现代通信技术基础第2版现代通信技术基础第7章

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1、Introduction to Modern Communication Technology,第二版,第7章 光通信网,本章学习目标,理解光传输原理 了解光传输系统组成及其性能 了解传输网概念及体系结构 了解SDH设备与SDH光传送网技术 了解光波分复用技术（WDM） 了解光通信网的应用现状,内容简介,7.1 光传输概述 7.2 光传输系统 7.3 SDH光传送网技术 7.4 光波分复用技术 7.5 光通信网络,放映结束,内容简介,7.1 光传输概述 7.1.1 光传输的基本概念 7.1.2 光传输的特点 7.1.3 光传输系统及其技术发展,返回主目录,内容简介,7.2 光传输系统 7.2.

2、1 光传输原理 7.2.2 光传输系统的组成 7.2.3 光传输系统的主要性能指标,返回主目录,内容简介,7.3 SDH光传送网技术 7.3.1 传送网的基本概念 7.3.2 同步数字系列SDH 7.3.3 SDH传输设备 7.3.4 SDH光传输网,返回主目录,内容简介,7.4 光波分复用技术 7.4.1 WDM技术概述 7.4.2 DWDM技术 7.4.3 WDM / OTDM混合传输系统,返回主目录,内容简介,7.5 光通信网络 7.5.1 基础传输网 7.5.2 光通信网的发展,返回主目录,7.1 光传输概述,光波属于电磁波范畴，其中，紫外线、可见光、红外线都属于光波。 光传输是以光波

3、为载波，以光导纤维为传输媒介的信息传输过程或方式。,返回,7.1.1 光传输的基本概念,光传输与电传输的主要区别： 以高频率光波作为载波传输信号。 用光缆作为传输媒介。,光传输的基本概念,1. 光纤及其分类 光纤基本结构：由纤芯和包层构成的同心圆柱体。 光纤是一种媒介波导，具有把光封闭在其中并沿轴向传播的波导结构，纤芯和包层的折射率不同。如图7-1所示。,光传输的基本概念,（1）按传导模式数量而分类 单模光纤 多模光纤 （2）按折射率分布不同而分类 阶跃光纤 渐变光纤 （3）按套塑层的不同而分类 紧套光纤 松套光纤,光传输的基本概念,2. 光纤的传输特性 （1）损耗 光波在光纤中传输时，随着传

4、输距离的增加，光功率会不断下降，光纤对光波产生的衰减作用称为损耗。用衰减系数（损耗系数）衡量，主要有吸收损耗和散射损耗等。,光传输的基本概念,（2）色散 光纤所传输的信号是由不同频率成分和不同模式成分所携带，传输速度也不同，可能导致信号畸变。色散将使光脉冲产生时间上的展宽，严重时会导致光脉冲前后相互重叠，造成码间干扰，增加误码率，影响传输容量，并限制了光传输系统的中继距离。常以色散系数、最大时延差和光纤带宽等不同方法表征。如图7-2所示。,光传输的基本概念,（3）非线性效应 在高强度电磁场中，任何电媒介对光的响应都会变成非线性；而在光传输中，激光器输出的高功率将导致光纤的非线性效应。,光传输的

5、基本概念,3. 光传输的波长 光传输系统工作在近红外区，波长为 0.8 1.71m，相应的频率段为 176375 THz 。 短波长波段：0.8 1.0 m，实用工作波长为0.85 m。 长波长波段：1.0 1.8 m，实用工作波长为1.31 和1.55 m,光传输的基本概念,4.光传输中的线路码型 mBnB码（又称分组码）：使变换后的码流产生多余比特，用来传送与误码检测相关的信息。 插入比特码：把输入的信息码流按m比特分为一组，再在每组的m位之后插入一个比特，组成线路码。 加扰码：把已知二进制序列按一定方法加入到信息码流中。在接收端用同样方法再恢复出原信息码流。,返回,7.1.2 光传输的特

6、点,光传输是是利用半导体激光器（LD）或发光二极管（LED）作为光源，把电信号转换成光信号并将其耦合进光纤中进行传输；在接收端使用光检测器，如光电二极管或雪崩光电二极管等，将光信号再还原成电信号的一种通信方式 。,光传输的基本概念,1. 光传输的优势 传输频带宽、通信容量大 损耗低，中继距离长 电磁兼容性和环境兼容性优良 体积小、质量轻、可挠性好 资源丰富，节约有色金属,光传输的基本概念,2、数字光传输系统的技术特点 易与程控交换机相连接。 采用了专用超大规模集成电路、混合集成电路以及表面安装技术，使设备的可靠性大大提高。 采用PCM技术，便于利用终端设备上的计算机，实现全系统的检测与监控。

7、扩容方便，波分复用技术使得光传输（在不增加光纤芯数时）的容量大幅度提高。,光传输的基本概念,3. 光纤连接问题及技术发展 光纤的缺点：光纤质地脆、抗拉强度低、防水性能差，要求有较好的切断和连接技术，分路与耦合较费时等。 工艺改进：光纤自动熔接机等。,返回,7.1.3 光传输系统及其技术发展,1.光传输系统的分类 （1）按光波长划分 （2）按光纤传输模式划分 （3）按传输信号形式划分 （4）按系统工作方式划分,光传输系统及其技术发展,2.光传输技术的发展 第1阶段：短波长低速率多模光传输； 第2阶段：光纤从多模发展到单模； 第3阶段：长波长单模光传输； 第4阶段：采用1.55 m低损耗窗口，建设

8、SDH同步网络； 第5阶段：采用密集波分复用技术，基于IP的光信息网络。,返回,7.2 光传输系统,光传输系统包括：信源端的光发送机（光调制设备）、信宿端的光接收机（光解调设备）和进行连接的光纤媒介。若进行远距离传输，在线路中间还需插入中继器。数字光传输系统一般由PCM终端设备、数字复用设备、光端机（双向）、光纤和光中继设备（双向）以及电端机、备用系统和辅助系统等组成。,返回,7.2.1 光传输原理,1. 光传输过程 光传输过程如图7-3 所示。 光传输系统可归结为“电光电”的简单模型。所传输的信号必须先变成电信号，然后转换成光信号在光纤内传输，再将光信号变成电信号。整个过程中，光纤部分只起到

9、传输作用，对于信号的生成和处理，仍由电系统来完成。,光传输原理,2.光调制 （1）直接调制方法 目前，光传输系统普遍采用的是“数字编码强度调制直接检测”（IMDD）方法。强度调制是用电信号去直接调制光的强度，使之随电信号变化；而直接检测是指直接由接收的光信号检测出电信号。直接调制方法仅适用于半导体光源（半导体激光器LD和发光二极管LED） 。,光传输原理,（2）间接调制方法 间接调制方法利用晶体的电光效应、磁光效应、声光效应等性质，来实现对激光辐射的调制。该调制方式适用于半导体激光器和其他类型的激光器。,返回,7.2.2 光传输系统的组成,1. 数字光传输系统的基本组成 数字光传输系统的基本组

10、成如图7-4所示。 2. 光端机和电端机 光传输系统是双向的，常将光发送机和光接收机合成在一起，称为光端机。图7-5 示出了光端机和电端机在系统中的作用。,光传输系统的组成,光发送机：将PCM设备所送电信号进行电光变换，并处理成为满足一定要求的光信号后送光纤传输。 光接收机：把经光纤传输后脉冲幅度被衰减、宽度被展宽的微弱光信号转变为电信号，并放大、再生，恢复出原来的信号。,光传输系统的组成,电端机：是电发射端机和电接收端机的合称，包括PCM基群终端机和高次群复接（或分接）设备。电发射端机是把模拟信号转换为数字信号，完成PCM编码，并按时分复用的方式把多路信号复接、合群，从而输出高比特率的数字信

11、号；电接收端机则完成与发射端机的相反变换。,光传输系统的组成,3. 光中继器 光中继器：补偿光能量的损耗，恢复信号脉冲形状，延长光信号传输距离 。 光电光中继器由完成光电变换的光接收端机（无码型变换）及完成电光变换的发送端机（无功放与码型变换）组成。,光传输系统的组成,4. 掺铒光纤放大器 掺铒光纤放大器（EDFA）：具有高增益、低噪声、对偏振不敏感、放大带宽较宽、易于与光传输系统连接等优点。EDFA 可直接接入光纤传输链路，作为在线放大器（或作为光中继器）取代光电光中继器，实现光光放大。 5. 辅助系统和备用系统,返回,7.2.3 光传输系统的主要性能指标,1. 误码特性 数字光传输系统的误

12、码率（BER）定义： BER误判码元数传输的总码元数,光传输系统的主要性能指标,2. 抖动特性 抖动是数字信号传输过程中的瞬时不稳定现象。包括相位抖动和定时抖动两个方面。 产生抖动的主要原因：随机噪声、时钟恢复电路的谐振频率偏移、接收机的码间干扰及数字复接系统的复接分接过程、光缆的老化等。多中继长途通信方式中的抖动具有累计性。,光传输系统的主要性能指标,3. 可靠性与可用性 可靠性：指系统（或产品）在规定的条件下和时间内，完成规定功能的能力，常用故障率来表征。 可用性：指系统（或产品）在规定的条件下和时间内处于良好工作状态的概率。,返回,7.3 SDH光传送网技术,同步数字体系（SDH）是可进

13、行同步信息传输、复用、分插和交叉连接的标准化数字信号结构等级。具有高度灵活性、可靠性和可管理性，为窄带和宽带业务传输和新业务开通提供良好的基础平台，在干线网、中继网、接入网及各类专用网等通信基础设施中发挥了重要作用。,返回,7.3.1 传送网的基本概念,1. 传送与传输 传送与传输的概念有所不同，传送是从信息传递的功能过程来描述，传送网是其网络逻辑功能的集合；而传输则从信息信号通过具体物理媒介传递的物理过程来描述，传输网具体是指实际设备组成的网络。传输网（传送网）也可泛指全体实体网和逻辑网。,传送网的基本概念,2. 传送网的分层结构 传送网一般采用分层结构，自下而上可分成3个子层： （1）传输

14、媒介层 传输媒介层包含传递信息的所有物理手段，即传输设备以及连接设备的媒体 。,传送网的基本概念,（2）通道层 通道可看作是标准化的一组电路。通道层作为一个整体在网络中传输和选路，并能实现监测和恢复功能。 （3）电路层 电路层包括传输媒介层和通道层提供的各种业务传输 。,传送网的基本概念,3. 传送网的传输技术体制 通信体制即通信系统中所采用的信号形式、信号传输方式和信息交换方式。 传送网的主要传输媒介是光纤、数字微波和卫星。 传送网的技术体制主要有采用时分复用方式的准同步数字系列（PDH）和同步数字系列（SDH）。,传送网的基本概念,（1）准同步数字系列（PDH） PDH的主要缺点如下： P

15、DH只有地区性的数字信号速率和帧结构标准，造成了全球互通的困难； PDH没有光接口规范的国际标准，导致各厂商生产的专用光接口无法在光路上互通，而只有通过光电转换成标准电接口才能互通，从而增加了网络的复杂性和运营成本；,传送网的基本概念,在PDH系统的复用结构中，多数速率等级信号采用异步复用，而难以从高速信号中识别和提取低速支路信号，且结构复杂缺乏灵活性； PDH的帧结构中缺乏用于网络运行管理和维护的辅助比特，限制了网络管理维护能力的进一步改进； 建立在点对点传输基础上的复用结构缺乏灵活性，无法提供最佳的路由选择，非最短的通信路由占了业务流量的大部分，使数字信道设备的利用率很低，难以支持新业务。

16、,传送网的基本概念,（2）同步数字系列（SDH） SDH是在PDH基础上发展起来的一种数字传输体制。在SDH方式中，各个系统的时钟在同步网的控制下处于同步状态，易于复用和分离。 SDH最为核心的三大特点是同步复用、强大的网络管理能力和统一的光接口及复用标准，并由此带来了许多优良的性能,返回,7.3.2 同步数字系列,1. SDH的技术特征 网络节点互连接口包含了传输网络的两类基本设备，即传输设备和网络节点（设备）。 传输设备包括光传输、微波通信和卫星通信等系统。 网络节点包含有许多种类，如：64 kbit/s电路节点、宽带交换节点等。,同步数字系列,2. SDH的同步传输模块与帧结构 SDH 技术的基础是其帧结构（如图7-6所示）。 SDH 采用一套标准化的信息结构等级，称为同步传输模块 STMN （N 1，4，16，64 ）。 STM1：最基本的模块，其传输速率为155.520 Mbit/s ； STM4：将4个STMl 同步复用可构成； STM16：将16个STM1（或4个STM4）同步复用； STM6