光纤与SDH技术PPT课件

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1、光纤通信原理与系统1第1章 光纤通信概述2本章内容、重点和难点本章内容、重点和难点 光纤通信的发展现状。 光纤通信的光波波谱。 光纤通信系统的基本组成与分类。 光纤通信的特点与应用。 光纤通信的发展趋势。本章重点 光纤通信系统的基本组成。 光纤通信的特点。本章难点 光纤通信的光波波谱。3学习本章的目的和要求学习本章的目的和要求 掌握光纤通信的概念。 了解光纤通信的产生及发展。 掌握光纤通信的组成及特点。41.1 光纤通信的发展现状 1光纤通信发展的里程碑 1966年高锟博士发表的论文用于光频的光纤表面波导。 2光纤通信发展的实质性突破 1970年美国康宁公司制造出当时世界上第一根超低损耗光纤。

2、 3光纤通信爆炸性的发展 （1）光纤损耗 1970年：20dB/km； 1972年：4dB/km； 1974年：1.1dB/km； 1976年：0.5dB/km； 1979年：0.2dB/km； 1990年：0.14dB/km。5 （2）光器件 光发送器件： 砷化镓铝半导体激光器异质结条形激光器分布反馈式激光器（DFB-LD）和多量子阱（MQW）激光器。 光接收器件： Si-PIN APD。 （3）光纤通信系统 从小容量到大容量、从短距离到长距离、从PDH SDH DWDM。在智能光网络（ION）、光分插复用器（OADM）、光交叉连接设备（OXC）等方面也取得巨大进展。61.2 光纤通信的光波

3、波谱 1 光波波谱 光波是电磁波，光波范围包括红外线、可见光、紫外线，其波长范围为：300m6103m。 可见光由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种颜色的连续光波组成，其中红光的波长最长，紫光的波长最短。波长再短就是X射线、射线。 电磁波波谱图如图1-1所示。7图1-1 电磁波波谱图8 2光纤通信的光波波谱 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。 各种单位的换算公式如表1-1所示。表1-1 各种单位的换算公式c3108m/s1MHz（兆赫）106

4、Hzc/f1GHz（吉赫）109 Hz1m（微米）106m1THz（太赫）1012Hz1nm（纳米）109m1PHz（拍赫）1015 Hz1（埃）1010m91.3 1.3 光纤通信系统的基本组成与分类光纤通信系统的基本组成与分类 1.3.1 光纤通信系统的基本组成 所谓光纤通信，就是利用光纤来传输携带信息的光波以达到通信的目的。数字光纤通信系统方框图如图1-2所示。由光发射机、光纤和光接收机组成。图1-2 数字光纤通信系统方框图10 光发射机的作用就是进行电/光转换，并把转换成的光脉冲信号码流输入到光纤中进行传输。光源器件一般是LED和LD。 光纤：完成光波的传输。 光接收机的作用就是进行光

5、/电转换。光收器件一般是PIN和APD。11 1.3.2 光纤通信系统的分类 1按传输信号分类 （1）数字光纤通信系统 （2）模拟光纤通信系统 2按波长和光纤类型分类 （1）第一代（1973-1976）：短波长（0.85m左右）多模光纤通信系统 （2）第二代（1976-1982 ）：长波长（1.31m）多模光纤通信系统 （3）第三代（1987-1990 ）：长波长（1.31m）单模光纤通信系统 （4）第四代（1990） ：长波长（1.55m）单模光纤通信系统121.4 光纤通信的特点与应用 1.4.1 光纤通信的特点 （1）通信容量大 （2）中继距离长 （3）保密性能好 （4）适应能力强 （5

6、）体积小、重量轻、便于施工和维护 （6）原材料来源丰富，潜在价格低廉 （7）光纤通信同样也存在着如下缺点： 需要光/电和电/光变换部分； 光直接放大难； 电力传输困难； 弯曲半径不宜太小； 需要高级的切断接续技术； 分路耦合不方便。13 1.4.2 光纤通信的应用 （1）光纤在公用电信网间作为传输线。 （2）局域网中的应用。 （3）光纤宽带综合业务数字网及光纤用户线。 （4）作为危险环境下的通信线。诸如发电厂、化工厂、石油库等场所。 （5）满足不同网络层面的应用。核心网层面、城域网层面、局域网层面等。 （6）应用于专网。光纤通信主要应用于电力、公路、铁路、矿山等通信专网。141.5 光纤通信的

7、发展趋势 1目前的进展情况 （1）光纤通信的基础研究方面 （2）光纤研制方面 （3）无源光器件研制方面 （4）光传输设备和系统的研究方面 （5）光接入网的研究方面 （6）理论研究方面 15 2发展趋势 （1）向超高速系统发展 （2）向超大容量WDM系统演进 （3）向光传送网方向发展 （4）向G.655光纤发展 （5）向宽带光纤接入网方向发展16第2章 光纤和光缆 17本章内容、重点和难点本章内容 光纤的结构和类型。 光纤的导光原理。 光纤的特性。 光缆的结构和种类。本章重点 光纤的结构和类型。 光纤的特性。 光缆的种类。本章的难点 光纤的导光原理。18学习本章目的和要求 掌握光纤的结构和类型。

8、 了解光纤的导光原理。 掌握光纤的特性。 掌握光缆的结构和种类。192.1 光纤的结构和类型 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20 （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

9、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。21 紧套光纤与松套光纤 紧套光纤就是在一次涂覆的光纤上再紧紧地套上一层尼龙或聚乙烯等塑料套管，光纤在套管内不能自由活动。 松套光纤，就是在光纤涂覆层外面再套上一层塑料套管，光纤可以在套管中自由活动。图2-2 套塑光纤结构22 2光纤的折射率分布与光线的传播 图2-3所示为两种典型光纤的折射率分布情况。 一种称为阶跃折射率光纤；另一种称为渐变折射率光纤，如图2-3 （a）、（b）所示。图2-3 光纤的折射率分布23 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2-5和图2-6所示。图2-5 光在阶跃折射率多

10、模光纤中的传播图2-6 光在渐变折射率多模光纤中的传播242.1.2 光纤的分类 （1） 若按传输模的数量分类可分为多模光纤和单模光纤 （2）若按传输波长分类可分为短波长光纤和长波长光纤 （3）若按套塑结构分类可分为紧套光纤和松套光纤25 1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2-4所示。这些不同的光束称为模式。图2-4 光在阶跃折射率光纤中的传播26 a）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

11、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2-5和图2-6所示。 b）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2-7所示。27图2-7 光在单模光纤中的传播轨迹28 （2）按传输波长分类 光纤可分为短波长光纤和长波长光纤。 短波长光纤的波长为0.85m（0.8m0.9m） 长波长光纤的波长为1.3m1.6m，主要有1.31m和1.55m两个窗口。 （3）按套塑结构分类 按套塑结构不同，光纤可分为紧套光纤和松套光纤。

12、 29 3单模光纤的分类 ITU-T建议规范了G.652、G.653、G.654和G.655四种单模光纤。 （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1 310nm附近的光纤。 它的折射率分布如图2-8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。 30图2-8 G.652光纤的折射率（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1 550nm附近的光纤，它相对于G.652光纤，色散零点发生了移动，所以叫色散位移光纤。31（3）G.654光纤 G.654光

13、纤是截止波长移位的单模光纤。其设计重点是降低1 550nm的衰减，其零色散点仍然在1 310nm附近，因而1 550nm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1 550nm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1 550nm附近移开一定波长数，使色散零点不在1 550nm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）。32 这四种单模光纤的主要性能指标是衰减、色散、偏振模色散（ PMD）和模场直径 。 另：G.653光纤是为了优化1 550nm窗口的

14、色散性能而设计的，但它也可以用于1 310nm窗口的传输。由于G.654光纤和G.655光纤的截止波长都大于1 310nm，所以G.654光纤和G.655光纤不能用于1 310nm窗口。332.2 光纤的导光原理 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不同介质的折射率材料空气水玻璃石英钻石折射率1.0031.331

15、.521.891.432.4234 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2-9 光的折射图2-10 光的反射斯涅耳定律给出了定义这些光线方向的规则：1 = 3 n1sin 1 = n2sin 2 全反射是光信号在光纤中传播的必要条件 。35 3光的色散 如图2-11所示，当日光通过棱镜或水雾时会呈现按红橙黄绿青蓝紫顺序排列的彩色光谱。这是由于棱镜材料（玻璃）或水对不同波长（对应于不同的颜色）的光呈现的折射率n不同，从而使光的传播速度不同和折射角度不同，最终使不同颜色的光在空间上散开。图2-11 自然光的色散362.3 光纤特性 2.3

16、.1 光纤的几何特性 光纤的几何特性包括芯直径、包层直径、纤芯/包层同心度、不圆度和光纤翘曲度等。 1芯直径 芯直径主要是对多模光纤的要求。ITU-T规定，多模光纤的芯直径为503m。 2包层直径 包层直径指光纤的外径，ITU-T规定，多模及单模光纤的包层直径均要求为1253m。 目前，光纤生产制造商已将光纤外径规格从125.03m提高到125.01m。37 3纤芯/包层同心度和不圆度 纤芯/包层同心度是指纤芯在光纤内所处的中心程度。 目前光纤制造商已将纤芯/包层同心度从0.8m的规格提高到0.5m的规格。 不圆度包括芯径的不圆度和包层的不圆度。 ITU-T规定，纤芯/包层同心度误差6%（单模

17、为1.0m），芯径不圆度6%，包层不圆度（包括单模）2%。 4光纤翘曲度 光纤翘曲度指在特定长度光纤上测量到的弯曲度，可用曲率半径来表示弯曲度。翘曲度（即曲率半径）数值越大，意味着光纤越直。 注：纤芯/包层同心度对接续损耗的影响最大，其次是翘曲度。382.3.2 光纤的光学特性 光纤的光学特性有折射率分布、数值孔径、模场直径及截至波长等。 1折射率分布 光纤折射率分布，可用下式表示： 其中，n1为纤芯折射率，n2为包层折射率，a为芯半径，r为离开纤芯中心的径向距离，为相对折射率差，=(n1 n2 )/ n1 。 多模光纤的折射率分布，决定光纤带宽和连接损耗，单模光纤的折射率分布，决定工作波长的

18、选择。39 2数值孔径（NA） 最大数值孔径的定义为： 其中，n1为阶跃光纤均匀纤芯的折射率（梯度光纤为纤芯中心的最大折射率），n2为均匀包层的折射率。 光纤的数值孔径（NA）对光源耦合效率、光纤损耗、弯曲的敏感性以及带宽有着密切的关系，数值孔径大，容易耦合，微弯敏感小，带宽较窄。40 3模场直径和有效面积 模场直径是指描述单模光纤中光能集中程度的参量。 有效面积与模场直径的物理意义相同，通过模场直径可以利用圆面积公式计算出有效面积。 模场直径越小，通过光纤横截面的能量密度就越大。当通过光纤的能量密度过大时，会引起光纤的非线性效应，造成光纤通信系统的光信噪比降低，影响系统性能。 因此，对于传输

19、光纤而言，模场直径（或有效面积）越大越好。 图2-12所示为模场直径示意图。41图2-12 模场直径42 4截止波长 理论上的截止波长是单模光纤中光信号能以单模方式传播的最小波长。432.3.3 光纤的传输特性 光纤的传输特性主要是指光纤的损耗特性、色散特性、机械特性和温度特性。 1光纤的损耗特性 光波在光纤中传输，随着传输距离的增加，而光功率强度逐渐减弱，光纤对光波产生衰减作用，称为光纤的损耗（或衰减）。 光纤的损耗限制了光信号的传播距离。光纤的损耗主要取决于吸收损耗、散射损耗、弯曲损耗3种损耗。 （1）吸收损耗 光纤吸收损耗是制造光纤的材料本身造成的损耗，包括紫外吸收、红外吸收和杂质吸收。

20、44 （2）散射损耗 由于材料的不均匀使光信号向四面八方散射而引起的损耗称为瑞利散射损耗。 光纤制造中，结构上的缺陷会引起与波长无关的散射损耗。 （3）弯曲损耗 光纤的弯曲会引起辐射损耗。实际中，有两种情况的弯曲：一种是曲率半径比光纤直径大得多的弯曲；一种是微弯曲。 决定光纤衰减常数的损耗主要是吸收损耗和散射损耗，弯曲损耗对光纤衰减常数的影响不大 。45 （4）衰减系数 光纤的衰减系数是指光在单位长度光纤中传输时的衰耗量，单位一般用dB/km。它是描述光纤损耗的主要参数。 在单模光纤中有两个低损耗区域，分别在1 310nm和1 550nm附近，即通常说的1 310nm窗口和1 550nm窗口；

21、1 550nm窗口又可以分为C-band（1 525nm1 562nm）和L-band（1 565nm1 610nm）。如图2-13所示。46图2-13 光纤的特性47 2光纤的色散特性 光脉冲中的不同频率或模式在光纤中的群速度不同，这些频率成分和模式到达光纤终端有先有后，使得光脉冲发生展宽，这就是光纤的色散，如图2-14所示。色散一般用时延差来表示，所谓时延差，是指不同频率的信号成分传输同样的距离所需要的时间之差。图2-14 色散引起的脉冲展宽示意图48 光纤的色散可分为模式色散、色度色散、偏振模色散。 （1）模式色散 多模光纤中不同模式的光束有不同的群速度，在传输过程中，不同模式的光束的时

22、间延迟不同而产生的色散，称模式色散。 （2）色度色散 由于光源的不同频率（或波长）成分具有不同的群速度，在传输过程中，不同频率的光束的时间延迟不同而产生色散称为色度色散。色度色散包括材料色散和波导色散。49 材料色散 由于材料折射率随光信号频率的变化而不同，光信号不同频率成分所对应的群速度不同，由此引起的色散称为材料色散。 波导色散 由于光纤波导结构引起的色散称为波导色散。其大小可以和材料色散相比拟，普通单模光纤在1.31m处这两个值基本相互抵消。 在多模光纤中，模式色散与材料色散的影响是主要； 单模光纤无模式色散，只有材料色散和波导色散； 当波长在1.31m附近，色散接近为零。 色散系数就是

23、单位波长间隔内光波长信号通过单位长度光纤所产生的时延差，用D表示，单位是ps/（nmkm）。50 （4）码间干扰（ISI） 色散将导致码间干扰。由于各波长成分到达的时间先后不一致，因而使得光脉冲加长了（T+T），这叫作脉冲展宽，如图2-15 。脉冲展宽将使前后光脉冲发生重叠，形成码间干扰，码间干扰将引起误码，因而限制了传输的码速率和传输距离。图2-15 码间干扰512.4 光缆的种类 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

24、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。52 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。53 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、

25、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。 542.5 光缆的内部结构 2.5.1 光缆的结构 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

26、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LAP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。55 2各种典型结构的光缆 （1）层绞式结构光缆 把经过套塑的光纤绕在加强芯周围绞合而构成。层绞式结构光缆类似传统的电缆结构，故又称之为古典光缆。 图2-18图2-19所示是目前在市话中继和长途线路上采用的几种层绞式结构光缆的示意图（截面）。56 图2-19 12芯松套层绞式直埋光缆图2-18 6芯紧套层绞式光缆57 图2-20 12芯松套层绞式直埋防蚁光缆58 图2-21 648芯松套层绞式水底光缆59图2-22 12芯松套+8芯2线对层绞式直

27、埋光缆60 （2）骨架式结构光缆 骨架式结构光缆是把紧套光纤或一次涂覆光纤放入加强芯周围的螺旋形塑料骨架凹槽内而构成。 骨架结构有中心增加螺旋型、正反螺旋型、分散增强基本单元型，图2-23（b）为螺旋型结构，图2-24为基本单元结构。目前，我国采用的骨架式结构光缆，都是采用如图2-23所示的结构。图2-25所示是采用骨架式结构的自承式架空光缆。61图2-23 12芯骨架式光缆62 图2-24 70芯骨架式光缆63 图2-25 骨架式自承式架空光缆64 （3）束管式结构光缆 把一次涂覆光纤或光纤束放入大套管中，加强芯配置在套管周围而构成。 图2-26所示的光缆结构即属护层增强构件配制方式。 图2

28、-27、2-38所示是属于分散加强构件配置方式的束管式结构光缆。 65图2-26 12芯束管式光缆66 图2-27 648芯束管式光缆67 图2-28 LEX束管式光缆68 （4）带状结构光缆 把带状光纤单元放入大套管中，形成中心束管式结构；也可把带状光纤单元放入凹槽内或松套管内，形成骨架式或层绞式结构。如图2-29、2-30所示。图2-29 中心束管式带状光缆图2-30 层绞式带状光缆69 （5）单芯结构光缆 单芯结构光缆简称单芯软光缆，如图2-31所示。 这种结构的光缆主要用于局内（或站内）或用来制作仪表测试软线和特殊通信场所用特种光缆以及制作单芯软光缆的光纤。图2-31 单芯软光缆70

29、（6）特殊结构光缆 特殊结构的光缆，主要有光/电力组合缆、光/架空地线组合缆和海底光缆和无金属光缆。这里只介绍后两种。 海底光缆 有浅海光缆和深海光缆两种，图2-32所示为典型的浅海光缆，图2-33所示是较为典型的深海光缆。 无金属光缆 无金属光缆是指光缆除光纤、绝缘介质外（包括增强构件、护层）均是全塑结构，适用于强电场合，如电站、电气化铁道及强电磁干扰地带。71 图2-32 浅海光缆72 图2-33 深海光缆732.5.2 光缆型号的命名方法 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2-34所示。图2-34 光缆型式的组成部分74 图中：

30、 ：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； 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。75 ：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。76 ：外护层的代号及其意义为： 外护

31、层是指铠装层及其铠装外边的外护层，外护层的代号及其意义如表2-2所示。 表2-2外护层代号及其意义代 号铠装层（方式）代 号外护层（材料）0无0无11纤维层2双钢带2聚氯乙烯套3细圆钢丝3聚乙烯套4粗圆钢丝5单钢带皱纹纵包77 （2）光缆规格由五部分七项内容组成，如图2-35所示。图2-35 光缆的规格组成部分78 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

32、（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。79 ：带宽、损耗、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。

33、80 ：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适用于5+6081 光缆中还附加金属导线（对、组）编号，如图2-36所示。其符合有关电缆标准中导电线芯规格构成的规定。图2-36 光缆中附加金属导线编号示意图 例如，2个线径为0.5mm的铜导线单线可写成210.5；4个线径为0.9mm的铝导线四线组可写成440.9L；4个内导体直径为2.6mm，外径为9.5mm的同轴对，可写成42.6/9.5。82 （3）光缆型号例题 设有金属重型加强构件、自承式、铝护套和聚乙烯护层的通信用室外光缆，包括12根芯径/包层直径为50/125m的二氧化硅系列多模突变型光

34、纤和5根用于远供及监测的铜线径为0.9mm的四线组，且在1.31m波长上，光纤的损耗常数不大于1.0dB/km，模式带宽不小于800MHzkm；光缆的适用温度范围为20+60。 该光缆的型号应表示为： GYGZL03-12T50/125（21008）C+540.9。83第3章 通信用光器件 84本章内容、重点和难点本章内容、重点和难点本章内容 光源：半导体激光器和发光二极管。 光电检测器：PIN和APD光电二极管。 无源光器件：光连接器、光衰减器、光耦合器和光开关等。本章重点 激光器的工作原理。 光源和光电检测器工作原理及其工作特性。 无源光器件的功能及主要性能。本章难点 发光机理。85学习本

35、章目的和要求学习本章目的和要求 了解半导体激光器的物理基础。 掌握半导体激光器和发光二极管工作原理及其工作特性。 熟悉光源的驱动电路工作原理。 掌握光电检测器的工作原理及特性。 掌握无源光器件的功能及主要性能。863.1 光源 光源器件：光纤通信设备的核心，其作用是将电信号转换成光信号送入光纤。 光纤通信中常用的光源器件有半导体激光器和半导体发光二极管两种。 半导体激光器（LD）：适用于长距离大容量光纤通信系统。 发光二极管（LED）：适用于短距离、低码速的数字光纤通信系统。其制造工艺简单、成本低、可靠性好。873.1.1 激光器的工作原理 （1）光与物质的三种作用形式 光与物质的相互作用，可

36、以归结为光与原子的相互作用，将发生受激吸收、自发辐射、受激辐射三种物理过程。如图3-1所示。图3-1 能级和电子跃迁88 在正常状态下，电子通常处于低能级（即基态）E1，在入射光的作用下，电子吸收光子的能量后跃迁到高能级（即激发态）E2，产生光电流，这种跃迁称为受激吸收光电检测器。 处于高能级E2 上的电子是不稳定的，即使没有外界的作用，也会自发地跃迁到低能级E1 上与空穴复合，释放的能量转换为光子辐射出去，这种跃迁称为自发辐射发光二极管。 在高能级E2上的电子，受到能量为hf12的外来光子激发时，使电子被迫跃迁到低能级E1 上与空穴复合，同时释放出一个与激光发光同频率、同相位、同方向的光子（

37、称为全同光子）。由于这个过程是在外来光子的激发下产生的，所以这种跃迁称为受激辐射激光器。 注：受激辐射光为相干光，自发辐射光是非相干光。89 （2）粒子数反转分布与光的放大 受激辐射是产生激光的关键。 如设低能级上的粒子密度为N1，高能级上的粒子密度为N2，在正常状态下， N1 N2，总是受激吸收大于受激辐射。即在热平衡条件下，物质不可能有光的放大作用。 要想物质产生光的放大，就必须使受激辐射大于受激吸收，即使N2 N1 （高能级上的电子数多于低能级上的电子数），这种粒子数的反常态分布称为粒子（电子）数反转分布。 粒子数反转分布状态是使物质产生光放大而发光的首要条件。90 （3）泵浦源 常采用

38、泵浦源作为产生粒子数反转分布的外界激励源。 物质在泵浦源的作用下，产生N2N1，使受激辐射大于受激吸收，并伴有光放大作用，此时物质已被激活。 （4）光学谐振腔 将激活后的物质放入光学谐振腔，来获得连续的光放大和激光振荡输出。 因此，激活物质和光学谐振腔是产生激光振荡的必要条件。 91图3-2 光学谐振腔的结构 光学谐振腔的结构 在激活物质的两端的适当位置，放置两个反射系数分别为r1和r2的平行反射镜M1和M2，就构成了最简单的光学谐振腔。 如果反射镜是平面镜，称为平面腔；如果反射镜是球面镜，则称为球面腔，如图3-2所示。对于两个反射镜，要求其中一个能全反射，另一个为部分反射。923.1.2 对

39、半导体激光器的要求对半导体激光器LD的要求是： 输出光功率高、线性度好 与光纤耦合效率高。 谱线宽度窄。（好的LD的谱线宽度可达到0.1nm）。 寿命长，工作稳定。目前LD的尾纤输出功率可达500W2mW；LED的尾纤输出功率可达10W左右。933.1.3 激光器工作特性 （1）阈值特性 对于LD，当外加正向电流达到某一数值时，输出光功率急剧增加，这时将产生激光振荡，这个电流称为阈值电流，用Ith 表示。如图3-3所示。阈值电流越小越好。图3-3 典型半导体激光器的输出特性曲线 94 （2）光谱特性 LD的光谱随着激励电流的变化而变化。当IIth时，发出的是荧光，光谱很宽，如图3-4（a）所示

40、。当I Ith后，发射光谱突然变窄，谱线中心强度急剧增加，表明发出激光，如图3-4（b）所示。图3-4 GaAlAs-GaAs激光器的光谱95 随着驱动电流的增加，纵模模数逐渐减少，谱线宽度变窄。当驱动电流足够大时，多纵模变为单纵模，这种激光器称为静态单纵模激光器。 普通激光器工作在直流或低码速情况下，它具有良好的单纵模谱线，所对应的光谱只有一根谱线，如图3-5（a）所示。而在高码速调制情况下，其线谱呈现多纵模谱线。如图3-5（b）所示。 一般，用F-P谐振腔可以得到的是直流驱动的静态单纵模激光器，要得到高速数字调制的动态单纵模激光器，必须改变激光器的结构，例如分布反馈半导体激光器（DFB-L

41、D）。96图3-5 GaAlAs-GaAs激光器的输出光谱97 （3）温度特性 激光器的阈值电流和输出光功率随温度变化的特性为温度特性。阈值电流随温度的升高而加大，其变化情况如图3-6所示。图3-6 激光器阈值电流随温度变化的曲线983.1.4 发光二极管 1LED的工作原理 发光二极管（LED）是非相干光源，是无阈值器件，它的基本工作原理是自发辐射。 发光二极管与半导体激光器差别是：发光二极管没有光学谐振腔，不能形成激光。仅限于自发辐射，所发出的是荧光，是非相干光。半导体激光器是受激辐射，发出的是相干光。99 2LED的结构 LED也多采用双异质结芯片，不同的是LED没有解理面，即没有光学谐

42、振腔。由于不是激光振荡，所以没有阈值。 LED分为两大类：一类是面发光型LED，另一类是边发光型LED，其结构示意图如图3-7所示。图3-7 常用的两类发光二极管（LED）100 3LED的工作特性 （1）光谱特性 LED谱线宽度比激光器宽得多。图3-8是InGaAsP LED的输出光谱。 图3-8 InGaAsP LED的发光光谱 101 （2）输出光功率特性 两种类型的LED输出光功率特性如图3-9所示。驱动电流I 较小时，P I 曲线的线性较好；当I 过大时，由于P-N结发热而产生饱和现象，使P I 曲线的斜率减小。图3-9 发光二极管（LED）的P I 特性102 （3）温度特性 由于

43、LED是无阈值器件，因此温度特性较好。 （4）耦合效率 由于LED发射出的光束的发散角较大，因此与光纤的耦合效率较低。一般只适于短距离传输。 （5）调制特性 调制频率较低。在一般工作条件下，面发光型LED截止频率为20MHz30MHz，边发光型LED截止频率为100MHz150MHz。 比较： LED与LD相比，LED输出光功率较小，谱线宽度较宽，调制频率较低。但LED性能稳定，寿命长，使用简单，输出光功率线性范围宽，而且制造工艺简单，价格低廉。1033.1.4 半导体光源的应用 LED通常和多模光纤耦合，用于1.31m或0.85m波长的小容量、短距离的光通信系统。 LD通常和单模光纤耦合，用

44、于1.31m或1.55m大容量、长距离光通信系统。 分布式反馈半导体激光器（DFB-LD）主要用于1.55m单模光纤超大容量的新型光纤系统，是目前光纤通信发展的主要趋势。1043.2 光电检测器 光电检测器完成光/电信号的转换。对光检测器的基本要求是： 对一定的入射光功率，能够输出尽可能大的光电流； 具有足够快的响应速度，能够适用于高速或宽带系统； 具有尽可能低的噪声，以降低器件本身对信号的影响； 具有良好的线性关系，以保证信号转换过程中的不失真； 具有较长的工作寿命。 目前常用的半导体光电检测器有两种，PIN光电二极管和APD雪崩光电二极管。1053.2.1 PIN光电二极管 PIN光电二极

45、管是在掺杂浓度很高的P型、N型半导体之间，加一层轻掺杂的N型材料，称为I（Intrinsic，本征的）层。由于是轻掺杂，电子浓度很低，经扩散后形成一个很宽的耗尽层，如图3-10（a）所示。这样可以提高其响应速度和转换效率。结构示意图如图3-10（b）所示。图3-10 PIN光电二极管1063.2.2 雪崩光电二极管 雪崩光电二极管，又称APD（Avalanche Photo Diode）。它不但具有光/电转换作用，而且具有内部放大作用，其放大作用是靠管子内部的雪崩倍增效应完成的。 1APD的雪崩效应 APD的雪崩倍增效应，是在二极管的P-N结上加高反向电压，在结区形成一个强电场；在高场区内光生

46、载流子被强电场加速，获得高的动能，与晶格的原子发生碰撞，使价带的电子得到了能量；越过禁带到导带，产生了新的电子空穴对；新产生的电子空穴对在强电场中又被加速，再次碰撞，又激发出新的电子空穴对如此循环下去，形成雪崩效应，使光电流在管子内部获得了倍增。 APD就是利用雪崩效应使光电流得到倍增的高灵敏度的检测器。107 2APD的结构 目前APD结构型式，有保护环型和拉通（又称通达）型。 保护环型在制作时淀积一层环形N型材料，以防止在高反压时使P-N结边缘产生雪崩击穿。 拉通型雪崩光电二极管（RAPD）的结构示意图和电场分布如图3-11所示。图3-11（a）所示的是纵向剖面的结构示意图。图3-11（b

47、）所示的是将纵向剖面顺时针转90的示意图。图3-11（c）所示的是它的电场强度随位置变化的分布图。 APD随使用的材料不同有几种：Si-APD（工作在短波长区）；Ge-APD和InGaAs-APD（工作在长波长区）等。 108图3-11 RAPD的结构图和能带示意图1093.2.4 光电检测器的特性 PIN管特性包括响应度、响应时间和暗电流。 APD管除有上述特性外，还有雪崩倍增特性、温度特性等。 1PIN光电二极管的特性 （1）响应度和量子效率 响应度表征了光电二极管的光电转换效率。 响应度定义为：（A/W）（3-10） 其中，Ip为光电检测器的平均输出电流，Pin为入射到光电二极管上的平均

48、光功率。 110 （2）响应时间 响应速度是指半导体光电二极管产生的光电流跟随入射光信号变化快慢的状态。一般用响应时间（上升时间和下降时间）来表示。显然响应时间越短越好。 （3）暗电流 在理想条件下，当没有光照时，光电检测器应无光电流输出。但是实际上由于热激励等，在无光情况下，光电检测器仍有电流输出，这种电流称为暗电流。 严格地说，暗电流还应包括器件表面的漏电流。暗电流会引起接收机噪声增大。因此，器件的暗电流越小越好。1113.3 无源光器件 无源光器件是除光源器件、光检波器件之外不需要电源的光通路部件。 无源光器件可分为连接用的部件和功能性部件两大类。 连接用的部件有各种光连接器，用做光纤和

49、光纤、部件（设备）和光纤、或部件（设备）和部件（设备）的连接。 功能性部件有分路器、耦合器、光合波分波器、光衰减器、光开关和光隔离器等，用于光的分路、耦合、复用、衰减等方面。1123.3.1 光纤连接器 光纤连接器，俗称活接头，ITU-T建议将其定义为“用以稳定地，但并不是永久地连接两根或多根光纤的无源组件”。 光纤连接器主要用于实现系统中设备与设备、设备与仪表、设备与光纤及光纤与光纤的非永久性固定连接等。 （1）光纤连接器的基本构成 由三个部分组成的：两个配合插头和一个耦合管。两个插头装进两根光纤尾端；耦合管起对准套管的作用。如图3-13所示。图3-13 光纤活动连接器基本结构113 （2）

50、光纤连接器的分类 光纤连接器按光纤数量、光耦合系统、机械耦合系统、套管结构和紧固方式进行分类，如表3-1所示。 表3-1光纤连接器的分类单通道对接套筒/V型槽直套管螺丝多通道透镜锥型锥型套管销钉单/多通道其他其他其他弹簧销114 （3）光纤连接器的性能 插入损耗（介入损耗），该值越小越好。平均损耗值应不大于0.5dB。 回波损耗（或称反射损耗、回损、回程损耗），是衡量从连接器反射回来并沿输入通道返回的输入功率分量的一个度量值，该值越大越好。其典型值应不小于25dB。 互换性，每次互换后，其连接损耗变化量越小越好。 重复性，即每次插拔时连接损耗变化量要小。 插拔寿命（最大可插拔次数），光纤连接器

51、的插拔寿命一般由元件的机械磨损情况决定。115 （4）部分常见光纤连接器 FC型。其接头的对接方式为平面对接。 PC型。是FC型的改进型。其对接面由平面变为拱型凸面。是我国最通用的规格。 SC型。其结构尺寸与FC型相同，端面处理采用拱型凸面或PC研磨方式。 DIN47256型。由德国开发。 双锥型连接器。由美国贝尔实验室开发研制。 （5）固定连接 光纤与光纤的连接有两种，活动连接和永久性连接。以上介绍了活动连接。永久性连接有粘接法和熔接法，目前多用熔接法。1163.3.2 光衰减器 光衰减器是用来稳定地、准确地减小信号光功率的无源光器件。 光衰减器主要用于调整中继段的线路衰减，测量光系统的灵敏

52、度及校正光功率计等。 光衰减器分固定衰减器和可变衰减器两种。 （1）固定衰减器，其造成的功率衰减值是固定不变的，一般用于调节传输线路中某一区间的损耗。 （2）可变衰减器，它所造成的功率衰减值可在一定范围内调节。可变衰减器又分为连续可变和分挡可变两种。1173.3.3 光分路耦合器 光分路耦合器是分路和耦合光信号的器件。 功能是把一个输入的光信号分配给多个输出（分路），或把多个输入的光信号组合成一个输出（耦合）。 1耦合器类型 （1）T形耦合器 （2）星形耦合器 （3）定向耦合器 （4）波分复用器/解复用器（也称合波器/分波器） 如图3-14所示。118图3-14 常用耦合器的类型119 2主要

53、性能指标 表示光纤耦合器性能指标的参数有：隔离度、插入损耗和分光比等。下面以22定向耦合器为例来说明。 （1）隔离度A 如图3-20（c）所示，由端1输入的光功率P1应从端2和端3输出，端4理论上应无光功率输出。但实际上端4还是有少量光功率输出（P4），其大小就表示了1、4两个端口的隔离程度。隔离度A表示为 （3-14）一般情况下，要求 。120 （2）插入损耗L 它表示了定向耦合器损耗的大小。插入损耗等于输出光功率之和与输入光功率之比的分贝值，用L表示为 （3-15） 一般情况下，要求L （3）分光比T 分光比等于两个输出端口的光功率之比，如从端1输入光功率，则端2和端3分光比 （3-16）

54、 一般情况下，定向耦合器的分光比为11110。1213.3.4 光隔离器与光环形器 1光隔离器 光隔离器是保证光波只能正向传输，避免线路中由于各种因素而产生的反射光再次进入激光器而影响激光器的工作稳定性。 光隔离器主要用在激光器或光放大器的后面。 2光环形器 光环形器与光隔离起工作原理基本相同，只是光隔离器一般为两端口器件，而光环形器则为多端口器件。如图3-15所示。 光环形器为双向通信中的重要器件，它可以完成正反向传输光的分离任务。图3-16所示为光环形器用于单纤双向通信的例子。122 图3-15 光环形器示意图图3-16 光环形器用于单纤双向通信示意图123 3光隔离器的性能指标 插入损耗

55、和隔离度是光隔离器的两个主要性能参数，另还有回波损耗，偏振相关损耗和偏振模色散。 （1）插入损耗 插入损耗是指在光隔离器通光方向上传输的光信号由于引入光隔离器而产生的附加损耗。如果输入的光信号功率为Pi，经过光隔离器后的功率为Po，则插入损耗IL为 （3-17） 显然，其值越小越好。124 （2）回波损耗 回波损耗是指由于构成光隔离器的各元件、光纤以及空气折射率失配引起的反射造成的对入射光信号的衰减。回波损耗RL为 （3-18） 其中，Pi为正向输入光隔离器的光信号功率，Pr为返回输入端口的光功率。 RL值越大越好。 （3）隔离度 隔离度是指在逆光隔离器通光方向上传输的光信号由于引入光隔离器而

56、产生的损耗。有 （3-19）其中， 为反向输入光隔离器的光信号功率， 为反向通过光隔离器的光功率。隔离度越大越好。125 （4）偏振相关损耗（PDL） 是指输入光偏振态发生变化而其他参数不变时，器件插入损耗的最大变化量。它是衡量器件插入损耗受偏振态影响程度的指标。 （5）偏振模色散（PMD） 是指通过器件的信号光不同偏振态之间的相位延迟。 注：一般情况下，光通信系统对光隔离器的主要技术指标要求为：插入损耗1.0dB；隔离度35dB；回波损耗50dB；PDL0.2dB；PMD0.2ps。1263.3.5 波长转换器 波长转换器：使信号从一个波长转换到另一个波长的器件。 波长转换器根据波长转换机理

57、可分为光电型波长转换器和全光型波长转换器。 （1）光电型波长转换器 如图3-17所示。由于速度受电子器件限制，不适应高速大容量光纤通信系统。图3-17 光电型波长转换器127 （2）全光型波长转换器 其波长转换技术主要由半导体光放大器（SOA）构成，如图3-18所示。 波长为1的光信号与需要转换为波长为2的连续光信号同时送入半导体光放大器，SOA对入射光功率存在增益饱和特性，结果使得输入光信号所携带的信息转换到2 上，通过滤波器取出2 光信号，即可实现从1到2 的全光波长转换。图3-18 全光型波长转换器1283.3.6 光开关 光开关：能够控制传输通路中光信号通或断或进行光路切换作用的器件。

58、 光开关一般包括两种：机械式光开关和电子式光开关。 机械式光开关的开关功能是通过机械方法实现的。利用电磁铁或步进电机驱动光纤、棱镜或反射镜等光学元件实现光路切换。 优点是插入损耗小，隔离度高，串扰小，适合各种光纤，技术成熟；缺点是开关速度较慢，体积较大。 电子式光开关利用磁光效应、电光效应或声光效应实现光路切换的器件。 优点是开关速度快，易于集成化；缺点是插入损耗大，串扰大，只适合单模光纤。1293.3.7 光滤波器 光滤波器：在光纤通信系统中，只允许一定波长的光信号通过的器件。 如果所通过的光波长可以改变，则称为波长可调谐光滤波器。 目前，结构最简单、应用最广的光滤波器是F-P腔光滤波器。

59、光滤波器的结构有两类，干涉滤波器和吸收滤波器。1303.3.8 光纤光栅 光纤光栅是利用光纤中的光敏性而制成的。 光敏性是指当外界入射的紫外光照射到纤芯中掺锗的光纤时，光纤的折射率将随光强而发生永久性改变。人们利用这种效应可在几厘米之内写入折射率分布光栅，称为光纤光栅。 光纤光栅最显著的优点是插入损耗低，结构简单，便于与光纤耦合，而且它具有高波长选择性。131小结 1光纤通信系统中所用的光器件有半导体光源、半导体光检测器以及无源光器件。 2光源器件作用是将电信号转换成光信号送入光纤。常用的光源器件有LD和LED两种，。 3LD由工作物质、激励源和光学谐振腔组成。 4LED与LD的区别是前者没有

60、光学谐振腔，它的发光仅限于自发辐射，从而使所发的光为荧光，是非相干光。 5半导体光电检测器的作用是将电信号转换成光信号。常用的光电检测器有PIN和APD两种。 6无源光器件，常用的无源光器件有光连接器、光衰减器、光耦合器、光隔离器、光环形器、光波长转换器、光开关、光滤波器和光纤光栅等。132第四四章 光端机 133本章内容和重点本章内容和重点本章内容 光发送机 光接收机 光中继器 光线路码型本章重点 光发送机和光接收机的功能、电路组成和工作原理。 光通信常用线路码型。134学习本章目的和要求学习本章目的和要求 掌握光发送机和光接收机的组成框图及工作原理。 熟悉光中继器的组成框图及工作原理。 掌

61、握光通信常用的线路码型。135 光发送机与光接收机统称为光端机。光端机位于电端机和光纤传输线路之间，如图4-1所示。图4-1 光纤通信系统组成 光纤通信系统主要包括光纤（光缆）和光端机。每一部光端机又包含光发送机和光接收机两部分，通信距离长时还要加光中继器。光发送机完成E/O转换，光接收机完成O/E转换，光纤实现光信号的传输，光中继器延长通信距离。 1364.1 光发送机 作用：是把从电端机送来的电信号转变成光信号，并送入光纤线路进行传输。对光发送机的要求： （1）有合适的输出光功率 光发送机的输出光功率，是指耦合进光纤的功率，亦称入纤功率。光源应有合适的光功率输出，一般为0.01mW5mW。

62、 （2）有较好的消光比 消光比的定义为全“1”码平均发送光功率与全“0”码平均发送光功率之比。可用下式表示 （4-1） 式中，P11为全“1”码时的平均光功率；P00为全“0”码时的平均光功率。一般要求EXT10dB。 137 （3）调制特性要好 所谓调制特性好，是指光源的PI曲线在使用范围内线性特性好，否则在调制后将产生非线性失真。 除此之外，还要求电路尽量简单、成本低、稳定性好、光源寿命长等。1384.1.1 光发送机的基本组成 数字光发送机的基本组成包括均衡放大、码型变换、复用、扰码、时钟提取、光源、光源的调制电路、光源的控制电路（ATC和APC）及光源的监测和保护电路等。如图4-2。图

63、4-2 数字光发送机原理方框图139 （1）均衡放大：补偿由电缆传输所产生的衰减和畸变。 （2）码型变换：将HDB3码或CMI码变化为NRZ码。 （3）复用：用一个大传输信道同时传送多个低速信号的过程。 （4）扰码：使信号达到“0”、“1”等概率出现，利于时钟提取。 （5）时钟提取：提取PCM中的时钟信号，供给其它电路使用。 （6）调制（驱动）电路：完成电/光变换任务。 （7）光源：产生作为光载波的光信号。 （8）温度控制和功率控制： 稳定工作温度和输出的平均光功率。 （9）其他保护、监测电路：如光源过流保护电路、无光告警电路、LD偏流（寿命）告警等。1404.1.2 光源的调制 1光源 光源

64、的作用是产生作为光载波的光信号，对光源的要求是： 发送光波的中心波长应在0.85m、1.31m和1.55m附近。光谱的谱线宽度要窄，以减小光纤色散对带宽的限制。 电/光转换效率高，发送光束方向性好，以提高耦合效率。 允许的调制速率要高或响应速度要快，以满足系统大的传输容量。 器件的温度稳定性好，可靠性高，寿命长。 器件体积小，重量轻，安装使用方便，价格便宜。141 2调制方式 有直接调制（内调制）和间接调制（外调制）。 （1）直接调制 基本概念及调制原理 直接调制就是将电信号直接注入光源，使其输出的光载波信号的强度随调制信号的变化而变化，又称为内调制。 调制原理如图4-3所示。 特点 调制简单

65、、损耗小、成本低。但存在波长(频率)的抖动。142图4-3 直接光强度数字调制原理图4-4 间接调制激光器的结构143 （2）间接调制 基本概念及调制原理 间接调制不直接调制光源，而是利用晶体的电光、磁光和声光特性对LD所发出的光载波进行调制，即光辐射之后再加载调制电压，使经过调制器的光载波得到调制，这种调制方式又称作外调制，如图4-4所示。 特点 调制系统比较复杂、损耗大、而且造价也高。但谱线宽度窄，可以应用于2.5Gbit/s的高速大容量传输系统之中，而且传输距离也超过300km以上。1444.2 光接收机 光接收机作用是将光纤传输后的幅度被衰减、波形产生畸变的、微弱的光信号变换为电信号，

66、并对电信号进行放大、整形、再生后，再生成与发送端相同的电信号，输入到电接收端机，并且用自动增益控制电路（AGC）保证稳定的输出。 光接收机中的关键器件是半导体光检测器，它和接收机中的前置放大器合称光接收机前端。前端性能是决定光接收机的主要因素。1454.2.1 光接收机的基本组成 强度调制直接检波（IM-DD）的光接收机方框图如图4-15所示，主要包括光电检测器、前置放大器、主放大器、均衡器、时钟恢复电路、取样判决器以及自动增益控制（AGC）电路等。图4-15 数字光接收机方框图146 1光电检测器 光电检测器是把光信号变换为电信号的关键器件，对其要求是： 在系统的工作波长上要有足够高的响应度

67、，即对一定的入射光功率，光电检测器能输出尽可能大的光电流。 波长响应要和光纤的3个低损耗窗口兼容。 有足够高的响应速度和足够的工作带宽。 产生的附加噪声要尽可能低，能够接收极微弱的光信号。 光电转换线性好，保真度高。 工作性能稳定，可靠性高，寿命长。 功耗和体积小，使用简便。147 2放大器 光接收机的放大器包括前置放大器和主放大器两部分。 对前置放大器要求是较低的噪声、较宽的带宽和较高的增益。 前置放大器的的类型目前有3种：低阻抗前置放大器、高阻抗前置放大器和跨阻抗前置放大器（或跨导前置放大器）。 主放大器一般是多级放大器，它的功能主要是提供足够高的增益，把来自前置放大器的输出信号放大到判决

68、电路所需的信号电平。并通过它实现自动增益控制（AGC），以使输入光信号在一定范围内变化时，输出电信号应保持恒定输出。 主放大器和AGC决定着光接收机的动态范围。148 3均衡器 均衡器的作用是对已畸变(失真)和有码间干扰的电信号进行均衡补偿，减小误码率。 4再生电路 再生电路的任务是把放大器输出的升余弦波形恢复成数字信号，由判决器和时钟恢复电路组成。 5自动增益控制（AGC） AGC就是用反馈环路来控制主放大器的增益。作用是增加了光接收机的动态范围，使光接收机的输出保持恒定。1494.2.2 光接收机的噪声特性 光接收机的噪声包括光电检测器的噪声和光接收机的电路噪声。这些噪声的分布如图4-16

69、所示。 光电检测器的噪声包括量子噪声、暗电流噪声、漏电流噪声和APD的倍增噪声； 电路噪声主要是前置放大器的噪声。前置放大器的噪声包括电阻热噪声及晶体管组件内部噪声。图4-16 接收机的噪声及其分布1504.2.3 光接收机的主要指标 数字光接收机主要指标有光接收机的灵敏度和动态范围。 （1）光接收机的灵敏度 光接收机的灵敏度是指在系统满足给定误码率指标的条件下，光接收机所需的最小平均接收光功率Pmin（mW）。工程中常用毫瓦分贝（dBm）来表示，即 (4-2) （2）光接收机的动态范围 光接收机的动态范围是指在保证系统误码率指标的条件下，接收机的最低输入光功率（dBm）和最大允许输入光功率（

70、dBm）之差（dB）。即 (4-3) 151 （3）自动增益控制（AGC） AGC就是利用反馈环路来控制主放大器的增益。AGC的作用是增加了光接收机的动态范围。 自动增益控制（AGC）电路原理框图如图4-17所示。图4-17 自动增益控制电路原理框图1524.3 光中继器 光信号在传输过程会出现两个问题： 光纤的损耗特性使光信号的幅度衰减，限制了光信号的传输距离； 光纤的色散特性使光信号波形失真，造成码间干扰，使误码率增加。 以上两点不但限制了光信号的传输距离，也限制了光纤的传输容量。为增加光纤的通信距离和通信容量，必须设置光中继器。 光中继器的功能是补偿光能量损耗，恢复信号脉冲形状有： 补偿

71、衰减的光信号； 对畸变失真的信号波形进行整形。 光中继器主要有两种：一种是传统的光中继器（即光电中继器），另一种是全光中继器。1534.3.1 光电中继器 1光电中继器的构成 传统的光中继器采用光电光（O-E-O）转换形式的中继器。如图4-18所示。图4-18 典型的数字光中继器原理方框图 2光电中继器的结构形式 有的设在机房中，有的是箱式或罐式，有的是直埋在地下或架空光缆在电杆上。1544.3.2 全光中继器 目前全光放大器主要是掺铒光纤放大器。掺铒光纤放大器是一个直接对光波实现放大的有源器件，其工作原理如图4-19所示。 用掺铒光纤放大器作中继器的优点是，设备简单，没有光电光的转换过程，工

72、作频带宽。缺点是，光放大器作中继器时，对波形的整形不起作用。图4-19 掺铒光纤放大器用作光中继器的原理框图155小结 1光发射机与光接收机统称为光端机。光发射机实现E/O，光接收机实现O/E转换。 2数字光发射机基本组成包括均衡放大、码型变换、复用、扰码、时钟提取、光源、光源的调制（驱动）电路、光源的控制电路（ATC和APC）及光源的监测和保护电路等。 3对光源进行强度调制的方法分为两类，即直接调制（内调制）和间接调制（外调制）。通常直接调制适用于速率小于2.5Gbit/s的系统。间接调制适合于高速大容量的系统。 4数字光接收机主要包括光电检测器、前置放大器、主放大器、均衡器、时钟提取电路、

73、取样判决器以及自动增益控制（AGC）电路。156 5光接收机的噪声主要来自光接收机内部噪声：包括光电检测器的噪声和光接收机的电路噪声。光电检测器的噪声包括量子噪声、暗电流噪声、漏电流噪声和APD的倍增噪声；电路噪声主要是前置放大器的噪声。 6数字光接收机主要指标有光接收机的灵敏度和动态范围。 7光中继器的主要功能有：补偿衰减的光信号；对畸变失真的信号波形进行整形。有两种类型的中继器，传统的光电中继器和全光中继器。 157本章内容、重点、难点和要求本章内容、重点、难点和要求本章内容 损耗受限系统的再生段距离的设计。 损耗受限和色散受限系统的再生段距离的设计示例。本章重点和难点 损耗受限和色散受限

74、系统的再生段距离的设计示例。学习本章目的和要求 掌握再生段距离设计的方法。第五章第五章. 光纤通信系统设计158 光缆数字线路系统设计的基本方法是最坏值设计法。所谓最坏值设计法，就是在设计再生段距离时，将所有参数值都按最坏值选取，而不管其具体分布如何。 按照ITUT建议G.957的规定，允许的光通道损耗PSR为 PSR =PTPRPP （5-1） PT为光发送功率；PR为光接收灵敏度；PP为光通道功率代价。159 PP在实际中可以等效为附加接收损耗，可扣除，于是实际S-R点的允许损耗为 （5-2） 式中A f表示再生段平均光缆衰减系数（dB/km）， A S是再生段平均接头损耗（dB）， L

75、f是单盘光缆的盘长（km）， M c是光缆富余度（dB/km）， A C是光纤配线盘上的附加活动连接器损耗（dB），这里按两个考虑。图5-1形象地演示了整个光通道损耗的组成。160 在中继距离的设计中应考虑衰减和色散这两个限制因素，因而对于中继距离的设计可以分为两种情况来讨论。 第一种情况是损耗受限系统，即再生段距离由S和R点之间的光通道损耗决定。 第二种情况是色散受限系统，即再生段距离由S和R点之间的光通道总色散所限定。图5-1 光通道损耗的组成1615.1 损耗受限系统设计 损耗受限系统的实际可达再生段距离可以用下式来估算： （5-3）所以 （5-4）其中 （55） （56）162 式中P

76、T为发送光功率（dBm），PR为光接收灵敏度（dBm），AC是光纤配线盘上的收发端两个附加活动连接器损耗（dB），PP为光通道功率代价（dB），由反射功率代价Pr和色散功率代价Pd组成，Me为系统设备富裕度（dB），Mc为光缆富余度（dB/km），n是再生段内所用光缆的盘数，fi是单盘光缆的衰减系数（dB/km），Af表示再生段平均光缆衰减系数（dB/km），si是单个光纤接头的损耗（dB），AS是再生段平均接头损耗（dB）。 采用最坏值法设计时，再生段距离Ll的计算公式（54）可以简化为下式 （5-7）1635.2 应用举例 以STM16长途通信系统光传输设计为例。 计划建设一条2.4Gbi

77、t/s单模光纤干线系统，系统采用单纵模激光器，沿途具备设站条件的候选站点间的距离为（3758）km，系统设计要求设备富余度Me为4dB，光缆富余度Mc为0.05dB/km。 根据上述58km的最长站间距离可以初选L16.2系统（其目标距离80km），并假设工作波长为极端的1 580nm，单盘光缆的衰减系数fi=0.22dB/km，单个光纤接头的损耗si=0.1（dB），单盘光缆的盘长Lf=2km，活动连接器损耗AC=0.35dB。依据L16.2规定，PT=（23）dBm，PR=28dBm，PP=2dB，则依据式（5-4）可以计算出：164 由于LlLC，所以此系统为损耗受限系统，且能满足58k

78、m无中继传输距离的要求。165第二部分SDH技术166本章内容、重点和难点本章内容、重点和难点本章内容 SDH的产生、基本概念、速率和帧结构。 SDH的映射原理、同步复用和开销。 SDH网元、传送网和自愈网。 SDH网同步、网络传输性能和网络管理。本章重点 SDH的基本概念、速率和帧结构。 SDH的映射原理、同步复用和开销。 SDH网元、自愈网和网同步。本章难点 SDH的映射原理、同步复用和开销。167第一章 SDH的产生和基本概念 1.1PDH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

79、，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，建立集中式电信管理网困难。 （5）网络结构缺乏灵活性 （6）面向话音业务168表3-1 准同步数字体系一次群（基群）二 次 群三 次 群四 次 群北美24路1.544 Mbit/s96路（244）3.312 Mbit/s672路（966）44.736 Mbit/s4 032路（6726）274.176 Mbit/s日本24路1.544 Mbit/s96路（244）3.312 Mbit/s480路（965）3

80、2.064 Mbit/s1 440路（4803）97.782 Mbit/s欧洲中国30路2.048 Mbit/s120路（304）8.448 Mbit/s480路（1204）34.368 Mbit/s1 920路（4803）139.264 Mbit/s169表3-2 SDH和SONET网络节点接口的标准速率SDHSONET等 级标称速率（Mbit/s）简 称等 级标准速率（Mbit/s）OC-1/STS-1（480CH）51.840STM-l（1920CH）155.520155Mbit/sOC-3/STS-3（1440CH）155.520OC-9/STS-9463.560STM-4（7696C

81、H）622.080622Mbit/sOC-12/STS-12622.080OC-18/STS-18933.120OC-24/STS-241244.160OC-36/STS-361863.240STM-16（30720CH）2488.3202.5Gbit/sOC-48/STS-48（32356CH）2488.320OC-96/STS-96（尚待确定）4973.640STM-64（122880CH）9953.28010Gbit/sOC-192/STS-192（129024CH）9953.280170 1.2SDH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

82、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。171 1网络节点接口 网络节点接口（NNI）是表示网络节点之间的接口，在实际中也可以看成是传输设备和网络节点之间的接口。 它在网络中的位置如图1-1所示。 SDH的NNI处有标准化接口速率、信号帧结构和信号码型，即SDH在NNI实现了标准化。172图1-1 NNI在网络中的应用1731.3 SDH的速率与帧结构 1SDH的速率 SDH采用一套标

83、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-649 953.280Mbit/s174 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1-2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

84、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。175图1-2 STM-N帧结构176 （1）段开销（SOH）区域 段开销是指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

85、收端能正确分离净负荷。177 1.4SDH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。178 1.5SDH应用的若干问题

86、（1）频带利用率低：频带利用率不如传统的PDH系统高。 （2）抖动性能劣化：引入了指针调整技术，使抖动性能劣化。 （3）软件权限过大：给安全带来隐患。须进行强的安全管理。 （4）定时信息传送困难：分插、重选路由及指针调整所致。 （5）IP业务对SDH传送网结构的影响。1791.6 映射原理与同步复用 同步复用和映射方法是SDH最有特色的内容之一。 它使数字复用由PDH僵硬的大量硬件配置转变为灵活的软件配置。 它可将PDH两大体系的绝大多数速率信号都复用进STM-N帧结构中。180 1.6.1SDH的通用复用映射结构 SDH的通用复用映射结构，如图1-3所示。将各种信号装入SDH帧结构净负荷区，

87、需要经过映射、定位校准和复用3个步骤。图1-3 SDH的通用复用映射结构181 1.6 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1-4 我国的SDH复用映射结构182 1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入速率，即1.544 Mbit/s、2.048 Mb

88、it/s、3.312 Mbit/s、34.368 Mbit/s和139.264 Mbit/s。可参见图3-3所示。 我国的SDH复用映射结构仅涉及C-12、C-3及C-4。183 （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VC-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V

89、C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）。184 （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-2两种支路单元组。 1TUC-2=3TU-121TUG-3=7TUG-2=21TU-121VC-4=

90、3TUG-3=63TU-12185 （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信号按字节间插同步复用后再加上SOH就构成了STM-N信号（N=4，16，64，），即NAUG+SOH=STM-N186 2应用

91、示例 例如，一个2.048Mbit/s和一个139.264Mbit/s信号的映射复用过程如下：1871.6.3 基本复用映射步骤 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-n

92、或AU-n帧中的起始位置。188 （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3-4。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 STM-N=NSTM-11891.6.4 映射方法 1映

93、射方法 （1）异步映射 异步映射是一种对映射信号的结构无任何限制，也无需与网络同步，仅利用正码速调整将信号适配装入VC的映射方法。此种可直接接入/取出PDH速率等级的信号。我国多采用此种方法。 （2）比特同步映射 比特同步映射是一种对映射信号无任何限制，但要求其与网络同步，从而无需码速调整即可使信号适配装入VC的映射方法。此种方法无需去映射，即可直接取出64kbit/s或N64kbit/s信号。190 （3）字节同步映射 字节同步映射是一种要求映射信号具有帧结构，并与网络同步，无需任何速率调整即可将信息字节装入VC内规定位置的映射方法。它特别适用于在VC-11和VC-12内无需组帧或解帧即可直

94、接接入或取出64kbit/s或N64kbit/s信号。191 2工作模式 （1）浮动模式 浮动模式是指VC净负荷在TU帧内的位置不固定，并由TU PTR指示其起点位置的一种工作模式。此种模式无需滑动缓存器即可实现同步，且引入的信号时延最小。在浮动模式下，VC帧内安排有相应的VC POH，因此可进行通道性能的端到端监测。 （2）锁定模式 锁定模式是一种信息净负荷与网同步并处于TU帧内固定位置，因而无需TU PTR的工作模式。锁定模式省去了TU PTR，且在VC内不能安排VC POH，因此需用的滑动缓存器来容纳VC净负荷与STM-N帧的频差和相差，从而引入较大的信号时延，并且不能进行通道性能的端到

95、端监测。192 3映射方式选择 三种映射方法和两类工作模式最多可以组合成5种映射方式，即浮动的异步映射、浮动的字节同步映射、浮动的比特同步映射、锁定的字节同步映射和锁定的比特同步映射，如表1-3。PDHVC-n映 射 方 式异步映射比特同步映射字节同步映射139.264Mbit/sVC-4浮动模式无无34.368Mbit/sVC-3浮动模式浮动模式浮动模式2.048Mbit/sVC-12浮动模式浮动/锁定模式浮动/锁定模式表1-3PDH信号进入SDH的映射方式 目前，我国的映射方式大多采用浮动的异步映射。1931.6.5 复用方法 SDH采用的是字节间插同步复用的方法将多个低阶通道层信号适配进

96、高阶通道层，或将多个高阶通道层信号适配进复用段层。 1将N个AU-4复用进STM-N帧 （1）AU-4复用进AUG AU-4由VC-4（9261字节）净负荷加上AU-4指针组成。 VC-4是个整体，它在AU-4帧内的位置可以由其第一个字节的位置来确定。为了将AU-4装入STM-N帧结构，先要经AUG的复用。 单个AU-4复用进AUG的结构如图3-9所示。1943.3.4 复用方法 （2）将3个TUG-3复用进VC-4 如图1-5所示。TUG-3是9行86列的结构，而其VC-4是由1列VC-4 POH、两列固定塞入字节和258列净负荷组成的。图1-5 3个TUG-3复用进VC-4可见一个VC-4

97、可容纳3个34.368Mbit/s的信号。195 2将TU-12复用进VC-4帧 （1）TU-12复用进TUG-2 TU-12由VC-12（34个字节的C-12加1个字节的VC-12 POH）和TU-12指针组成，所以TU-12由9行4列=36字节组成。3个TU-12复用成TUG-2（9行12列）。 （2）7个TUG-2复用进TUG-3 TUG-3共占有9行86列字节，其中第1列和第2列由塞入字节组成，一组7个TUG-2按单字节间插复用进TUG-3。如图3-13所示。 （3）3个TUG-3复用进VC-4 如图1-5所示。可见VC-4帧由373=63个TU-12复用而成，即一个VC-4可容纳63

98、个2.048Mbit/s的信号。196 3实例说明 （1）PDH四次群信号至STM-1的形成过程：如图1-6所示。图1-6 139.264Mbit/s信号至STM-1的形成过程197 （2）PDH基群信号至STM-1的形成过程： 如图1-7所示。图1-7 2.048Mbit/s信号至STM-1的形成过程1981.6.6 指针 SDH中的指针是一种指示符，其值定义为VC-n相对于支持它的传送实体参考点的帧偏移。 指针的作用不仅可以进行频率和相位校准，而且可以容纳网络中的频率抖动和漂移。 指针分为AU PTR和TU PTR。 AU PTR又包括AU-4 PTR和AU-3 PTR TU-PTR包括T

99、U-3 PTR、TU-2 PTR、TU-11 PTR和TU-12 PTR。 在我国的复用映射结构中，有AU-4 PTR、TU-3 PTR和TU-12 PTR，此外还有表示TU-12位置的指示字节H4。1991.7 SDH开销 SDH开销是指用于SDH网络的运行、管理和维护的比特。 SDH的开销分两类：段开销SOH和通道开销POH，分别用于段层和通道层的维护。 SOH分为再生段开销（RSOH）和复用段开销9MSOH）两种。 RSOH负责管理再生段，可在再生器接入，也可在终端设备接入；MSOH负责管理复用段，它将透明地通过每个再生器，只能在AUG组合或分解的地方才能接入或终结。 POH主要用于通道

100、性能监视及告警状态的指示。有低阶通道开销（LPOH）和高阶通道开销（HPOH）两种， LPOH在低阶VC-n的组装和拆卸处接入或终接 HPOH在高阶VC-n的组装和拆卸处接入或终接。 各种开销对应于相应的管理对象，如图1-8所示。200图1-8 SDH开销的类型和作用2011.7.1 段开销（SOH） STM-1的段开销（SOH）字节安排，如图1-9所示。STM-N（N1，N=4，16，）的SOH字节，可利用字节间插方式构成，安排规则如下：第1个STM-1的SOH被完整保留，其余N1个SOH中仅保留A1，A2、B2和 M1字节，其他字节均省去。以STM-1为例。图1-9 STM-1 SOH字节

101、安排2021.7.1 段开销（SOH） （1）定帧字节：A1和A2 A1和A2字节的作用是识别一帧的起始位置，以区分各帧，即实现帧同步功能。A1和A2的十六进制码分别为：F6和28。 对于STM-N帧，定帧字节由3N个A1字节和3N个A2字节组成。在接收端若连续3ms检测不到定帧字节A1和A2，则产生帧丢失（LOF）告警。 A1和A2不经扰码，全透明传送。当收信正常时，再生器直接转发该字节；当收信故障时，再生器产生该字节。203 （2）再生段踪迹字节：J0 该字节用于确定再生段是否正确连接。该字节被用来重复发送“段接入点识别符”，以便使段接收机能据此确认其与指定的发送端是否处于持续的连接状态。

102、若收到的值与所期望的值不一致，则产生再生段踪迹标识失配（RS-TIM）告警。 （3）数据通信通路（DCC）：D1D12 DCC用来构成SMN的传送链路，在网元之间传送OAM信息。 D1D3字节称为再生段DCC，用于再生段终端间传送OAM信息，速率为192kbit/s（364kbit/s）。 D4D12字节称为复用段DCC，用于复用段终端之间传送OAM信息，速率为576kbit/s（964kbit/s）。204 （4）公务联络字节：E1和E2 这两个字节用于提供公务联络的语声通路，速率为64kbit/s。 E1属于RSOH，再生段之间的本地公务联络，可在所有终端接入。 E2属于MSOH，用于复用

103、段终端之间的直达公务联络，可在复用段终端接入。 （5）使用者通路字节：F1 该字节是留给使用者（通常为网络提供者）专用的，主要为特殊维护目的而提供临时的数据/语声通路连接，其速率为64kbit/s。2051.7.2 通道开销（POH） SOH主要用于再生段和复用段的管理，而POH用于通道的OAM。 POH根据所管理对象（VC）的不同可分为HPOH和LPOH。 1高阶通道开销（HPOH） HPOH包括VC-3 POH、VC-4 POH和VC-4-Xc POH。 HPOH共有9个字节，用来完成高阶VC通道性能监视、告警状态指示、维护用信号及复帧结构指示206 2低阶通道开销（LPOH） LPOH包

104、括VC-12 POH、VC-11 POH和VC-2 POH。 LPOH由V5、J2、N2和K4四个字节组成2071.7.3 告警SDH主要告警信号间的抑制关系：如图1-10所示。图1-10 主要告警信号的抑制关系208 告警维护信号 AIS（告警指示信号） AIS是送往下游以指示上游故障已被检出并告警的信号。AIS也称全“1”告警，即对下一级信号结构插入全“1”，告知该信号不可用。 MS-AIS：整个STM-N帧内除STM-RSOH外全部为“1”。检测接收到的复用段开销字节K2（b6b8）=111时，上报此告警，发送全“1”数字信号。一般由LOS或LOF告警引起或上游站传递过来。 AU-AIS

105、：包含AU-n指针的整个AU-n帧内全为“1”。一般由LOS、MS-AIS告警引起，常见业务配置有问题。 TU-AIS：包含TU-n指针的整个TU-n内全为“1”。检测到TU-LOP、LP-TIM等信号，向下游发送此信号，并向上游回送LP-RDI告警指示。一般由线路板、交叉板、支路板或业务故障引起。209 RDI（远端接收缺陷指示）：指示对端站检测到LOS、AIS等告警后，传给本站的回告。常见的RDI告警有： MS-RDI：检测接收到的复用段开销字节K2（b6b8）=110。 一般由下游站回告上来，表示下游站接收到的本站信号有故障，说明本站至对端线路板之间有问题。 HP-RDI：检测接收到的高

106、阶通道开销字节G1（b5）=1。 一般由对端复用段或高阶通道故障引起。 LP-RDI（低阶通道远端接收缺陷指示）：检测接收到的低阶通道开销字节V5（b8）=1。 一般是TU-AIS告警的对告。210 LOS（收光信号丢失）：当接收光信号功率在给定时间内（10s或更长）一直低于某一设定门限值Pd（对应BER103）时，则设备进入LOS状态。 LOS是最常见的告警，一般是由光纤中断或光路损耗过大引起。 在LOS状态下，如果连续检测到两个正确的帧定位图案（A1=F6H，A2=28H），且在期间（一帧时间）没有检出LOS，设备退出LOS状态。 T-LOS：支路2M信号丢失，一般是未上交换业务或DDF的

107、2M线接触不良，是最常见的告警。211 OOF（帧失步）：当输入比特流中的帧定位图案A1和A2的位置不能确知时，就认为STM-N信号处于帧失步状态。 对于随机的非定帧信号，最大的帧失步检测时间为5帧（625s），而最大的定帧时间为2帧（250s） LOF（帧丢失）：在接收端连续3ms未检测到定帧字节A1F6H、A228H，说明接收侧帧同步丢失，SDH设备应进入LOF状态。一般由光板故障或光路故障引起。 当STM-N信号连续处于定帧状态至少1ms后，SDH设备应退出LOF状态。212 LOP（指针丢失）：当连续8帧没有找到有效指针，或者检测到8个连续新数据标识（NDF）使能时，设备应进入LOP状

108、态。常见的LOP告警有AU-LOP和TU-LOP等。 AU-LOP：检测到AU指针H1H2字节非法。常见的有业务时隙冲突。 TU-LOP：检测到TU指针V1V2字节非法。一般在增减时隙配置时发生时隙冲突。 当检测到连续3个具有正常NDF的有效指针或级联指示时，设备应退出LOP状态。213 REI（远端差错指示）：采用BIP-n时，收端检测到误码块向发端站的回传信号。常见的REI告警有： MS-REI：线路板所连的对端站检测到有B2误码块，向本站传回M1字节（M1字节表示误码块个数）。 HP-REI：高阶通道所连的对端站检测到有B3误码块，向本站传回G1（b1b4）（b1b4表示误码块个数）。

109、LP-REI：低阶通道所连的对端站检测到有BIP-2误码块，向本站传回V5（b3）（b3表示有无误码块）。214 EXC（过误码告警）：当检测的误码块个数超过规定值时，产生此告警。常见的EXC有： RS-EXC（再生段过误码）：B1误码过量，检测到B1误码块个数超过规定值。 MS-EXC（复用段过误码）：B2误码过量，检测到B2误码块个数超过规定值。 HP-EXC（高阶通道过误码）：B3误码过量，检测到B3误码块个数超过规定值。 LP-EXC（低阶通道过误码）：V5（b1，b2）误码过量，检测到的误码块个数超过规定值。215 TIM（踪迹识别符失配）：一般由两端的踪迹识别符不一致引起。该告警不

110、一定影响业务。常见的有HP-TIM和LP-TIM。 HP-TIM：J1字节若收到的值与所期望的值不一致，则产生HP-TIM告警。一般由两端光板的踪迹识别符不一致引起。 LP-TIM：J2字节若收到的值与所期望的值不一致，则产生LP-TIM告警。一般由两端支路板的踪迹识别符不一致引起。 信号标记失配（SLM）：信号标记字节与净负荷的内容不符，则产生此告警。常见的告警有HP-SLM和LP-SLM。 HP-SLM：说明C2字节内容与净负荷的内容不符。 LP-SLM：说明V5（bit5-7）内容与净负荷的内容不符。 PS（保护倒换）告警：系统发生了保护倒换，发生此告警。216第二章 SDH网元2.1

111、SDH网元的基本构成 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2-1所示。图2-1 SDH网元功能示意图217 2.1.1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，并完成电/光转换。在收端则完成相反的功能。218 2.2.2分插复用器（ADM） （1）概念及作用 AD

112、M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2-2 （a）和（b）所示。支路支路的连接功能，如图2-2 （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2-2（d）所示。 （3）应用：常用于线性网和环形网。219图2-2 ADM设备的连接能力220 2.2.3数字交叉连接设备（DXC） （1）基本概念 DXC

113、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。221图2-3 DXC简化结构 （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2-3所示。 DXC的核心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。222 （3）基本功能分离本地交换业务和

114、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）。 223 （4）DXC的分类 DXC配置类型通常用DXC X/Y表示，其中X表示接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

115、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。224比较对象DXC交 换 机交换对象多个电路组成的电路群（2Mbit/s155Mbit/s）单个电路（64kbit/s）业务控制交叉连接矩阵由外部操作系统控制，用来连至TMN交换由用户业务信号控制保持时间静态交换，每个电路群是半永久性的电路（几个小时几天几个月几年）动态交换

116、，每个电路是暂时连接（几秒几分钟几十分钟）阻塞情况无有网关功能有无表2-1 DXC与常规数字交换机的主要区别（5）DXC与常规数字交换机的主要区别：如表2-1所示。225 2.2.4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。2263.1 SDH传送网 传送网主要指逻辑功能意义上的网络，即网络的逻辑功能集合。 传输网是指实际信息传递设备（如光缆）组成的物理网络。 传送是从信息传递的功能过程来描述，而传输是从信号在具体物理

117、媒质中传输的物理过程来描述。 传送网可以有基于SDH的传送网、基于PDH的传送网和基于ATM的传送网等。第三章 SDH网络3.1.1 SDH传送网的基本概念 2273.1.2 SDH传送网的分层与分割 1分层与分割的概念 传送网可从垂直方向分解为3个独立的层网，即电路层、通道层和传输媒质层。分割往往是从地理上将层网络再细分为国际网、国内网和地区网等，并独立地对每一部分行使管理。分层和分割是正交的，图3-1所示。 对网络进行分层的好处是： 对每一层网络比对整个网络作为单个实体设计简单； 简化了TMN管理目标的规定； 使网络规范与具体实施方法无关，保持较长时间的稳定； 某一层网络的更新与改变不会影

118、响其他层。 对网络进行分割的好处是： 便于管理； 便于改变网络组成，使之最佳化等。228图3-1 分层和分割视图229 2SDH传送网的分层 电路层网络是面向业务的，严格上讲不属于传送层网络。传送网本身大致分为两层，通道层和传输媒质层。如图3-2所示。图3-2 SDH传送网的分层模型230 （1）电路层网络 电路层网络直接为用户提供通信业务，例如：电路交换业务、分组交换业务、IP业务和租用线业务等。根据提供的业务不同可以区分不同的电路层网络。 电路层网络的主要节点设备包括用于交换各种业务的交换机，用于租用线业务的交叉连接设备以及IP路由器等。 （2）通道层网络 通道层网络支持一个或多个电路层网

119、络，为电路层网络节点（如交换机）提供透明的传送通道（即电路群）。通道层网络又可进一步划分为低阶通道层（VC-11、VC-12、VC-2和VC-3）和高阶通道层（VC-4、VC-4-Xc和VC-3）。 231 （3）传输媒质层网络 传输媒质层网络与传输媒质（光缆或微波）有关，它支持一个或多个通道层网络，为通道层网络节点（例如DXC、ADM等）间提供合适的通道容量。 传输媒质层又分为段层和物理媒质层（简称物理层）。 段层网络可分为复用段层网络和再生段层网络。复用段层网络为通道层提供同步和复用功能，并完成有关MSOH的处理和传送等功能；再生段层网络提供定帧、扰码、再生段误码监视以及RSOH的处理和传

120、送等功能。 物理层网络涉及到支持段层网络的光纤、金属线对或无线信道等传输媒质，主要完成光/电脉冲形式的比特传送任务。2323.1.3 SDH传送网的物理拓扑 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3-3所示。图3-3 网络基本物理拓扑类型233 1线形 概念：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

121、扑通常用于用户接入网。234 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。235 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3-4所示为4种

122、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。236 图3-4 SDH传输网络结构举例2373.2 SDH自愈网 自愈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。2383.2 SDH自愈网 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

123、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 。239图3-5 再生段、复用段和通道示意图 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3-5。240 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

124、种方式。 （1）1+1方式 如图3-6（a）所示，1+1方式采用并发优收。 （2）1N 方式 如图3-6（b）所示，保护段（1个）由N（N=114）个工作段共用，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。241图3-6 线路保护倒换242 （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

125、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。2433.2.3 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3-7所示。图3-7 ADM自愈环244 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

126、每一个通道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。245 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，单向环工作于通道倒换方式或复用段

127、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。246 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3-8）。采用1+1保护方式 。图3-8 二纤单向通道保护环247 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3-9所示为1+1方式的二纤双向通道保护环的结构。图3-9 二纤双向通道保护环248 3四纤双向复用段共享保护环 在每个区段（节点间）采用两根工作光纤（一发一收，W

128、l和W2）和两根保护光纤（一发一收，P1和P2），如图3-10所示。图3-10 四纤双向复用段共享保护环249 4二纤双向复用段共享保护环 采用了时隙交换技术，如图3-11所示。在一根光纤中同时载有工作通路W1和保护通路P2，在另一根光纤中同时载有工作通路W2和保护通路P1。 每条光纤上的一半通路规定作为工作通路（W），另一半通路作为保护通路（P），一条光纤的工作通路（W1），由沿环的相反方向的另一条光纤上的保护通路（P1）来保护；反之亦然。 对于传送STM-N的二纤双向复用段共享保护环，实现时是利用W1/P2光纤中的一半AU-4时隙（例如从时隙1到N/2）传送业务信号，而另一半时隙（从时隙N

129、/2+1到N）留给保护信号。另一根光纤W2/P1也同样处理。也就是说，编号为m的AU-4工作通路由对应的保护通路在相反方向的第（N/2+m）个AU-4来保护。250图3-11 二纤双向复用段共享保护环2513.2.4 DXC网形网保护 （1）DXC的工作方式 DXC的工作方式按路由表的计算方式不同，可分为静态方式、动态方式和即时方式3种。 即时方式需要最少的保护容量，动态方式次之，静态方式需要的保护容量最大。然而，即时方式的业务恢复时间最长，静态方式的业务恢复时间最短。 按DXC自愈网控制方式，有集中式控制和分布式控制。集中控制方式的业务恢复时间很长；在分布式结构中业务恢复时间较短。可根据实际

130、情况选用不同方式。252 图3-13 混合保护结构图3-12 利用DXC的保护结构 （2）举例 图3-12给出了一种自愈网结构。图3-13给出了环形网和DXC保护混合的示例。2533.2.5 各种自愈保护比较 线路保护倒换方式配置容易，网管简单，恢复时间很短（50ms），但成本较高，一般用于保护较重要的光缆连接（1+1方式）或两点间有较稳定的大业务量情况。 自愈环具有很高的生存性，网络恢复时间较短（50ms），并具有良好的业务量疏导能力，但它的网络规划较难实现，适用于接入网、中继网和长途网。在接入网部分，适于采用通道保护环；而在中继网和长途网中，则一般采用双向复用段保护环；至于二纤或四纤方式取

131、决于容量和经济性的综合比较。 DXC的保护方式也具有很高的生存性，于规划和设计，但网络恢复时间较长。DXC保护最适合于高度互连的网孔形拓扑，在长途网中应用较多。利用DXC将多个环形网互连应用也较多。254第四章 SDH网同步 网同步的目标是使网中所有交换节点的时钟频率和相位都控制在预先确定的容差范围内，以便使网内各交换节点的全部数字流实现正确、有效的交换。否则会在数字交换机的缓冲器中产生信息比特的溢出和取空，导致数字流的滑动损伤，造成数据出错。2554.1 网同步的工作方式 两种基本的网同步方式，即主从同步方式和相互同步方式。 4.1.1主从同步方式 主从同步方式使用一系列分级的时钟，每一级时

132、钟都与其上一级时钟同步，在网中的最高一级时钟称为基准主时钟或基准时钟（PRC）。如图4-1所示。ITU-T将各级时钟分为以下4类： 基准主时钟（PRC），精度达11011，G.811建议规范； 转接局从时钟，精度达5109 ，G.812（T）建议规范； 端局从时钟，精度达1107，由G.812（L）建议规范； SDH网元时钟（SEC），精度达4.6106，G.813建议规范。256图4-1 主从同步方式 优点：网络稳定性较好；组网灵活；对从节点时钟的频率精度要求较低；控制简单；网络的滑动性能也较好。 缺点：一旦基准主时钟发生故障会造成全网的问题。基准主时钟应采用多重备份。同步分配链路也尽可能有

133、备用。257 4.1.2相互同步方式 这种同步方式在网中不设主时钟，由网内各交换节点的时钟相互控制，最后都调整到一个稳定的、统一的系统频率上，从而实现全网的同步工作。网频率为各交换节点时钟频率的加权平均值。图4-2所示为相互同步方式。图4-2 相互同步方式特点：网频率的稳定性高；对同步分配链路的失效不甚敏感，适于网孔形结构，对节点时钟要求较低，设备便宜。网络稳定性不如主从方式，系统稳态频率不确定且易受外界因素影响。258 4.1.3我国数字同步网的网络结构 “多基准钟，分区等级主从同步”方式，如图4-3所示。图4-3 我国数字同步网的网络结构259 我国数字同步网的网络结构特点如下。 （1）在

134、北京、武汉各建了一个以铯（CS）钟为主的、包括了GPS接收机的高精度基准钟，称为PRC。 （2）在其他29个省中心以上城市（北京、武汉除外）各建立了一个以GPS接收机为主加铷（Rb）钟构成的高精度区域基准钟，称为LPR。 （3）LPR以GPS信号为主用，当GPS信号发生故障或降质时，该LPR转为经地面数字电路跟踪于北京或武汉的PRC。 （4）各省以本省中心的LPR为基准钟组建数字同步网。 （5）地面传输同步信号一般采用PDH 2Mbit/s（2Mbit/s专线或局间中继），在缺乏PDH链路而SDH已具备传输定时的条件下，可采用STM-N线路码流传输定时信号。260 4.1.4时钟类型和工作模式

135、 （1）时钟类型 铯（Cs）原子钟：长期频偏优于11011，可以作为全网同步的最高等级的基准主时钟。可靠性较差。 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，缺点是长期频率稳定度不好。一般，作为长途交换局和端局的从时钟。 铷原子钟：性能（稳定度和精确度）和成本介于上述两种时钟之间。适于作为同步区的基准时钟。 全球定位系统（GPS）：GPS是由美国国防部组织建立并控制的利用多颗低轨道卫星进行全球定位的导航系统。民用的时钟精度可达11013。 261 大楼综合定时供给系统（BITS）：其结构如图4-4所示。BITS的优点如下。 可以滤出传输过程中的瞬断、抖动和漂移，隔离链路中断和

136、故障，将高精度的同步信号提供给楼内所需同步的各种设备。 网络维护相对简单，不需要给每个业务设备专门提供同步分配链路和维护同步链路。 新业务增加不受同步的限制。 可以提供完善的监视和信息提供功能。 性能稳定，可靠精度可达二级钟或三级钟水平。 具有SSM功能和其他一些避免定时环路的功能。 具有方便在线升级改造的能力。262图4-4 大楼综合定时供给系统结构图263 （2）从时钟的工作模式 在主从同步方式中，节点从时钟通常有3种工作（运行）模式。 正常工作模式 在实际业务条件下的工作模式，此时从时钟同步于输入的基准时钟信号。 保持模式 当所有定时基准丢失后，从时钟进入所谓的保持模式。转接局时钟、端局

137、时钟和一些重要的网元时钟都具备此功能（如TM、ADM和DXC），简单的小网元时钟可不具备此功能（如REG）。 自由运行模式 当时钟丢失所有外部定时基准，且失去了定时基准记忆或者根本没有保持模式时，从时钟内部振荡器工作于自由振荡方式。2644.2 SDH网同步结构和同步方式 4.2.1SDH网同步结构 （1）局内应用 局内同步分配通常采用逻辑上的星形拓扑，即所有网元时钟都直接从本局内最高质量的大楼综合定时源（BITS）获取定时，只有BITS是从来自别的交换节点的同步分配链路中提取定时并能一直跟踪至全网的基准主时钟。局内时钟间的关系如图4-5所示。 （2）局间应用 局间同步分配一般采用类树形拓扑，

138、使SDH网内的所有节点都能同步。局间各级时钟间的关系如图4-6所示。265 图4-5 局内分配的同步网结构图4-6 局间分配的同步网结构266 4.2. 2SDH网同步方式 有4种同步方式，即同步方式、伪同步方式，准同步方式和异步方式。 （1）同步方式 网中所有时钟都能最终跟踪到网络惟一的基准主时钟。 在单一网络运行者所管辖的范围内，该方式是正常工作方式。 （2）伪同步方式 当网中有两个以上都遵守ITU-T的G.811建议要求的基准时钟时，为伪同步方式。 通常在国际网络之间、分布式多个基准时钟控制的全同步网之间以及不同的经营者网络之间，该方式是正常工作方式。 267 （3）准同步方式 当网同步

139、中有一个节点或多个节点时钟的同步路径和替代路径都不能使用时，时钟将进入保持模式或自由运行模式。这时的同步方式为准同步方式。 （4）异步方式 当网络节点时钟出现大的频率偏差时，则网络工作于异步方式。如果节点时钟频率准确度低于G.813要求时，SDH网络不再维持正常业务，而将发送AIS信号。发送AIS所需的时钟精度只要求有20106即可。2684.3 SDH网元的定时 4.3.1网元定时方式 SDH网元从取得定时信号的来源可以分成3种定时方式，如表4-1所示。表4-1 SDH网元定时方式定时信号的来源定 时 方 式从外部定时源、通常为BITS获取外同步输入定时从接收的STM-N信号中提取通过定时环

140、路定时线路定时从设备内部振荡器获取内部定时269 （1）外同步定时源 SDH网元时钟的定时基准由外部定时源供给，如图4-7（a）所示。ADM和DXC优先采用此种方式。 （2）从接收的STM-N信号中提取定时 此方式是广泛应用的同步定时方式。该方式又分为通过定时、环路定时和线路定时，如图4-7 （b）、（c）、（d）所示。 通过定时 SDH网元从同方向终结的STM-N输入信号中提取定时信号，并由此再对输出的STM-N发送信号进行同步，如图4-7 （b）所示。ADM和REG可采用此种定时方式。270 环路定时 SDH网元输出的STM-N信号的发送时钟，是从相应的STM-N接收信号中提取，如图4-7

141、 （c）所示。TM多采用此种定时方式。 线路定时 SDH网元所有输出的STM-N和STM-M信号的发送时钟都将同步于从某一特定的STM-N信号中提取的定时信号，如图4-7 （d）所示。ADM和DXC可采用此种定时方式。 （3）内部定时源 当所有外同步定时源都丢失时，可使用内部定时方式。当内部定时源具有保持能力时，首先工作于保持模式。失去保持后，还可工作于自由振荡模式。当内部定时源无保持能力时，只能工作于自由振荡模式，如图4-7 （e）所示。271图4-7 SDH网元的定时方式272 4.3.2定时环路的产生和防止 （1）定时环路的产生 从定时可靠性考虑，一个SDH设备可能需要定义一个以上的基准

142、时钟源，如第1基准（P）和第2基准（S）等。在正常运行情况下，各设备从第l基准获得定时信号时不会出现定时环路。但当出现故障时，部分设备可能倒换到从第2基准取得定时信号，如果第2基准设置不当就可能产生定时环路（如图4-8所示）。 273图4-8 链路故障下产生定时环路274 （2）防止定时环路的方法 在同步规划中对每个设备时钟来源合理地设置优先级，按优先级次序选择，当高优先级的时钟可用时就不选低优先级的时钟。 合理使用STM-N信号中开销同步状态消息字节（S1），使每个设备通过查收S1，了解是否可以用作定时基准。图3-54给出了线形网中使用S1字节的示例。 对于某些不提供S1字节的老设备，可只设

143、主用同步链路。如果主用同步链路失效，设备时钟即转入保持工作状态，这样也可以防止产生定时环路。275 4.3.3关于同步状态信息（SSM） 同步状态信息（SSM）也称为同步质量信息，用于在同步定时传递链路中直接反映同步定时传递链路信号等级。如图4-9。 276图4-9 线形网中使用S1字节防止产生定时环路277由此看出：有了SSM，同步定时传输链路就可以明确地获知其输入基准信号是源自G.811时钟、G.812时钟，还是SDH设备时钟（G.813时钟），并据此信息灵活地控制时钟的工作状态，从而避免了盲目地跟踪，从根本上提高了数字同步网的稳定性和可靠性（避免了环路出现的可能），保证了数字同步网的质量

144、。278第五章 SDH网络传输性能 对于SDH传送网络来说，传输性能主要包括： 误码性能 抖动性能 漂移性能279 5.1误码的概念和产生 所谓误码，就是在数字通信系统的接收端，通过判决电路后产生的比特流中，某些比特发生了差错，对传输质量产生了影响。 传统上常用长期平均误比特率（BER，又称误码率）来衡量信息传输质量，即以某一特定观测时间内的错误比特数与传输比特总数之比作为误码率。 误码产生的因素有：各种噪声产生的误码；色散引起的码间干扰；定位抖动产生的误码；复用器、交叉连接设备和交换机等设备本身引起的误码；各种外界因素产生的误码。280 5.2误码性能度量 PDH传输网中的误码特性是用平均误

145、码率（BER）、严重误码 （SES）和误码秒（ES）来描述的。 SDH网络中，由于数据传输是以块的形式进行的，因而在高比特率（2Mbit/s）通道的误码性能参数主要依据ITU-T G.826建议，是以“块”为基础的一组参数，而且主要用于不停业务的监视。 （1）误块（EB） 块（B）：是指一系列与通道有关的连续比特，每个比特属于且仅属于一个块。 误块（EB）：当块内任意比特发生差错时，就称该块是误块（差错块）。对于STM-N，开销中的BIP-n即属于单个监视块。281 （2）误码性能度量参数： 误块秒比（ESR） 当某1秒具有一个或多个误块，或至少有一种缺陷时，则该秒称为误块秒（ES）。 在规定

146、测量时间间隔内，出现的ES数与总的可用时间（在测试时间内扣除其间的不可用时间）之比，称为误块秒比（ESR）。 严重误块秒比（SESR） 当某1秒内包含有不少于30%的误块或者至少出现一种缺陷时，则该秒称为严重误块秒（SES）。SES是ES的子集。主要网络缺陷有LOS、LOF、LOP）、AIS、SLM等。 在规定测量时间间隔内，出现的SES数与总的可用时间之比称为严重误块秒比（SESR）。282 背景误块比（BBER） 扣除不可用时间和SES期间出现的误块后所剩下的误块，称为背景误块（BBE）。 对一个确定的测试时间而言，在可用时间以内出现的BBE数与扣除不可用时间和SES期间所有块数后的总块数

147、之比称为背景误块比（BBER）。 以上3种参数各有特点，ESR适于度量零星误码，SESR适于度量很大的突发性误码，而BBER则大体上反映了系统的背景误码。 经验表明，上述3种参数中SESR最严，BBER最松。大多数情况下，只要通道满足了SESR和ESR指标，BBER指标也可以满足。283 （3）可用时间和不可用时间 误码性能参数的评价只有在通道处于可用状态时才有意义。 当连续10s都是SES时，不可用时间开始（即不可用时间包含这10s）； 当连续10s都未检测到SES时，不可用时间结束（即可用时间包含这10s）。 另外，通道分为单向通道和双向通道，通道的每一方向均应满足所有参数的分配目标，只要

148、有任一参数在任一方向不满足要求就认为通道不满足要求。284 5.3误码性能规范 （1）全程误码指标 由假设参考通道（HRP）模型可知，最长的假设参考数字通道为27 500km，其全程端到端的误码特性应满足表5-1的要求。速率（Mbit/s）2.0488.44834.368139.264/55.520622.0802 448.320ESR0.040.050.0750.16待定待定SESR0.0020.0020.0020.0020.0020.002BBER21042104210421042104104表5-1 高比特率全程27 500km通道的端到端误码性能规范要求285 （2）误码指标分配 在按

149、区段分段的基础上结合按距离分配的方法。将全程分为国际部分和国内部分。 我国国内标准最长假设参考通道（HRP）为6 900km。 国内网可分成两部分，即接入网和转接网（又称核心网，由长途网和中继网组成）。 转接网按距离线性分配直到再生段为止，我国国内420km、280km假设参考数字段（HRDS）的通道误码性能要求应满足如表5-2、表5-3所示的数值。 286表5-2 420km HRDS误码性能指标速率（Mbit/s）2.04834.368139.264或155.520622.0802 488.320ESR9.241041.7331033.696103待定待定SESR4.621054.6210

150、54.621054.621054.62105BBER4.621064.621064.621062.311062.31106287表5-3 280km HRDS误码性能指标速率（Mbit/s）2.04834.368139.264622.0802 488.320ESR3.161041.1551032.464103待定待定SESR3.081053.081053.081053.081053.08105BBER3.081063.081063.081061.541061.541062885.4 抖动性能 5.4.1抖动的概念和产生 （1）基本概念 抖动（Jitter）为数字信号的特定时刻（例如最佳抽样时刻

151、）相对于其理想参考时间位置的短时间偏离。 所谓短时间偏离是指变化频率高于10Hz的相位变化，而将低于10Hz的相位变化称为漂移（Wander）。 抖动常用抖动幅度和抖动频率两个参量描述。 抖动幅度：数字信号的特定时刻相对于其理想参考时间位置偏离的时间范围，单位为UI，1UI=1/fb 。例如，对于2.028Mbit/s的信号，其抖动幅度的单位1UI=1/fb =1/2.048106=488nm； 抖动频率：偏差的出现频率，单位为Hz。 289 （2）抖动来源 抖动来源于系统线路与设备。一般光缆线路引入的总抖动量仅为0.0020.011UI，可忽略不计，因此设备是主要抖动来源，包括指针调整抖动、

152、映射/去映射抖动和复用/解复用抖动。290 5.4.2抖动指标 抖动指标主要包括3类： 设备的输出抖动、输入抖动容限及抖动传递函数； 网络接口的最大允许输出抖动及输入抖动容限； 在SDH/PDH边界处来自支路映射和指针调整的结合抖动。 输入抖动容限越大越好，而输出抖动则越小越好。2915.5 漂移性能 5.5.1漂移的概念 所谓漂移是指数字信号的特定时刻（例如最佳抽样时刻）相对于其理想参考时间位置的长时间偏移。所谓长时间是指变化频率低于10Hz的相位变化。 5.5. 2漂移产生的原因 （1）指针调整引起抖动和漂移 （2）时钟系统引起漂移 （3）传输系统引入的漂移2925.6 SDH网络管理 电

153、信管理网（TMN）是利用一个具备一系列标准接口（包括协议和消息规定）的统一体系结构来提供一种有组织的结构，使各种不同类型的操作系统（网管系统）与电信设备互连，从而实现电信网的自动化和标准化管理，并提供大量的各种管理功能。 SDH管理网是TMN的一个子网，它的体系结构继承和遵从了TMN的结构。SDH在帧结构中安排了丰富的开销比特，从而使其网络的监控和管理能力大大增强。2935.6.1 SDH网管的基本概念 SDH管理网（SMN）是TMN的一个子集，专门负责管理SDH网元（NE）。 SMN又可细分成一系列的SDH管理子网（SMS），这些SMS由一系列分离的ECC及有关站内的数据通信链路组成，并构成

154、整个TMN的有机部分。 TMN、SMN与SMS的关系，可用图5-1来表示。294图5-1 SMN、SMS和TMN关系示例295 2SMS的结构特点 （1）在同一设备站内可能有多个可寻址的SDH NE，要求所有的NE都能终结ECC，并要求NE支持Q3接口和F接口。 （2）不同局站的SDH NE之间的通信链路通常由SDH ECC构成。 （3）在同一局站内，SDH NE可以通过站内ECC或LCN进行通信，趋势是采用LCN作为通用的站内通信网，既为SDH NE服务，又可以为非SDH NE服务。 3SMS的ECC拓扑 嵌入控制通路（ECC）的物理层是DCC，DCC可以通过多同种拓扑实现互连，如线形（总线

155、形）、星形、环形和网孔形等。296 4SMN分层 SDH的网管划分为5层，从下至上分别为网元层（NEL）、网元管理层（EML）、网络管理层（NML）、业务管理层（SML）和商务管理层（BML）。如图5-2所示（只列出了下3层）。 （1）网元层（NEL） NEL是最基本的管理层，基本功能应包含单个NE的配置、故障和性能等管理功能。 NEL分两种，一种是使单个网元具有很强的管理功能，可实现分布管理。另一种是给网元以很弱的功能，将大部分管理功能集中在网元管理层上。297图5-2 管理网络等级298 （2）网元管理层（EML） EML直接参与管理个别网元或一组网元，其管理功能由网络管理层分配，提供诸如

156、配置管理、故障管理、性能管理、安全管理和计费管理等功能。 所有协调功能在逻辑上都处于网元管理层。 （3）网络管理层（NML） NML负责对所辖区域的网络进行集中式或分布式控制管理，例如，电路指配、网络监视和网络分析统计等功能。 NML应具备TMN所要求的主要管理应用功能，并能对多数不同厂家的单元管理器进行协调和通信。299 （4）业务管理层（SML） 业务管理层负责处理服务的合同事项，诸如服务订购处理、申告处理和开票等。 主要承担下述任务：为所有服务交易（包括服务的提供和中止、计费、业务质量及故障报告等）提供与用户的基本联系点，以及提供与其他管理机关的接口；与网络管理层、商务管理层及业务提供者

157、进行交互式；维护统计的数据（如服务质量）；服务之间的交互。 （5）商务管理层（BML） 商务管理层是最高的逻辑功能层，负责总的企业运营事项，主要涉及经济方面，包括商务管理和规划。3005.6.2 SDH网管接口 （1）Q接口 SMS将通过Q接口接至TMN。Q接口涵盖整个OSI的七层模型。 完全的Q3接口具备OSI的七层功能，实现OS与OS、OS与GNE以及NML与EML之间的连接等。 简化的Q3接口只含有OSI下3层功能，用于NEL与EML的连接。 （2）F接口 F接口可用来将NE连至本地集中管理系统（工作站WS或PC）。 （3）X接口 在低层协议中X接口与Q3接口是完全相同的；在高层协议中，

158、X接口比一般Q3接口更加良好的支持安全功能，其他完全相同的。 一般NE可通过DCC或X.25、LAN连到网关网元（GNE），然后再将管理信息通过Q3接口送达上级，如图5-2所示。3015.6.3 SDH网管功能 （1）故障管理 故障管理是指对不正常的电信网运行状况和环境条件进行检测、隔离和校正。包括告警监视、告警历史管理、测试、环境外部事件和设备故障等。 （2）性能管理 性能管理是指提供有关通信设备的运行状况、网络及网络单元效能的报告和评估。包括性能数据收集、性能监视门限的使用、性能数据报告、统计事件和在不可用时间内的性能监视等。 （3）配置管理 配置管理涉及网络的实际物理安排，实施对网元的控

159、制、识别、数据交换，配置网元和通道。包括指配功能、网元状态的控制和安装功能。302 （4）安全管理 安全管理是指为网络的安全提供周密的安排，一切未经授权的人都不得进入网络系统。具体包括用户管理、口令管理、操作权限管理和操作日志管理等。 安全管理涉及注册、口令和安全等级等。例如，可以把安全等级分为3个等级：操作员级（仅能看，不能改）、班长级（不仅能看，还能改变除了安全等级以外的所有设置）和主任级（不仅能看，还能改变所有设置）。 （5）综合管理 综合管理主要包括人机界面管理、报表生成和打印管理、管理软件的下载及重载管理等。303本章小结 1SDH是一套可进行同步信息传输、复用、分插和交叉连接的标准

160、化数字信号的结构等级；SDH网络由一些NE组成的、在传输媒质上进行同步信息传输、复用、分插和交叉连接的传送网。 2SDH采用一套标准化的信息结构等级STM-N（N=1，4，16，64，）。其传输速率为155.520Mbit/s等。 3SDH的帧结构为矩形块状帧结构，它由9行和270N列组成，帧周期为125s，整个帧结构由段开销、信息净负荷和管理单元指针3个区域组成。 4将各种速率的信号装入SDH帧结构，需要经过映射、定位和复用3个步骤。304 5指针定义为VC-n相对于支持它的传送实体参考点的帧偏移，指针的使用允许VC可以在帧内“浮动”。在我国的复用映射结构中，有3种指针：AU-4 PTR、T

161、U-3 PTR和TU-12 PTR。 6SDH开销是实现SDH网管的比特。开销有两大类，SOH和POH，SOH有RSOH和MSOH两种，POH有LPOH和HPOH两种。 7SDH传输网由各种网元构成，网元的基本类型有TM、ADM、SDXC和REG等。 8SDH传送网主要指逻辑功能意义上的网络，在垂直方向上传送网可分为电路层、通道层和传输媒质层。 9SDH网络的基本物理拓扑结构有5种类型：线形、星形、树形、环形和网孔形。305 103种自愈技术是线路保护倒换、ADM自愈环和DXC网状自愈网。 11同步方式主要有主从同步方式和相互同步方式两种方式。我国数字同步网采用“多基准钟，分区等级主从同步”的

162、方式。 12SDH网元定时方式有外同步定时源、从接收的STM-N信号中提取的定时和内部定时源3种方式。 13SDH传送网络的传输性能主要包括误码性能、抖动性能和漂移性能。 14SMN是TMN的一个子集，专门负责管理SDH网元。SMN分为5层，从下至上分别为NEL、EML、NML、SML和BML。 SDH管理系统的功能包括故障管理、性能管理、配置管理、安全管理和综合管理。306应用实例简介307308 该采用以色列ECI公司基于10G/2.5G平台的 XDM-1000/XDM-100系列HMSTP光传输设备建设本通信网络，保障整个光纤通信网的稳定、高性能运行，具有强大的交叉连接能力，良好的扩容升

163、级能力和完善的保护功能，保证了龙江电力语音、ATM、IP、DWDM和数据等所有业务的实现。 8/1/2024309辽宁省电力公司10G环网拓扑图 310 环沈阳地区的SDH 10Gb/s光缆通信电路及辅助环。沈SDH 2.5Gb/s光缆通信电路为两个环形成独立的通道。其中包括7个10G光通信站和5个2.5G光通信站，提供14端XDM1000设备。该系统承担了辽宁电力公司环沈线的电力生产调度、生产管理、电力调度自动化、企业管理等信息的传送，具有语音、数据和图像三网合一的功能。该工程是辽宁电力省公司的核心工程，是东北地区的第一个10G骨干网。 311312东北电网公司方-牡-墩-光缆通信电路工程在

164、宾州变、方正变、二道河、林海变、平安变、新站各配置2套XDM-500设备，在包家变、榆树、永源变各配置1套XDM-500设备，共配置15套XDM-500设备光接口均采用1+0保护方式。新增设备与原有SDH设备通过2.5G光口对接，分别构成两个光纤通信环网，本期的系统容量为2.5Gbit/s，可平滑升级到10G。方牡敦包光缆通信电路可通过已建设好的辽长吉哈和包东徐电路接入东北网调，可实现东北网调整个光纤通信网络的统一维护管理，形成一个无缝连接的电力综合业务信息网。 8/1/2024313第六章 光纤通信新技术3146.1 DWDM技术 6.1.1 DWDM概述1DWDM技术产生背景 传统的传输网

165、络扩容方法采用空分多路复用（SDM）和时分多路复用（TDM）两种方式。 （1）SDM靠增加光纤数量的方式线性增加传输系统的容量，传输设备也线性增加。空分多路复用的扩容方式十分受限。 （2）TDM是比较常用的扩容方式，从PDH的一次群至四次群的复用，到SDH的STM-1、STM-4、STM-16至STM-64的复用。但达到一定的速率等级时，会受到器件和线路等特性的限制。 DWDM技术不仅大幅度地增加了网络的容量，而且还充分利用了光纤的宽带资源，减少了网络资源的浪费。315 2DWDM原理概述 DWDM技术是利用单模光纤的带宽以及低损耗的特性，采用多个波长作为载波，允许各载波信道在一条光纤内同时传

166、输。 通常把光信道间隔较大（甚至在光纤的不同窗口上）的复用称为光波分复用（WDM），而把在同一窗口中信道间隔较小的WDM称为密集波分复用（DWDM）。 DWDM系统的构成及光谱示意如图6-1所示。316图6-1 DWDM系统的构成及频谱示意图317 3DWDM工作方式 （1）双纤单向传输 双纤单向传输指一根光纤只完成一个方向光信号的传输，反向光信号的传输由另一根光纤来完成。如图6-2所示，图6-2 双纤单向传输的DWDM系统318 （2）单纤双向传输 单纤双向传输指在一根光纤中实现两个方向光信号的同时传输，两个方向的光信号应安排在不同波长上。图6-3 单纤双向传输的DWDM系统319 （3）光

167、信号的分出和插入 通过光分插复用器（OADM）可以实现各波长的光信号在中间站的分出与插入，即完成上/下光路，利用这种方式可以完成DWDM系统的环形组网。图6-4 光信号的分出和插入传输320 4DWDM的应用形式 有开放式DWDM和集成式DWDM。 开放式DWDM系统采用波长转换技术，将复用终端的光信号转换成符合ITU-T建议的波长，然后进行合波。 集成式DWDM系统没有采用波长转换技术，它要求复用终端的光信号符合ITU-T建议的波长，然后进行合波。321 5DWDM的优越性 （1）超大容量 （2）对数据“透明” （3）系统升级时能最大限度地保护已有投资 （4）高度的组网灵活性、经济性和可靠性

168、 （5）可兼容全光交换3226.1.2 DWDM系统结构 1DWDM器件 DWDM器件分为合波器和分波器两种，如图6-5所示。 合波器的主要作用是将多个信号波长合在一根光纤中传输。 分波器的主要作用是将在一根光纤中传输的多个波长信号分离。图6-5 DWDM器件323 2DWDM的几种网络单元类型 DWDM设备可分为光终端复用器（OTM）、光线路放大器（OLA）、光分插复用器（OADM）和电中继器（REG）几种类型。以华为公司的波分320G设备为例讲述各种网单元的作用。 （1）光终端复用器（OTM） 在发送方向，OTM把波长为116（或32）的STM-16信号经合波器复用成DWDM主信道，然后对

169、其进行光放大，并附加上波长为s的光监控信道。 在接收方向，OTM先把光监控信道取出，然后对DWDM主信道进行光放大，经分波器解复用成16（或32）个波长的STM-16信号。OTM的信号流向如图6-6所示。324图6-6 OTM信号流向图325 （2）光放大器（OLA） 每个传输方向的OLA先取出光监控信道（OSC）并进行处理，再将主信道进行放大，然后将主信道与OSC合路并送入光纤。如图6-7所示。图6-7 OLA信号流向图326 （3）光分插复用器（OADM） OADM设备接收线路的光信号后，先提取监控信道，再用WPA将主光通道预放大，通过MR2单元把含有16或32路STM-16的光信号按波长

170、取下一定数量后送出设备，要插入的波长经MR2单元直接插入主信道，再经功率放大后插入本地光监控信道，向远端传输。以MR2为例，其信号流向如图6-8所示。327图6-8 静态OADM（32/2）信号流向图328 （4）两个OTM背靠背组成的光分插复用器 用两个OTM背靠背的方式组成一个可上/下波长的OADM，如图6-9所示。图6-9 两个OTM背靠背组成的OADM信号流向图329 （5）电中继器（REG） 以STM-16信号的中继为例，其的信号流向如图6-10所示。图6-10 电中继器（REG）的信号流向图330 3DWDM网络的一般组成 （1）点到点组网 DWDM的点到点组网示意图如图6-11所示。 （2）链形组网 DWDM的链形组网示意图如图6-12所示。 （3）环形组网 DWDM环形组网示意图如图6-13所示。图6-11 DWDM的点到点组网示意图 331 图6-13 DWDM的环形组网示意图 图6-12 DWDM的链形组网示意图 332