通信系統(tǒng)_CH2光纖2

1、第第2 2章章 光纖通信系統(tǒng)光纖通信系統(tǒng) 通通 信信 系系 統(tǒng)統(tǒng)2第二章第二章 光纖通信系統(tǒng)光纖通信系統(tǒng)32.5 光纖傳輸線路設計與關鍵器件光纖傳輸線路設計與關鍵器件42.5.1光纖傳輸特性對傳輸距離光纖傳輸特性對傳輸距離和傳輸帶寬的限制和傳輸帶寬的限制 5光纖損耗對傳輸距離的限制光纖損耗對傳輸距離的限制6例例2-12-17例例2-22-28例例2-22-29例例2-22-210圖2-4光纖損耗對傳輸距離的限制光纖損耗對傳輸距離的限制11表2-1 光纖通信中波段的劃分初始波段擴展波段短波段常規(guī)波段長波段超長波段工作波段工作波長/nmO12601360E13601460S14601530C153

2、01566L15661625U16251675全波光纖：全波光纖：將傳統(tǒng)的將傳統(tǒng)的1310nm的第二工作窗口和的第二工作窗口和1550nm的第的第三窗口連成寬的波長工作范圍，稱為全波光纖。三窗口連成寬的波長工作范圍，稱為全波光纖。 光纖損耗對傳輸距離的限制光纖損耗對傳輸距離的限制122.2.光纖色散對傳輸速率和傳輸距離的限制光纖色散對傳輸速率和傳輸距離的限制 2/12D20)( |41maxDBL(1)(1)色散的影響色散的影響 13 2/12D0)2/L|(|2/12)L|(|)2/(D22c色散的影響色散的影響 14|16122maxBL 4/1B2/12)L|(| 將將 （2-12）代入

3、，代入，可得到光纖的最大傳輸距離為可得到光纖的最大傳輸距離為色散的影響色散的影響 15(2) (2) 色散補償色散補償162.5 光纖傳輸線路設計與關鍵器件光纖傳輸線路設計與關鍵器件172.5.2 光放大器光放大器電信號驅動光源光檢測判決再生光源光檢測放大光發(fā)送機光纜光中繼器光連接器光接收機 電信號光脈沖信號光脈沖信號放大放大,整形整形,判決再生判決再生光信號光信號電信號電信號規(guī)則的數字電脈沖信號規(guī)則的數字電脈沖信號調制光源調制光源光中繼器（光中繼器（再生中繼器）再生中繼器）1819 光放大器光放大器2021工作原理示意圖工作原理示意圖221.1.摻餌光纖放大器摻餌光纖放大器(EDFA) 工作

4、過程工作過程23圖2-19 摻餌光纖放大器結構示意圖n光隔離器作用光隔離器作用 阻止后向散射產生的無用光進入系統(tǒng)而形成噪聲阻止后向散射產生的無用光進入系統(tǒng)而形成噪聲n應用應用 EDFA特別適用于密集波分特別適用于密集波分(DWD)系統(tǒng)，利用一個系統(tǒng)，利用一個EDFA就就可以對系統(tǒng)所有的不同波長的信號進行放大。可以對系統(tǒng)所有的不同波長的信號進行放大。 摻餌光纖放大器摻餌光纖放大器(EDFA) 24拉曼放大器拉曼放大器25262.5 光纖傳輸線路設計與關鍵器件光纖傳輸線路設計與關鍵器件272.5.3 光波分傳輸系統(tǒng)的關鍵器件光波分傳輸系統(tǒng)的關鍵器件WDM系統(tǒng)框圖 28波分復用波分復用WDM292.

5、2.波分復用波分復用/ /解復用器解復用器30(1)(1)棱鏡解復用器棱鏡解復用器 三角棱鏡是一種簡單的解復用器。假定三角棱鏡的折射率三角棱鏡是一種簡單的解復用器。假定三角棱鏡的折射率為為n n2 2，并大于空氣的折射率，并大于空氣的折射率n n1 1。當。當( ( 1 1+ + 2 2+ + + n n) )的復合光射入的復合光射入和輸出棱鏡時，不同波長的光束被兩次分離開來，從而得到解和輸出棱鏡時，不同波長的光束被兩次分離開來，從而得到解復用的目的。復用的目的。圖圖2-21 2-21 三角棱鏡的解復用原理三角棱鏡的解復用原理31(2)(2)光柵解復用器光柵解復用器 圖2-22 3種光柵解復用

6、器用的原理示意32(3)(3)介質薄膜干涉濾波器組構成的解復用器介質薄膜干涉濾波器組構成的解復用器 利用折射率高、低不同的材料相間疊加（薄膜厚度為利用折射率高、低不同的材料相間疊加（薄膜厚度為 /4/4）后，）后，光波通過時產生干涉，使一些波長的光通過，而另一些波長的光光波通過時產生干涉，使一些波長的光通過，而另一些波長的光反射，從而構成一對高通和低通濾波器。反射，從而構成一對高通和低通濾波器。 多層薄膜的疊加，將在沿透過薄膜傳輸的方向組成串接的一對又多層薄膜的疊加，將在沿透過薄膜傳輸的方向組成串接的一對又一對的一對的高、低通濾波器高、低通濾波器組，于是實現多波長入射光的解復用。組，于是實現多

7、波長入射光的解復用。 333. WDM3. WDM系統(tǒng)中的串話問題系統(tǒng)中的串話問題34352.5 光纖傳輸線路設計與關鍵器件光纖傳輸線路設計與關鍵器件362.5.4 接收機信噪比接收機信噪比37(1)(1)散粒噪聲散粒噪聲38(1)(1)散粒噪聲散粒噪聲39(2)(2)熱噪聲熱噪聲402.2.信噪比信噪比fFRkTfIRPqPRPnLdininINS)/4()(22222/通常情況下熱噪聲功率大于散粒噪聲功率通常情況下熱噪聲功率大于散粒噪聲功率 412.5 光纖傳輸線路設計與關鍵器件光纖傳輸線路設計與關鍵器件422.5.5 海底光纜傳輸系統(tǒng)海底光纜傳輸系統(tǒng)圖圖2-25 2-25 海底光纜的多層

8、保護結構示意圖海底光纜的多層保護結構示意圖43海底光纜海底光纜44海底光纜海底光纜45第二章第二章 光纖通信系統(tǒng)光纖通信系統(tǒng)462.6 SDH光纖傳輸系統(tǒng)光纖傳輸系統(tǒng)471 1 數字復接數字復接2.6.0 同步數字系列同步數字系列SDH 48定 時碼速調整復接定 時恢復分接同步12341234支路外鐘復接器合路分接器支路圖圖 數字復接系統(tǒng)組成原理數字復接系統(tǒng)組成原理n 數字復接系統(tǒng)數字復接系統(tǒng)4950 2 PDH2 PDH51 PDHPDH52PDH速率系列與復接等級速率系列與復接等級535455SDH特點特點n SDH采用世界上采用世界上統(tǒng)一的標準傳輸速率等級統(tǒng)一的標準傳輸速率等級。 最低的

9、等級：最低的等級：STM-1，傳輸速率為，傳輸速率為155.520 Mb/s； 4個個STM-1同步復接組成同步復接組成STM-4， 速率為速率為622.080 Mb/s； 16個個STM-1同步復接組成同步復接組成STM-16, 速率為速率為2488.320 Mb/s；n SDH各網絡單元的光接口有嚴格的各網絡單元的光接口有嚴格的標準規(guī)范標準規(guī)范。 光接口成為開放型接口，有利于建立世界統(tǒng)一的通信網絡。光接口成為開放型接口，有利于建立世界統(tǒng)一的通信網絡。 標準的光接口能綜合各種不同的網絡單元，簡化了硬件，降標準的光接口能綜合各種不同的網絡單元，簡化了硬件，降低了網絡成本。低了網絡成本。 3 S

10、DH 3 SDH 56表2-2 SONET與SDH系列對照表SONET(synchronous optical network):北美、日本的同步光網絡北美、日本的同步光網絡SDH：歐洲、中國的同步數字體系光網絡歐洲、中國的同步數字體系光網絡 STM-16和和STM-64相當于相當于STS-48和和STS-192，通常稱為通常稱為2.5Gb/s和和10Gb/s的等級。的等級。57n 在在SDH幀結構中，幀結構中，豐富的開銷豐富的開銷比特用于網絡的運行、比特用于網絡的運行、 維護和維護和管理，便于實現性能監(jiān)測、故障檢測和定位、故障報告等管理管理，便于實現性能監(jiān)測、故障檢測和定位、故障報告等管理功

11、能。功能。n采用數字同步復用技術，其最小的復用單位為字節(jié)采用數字同步復用技術，其最小的復用單位為字節(jié)，不必進，不必進行碼速調整，簡化了復接分接的實現設備，由低速信號復接成行碼速調整，簡化了復接分接的實現設備，由低速信號復接成高速信號，或從高速信號分出低速信號，不必逐級進行。高速信號，或從高速信號分出低速信號，不必逐級進行。 SDH特點特點58SDH特點特點 SDH SDH不僅適合于點對點傳輸，而且適合于多點不僅適合于點對點傳輸，而且適合于多點之間的網絡傳輸。之間的網絡傳輸。 SDHSDH傳輸體制不僅適用于光纖信道，也適用于傳輸體制不僅適用于光纖信道，也適用于微波和衛(wèi)星干線傳輸。微波和衛(wèi)星干線傳

12、輸。59 4 SDH4 SDH幀結構幀結構60圖圖 SDH幀的一般結構幀的一般結構 SDH幀：幀：一個一個STM-N幀有幀有9行行 每行：每行：270N個字節(jié)個字節(jié)每幀：每幀：9270N字節(jié)字節(jié) 每字節(jié)：每字節(jié)：8 bit幀周期：幀周期：125s 每秒傳輸每秒傳輸8000幀幀 STM-1傳輸速率：傳輸速率：927088000=155.520 Mb/s。字節(jié)發(fā)送順序：由上往下逐行發(fā)送，每行先左后右。字節(jié)發(fā)送順序：由上往下逐行發(fā)送，每行先左后右。 61 (1) (1) 段開銷段開銷(SOH)(SOH) 段開銷是在段開銷是在SDHSDH幀中為保證信息正常傳輸所必需的附加字幀中為保證信息正常傳輸所必需

13、的附加字節(jié)，主要用于運行、節(jié)，主要用于運行、 維護和管理，如幀定位、維護和管理，如幀定位、 誤碼檢測、誤碼檢測、 公務通信、自動保護倒換以及網管信息傳輸。公務通信、自動保護倒換以及網管信息傳輸。 根據傳輸通道連接模型，段開銷又細分為根據傳輸通道連接模型，段開銷又細分為再生段開銷再生段開銷(SOH)(SOH)和復接段開銷和復接段開銷(LOH)(LOH)。前者占前。前者占前3 3行，后者占行，后者占5 59 9行。行。 (2)(2)信息載荷信息載荷(Payload)(Payload) 信息載荷域是信息載荷域是SDH幀內用于承載各種業(yè)務信息的部分。幀內用于承載各種業(yè)務信息的部分。在在Payload中

14、包含少量字節(jié)用于通道的運行、中包含少量字節(jié)用于通道的運行、 維護和管理，維護和管理， 這這些字節(jié)稱為通道開銷些字節(jié)稱為通道開銷(POH)。 SDH幀的三個部分：幀的三個部分：62 (3) (3) 管理單元指針管理單元指針(AU PTR) (AU PTR) 管理單元指針是一種指示符，管理單元指針是一種指示符， 主要用于指示主要用于指示Payload第一第一個字節(jié)在幀內的準確位置個字節(jié)在幀內的準確位置(相對于指針位置的偏移量相對于指針位置的偏移量)。 采用指針技術是采用指針技術是SDH的創(chuàng)新，結合虛容器的創(chuàng)新，結合虛容器(VC)的概念，的概念， 解解決了低速信號復接成高速信號時，由于小的頻率誤差所

15、造成的決了低速信號復接成高速信號時，由于小的頻率誤差所造成的載荷相對位置漂移的問題。載荷相對位置漂移的問題。63SDH幀1(125 s)SDH幀2(125 s)261字節(jié)9字節(jié)開銷9行載荷包絡AU PTR圖圖 載荷包絡與載荷包絡與SDH幀的一般關系幀的一般關系 64 ITU ITU 規(guī)定了規(guī)定了SDHSDH的一般的一般復用映射結構復用映射結構。 映射結構即是指把支路信號適配裝入虛容器的映射結構即是指把支路信號適配裝入虛容器的過程，其實質是使支路信號與傳送的載荷同步。過程，其實質是使支路信號與傳送的載荷同步。 這種結構可以把目前這種結構可以把目前PDHPDH的絕大多數標準速率的絕大多數標準速率信

16、號裝入信號裝入SDHSDH幀。幀。5 SDH 5 SDH 復用映射結構復用映射結構65圖 SDH的一般復用映射結構 666768例：例：由由PDH的的4次群信號到次群信號到SDH的的STM-1的復接過程。的復接過程。(1)把把139.264 Mb/s的信號裝入容器的信號裝入容器C4，經速率適配處理后，輸，經速率適配處理后，輸出信號速率為出信號速率為149.760 Mb/s; (2)在虛容器在虛容器VC4 內加上通道開銷內加上通道開銷POH(每幀每幀9Byte, 相應于相應于0.576 Mb/s)后，輸出信號速率為后，輸出信號速率為150.336 Mb/s；(3)在管理單元在管理單元AU4 內，

17、加上管理單元指針內，加上管理單元指針AU PTR(每幀每幀9 Byte, 相應于相應于0.576 Mb/s)，輸出信號速率為，輸出信號速率為150.912 Mb/s; (4)由由1個個AUG加上段開銷加上段開銷SOH(每幀每幀72Byte, 相應于相應于4.608 Mb/s), 輸出信號速率為輸出信號速率為155.520 Mb/s, 即為即為STM-1。69光/電光信號分接分接分接140/34 Mb/s34/8 Mb/s8/2 Mb/s復接復接復接電/光光信號2/8 Mb/s8/34 Mb/s34/140 Mb/s2 Mb/s(電信號)SDHADM155 Mb/s光接口155 Mb/s光接口2

18、 Mb/s(電信號)PDHPDH和和SDH分插信號流程的比較。在分插信號流程的比較。在PDH中，為從中，為從140 Mb/s碼流中碼流中分出一個分出一個2 Mb/s的支路信號，必須經過的支路信號，必須經過140/34 Mb/s, 34/8 Mb/s和和8/2 Mb/s三次分接。三次分接。 而若采用而若采用SDH分插復用器分插復用器(ADM)，可以利用軟件，可以利用軟件一次直接分出和插入一次直接分出和插入 2 Mb/s支路信號，十分簡便。支路信號，十分簡便。702.6 SDH光纖傳輸系統(tǒng)光纖傳輸系統(tǒng)712.6.1 系統(tǒng)網絡結構系統(tǒng)網絡結構圖2-26 系統(tǒng)網絡拓撲 72圖圖 SDH傳輸網的典型拓撲

19、結構傳輸網的典型拓撲結構TMADMDXCADMTMTMTMADMSTM-NSTM-NDXCADMTMSTM-MSTM-MSTM-MSTM-MSTM-MSTM-MSTM-MSTN-NSTM-N低速低速信號信號低速低速信號信號低速低速信號信號低速低速信號信號(NM)73742.6 SDH光纖傳輸系統(tǒng)光纖傳輸系統(tǒng)752.6.2 終端復用、分終端復用、分/插復用和數字交叉插復用和數字交叉連接設備連接設備76 n類型類型2：高階終端復用設備：高階終端復用設備終端復用器終端復用器TMTM77DMXMUX中繼線中繼線STM-M中繼線中繼線STM-MAddSTM-N分接分接復接復接DropSTM- N本地本地

20、圖圖 分插復用設備分插復用設備ADM(Add/DropMultiplexer)(NM)782.2.分分/ /插復用器插復用器ADMADM7980圖2-28 分/插復用器組成（STM-1） 81分分/ /插復用器插復用器82圖2-29 固定波長的分/插復用示意圖 分分/ /插復用器插復用器83DMXMUX中繼線中繼線STM-M中繼線中繼線STM-MAddSTM-N分接分接復接復接DropSTM- N本地本地圖圖 分插復用設備分插復用設備ADM(Add/DropMultiplexer)843. 3. 數字交叉連接設備數字交叉連接設備DXCDXC85 數字交叉連接設備數字交叉連接設備DXCDXC86

21、表表2-3 DXC和數字交換機的比較和數字交換機的比較項目DXC數字交換機交換對象2155Mb/s64Kb/s正常保持時間數小時至數天(半永久性)幾分鐘量級(暫時)典型交換口數量1610241000100000正常交換設計無阻塞或低阻塞可能有阻塞.交換控制嵌入于外部控制信號(OS控制)業(yè)務信號(用戶控制)定時透明性具備不具備87交叉連接設備組成原理框圖交叉連接設備組成原理框圖 交叉連接矩陣交叉連接矩陣的狀態(tài)由操作的狀態(tài)由操作終端進行控制終端進行控制的的。 881: m1: mm:1m :1復接復接交叉連接矩陣交叉連接矩陣分接分接1n1n配置管理配置管理 數字交叉連接設備數字交叉連接設備DXC

22、892.6 SDH光纖傳輸系統(tǒng)光纖傳輸系統(tǒng)90項目項目光交叉連接設備光交叉連接設備OXC數字交叉連接設備數字交叉連接設備DXC功能功能對光信號交叉連接對光信號交叉連接對電信號交叉連接對電信號交叉連接傳輸傳輸透明透明不透明不透明交叉容量交叉容量可為可為110Tb/s受限于電子器件，小于受限于電子器件，小于40Gb/s交叉連接速率交叉連接速率和接入速率和接入速率140Mb/s10Gb/s622Mb/s同步開銷處理同步開銷處理不需要不需要需要需要網絡升級網絡升級無需更換無需更換OXC設備設備需更換需更換DXC設備設備標準化難度標準化難度易易難難適用范圍適用范圍 高速信號交叉連接高速信號交叉連接低速信

23、號交叉連接低速信號交叉連接1.1.光交叉連接和數字交叉連接光交叉連接和數字交叉連接表表2-4 2-4 光交叉連接和數字交叉連接設備的比較光交叉連接和數字交叉連接設備的比較 91光交叉連接和數字交叉連接光交叉連接和數字交叉連接922.2.光交叉連接光交叉連接圖2-31 MOEMS光交叉連接示意圖微光電機械微光電機械系統(tǒng)系統(tǒng)MOEMSMOEMS：基于空分的光基于空分的光交叉連接設備交叉連接設備 93光交叉連接光交叉連接圖2-32 基于時分的光交叉連接的示意圖 基于時分的光交叉連接基于時分的光交叉連接94光交叉連接光交叉連接圖2-32 基于時分的光交叉連接的示意圖 基于波分的光交叉連接基于波分的光交

24、叉連接波長變換器波長變換器波長變換器波長變換器波分復用器波分解復用器1 2 3 412344 3 2 14321952.6 SDH光纖傳輸系統(tǒng)光纖傳輸系統(tǒng)9697圖圖1ITU-T G.801規(guī)定的標準最長假設參考連接（規(guī)定的標準最長假設參考連接（HRX） HRX HRX通常代表接近最壞的連接配置。通常代表接近最壞的連接配置。 HRXHRX既適合于端到端的既適合于端到端的64kb/s64kb/s全數字通道，也適全數字通道，也適合于建立高比特率合于建立高比特率(2Mb/s(2Mb/s及其以上及其以上) )的全數字通道。的全數字通道。98 HRP HRP99n假設參考數字鏈路假設參考數字鏈路(HRD

25、L)(HRDL)與假設參考數字通道與假設參考數字通道(HRDP)(HRDP)100n 假設參考數字段假設參考數字段(HRDS)(HRDS)1012 2 差錯性能指標差錯性能指標 SDH光纖傳輸線路的光纖傳輸線路的主要性能指標：主要性能指標： ESR、 SESR、BBER1023 全程性能指標的分配全程性能指標的分配表表 27500km27500km假設參考通道各部分的性能指標配額假設參考通道各部分的性能指標配額項目長度/km指標配額/%總計27500100以距離為基礎以國家為基礎27500275005545國際部分國內部分25000250010.035國內終端A125017.5國際終端A過境1

26、過境2過境3過境4國際終端B250050005000500050002500122221國內終端B125017.5103性能指標分配原則性能指標分配原則104n我國性能指標的分配計算我國性能指標的分配計算1054. SDH4. SDH光纖傳輸線路指標光纖傳輸線路指標不同傳輸速率的HRP全程27500km的端到端的性能指標要求 106n我國我國SDH光纖系統(tǒng)不同距離光纖系統(tǒng)不同距離HRDS的性能指標的性能指標 107用戶網的誤碼性能指標用戶網的誤碼性能指標108 SDH SDH光纖傳輸線路指標光纖傳輸線路指標 計算計算ITU(G.826) 速率為速率為155.520Mb/s (Vc-4)、距離為距離為27500km的的HRDP端