阶Vc-POH 低阶Vc-POH：Vc-11/Vc-12 POH，用在帧复接结构中，C-12加Vc-12 POH构成Vc-12。高阶Vc-POH：Vc-3/Vc-4 POH，用在子帧复接结构中，C-4加Vc-4 POH构成Vc-4。4)复用过程 SDH系列复用单元包括：容器C-n、虚容器Vc-n、支路单元TU-n、支路单元组TUG-n、管理单元AU-n和管理单元组AUG-n

18、。,复用过程:(7.3.1)(7.3.2)TU-1nN=TUG2(7.3.3)TUG2N=TUG3(7.3.4)AU-nN=AUG(7.3.6)AUGN=STM-1(7.3.7)STM-1N=STM-N(7.3.8),例1 利用AU-4直接从C-12复用，如图7.15所示。PDH一次群数字信号(2.048Mb/s)进C-12适配，加上Vc-12 POH构成Vc-12(2.240Mb/s)；Vc-12加上TU-12 PTR，经速率调准和相位对准构成TU-12(2.304Mb/s)；TU-12经均匀同步复接组成TUG-2(6.912Mb/s)；7个TUG-2单字节间插组成TUG-3(49.536M

19、b/s)；3个TUG-3经字节间插后，再加上Vc-4 POH即构成Vc-4(150.336Mb/s)；Vc-4加AU-4 PTR组成AU-4(150.912Mb/s)；单个AU-4直接置入AUG；单个AUG加段开销组成 STM-1(155.520Mb/s)。,图 7.15 利用AU-4直接从C-12复用的方法,例 2 利用AU-4直接从C-4复用，如图7.16 所示。PDH系列四次群数字信号(139.264 Mb/s)进入C-4适配，加Vc-4 POH构成Vc-4(速率为150.336 Mb/s)；Vc-4加AU-4 PTR构成AU-4(150.912 Mb/s)；单个AU-4直接置入AUG；

20、单个AUG经单字节间插，加段开销构成标称速率为155.520Mb/s的STM-1；N个AUG经单字节间插，加段开销即构成STM-N。,图7.16 利用AU-4直接从C-4复用的方法,3 IP over SDH IP数据包根据RFC 1662规范插入到PPP帧的信息段；SDH通道层的业务适配器把封装的IP数据包映射到SDH的同步净负荷区，再经SDH传输层和段层,加上相应的开销,把净负荷装入到SDH帧；最后到达光层在光纤中传输。图 7.17为IP over SDH分层模型示意图。图 7.17 IP over SDH分层模型,7.3.4 SDH设备 SDH设备分为：终端复用设备TM、分/插复用设备A

21、DM和同步数字交叉连接设备SDXC等。TM、ADM复用设备 1)终端复用器 功能：将PDH信号(或STM-N信号）复接成高速STM-M信号，并完成电光相互转换。TM终端复用设备分为：接口终端复用设备和高阶终端复用设备,图 7.18(a)、图7.18(b)分别为接口终端复用设备和高阶终端复用设备示意图。,图7.18 终端复用设备简图(a)接口终端复用设备(b)高阶终端复用设备,接口终端复用设备：G.703协议规定各类PDH系列信号作为支路的输入、输出信号；高阶终端复用设备：复接/分接同步系列各级信号，把若干STM-N同步复接为STM-M，或将STM-M分接为若干STM-N(M=4N)。2)ADM

22、分/插复用设备 SDH系统中上、下电路功能比PDH系统更灵活,图7.19为同步ADM代替PDH的ADM示意图。ADM设备可替代TM作为终端复用器，图7.20为ADM用作终端复用器的示意图。,图 7.19 同步ADM代替PDH的ADM,图 7.20 ADM用作终端复接器,ADM设备可方便地从主信号码流中提取出支路信号，也可将支路信号方便地插入到主信号码流中。（STM-M信号与PDH支路信号的分/插；在STM-M信号与STM-N信号的分/插）。ADM设备可用于点对点传输、链状网以及环型网，图7.21为ADM功能组成框图。ADM设备由基本盘和扩展盘构成，基本盘由交换盘、复接盘、控制盘、通信盘、辅助盘

23、、电源盘等组成；扩展盘与应用要求有关。,图 7.21 ADM功能图,2 SDH系统的数字交叉连接设备SDXC 1)DXC基本概念 SDH系统的DXC称为SDXC，是一种具有1个或多个PDH准同步数字系列或SDH同步数字系列信号，可对任何端口信号(和/或其子速率信号)与其他端口信号(和/或其子速率信号)进行可控连接和再连接的设备。SDXC能在接口端口间提供可控Vc的透明连接和再连接，图7.22为PDH与SDH交叉连接示意图；SDXC还能支持G.84规定的控制、管理功能；实现Vc信号的连接和再连接(交换功能)。图7.23为SDXC实现虚容器交换示意图。,图7.22 PDH与SDH交叉连接,图7.2

24、3 SDXC实现虚容器交换,Vc信号按顺序周期映射到STM-1信号，特定Vc固定在同一个列组，Vc的交换变成STM帧结构中列组间的交换。交叉连接也实现“交换功能”，表7.8为DXC和数字交换机的的比较。,2)交叉连接设备 图7.24为交叉连接设备组成原理方框图，交叉连接设备由交叉连接矩阵、控制系统、外部时钟、线路时钟、TMN(电信管理网)接口、告警指示、调配线及输入/输出接口等组成。图7.25为典型交叉连接设备示意图。该设备能在STM-1信号间交换Vc，可提供88个STM-1信号容量，9个挂钩装在1个板上可组成1616个STM-1的更大容量，还可用更多电路板组成一个方阵开关供更大系统应用。,图

25、 7.24 DXC方框图,图 7.25 阿尔卡特1641 SX交叉连接的体系结构,3)DXC的主要特点 信号独立性；无阻塞；周期性；同步性；冗余性；透明性。3 SDH再生中继设备 1)再生设备模型及功能 图7.26为SDH中继设备模型示意图。,图 7.26 SDH中继设备模型,A参考点：经光缆衰减的STM-N全帧光信号送物理接口SPI(收)，经光/电变换、均衡放大、判决处理、定时提取、再定时等形成全帧电信号。B参考点：STM-N全帧电信号送入再生段终端RST(收)，经帧定位、解扰码处理并提取RSOH字节送开销接口OHA；完成BIP-8误码计数与B1字节的校验；对帧失步OOF、帧丢失LOF条件进

26、行检验，并经S2报告给同步设备管理功能块SEMF。C参考点：无RSOH的STM-N信号送再生段终端RST(发)，把本地RSOH字节插入到STM-N信号形成全帧STM-N信号，并进行扰码、比特间插奇偶校验计算。,参考点B：STM-N全帧电信号送物理接口SPI(发),进行电/光变换为STM-N全帧光信号，进行发送光失效、激光偏流门限和激光器温度检测，经S1报告给同步设备管理功能块SEMF。参考点A：把重新组合的含有RSOH的STM-N全帧光信号通过光缆向下游发送。2)其他功能块的作用(1)再生中继设备定时发生器RTG RTG内有定时滤波器和内部振荡器，T1为输入定时信号，T0为输出定时信号。,(2

27、)同步设备管理功能SEMF 处理参考点S1、S2来的数据以及硬件告警信号等，并送相关功能块。(3)消息通信功能MCF 处理SEMF信息送有关数据通道，也可直接送上游数据通道，远端监视、控制线路运行状态。(4)开销接口OHA 用于RSOH的相关字节、公务联络电话接口、使用者通道和备用服务接口。,7.4 光波分复用系统,7.4.1 光波分复用系统基本概念1 光波分复用系统组成 图7.27为光波分复用系统组成示意图。发端：传输信号在光终端设备通过波长转换变为波分复用系统系列工作波长，多路光信号通过光复用器耦合到一根光纤上，放大后在光纤线路中传输；收端：放大的光耦合信号在光终端设备解复用为多路光信号，

28、通过波长转换将各路光信号的工作波长转换为标准波长。,图7.27 光波分复用系统组成,2 光波分复用传输原理 图7.28为光波分复用传输原理框图。图7.28(a)：一根光纤中同时单向传输几个不同波长的光波信号。发端：信号先通过光源变为不同波长的光波信号；再通过光波分复用器WDM耦合到一根光纤中传输。收端：光耦合信号通过光波分复用器WDM解复用，再通过光检测器取得多波长光信号。图7.28(b)：一根光纤中同时双向传输几个不同波长的光波信号，传输过程与单向传输相同。,图7.28 WDM传输原理图,3 光波分复用波长区通路划分 光波分复用系统中用波长表述通路，各通路间频率间隔一般有50GHz、100G

29、Hz、200GHz等。通路间隔：光波分复用系统中两相邻通路间的标称波长（频率）差。通路间隔可相等，也可不等。标称中心波长：光波分复用系统每个信号通路所对应的中心波长称为标称中心波长（标称中心频率）。国际上一般以193.1THz为参考频率，标称波长为1552.52nm，目前开发的光纤波长在1310 nm和1550 nm窗口。表7.9为16通路和8通路WDM系统中心波长(频率)。,7.4.2 光波分复用系统结构 图7.29为光波分复用系统结构示意图，由光发射机、光接收机、光放大器、光纤（光缆）、光监控信道和网络管理系统六部分组成。光发射：SDH端机的光信号先送光发射端经光转发器把非特定波长的光信号

30、转换为特定波长的光信号；再利用合波器合成多通路的光信号；最后经功率放大器放大后送光纤信道传输。光放大器：用掺铒光放大器放大光纤信号，不同波长光信号的放大增益相同。,光接收机：长途传输后衰减的主信道弱光信号经前置放大器放大送光分波器，从主信道光信号中分出特定波长的光信号。光监控信道：监控系统内各信道的传输情况。发送端 将本节点产生的光监测信号（1510 nm）与业务光信道信号合波输出；接收端从光合波信号中分出光监控信号（1550 nm）和业务光信道信号。网络系统管理：通过光监控信道传送的开销字节及其他节点的开销字节对WDM系统进行管理。,图7.29 WDM系统结构示意图,7.6.3 光波分复用的

31、分层模型及功能描述1 光波分复用系统的分层模型 图7.30为光波分复用系统的分层模型示意图，WDM系统分为两层：SDH层和WDM层。SDH层：提供用户信息；组成SDH帧信号；将SDH电信号转换为SDH光信号 WDM层：提供业务信号端到端透明传送；提供多波长光信号的系统（网络）功能；提供光信号在各种光纤上的传输功能。,图 7.30 WDM系统分层模型,光波分复用系统分为两大类：集成系统和开放系统。集成系统：标称光波和长距离色散受限的光源集成在SDH设备中，系统中STM-N的TM、ADM及REG都必须符合WDM系统的光接口要求。开放系统：同一个WDM系统中不同厂商的SDH设备(系统)可以互通(兼容

32、)，并可把SDH非规范的光波长转换为标称波长。2 光波分复用系统的功能描述 图7.31为光波分复用系统功能结构示意图。,图7.31 WDM系统功能结构图,WDM系统分为两类：无线路光放大器的传输系统和有线路光放大器的传输系统。图7.32、图7.33分别为无线路光放大器和有线路光放大器的WDM系统线路配置示意图。其中：Tx1Txn为不同波长光发射器，Rx1Rxn为不同波长光接收器，OM/OA为光合波与光放大器集成，OA/OD 为光前置放大器与光分波器集成，OA为光放大器。表7.10为图7.32、图7.33中各参考点的定义。,图 7.32 无线路光放大器的WDM系统,图 7.33 有线路光放大器的

33、WDM系统,7.4.4 光波分复用系统的主要设备 光波分复用系统的主要设备：光转发器、光合波器/分波器、光纤放大器。1 光转发器 光转发器(波长转换器)：把标准波长转换为 ITU-T 规范的标称波长。目前商用的是光/电/光(O/E/O)的转换方式，转换中进行电再生处理，改善了信号质量；采用光/光(O/O)变换有利于集成，目前无商用介绍。光转发器在发端把SDH设备光信号转换为波分复用光信号，在收端把波分复用光信号恢复为开放SDH系列光信号。,下表为光转发器接口参数示意,2 光合波器/分波器 光合波器：将不同波长光信号合并为多波长光信号；光分波器：将一根光纤送来的多波长光信号分解为不同波长光信号。

34、光合波器/分波器主要有：介质膜滤波器、各种光栅型和星型耦合器等结构形式。图7.34为闪耀光栅型光波分复用器结构示意图，主要由透镜和光栅组成。,图7.34 光栅型光波分复用器结构示意图,在能够投射或反射平面上划平行等距沟痕，形成许多同间隔的狭缝，多波长光信号通过光栅时会产生衍射，不同成分的光信号将以不同的角度出射。图7.35为阵列波导光栅型光波分复用器示意图，用半导体加工工艺构筑光波导结构。光波导间的功率耦合与波长、间隔、材料等特性有关，采用半导体加工工艺制造光波分复用器。波长间隔小，信道数多，适合超高速、大容量光波分复用系统，是目前研制、开发和应用的重点。,图7.35 18波分复用器,3 光纤

35、放大器 光纤放大器：直接放大光波信号。1)掺铒光纤放大器EDFA 石英光纤芯层中掺入铒Er形成的特殊光纤，在泵浦光源激励下可放大光信号，因此称掺铒光纤放大器。掺铒光纤放大器特点：高增益、高输出、宽频带、低噪声。光纤放大器在发端用作功率放大器，提高进入光纤线路放大器的功率，在收端解复用前用作前置放大器，提高接收机灵敏度。,2）掺铒光纤放大器的基本结构 图7.36为掺铒光纤放大器的基本组成示意图，主要由掺铒光纤、泵浦源、光耦合器、光隔离器等组成。掺铒光纤：工作波长为1550 nm，掺杂浓度与光纤 放大器的光纤长度有关，长度越长，掺杂浓度越小。泵浦源：能量较强的激励光源，光激励下增强光能，大功率半导

36、体激光器可提供光泵浦源功率。光耦合器：较弱的光信号与较强的泵浦源一起进入 掺铒光纤，泵浦光激活铒粒子；信号光子感应铒离子受激辐射产生能级跃迁，同样光子注入信号光完成放大作用。光隔离器：抑制光反射，确保光放大器稳定工作。,图7.36 EDFA的基本组成,7.4.5 光波分复用线路光纤1 G.652、G.653、G.654、G.655光纤 目前光纤通信中广泛采用G.652、G.653、G.654、G.655光纤。G.652光纤：1310nm波长性能最佳的单模光纤，适用于1310 nm和1530 nm以下的单通路；G.653光纤（色散移位光纤）：1550nm波长性能最佳的单模光纤，零色散从1310n

37、m移至1530nm波长，主要用在SDH系统；,G.654光纤：截止波长移位的单模光纤，主要用于 海底光纤通信；G.655光纤（非零色散移位单模光纤）：零色散从1550nm移至1570nm及15101520nm附近，主要用于1530 nm 波长源较长距离的波分复用。2 非零色散移位光纤 非零色散移位光纤是G.655光纤改进型，可有效抑制光放大器非线性引起的回波混频效应，避免信道回串扰。,7.4.6 光波分复用的主要技术1 光源技术 WDM系统要求光源发光波长精确、工作稳定；激光器集成芯片成本低。目前用于波长监测与稳定技术的方法：温度反馈控制法和波长反馈控制法。温度反馈控制法：激光器芯片所在热沉温

38、度来检测控制相应温控电路，从而控制、稳定波长;波长反馈控制法：输出端检测光波长，用相应输出电压与标准参考电压的差值来控制激光器的温度，进一步控制、稳定波长。,2 滤光技术 滤光器指允许特定波长(频率)的光信号通过的器件，能通过可调波长的滤光器称为波长可调谐滤光器。3 色散补偿技术 波分复用系统中，光纤色散随传输距离增加而增加，采用色散补偿技术可解决色散问题。色散补偿（光均衡）基本原理：光脉冲信号经过长 距离光纤传输后信号会发生畸变，用一段色散补偿光纤来修正可以消除畸变。,4 光纤放大器的增益平坦技术 带内增益平坦度：通带内最大增益与最小波长点的增益差。WDM系统要求掺饵光纤放大器增益平坦，各光

39、纤放大器带内增益平坦度不超过1dB。为保证WDM系统中各光纤放大器增益平坦，可取一些特殊技术：选EDFA增益平坦区域的波长区工作；采用增益均衡技术；采用光电反馈环增益控制；利用激光器辐射的全光控制以及利用双芯有源光纤控制等。,5 系统监控技术 WDM系统采用的监控技术：带外波长监控技术;带内波长监控技术;带内、带外混合波长监控技术。监控信道速率为2.048Mb/s，通路帧结构32时隙，监控信道接口参数如表7.12所示。,7.5 全光通信系统,7.5.1 全光通信系统基本概念 全光通信系统（全光网）：从数字信源节点到目的节点间的传输过程都在光域。1 全光通信系统的特征 最佳性(光包交换是最佳方向

40、)；透明性(数据速率、信号格式透明)；,系统网络结构的扩展性(用户、容量、种类扩展)；可重构性；可操作性(管理、维护)。全光通信系统的分层模型 图7.37为全光通信系统分层结构示意图，全光传送分层结构中加入了光层，包括光信道层、光复用段层和光传输段层。,图7.37 全光通信系统(网)分层结构,光信道层 为PDH、SDH复用段数字复接信息选择路由、分配波长；为网络选路安排光信道连接，处理光信道开销；提供光信道层的检测、管理功能，并实现业务切换和保护倒换功能。光复用段层 为多波长信号提供网络功能；为多波长信号的选路重新安排光复用段功能；为多波长光复用段适配信息的完整性，处理光复用段开销；为网络的运

41、行、维护提供光复用段的检测和管理功能。光传输段层 为光信号在不同类型光传输媒介上提供传输功能，同时检测、控制光放大器。,7.5.2 全光通信系统关键技术 以光波分复用系统技术为基础；光交换技术；光分插复用技术OADM；光交叉连接技术ODXC；全光通信系统技术。,7.5.3 全光通信网及光网拓扑 全光网的拓扑分为物理拓扑和逻辑拓扑。物理拓扑：网络节点间的物理连接关系，即光节点与光纤链路的集合。逻辑拓扑：主要指节点间的业务分布（需考虑业务流量、矩阵优化、流量分布及阻塞等情况）；另外也指分层结构（指定各层及层间功能特定含义）。,1 全光网的规划与设计 全光网的规划与设计应根据用户业务需求确定网络配置

42、，光纤对数，光交叉节点连接设备，光纤放大器及光波分插复用设备等。规划设计时要进行网络优化和网络保护、恢复。网络优化：使网络的光纤传输对数及交叉连接节点最少；网络保护、恢复：保证全光通信网正常运转。图7.38为利用OADM的环型网络组成原理示意图，分为单纤环、双纤环和四纤环等。,图7.38 利用OADM组成的环,2 全光网的管理 全光网网络管理的要求：全光网中用户信息的传送/复用/选路/监视等处理功能都在光域进行，其管理方式需适合光层管理的特点；全光网中节点设备有OXC和OADM，需要引入这些设备的管理实体；光网络协议无法预知单一物理构架中同时存在的多种形式协议流，全光网需自己的网络管理信息结构

43、和开销方案。,全光网络须支持各种传送业务，全光网络管理需考虑与现有SDH/ATM传送网的兼容、配合问题。图7.39为全光网管理系统结构示意图。采用数据网来传送网管信息，通过ITU-T协议的数据通信网DCN进行连接，不仅提供全光网络与光设备OXC/OADM等网管功能，而且实现网络操作系统与网元间（通过Q3接口进行连接）的通信功能。,图7.39 全光网管理系统结构,7.5.4 IP over WDM IP over WDM是IP数据网与WDM全光网的结合，以高性能路由器通过光分插复用器ADM或光波分复用器WDM直接接入WDM全光网，实现IP数据包直接在多波长光路上的传输。图7.40为光互连网结构示意图。,图7.40 光互连网体结构,图7.41为全光网（IP over WDM）的分层模型示意图，全光网分三层：应用层、网络层、物理层。应用层：一般指IP多媒体业务；网络层：把多媒体信号集中到IP数据包，再以IP格式适配进WDM物理层；物理层：用成熟的光纤为媒介。该网络体系结构特别适用于超大型的IP骨干网,图7.41 IP over WDM分层模型,IP进入光传输层的实现过程：IPATMSDH光网 IPSDH光网 IP光网 IP进入光传输层的实现过程体现了技术发展的循序渐进性，发展到由IP直接进入光网与原来网络会共存一段时间。,