光傳輸技術(shù)基礎(chǔ)講座.ppt

1、傳輸所 謝暉 二0一0年八月,光傳輸網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識,1,主要內(nèi)容,光纖通信基礎(chǔ) 同步數(shù)字體系SDH,2,3,通信系統(tǒng)（傳輸系統(tǒng)）作用：為需要進(jìn)行信息交互的設(shè)備之間提供信息傳遞的通道。 廣義：連接各種終端設(shè)備和交換設(shè)備之間的通道； 狹義：包括傳輸設(shè)備和傳輸線路。 設(shè)備：如MSTP設(shè)備、光電收發(fā)器等； 線路：光纜、管道、桿路等,3,BTS,BTS,155M SDH,BTS,BTS,622M SDH,接入層,匯聚層,2.5/10G SDH,10G SDH,核心層,BSC,BSC,BSC,BSC,MSC,MSC,MSC,MSC,光纖通信基礎(chǔ)概論,光纖通信基礎(chǔ)概論,一、光纖通信概念 利用光纖來傳輸攜帶信息

2、的光波以達(dá)到通信的目的。 數(shù)字光纖通信系統(tǒng)方框圖,4,光纖通信基礎(chǔ)概論,二、光纖通信發(fā)展簡史 1966年，英籍華裔學(xué)者高錕指出了利用光纖(Optical Fiber)進(jìn)行信息傳輸?shù)目赡苄院图夹g(shù)途徑，奠定了現(xiàn)代光通信光纖通信的基礎(chǔ)。 1970 年，光纖研制取得了重大突破。美國康寧(Corning)公司就研制成功損耗20 dB/km的石英光纖。 1973 年，美國貝爾(Bell)實(shí)驗(yàn)室取得了更大成績，光纖損耗降低到2.5dB/km。 1976 年，日本電報電話(NTT)公司將光纖損耗降低到0.47 dB/km(波長1.2m)。,5,光纖通信基礎(chǔ)概論,三、光纖通信優(yōu)點(diǎn) 1、通信容量巨大 從理論上講，

3、一根光纖可以同時傳輸100億個話路，目前同時傳輸50萬個話路的試驗(yàn)已經(jīng)成功，比傳統(tǒng)同軸電纜、微波等高出幾千乃至幾十萬倍。 2、中繼距離長 光纖具有極低的衰耗系數(shù)，配以適當(dāng)?shù)墓獍l(fā)送、光接收設(shè)備、光放大器、前向糾錯與RZ編碼調(diào)制技術(shù)等，可使其中繼距離達(dá)數(shù)千公里以上，而傳統(tǒng)電纜只能傳送1.5km，微波50km，根本無法與之相比擬。 3、保密性能好 4、適應(yīng)能力強(qiáng) 具有不怕外界強(qiáng)電磁場的干擾、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn) 5、體積小、重量輕 6、原材料來源豐富、價格低廉,6,光纖通信基礎(chǔ)光纖,一、光纖的構(gòu)造 光纖呈圓柱形，主要由纖芯、包層二大部分組成。 1、纖芯：位于光纖的中心部位，成分為高純度的二氧 化硅，摻有極少

4、量摻雜劑。 2、包層：位于纖芯的周圍，其成分也是含有極少量摻 雜劑的高純度二氧化硅。 3、涂覆層：光纖的最外層，由丙烯酸酯、硅橡膠和尼 龍組成。,7,光纖通信基礎(chǔ)光纖,二、光纖的分類,光纖種類,按光纖剖面折射率分布分類,按工作波長分類,石英光纖,按組成成分分類,按傳輸模式分類,含氟光纖,塑料光纖,階躍型光纖,漸變型光纖,多模光纖,單模光纖,短波長光纖（波長典型值為850nm）,長波長光纖（波長為1310nm，1550nm）,8,光纖通信基礎(chǔ)光纖,二、光纖的分類階躍、漸變光纖 1、階躍光纖 在纖芯與包層區(qū)域內(nèi)，折射率的分布分別是均勻的，分別為n1和n2，在纖芯與包層的邊界處，其折射率的變化是階躍

5、的(n2n1） 。 2、漸變光纖 光纖軸心處的折射率最大(n1)，但隨橫截面徑向的增加而逐漸減小，到纖芯與包層的邊界處，正好降到與包層區(qū)域的折射率n2,9,光纖通信基礎(chǔ)光纖,二、光纖的分類單模、多模光纖 1、多模光纖：可傳多種模式的光。但其模間色散較大，這就限制了傳輸數(shù)字信號的頻率，而且隨距離的增加會更加嚴(yán)重。 2、單模光纖：只能傳一種模式的光，因此其模間色散很小，適用于遠(yuǎn)程通訊。,Core,125mm,Clad,Core,Clad,125mm,50mm,8mm,85mm,多模光纖,單模光纖,人的頭發(fā),10,光纖通信基礎(chǔ)光纖,三、光纖的簡單導(dǎo)光原理 1、全反射原理 若使光束從光密媒質(zhì)射向光疏媒

6、質(zhì)時, 則折射角大于入射角，如圖所示。 如果不斷增大0可使折射角1達(dá)到90, 這時的1稱為臨界角。 當(dāng)光線從光密媒質(zhì)射向光疏媒質(zhì), 且入射角大于臨界角時, 就會產(chǎn)生全反射現(xiàn)象。 光纖就是利用這種全反射來傳輸光信號的。,11,光纖通信基礎(chǔ)光纖,三、光纖的簡單導(dǎo)光原理 2、光在光纖中的傳播,12,光纖通信基礎(chǔ)光纖,四、光纖的衰耗 光纖的損耗是指光信號經(jīng)光纖傳輸后，由于吸收、散射等原因引起光功率的減小。,光纖損耗,散射損耗,非線性散射,吸收損耗,本征吸收：光纖材料本身所固有的吸收作用,雜質(zhì)吸收：光纖中雜質(zhì)對光的吸收作用,其他衰耗（微彎曲衰耗等）,線性散射,結(jié)構(gòu)不完善散射,13,光纖通信基礎(chǔ)光纖,五、

7、光纖的色散 色散分為色度色散與偏振模色散兩大類。 色度色散簡單說就是有光纖傳輸引起的光脈沖展寬與畸變效應(yīng)。色度色散包括三個部分：模式色散、材料色散、波導(dǎo)色散。,14,15,15,光纖通信基礎(chǔ)傳送網(wǎng)絡(luò)的分層結(jié)構(gòu),16,光纖通信基礎(chǔ)傳送網(wǎng)絡(luò)的分層結(jié)構(gòu),同步數(shù)字體系,我們前面為大家介紹了光纖，也介紹了光纖傳輸?shù)暮唵卧?，如果把光纖比作一條高速公路，要實(shí)現(xiàn)有效的傳輸還需要有高速汽車，以及一系列相應(yīng)的交通規(guī)則。同步數(shù)字體系就是一套這樣的“交通系統(tǒng)”。,光纖通信系統(tǒng)框圖,信息,數(shù)字終 端設(shè)備 發(fā)送端,光 端 機(jī) 發(fā) 送 端,光 端 機(jī) 接 收 端,數(shù)字終 端設(shè)備 接收端,信息,光纖,光傳輸設(shè)備,光傳輸設(shè)備

8、,17,同步數(shù)字體系SDH概論,一、SDH的產(chǎn)生 1、PDH的缺點(diǎn) （1）沒有國際統(tǒng)一的數(shù)字速率標(biāo)準(zhǔn) （2）沒有國際統(tǒng)一的光接口規(guī)范,18,同步數(shù)字體系SDH概論,一、SDH的產(chǎn)生 1、PDH的缺點(diǎn) （3）上下電纜成本高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜 （4）網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行、管理、維護(hù)能力差,光,/,電,解 復(fù) 用,復(fù)用,復(fù)用,復(fù)用,電,/,光,PDH,解 復(fù) 用,解 復(fù) 用,19,同步數(shù)字體系SDH概論,一、SDH的產(chǎn)生 2、SDH的產(chǎn)生 上述PDH的缺點(diǎn)要想在原有的技術(shù)體制和框架內(nèi)予以解決，幾乎是不可能的。 19881990年，ITU-T通過了關(guān)于SDH的9個標(biāo)準(zhǔn)，19921996年又相繼通過了5個，至此在國際范圍

9、內(nèi)就SDH的硬件與軟件達(dá)成了一致協(xié)議。,20,同步數(shù)字體系SDH概論,二、SDH的特點(diǎn) （1）速率統(tǒng)一 在SDH幀結(jié)構(gòu)中既可以包含2Mb/s數(shù)字體系的各種子速率信號，如2Mb/s，34Mb/s和140Mb/s；也可以包含1.5Mb/s數(shù)字體系的各種子速率信號，如1.5Mb/s，6.3Mb/s ，45Mb/s和100Mb/s等。 目前SDH有5個標(biāo)準(zhǔn)化的STM等級，即STM-1/4/16/64/256 （2）光接口規(guī)范 （3）靈活的分插復(fù)用 （4）具有強(qiáng)大的運(yùn)行、管理、維護(hù)與指配能力 （5）組網(wǎng)較靈活、網(wǎng)絡(luò)的安全性與生存性強(qiáng) （6）兼容性好 SDH不僅可以向前兼容已有的PDH各種速率信號，而且還

10、可以向后兼容未來的許多新業(yè)務(wù)信號，如ATM信元、FDDI信元等。,21,同步數(shù)字體系SDH概論,三、SDH概況 （1）SDH的等級,22,同步數(shù)字體系SDH概論,三、SDH概況 （2）SDH設(shè)備的種類 SDH設(shè)備可以分為4種：終端復(fù)用器(TM)、分插復(fù)用器(ADM)、再生器(REG)和數(shù)字交叉連接設(shè)備(DXC)。,TM,DXC,DXC,ADM,TM,ADM,DXC,DXC,TM,STM-,n,23,同步數(shù)字體系SDH概論,三、SDH概況 （2）SDH設(shè)備的種類終端復(fù)用器（TM） 終端復(fù)用器用在網(wǎng)絡(luò)的終端站點(diǎn)上，例如一條鏈的兩個端點(diǎn)上，它是一個雙端口器件。,24,同步數(shù)字體系SDH概論,三、SD

11、H概況 （2）SDH設(shè)備的種類分插復(fù)用器（ADM） 分/插復(fù)用器用于SDH傳輸網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)接站點(diǎn)處，例如鏈的中間結(jié)點(diǎn)或環(huán)上結(jié)點(diǎn)，是SDH網(wǎng)上使用最多、最重要的一種網(wǎng)元，它是一個三端口的器件。,25,同步數(shù)字體系SDH概論,三、SDH概況 （2）SDH設(shè)備的種類再生中繼器（REG） 再生中繼器設(shè)在網(wǎng)絡(luò)的中間局站，目的是延長傳輸距離，但不能上、下電路，REG是雙端口器件，只有兩個線路端口。,26,同步數(shù)字體系SDH概論,三、SDH概況 （2）SDH設(shè)備的種類數(shù)字交叉連接設(shè)備（DXC） 數(shù)字交叉連接設(shè)備完成的主要是STM-N信號的交叉連接功能，它是一個多端口器件，它實(shí)際上相當(dāng)于一個交叉矩陣，完成各個信號

12、間的交叉連接，,27,同步數(shù)字體系幀結(jié)構(gòu),一、幀結(jié)構(gòu)的組成 STM-N的幀結(jié)構(gòu)由3部分組成：段開銷，包括再生段開銷（RSOH）和復(fù)用段開銷（MSOH）；管理單元指針（AU-PTR）；信息凈負(fù)荷（payload）。,1,3,4,5,9,RSOH,STM-N 凈負(fù)荷 (含POH),9N,261N,270N列,MSOH,AU PTR,28,同步數(shù)字體系幀結(jié)構(gòu),一、幀結(jié)構(gòu)的組成 （1）信息凈負(fù)荷（payload）： 在STM-N幀結(jié)構(gòu)中存放將由STM-N傳送的各種信息碼塊的地方。信息凈負(fù)荷區(qū)相當(dāng)于STM-N這輛運(yùn)貨車的車箱，車箱內(nèi)裝載的貨物就是經(jīng)過打包的低速信號待運(yùn)輸?shù)呢浳?。為了?shí)時監(jiān)測貨物（打包的低

13、速信號）在傳輸過程中是否有損壞，在將低速信號打包的過程中加入了監(jiān)控開銷字節(jié)通道開銷（POH）字節(jié)。,29,同步數(shù)字體系幀結(jié)構(gòu),一、幀結(jié)構(gòu)的組成 （2）段開銷（SOH）： 為了保證信息凈負(fù)荷正常、靈活傳送所必須附加的供網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行、管理和維護(hù)（OAM）使用的字節(jié)。例如段開銷可進(jìn)行對STM-N這輛運(yùn)貨車中的所有貨物在運(yùn)輸中是否有損壞進(jìn)行監(jiān)控，而POH的作用是當(dāng)車上有貨物損壞時，通過它來判定具體是哪一件貨物出現(xiàn)損壞。 當(dāng)然，SOH和POH還有一些管理功能。 段開銷又分為再生段開銷（RSOH）和復(fù)用段開銷（MSOH），分別對相應(yīng)的段層進(jìn)行監(jiān)控。 通道開銷又分為高階通道開銷（HP-POH）和低階通道開銷（L

14、P-POH） 。,30,同步數(shù)字體系幀結(jié)構(gòu),一、幀結(jié)構(gòu)的組成 （3）管理單元指針（AU-PTR）： AU-PTR是用來指示信息凈負(fù)荷的第一個字節(jié)在STM-N幀內(nèi)的準(zhǔn)確位置的指示符，以便收端能根據(jù)這個位置指示符的值（指針值）正確分離信息凈負(fù)荷。,31,同步數(shù)字體系幀結(jié)構(gòu),二、SDH信號的傳輸 SDH幀結(jié)構(gòu)雖然是塊狀，但是在傳輸時依然是以串行碼流形式，即按從左到右，由上而下的順序進(jìn)行。 ITU-T規(guī)定對于任何級別的STM-N幀，幀頻是8000幀/秒，也就是幀長或幀周期為恒定的125s。,32,同步數(shù)字體系段開銷,一、段開銷 下圖是一個STM-1的段開銷,9 列,A1,A1,A1,A2,A2,A2,

15、J0,#,#,B1,E1,F1,*,*,D1,D2,D3,A U - P T R (管理單元指針),B2,B2,B2,K1,K2,D4,D5,D6,D7,D8,D9,D10,D11,D12,S1,M1,E2,*,*,RSOH,MSOH,9行,* 國內(nèi)使用字節(jié) 傳輸媒質(zhì)指示字節(jié) # 不擾碼字節(jié) 空格：國際使用字節(jié),33,同步數(shù)字體系段開銷,一、段開銷 1. A1、A2： 幀定位字節(jié) （F6 28 H）； 2. J0： 再生段跟蹤字節(jié)，使收、發(fā)能正確對接； 3. B1：再生段比特間插奇偶校驗(yàn)字節(jié)(BIP-8)； 4. D1 D3：再生段數(shù)據(jù)通信通道，可傳送再生段運(yùn)行數(shù)據(jù)； 5. D4 D12：復(fù)用

16、段數(shù)據(jù)通信通道，可傳送復(fù)用段運(yùn)行數(shù)據(jù)； 6. E1、E2：公務(wù)聯(lián)絡(luò)字節(jié)； 7. F1：使用者通道字節(jié)，用于維護(hù)的數(shù)據(jù)/音頻通道； 8. B2：復(fù)用段比特間插奇偶校驗(yàn)字節(jié)(BIP-N24)；,34,同步數(shù)字體系段開銷,一、段開銷 9. K1、K2：自動保護(hù)倒換字節(jié)，執(zhí)行APS協(xié)議； 其中： K1的b5 b8為請求保護(hù)倒換的局站編號， K2的b1 b4為倒換到保護(hù)通路上的局站編號。 S1：同步狀態(tài)字節(jié)，指示同步狀態(tài)、時鐘級別等； 其中b1 b4暫不使用， b5 b8表示時鐘質(zhì)量級別， b5-b8的值越小，表示相應(yīng)的時鐘質(zhì)量級別越高。 11. M1：復(fù)用段遠(yuǎn)端差錯指示，指示B2的誤塊檢測結(jié)果。 其中

17、b1暫不使用； b2 b8：用二進(jìn)制編碼方式，對B2的誤塊檢測結(jié)果進(jìn)行誤塊計數(shù),35,同步數(shù)字體系段開銷,二、段開銷的復(fù)用 字節(jié)間插復(fù)用時各STM-1幀的AU-PTR和payload的所有字節(jié)原封不動的按字節(jié)間插復(fù)用方式復(fù)用，而段開銷的復(fù)用方式就有所區(qū)別。下圖為STM-4幀的段開銷結(jié)構(gòu)圖,36,同步數(shù)字體系復(fù)用與映射,一、 SDH的復(fù)用結(jié)構(gòu)和步驟,37,同步數(shù)字體系復(fù)用與映射,二、我國規(guī)范的SDH復(fù)用與映射結(jié)構(gòu),38,同步數(shù)字體系復(fù)用與映射,三、SDH復(fù)用原理容器（C） 容器的主要作用就是進(jìn)行速率調(diào)整。,標(biāo)準(zhǔn)容器尺寸,39,同步數(shù)字體系復(fù)用與映射,三、SDH復(fù)用原理虛容器（VC） 是用來支持S

18、DH通道層連接的信息結(jié)構(gòu)。 VC 是由信息容器C加上通道開銷POH構(gòu)成。,POH,C-3 ( 34/45Mb/s ),C-4 ( 140 Mb/s ),POH,VC-12,POH,C-12 ( 2Mb/s ),VC-4,1,2,261,9,1,2,85,9,VC-3,1,2,4,9,40,同步數(shù)字體系復(fù)用與映射,三、SDH復(fù)用原理支路單元（TU）： 是在高階VC與低階VC之間進(jìn)行適配的信息結(jié)構(gòu)。 TU是由低階VC加上支路單元指針TU PTR構(gòu)成。,H1H2H3,TU PTR,VC-12,VC-3,TU-12 TU-3,1,2,4,9,1,2,86,9,41,同步數(shù)字體系復(fù)用與映射,三、SDH復(fù)

19、用原理支路單元組（TUG）： 由幾個TU或TUG進(jìn)行字節(jié)間插復(fù)用組成,2,b,1,2,3,1,3,1,2,3,c,a,c,b,a,TU-12 a,TU-12 b,TU-12 c,TUG-2,4,4,4,TU-12 a,42,同步數(shù)字體系復(fù)用與映射,三、SDH復(fù)用原理支路單元組（TUG）： 由幾個TU或TUG進(jìn)行字節(jié)間插復(fù)用組成,3TU - 12,7TUG-2,TUG-2 TUG-3 R 為填充字節(jié),R,R,1,12,9,1,3,86,9,2,43,同步數(shù)字體系復(fù)用與映射,三、SDH復(fù)用原理管理單元（AU-4）： 是在高階VC與復(fù)用段之間進(jìn)行適配的信息結(jié)構(gòu)。 AU是由高階VC加上管理單元指針AU

20、 PTR構(gòu)成。,VC - 4,AU-PTR,44,同步數(shù)字體系復(fù)用與映射,四、總結(jié) 一個STM-1幀中可以復(fù)用幾路2M信號？幾路34M信號？幾路140M信號？,AUG,TUG-2,TU-12,VC-12,C-12,140M,34M / 45M,2M,指針處理,映射,復(fù)用,校準(zhǔn),N,7,3,3,TUG3,STM-N,AU-4,VC-4,TU- 3,1,1,45,同步數(shù)字體系組網(wǎng)與保護(hù),一、基本的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) SDH網(wǎng)是由SDH網(wǎng)元設(shè)備通過光纜互連而成的，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)（網(wǎng)元）和傳輸線路的幾何排列就構(gòu)成了網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)的有效性（信道的利用率）、可靠性和經(jīng)濟(jì)性在很大程度上與其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有關(guān)。 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

21、的基本結(jié)構(gòu)有鏈形、星形、樹形、環(huán)形和網(wǎng)孔形。,46,同步數(shù)字體系組網(wǎng)與保護(hù),二、環(huán)網(wǎng)的分類 按傳輸環(huán)上業(yè)務(wù)的方向可將自愈環(huán)分為單向環(huán)和雙向環(huán)兩大類； 按網(wǎng)元節(jié)點(diǎn)間的光纖數(shù)可將自愈環(huán)劃分為雙纖環(huán)（一對收/發(fā)光纖）和四纖環(huán)（兩對收發(fā)光纖）； 按保護(hù)的業(yè)務(wù)級別可將自愈環(huán)劃分為通道保護(hù)環(huán)和復(fù)用段保護(hù)環(huán)兩大類。,47,同步數(shù)字體系組網(wǎng)與保護(hù),二、環(huán)網(wǎng)的分類 對于通道保護(hù)環(huán)，業(yè)務(wù)的保護(hù)是以通道為基礎(chǔ)的，也就是保護(hù)的是STM-N信號中的某個VC（某一路PDH信號），倒換與否按環(huán)上的某一個別通道信號的傳輸質(zhì)量來決定的。 復(fù)用段倒換環(huán)是以復(fù)用段為基礎(chǔ)的，倒換與否是根據(jù)環(huán)上傳輸?shù)膹?fù)用段信號的質(zhì)量決定的。倒換是由K

22、1、K2（b1b5）字節(jié)所攜帶的APS協(xié)議來啟動的，當(dāng)復(fù)用段出現(xiàn)問題時，環(huán)上整個STM-N或1/2STM-N的業(yè)務(wù)信號都切換到備用信道上。,48,同步數(shù)字體系組網(wǎng)與保護(hù),二纖單向通道保護(hù)環(huán) 工作原理：雙發(fā)選收 正常時： 信號AC在發(fā)端A同時饋入S與P光纖（雙發(fā)），沿二條路徑到達(dá)C：工作：A-B-C 保護(hù)：A-D-C。 收端選收，一般選 工作：A-B-C 同理，信號CA： 工作：C-D-A ； 保護(hù)：C-B-A。 收端選用 工作：C-D-A。,49,同步數(shù)字體系組網(wǎng)與保護(hù),故障時： 如B、C間的光纜被切斷。 AC業(yè)務(wù)：在C節(jié)點(diǎn)由于來自S光纖的AC信號 ABC丟失，所以接收倒換開關(guān)轉(zhuǎn)向來自P光纖，即接收信號：ADC CA業(yè)務(wù)信號仍按原路徑傳送。,50,同步數(shù)字體系組網(wǎng)與保護(hù),二纖雙向通道保護(hù)環(huán) 正常時： 信號AC在發(fā)端同時饋入S1與P1光纖（雙發(fā)），沿二條路徑到達(dá)C站S1：ABC P1：ADC 收端選收，一般選S1：ABC 同理，業(yè)務(wù)信號CA： S2：CB A P2：C D A 收端擇優(yōu)選用，一般選 S2：CBA。,51,同步數(shù)字體系組網(wǎng)與保護(hù),故障時： 如B、C間的光纜被切斷。 AC業(yè)務(wù)：在C節(jié)點(diǎn)由于來自S1光纖的AC信號：ABC丟失，所