第5章光纤通信课件

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1、第第5章光纤通信章光纤通信 本章学习要点本章学习要点1、光纤通信系统的概念及组成 2、光纤、光缆、光发送机与光接收机 3、同步数字系列SDH的概念及原理 4、光波分复用（WDM）的概念及原理 5、MSTP的概念、原理及应用 6、ASON的概念、原理及应用 5.1 光纤通信概述光纤通信概述5.2 光纤通信系统光纤通信系统 5.3 同步数字系列（同步数字系列（SDH）5.4光波分复用（光波分复用（WDM） 5.5多业务传送平台（多业务传送平台（MSTP） 5.6 自动交换光网络（自动交换光网络（ASON） 5.7 光纤孤子通信技术光纤孤子通信技术 5.8 光网络的发展趋势光网络的发展趋势 5.1

2、光纤通信发展的历史和现状光纤通信发展的历史和现状 探索时期的光通信探索时期的光通信 在在这这个个时时期期，美美国国麻麻省省理理工工学学院院利利用用He - Ne激激光光器器和和CO2激光器进行了大气激光通信试验。激光器进行了大气激光通信试验。由由于于没没有有找找到到稳稳定定可可靠靠和和低低损损耗耗的的传传输输介介质质， 对对光光通通信信的的研究曾一度走入了低潮。研究曾一度走入了低潮。 1960年年，美美国国人人梅梅曼曼(Maiman)发发明明了了第第一一台台红红宝宝石石激激光光器器， 给给光光通通信信带带来来了了新新的的希希望望。激激光光器器的的发发明明和和应应用用， 使使沉睡了沉睡了80年的

3、光通信进入一个崭新的阶段。年的光通信进入一个崭新的阶段。 1880年年，美美国国人人贝贝尔尔(Bell)发发明明了了用用光光波波作作载载波波传传送送话话音音的的“光电话光电话”。贝尔光电话是现代光通信的雏型。贝尔光电话是现代光通信的雏型。 原原始始形形式式的的光光通通信信:中中国国古古代代用用“烽烽火火台台”报报警警，欧欧洲洲人人用旗语传送信息。用旗语传送信息。 5.1.2 现代光纤通信现代光纤通信 1966年年，英英籍籍华华裔裔学学者者高高锟锟(C.K.Kao)和和霍霍克克哈哈姆姆(C.A.Hockham)发发表表了了关关于于传传输输介介质质新新概概念念的的论论文文，指指出出了了利利用用光光

4、纤纤(Optical Fiber)进进行行信信息息传传输输的的可可能能性性和和技技术术途途径径，奠奠定定了了现现代代光光通通信信光纤通信光纤通信的基础。的基础。 指指明明通通过过“原原材材料料的的提提纯纯制制造造出出适适合合于于长长距距离离通通信信使使用用的的低低损损耗耗光光纤纤”这这一一发发展展方方向向诺贝尔奖得主 高锟(1933年年11月月4日日)，英国华，英国华裔科学家，生于中国上海金山裔科学家，生于中国上海金山区。光纤通讯、电机工程专家。区。光纤通讯、电机工程专家。光纤之父，前香港中文大学校光纤之父，前香港中文大学校长。美国国家工程院院士、英长。美国国家工程院院士、英国皇家工程科学院院

5、士、英国国皇家工程科学院院士、英国皇家艺术学会会员和瑞典皇家皇家艺术学会会员和瑞典皇家工程科学院外籍院士，台湾中工程科学院外籍院士，台湾中央研究院院士。央研究院院士。1996年当选中年当选中国科学院外籍院士。国科学院外籍院士。 用石英基玻璃纤维进行长距离信息传递，将带来一场通讯事业的革命，并提出当玻璃纤维损耗率下降到20分贝/公里时，光纤通讯即可成功。 1970年，年，光纤光纤研制取得了重大突破研制取得了重大突破 1970年年 ， 美美 国国 康康 宁宁 (Corning)公公 司司 研研 制制 成成 功功 损损 耗耗20dB/km的的石英光纤石英光纤。把光纤通信的研究开发推向一个新阶段。把光

6、纤通信的研究开发推向一个新阶段。 1972年年，康康宁宁公公司司高高纯纯石石英英多多模模光光纤纤损损耗耗降降低低到到4 dB/km。 1973 年年，美美国国贝贝尔尔(Bell)实实验验室室的的光光纤纤损损耗耗降降低低到到2.5dB/km。1974 年降低到年降低到1.1dB/km。 1976 年年，日日本本电电报报电电话话(NTT)公公司司将将光光纤纤损损耗耗降降低低到到0.47 dB/km(波长波长1.2m)。 在以后的在以后的 10 年中，波长为年中，波长为1.55 m的光纤损耗：的光纤损耗： 1979 年年是是0.20 dB/km，1984年年是是0.157 dB/km，1986 年年

7、是是0.154 dB/km， 接近了光纤最低损耗的理论极限接近了光纤最低损耗的理论极限。 光纤通信的发展可以粗略地分为三个阶段光纤通信的发展可以粗略地分为三个阶段： 第第一一阶阶段段(19661976年年)，这这是是从从基基础础研研究到商业应用的开发时期。究到商业应用的开发时期。 第第二二阶阶段段(19761986年年)，这这是是以以提提高高传传输输速速率率和和增增加加传传输输距距离离为为研研究究目目标标和和大大力力推推广广应用的大发展时期。应用的大发展时期。 第第三三阶阶段段(19861996年年)，这这是是以以超超大大容容量量超超长长距距离离为为目目标标、全全面面深深入入开开展展新新技技术

8、术研研究究的的时期。时期。光纤通信是以光纤通信是以光波为载频、光导纤维（简光波为载频、光导纤维（简称光纤）为传输媒质称光纤）为传输媒质的一种通信方式。的一种通信方式。图图 各种传输线路的损耗特性各种传输线路的损耗特性 5.1.2 光纤通信的特点光纤通信的特点 容许频带很宽，容许频带很宽，传输容量很大传输容量很大 损损耗耗很很小小， 中中继继距距离离很很长长且且误误码码率率很很小小 重量轻、重量轻、 体积小体积小 抗电磁干扰性能好抗电磁干扰性能好 泄漏小，泄漏小， 保密性能好保密性能好 节约金属材料，节约金属材料， 有利于资源合理使用有利于资源合理使用 光纤通信的光纤通信的应用应用 光光纤纤可可

9、以以传传输输数数字字信信号号，也也可可以以传传输输模模拟拟信信号号。光光纤纤在在通通信信网网、广广播播电电视视网网与与计计算算机机网网，以以及及在在其其它它数数据据传传输输系系统统中中， 都都得得到到了了广广泛泛应应用用。光光纤纤宽宽带带干干线线传传送送网网和和接接入入网网发发展展迅迅速速， 是当前研究开发应用的主要目标。是当前研究开发应用的主要目标。 光纤通信的各种应用可概括如下：光纤通信的各种应用可概括如下： 通信网通信网 构成因特网的计算机局域网和广域网构成因特网的计算机局域网和广域网 有线电视网的干线和分配网有线电视网的干线和分配网 综合业务光纤接入网综合业务光纤接入网 SDH 骨干网

10、 SDH 汇聚网 PDH 网络国国际际长长途途传输传输国内长途国内长途传输传输 本地传输本地传输海底光缆海底光缆通信通信国内长途传输节点国内长途传输节点国际长途传输节点国际长途传输节点本地传输骨干节点本地传输骨干节点 本地传输汇聚节点本地传输汇聚节点 陆地光缆陆地光缆通信通信中国电信光缆、微波和卫星的立体传送网中国电信光缆、微波和卫星的立体传送网卫星卫星通信通信微波通信微波通信 5.1.3 光纤通信的工作窗口光纤通信的工作窗口光纤的损耗系数随着波长而变化光纤的损耗系数随着波长而变化，为获得，为获得低损耗特性，光纤通信选用的波长范围在低损耗特性，光纤通信选用的波长范围在 0.81.8m，并称并称

11、0.81.0m为短波长波为短波长波段，段，1.01.8m为长波长波段。为长波长波段。目前光纤通信实用的波长目前光纤通信实用的波长即短波长段的即短波长段的0.85m、长波长波段的长波长波段的1.31m和和1.55m，通常称其为是目前光纤通信的通常称其为是目前光纤通信的三个实用窗三个实用窗口。口。0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5衰减（衰减（dB/km）第一窗口第一窗口第二窗口第二窗口波长波长（m）普通单模光纤的普通单模光纤的衰减随波长衰减随波长变化示意图变化示意图6 5 4 3 2 10。40。2第三窗口第三窗口 C 波段波段15251565nm 1.57 1

12、.62 L波段波段5.2光纤通信系统光纤通信系统 5.2.1光纤与光缆光纤与光缆 (1) 光纤分类与结构(2) 光纤中光波传输原理 (3) 光纤的损耗特性 (4) 光纤的色散特性 (5)光缆结构与分类 光纤的结构和分类光纤的结构和分类光纤由光纤由纤芯和包层两部分纤芯和包层两部分组成，组成，纤芯纤芯完成光信号的传输，包层是为了将光信完成光信号的传输，包层是为了将光信号封闭在纤芯中并保护纤芯号封闭在纤芯中并保护纤芯。纤芯和包。纤芯和包层的层的折射率不同折射率不同，设纤芯、包层的折射，设纤芯、包层的折射率分别为率分别为n1、n2,则则n1n2。 一、一、 光纤的结构光纤的结构 目目前前通通信信用用的

13、的光光纤纤大大多多采采用用石石英英玻玻璃璃(SiO)制制成成的的横横截截面面很很小小的的双双层层同同心心圆圆柱柱体体，未未经经涂涂覆和套塑时称为裸光纤，如图所示。覆和套塑时称为裸光纤，如图所示。 光纤与光缆光纤与光缆 1.光纤的结构光纤的结构石英玻璃、塑料石英玻璃、塑料或晶体或晶体纤芯纤芯(折射率大折射率大)和包层和包层全反射全反射光纤的分类光纤的分类 按工作波长：按工作波长：短波长短波长(850nm)和和长波长长波长(1310nm、1550nm)按传输模式按传输模式(根据光纤中传输模式数量的不同根据光纤中传输模式数量的不同)：多模光纤和多模光纤和单模光纤单模光纤按折射率分布：按折射率分布：阶

14、跃阶跃(突变突变)型型(SI)、渐变渐变(梯度梯度)型型(GI)和和W型型按材料：按材料：石英光纤石英光纤、塑料光纤等、塑料光纤等 光纤的分类光纤的分类 1. 按照光纤横截面上折射率分布不同来分按照光纤横截面上折射率分布不同来分 (1) 阶跃型光纤（阶跃型光纤（突变型多模光纤）突变型多模光纤） (2) 渐变型光纤渐变型光纤 图 三种基本类型的光纤(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 2. 按照传输的总模数来分按照传输的总模数来分 所所谓谓模模式式，实实质质上上是是电电磁磁场场的的一一种种分分布布形形式式。模模式式不不同同，其

15、其分分布布不不同同，根根据据光光纤纤中中传传输输模式数量来分，可分为单模光纤和多模光纤。模式数量来分，可分为单模光纤和多模光纤。 (1) 单模光纤单模光纤(SM-Single mode fiber) (2) 多模光纤多模光纤(MM-Multi mode fiber) 多模光纤62.5/125 m 的光纤的光纤典型距离达典型距离达5英里英里用于用于：CCTV门禁控制系统门禁控制系统内部通讯内部通讯 多模多模多模多模 MMFMMFMMFMMF 单模光纤无限带宽无限带宽810 m典型距离超过典型距离超过5英里英里用于用于：长途电信长途电信长途电视监控及多路切换长途电视监控及多路切换共用天线电视系统共

16、用天线电视系统单模单模单模单模 SMFSMFSMFSMF 光传播的基本知识光传播的基本知识n n1 1n n2 2n n1 1 n n2 2n n1 1n n2 2临界角临界角90900 0临界角临界角n n1 1n n2 2全反射全反射入射角入射角= =反射角反射角1 12 2产生全反射的条件：n1n2 90临界角 图 突变型多模光纤的光线传播原理1. 突变型多模光纤突变型多模光纤 设设纤纤纤纤芯芯芯芯和和包包包包层层层层折折射射率率分分别别为为n1和和n2，空空气气的的折折射率射率n0=1， 纤芯中心轴线与纤芯中心轴线与z轴一致，轴一致， 如下图。如下图。 光光线线在在光光纤纤端端面面以以

17、小小角角度度从从空空气气入入射射到到纤纤芯芯(n0n2)。 改改变变角角度度，不不同同相相应应的的光光线线将将在在纤纤纤纤芯芯芯芯与与包包包包层层层层交交界界面面发生反射或折射。发生反射或折射。 根据根据全反射原理全反射原理， 存在一个临界角存在一个临界角c。 当当c时时，相相应应的的光光线线将将在在交交界界面面折折射射进进入入包包包包层层层层并并逐逐渐消失，如光线渐消失，如光线3。 由由此此可可见见，只只有有在在半半锥锥角角为为c的的圆圆锥锥内内入入射射的的光光束束才能在光纤中传播。才能在光纤中传播。 光纤的传输特性光纤的传输特性1.损耗损耗光纤的传输损耗是影响系统传输距离的重要光纤的传输损

18、耗是影响系统传输距离的重要因素，光纤自身的损耗主要有吸收损耗和散射因素，光纤自身的损耗主要有吸收损耗和散射损耗。损耗。 吸收损耗吸收损耗是光波通过光纤材料时，是光波通过光纤材料时，有一部有一部分光能变成热能，造成光功率的损失分光能变成热能，造成光功率的损失。 散射损耗散射损耗是由于光纤的材料、形状、折射是由于光纤的材料、形状、折射率分布等的缺陷或率分布等的缺陷或不均匀，使光纤中传导的光不均匀，使光纤中传导的光发生散射，发生散射，由此产生的损耗为散射损耗由此产生的损耗为散射损耗。光纤色散(Dispersion)v由由于于光光纤纤中中色色散散的的存存在在，会会使使得得输输入入脉脉冲冲在在传传输输过

19、过程程中中展展宽宽，产产生生码码间间干干扰扰，增增加加误误码码率率。它它是是限限制制传传输输速速率率的主要因素。的主要因素。散射由于光线的基本结构不完美，引起的光能量损由于光线的基本结构不完美，引起的光能量损失，失，此时光的传输不再具有很好的方向性。此时光的传输不再具有很好的方向性。简单地说，光纤的色散就是由于光纤中光信号简单地说，光纤的色散就是由于光纤中光信号中的中的不同频率成分不同频率成分或不同的模式，或不同的模式，在光纤中传在光纤中传输时，由于速度的不同而使得传播时间不同输时，由于速度的不同而使得传播时间不同，因此造成光信号中的不同频率成分或不同模式因此造成光信号中的不同频率成分或不同模

20、式到达光纤终端有先有后，从而产生到达光纤终端有先有后，从而产生波形畸变的波形畸变的一种现象。一种现象。 光线光线缺陷缺陷3.非线性效应非线性效应光纤通信中，激光器输出的高功率导致光纤通信中，激光器输出的高功率导致光纤的非线性极为显著。光纤的非线性极为显著。非线性效应：在非线性效应：在输出端可以产生输入端输出端可以产生输入端所没有的新的频率分量所没有的新的频率分量。光纤的传输性能光纤的传输性能1. 1. 衰减衰减( (LossLoss) )(1)(1)衰减衰减( (dBdB ) ) 衰减是光纤的一个重要传输参数。它衰减是光纤的一个重要传输参数。它表明了光纤对光能量的传输损耗，对光表明了光纤对光能

21、量的传输损耗，对光纤质量的评定和对光纤通信系统的中继纤质量的评定和对光纤通信系统的中继距离的确定都起着十分重要的作用，其距离的确定都起着十分重要的作用，其评定量纲为评定量纲为dBdB。 (2)(2)衰减系数衰减系数( (dB/kmdB/km) )衰减系数定义为单位长度光纤引衰减系数定义为单位长度光纤引 起起的光功率衰减，其评定量纲为的光功率衰减，其评定量纲为dB/KmdB/Km。光缆按芯数分为单芯、双按芯数分为单芯、双芯、多芯芯、多芯按敷设场合分为架空、按敷设场合分为架空、直埋、管道、移动、直埋、管道、移动、室内、水下、海底等室内、水下、海底等按用途分为通信用光按用途分为通信用光缆和非通信用光

22、缆缆和非通信用光缆加强加强元件元件加强加强元件元件加强加强元件元件加强加强元件元件加强加强元件元件光纤光纤 5.2.2光纤通信系统的组成光纤通信系统的组成电信号电信号电端电端机机发光端发光端机机光中继光中继器器收光端收光端机机电端机电端机电信号电信号光缆光缆光缆光缆 (1)光发送机光发送机 (2)光接收机光接收机 (3)光中继器光中继器 (4)光放大器光放大器 光发射机和接收机光源在光纤通信系统中在光纤通信系统中光源的作用是将被传输的光源的作用是将被传输的电信号转换为光信号送入光纤电信号转换为光信号送入光纤，即完成电，即完成电/光光转换任务。转换任务。1. LD的特性的特性半导体激光器在注入电

23、流达到一定数值半导体激光器在注入电流达到一定数值（IIt）时，才发出激光；而时，才发出激光；而Im)mBnB码又叫分组码，是把输入的信息码流以码又叫分组码，是把输入的信息码流以m比特（比特（mB）分为一组，再按分为一组，再按一定规则（变换一定规则（变换表）变换成表）变换成n比特（比特（nB）一组的码组输出一组的码组输出。常用码型：常用码型：5B6B码码 0111 1111111 0110 1110110 0101 1101101 0100 1100100 0011 1011011 0010 1010010 0001 1001001 0000 10000004B3B3B和和4B的码字的码字 2.

24、插入比特码插入比特码 这种码型是把输入的信息码流按这种码型是把输入的信息码流按m比比特分为一组，再在每组的特分为一组，再在每组的m位之后插位之后插入一个比特入一个比特（根据每组中奇偶校验结（根据每组中奇偶校验结果，插入奇偶校正位），组成线路码。果，插入奇偶校正位），组成线路码。3.加扰码加扰码 扰码是把已知的二进制序列扰码是把已知的二进制序列按一定方按一定方法加入到信息码流中法加入到信息码流中，在接收端，用，在接收端，用同样方法再恢复出原来的信息码流同样方法再恢复出原来的信息码流。在系统光发射机的调制器前，在系统光发射机的调制器前，在系统光发射机的调制器前，在系统光发射机的调制器前， 需要附加

25、一需要附加一需要附加一需要附加一个个个个扰码器，将原始的二进制码序列加以变换，扰码器，将原始的二进制码序列加以变换，扰码器，将原始的二进制码序列加以变换，扰码器，将原始的二进制码序列加以变换，使其接近于随机序列。使其接近于随机序列。使其接近于随机序列。使其接近于随机序列。5.3同步数字系列（同步数字系列（SDH） 5.3.1 SDH的产生的产生 PDH技术的主要缺点技术的主要缺点 一种有机地结合了高速大容量光纤传输技术和智能网络技术的新体制光同步传送网应运而生。最初，这一概念是由美国贝尔通信研究所提出来的，并称之为同步光网络（SONET）。 SDH概念概念 PDH流行于上世纪80年代，由于当时

26、的通信业务量小，种类也少，所以对传输的需求量也相对较小。到了上世纪90年代，通信业务急剧上升，种类也开始繁多，慢慢的，原有的PDH已经无法满足日益增大的通信网;因此诞生了SONET，SONET是由美国朗讯科技贝尔实验室制定的同步数字体系的原型，后来ITU-T（原来的CCITT）在SONET的基础上对同步传输的各支路速率进行了更进一步的规范，就形成了今天的SDH。PDH(Plesiochronous Digital Hierarchy)PDH:准同步数字序列。所谓准同步，就是被复接的支路信号的时钟来自不同的时钟源（即各自都有自己的时钟）各支路信号的数码率都可以在标称值上有偏差，各支路信号的时钟和

27、本机的定时信号是异步的，所以准同步复接又称为异步复接。PDH有三个系列，分别是日本系列、北美系列、欧洲系列，各系列定义的速率等级以及速率层次各不相同。通常我们经常用一次群（基群）、二次群、三次群、四次群以及高次群来描述PDH的速率。二次群速率偏差范围为 8.448Mbit/s30ppm三次群速率偏差范围为：34.368Mbit/s20ppm四次群速率偏差范围为：139.264Mbit/s15ppm 对对于于以以2.048 Mb/s为为基基础础速速率率的的制制式式，各各次次群群的的话话路数按路数按4倍递增，速率的关系略大于倍递增，速率的关系略大于4倍。倍。 对对于于以以1.544 Mb/s为为基

28、基础础速速率率的的制制式式，在在3次次群群以以上，日本和北美各国又不相同，上，日本和北美各国又不相同， 看起来很杂乱。看起来很杂乱。 PDH各各次次群群比比特特率率相相对对于于其其标标准准值值有有一一个个规规定定的的容容差差，而而且且是是异异源源的的，通通常常采采用用正正码码速速调调整整方方法法实实现现准同步复用准同步复用。 1次次群群至至4次次群群接接口口比比特特率率早早在在1976年年就就实实现现了了标标准化，并得到各国广泛采用。准化，并得到各国广泛采用。 PDH主要适用于中、低速率点对点的传输主要适用于中、低速率点对点的传输。PDH的固有缺陷：的固有缺陷： 作为传统的数字传输体制，作为传

29、统的数字传输体制，PDH具有具有以以 下固有的缺陷：下固有的缺陷：1、接口方面、接口方面 电接口电接口只有地区性的电接口规范，只有地区性的电接口规范，无无 世界标准。世界标准。造成国际间互通困难。造成国际间互通困难。 PDH有有3种速率等级：欧洲和中国种速率等级：欧洲和中国（2Mb/s）、日本、北美（）、日本、北美（1.5Mb/s）。）。 光接口光接口无光接口规范，各厂家独自无光接口规范，各厂家独自开发。开发。在同一数字等级上光接口的信号在同一数字等级上光接口的信号速率不一样。速率不一样。 设备间互连困难设备间互连困难从高速信号插从高速信号插/分低速信号要一级一级进行，分低速信号要一级一级进行

30、，层层的复用层层的复用/解复用增加了信号的损伤，不利于大解复用增加了信号的损伤，不利于大容量传输。容量传输。 2、复用方式：、复用方式： 复用复用/解复用的方式，决定高速信号上解复用的方式，决定高速信号上/下低速下低速 信号的方便性。信号的方便性。 PDH采用异步复用方式：采用异步复用方式： 低速信号在高速信号中的位置无规律性，即无低速信号在高速信号中的位置无规律性，即无 预知性，即不能从高速信号中直接分离低速信号。预知性，即不能从高速信号中直接分离低速信号。东西放在东西放在东西放在东西放在哪儿了？哪儿了？哪儿了？哪儿了？3、运行维护功能（、运行维护功能（OAM）：）： OAM决定设备维护成本

31、，与信号帧中开销（冗余）决定设备维护成本，与信号帧中开销（冗余） 字节的数量有关；字节的数量有关； PDH信号帧中用于信号帧中用于OAM的开销少，的开销少，OAM功能弱，功能弱， 系统安全性差系统安全性差4、无统一的网管接口，无法形成统一的、无统一的网管接口，无法形成统一的TMN因此，因此，PDH体制不适应大容量传输网的组建，体制不适应大容量传输网的组建，SDH体制应运而升。体制应运而升。1.5Mbit/s2Mbit/s日本系列北美系列欧洲系列1.6Gbit/s400Mbit/s100Mb/s32Mbit/s6.3Mbit/s*4*4*3*5*4*46.3Mbit/s*745Mbit/s274

32、Mbit/s*6*48Mbit/s*434Mbit/s*4130Mbit/s*4565Mbit/s准同步数字系列（PDH)同步数字体系（SDH）SDH(Synchronous Digital Hierarchy) 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。北美的同步光网络（SONET）1988年CCITT（现ITU-T）重新命名为SDH，使之成为不仅适用于光纤，也适用于微波和卫星传输的技术体制。SDH的特点具有世界范围内统一的网络节点接口。具有世界范围内统一的网络节点接口。有一套标准化的信息结构等级，称为同步传输模块有一套标准化的信息结构等级，称为同步

33、传输模块STM-1，STM-4，STM-16，STM-64，速率分别是速率分别是155.520Mbit/s, 622.080Mbit/s, 2448.320Mbit/s, 9953.280Mbit/s页面式的帧结构页面式的帧结构.采用了同步复用和灵活的复用映射结构采用了同步复用和灵活的复用映射结构,使低阶信号和高阶使低阶信号和高阶信号的复用信号的复用/解复用一次到位解复用一次到位,简化了传输处理设备的品种和简化了传输处理设备的品种和数量数量.既能兼容现存的各种既能兼容现存的各种PDH系列系列,又充分考虑了未来新业务的又充分考虑了未来新业务的发展发展.采用了指针调整技术采用了指针调整技术.引入了

34、引入了“虚容器虚容器”的概念的概念.采用了分插复用器采用了分插复用器(ADM)和数字交叉连接和数字交叉连接(DXC)等设备等设备. 5.3.2 SDH的特点的特点 归纳起来，SDH最为核心的有三大特点 ：(1)同步复用 (2)强大的网络管理能力 (3)统一的光接口及复用标准 5.3.3 SDH帧结构帧结构 AU PTRSOH9*270*N字节SOHSTM-N(Payload)9*N261*N270*N列STM-N帧结构(含POH)SOH：段开销AU PTR：管理单元指针POH：通道开销 5.3.4 SDH复用原理复用原理 SDH的一般复用结构是由一些基本复用映射单元组成的，有若干个中间复用步骤

35、的复用结构，具有一定频差的各种支路的业务信号要想复用进STM-N帧都要经历映射、定位校准和复用三个步骤。帧结构的组成（1）信息净负荷区域（payload）存放待传送的各种信息码(待传的低速信号)的地方，其中包含少量用于通道性能监视、管理和控制的通道开销字节（POH）。信息净负荷区相当于STM-N这辆运货车的车箱，车箱内装载的货物就是经过打包的低速信号待运输的货物。为了实时监测货物（打包的低速信号）在传输过程中是否有损坏，在将低速信号打包的过程中加入了监控开销字节通道开销（POH）字节。何谓通道, 段？举例: STM-1信号可复用进632Mbit/s的信号，那么换一种说法可将STM-1信号看成一

36、条传输大道，那么在这条大路上又分成了63条小路，每条小路通过相应速率的低速信号，那么每一条小路就相当于一个低速信号通道，通道开销的作用就可以看成监控这些小路的传送状况了。这63个2M通道复合成了STM-1信号这条大路此处可称为“段”了。段开销(SOH:Section Overhead)所谓段开销是指为保证信息正常、灵活、有效地传送所必须附加的字节，它主要用于网络的运行、管理、维护及指配（OAM&P）。 再生段开销(RSOH) 复用段开销(MSOH)通道开销（POH） 低阶通道开销（LPOH） 高阶通道开销（HPOH） 段开销（SOH）STM-1段开销的字节安排如下图所示，段字节丰富，SOH的字

37、节描述如下：（1）帧定位字节:A1、A2（2）再生段踪迹字节：J0:跟踪通道连接情况（3）数据通信通路（DCC）:D1D12：为网管提供专用通路；（4）公务联络字节:E1（再生段开销）、E2（复用段开销）（5）使用者通路字节:F1（6）比特间插奇偶校验8位码（BIP-8）:B1（用在再生段误码检测）图2-8-6 STM-1 SOH字节安排POH VS SOH段开销可进行对STM-N这辆运货车中的所有货物在运输中是否有损坏进行监控，POH的作用是当车上有货物损坏时，通过它来判定具体是哪一件货物出现损坏。SOH完成对货物整体的监控，POH是完成对某一件特定的货物进行监控。当然，SOH和POH还有一

38、些管理功能。 v(3) 管理单元指针(AU PTR)。管理单元指针是一种指示符， 主要用于指示Payload第一个字节在帧内的准确位置(相对于指针位置的偏移量)。 采用指针技术是SDH的创新，结合虚容器(VC)的概念， 解决了低速信号复接成高速信号时，由于小的频率误差所造成的载荷相对位置漂移的问题。基本复用映射单元容器（C）虚容器（VC）支路单元（TU）支路单元组（TUG）管理单元（AU）管理单元组（AUG）同步传送模块（STM-N） VC-12 VC-3POHC-3 ( 34/45Mb/s )85列POHC-12 ( 2Mb/s )4列9行复用与映射复用与映射第 25 页VC12VC2VC：

39、是SDH中最重要的一种信息结构。可在通道中任一点 取出或插入，进行同步复用或交叉连接处理，方便灵活。SOHVC3 SDH复用映射结构复用映射结构 5.3.5 SDH网网络 SDH不仅适合于点对点传输，而且适合于多点之间的网络传输。 下图所示：SDH传输网的拓扑结构。传输网的拓扑结构。 SDH传传输输网网由SDH终终接接设设备备（TM)、分分插插复复用用设设备备ADM、数数字字交交叉叉连连接接设设备备DXC等网络单元以及连接它们的(光纤)物理链路构成。图SDH拓扑结构图图2-8-2SDH网网络络单单元元示示意意图图图图 SDH传输网的典型拓扑结构传输网的典型拓扑结构TMADMDXCADMTMTM

40、TMADMSTM-nSTM-nDXCADMTMSTM-NSTM-NSTM-NSTM-NSTM-NSTM-NSTM-NSTM-nSTM-n低速信号低速信号低速信号低速信号(nN) 5.3.5 SDH网络网络 二纤单向复用段倒换环 5.4光波分复用（光波分复用（WDM） 5.4.1 WDM的产生的产生 5.4.2 WDM的概念 5.4.3 WDM的特点的特点5.4.4WDM系统的基本应用形式 WDM的概念的概念光波分复用光波分复用光波分复用光波分复用(WDM(WDM： Wavelength Division Wavelength Division Multiplexing)Multiplexing

41、)技术是在一根光纤中同时传输多个技术是在一根光纤中同时传输多个技术是在一根光纤中同时传输多个技术是在一根光纤中同时传输多个不同波长光信号的一项技术。不同波长光信号的一项技术。不同波长光信号的一项技术。不同波长光信号的一项技术。 光波分复用（光波分复用（光波分复用（光波分复用（WDMWDM）的基本原理是：的基本原理是：的基本原理是：的基本原理是：在发送端在发送端在发送端在发送端将不同波长的光信号组合起来将不同波长的光信号组合起来将不同波长的光信号组合起来将不同波长的光信号组合起来( (复用复用复用复用) )，并耦合到光，并耦合到光，并耦合到光，并耦合到光缆线路上的同一根光纤中进行传输，在接收端又

42、缆线路上的同一根光纤中进行传输，在接收端又缆线路上的同一根光纤中进行传输，在接收端又缆线路上的同一根光纤中进行传输，在接收端又将组合波长的光信号分开将组合波长的光信号分开将组合波长的光信号分开将组合波长的光信号分开( (解复用解复用解复用解复用) )，并作进一步处，并作进一步处，并作进一步处，并作进一步处理，恢复出原信号后送入不同的终端，因此将此理，恢复出原信号后送入不同的终端，因此将此理，恢复出原信号后送入不同的终端，因此将此理，恢复出原信号后送入不同的终端，因此将此项技术称为项技术称为项技术称为项技术称为光波分复用技术。光波分复用技术。光波分复用技术。光波分复用技术。高速路加油站巡逻车什么

43、是波分复用？什么是波分复用？Wavelength Division multiplexingEach wavelength is like a separate channel (fiber)把不同波长的光信号复用到一根光纤中进行传送的方式统称把不同波长的光信号复用到一根光纤中进行传送的方式统称为波分复用。为波分复用。每个波段作为一个独立的通道来传输某每个波段作为一个独立的通道来传输某一特定波长的光信号。光波分复用的实质是在光纤一特定波长的光信号。光波分复用的实质是在光纤上进行光频分复用，只是因为光波通常采用波长来上进行光频分复用，只是因为光波通常采用波长来描述、监测和控制。描述、监测和控制。

44、 WDMWDM概念概念Wavelength Division MultiplexingPassive/active devices are needed to combine, distribute, isolate and amplify optical power at different wavelengths 由于系统设计的不同，每个波长之间的间隔宽度也会有差别，按照通道间隔的差异，可以细分:（，通道间隔25）（，3.2通道间隔25 ）（，通道间隔3.2）。 波分复用系统的基本形式波分复用系统的基本形式WDM系统主要有如下的两种形式：系统主要有如下的两种形式：1.双纤单向传输双纤单向传

45、输单向单向WDM是指所有光波长同时在一根光纤是指所有光波长同时在一根光纤上上沿同一方向传送沿同一方向传送（如图（如图 所示）；所示）；在发送端将载有各种信息的、具有在发送端将载有各种信息的、具有不同波长不同波长的已调光信号的已调光信号1，2，3，4，n通过通过光复用器组合在一起，并在一根光纤中单向光复用器组合在一起，并在一根光纤中单向传输。传输。由于各信号是通过不同光波长携带的，因而由于各信号是通过不同光波长携带的，因而彼此之间不会混淆。彼此之间不会混淆。 在接收端通过光解复用器将不同波长的信在接收端通过光解复用器将不同波长的信号分开，号分开， 完成多路光信号传输的任务完成多路光信号传输的任务

46、。图图 双纤单向传输的双纤单向传输的WDM系统系统2.单纤双向传输单纤双向传输单纤双向传输如图单纤双向传输如图 所示。所示。双向：不同光波长在一根光纤上双向：不同光波长在一根光纤上同时向两个同时向两个不同的方向传输不同的方向传输，但是两个方向所用的，但是两个方向所用的波长波长相互分开相互分开，以实现两个方向的，以实现两个方向的全双工通信全双工通信。单向单向WDM系统在开发和应用方面都比较广系统在开发和应用方面都比较广泛。泛。 双向双向WDM系统的优点是只使用一根光纤和系统的优点是只使用一根光纤和较少的光纤放大器，但同时较少的光纤放大器，但同时对系统的要求也对系统的要求也高（缺点）。高（缺点）。

47、图图 单纤双向传输的单纤双向传输的WDM系统系统5.5 多业务传送平台（多业务传送平台（MSTP） 5.5.1 MSTP的产生 5.5.2 MSTP的基本概念 （1）广义MSTP技术 （2）狭义MSTP技术 MSTP（Multi-Service Transfer Platform）（基于SDH 的多业务传送平台）是指基于SDH 平台同时实现TDM、ATM、以太网等业务的接入、处理和传送，提供统一网管的多业务节点。 MSTP工作原理工作原理MSTP可以将传统的SDH复用器、数字交叉链接器（DXC）、WDM终端、网络二层交换机和IP边缘路由器等多个独立的设备集成为一个网络设备，即基于SDH技术的多

48、业务传送平台（MSTP），进行统一控制和管理。 5.5.3 MSTP的系统原理及特点的系统原理及特点 (1)提供集成的数字交叉连接功能。 (2)具有动态带宽分配和链路高效建立能力。 (3)支持多种以太网业务类型。 (4)支持WDM扩展。 (5)提供综合的网络管理能力。 5.5.4 MSTP的关键技术的关键技术 (1) GFP (2) VCat (3) LCAS (4) RPR (5) MPLS 5.5.5 MSTP 技术的应用技术的应用 第一代第一代MSTP 第二代第二代MSTP 第三代MSTP MSTP应用案例介绍应用案例介绍 5.6 自动交换光网络（自动交换光网络（ASON） 5.6.1

49、ASON的概念及技术特点 （1）快速智能的业务配置，满足紧急的业务需求。 （2）强大而灵活的传送和交换能力。 （3）分布式的控制能力。（4）开放的网络管理。 （5）强大的恢复功能。 ASONASON的概念是国际电联在2000年3月提出的，基本设想是在光传送网中引入控制平面，以实现网络资源的按需分配从而实现光网络的智能化。 使未来的光传送网能发展为向任何地点和任何用户提供连接的网，成为一个由成千上万个交换接点和千万个终端构成的网络，并且是一个智能化的全自动交换的光网络。 ASON是指一种具有灵活性、高可扩展性的能直接在光层上按需提供服务的光网络。 光传送网只有传送平面和管理平面，没有分布式智能化

50、的控制平面，因此，ASON概念的提出，使传输、交换和数据网络结合在一起，实现了真正意义的路由设置、端到端业务调度和网络自动恢复，它是光传送网的一次具有里程碑的重大突破。 5.6.2 ASON的功能的功能 (1) 控制平面的基本功能控制平面的基本功能 (2)传送平面的基本功能传送平面的基本功能 (3)管理平面的基本功能管理平面的基本功能 5.6.3 ASON的标准化现状的标准化现状 (1) ITU-T (2) IETF (3) OIF和和TMF 5.6.4 ASON的组网方式的组网方式 (1) ASON+DWDM组网方案组网方案 (2) ASON和SDH混合组网方案 5.6.5 ASON在本地网

51、中的应用举例在本地网中的应用举例 华为ASON系列设备 : (a)OptiX OSN 9500 (b) OptiX OSN 7500 (c)OptiX OSN 3500 5.7 光纤孤子通信技术光纤孤子通信技术 光孤子源外调制器光放大器光放大器光放大器光检测器原电信号GHz综合器脉冲信号发生器误码检测误码外信号 光纤孤子通信系统组成框图 5.8 光网络的发展趋势光网络的发展趋势 全光网络应具有的特点：（1）全光透明传输（2）可扩展性 （3）可重构性（4）可靠性高 本章小结本章小结 光纤技术比其他通信方式有明显的优越性，因此从20世纪80年代中期开始，许多国家已经大力发展光纤通信系统。本章从光纤通信的基本概念、各种光纤通信技术原理及应用等方面对光纤通信系统作了全面阐述。 思考与练习题思考与练习题5-1 什么是光纤通信？它有何特点？简述光纤通信系统的组成及各部分功能？ 5-4 光接收机由哪几部分组成？其中时钟恢复的作用是什么 ?5-8 SDH的帧结构由哪几部分组成？各部分的作用是什么？5-10 密集波分复用系统中参考波长为多少？标准的信道间隔是多少？5-13什么是MSTP？它有哪些组网方式？ 5-14画出ASON网络的体系结构图，说明三大平面的功能。