傳送網(wǎng)技術基礎

第8章傳送網(wǎng)技術基礎主要內容 傳送網(wǎng)基本概念 傳送網(wǎng)基本功能 傳送網(wǎng)基本組成重點內容 同步數(shù)字體系(SDH)技術8.1 傳送網(wǎng)概述8.1.1傳送與傳輸電信網(wǎng)的功能可以歸納為兩大類：傳送(Transport)功能實現(xiàn)任何電信信息從一點到另一點(或另一些 點)的傳遞控制(Control)功能實現(xiàn)輔助業(yè)務和操作維護功能傳送：側重于從信息傳遞的功能過程描述傳輸：側重于從信息信號通過具體物理媒質 傳遞的物理過程來描述傳送網(wǎng)：將網(wǎng)絡的傳送功能的集合看作一 個邏輯的網(wǎng)絡傳輸網(wǎng)：實際設備組成的網(wǎng)絡8.1.2傳送網(wǎng)分層結構電路層通道層段層物理層傳輸媒質層{傳送層傳送網(wǎng)分層的優(yōu)點

各層單獨設計修改各層功能相對獨立層與層關系

客戶-服務者各層現(xiàn)有技術

電路層:64kb/s,2Mb/s通道層:PDH,SDH,ATM,(波長)傳輸媒質層:電纜,光纖,微波,衛(wèi)星,銅線等8.2同步數(shù)字傳送網(wǎng)技術8.2.1SDH(SynchronousDigitalHierarchy)

傳送網(wǎng)產(chǎn)生背景PDH的特點與存在的主要問題面向話音業(yè)務

適合點對點傳輸

存在多種地區(qū)性標準異步復用，逐級復接不具備統(tǒng)一的光接口開銷缺乏，網(wǎng)管有限PDH復接等級E1E2E3E4E5T1T2T3T42.SDH的產(chǎn)生

SDH的研究工作始于1986年，其目的是建立光纖通信的用標準，通過一組網(wǎng)絡單元提供一個經(jīng)濟、簡單、靈活的網(wǎng)絡應用。美國貝爾通信研究所最先提出了光同步傳輸網(wǎng)概念，并稱之為同步光網(wǎng)絡（SONET）。1988年，美國國家標準協(xié)會（ANSI）通過了兩個最早的SONET標準。國際電話電報咨詢委員會（CCITT）于1988年接受了SONET的概念，重新命名為同步數(shù)字系列(SDH），建立了世界性的統(tǒng)一標準。3.SDH的概念和特點

概念SDH是一套可進行同步信息傳輸、復用、分插和交叉連接的標準化的數(shù)字信號技術體制。

◆統(tǒng)一網(wǎng)絡節(jié)點接口 ◆標準信息結構等級 ◆塊狀幀和開銷功能 ◆同步復用映射結構 ◆適用多種傳輸媒質SDH傳送網(wǎng)是由一些基本網(wǎng)絡單元(NE)組成的，在傳輸媒質上(如光纖、微波等)進行同步信息傳輸、復用、分插和交叉連接的傳送網(wǎng)絡。網(wǎng)絡節(jié)點接口（NNI）SMSMTRTRSMTRSMSMTRTRSMTRlineradioDXCEAlineradioNNINNINNINNITR：支路信號line：線路系統(tǒng)DXC：數(shù)字交叉連接設備SM：同步復用器radio：無線系統(tǒng)EA：外部接入設備SDH接口的速率等級STM-N,N=1,4,16,64…STM:SynchronousTransportModule同步傳送模塊系列等級標稱速率速率等效話路數(shù)STM-1155Mb/s155.520Mb/s1920STM-4622Mb/s622.080Mb/s7696

STM-162.5Gb/s

2488.320Mb/s30720

STM-6410Gb/s

9953.280Mb/s

122880特點◆同步復用：直接分插，一步到位◆標準光接口：保障橫向兼容◆世界性標準：統(tǒng)一兩大數(shù)字體系,前向兼容◆容納新業(yè)務:后向兼容◆開銷豐富：強大的網(wǎng)管能力◆定時透明：指針調整，支持偽同步工作環(huán)境

◆凈荷透明：簡化網(wǎng)絡管理◆組網(wǎng)與自愈能力強◆系列標準規(guī)范SDH核心特征◆同步復用◆強大的網(wǎng)絡管理能力◆統(tǒng)一的光接口及復用標準4.SDH的不足◆開銷信息的增加帶來頻帶利用率的降低◆指針調整技術的引入劣化了抖動性能◆軟件控制對網(wǎng)絡可靠性和生存性提出更高的要求◆網(wǎng)同步復雜◆需解決對IP業(yè)務量波動大,流量不對稱的不適應問題8.2.2SDH的幀結構與段開銷STM-1的幀結構9261270凈負荷（Payload）(含POH)RSOHAUPTRMSOH幀重復周期125s1234567899270字節(jié)STM-N的幀結構在幀同步的基礎上以字節(jié)為單位的時分復用SDH幀結構的特點◆以字節(jié)為基礎的矩形塊狀幀結構◆縱向9行，橫向270N列◆由左到右、由上到下順序排成串行碼流依次傳輸◆傳輸一幀需125μs，每秒8000幀◆STM-N傳輸速率： N892708000=N155.520Mbit/s

其中N取1,4,16,64,…SDH幀結構的功能區(qū)域段開銷(SOH)凈負荷(Payload)管理單元指針(AUPTR)功能幀定位性能檢測維護信息管理通路

業(yè)務傳輸指示凈負荷區(qū)域內信息首字節(jié)在STM-N幀內的準確位置位置(19)N列RSOH13行MSOH59行

l9行(10270)N列

第4行l(wèi)9列容量(STM-1)72字節(jié)/幀4.608Mbit/s2349字節(jié)/幀150.336Mbit/sSTM-1(N)的開銷◆段開銷SOH(SectionOverHead) 再生段開銷RSOH 復用段開銷MSOH (字節(jié)的功能與應用P189-196)◆通道開銷POH(PathOverHead) 高階通道開銷HPOH 低階通道開銷LPOH

(字節(jié)的功能與應用P200-203)STM-1段開銷安排A1B1D1A1B2D4D7D10S1A1A2A2A2J0AU-4PointerE1D2D3F1B2B2K1D5D8K2D6D9D12D11E2M1123456789123456789再生段開銷（RSOH）復用段開銷（MSOH）STM-N段開銷字節(jié)安排STM-N的SOH字節(jié)可利用字節(jié)間插方式構成。安排規(guī)則如下:◆第一個STM-1的SOH被完整保留，其余N-1個SOH 中僅保留定幀字節(jié)A1、A2和BIP-N×24字節(jié)B2， 其它字節(jié)（B1，E1，E2，F(xiàn)1，K1，K2和D1D12） 均省去◆M1字節(jié)要專門定義位置◆定幀字節(jié):A1,A2◆再生段蹤跡字節(jié):J0◆數(shù)據(jù)通信通路字節(jié):D1D12◆公務聯(lián)絡字節(jié):E1,E2◆使用者通路字節(jié):F1◆自動保護倒換字節(jié):K1,K2(b1b5)◆復用段遠端缺陷指示字節(jié):K2(b6b8)◆同步狀態(tài)字節(jié):S1(b5b8)◆比特間插奇偶校驗8位碼(BIP-8)字節(jié):B1◆比特間插奇偶校驗N24位碼(BIP-N24)字節(jié):B2◆復用段遠端差錯指示字節(jié):M1BIP-8原理1111011011110110…z1z2z3z4z5z6z7z8第1字節(jié)第2字節(jié)第N9270字節(jié)P1P2……….P8B1上1幀8.2.3同步復用和映射原理SDH通用復用映射結構特點：◆多種信息單元 ◆多條復用路線 ◆多層復用結構中國采用的復用結構特點：◆規(guī)定以2.048Mb/s為基礎的PDH系列作為SDH的有效負荷◆選用AU-4復用路線映射定位基本工作原理 信號復用進STM-N幀都要經(jīng)歷映射、定位校準和復用三個步驟.◆各種速率等級的數(shù)據(jù)流進入相應的容器（C）， 完成適配功能（主要是速率調整）◆進入虛容器（VC），加入通道開銷（POH）◆進入管理單元（AU）或支路單元（TU）◆進行速率調整◆設置指針（AUPTR或TUPTR）◆在N個AUG的基礎上，附加段開銷SOH◆形成STM-N的幀結構基本單元容器

(Container)◆容器是一種用來裝載各種速率業(yè)務信號的信息 結構，基本功能是完成適配即碼速調整◆容器類型包括C-n(n=11,12,2,3,4)五種，我國 目前僅涉及C-12,C-3及C-4容器◆每種容器分別對應于一種標稱輸入速率，即 2.048Mb/s(C-12)；34.368Mbit/s(C-3)； 139.264Mbit/s(C-4)虛容器

(VirtualContainer)◆虛容器是用來支持SDH通道層連接的信息結構◆VC是SDH通道的信息終端，由安排在重復周期 為125s或500s的塊狀幀結構中的信息凈負荷（容器的輸出）和通道開銷（POH）組成，即： VC-n=C-n+VC-nPOH◆虛容器可分為低階虛容器和高階虛容器，VC-11、 VC-12、VC-2和TU-3前的VC-3為低階虛容器； C-4和AU-3前的VC-3為高階虛容器支路單元

(TributaryUnit)◆支路單元是一種提供低階通道層和高階通道層 之間適配功能的信息結構，表示為 TU-n(n=11,12,2,3)◆TU-n由一個相應的低階VC-n和一個相應的支路 單元指針（TU-nPTR）組成，即： TU-n=VC-n+TU-nPTR◆TU-nPTR指示VC-n凈負荷幀起點相對于高階VC 幀起點間的偏移量。支路單元組

(TributaryUnitGroup)◆支路單元組是由一個或多個在高階VC凈負荷中 占據(jù)固定的、確定位置的支路單元組成?！敉ㄟ^把一些不同大小的TU組合成一個 TUG， 可以增加傳送網(wǎng)絡的靈活性◆VC-4/3中有TUG-3和TUG-2兩種支路單元組管理單元

(AdministrativeUnit)◆管理單元是提供高階通道層和復用段層之間適配 功能的信息結構，可表示為AU-n(n=3,4)◆管理單元由一個相應的高階VC-n和一個相應的管 理單元指針（AU-nPTR）組成，即：

AU-n=VC-n+AU-nPTR◆AU-nPTR指示VC-n凈負荷起點相對于復用段幀 起點間的偏移，而其自身相對于STM-N幀的 位置總是固定的。管理單元組

(AdministrativeUnitGroup)◆管理單元組是由一個或多個在STM-N凈負荷中 占據(jù)固定的、確定位置的管理單元組成◆一個AUG是由一個AU-4或三個AU-3按字節(jié)間插 組合而成同步傳送模塊

(SynchronousTransportModule)◆同步傳送模塊代表提供段層連接的信息結構◆基本模塊STM-1的信號速率為155.520Mbit/s◆更高階的STM-N模塊（N=4,16,64,...）由N個 STM-1信號以同步復用方式構成復用步驟◆映射◆定位◆復用映射映射(Mapping)，是一種在SDH網(wǎng)絡邊界處把支路信號適配裝入相應虛容器的過程。DDDDDDDSDSDDDDSDDDPOH虛容器映射技術：碼速調整實例：將2.048Mbit/s信號映射進VC-12步驟：◆H-12異步裝入C-12◆加入VC-12POHH-12異步裝入VC-12正/零/負碼速調整策略定位

定位（Alignment），是一種當支路單元或管理單元適配到支持層的幀結構時，幀偏移信息隨之轉移的過程。利用指針(TUPTR或AUPTR)來表示在STM-N幀內浮動的凈負荷的準確位置。當出現(xiàn)凈荷在一定范圍內的頻率變化時，只須增加或減小指針數(shù)值即可達到目的。指針的概念◆

指針(PTR)是一種指示符，其值定義為虛容器相對于支持它的傳送實體的幀參考點的幀偏移?！?/p>

SDH中指針的作用可歸結為三條：當網(wǎng)絡處于同步工作狀態(tài)時，指針用來進行同步 信號間的相位校準；當網(wǎng)絡失去同步時，指針用作頻率和相位校準； 當網(wǎng)絡處于異步工作時，指針用作頻率跟蹤校準；指針還可以用來容納網(wǎng)絡中的頻率抖動和漂移。

◆

指針分為AU-4指針、TU-3指針、TU-12指針。AU-4指針定義與編碼◆AU-4指針定義：H1,Y,Y,H2,1*,

1*,

H3,H3,H3

其中Y=1001SS11；1*=11111111◆H1和H2字節(jié)結合使用，可以看作1個碼字，其中碼字 的最后10個比特(即第7至第16比特)攜帶具體指針值。

H1、H2共可提供1024個指針值

VC-4內共有2349字節(jié)，需用783個指針值來表示， 實際AU-4指針值為0782內所對應的二進制數(shù)

該值表示了指針和VC-4第1個字節(jié)間的相對位置

指針值每增/減“1”，代表3個字節(jié)的偏移量

指針奇數(shù)比特記為

I比特，偶數(shù)比特記為D

比特AU-4指針偏移值(P204)AU-4指針定位功能正調整當VC的幀速率比AUG的幀速率慢時，需提高VC幀速率操作：在VC前插入3個填充偽信息的空閑字節(jié)(即 正調整字節(jié))，從而增加了VC幀速率。但由于 插入了正調整字節(jié)，實際VC在時間上向后推移， 因而用來指示其起始位置的指針值要增加1。操作指示：是將指針碼字的5個增加比特(I比特)， 即第7、9、11、13和15比特進行反轉，并在接收 機中按5比特多數(shù)表決準則作出決定。正調整字節(jié)的位置：AU一4幀內最后一個H3字節(jié)后 出現(xiàn)3個正調整字節(jié)。正調整負調整當VC的幀速率比AUG的幀速率快時，需要降低VC幀速率操作：利用AU指針區(qū)的3個H3字節(jié)存放實際VC信息(負 調整字節(jié))，相當于降低了VC幀速率。由于VC起始 幾個字節(jié)存入AU指針區(qū)，實際VC在時間上向前移動 了3個字節(jié)，因而指示其起始位置的指針值要減l。操作的指示：是將指針碼字的5個減少比特(D比特)， 即第8、10、12、14和16比特進行反轉，并在接 收機中按5比特多數(shù)表決準則作出決定。負調整字節(jié)的位置：AU一4幀內H3字節(jié)內出現(xiàn)3個負調整 字節(jié)。對于AU一3而言，則將在單獨的H3字節(jié)處出 現(xiàn)1個負調整字節(jié)。負調整指針調整規(guī)則小結在正常運行期間，指針確定了在AU-n幀內VC-n的 起始位置。指針值的改變靠相關規(guī)則操作。若需正調整，發(fā)送帶有I比特反轉的當前指針值， 且其后的正調整機會用偽信息所填充，指針 加“1”。若需負調整，發(fā)送帶有D比特反轉的當前指針值。 且其后的負調整機會被實際數(shù)據(jù)所重寫，指 針減“1”。復用 復用(Multiplexing)，是一種把多個低階通道層信號適配進高階通道層或者把多個高階通道層信號適配進復用段層的過程。ABCDABCDAABBCCDD4:1SDH復用技術特點單字節(jié)交錯間插方式：以“字節(jié)”為單位交錯間插同步處理例(P209-210)映射單元基本參數(shù)(P210-211)8.2.4SDH網(wǎng)絡中的基本網(wǎng)元◆終端復用設備(TM)

◆分插復用設備(ADM)

◆數(shù)字交叉連接設備(DXC)分插復用設備

ADM(AddDropMultiplexer)◆允許兩個STM-N信號之間的不同VC實現(xiàn)互連◆具有無需分接和終結整體信號即可將各種G.703 規(guī)定的接口信號（PDH）或STM-N信號（SDH） 接入STM-M（M>N）內作任何支路的能力?！暨B接能力：支路—群路（上支路）

群路—支路（下支路）

群路—群路（直通）

支路—支路ADM設備的連接能力 P213圖8.23數(shù)字交叉連接設備DXC(DigitalCrossConnecter)◆DXC是一種具有一個或多個準同步數(shù)字體系(G.702) 或同步數(shù)字體系(G.707)信號端口的，可以在任 何端口信號速率（及其子速率）間進行可控連接 和再連接的設備。

◆適用于SDH的DXC（稱為SDXC）則能進一步在端口 間提供可控的VC透明連接和再連接。這些端口 信號可以是SDH速率，也可以是PDH速率。DXC原理結構框圖8.2.5SDH自愈網(wǎng)原理◆SDH傳送網(wǎng)◆SDH自愈網(wǎng)SDH傳送網(wǎng)分層模型再生段,復用段和通道示意圖

P218圖8.25SDH自愈網(wǎng)自愈的概念:

通信網(wǎng)絡發(fā)生故障時，無需人為干預，即可在極短的時間內從失效故障中自動恢復所攜帶的業(yè)務，使用戶感覺不到網(wǎng)絡已出了故障。自愈的基本原理是使網(wǎng)絡具備發(fā)現(xiàn)替代傳輸路由并重新確立通信的能力。1+1保護并發(fā)優(yōu)收原則MST:復用段終端MSA:復用段適配RST:再生段終端SPI:SDH物理接口REG:再生器1:N保護選發(fā)選收原則自愈環(huán)分類◆按結構分類

通道保護環(huán) 復用段保護環(huán)

◆按光纖數(shù)量分類

二纖環(huán) 四纖環(huán)

◆按接收和發(fā)送信號的傳輸方向分類 單向環(huán) 雙向環(huán)自愈環(huán)類型◆二纖單向通道保護環(huán)◆二纖雙向通道保護環(huán)◆二纖單向復用段保護環(huán)◆四纖雙向復用段共享保護環(huán)◆二纖雙向復用段共享保護環(huán)8.3傳送網(wǎng)主要性能指標1.誤碼性能◆誤碼率(BER)

傳送的碼元被錯判的概率。----表示長期統(tǒng)計平均的結果?！魤K:比特的集合.◆誤塊(EB):任意比特出現(xiàn)差錯的塊.◆誤塊秒比(ESR)

誤塊秒(ES)

：出現(xiàn)誤塊的秒。誤塊秒比：誤塊秒數(shù)與總的可用秒數(shù)之比。◆背景誤塊比(BBER) 背景誤塊(BBE):扣除不可用時間和SES期間出 現(xiàn)的誤塊后所剩下的誤塊. 背景誤塊比:在可用時間內出現(xiàn)的BBE數(shù)與扣除 不可用時間和SES期間所有塊數(shù)后 的總塊數(shù)之比.◆嚴重誤塊秒比(SESR)

嚴重誤塊秒(SES)

：含有不少于30%的誤塊或 至少一種缺陷的秒。嚴重誤塊秒比：嚴重誤塊秒數(shù)與總的可用秒數(shù) 之比。2.抖動性能抖動：數(shù)字信號(包括時鐘信號)的各有效

瞬間對于標準時間位置的偏差。信號時鐘抖動相當于寄生調相，會導致靈敏度降低。

抖動J的單位：UI(單位時隙)

對于NRZ碼，1UI=1Tb=1/fb◆輸入抖動容限：系統(tǒng)允許的輸入信號的最大抖動范圍?！糨敵龆秳樱?/p>

系統(tǒng)無輸入抖動時，系統(tǒng)輸出信號的抖動特性。

◆抖動轉移：

輸出抖動與輸入抖動之比(抖動增益)。

3.可靠性與可用性

◆平均故障間隔時間(MTBF)

◆平均故障修復時間(MTTR)

◆可靠性(R)

◆可用性(A)作業(yè):

P229習題3.第9章光纖通信技術

9.1概述擴大通信容量的方法:提高載波頻率。光波也是一種電磁波，可以作為載波。光纖通信系統(tǒng)的組成信號源信號源電端機光發(fā)送機光纜中繼光纜光接收機電端機課程內容 (1)光纖 (2)光發(fā)送機 (3)光接收機 (4)系統(tǒng) (5)新技術介紹 (6)光傳送網(wǎng)技術 (7)ASON光纖通信的特點1.容量大2.中繼距離長3.不怕電磁干擾4.保密性好，無串話干擾5.尺寸小，重量輕6.原料豐富(節(jié)約有色金屬)7.經(jīng)濟!!!9.2光纖傳輸原理與特性光纖的結構纖芯--高透明材料包層--高透明材料涂敷層--保護層包層折射率略小于纖芯.材料：

高純度

SiO2

攙雜

纖芯：

GeO2?SiO2,P2O5?SiO2

包層：B2O3?SiO2階躍折射率：

纖芯折射率分布均勻

漸變折射率：

纖芯折射率連續(xù)變化(2)多模：

能傳多個模式

單模：

只能傳基模光纖的分類常用光纖

(1)階躍多模光纖n1n22a2brn芯徑(2a):50μm,62.5μm包層直徑(2b):125μm

(2)漸變折射率多模光纖n1n22a2brn芯徑(2a):50μm,62.5μm包層直徑(2b):125μm(3)單模光纖(普通)2a2brn芯徑(2a):<10μm包層直徑(2b):125μm

光纖的導光原理階躍多模光纖(幾何光學)n1n2n0=1φθn1n2α1α1α2n1sinα1=n2sinα2臨界角

φcφc=arcsin(n2/n1)φ>φc光在纖芯與包層間發(fā)生全反射.(2)最大入射角

θmaxsinθmax=n1sin(90o-φc)=(n12-n22)?

(3)光纖的數(shù)值孔徑

NA=sinθmax=(n12-n22)?NA反映光纖的集光能力.(4)相對折射率差Δ=(n12-n22)/2n12≈n1-n2n1=n1(2Δ)?(5)子午線最大時延差

Δτd(群時延)Δτd=c/n1sinφcL-L=cLn1?n2n1-n2≈cn1Δ?L其中

L為光纖長度.Δτd導致光脈沖展寬(帶寬減小).漸變折射率多模光纖折射律分布：n(r)=n(0)[1-2Δ(r/a)g]?r<an2r≥a其中

Δ:相對折射率差

Δ=[n2(0)-n22]/2n2(0)g:折射率分布指數(shù),g2最佳.波動理論分析光纖從麥克斯韋方程組開始,可以導出一系列參數(shù)的表達式.光纖的傳輸性質1.光纖的損耗(1)固有損耗材料的本征吸收----紅外吸收----分子振動----紫外吸收----電子躍遷b.材料的本征散射----瑞利散射(折射率微觀不均勻引起)(2)非固有損耗雜質吸收----OH根吸收(光能→振動)波導散射----宏觀上的不均勻(3)損耗系數(shù)αPiPoL(km)α=10LlgPoPi(dB/km)α=L1[Pi(dBm)-Po(dBm)](dB/km)其中:

P(dBm)=10lgP1mW(4)光纖的α----λ曲線λ(μm)α(dB/km)瑞利散射損耗紅外吸收損耗0.851.31.552.00.50.2OH根吸收2.光纖的色散----導致脈沖展寬(帶寬降低)a.模式色散：

多模光纖中每種模式的群速度不同，產(chǎn)生時延差。b.材料色散:

光纖材料的折射率隨光的波長的不同而變化，各種

波長的光傳播速度不同，引起時延差。

c.波導色散:同一模式的光的相位常數(shù)隨光的波長的不同而變化，各種波長的光傳播速度不同，引起時延差。波導色散與折射率分布有關. 多模光纖:模式色散占主要地位. 單模光纖:材料色散和波導色散共同影響總色散.(1)光纖的脈沖展寬：PtPt:

L公里光纖的脈沖展寬,半高寬度。與光纖的長度有關.！與光源的譜寬有關。單位長度光纖的時延差:()

()=/L(2)光纖的帶寬

BW

調制信號經(jīng)傳播后，幅度降低一半時的頻率。G(f)fG(0)?G(0)0BW

BW:L公里光纖的帶寬

BW與光纖的長度有關。！BW與光源的譜寬有關。BW=0.44/(3)光纖的色散系數(shù)：----反應光纖本身的性質D=

L?=()/ [ps/(km?nm)]單位長度(1km)

光纖對單位譜線寬度(1nm)(半高譜寬)

的光的時延展寬。(4)光纖的

D--

曲線(單模)

普通單模光纖：1.31m

色散為零。3.光纖的非線性效應受激散射 ----部分能量偏離預定的傳播方向,光波頻率發(fā)生改變.

a.受激布里淵散射(SBS) b.受激拉曼散射(SRS)(2)折射率擾動 ----光強度引起光纖折射率的變化.

a.自相位調制(SPM) b.交叉相位調制(XPM)

c.四波混頻(FWM)單模光纖

1.折射率分布(P235)2.主要參數(shù)

a.損耗系數(shù)

b.色散系數(shù)

c.截止波長

d.模場直徑3.偏振特性可同時傳輸兩個相互正交的基模.由于光纖的不完善,兩個相互正交的基模的相位常數(shù)可能不同----偏振模色散.4.分類

G.652:常規(guī)光纖,零色散波長:1310nm.

G.653:色散位移光纖,零色散波長:1550nm.G.654:零色散波長:1310nm.1550nm損耗極低.

G.655:非零色散位移光纖,在1530-1565nm有較小的色散. 適合DWDM系統(tǒng).光纜9.3光發(fā)送機與光接收機9.3.1半導體激光器和發(fā)光二極管1.光纖通信系統(tǒng)對光源的要求波長合適光功率足夠譜寬窄可直接調制響應速度快轉換效率高能在室溫下連續(xù)工作體積小,壽命長2.半導體激光器基本原理 受激輻射激射條件

有足夠的反轉分布

存在光學諧振腔注入式半導體激光器----向PN結注入電流 實現(xiàn)反轉分布。半導體材料材料 波長(m)GaAs 0.83-0.9GaAlAs 0.63-0.9InGaAs 1.0-1.7InGaAsP 1.0-1.7結構

P249-250工作特性◆

P--I特性P(mW)I(mA)0204048IthP：輸出光功率I：注入電流Ith：閾值電流Ith:10-100mA◆溫度特性

TIthI(mA)P(mW)20C30C40C50C◆光譜特性P0多縱模0P單縱?！粜释馕⒎至孔有蔇=輸出光子數(shù)的增量注入電子數(shù)的增量=(P-Pth)/h(I-Ith)/e0D

對應P--I曲線閾值以上線性部分的斜率。P(W)3.發(fā)光二極管基本原理 自發(fā)輻射結構

P253工作特性◆

P-I特性I(mA)1002000100200輸出功率與注入電流成正比?！魷囟忍匦訧P20oC30oC40oC◆光譜特性P連續(xù)譜。發(fā)光二極管與激光器的比較 LED LD發(fā)光機理

自發(fā)輻射

受激輻射光譜

寬30-100nm 窄

3nm發(fā)散角 大

小耦合效率

低

高入纖功率 ~100W >1mW響應速度

慢~100MHz 快>2GHz熱特性

好(不需致冷) 較差(需致冷)壽命

長100萬小時 10萬小時成本

低

高線性 好 較差應用 小容量數(shù)字系統(tǒng) 大容量長距離數(shù)字系統(tǒng) 模擬系統(tǒng) 模擬系統(tǒng)9.3.2光發(fā)送機電信號輸入輸入接口線路編碼調制電路光源光信號輸出控制電路◆輸入接口:

將電端機輸出的HDB3碼或CMI碼變換成二元NRZ碼. 從電端機輸出的HDB3碼或CMI碼中提取出時鐘. 一，二，三次群電端機的輸出碼型為HDB3碼。

四次群，STM-1電端機的輸出碼型為CMI碼?！艟€路編碼/解碼(PDH): 消除直流基線起伏，便于判決。 消除長連‘0’連‘1’，便于時鐘提取。 便于誤碼監(jiān)測?！鬖ED的數(shù)字調制PttI◆LD的數(shù)字調制IPItIBImtPP1P0◆控制電路自動溫度控制LD致冷器熱敏電阻控制電路自動功率控制調制電路控制電路ImIBLDPIN◆光發(fā)送機的主要指標平均發(fā)送光功率 mW,dBm消光比 dB EXT=10?lg(P1/P0)(dB)動態(tài)譜寬 nm9.3.3光檢測器半導體探測器：1.光電二極管PD(PIN) 2.雪崩光電二極管APD1.光電二極管

工作在反向偏壓的PN結二極管。工作原理----受激吸收(2)結構----PIN結構PIN光響應波長

光電效應需滿足條件：h>Eg即:<hcEg截止波長：c=hcEg=1.24Eg(eV)(m)Si:c=1.06mGe,InGaAs:c=1.6m響應波長:Si:0.5-1.0mGe,InGaAs:1.1-1.6m(4)光電轉換效率a.量子效率：=光產(chǎn)生的電子-空穴對數(shù)入射光子數(shù)=Ip/e0P0/h=IpP0he0Ip:光生電流P0：入射光功率b.響應度R=IpP0=e0h(A/W)2.雪崩光電二極管APD

工作在高反向偏壓的PN結二極管。 入射光功率產(chǎn)生一次光生電流，一次光生電流被雪崩放大，形成較大的反向電流。

平均雪崩增益M=一次光生電流總輸出電流APD的倍增噪聲

APD噪聲： 量子噪聲

暗電流噪聲

倍增噪聲----影響最大9.3.4光接收機光信號探測器

前置放大器主放大器均衡器判決器時鐘提取AGC電路線路解碼輸出接口探測器：實現(xiàn)光電變換前放：低噪聲放大主放：提供足夠的增益，且增益受AGC電路的控制。均衡器：保證判決時不存在碼間干擾。判決器，時鐘提?。簩π盘栠M行再生。AGC電路：改變接收機的增益，擴大接收機的動態(tài)范圍。輸出接口：將NRZ碼變換成HDB3碼或CMI碼。光接收機的主要指標光接收機的靈敏度保證達到給定誤碼率的條件下，光接收機

需要的最小平均光功率。(W，dBm)------反映接收機接收弱信號的能力。光接收機的動態(tài)范圍

保證達到給定誤碼率的條件下，允許接收光功率的變化范圍。(dB)------反映接收機接收強信號的能力。9.4光纖通信系統(tǒng)系統(tǒng)的組成(數(shù)字

IM-DD)用戶

電發(fā)送端機光發(fā)送機光纖光中繼器光纖光接收機電接收端機

用戶

備用系統(tǒng)輔助系統(tǒng)備用系統(tǒng)包括備用光端機,備用光纖,備用中繼器等.可以一主一備或多主一備.輔助系統(tǒng) 監(jiān)控管理系統(tǒng) 對組成系統(tǒng)的各種設備進行監(jiān)視,控制和管理.

公務通信系統(tǒng) 為維護人員提供業(yè)務聯(lián)絡手段.

區(qū)間通信系統(tǒng) 實現(xiàn)長途干線系統(tǒng)中某局部區(qū)域之間的通信.

自動倒換系統(tǒng) 當主系統(tǒng)出現(xiàn)故障時,自動啟動備用系統(tǒng)繼續(xù)工作.

電源供給系統(tǒng) 供給電源.9.5-9.8光纖通信新技術衰減因素限制傳輸距離L=PT-PR-Ms色散因素限制傳輸距離L=12?fb?D?

方向：提高fb,增大L。衰減限制因素:

使用1.55m.

使用光放大器.色散限制因素:D

使用G.653,G.655光纖.

使用單縱模LD,使用外調制技術. 光孤子通信.擴大容量:

DWDM(密集波分復用).

OTDM(光時分復用).光放大器1.半導體光放大器(SOA)2.光纖拉曼放大器(FRA)3.摻鉺光纖放大器(EDFA)1.SOA增透膜隔離器隔離器尾纖尾纖IG:~30dB;Δλ:~30nm;λ:1.3μm,1.55μm;Fn:~4dB.2.FRA耦合器信號光泵浦光利用強泵浦光使光纖產(chǎn)生非線性效應(SRS),信號光與泵浦光沿光纖一起傳輸時光功率將由泵浦光轉移到信號光,使信號光放大.3.EDFA

(1)結構輸入光泵浦光980nm或1480nm耦合器隔離器摻鉺光纖隔離器濾波器輸出光(2)原理

EDF粒子數(shù)反轉(3)性能

增益G:30~40dB

增益波長:1528nm~1560nm

噪聲系數(shù):Fn:~4dB 飽和輸出功率:Ps:~10dBm(4)特點

--與fb無關. --與信道數(shù)無關 --可級聯(lián) --不積累抖動(5)應用 --高速系統(tǒng)中功率放大，中繼，接收預放。 --DWDM系統(tǒng)，OTDM系統(tǒng)，光孤子系統(tǒng)等。 --擴容，改造。DWDM系統(tǒng)TX1TXnWDMEDFAn…..nEDFAEDFADe-WDMRX1RXnn最經(jīng)濟的系統(tǒng)。OTDM系統(tǒng)框圖P277光孤子通信系統(tǒng)光孤子傳輸：無色散。光纖：‘彈性’信道。(光纖的非線性效應SPM)普通光脈沖光孤子光孤子傳輸條件：tPP----t--------P9.9光傳送網(wǎng)技術9.9.1光傳送網(wǎng)的引入◆需求驅動因素 信息化社會

互聯(lián)網(wǎng)應用：IP、多媒體業(yè)務

帶寬的“饑渴”◆技術驅動因素

前提：光纖潛在的傳輸能力

基石：全光放大

催化劑：光子/光電器件大容量數(shù)據(jù)網(wǎng)與光網(wǎng)絡的發(fā)展YearInternetbackboneT3E1STM1STM4STM16STM64cTransportcapacity140Mb/s565Mb/sSTM161.7Gb/sSTM64,4lSTM64,2lSTM64,8lSTM64,16lSTM64,32lI/Orates

=

optical

wavelength

capacityImportantThreshold!Systemcapacity(Mbps)

101010101010123456198519901995200010Gb/sEthernetEthernetStandardsEthernetFastEthernetGbitEthernet實現(xiàn)光層聯(lián)網(wǎng)的基本目的消除電子設備引起的瓶頸提高了網(wǎng)絡的傳輸容量旁路非落地業(yè)務，降低對路由器規(guī)模要求提供了透明光平臺減少建網(wǎng)