光通信基础知识.ppt

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1、1,2011年3月,光通信基础知识,2,提 纲,SDH技术,光纤与光缆,光的基本知识,光接入技术,WDM技术,室内光缆,3,培训目标,了解光学的基本原理；掌握光纤的特性；了解光纤通信基本原理；了解光纤通信网络结构；,4,第一章 光学原理,1.1 光的概念,1.2 光的传播,5,1.1 光的概念,光是一种能量形态，它可以从一种物体传播到另一种物体而不需要任何物体作为媒介。关于光的学术解释大致分为三种:即辐射学、波动学和量子学，而对光的描述用波动学则最为恰当。光的本质是电磁波，而人们可见的光波则是电磁波频谱中很小的一个波段，它的波长范围在380 nm 到780 nm 之间，波长小于380 nm 的

2、波又分别称为紫外线 X射线和伽马射线，而波长大于380 nm 的波则分别称为红外线和无线电波。光纤通信的波谱在1.671014Hz3.751014Hz之间，即波长在0.8m1.8m之间，属于红外波段，将0.8m0.9m称为短波长，1.0m1.8m称为长波长，2.0m以上称为超长波长。,1.1 光的概念,6,1.1 光的概念,光波波谱图,7,1.1 光的概念,各种单位的换算公式,8,1.2 光的传播,光在同一媒介中沿直线传播,在不同媒介中,光的传播速度是不同的,在真空中的传播速度为30万公里/秒。光在真空中的传播速度与光在媒介中的传播速度之比值称之为该媒介的折射率。光的传播速度=波长频率，cf。

3、光的频率：光每秒钟波动的次数，也可以定义为光每秒钟通过某一固定点的波数。不同波长的光，其频率是不同的，而同一波长的光在不同的媒介中其频率是固定的。但同一种光在不同的媒介中其波长是不同的。,1.2.1 光的传播,9,1.2 光的传播,光在相对于其波长为光滑的界面上所产生的反射为镜面反射。在镜面反射的情况下：1、入射线、反射线和过入射点的界面法线位于同一平面内；2、入射线和界面法线的夹角与反射线和界面法线的夹角相等，并分别位于法线的两侧。,1.2.2 光的镜面反射定律,1.2.3 光的折射定律,光线穿过光滑界面进入第二种媒介时,其传播方向遵循以下规律:1、入射线、折射线和过入射点的界面法线位于同一

4、平面内；2、假设入射线和界面法线的夹角为B1,折射线和界面法线的夹角为B2,入射光线所处的媒介的折射率为n1,折射光线所处的媒介的折射率为n2,则入射线和折射线分别位于界面法线的两侧且满足：n1*sin(B1)=n2*sin(B2)。,10,1.2 光的传播,光的反射、折射,11,1.2 光的传播,光线由高折射率媒介进入低折射率媒介,当折射线的折射角B2达到90度时,此时入射线的入射角B1就被称为折射零界角。如果光线的入射角大于零界角时,就不会有折射光线了,此时光线被全部反射了,这种现象被称为全反射。光纤通信就是利用光的全反射原理设计的。,1.2.4 光的全反射,12,1.2 光的传播,光在绝

5、对真空中，能量不会被吸收，但在其他媒介中，光有可能转化为热能，也有能转化为化学能或其他能量形式，这种现象称为媒介对光的吸收。某些材料，它可以让特定波长的波通过而将其他波长的波吸收，利用这一特性便可制作滤光片。在某种特定条件下，某些媒介对光的吸收为负值，光线通过该媒介时，光强会增加，当然需要给该媒介补充额外的能量，这就是激光器的制造原理。,1.2.5 光的吸收,13,1.2 光的传播,1.2.6 光的散射,1.2.7 光的漫反射与漫透射,光在不均匀的媒介中传播时，无数杂乱无章的界面会对光进行多次无序的反射和折射，这种现象称为散射。,当光线遇到某一媒介表面，该媒介表面的粗糙度与光的波长接近或略大于

6、时光的波长时，光线便会向四面八方散开，散开的光线有的回到原媒介，称为漫反射，有的进入该媒介，称为漫透射。,14,1.2 光的传播,1.2.8 光的偏振,1.2.9 光的干涉现象,1.2.10 光的衍射,光波有垂直于光传播方向的电场,对于每一个光波,都有一个由场方向和传播方向组成的平面,那就是波的偏振面。大多数光源发出的光都是非偏振光,这种光波的扁振面是杂乱无章的。某些透明晶体仅对便振面在某一特定方向上的光波有透射，通过这种晶体透射出光，称为偏振光。,当两个波长相同，相位固定的波相遇时，同相位的光波会相互叠加而异相位的光波则相互抵消，这种现象就是光的干涉。,光线绕着障碍物边缘发生弯曲的现象，称为

7、光的衍射。光谱分析仪就是利用光的干涉和衍射原理制作的。,15,第二章 光纤与光缆,2.3 光纤的传输特性,2.2 光纤的导光原理,2.1 光纤的结构和分类,2.4 光缆的结构和种类,16,2.1 光纤的结构和分类,2.1.1 光纤的结构 1.光纤结构 光纤由纤芯、包层和涂覆层3部分组成，如图2-1所示。,图2-1 光纤的结构,17,2.1 光纤的结构和分类,（1）纤芯：纤芯位于光纤的中心部位。直径d1=4m50m，单模光纤的纤芯为4m10m，多模光纤的纤芯为50m。纤芯的成分是高纯度SiO2，掺有极少量的掺杂剂（如GeO2，P2O5），作用是提高纤芯对光的折射率（n1），以传输光信号。（2）包

8、层：包层位于纤芯的周围。直径d2=125m，其成分也是含有极少量掺杂剂的高纯度SiO2。而掺杂剂（如B2O3）的作用则是适当降低包层对光的折射率（n2），使之略低于纤芯的折射率，即n1n2，它使得光信号封闭在纤芯中传输。,2.1.1 光纤的结构,18,2.1 光纤的结构和分类,（3）涂覆层：光纤的最外层为涂覆层，包括一次涂覆层，缓冲层和二次涂覆层。一次涂覆层一般使用丙烯酸酯、有机硅或硅橡胶材料；缓冲层一般为性能良好的填充油膏；二次涂覆层一般多用聚丙烯或尼龙等高聚物。涂覆的作用是保护光纤不受水汽侵蚀和机械擦伤，同时又增加了光纤的机械强度与可弯曲性，起着延长光纤寿命的作用。涂覆后的光纤其外径约1.

9、5mm。通常所说的光纤为此种光纤。,2.1.1 光纤的结构,19,2.1 光纤的结构和分类,2.1.2 光纤的分类 1.按光纤的材料分类（1）石英光纤；(2）全塑光纤；2.按光纤截面上折射率分布分类（1）阶跃型光纤；（2）渐变型光纤；,图2-2 光纤的折射率分布,20,光在阶跃折射率光纤和渐变折射率光纤的传播轨迹分别如图2-3和图2-4所示。,图2-3 光在阶跃折射率多模光纤中的传播,图2-4 光在渐变折射率多模光纤中的传播,2.1 光纤的结构和分类,21,2.1 光纤的结构和分类,3、按传输模数分类 按传输模的数量不同，光纤分为多模光纤和单模光纤。传播模式概念：当光在光纤中传播时，如果光纤纤

10、芯的几何尺寸远大于光波波长时，光在光纤中会以几十种乃至几百种传播模式进行传播。如图2-5中所示。这些不同的光束称为模式。,图2-5 光在阶跃折射率光纤中的传播,22,2.1 光纤的结构和分类,（1）多模光纤 当光纤的几何尺寸（主要是芯径d1）远大于光波波长时（约1m），光纤传输的过程中会存在着几十种乃至几百种传输模式，这样的光纤称为多模光纤。如图2-3和图2-4所示。（2）单模光纤 当光纤的几何尺寸（主要是芯径d1）较小，与光波长在同一数量级，如芯径d1在4m10m范围，这时，光纤只允许一种模式（基模）在其中传播，其余的高次模全部截止，这样的光纤称为单模光纤。如图2-6所示。,图2-6 光在单

11、模光纤中的传播轨迹,23,2.1 光纤的结构和分类,4、按照ITU-T关于光纤的建议标准分类（1）G.652光纤 G.652光纤，也称标准单模光纤（SMF），是指色散零点（即色散为零的波长）在1310nm附近的光纤。它的折射率分布如图2-7所示。图（a）表示的阶跃折射率设计称为匹配包层型，图（b）表示的阶跃折射率设计被称为凹陷包层型。,图2-7 G.652光纤的折射率,24,2.1 光纤的结构和分类,4、按照ITU-T关于光纤的建议标准分类（2）G.653光纤 G.653光纤也称色散位移光纤（DSF），是指色散零点在1550nm附近的光纤，它相对于G.652光纤，色散零点发生了移动，所以叫色散

12、位移光纤。（3）G.654光纤 G.654光纤是截止波长移位的单模光纤。其设计重点是降低1550nm的衰减，其零色散点仍然在1310nm附近，因而1550nm窗口的色散较高。G.654光纤主要应用于海底光纤通信。（4）G.655光纤 由于G.653光纤的色散零点在1550nm附近，DWDM系统在零色散波长处工作易引起四波混频效应。为了避免该效应，将色散零点的位置从1550nm附近移开一定波长数，使色散零点不在1550nm附近的DWDM工作波长范围内。这种光纤就是非零色散位移光纤（NDSF）。,25,2.1 光纤的结构和分类,4、按照ITU-T关于光纤的建议标准分类（5）G.656光纤 G656

13、光纤是一种宽带非零色散平坦光纤，其特点在工作波长范围内色散应该大于所要求的非零值，有效面积合适，色散斜率基本为零。G.656光纤既可以显著降低系统的色散补偿成本，又可以发掘光纤潜在的巨大带宽，可以保证通道间隔100GHz、40Gbit/s系统至少传输400km。（6）G.657光纤 G.657弯曲不敏感单模光纤同时具有极好的弯曲能力和低水峰。G.657光的抗弯曲性能在1800nm工作窗口范围内抑制了附加损耗。不仅适合L波段使用，而且易于安装，尤其是在光纤到户的网络中，光纤的弯曲半径能满足沿最小的墙角甫设。不仅如此，G.657光纤的模场直径与标准的G.652单模光纤一致，这使其与G.652光纤有

14、低的连接损耗，包括熔接损耗和插损等。适用于FTTH。,26,2.2.1 折射和折射率 光线在不同的介质中以不同的速度传播，描述介质的这一特征的参数就是折射率，或称折射指数。折射率可由下式确定：n=c/v 其中是光在某种介质中的速度，是光在真空中的速度。在折射率为n的介质中，光传播速度变为c/n，光波长变为0/n（0表示光在真空中的波长）。表2-1中给出了一些介质的折射率。,表2-1 不同介质的折射率,2.2 光纤的导光原理,27,当一条光线照射到两种介质相接的边界时，入射光线分成两束：反射光线和折射光线（如图2-9所示）。,图2-8 光的折射,图2-9 光的反射,斯涅耳定律给出了定义这些光线方

15、向的规则：1=3 n1sin 1=n2sin 2 全反射是光信号在光纤中传播的必要条件。,2.2 光纤的导光原理,28,2.2.2 光的偏振 光波属于横波，即光的电磁场振动方向与传播方向垂直。如果光波的振动方向始终不变，只是光波的振幅随相位改变，这样的光称为线偏振光，如图2-10（c）和图2-10（d）所示。从普通光源发出的光不是偏振光，而是自然光，如图2-10（a）所示。自然光在传播的过程中，由于外界的影响在各个振动方向的光强不相同，某一个振动方向的光强比其他方向占优势，这种光称为部分偏振光，如图2-10（b）所示。,2.2 光纤的导光原理,图2-10 光的偏振,29,2.3.1 衰减 衰耗

16、系数是多模光纤和单模光纤最重要的特性参数之一，在很大程度上决定了多模和单模光纤通信的中继距离。衰耗系数的定义为：每公里光纤对光信号功率的衰减值。其表达式为：a=10lgPi/Po 单位为dB/km 其中：Pi 为输入光功率值（W 瓦特）；Po 为输出光功率值（W 瓦特）；如某光纤的衰耗系数为a=3dB/km，则Pi/Po=2，意味着经过一公里光纤传输后，其光信号功率值减小了一半。长度为L公里的光纤总的衰耗值为A=aL。光纤产生衰耗的原因很多，主要有：吸收衰耗、散射衰耗、其它衰耗（包括微弯曲衰耗等）。,2.3 光纤的传输特性,30,2.3.2 色散 当一个光脉冲从光纤中输入，经过一段长度的光纤传

17、输之后，其输出端的光脉冲会变宽，甚至有了明显的失真，这说明光纤对光脉冲有展宽的作用，即光纤存在色散。这主要是光脉冲的前端和后端在光纤中传输的距离不一致，导致脉冲变宽。光纤的色散可以分为三部分，即模式色散、材料色散和波导色散。模式色散：主要对多模光纤而言，对单模光纤来说，因只有一个模式传播，不存在模式色散的问题。定义为;多模光在多模光纤中传输时会存在许多种传输模式，而每种传输模式具有不同的传播速度和相位，因此虽然在输入端同时输入光脉冲信号，但到达接收端时的时间却不一致，于是产生了脉冲展宽的现象，叫模式色散。材料色散：是指组成光纤的材料二氧化硅本身所产生的色散。波导色散：波导色散是指由光纤的波导结

18、构所引起的色散。,2.3 光纤的传输特性,31,2.3.3 光纤传输的非线性效应光纤中的非线性效应包括：散射效应（受激布里渊散射SBS 和受激拉曼散射SRS 等）;与克尔效应相关的影响，即与折射率密切相关（自相位调制SPM、交叉相位调制XPM、四波混频效应FWM），其中四波混频、交叉相位调制对系统影响严重。,2.3 光纤的传输特性,32,1光缆的结构 光缆由缆芯、护层和加强芯组成。（1）缆芯 缆芯由光纤的芯数决定，可分为单芯型和多芯型两种。（2）护层 护层主要是对已成缆的光纤芯线起保护作用，避免受外界机械力和环境损坏。护层可分为内护层（多用聚乙烯或聚氯乙烯等）和外护层（多用铝带和聚乙烯组成的L

19、AP外护套加钢丝铠装等）。（3）加强芯 加强芯主要承受敷设安装时所加的外力。,2.4 光缆的结构和种类,光缆的结构,33,1按传输性能、距离和用途分可分为市话光缆、长途光缆、海底光缆和用户光缆。2按光纤的种类分可分为多模光缆、单模光缆。3按光纤套塑方法分可分为紧套光缆、松套光缆、束管式光缆和带状多芯单元光缆。4按光纤芯数多少分可分为单芯光缆、双芯光缆、四芯光缆、六芯光缆、八芯光缆、十二芯光缆和二十四芯光缆等。,2.4 光缆的结构和种类,2.4.2 光缆的种类,34,5按加强件配置方法分光缆可分为中心加强构件光缆（如层绞式光缆、骨架式光缆等）、分散加强构件光缆（如束管两侧加强光缆和扁平光缆）、护

20、层加强构件光缆（如束管钢丝铠装光缆）和PE外护层加一定数量的细钢丝的PE细钢丝综合外护层光缆。6按敷设方式分光缆可分为管道光缆、直埋光缆、架空光缆和水底光缆。7按护层材料性质分光缆可分为聚乙烯护层普通光缆、聚氯乙烯护层阻燃光缆和尼龙防蚁防鼠光缆。,2.4 光缆的结构和种类,2.4.2 光缆的种类,35,8按传输导体、介质状况分光缆可分为无金属光缆、普通光缆和综合光缆。9按结构方式分光缆可分为扁平结构光缆、层绞式结构光缆、骨架式结构光缆、铠装结构光缆（包括单、双层铠装）和高密度用户光缆等。10目前通信用光缆可分为：（1）室(野)外光缆用于室外直埋、管道、槽道、隧道、架空及水下敷设的光缆。（2）软

21、光缆具有优良的曲挠性能的可移动光缆。（3）室（局）内光缆适用于室内布放的光缆。（4）设备内光缆用于设备内布放的光缆。（5）海底光缆用于跨海洋敷设的光缆。（6）特种光缆除上述几类之外，作特殊用途的光缆。,2.4 光缆的结构和种类,2.4.2 光缆的种类,36,2.4 光缆的结构和种类,2.4.3 光缆的型号,光缆型号由它的型式代号和规格代号构成，中间用一短横线分开。（1）光缆型式由五个部分组成，如图2-11所示。,图2-11 光缆型式的组成部分,37,2.4 光缆的结构和种类,2.4.3 光缆的型号,图中：分类代号及其意义为：GY通信用室（野）外光缆；GR通信用软光缆；GJ通信用室（局）内光缆；

22、GS通信用设备内光缆；GH通信用海底光缆；GT通信用特殊光缆。：加强构件代号及其意义为：无符号金属加强构件；F非金属加强构件；G金属重型加强构件；H非金属重型加强构件。,38,2.4 光缆的结构和种类,2.4.3 光缆的型号,：派生特征代号及其意义为：D光纤带状结构；G骨架槽结构；B扁平式结构；Z自承式结构。T填充式结构。：护层代号及其意义为；Y聚乙烯护层；V聚氯乙烯护层；U聚氨酯护层；A铝-聚乙烯粘结护层；L铝护套；G钢护套；Q铅护套；S钢-铝-聚乙烯综合护套；,39,2.4 光缆的结构和种类,2.4.3 光缆的型号,：外护层的代号及其意义为：外护层是指铠装层及其铠装外边的外护层，外护层的代

23、号及其意义如表2-2所示。,表2-2 外护层代号及其意义,40,（2）光缆规格由五部分七项内容组成，如图2-12所示。,图2-12 光缆的规格组成部分,2.4 光缆的结构和种类,41,图中：光纤数目用1、2、，表示光缆内光纤的实际数目。：光纤类别的代号及其意义。J二氧化硅系多模渐变型光纤；T二氧化硅系多模突变型光纤；Z二氧化硅系多模准突变型光纤；D二氧化硅系单模光纤；X二氧化硅纤芯塑料包层光纤；S塑料光纤。：光纤主要尺寸参数 用阿拉伯数（含小数点数）及以m为单位表示多模光纤的芯径及包层直径，单模光纤的模场直径及包层直径。,2.4 光缆的结构和种类,42,2.4 光缆的结构和种类,：带宽、损耗、

24、波长表示光纤传输特性的代号由a、bb及cc三组数字代号构成。a表示使用波长的代号，其数字代号规定如下：1波长在0.85m区域；2波长在1.31m区域；3波长在1.55m区域。注意，同一光缆适用于两种及以上波长，并具有不同传输特性时，应同时列出各波长上的规格代号，并用“/”划开。bb表示损耗常数的代号。两位数字依次为光缆中光纤损耗常数值（dB/km）的个位和十位数字。cc表示模式带宽的代号。两位数字依次为光缆中光纤模式带宽分类数值（MHzkm）的千位和百位数字。单模光纤无此项。,43,2.4 光缆的结构和种类,：适用温度代号及其意义。A适用于40+40 B适用于30+50 C适用于20+60 D

25、适用于5+60,44,第三章 SDH技术,3.1 SDH的技术背景,3.2 SDH的速率与帧结构,3.3 SDH的复用结构和步骤,3.4 SDH设备的逻辑组成,3.5 SDH的网络结构,45,3.1 SDH的技术背景,3.1 SDH的技术背景,1PDH存在的主要问题（1）两大体系，3种地区性标准，使国际间的互通存在困难。北美和日本采用以1.544Mbit/s为基群速率的PCM24路系列，但略有不同，中国采用以2.048Mbit/s为基群速率的PCM30/32路系列。如表3-1所示。（2）无统一的光接口，无法实现横向兼容。（3）准同步复用方式，上下电路不便。（4）网络管理能力弱，建立集中式电信管

26、理网困难。（5）网络结构缺乏灵活性（6）面向话音业务,46,表3-1准同步数字体系,3.1 SDH的技术背景,47,3.1 SDH的技术背景,2SDH的概念 所谓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数字信号的结构等级。SDH网络则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。它的基本网元有终端复用器（TM）、分插复用器（ADM）、同步数字交叉连接设备（SDXC）和再生中继器（REG）等。,48,3.1 SDH的技术背景,3SDH的优势 A、接口方面：SDH 体制有一套标准的信息结构等级，即有一套标准的

27、速率等级。B、复用方式：由于低速SDH 信号是以字节间插方式复用进高速SDH 信号的帧结构中的，这样就使低速SDH 信号在高速SDH 信号的帧中的位置是固定的、有规律的。C、运行维护方面：SDH 信号的帧结构中安排了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，也就是说维护的自动化程度大大加强。D、统一的网管。,49,1SDH的速率 SDH采用一套标准化的信息结构等级，称为同步传送模块STM-N（N=1，4，16，64，），相应各STM-N等级的速率为STM-1155.520Mbit/sSTM-4622.080Mbit/sSTM-162 488.320Mbit/sSTM

28、-649 953.280Mbit/s,3.2 SDH的速率与帧结构,50,2SDH的帧结构 SDH帧结构是一种以字节为基本单元的矩形块状帧结构，其由9行和270N 列字节组成，如图3-1所示。帧周期为125s。帧结构中字节的传输是由左到右逐行进行。对于STM-1而言，其信息结构为9行270列的块状帧结构，传输速率：fb=927088 000=155.520Mbit/s。从结构组成来看，整个帧结构可分成3个区域，分别是段开销区域、信息净负荷区域和管理单元指针区域。,3.2 SDH的速率与帧结构,51,图3-1 STM-N帧结构,3.2 SDH的速率与帧结构,52,（1）段开销（SOH）区域 段开

29、销是指SDH帧结构中为了保证信息净负荷正常、灵活、有效地传送所必须附加的字节，主要用于网络的OAM功能。段开销分为再生段开销（RSOH）和复用段开销（MSOH）。（2）信息净负荷（Payload）区域 信息净负荷区域主要用于存放各种业务信息比特，也存放了少量可用于通道性能监视、管理和控制的通道开销（POH）字节。（3）管理单元指针区域 管理单元指针（AU-PTR）是一种指示符，其作用是用来指示净负荷区域内的信息首字节在STM-N帧内的准确位置，以便在接收端能正确分离净负荷。,3.2 SDH的速率与帧结构,53,3SDH的特点（1）新型的复用映射方式：同步复用方式和灵活的映射结构。（2）接口标准

30、统一：全世界统一的NNI，体现了横向兼容性。（3）网络管理能力强：帧结构中丰富的开销比特。（4）组网与自愈能力强：采用先进的ADM、DXC等组网。（5）兼容性好：具有完全的前向兼容性和后向兼容性。（6）先进的指针调整技术：可实现准同步环境下的良好工作。（7）独立的虚容器设计：具有很好的信息透明性。（8）系列标准规范：便于国内、国际互连互通。注：SDH最为核心的三个特点是同步复用、强大的网络管理能力和统一的光接口及复用标准。,3.2 SDH的速率与帧结构,3.2 SDH的速率与帧结构,54,1SDH的通用复用映射结构 SDH的通用复用映射结构，如图3-2所示。将各种信号装入SDH帧结构净负荷区，

31、需要经过映射、定位校准和复用3个步骤。,3.3 SDH的复用结构和步骤,图3-2 SDH的通用复用映射结构,55,2我国的SDH复用映射结构 我国采用的复用映射结构使得每种速率的信号只有惟一的复用路线到达STM-N，接口种类由5种简化为3种，主要包括C-12，C-3和C-4三种进入方式。,图3-3 我国的SDH复用映射结构,3.3 SDH的复用结构和步骤,56,3复用单元（1）容器（C）容器是一种用来装载各种速率业务信号的信息结构，其基本功能是完成PDH信号与VC之间的适配（即码速调整）。ITU-T规定了5种标准容器，C-11、C-12、C-2、C-3和C-4，每一种容器分别对应于一种标称的输

32、入速率，即1.544 Mbit/s、2.048 Mbit/s、6.312 Mbit/s、34.368 Mbit/s和139.264 Mbit/s。可参见图6-3所示。我国的SDH复用映射结构仅涉及C-12、C-3及C-4。,3.3 SDH的复用结构和步骤,57,（2）虚容器（VC）虚容器是用来支持SDH通道层连接的信息结构，由信息净负荷（容器的输出）和通道开销（POH）组成，即 VCn=Cn+VCn POH VC可分成低阶VC和高阶VC两类。TU前的VC为低阶VC，有VC-11、VC-12、VC-2和VC-3（我国有VC-12和VC-3）；AU前的VC为高阶VC，有VC-4和VC-3（我国有V

33、C-4）。用于维护和管理这些VC的开销称为通道开销（POH）。管理低阶VC的通道开销称为低阶通道开销（LPOH）。管理高阶VC的通道开销称为高阶通道开销（HPOH）。,3.3 SDH的复用结构和步骤,58,（3）支路单元（TU）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，是传送低阶VC的实体，可表示为TU-n（n=11，12，2，3）。TU-n由低阶VC-n和相应的支路单元指针（TU-n PTR）组成，即TU-n=低阶VC-n+TU-n PTR（4）支路单元组（TUG）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。有TUG-3和TUG-2两种

34、支路单元组。1TUC-2=3TU-121TUG-3=7TUG-2=21TU-121VC-4=3TUG-3=63TU-12,3.3 SDH的复用结构和步骤,59,（5）管理单元（AU）管理单元是一种提供高阶通道层和复用段层之间适配功能的信息结构，是传送高阶VC的实体，可表示为AU-n（n=3，4）。它是由一个高阶VC-n和一个相应的管理单元指针（AU-n PTR）组成，AU-n=高阶VC-n+AU-n PTR（6）管理单元组（AUG）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。例如：1AUG=1AU-4（7）同步传送模块（STM-N）N个AUG信号按字节间插同

35、步复用后再加上SOH就构成了STM-N信号（N=4，16，64，），即NAUG+SOH=STM-N,3.3 SDH的复用结构和步骤,60,各种信号复用映射进STM-N帧的过程都要经过映射、定位和复用3个步骤。（1）映射 映射（Mapping）即装入，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。例如，将各种速率的PDH信号先分别经过码速调整装入相应的标准容器，再加进低阶或高阶通道开销，以形成标准的VC。（2）定位 定位（Alignmem）是把VC-n放进TU-n或AU-n中，同时将其与帧参考点的偏差也作为信息结合进去的过程。通俗讲，定位就是用指针值指示VC-n的第一个字节在TU

36、-n或AU-n帧中的起始位置。,3.3 SDH的复用结构和步骤,4 SDH的复用映射步骤,61,（3）复用 复用（Multiplex）是一种将多个低阶通道层的信号适配进高阶通道或者把多个高阶通道层信号适配进复用段层的过程，即指将多个低速信号复用成一个高速信号。其方法是采用字节间插的方式将TU组织进高阶VC或将AU组织进STM-N。复用过程为同步复用，复用的路数可参见图6-4。如：1STM-1=1AUG=1AU-4=1VC-4=3TUG-3=21TUG-2=63TU-12=63VC-12 1STM-1=1AUG=1VC-4=3TUG-3=3TU-3=3VC-3 1STM-1=1AUG=1VC-4

37、 STM-N=NSTM-1,3.3 SDH的复用结构和步骤,62,SDH传输网由各种网元构成，网元的基本类型有终端复用器（TM）、分插复用器（ADM）、同步数字交叉连接设备（SDXC）等。TM、ADM和SDXC的主要功能框图如图3-4所示。,图3-4 SDH网元功能示意图,3.4 SDH设备的逻辑组成,3.4 SDH设备的逻辑组成,63,1.终端复用器（TM）TM的作用是将准同步电信号（2 Mbit/s、34 Mbit/s或140Mbit/s）复接成STM-N 信号，并完成电/光转换；也可将准同步支路信号和同步支路信号（电的或光的）或将若干个同步支路信号（电的或光的）复接成STM-N信号，并完

38、成电/光转换。在收端则完成相反的功能。,3.4 SDH设备的逻辑组成,64,2分插复用器（ADM）（1）概念及作用 ADM是一个三端口设备，有两个线路（也称群路）口，和一个支路口，支路信号可以是各种准同步信号，也可以是同步信号。ADM作用是从主流信号中分出一些信号并接入另外一些信号。（2）连接能力 ADM设备应具有支路群路（上/下支路信号）和群路群路（直通）的连接能力。支路群路又可分为部分连接和全连接，如图3-5（a）和（b）所示。支路支路的连接功能，如图3-5（c）所示。具有支路支路连接能力的ADM设备进行有机地组合，可实现小型DXC的功能，如图3-5（d）所示。（3）应用：常用于线性网和环

39、形网。,3.4 SDH设备的逻辑组成,65,图3-5 ADM设备的连接能力,3.4 SDH设备的逻辑组成,66,3数字交叉连接设备（DXC）（1）基本概念 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）信号的端口，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，SDXC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。,3.4 SDH设备的逻辑组成,67,（2）基本结构 DXC由复用/解复用器和交叉连接矩阵组成。DXC的简化结构，如图6-32所示。DXC的核心

40、部分是交叉连接矩阵，参与交叉连接的速率一般等于或低于接入速率。而交叉连接速率与接入速率之间的转换需要由复用和解复用功能来完成。,3.4 SDH设备的逻辑组成,图3-6 DXC简化结构,68,（3）基本功能 分离本地交换业务和非本地交换业务；为非本地交换业务（如专用电路）迅速提供可用路由；为临时性重要事件（如政治事件、重要会议和运动会）迅速提供电路；网络出现故障时，迅速提供网络的重新配置；按业务流量的季节性变化使网络最佳化；网络运营者可以自由地在网中使用不同的数字体系（PDH或SDH）。,3.4 SDH设备的逻辑组成,69,（4）DXC的分类 DXC配置类型通常用DXC X/Y表示，其中X表示接

41、入端口数据流的最高等级，Y表示参与交叉连接的最低级别。X和Y可以是数字0，1，2，3，4，5，6，其中0表示64kbit/s的电路速率；1，2，3，4分别表示PDH中的一至四次群速率，其中4也代表SDH中的STM-1等级；5和6分别表示SDH中的STM-4和STM-16等级。常用的有：DXC1/0，主要提供64kbit/s电路的数字交叉连接功能；DXC4/1，允许所有PDH的14次群电信号和STM-1信号接入和进行交叉连接，主要用于局间中继网；DXC4/4，允许PDH的140Mbit/s和SDH的155Mbit/sPDH接入和进行交叉连接，一般用于长途网。,3.4 SDH设备的逻辑组成,70,

42、3.4 SDH设备的逻辑组成,（5）DXC与常规数字交换机的主要区别：如表3-2所示。,表3-2 DXC与常规数字交换机的主要区别,71,4再生中继器（REG）再生中继器的功能是对经传输衰减后的信号进行放大、整形和判决再生，以延长传输距离。首先将线路口接收到的光信号变换成电信号，然后对电信号进行放大、整形和判决再生，最后再把电信号转换为光信号送到线路上。,3.4 SDH设备的逻辑组成,72,3.5 SDH的网络结构,网络的物理拓扑泛指网络的形状，它反映了物理上的连接性。网络的基本物理拓扑有5种类型，如图3-7所示。,图3-7 网络基本物理拓扑类型,73,3.5 SDH的网络结构,1线形 概念：

43、涉及通信的所有点串联起来，并使首末两个点开放。优缺点：经济，生存性较差。应用：市话局间中继网和本地网中使用较多。2星形（枢纽形）概念：当涉及通信的所有节点中有一个特殊节点与其余所有节点直接相连，而其余节点间不能直接相连，便形成星形拓扑。优缺点：成本较低，生存性较差。应用：星形拓扑通常用于用户接入网。,74,3.5 SDH的网络结构,3树形 概念：将点到点拓扑单元的末端点连接到几个特殊点时就形成了树形拓扑。树形拓扑可以看成是线形拓扑和星形拓扑的结合。应用：适合于广播式业务，不适于提供双向通信业务。有线电视网多采用这种网络。4环形 概念：当涉及通信的所有点串联起来，且首尾相连，没有任何点开放时，就

44、形成了环形网。应用：用于长途干线网和市话局间中继网及本地网。,75,3.5 SDH的网络结构,5网孔形 当涉及通信的许多节点直接互连时就形成了网孔形拓扑，如果所有的点都直接互连时则称为网状形。优缺点：可靠性很高，但结构复杂，成本较高。应用：一级长途干线。注：由SDH网元组成的SDH传输网有多种形式，图3-8所示为4种常用的SDH网络结构。一般来说，本地网（即接入网或用户网）中，适于用环形和星形，有时也可用线形拓扑。在市内局间中继网中适于用环形和线形拓扑，而长途网可能需要网孔形拓扑和环形拓扑。,76,3.5 SDH的网络结构,图3-8 SDH传输网络结构举例,77,3.6 SDH的保护机制,自愈

45、网能在网络出现意外故障情况时自动恢复业务，其基本原理是使网络具备发现替代传输路由，并在一定时限内重新建立通信。自愈网：指通信网络发生故障时，无需人为干预，网络就能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。自愈网技术可分为“保护”型和“恢复”型两类。保护型自愈要求在节点之间预先提供固定数量的用于保护的容量配置，以构成备用路由。当工作路由失效时，业务将从工作路由迅速倒换到备用路由。保护倒换的时间很短（小于50ms）。恢复型自愈所需的备用容量较小，网络中并不预先建立备用路由。当发生故障时，利用网络中仍能正常运转的空闲信道建立迂回路由，恢复受影响的业务，恢复时间较长

46、。,3.6.1 SDH自愈网,78,3.6 SDH的保护机制,3.6.1 SDH自愈网,有3种自愈技术：线路保护倒换、ADM自愈环和DXC网状自愈网。前两种是保护型策略，后一种是恢复型策略。要理解自愈技术，首先要明确界定再生段、复用段和通道。如图3-9。,图3-9 再生段、复用段和通道示意图,79,3.6 SDH的保护机制,3.6.2 线路保护倒换,基本原理：当出现故障时，业务由工作通道倒换到保护通道。类型：线路保护倒换有1+1和1N 两种方式。（1）1+1方式 如图3-10（a）所示，1+1方式采用并发优收。（2）1N 方式 如图3-10（b）所示，保护段（1个）由N（N=114）个工作段共

47、用，当其中任意一个出现故障时，均可倒至保护段。（3）1+1方式与1N 方式的不同 1+1方式，正常情况下保护段传送业务信号，所以不能提供无保护的额外业务；11的保护方式，在正常情况下，保护段不传业务信号，因而可以在保护段传送一些级别较低的额外业务信号，也可不传。,80,3.6 SDH的保护机制,图3-10 线路保护倒换,81,3.6 SDH的保护机制,3.6.2 线路保护倒换,（4）倒换类型与倒换模式 双向倒换：两个方向的信道都倒换到保护段；单向倒换：故障信道倒换到保护信道时便完成了倒换。恢复模式：工作段故障被恢复，工作通道由保护段倒回工作段。非恢复模式：即使故障恢复后倒换仍保持。线路保护倒换

48、可以采用双向倒换也可采用单向倒换，这两种倒换方式都可使用恢复模式或非恢复模式。线路保护倒换的特点：业务恢复时间短（小于50ms），易配置和管理，可靠性高，但成本较高。,82,3.6 SDH的保护机制,3.6.3 自愈环保护,定义：所谓自愈环（Self-Healing Ring，SHR）是指采用分插复用器（ADM）组成环形网实现自愈的一种保护方式，如图3-11所示。,图3-11 ADM自愈环,83,3.6 SDH的保护机制,3.6.3 自愈环保护,分类：根据自愈环的结构，可分为通道保护环和复用段保护环。通道保护环，保护的单位是通道（如VC-12，VC-3或VC-4），倒换与否以离开环的每一个通道

49、信号质量的优劣而定，一般利用告警指示信号（AIS）来决定是否应该进行倒换。这种环属于专用保护，保护时隙为整个环专用，在正常情况下保护段往往也传业务信号。复用段保护环，业务量的保护以复用段为基础，倒换与否按每一对节点间复用段信号质量的优劣而定。复用段保护环需要采用自动保护倒换（APS）协议，多属于共享保护，即保护时隙由每一个复用段共享，正常情况下保护段往往是空闲的。,84,3.6 SDH的保护机制,3.6.3 自愈环保护,根据环中节点间信息的传送方向，自愈环可分为单向环和双向环。单向环中收发业务信息的传送线路是一个方向。双向环中收发业务信息的传送线路是两个方向。通常，双向环工作于复用段倒换方式，

50、单向环工作于通道倒换方式或复用段倒换方式。根据环中每一对节点间所用光纤的最小数量来分，自愈环有二纤环和四纤环。对于双向复用段倒换环既可用二纤方式也可用四纤方式，而对于通道倒换环只可用二纤方式。,85,1二纤单向通道保护环 二纤单向通道保护环：两根光纤，一根传业务信号，称W1光纤，另一根保护，称P1光纤（如图3-12）。采用1+1保护方式。,图3-12 二纤单向通道保护环,3.6 SDH的保护机制,86,2二纤双向通道保护环 二纤双向通道保护环：采用两根光纤，可分为1+1和11两种方式。图3-13所示为1+1方式的二纤双向通道保护环的结构。,图3-13 二纤双向通道保护环,3.6 SDH的保护机