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1、1,光纤通信技术,一、光纤通信的基本原理 光是一种电磁波。可见光部分波长范围是：350760nm(毫微米)。大于760nm部分是红外光，小于350nm部分是紫外光。光纤中应用的是：850nm，1310nm，1550nm三种。,2,光在电磁波谱中的位置,3,光纤通信的发展过程,光通信用光波载运信息，实现通信。如：古代烽火（“千金买一笑，烽火戏诸侯”） 、手旗、灯光 光纤通信以光波载运信息，用光纤作传输媒体，实现通信。属于光波导通信,4,光纤通信的发展过程,5,要用光来通信，必须要解决两个最根本性问题：一是必须有能稳定传送光的介质；另一个问题是必须要找到理想的光源。 1960年，美国人梅曼发明了红
2、宝石激光器，从此人们便可获得频率稳定的光源。研究现代化光通信的时代也从此开始。,光纤通信的发展过程,6,1966年7月，英国标准电信研究所的英籍华人高锟博士，就光纤传输的前景发表了有重大意义的论文，论述了造成光纤损耗的主要原因，并从理论上分析：如果能去除玻璃上的杂质，就有可能使光的传输损耗大大降低，可降低到20dB/km左右。,光纤通信的发展过程,7,1970年，美国康宁公司的三名科研人员马瑞尔、卡普隆、凯克成功地制成了传输损耗20dB/km的光纤。 恰好也是这一年，美国贝尔研究所成功地研制出能在室温下连续工作的半导体激光器。但连续工作只有几秒钟，寿命长的也不过几个小时。,光纤通信的发展过程,
3、8,1974年光纤损耗达到了1dB/km的水平; 1979年达到了0.2dB/km损耗的程度; 1977年，已研制成功了能连续工作几万小时、在实用环境中工作10年的长寿命的激光器。,光纤通信的发展过程,9,1977年在美国芝加哥和圣塔摩尼卡之间首次建成商用的光纤通信系统。它使许多人惊奇地看到，就是两根和头发丝差不多粗细的玻璃丝（直径0.1毫米左右），竟然能同时开通8000路电话！这一成果震惊了全世界。,光纤通信的发展过程,10,到1990年，短短十几年中，光纤通信已经经历了几次更新换代，其中主要是 由多模光纤过渡到单模光纤； 由短波长区（0.85m，损耗约为34dB/km左右）过渡到长波长区（
4、1.31m，损耗为0.35dB/km，1.55m，损耗为0.19dB/km ）。 光纤的传输速率已经达到了10Gb/s。相当于在一对只有头发丝 1/10 粗细的光纤里可以同时开通1250000路电话。,光纤通信的发展过程,11,光纤通信是自无线电发明以来通信传输的一次重大革命。 1989年国家公开宣布“以后一般不再建同轴电缆干线”。 1992年又确定了建立国家光缆干线网的宏伟计划。现在北到东北、新疆，南至广西、海南，一个贯通全国的光纤通信干线网已经实现。,光纤通信的发展过程,12,光纤通信的特点 （1）传输频带宽，通信容量大。 （2）光纤损耗低。 （3）电磁干扰能力强，无串话。 （4）光缆的尺
5、寸小，重量轻。 （5）光纤绝缘性好，寿命长。 （6）无接地和共地问题。 （7）光纤资源丰富，节约有色金属和能源。,光纤通信技术,13,欧洲独眼巨人光纤制导导弹发射三D图,光纤通信技术,14,光的折射，反射和全反射,15,内径：单模光纤9m， 多模光纤50m 外径：125m,光纤的结构,16,光纤中的射线光学分析,17,光缆的结构,18,光缆的结构,19,光缆的结构,20,1. 按光纤芯的折射率分布划分 （1）阶跃型光纤（Step Index Fiber）简称SIF纤芯的折射率与包层的折射率成阶跃型分布。它的特点是芯的折射率是均匀的，在芯和包层之间的分界面上，折射率有一不连续的阶跃性突变。,光纤
6、的分类,21,光纤的分类,22,（2）渐变型光纤（Graded Index Fiber）简称GIF纤芯的折射率与包层的折射率分布曲线近似为抛物线形成一个连续渐变的梯度或坡度。它的特点是纤芯中心的折射率最大，沿径向往外逐步变小，最后达到包层的折射率，可使光线以正弦形状传播，信号的畸变小。,光纤的分类,23,光纤的分类,24,2. 按传导模的数目分类: （1）多模光纤（MM-Multi mode filber）能够传导多种模式的光纤。多模光纤的纤芯直径一般为50m，光纤剖面折射率分布为渐变型，外径125m。可用于中容量、中距离通信系统。目前多模光纤的折射率分布多呈渐变型。传输性能较差，带宽较窄，传
7、输容量较小。,光纤的分类,25,（2）单模光纤（SM-Single mode fiber）只传输一种模式的光纤，即只能传输基模（最低阶模）的光纤。单模光纤的纤芯直径仅几微米（一般为8m10m），但外径与多模光纤一样，均为125m。单模光纤的折射率分布多呈阶跃性，因不存在模间色散，因此这种光纤传输频带宽，容量大，适用于大容量（565Mb/s2.5Gb/s），长距离（30km以上）通信的传输介质。,光纤的分类,26,光纤的分类,27,光纤通信系统简介,28,光纤通信系统简介,29,模拟电视光纤传输系统,30,模拟电视光纤传输系统,31,二、 光纤通信网络 核心网 传输网 SDH、PDH 交换网 P
8、STN、PSDN、FRN、ISDN、ATM、IP 光接入网（OAN） PON、AON,光纤通信技术,32,传输网位于交换设备之间，为各种专业网提供透明传输通道。 接入网位于交换设备与用户之间，为交换设备和用户提供连接通道。,核心网,光纤通信技术,33,目前在核心网内以光纤为传输媒质，采用密集波分复用（DWDM）技术和光同步数字体系（SDH）技术实现宽带传输，同时采用光交换技术构成全光通信网，已成为现实。 所谓光接入网（OAN）就是采用光纤传输技术的接入网，泛指本地交换机或远端模块与用户之间采用光纤通信或部分采用光纤通信的系统。,光纤通信技术,34,复接：将低速信号按照一定的规则变成高速信号。
9、分接：将收到的高速信号恢复成原来的低速信号。 在数字传输系统中，有两种复接/分接方式，一种叫“准同步数字体系”（Plesiochronous Digital Hierarchy），简称PDH；另一种叫“同步数字体系”（Synchronous Digital Hierarchy），简称SDH。,光纤通信技术,35,将标称速率相同、实际容许有一定偏差的数字体系，称为准同步数字体系，记为PDH。目前世界上有两种制式： 以1.544Mb/s为基群的T系列； 以2.048Mb/s为基群的E系列；其体系构成如下图所示。,准同步数字体系（PDH）,36,1次群,2次群,3次群,0次群,准同步数字体系（PDH
10、）,37,1、标准不统一 目前只有统一的电接口标准(G.703)，而没有统一的光接口标准，即不能保证光接口的互通。,PDH的缺陷,38,2、复用结构（上下电路）复杂,光电,电光,解复用,解复用,解复用,复用,复用,复用,光信号,光信号,140/34Mb/s,34/8Mb/s,8/2Mb/s,2Mb/s（电信号）,2/8Mb/s,8/34Mb/s,34/140Mb/s,PDH的缺陷,39,同步直接复接,PDH的缺陷,40,异步直接复接,PDH的缺陷,41,一路低速信号往往要经过多次码速调整，使得在高速信号中很难直接识别和提取低速支路信号，要上下话路，只能采用一系列复接器，将高次群信号一步步地解复
11、用到所要解出的低次群上，上下路后，再重新一步步地复用到高次群上 。这样就会使信号在复用/解复用过程中产生的损伤加大，使传输性能劣化，这也就是为什么PDH体制传输信号的速率没有更进一步提高的原因。,PDH的缺陷,42,3、运行维护方面PDH信号的帧结构里用于运行维护工作（OAM）的开销字节不多，这对完成传输网的分层管理、性能监控、业务的实时调度、传输带宽的控制、告警的分析定位是很不利的。 4、没有统一的网管接口不利于统一维护。,PDH的缺陷,43,最早提出SDH概念的是美国贝尔通信研究所，称为同步光纤网（SONETSynchronous Optical Network）。 1988年，国际电报电
12、话咨询委员会（CCITT）接受了SONET的概念，重新命名为“同步数字系列（SDH）”，使之成为不仅适于光纤也适于微波和卫星传输的通用技术体制。 通常SDH/SONET称为光同步数字传输网。,同步数字体系（SDH）,44,SONET的基本单位是STS（Synchronous Transport Signal level）, 又称为OC（Optical Carrier level），STS-1的速率是51.84 Mbps SDH的基本单位是STM（Synchronous Transfer Module），STM-1的速率为155.520 Mbps。而且，,STM-n = n STM-1 = n
13、155.520 Mbps,同步数字体系（SDH）,45,SDH的复接,46,SDH的复接等级序列速率,47,SDH的优点a) 统一的网络节点接口（NNI ）。b) 易于上下话路（同步复接方式）。,ADM,光接口,光接口,155Mb/s,155Mb/s,2Mb/s（电信号）,c) 拥有丰富的开销比特，易于管理。d) 自愈性（Self Healing）。,同步数字体系（SDH）,48,PDH与SDH的比较,49,光同步数字传输网（ SDH/SONET）由一些SDH网络单元（NE）组成，在光纤上进行同步信息传输、复用和交叉连接的网络。 SDH的基本网络单元有：同步光缆线路系统、同步终端复用器（TM）
14、、分插复用器（ADM）、同步数字交叉连接设备（DXC）等。,SDH传输网,50,同步终端复用器（TMTerminal Multiplexer）基本功能是从G.703的PDH和(或)STM-N支路信号到STM-M（MN）群路信号的复用,低速支路信号,STM-N TM,用符号表示：,STM-N,SDH的基本网络单元,51,分插复用设备（ADMAdd/Drop Multiplexer）提供将任何支路信号接入或分出 STM-M信号的能力。支路信号的接口是G.703和(或)STM-N（MN）接口,STM-N ADM,用符号表示：,STM-N,STM-N,低速支路信号,SDH的基本网络单元,52,数字交叉
15、连接设备（DXC）可以在任何端口信号速率（和/或子速率信号）同另外端口信号速率（和/或子速率信号）间实现可控连接和再连接的设备,用符号表示：,低速支路信号,SDH的基本网络单元,53,SDH 星形网举例,STM-1 终端 复用器,STM-1 终端 复用器,STM-1 终端 复用器,STM-1 分插 复用器,支路信号,支路信号,支路信号,支路信号,枢纽点,A端,155Mb/s,155Mb/s,155Mb/s,2Mb/s,2Mb/s,2Mb/s,2Mb/s,C端,D端,STM-1 终端 复用器,支路信号,2Mb/s,B端,SDH的应用实例,54,成都至攀枝花SDH传输系统,SDH的应用实例,55,
16、成都至攀枝花SDH传输系统 采用大唐电信的SCT2500 SDH光传输设备 采用光功率放大器、光预置放大器和光线路放大器，实现超长距离传输 成都分插630个2M；雅安、西昌分别分插441个2M；攀枝花分插504个2M 成都设网管系统主站，雅安、西昌、攀枝花分别设副站 全长755.1Km,SDH的应用实例,56,贵州铜仁地区SDH本地网工程,SDH的应用实例,57,贵州铜仁地区SDH本地网工程 采用SCT2500设备。配备2.5Gb/s群路盘（2.5Gb/s光口）构成STM-16系统。 采用二纤复用段共享保护环。全长614km。 印江，松桃分别加光功率放大器（BA），实现130km长距离无中继传输。,SDH的应用实例,58,山东省德州市临邑SDH本地网工程,SDH的应用实例,
