《光纤通讯培训教材(1).ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《光纤通讯培训教材(1).ppt（58页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、传输基础知识介绍,网络部传输数据组 二00九年十一月三日,光纤传输基本原理,光纤通信所用的光波长范围在8001600nm的近红外区光的传播是通过电场、磁场的状态随时间变化的规律表现出来的。,光纤心线的剖面结构示意图,裸光纤横截面结构示意图 光纤心线的横截面结构示意图,光 纤,光纤的传播模式在光纤的数值 孔径角内，以某一角度射入光纤端面，并能在光纤的纤芯到包层界面上形成全反射的传播光线就可称为一个光的传输模式。,高次模 基模 低次模,光纤的传输特性,衰减色散偏振模色散光纤的非线性效应,衰 减,衰减表明光纤对光能的传输损耗。光在光纤中传播时，平均光功率沿光纤长度按照指数规律减少:P(L)=P(0)
2、10(L/10)式中：P(0)在L0处注入光纤的光功率 P(L)传输到轴向距离L处的光功率 衰减系数（L）(10/L)P(L)/P(0)dB/km,衰减谱,衰减系数与波长的函数关系,衰减起因,色 散,光纤中的信号是由不同的频率成分和不同的模式成分来携带的，这些不同的频率成分和不同的模式成分的传输速度不同，从而引起色散,脉冲展宽,T,色散的种类,(1)材料色散：材料的折射率是波长的非限性函数，使得光的传播速度随波长而改变。由此引起的色散叫材料色散。(2)波导色散：同一模式的相位常数随波长而变，而引起的色散。(3)模式色散：多模光纤中，即使在同一波长，不同模式的传播速度也不同，由此引起的色散。又称
3、模式色散。(4)偏振模色散：单模光纤中实际存在偏振方向相互正交的两个基模。当光纤存在双折射时，这两个模式的传输速度不同，由此而引起的色散即偏振模色散。,光纤的类型,多模光纤：纤芯直径为50-75微米 在一定的工作波长下，有多个模 式在光纤中传输单模光纤：纤芯直径很小，约4-10微米 理论上只传输一种模式,单模光纤,标准单模光纤（G.652光纤）色散位移单模光纤（G.653光纤）1550nm波长最低衰减光纤（G.654光纤）非零色散位移光纤（G.655光纤）色散补偿光纤（G.65X光纤）色散平坦光纤,标准单模光纤（G.652光纤）,SiO2+GeO2 SiO2+GeO2SiO2 SiO2 SiO
4、2+F简单阶跃匹配包层型 简单阶跃下凹内包层型相对折射率差偏低 高的能大大改变光纤的抗弯性，损耗光纤抗弯性稍差,零色散波长在1310nm，在波长1550nm处衰减最小。,标准单模光纤（G.652光纤）,在我国占99%以上。虽称1310nm性能最佳光纤，但绝大部分却用于1550 nm，其原因是在1310nm无实用化光放大器。它可传输2.5G或以2.5G 为基群的WDM系统；但传输TDM的10G，面临色散受限的难题（色度色散与PMD）。,色散位移单模光纤（G.653光纤）,实现了在1550nm波长低衰减和零色散。可以20Gbit/s系统，不需任何色散补偿。,1550nm波长最低衰减光纤（G.654
5、光纤）,选用纯SiO2芯来降低光纤的衰减最大优点：在1550nm波长的最低衰减为0.18dB/km制造困难，价格昂贵，不实用。,非零色散位移光纤（G.655光纤）,1994年专门为DWDM系统设计得新型光纤特定得最小色散保证抑制四波混频非线性。,非零色散位移光纤（G.655光纤）,因既可传输TDM的10G，又可传以2.5G或10G为基群的WDM系统；所以近年倍受青睐。但理想的G.655光纤无法实现，因为在光纤的有效横截面积与色散斜率二方面难以均衡。目前，G.655光纤尚无国际统一规范。大的有效面积，会有效地避免非线性效应，但 将导致色散斜率的增加。小的色散斜率将会便于色散的补偿；但其有效 面积
6、却减小。,色散平坦光纤,制作难度大，且光纤衰减大，所以不实用。,色散补偿光纤,色散问题严重阻碍1310nm单模光纤到1550nm得升级扩容，所以研制了这种光纤。在升级系统中加入很短得一段负色散光纤，即可抵消几十公里常规光纤在1550nm处得正色散。,光接口标准与参数,1、光接口类型与代码.第一类光接口 不含光放大器以及线路速率低于10G/s的接口。.第二类光接口 含光放大器以及线路速率达到10G/s的接口。,光接口标准与参数,.光接口代码：W y.z W：I-代表局内通信(2km)；S-代表短距离通信(20km)；L-代长距离通信(80km)；V-代表甚长距离通信(120km)；U-代表超长距
7、离通信(160km)。y：代表STM等级，Y=1、4、16、64。,光接口标准与参数,Z：代表使用光纤类型与工作窗口；1 G.652光纤，工作波长为1310nm；2 G.652光纤，工作波长为1550nm；3 G.653光纤，工作波长为1550nm；5 G.655光纤，工作波长为1550nm。例：L-16.2：工作在G.652光纤的1550nm波长区，传输速率为2.5G的长距离光接口。S-16.1：工作在G.652光纤的1310nm波长区，传输速率为2.5G的短距离光接口。,光缆结构图,传输基本知识,SDH（Synchronous Digital Hierarchy）是一个将复接、线路传输、交
8、叉连接及交换功能融为一体的，并由统一的网管系统进行管理的综合业务传送网络,SDH的应用领域,涉及领域：长途通信、交换、接入、移动等等。应用趋势：逐步从长途通信、市话局间中继通信转向用户网。,SDH基本概念(一）,PDH缺点 没有国际统一的速率标准 2M系列：2M、8M、34M、140M、565M；1.5M系列：北美：1.5M、6.3M、45M、274M；日本：1.5M、6.3M、32M、100M；没有国际统一的光接口规范（多种码型变换方案）上下电路需大量硬件、结构复杂、成本高：需要用硬件进行逐级复用与解复用（背靠背）；网络的OAM能力差：无足够的开销字节。,准同步数字系列(PDH),400Mb
9、/s,100Mb/s,32Mb/s,6.3Mb/s,日本系列,274Mb/s,45Mb/s,6.3Mb/s,565Mb/s,139Mb/s,34Mb/s,8Mb/s,2 Mb/s,1.5Mb/s,北美系列,欧洲系列,4,4,4,4,4,4,3,5,6,7,4,1.5Mb/s,SDH基本概念(二）,SDH特点 优点：速率统一：155M、622M、2.5G、10G；光接口与帧结构统一：STM-N（N=1、4、16、64）；一步复用特性：可从高速信号中直接提取/接入低速信号 强大的OAM&P能力实现了网络管理的智能化：丰富的开销（码流量的5%）、强大的软件技术；组网灵活、网络的生存性强：可组多种类型
10、网络、具有自愈能力、可在线升级；前、后向兼容。缺点：带宽利用率稍低，如155M仅包括63个2M或3个34M。,SDH的速率等级,SDH具有一套标准化的信息结构等级，称为同步传送模块STM-1、STM-4和STM-16，并具有页状矩形帧结构。,SDH基本概念(四）,.终端复用器 TM 在线形网的端站，把PDH/SDH 支路信号复用成SDH线路信号，或反之。,SDH基本概念(五）,.分插复用器 ADM 设在网络的中间局站，完成直接上、下电路功能。,SDH基本概念(六）,.再生器 REG 设在网络的中间局站，目的是延长传输距离，但不能上、下电路。,SDH基本概念(七）,.数字交叉连接设备 DXC 兼
11、有同步复用、分插、交叉连接、网络的自动恢复与保护等多项功能的SDH 设备。,SDH基本概念(八）,SDH网络拓扑.线形网,SDH基本概念(九）,.环形网,STM-N帧结构,MSOH,RSOH,传输方向,9270N字节,13459,9 N,261 N,传输方向,270 N,STM-N信息净负荷（含少量POH）,STM-N信息净负荷（含少量POH）,AU PTR,AU PTR,RSOH,MSOH,STM-1帧由9行、270列共2430个字节组成。传送时按由左到右、由上至下的顺序进行，直到整个帧传送完毕。每秒传送8000帧。因此其传输速率为：270988000=155.520Mbit/s,信息净负荷
12、区域是帧结构中存放各种信息容量的地方。净负荷中包含通道开销（POH）。,复用段开销MSOH负责管理复用段。MSOH透明地通过每个再生段，只能在管理单元组AUG进行组合或分解的地方才能接入或终结。,管理指针AU PTR是一种指示符，用来指示信息净负荷的第1个字节在STM-N帧内的准确位置，以便在接收端正确地分解。,再生段开销RSOH负责管理再生段。RSOH可在再生段接入，也可在终端设备接入。,段开销SOH是指STM帧结构中为保证信息净负荷正常灵活传送所附加的字节，主要供网络运行、管理和维护使用。由再生段开销RSOH和复用段开销MSOH组成。,1.设备的设计和实现更加简单2.使规范在一个长久的时期
13、内保持稳定3.便于维护,分层的好处,SDH G.709复用映射结构,虚容器,STM-N,N,1,140Mb/s,45Mb/s34Mb/s,6.3Mb/s,2Mb/s,1.5Mb/s,3,C-11,C-12,C-2,C-3,C-4,VC-11,VC-2,VC-3,VC-3,VC-4,TU-11,TU-12,TU-2,TU-3,TUG-2,TUG-3,AUG,AU-3,AU-4,VC-12,3,4,1,容器,支路单元,管理单元,支路单元组,管理单元组,同步传送模块,定位校准,复 用,映 射,我国采用的复用映射结构,虚容器,STM-N,N,1,140Mb/s,34Mb/s,C-12,C-3,C-4,
14、VC-12,VC-3,VC-4,TU-12,TU-3,TUG-2,TUG-3,AUG,AU-4,3,容器,支路单元,管理单元,支路单元组,管理单元组,同步传送模式,定位校准,复用,2Mb/s,映射,欧洲电信标准协会采用的复用映射结构是G.709建议的一部分，即高阶虚容器中没有VC-3，我国选用的是欧洲复用映射结构。,支路单元和管理单元,支路单元（TU）是一种为低阶通道层与高阶通道层提供适配功能的信息结构，它由低阶VC和支路指针（TU PTR）组成。管理单元（AU）是一种为高阶通道层与复用段层提供适配功能的信息结构，它由高阶VC和管理指针（AU PTR）组成。指针PTR用来指明浮动的VC在高阶V
15、C或 STM-N帧内的起始位置，但PTR本身在高阶VC或 STM-N帧内位置是固定的。,映射,将各种支路信号适配装入相应的虚容器VC的过程称为映射。它的实质就是使各种支路信号与相应VC容量同步，以便使VC成为可以独立进行传送、复用和交叉连接的实体。,定位调整,指明低阶VC/高阶VC帧在TU/AU帧中的起始位置。设置指针可以为VC在单元（TU或AU）帧内的定位提供一种灵活和动态的方法，因而指针能够容纳VC在频率和相位上的偏差。,复用,将多个支路单元（TU-12和TU-3）适配到高阶VC-4或把多个管理单元适配进同步传送模式（STM-N）的过程称为复用。这里的复用是同步复用。,映射复用过程,STM
16、-N,1,VC-4,TUG-2,AUG-4,AU-4,码速调整,LD POH,TU PTR,AU PTR,复用,7复用,HD POH,复用,N复用,TUG-3,STM-N信号容量,STM-1（155M）,STM-4（622M）,1个 VC-4（1140M）3个VC-3（334M）63个VC-12（632M）,4个VC-4（4140M）12个VC-3（12 34M）252个VC-12（252 2M）,开销：为保证信息净负荷正常灵活传送所必 须附加的额外的消费字节。复用段：MSOH插入点和分解点之间的路由途径称为复用段。再生段：RSOH插入点和分解点之间的路由途径称为再生段。通道：高/低阶通道开销
17、的插入点和分解点之间的路由途径称为通道。,开销、复用段、再生段、及通道的定义,开销的分类,再生段开销（RSOH）,复用段开销（MSOH）,高阶通道开销（HD POH）,低阶通道开销（LD POH）,段开销（SOH）,通道开销（POH）,开销,STM-1段开销字节安排,A1 A1 A1 A2 A2 A2,B1,B2 B2 B2,F1,J0,M1,1 2 3 4 5 6 7 8 9,123456789,AU PTR,s1,帧定位字节A1和A2：用于识别帧的起始位置。,再生段误码监视字节B1（BIP-8）：用于再生段误码监视。,复用段误码监视字节B2（BIP-24）：用于复用段误码监视。,公务字节E
18、1和E2：用来提供公务联络语声通路。,使用者通路F1：为特定维护目的而提供临时数据/语声通路。,再生段踪迹字节：该字节重复发送“段接入点识别符”，以便让接收机确认它与预定的发送端是否处于持续的连接状态。,自动保护倒换（APS）通路K1和K2：用作复用段APS指令，K1作倒换请求，K2作倒换证实。,复用段远端误码指示（MS-REI）字节M1：该字节用来传送由B2所检出的复用段远端的误码指示。,与传输媒质有关的特定字节：,S1字节的第5至第8比特表示同步消息，可以表示16种不同的同步时钟质量等级。用于时钟自动倒换，防止时钟成环,数据通信通路（DCC）：用来构成SDH管理网的传送链路。,数据通信通路（DCC）：用来构成SDH管理网的传送链路。,
