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1、第3章 现代传输技术第3章 现代传输技术 3.1光纤通信3.2移动通信3.3数字微波通信3.4卫星通信习题第3章 现代传输技术3.1.1 数字光纤通信系统概述数字光纤通信系统概述3.1.2 数字光纤通信系统的组成数字光纤通信系统的组成3.1.3 光纤及其传输特性光纤及其传输特性 3.1.4 光纤的中继距离光纤的中继距离3.1.5 光波分复用系统光波分复用系统3.1.6 SDH光传输系统光传输系统3.1 光纤通信光纤通信第3章 现代传输技术3.1.1 数字光纤通信系统概述数字光纤通信系统概述 基本概念基本概念数字光纤通信,是以光波为载波，以光导纤维为传输媒介的数字通信方式。1996年，英籍华人“
2、光通 信 之 父” 高锟(C.K.Kilo)博士根据介质波导理论提出了光纤通信的概念。 第3章 现代传输技术 特点特点1. 线径细线径细, 重量轻重量轻由于光纤的直径小,只有0.1mm左右,所以制成光缆后与电缆比要细得多,因而重量轻,有利于长途和市话干线布放,而且便于制造多芯光缆。 2. 损耗极低损耗极低现已制出的在光波导1.55mm窗口的衰耗低于0.18dB/km。由于损耗极低,所以传输的距离可以很长,这就大大减少了数字传输系统中中继站的数目,既可降低成本,也可提高通信质量。第3章 现代传输技术 3. 传输的频带宽、传输的频带宽、 信息容量大信息容量大由于光波频率高,因此用光来携带信号则信息
3、量大。现在已经发展到几十千兆比特/秒的光纤通信系统,它可传输几万路电话和几千路彩色电视节目。 4. 不受电磁干扰、不受电磁干扰、 防腐和不会锈蚀防腐和不会锈蚀因光纤是非金属材料,它不会受到电磁干扰,也不会发生锈蚀,具有防腐的能力。第3章 现代传输技术5. 不怕高温不怕高温, 防爆、防爆、 防火性能强防火性能强因光纤是石英玻璃材料,熔点高达2000以上,所以不怕高温,有防火的性能。因而可用于矿井下、军火仓库、石油、化工等易燃易爆的环境中。6. 光纤通信保密性好光纤通信保密性好由于光纤在传输光信号时向外泄漏小,不会产生串话等干扰,因而光纤通信保密性好。第3章 现代传输技术部分电磁波频谱部分电磁波频
4、谱光纤通信用的近红外光(波长为0.71.7m)频带宽度约为200THz.第3章 现代传输技术光纤通信的三个低损耗窗口光纤通信的三个低损耗窗口2dB/km0.4 dB/km0.2 dB/km第3章 现代传输技术 3.1.2 数字光纤通信系统的组成数字光纤通信系统的组成数字光纤通信系统与一般通信系统一样,它由发送设备、传输信道和接收设备三大部分构成。强度调制-直接检波数字光纤通信系统第3章 现代传输技术实用系统是双方向的,其结构图如图：数字端机主要是把用户各种数字信号,包括数字程控交换机和数字接口,通过复用设备组成一定的数字传输结构(帧结构),不同速率等级的数字信号流送至光端机,光端机把数字端机送
5、来的数字信号进行处理,变成光脉冲送入光纤进行传输,接收端进行相反的变换。第3章 现代传输技术光中继机的作用,主要是将光纤长距离传输后,受到的衰耗及色散畸变的光脉冲信号,转换为电信号后经放大整形、定时、再生还原为规则的数字脉冲信号。经过再调制光源,变为光脉冲信号送入光纤继续传输,达到延长传输距离的目的。光端机主要由光发送、光接收、信号处理及辅助电路组成。在光发送部分完成电/光变换,在光接收部分主要完成光/电变换。信号处理,主要指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,使之适应光传输及其他目的。辅助电路主要包括告警、公务、监控及区间通信等等。第3章 现代传输技术LED数字调制原理LD
6、的数字调制原理直接光强数字调制直接光强数字调制第3章 现代传输技术输入输入接口接口线路线路编码编码调制调制电路电路光源光源控制电路控制电路光发射机基本组成光发射机基本组成光接收机基本组成光接收机基本组成直接强度调制、直接检测方式的数字光接收机直接强度调制、直接检测方式的数字光接收机.前端前端线性通道线性通道数据恢复数据恢复将电端机送来将电端机送来到到HDB3码变换码变换为普通二进制为普通二进制码。码。将普通二进制将普通二进制码变换为适合码变换为适合在光纤链路上在光纤链路上传输的码型。传输的码型。为光源提为光源提供调制电供调制电流。流。一般为发光二一般为发光二极管或半导体极管或半导体激光器，实现
7、激光器，实现光电转换。光电转换。主要是主要是APC电电路、路、ATC电路、电路、光源保护电路光源保护电路等。等。第3章 现代传输技术3.1.3 光纤及其传输特性光纤及其传输特性 光纤光纤光纤就是导光的玻璃纤维，是一种新型的信息传输介质。相对折射率差相对折射率差 =（n1-n2）/n1 单模光纤：单模光纤：0.3%0.6% ；多模光纤：多模光纤：1%2%第3章 现代传输技术光纤是利用光的全反射特性来导光的。 光纤的导光原理光纤的导光原理第3章 现代传输技术多模光纤与单模光纤多模光纤与单模光纤根据波导传输波动理论分析,光纤的传播模式可分为多模光纤和单模光纤1)多模光纤多模光纤即能传输多模式电磁波的
8、光纤。阶跃型多模光纤渐变型多模光纤结构简单、易于实现,接头连接要求低,使用方便,价格便宜。传输带宽窄、衰耗大、时延差大,已逐步被单模光纤代替。第3章 现代传输技术2)单模光纤只能传送单一基模的光纤。从时域看不存在时延差。从频域看,传输信号的带宽比多模光纤宽得多,有利于高码率信息长距离传输。纤芯直径一般为410m,包层即外层直径一般为125m,比多模光纤小得多。第3章 现代传输技术 (a) 突变型多模光纤；突变型多模光纤； (b) 渐变型多模光纤；渐变型多模光纤； （c） 单模光纤单模光纤 第3章 现代传输技术允许通过波导的最长波长称为截止波长。对于给定的光纤(n1、n2和a确定)，存在一个临界
9、波长c，当c时，是单模传输光纤的截止波长光纤的截止波长第3章 现代传输技术c,可见满足单模的传输条件例题：假设阶跃光纤的参数为n1=1.45,=0.35%,半径a=4um,入射波长1.31um，计算它的数值孔径，截至波长，判断是不是多模光纤。可见入射波可以在此光纤内传播第3章 现代传输技术 光纤的主要参数特征光纤的主要参数特征传输特性损耗色散光学特性折射率分布数值孔径几何特性芯径外径偏心度椭圆度机械特性温度特性第3章 现代传输技术光纤的损耗特性光纤的损耗特性PinPout衰减常数第3章 现代传输技术引起光的损耗的机理是光纤对光的损耗引起光的损耗的机理是光纤对光的损耗吸收损耗1.本征吸收2.杂质
10、吸收3.原子缺陷吸收散射损耗1.瑞利散射2.机构不完善引起的散射弯曲损耗1.光纤弯曲2.光纤微弯第3章 现代传输技术1.吸收损耗吸收损耗吸收损耗是由于光纤本身和光纤中的杂质对光的吸收损耗。本征吸收本征吸收光纤材料本身对光的吸收（SiO2）。红外吸收带紫外吸收带第3章 现代传输技术 红外吸收红外吸收机理：由于材料本身的原子之间的化学键形成形成晶格，当光纤中的光的波长与晶格相键长相当时，光的能量向晶格传递，引起损耗。吸收带：1.5um，向红外延伸波长um损耗dB/km0.81.01.21.41.61.8影响影响：对长波光通信影响较大。第3章 现代传输技术紫外吸收紫外吸收机理：光纤中的光子流将光纤材
11、料中的电子激发到高能级，从而使得光子的能量发生转移。吸收带：1.6um,向紫外延伸波长um损耗dB/km0.81.01.21.41.61.8影响影响：对短波长通信影响较大第3章 现代传输技术 杂质吸收杂质吸收机理：主要由于光纤材料的不纯净引起的。CuAlFeGeNi(可以消除)OH（影响较大）0.91.01.21.31.331.5波长m损耗dB/km0.81.01.21.41.61.8第3章 现代传输技术 原子缺陷吸收原子缺陷吸收影响：通过工艺和材料使之减少到忽略不记的程度。机理：光纤制造过程中受到热激励或辐射使得一部分共价键断裂，容易吸收光的能量。第3章 现代传输技术吸收损耗：本征吸收红外吸
12、收紫外吸收杂质吸收有色金属OH根的吸收原子缺陷吸收第3章 现代传输技术2. 散射损耗散射损耗机理：由于光纤的折射率分布以及光纤材料的不均匀使得光在光纤传播过程中发生散射，光向其他方向散开造成的损耗。瑞利散射损耗光纤的结构不完善引起的散射损耗第3章 现代传输技术 瑞利散射损耗瑞利散射损耗机理：密度不均匀的微粒产生的瑞利散射影响：对短波长的光影响较大（与4呈反比）波长um损耗dB/km0.81.01.21.41.61.8红外吸收紫外吸收瑞利散射第3章 现代传输技术 光纤的结构不完善产生的损耗（波导散射损耗）光纤的结构不完善产生的损耗（波导散射损耗）机理：制造工艺的缺陷引起的残留气泡或芯包交界面不均
13、匀造成的散射。影响：对所有的波长一样波长um损耗dB/km0.81.01.21.41.61.8红外吸收紫外吸收瑞利散射波导散射第3章 现代传输技术3. 弯曲损耗弯曲损耗曲率比光纤的半径大得多的损耗。4. 微弯损耗微弯损耗光纤的轴产生的微米级的弯曲产生的损耗。机理：侧压力使得纤芯微小弯曲产生模式变换。第3章 现代传输技术波长m损耗dB/km0.81.01.21.41.61.8红外吸收紫外吸收瑞利散射波导散射OH吸收0.851.311.55第3章 现代传输技术光纤色散光纤色散色色散散(Dispersion)：在光纤中传输的光信号，由于不同成分的光的时间延迟不同而产生的一种物理效应。模式色散模式色散
14、由于不同模式的时间延迟不同而产生的，它取决于光纤的折射率分布，并和光纤材料折射率的波长特性有关。模式1模式2T1T2T移入脉冲第3章 现代传输技术 波导色散波导色散由于波导结构参数与波长有关而产生的，它取决于波导尺寸和纤芯与包层的相对折射率差。 材料色散材料色散由于光纤的折射率随波长而改变，以及模式内部不同波长成分的光(实际光源不是纯单色光)，其时间延迟不同而产生的。这种色散取决于光纤材料折射率的波长特性和光源的谱线宽度。色散对光纤传输系统的影响色散对光纤传输系统的影响模拟信号：带宽（bandwith）数字信号：脉冲展宽(pulsebroadening)传输距离受限传输距离受限第3章 现代传输
15、技术式中n、m、w分别为模式色散、材料色散和波导色散。色散的表示色散的表示时域频域光纤带宽|H(f3dB)/H(0)|=1/2一般，频率响应|H(f)|随频率的增加而下降，这表明输入信号的高频成分被光纤衰减了。受这种影响，光纤起了低通滤波器的作用。第3章 现代传输技术光纤3dB光带宽f3dB和脉冲展宽、定义第3章 现代传输技术多模光纤的色散多模光纤的色散多模光纤折射率分布用n(r)表示，单位长度光纤第q阶模式群产生的时间延迟式中，c为光速，k=2/，为光波长。长度为L的多模光纤rms脉冲展宽为模间为模式色散产生的rms脉冲展宽模内为模内色散产生的rms脉冲展宽材料色散为主，其他可忽略。第3章
16、现代传输技术单模光纤的色散单模光纤的色散色度色散(ChromaticDispersion)：材料色散和波导色散。它是时间延迟随波长变化产生的结果。单位长度光纤的时间延迟单位长度的单模光纤色散系数波导色散材料色散第3章 现代传输技术第3章 现代传输技术数值孔径数值孔径(Numerical Aperture, NA)=0.01，n1=1.5，得到NA=0.21或c=12.2第3章 现代传输技术NA体现光纤接收和传输光的能力pNA(或c)越大，光纤接收光的能力越强，从光源到光纤的耦合效率越高。p对于无损耗光纤，在c内的入射光都能在光纤中传输。pNA越大，纤芯对光能量的束缚越强，光纤抗弯曲性能越好。p
17、NA越大经光纤传输后产生的信号畸变越大，因而限制了信息传输容量。第3章 现代传输技术n3n2n1n1n4n2n4n3n5n5a渐变光纤的传播第3章 现代传输技术光纤的温度特征光纤的温度特征光纤的温度特性是指在高温和低温对光纤的损耗的影响，尤其是低温的影响。低温影响的机理：涂敷比纤芯的热涨冷缩系数大得多温度（）损耗（dB/km）0-20-40-601020第3章 现代传输技术光纤的几何特征光纤的几何特征光纤的几何特性外径内径不圆度偏心度光纤的制造工艺似的光纤几何形状不是理想情况第3章 现代传输技术纤芯直径：d=(dmax+dmin)/2包层直径：D=(Dmax+Dmin)/2纤芯不圆度：芯=(d
18、max-dmin)/d*100%包层不圆度：包包=(Dmax-Dmin)/D*100%同心度：C=X/d*100%DminDmaxdmaxdmin影响耦合和偏振模色散第3章 现代传输技术提纯提纯去掉光纤原料中的杂质，以降低杂质吸收。工艺流程： 光纤的制造工艺光纤的制造工艺熔炼熔炼将提纯后的材料合成一定折射率分布的预制棒。（制棒）拉丝拉丝将预制棒拉制成原折射率分布的光纤。套塑套塑为保证光纤的机械性能将光纤涂覆层外加一层热塑材料。第3章 现代传输技术拉拉丝丝第3章 现代传输技术第3章 现代传输技术 光缆光缆在工程中需要将光纤制成不同结构、不同形状和不同种类的光缆以适应光纤通信的需要。光缆一般由缆芯
19、和护套两部分组成，有时在护套外面加有铠装。(a)紧套；(b)松套；(c)大套管；(d)带状线第3章 现代传输技术 对光缆的要求对光缆的要求机械性能好：保证光纤经得起拉伸、冲击、弯曲等影响。防护性能好：使光纤防水，防潮，防鼠，防雷，防腐。传输性能好：避免工程中带来的附加损耗或色散。第3章 现代传输技术光缆的基本结构光缆的基本结构加强件 一般由钢丝或增强塑料嵌在光纤中，用以承受拉伸负荷。光缆护套 一般由塑料材料制造，保护光缆芯受到机械外力和环境的影响。防潮层 光纤非常怕水，一般用密封铝制金属或阻水纱防潮。填料 防止水气进入。要求：抗水性好，温度性能好，无毒，不易燃。铠装 增加机械强度， 防鼠，防虫
20、，防人为损伤。第3章 现代传输技术光纤的典型结构光纤的典型结构光纤油膏加强件护套松套管中中心心管管式式光光缆缆第3章 现代传输技术层绞式结构光缆层绞式结构光缆加强芯纤芯套塑填充料防潮层内护套铠装外护套第3章 现代传输技术特种光缆第3章 现代传输技术光缆的基本结构(a)层绞式；(b)单位式；(c)骨架式；(d)带状第3章 现代传输技术光缆的种类光缆的种类在公用通信网中用的光缆结构如下表所示。第3章 现代传输技术3.1.4 光纤的中继距离光纤的中继距离 中继距离受光纤线路损耗和色散(带宽)的限制，明显随传输速率的增加而减小。 中继距离和传输速率反映着光纤通信系统的技术水平。 中继距离受损耗的限制中
21、继距离受损耗的限制损耗限制系统损耗限制系统：当传输的带宽与码速相比足够大时，色散对中继的影响可以忽略，只考虑损耗的影响。第3章 现代传输技术 损耗限制系统中继距离的估算损耗限制系统中继距离的估算 Pt(dBm) Pr(dBm)ac(dB)af(dB/km)ac(dB)as(dB/km)Pt 平均发射光功率平均发射光功率(dBm)， f 光纤损耗系数光纤损耗系数(dB/km), Pr 接收灵敏度接收灵敏度(dBm)， s 每每km光纤平均接头损耗光纤平均接头损耗(dB/km), c 连接器损耗连接器损耗(dB/对对)， Mc 为每为每km光纤线路损耗余量光纤线路损耗余量(dB/km), Me 系
22、统余量系统余量(dB)，L 中继距离中继距离(km)。第3章 现代传输技术第3章 现代传输技术 中继距离受色散中继距离受色散(带宽带宽)的限制的限制如果系统的传输速率较高，光纤线路色散较大，中继距离主要受色散(带宽)的限制。对于数字光纤线路系统而言，色散增大，意味着数字脉冲展宽增加，因而在接收端要发生码间干扰，使接收灵敏度降低，或误码率增大。严重时甚至无法通过均衡来补偿，使系统失去设计的性能。LD-中继距离（中继距离（Km）B-线路码速（线路码速（Mbps）D-色散系数（色散系数（ps/kmnm）-常系数，与光源有关，多纵模光源取常系数，与光源有关，多纵模光源取0.115，单纵模光源，单纵模光
23、源0.306 第3章 现代传输技术3.1.5 光波分复用系统光波分复用系统时分复用(TDM)光时分复用(OTDM)光波分复用(WDM)光频分复用(OFDM)副载波复用(SCM)第3章 现代传输技术WDM：光纤上单个波长(一个波长为一个光信道)的传输变为多个波长同时传输(多个光信道),从而大大提高了信息传输容量。信道频率间隔为10GHz，在理想情况下，一根光纤可以容纳3000个信道。3000个信道第3章 现代传输技术目前国际上已商用的WDM系统有42.5Gb/s(10Gb/s),82.5Gb/s(20Gb/s),162.5Gb/s(40Gb/s),402.5Gb/s(100Gb/s),3210G
24、b/s(320Gb/s),4010Gb/s(400Gb/s)。第3章 现代传输技术 WDM技术的主要特点技术的主要特点1. 充分利用光纤的巨大带宽资源充分利用光纤的巨大带宽资源 光纤具有巨大的带宽资源(低损耗波段)，WDM技术使一根光纤的传输容量比单波长传输增加几倍至几十倍甚至几百倍，从而增加光纤的传输容量，降低成本，具有很大的应用价值和经济价值。 2. 同时传输多种不同类型的信号同时传输多种不同类型的信号 由于WDM技术使用的各波长的信道相互独立，因而可以传输特性和速率完全不同的信号，完成各种电信业务信号的综合传输，如PDH信号和SDH信号，数字信号和模拟信号，多种业务(音频、视频、数据等)
25、的混合传输等。第3章 现代传输技术4. 降低器件的超高速要求降低器件的超高速要求 随着传输速率的不断提高，许多光电器件的响应速度已明显不足，使用WDM技术可降低对一些器件在性能上的极高要求，同时又可实现大容量传输。 3. 节省线路投资节省线路投资 采用WDM技术可使N个波长复用起来在单根光纤中传输，也可实现单根光纤双向传输，在长途大容量传输时可以节约大量光纤。另外，对已建成的光纤通信系统扩容方便，只要原系统的功率余量较大，就可进一步增容而不必对原系统作大的改动。5. 高度的组网灵活性、高度的组网灵活性、 经济性和可靠性经济性和可靠性 WDM技术有很多应用形式，如长途干线网、广播分配网、多路多址
26、局域网。可以利用WDM技术选择路由，实现网络交换和故障恢复，从而实现未来的透明、灵活、经济且具有高度生存性的光网络。 第3章 现代传输技术 光波分复用系统组成光波分复用系统组成第3章 现代传输技术 光波分复用传输原理光波分复用传输原理光波分复用传输系统WDM传输原理图如下图所示。第3章 现代传输技术16通路和8通路WDM系统中心波长（频率）第3章 现代传输技术 光波分复用系统结构光波分复用系统结构光波分复用系统（WDM）主要由光发射机、光接收机、光放大器、光纤（光缆）、光监控信道和网络管理系统6部分组成。WDM系统结构示意图合成多路光信号把符合ITUTG.957建议的非特定波长的光信号转换成符
27、合ITUTG.692建议的具有稳定 的 特 定 波 长 的 光 信 号从主信道光信号中分出特定波长的光信号监控系统内各信道的传输情况经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系统进行管理第3章 现代传输技术 光波分复用系统的主要设备光波分复用系统的主要设备该系统的主要设备有:光转发器(OTU)、光合波器/分波器、光纤放大器。1. 光转发器光转发器在光波分复用系统中,首先要把从客户来的光信号,转换成标准波长光信号后,再送入合波器。目前,采用的技术方式仍然是光/电/光(O/E/O)的转换方式2. 光波分复用器和解复用器光波分复用器和解复用器能将不同光源波长的光信号合在一起,经一根光纤
28、输出传输的器件叫合波器，又称复用器；反之,将经一根光纤送来的多波长光信号分解为不同波长分别输出的器件叫分波器,又称解复用器。第3章 现代传输技术光栅型光波分复用器结构示意图 第3章 现代传输技术光波分复用器和解复用器对系统传输质量起着决定性影响。对它们的主要要求是:损耗及其偏差要小;信道间的干扰要小;通道损耗要平坦;偏振的相关性要低。第3章 现代传输技术传统放大技术传统放大技术放大整形判决再生O/EE/O缺点：缺点： 1、设备复杂。、设备复杂。 2、稳定性可靠性不够、稳定性可靠性不够. 3、不利于波分复用。、不利于波分复用。 4、光电转换限制通信的容量。、光电转换限制通信的容量。 未来全光网络
29、（未来全光网络（AON）的发展趋势：光复用、光交换、光路由，所以必）的发展趋势：光复用、光交换、光路由，所以必须在光传输上实现全光化。须在光传输上实现全光化。3. 掺铒光纤放大器掺铒光纤放大器(EDFA) 在光波分复用系统中在光波分复用系统中, 光纤放大器是关键设备光纤放大器是关键设备, 它是将光波信号直接放大它是将光波信号直接放大的一种器件。的一种器件。第3章 现代传输技术 光波分复用线路光纤光波分复用线路光纤G.652光光纤纤：1310nm波长性能最佳单模光纤,适用于1310nm和1530以下的单通路中;G.653光光纤纤：在1550nm波长性能最佳的单模光纤,此光纤零色散从1310nm移
30、至1530nm工作波长,所以又称为色散移位光纤,主要用在SDH系统;G.654光光纤纤：称为截止波长移位的单模光纤,主要用于海底光纤通信;G.655光光纤纤：称之为非零色散移位单模光纤,它使零色散技术不在1550nm,而将移至1570nm及15101520nm附近,主要用于1530nm工作波长源,在较长距离的波分复用中应用。第3章 现代传输技术 3.1.6 SDH光传输系统光传输系统 PDH数字光纤传输系统数字光纤传输系统PDH接口主要PCM端机以PCM3032路基群即2Mbs速率接口为基础,采用按码位异步复接方式,按一定帧结构进行逐级复接形成一、二、三、四次群接口信号。第3章 现代传输技术随
31、着光通信技术的发展,PDH系列设备只在公网中用作市话网的中继传输系统,但是,在许多专用信息传输系统中它也得到广泛应用。在我国公用电话网及数据网中,PDH系列的数字结构,主要用于数字网络接口标准,特别是2Mbs速率的接口,在数据、卫星、移动通信系统中普遍采用。第3章 现代传输技术1. PDH系统电接口主要参数系统电接口主要参数CCITT在G703协议中,对以2.048Mb/s为基础的PDH系列规定接口特性、速率、码型,如下表所示。PDH系列规定的电接口主要参数第3章 现代传输技术2. PDH系统光接口主要参数系统光接口主要参数系统光接收灵敏度,当BER=110-10时所需的最低接口光功率如下表所
32、示。系统发光功率第3章 现代传输技术SDH光同步数字传输系统的概念光同步数字传输系统的概念SDH系统是国际电联(ITU-T)在20世纪80年代后期推出的一种光传输数字通信体系。SDH系列,实质上是在光纤上进行同步信息传输的一些网络单元(NE)。它有国际上统一的网络节点接口(NNI),从而简化了信号互通和信号的传输复接,交叉连接和交换过程。第3章 现代传输技术NNI的位置示意图第3章 现代传输技术它有一套标准化的信息结构等级,称为“同步传输模块”STM-N(N为1,4,16,64,)。第3章 现代传输技术SDH系统的特点系统的特点SDH系统是采用以字节间插同步方式复接,而成为更高等级的SDH传送
33、模块STM-N的,因此,从STM-N中容易分出支路信号,分/插复用灵活,可动态改变网络配置。有充足的开销,有可扩展的管理维护(OAM)能力。兼容了国际上1.544Mb/s和2.048Mb/s系列,为国际通信接口提供方便。STM-N信号帧中,含有线路终端功能,便于光电合一,光接口标准化,SDH具有横向兼容性,设备可在多供货商环境下互通。第3章 现代传输技术有效网管和网络动态配置,容易实现自愈环的组网,提高网络可用性,并能降低维护费用。8kHz帧频与字节同步复用,为将SDH传输终端综合进数字交换并简化交换设备提供了可能。适用于支撑(ITU-T)关于B-ISDN用户/网接口标准速率定为155Mb/s
34、和622Mb/s,而且已建议采用STM帧作为传送ATM信元物理层的一种方式,从而使SDH成为支撑B-ISDN的重要传输手段。 综上所述综上所述, 可归纳为三大特点可归纳为三大特点: 有标准光接口有标准光接口; 同步字节复用同步字节复用(复接复接); 强大的网络管理功能。强大的网络管理功能。第3章 现代传输技术SDH 系统的不足：系统的不足： 由于增加了大量的维护管理比特,因此频带利用率不如PDH系统。如果按收容2.048Mb/s的STM-1(155.520Mb/s),SDH只有63个2Mb/s(PDH四次群有64个)。由于在复接中采用了指针调整技术,使技术设备复杂。由于大量采用了软件技术进行控
35、制、管理与维护,如果出现人为和设备、软件故障及计算机病毒侵入,会导致系统发生重大故障,甚至造成系统瘫痪。第3章 现代传输技术SDH的开销的开销(OH)功能功能1. 开销开销(OH)的概念的概念在帧结构中安排的一些特殊比特，在SDH系统中作为段层和通道层运行、管理、监视和维护用的比特。2. 开销分类开销分类1)段开销SOH2)通道开销Vc-POH第3章 现代传输技术STM-1SOH字节安排再生段开销再生段开销复用段开销复用段开销第3章 现代传输技术SDH系列的复用系列的复用 复用结构复用结构SDH复接过程:由一些基本单元(容器)经过若干复接步骤,并采用了负荷的指针技术,这样可避免复用设备接口滑动
36、,又可以容易地接入同步净负荷,因而这是复接的一个重要革新。第3章 现代传输技术C-n是标准容器是标准容器： 用来装载现有用来装载现有PDH的各支路信号，并完成速率适配处理的功能。的各支路信号，并完成速率适配处理的功能。VC是虚容器是虚容器：在标准容器的基础上，加入少量通道开销：在标准容器的基础上，加入少量通道开销(POH)字节。字节。VC的包络与网络同步，的包络与网络同步，但其内部则可装载各种不同容量和不同格式的支路信号。但其内部则可装载各种不同容量和不同格式的支路信号。 引入虚容器的概念，使得不必了解支路信号的内容，便可以对装载不同支路信号的引入虚容器的概念，使得不必了解支路信号的内容，便可
37、以对装载不同支路信号的VC进进行同步复用、交叉连接和交换处理，实现大容量传输。行同步复用、交叉连接和交换处理，实现大容量传输。管理单元管理单元(AU)和支路单元和支路单元(TU)：在：在VC 的前面加上管理单元指针的前面加上管理单元指针(AU PTR)， 以进行定位校准。以进行定位校准。支路单元组支路单元组(TUG)和管理单元组和管理单元组(AUG)第3章 现代传输技术我国制定的行业标准有3种:C-12(PDH2.048Mb/s)、C-3(34.368Mb/s)和C-4(139.264Mb/s),如图5-13所示。我国的SDH基本复用结构139264kb/s34368kb/s2048kb/s第
38、3章 现代传输技术 复用过程复用过程1)映射所谓映射,就是把PDH系列各种速率数字信号或ATM信元经过适配处理（速率调整）进入虚容器Vc的过程。(1)PDH系列的映射(2)ATM信元映射第3章 现代传输技术2)指针调整(1)指针描述。指针可以认为是Vc在AU或TU帧内提供的一种灵活和动态定位的方法,因此指针不仅能容纳Vc和SOH在相位上的差别,而且能够容纳帧速率的差异。(2)指针分类。指针(PTR)主要有AU-PTR和TU-PTR两类。AU-PTR主要指AU-4PTR;TU-PTR主要指TU-11和TU-12以及TU-3PTR。3)通道开销Vc-POH第3章 现代传输技术4)复用过程复用过程可
39、用下列式子来表述:C-n+Vc-nPOH=Vc-nVc-n+TU-nPTR=TU-nTU-nN=TUG2TUG2N=TUG3AU-nN=AUGAUGN=STM-NSTM-1N=STM-N第3章 现代传输技术例例 1 利用利用AU-4复用线路直接从复用线路直接从C-4复用的方法复用的方法, 步骤如图：步骤如图： 第3章 现代传输技术SDH设备设备SDH设备是根据SDH帧结构和复接方法来设计的。SDH设备分为终端复用设备(TM)、分/插复用设备(ADM)和同步数字交叉连接设备(DXC)等。这些设备都是由各种逻辑功能块组合而成的。SDH 传输网的典型拓扑结构传输网的典型拓扑结构第3章 现代传输技术T
40、M终端复用器TM的主要功能是实现将PDH信号(指G703协议接口信号或STM-N信号)复接成高速的STM-M信号(MN)并完成电光相互转换,使其在光纤中传输。第3章 现代传输技术ADM分/插复用设备ADM设备充分体现了SDH系统的特点,在SDH系统中具有比PDH更灵活的上、下电路功能。ADM设备可以替代TM作为终端复用器,它可在系统中间站方便地将支路信号从主信号码流中提取出来,也可将支路信号方便地插入到主信号码流中。第3章 现代传输技术数字交叉连接设备SDXC类似于交换机，它一般有多个输入和多个输出，通过适当配置DXC可提供不同的端到端连接。第3章 现代传输技术SDH传送网分层模型传送网分层模
41、型SDH传送网是对SDH信号系统进行分层描述的一种模型。SDH传送网分为三层：电路层、通道层和传输媒体层。第3章 现代传输技术SDH传送网分层模型1) 电路层电路层 电路层主要为用户提电路层主要为用户提供各种数字业务信号。包供各种数字业务信号。包括电路交换网提供的语声括电路交换网提供的语声信号信号; 分组交换网提供的分组交换网提供的数据信号以及数据信号以及PDH系列异系列异步电路传输信号等；步电路传输信号等；2) 通道层通道层 通通道道层层主主要要实实现现使使电电路路层层信信号号通通过过接接口口并并使使之之进进入入SDH终终端端的的功功能能。其其步步骤骤是是首首先先通通过过适适配配进进入入虚虚
42、容容器器处处理理后后在在高高阶阶复复用用(接接)汇汇合合, 并并提提供供通通道道连连接接和和通通道道监监视视等等功能。功能。 3) 传输媒体层传输媒体层 传输媒体层又分为段层和物理媒体层。传输媒体层又分为段层和物理媒体层。第3章 现代传输技术段层:可分为复用段层和再生段层,其中,复用段层为通道层提供同步和复用功能,完成复用段开销MSOH处理和传递;再生段层获得再生器与复用段终端之间的信息传递,如定帧、扰码、解扰、再生段误码监测、再生段开销RSOH处理、监视和传递等。物理媒体层:可分为光纤、电缆、微波和卫星传输媒体。第3章 现代传输技术SDH系统组网系统组网我国的SDH系统的网络结构,一般都采用
43、有自愈功能的环型网结构及少部分的点对点线性结构(一级干线),全国SDH系统组网分为四个层面。第3章 现代传输技术我国的我国的SDH网络结构网络结构网型网结构,并辅以少量线型网具有STM-N接口和PDH系列的140Mb/s接口。有PDH的2Mb/s、34Mb/s和140Mb/s接口,也有SDH系列接口由ADM组成各类自愈环,也可以以路由备用方式构成两节点环。它是SDH网中最庞大、最复杂的部分,正在向FTTC、FTTB、FTTH发展。第3章 现代传输技术SDH系统的保护系统的保护自愈保护的提出：通信网络的生存性已成为现代网络规划设计和运行的关键率因素之一。自愈保护的定义：当网络发生故障时，无需人工
44、干预，设备即可在极短的时间内自动恢复所携带的业务。通常，倒换时间之短，以至于用户感觉不到网络已出了故障。第3章 现代传输技术先决条件：存在冗余路由工作原理：为受保护业务建立一条冗余路由，当工作路由出现故障时，业务自动切换到冗余路由，并重新建立连接关系，以保证业务连续性，从而起到自愈保护的作用SR第3章 现代传输技术自愈保护的倒换时间自愈保护的倒换时间业务恢复时间业务恢复时间交换业务的连接丢失情况交换业务的连接丢失情况 50200ms业务丢失概率10s所有通信会话丢失连接5min数字交换机阻塞第3章 现代传输技术自愈保护的时间门限自愈保护的时间门限p50ms：作为ITU-T规定的设备倒换时间门限
45、，中断时间小于50ms，可以满足多数电路交换网的话带业务和中低速数据业务的质量要求；p2s：作为网络恢复的目标值（连接丢失门限CDT），中断时间小于2s，可保证中继传输和信令网的稳定性，电话、数据、图象等多数用户可忍受第3章 现代传输技术自愈保护的方式自愈保护的方式p按照网络拓扑划分链形网络业务保护 环形网络业务保护 环间业务保护p按照保护段层划分通道保护 复用段保护逻辑子网保护第3章 现代传输技术链形网络业务保护链形网络业务保护p通道1+1保护p复用段1+1保护p复用段1:1保护第3章 现代传输技术链形网通道链形网通道1+1保护保护p以通道为基础，倒换与否由通道信号质量的优劣而定，保护颗粒可
46、以为AU4/TU3/TU12；p基于并发优收原则：发送端，业务信号同时馈入工作通路和保护通路；接收端，选择二者中质量较高的；p通常利用简单的PATH-AIS信号作为倒换依据，倒换时间较短。ETOLOLCSOLOLCSET第3章 现代传输技术链形网复用段链形网复用段1+1保护保护ETOLOLCSOLOLCSETp以复用段为基础，倒换与否由每两站间的复用段信号质量的优劣而定,保护颗粒为AU4；p基于并发优收原则：发送端，业务信号同时馈入工作通路和保护通路；接收端，选择二者中质量较高的；p通常利用LOS，LOF，MS-AIS和MS-EXC作为倒换条件。第3章 现代传输技术主用业务额外业务ETOLCS
47、OLOLOLCSETETET链形网复用段链形网复用段1:1保护保护p可以在保护通路上开通低优先级的额外业务；p当工作通路发生故障时，保护通路将舍弃额外业务，并根据APS协议，通过跨接和切换将主用业务改为保护通路传送；第3章 现代传输技术环形网络业务保护环形网络业务保护p 二纤单向通道保护p 二纤双向通道保护p 二纤双向复用段保护p 四纤双向复用段保护二纤或四纤描述的是相邻两个网元之间的光纤数目，例如：相邻两个网元之间存在用于收发的两根光纤，则为二纤；单/双向描述业务传递的流向或路径第3章 现代传输技术p业务在A与C之间传递l 单向业务，传递路由不同l 双向业务，传递路由相同第3章 现代传输技术
48、ETOLOLAETOLOLCOLOLOLOLBD基于并发优收的工作原理工作通道保护通道二纤单向通道倒换环二纤单向通道倒换环第3章 现代传输技术ETOLOLAETOLOLCOLOLOLOLBDETOLOLAETOLOLCOLOLOLOLBD单纤故障双纤故障倒换结果倒换结果第3章 现代传输技术ETOLOLAETOLOLCOLOLOLOLBD工作通道保护通道基于并发优收的工作原理二纤双向通道保护二纤双向通道保护第3章 现代传输技术ETOLOLAETOLOLCOLOLOLOLBDETOLOLAETOLOLCOLOLOLOLBD单纤故障双纤故障倒换结果倒换结果第3章 现代传输技术 二纤环网通道保护小结二
49、纤环网通道保护小结p二纤环网的单/双向通道保护，在工作过程中可以相互转化，不存在优劣的比较；p二纤环网单/双向通道保护，对网络速率没有任何限制，网络容量固定为STM-N；p环上无节点数目限制，倒换时间短；p不能传送额外业务，只能基于1+1保护，适用于集中型业务的保护；p可以利用网管进行返回式设置。第3章 现代传输技术ETOLOLAETOLOLCOLOLOLOLBD利用后一半时隙保护前一半时隙，例如：STM-16的网络中，采用东向光板的#9#16AU4保护西向光板的#1#8AU4二纤双向复用段保护二纤双向复用段保护第3章 现代传输技术ETOLOLAETOLOLCOLOLOLOLBD正常状态正常状
50、态第3章 现代传输技术ETOLOLAETOLOLCOLOLOLOLBD倒换结果倒换结果第3章 现代传输技术 二纤环网复用段保护小结二纤环网复用段保护小结p二纤环网采用复用段保护，网络容量为STM-NK/2，其中STM-N为网络速率，K为网元数目；p二纤环网采用复用段保护时，网络速率应大于或等于STM-4；p环上最多存在16个ADM网元，倒换时间稍长；p可传送额外业务,适用于分散型业务的保护。第3章 现代传输技术支持跨环和跨段两种倒换方式ETAOLBOLOLOLOLETCOLOLOLOLOLOL OLOLDOLOL OL业务四纤双向复用段保护四纤双向复用段保护第3章 现代传输技术跨环倒换跨段倒换
51、ETAOLBOLOLOLOLETCOLOLOLOLOLOLOLOLDOLOLOLETAOLBOLOLOLOLETCOLOLOLOLOLOLOLOLDOLOLOL倒换结果倒换结果第3章 现代传输技术四纤环网复用段保护小结四纤环网复用段保护小结p四纤环网采用复用段保护，网络容量为STM-NK，其中STM-N为网络速率，K为网元数目；p四纤环网采用复用段保护时，对设备的要求较高；p可传送额外业务,适用于分散型业务的保护。第3章 现代传输技术项目二纤单/双向通道二纤双向复用段四纤双向复用段节点数KKK线路速率 STM-N STM-N STM-N 环传输容量 STM-N K/2*STM-N k*STM-
52、N APS协议不用用用倒换时间20ms2050ms2050ms节点成本低中高系统复杂性简单 复杂 复杂主要应用场合接入网、中继网等（集中型业务）中继网、长途网等 （分散型业务）中继网、长途网等（分散型业务）环网保护小结环网保护小结第3章 现代传输技术SDH系统的网络管理系统的网络管理SDH网络管理等级网络管理等级网络管理等级NCL对所辖网络进行集中式或分布式控制、管理。单元管理层直接控制设备,其功能由NCL分配,如保护规划、告警过滤、协议转换等。第3章 现代传输技术SDH网络管理功能网络管理功能p一般功能嵌入控制通路的管理:为了SDHNE间能进行通信,必须对构成其逻辑通信链路的ECC进行有效的
53、管理。时间标记:是以1s为单位的时间标记,时间应由NE的本地实时时钟来显示。其他一般功能:包括安全、软件下载、远端注册等。p故障管理告警监视:涉及到网络中发生的事件/条件的检出报告。告警历史管理:涉及告警记录。主要存储器按要求记录或读出。第3章 现代传输技术故障诊断测试。p性能管理性能数据采集:按协议G82X规定的误码性能有关事件采集,这些事件是利用SDH帧结构中有关性能基元采集的。性能数据报告:性能数据经OS/NE接口报告。在不可用时间内的性能监视。p配置管理。配置管理按TMN原理,主要实施对网络单元的控制、识别和数据交换。p安全管理。安全管理涉及注册、口令和安全等级等。第3章 现代传输技术
54、p账目(计费)管理。账目管理涉及计费功能和资费功能。SDH设备网管接口设备网管接口SDH网络管理主要有Q接口和F接口。pQ接口：它包含有电信管理网中的信息结构的全部七层功能,可参阅电信TMN内容。pF接口:是SDH设备与计算机接口。p协议栈:协议是指计算机与设备之间的一系列约定,而协议栈则为按程序堆积起来的协议。第3章 现代传输技术SDH网管信息的传送通道网管信息的传送通道p由DCC支持的SDHECC传送。pSDH系统以外的X.25网络传送。pSDH的DCC通道协议。第3章 现代传输技术SDH系统同步与定时系统同步与定时数字同步网的时钟种类数字同步网的时钟种类p铯原子钟：长期频率稳定度10-1
55、310-14，价格昂贵，短期稳定度差;p铷原子钟：体积小，预热时间短，短期稳定度高，价格便宜，但长期稳定性低于铯原子钟;pGPS：与大楼综合定时源（BITS）内部时钟和GPS接收机内部时钟综合，才能得到长期和短期都能满足要求的定时信号;p石英晶体振荡器：可靠性高，寿命长，价格低，频率稳定度范围很宽，但长期频率稳定度不好第3章 现代传输技术数字同步网的同步方式数字同步网的同步方式p全同步方式l主从同步方式：正常工作模式，保持模式，自由运行模式l互同步方式p准同步方式（独立时钟方式）p主从同步和准同步相结合的混合方式pITU-T时钟分级l基准主时钟，该时钟由G.811规范为PRCl转接局从时钟，该
56、时钟由G.812规范为SSU-Al端局从时钟，该时钟由G.812规范为SSU-BlSDH的网元时钟，该时钟由G.813规范为SEC第3章 现代传输技术我国数字同步网的时钟分级我国数字同步网的时钟分级我国的数字同步网采用三级主从同步方式我国的数字同步网采用三级主从同步方式p一级基准时钟分为两种l全网基准钟（PRC）：由自主运行的铯原子钟组或铯原子钟组与卫星定位系统GPS组成;l区域基准钟（LPR）：由卫星定时系统GPS和铷原子钟组成p二级基准时钟（SSU-T）：铷原子钟或高稳晶体钟组成p三级节点时钟（SSU-L）：高稳晶体钟组成第3章 现代传输技术同步定时信号的分配同步定时信号的分配p局内分配：
57、所有网元时钟都直接从本局内最高质量的时钟BITS获取定时p局间分配：一般采用树型结构使SDH网内的所有节点都能同步第3章 现代传输技术SDH的时钟源种类及对同步网的影响的时钟源种类及对同步网的影响pSDH的时钟源种类l外部时钟源l线路时钟源l支路时钟源l设备内置时钟源pSDH对同步网的影响l指针调整会在SDH/PDH网络边界产生很大的相位跃变l允许不同规格的净负荷实现混合传输，对网络同步规划不利l自愈环、路由备用和DXC的自动配置功能在提供灵活性和高生存性的同时，也给网同步定时的选择带来了复杂性第3章 现代传输技术8已知某一光纤链路参数有：光纤长度为24km，LD的输出光功率为2mW，光纤的损耗为0.6dB/km，光源与光纤之间的连接损耗为2.2dB，光纤与光检测器之间的连接损耗为1.8dB。忽略光纤的连接损耗、弯曲损耗，确定光检测器接收的光功率(以dBm和W为单位)。第3章 现代传输技术习习 题题1计算下列波长的光波的频率。(1)370nm(2)1310nm(3)1550nm(4)7800(5)63284已知某单模光纤，其纤芯和包层的折射率分别为1.5和1.45，试求该阶跃光纤的NA。5试求上题光纤的截止频率。
