干线传输网教程.docx

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1、新疆广电光缆干线网技术简介密集波分复用 DWDM ( DenseWavelengthDivisionMultiplexing) 光放大技术：EDFA具有高增益、高输出、宽频带、低噪声、增益特 性与偏振无关，以及数据速率与格式透明等一系列优点。DWDM系统对EDFA有一个特殊要求-增益平坦。EDFA在1.55 微米波长窗口的工作带宽为30-40纳米，将它用于DWDM系统时， 因各信道的波长不同而有增益偏差，经过多级放大后增益偏差累积， 低电平信道信号的SNR恶化，高电平信道信号也因光纤非线性效应 而使信号特性恶化，最终造成整个系统不能正常工作。1、增益均衡技术：利用损耗特性和放大器的增益波长特性

2、相反 的增益均衡器来抵消增益的不均匀性。2、光纤技术：通过改变光纤材料或利用不同光纤的组合来改变 掺铒光纤的特性，从而改善EDFA的增益特性。光纤技术除了改善增 益特性外，还可改善EDFA的噪声特性和扩宽增益带宽。克服色散的技术：在1550nm波长附近，G.652光纤的色散系数典型值为 17ps/nm.km。当光纤的衰减问题得到解决后，色散受限就成为系统长 距离传输的主要问题。色散容纳(DA)技术就是通过一些技术手段 减小或消除色散的影响，延长传输距离。1、压缩光源的谱线宽度：色散对光脉冲传输的影响主要表现在 经过传输的光脉冲将受到展宽，而这种展宽的大小在一定传输距离的 情况下，取决于传输光纤

3、的色散系数和光源发送的光波的频谱宽度。光源的频谱越宽（频率啁啾系数越大），光纤色散对光脉冲的展宽越 大。频率啁啾是单纵模激光器特有的系统损伤。当单纵模激光器工作 于直接调制时，注入电流的变化会引起载流子密度的变化，进而使有 源区的折射率发生变化，结果使激光器的谐振腔的光通路长度发生变 化，导致波长随时间偏移，发生所谓的频率啁啾现象，表现为光源的 波长稳定性差，光谱宽。当光脉冲经过光纤传输后，由于光纤的色散 作用，使受频率啁啾影响的光脉冲波形发生展宽。减小频率啁啾系数的一个有效方法是，采用外调制的激光器（即 间接调制光源）。它是由一个恒定的光源和一个光调制器组成，通过 使用恒定光源，避免了直接调

4、制时激励电流的变化，从而减小了光源 发出光波长的偏移，达到降低频率啁啾系数的目的。目前在DWDM系统中，几乎所有的光源均采用外调制激光器。2、色散补偿光纤的使用：色散补偿光纤（DCF）是一种特制的 光纤，其色散系数为负值，恰好与G.652光纤相反，可以抵消G.652 光纤色散的影响。通常这类光纤的典型色散系数为-90ps/nm.km，因 而DCF只需在总线路长度上占G.652光纤长度的1/5,即可使总链路 色散值接近于零。通常认为采用DCF来进行色散补偿是一种简单易 行的无源补偿方法，这种方法的主要缺点是DCF的衰减较大，约为 0.5db/km，需要使用EDFA来补偿其引入的衰减。另外，在设计

5、时， 每个中继段的长度与DCF的长度都必须匹配，一旦确定，要改变比 较困难。理论上DCF可以放置在光纤线路的任何位置，然而由于DCF的 模场直径很小，光传输的有效作用面积小，对强光产生严重的非线性 效应，因此，设计时不适宜将其安排在光放大器的输出端，而置于接 收机端。3、选用新型光纤：G.655非零色散位移光纤（NZDSF）-其零色散点在1550nm窗 口旁边，即在EDFA的有效带宽之外，使该窗口的色散系数和衰减系 数均更加适合DWDM技术的应用。大有效面积光纤（LEFA）-在G.655光线的基础上增大了模场 直径，从而使光纤的传输有效面积得到了增大。通过这种技术措施， 可以减小光纤的非线性效

6、应，得到更好的信噪比。光合波和分波技术：光合波器和分波器在超高速、大容量DWDM系统中起着关键作 用，其性能的优劣对系统传输质量具有决定性的影响。合波与分波器 的性能指标主要有插入损耗和串扰，DWDM系统对其的要求是：（1） 损耗及偏差小；（2）信道间的串扰小；（3）低的偏振相关性。DWDM系统中常用的光合波与光分波器主要有介质膜干涉型、 光栅型、熔锥型、阵列波导型等。节点技术：DWDM光传输网中的节点分为光交叉连接（OXC）节点、光分插（OADM）节点和混合节点（同时具有OXC和OADM功能的节 点。OXC节点的功能类似于 SDH网络中的数字交叉连接设备（DXC）,只不过是以光波信号为操作对

7、象在光域上实现的，无需进 行光电/电光转换和电信号处理。OXC又分为静态节点和动态节点： 在静态节点中，不同光路信号的物理连接状态是固定的，其技术实现 的难度比较小。在动态OXC节点中，不同光路信号的物理连接状态 是可以根据需要进行实时改变的，它是真正实现DWDM光传输网的 许多关键性功能（如动态路由选择、网络实时恢复和重构、网络自愈 等）的必要前提。严格讲，OXC对传输的光信号是完全透明的，其 操作实现与光信号的调制方式和信号格式无关。OXC主要由光交叉连接矩阵、波长转换接口及管理控制单元等 模块组成。光交叉连接矩阵是关键部分，当有多条（例如M条）光 纤接入和输出，每条光纤上有N个波长时，为

8、实现无阻塞、低延迟、 宽带和高可靠的要求，光交叉连接矩阵实现全交叉的容量应为MX N）X（MXN）。OXC在未来的全光传输网络中，起着十分重要的作用，甚至可 以说，它是真正意义上的网络节点。当光缆中断或节点失效时，OXC 能自动完成故障隔离、重选路由、重新配置网络等操作，使传输业务 不中断。当业务发展需要对网络结构进行调整时，OXC可以简单迅 速地完成网络的调度和升级。同样地，OADM节点的功能类似于SDH网络中的数字分插复用 设备（ADM），它可以直接以光波信号为操作对象，利用光波分复用 技术在光域上实现波长信道的上下。OADM节点也可分为静态OADM节点和动态OADM节点，在静态OADM节

9、点中，使用上下固定波长的光路信号，在动态OADM节点中，可以根据需要选择上 下不同波长的光路信号。OXC和OADM的工作模型图。分插貌用节点丛。分抽交用节点交叉互连节点网络管理技术:监测、控制和管理是所有网络运营的最基本问题。对DWDM光 传输网，网络管理技术主要包括以下几个方面的内容：（1）网络及其各组成部分的电气特性（或光谱特性）的监测， 包括对光信号功率变化和波长（或频率）的稳准度、系统噪声与非线 性效应、系统的传输色散与衰减、系统各单元部件的接口状态等的监 测，还包括对网络的部分单元工作状态的控制等。（2）网络的故障监测与保护自愈管理，包括局部或全局的故障 诊断（故障位置诊断和故障状态

10、诊断）和故障节点或路由隔离、自适 应实时保护倒换和网络自愈、重构的实现控制等。（3）网络传输结构管理，包括波长路由管理、波长变换的控制 管理等，这是光域内实现网络无阻塞连接和重建的关键。实际上，为保证DWDM系统的安全运营，在物理上，总是将监 控系统设计成独立于工作信道与设备的单独体系。例如：在传输过程 中使用单独的一个波长（优选1510nm），不依赖于任何一个业务信道; 在速率上选用E1的低速率，保证长距离无需进行有源放大，提高可 靠性；在中继时不使用EDFA而采用光接收机和光发送机，实现对系 统上各网元设备的监视和管理；在软件上，开发智能程序，实现 DWDM系统的自动测试与维护管理。光同步

11、传送网SDH一、SDH的产生1、准同步数字体系（PDH PlesiochronousDigtalHierachy）（1）PDH的复接：PDH在将用户的话路复接为一次群（如30 路）时，各话路是在同一个时钟系统的控制下进行的，因此，采用的 是同步复接方式。但是，PDH在复接为高次群（如二次、三次、四 次群等）时，则采取异步复接方式，异步复接又称为准同步复接。由 于参与复接的各支路码流，可能来自不同的设备，而这些设备又各有 各的主时钟，于是在复接前要进行码速调整，把参与复接的各支路码 流调整为同步码流，然后进行复接。（2） PDH的缺点： 由于历史原因，PDH有两个不同的基础码流速率。美国和日本基

12、 础码流速率为1.54Mbit/s，我国和欧洲则为2.048Mbit/s。由此使得这 些传输体制间不能互相兼容，不能直接互通。 各种PDH间，光接口不统一。所谓光接口是指线路码型、工作波 长范围、发送平均光功率范围、光源谱线宽度、最小消光比、最小接 收灵敏度等。由于这些接口不统一，致使不同厂家生产的设备在线路 上不能互通，必须环卫标准接口后才能互通，从而增加了设备成本， 而且不灵活。 PDH的复接方式基本上是异步复接，低速支路的信号被深深地“埋” 在高速支路中，如需将低速支路信号从高速支路中取出，必须将高速 支路一步一步地解复用，将低速信号取出，再由低向高一步一步复用 上去。显然，无论从经纪上

13、还是设备的复杂性上，都是不利的。 在PDH的帧结构中，没有足够的管理比特，不适应网络管理、运 行和维护。 PDH无法提供最佳路由选择。2、SDH的提出和基本特点由于PDH的缺点，在光纤通信迅速发展的情况下，如果在原有 的PDH技术体制基础上进行改造，将是十分困难和得不偿失的。于 是，国际电联（CCITT,现改为国际电信联盟标准部ITU-T）在美 国贝尔实验室提出的SONET （光同步数字网SynchronousOpticalNetwork）的基础上，于1988年制订了同步数 字系列（SDH）这种新的技术体制。从1988年到1995年共通过了 16个有关SDH的决议，从而给出了 SDH的基本框架

14、。SDH的基本特点如下： SDH网是一个高度统一的、标准的、智能化的网络。信息在这里 同步传输、同步复用、同步交叉连接。 具有统一的接口标准。 有一套标准化的信息结构等级，称为同步传输模块STM-N。 帧结构是块状的，其中安排了丰富的管理比特，可在全程范围内实 现管理和操作。 SDH可以兼容PDH中的两种（欧洲和北美）码速进入SDH帧结 构中。同时还能容纳宽带综合业务网（B-ISDN）中异步传输模块（ATM）信元及容纳各种业务信号。 SDH网中采取同步复用方式和复用块结构，因此，在帧结构中各 种不同等级的码流是有规律排列的，而且与网络是同步的。可以想象， 这样就有可能利用软件从高速信号中一次直

15、接取出低速支路信号。SDJ:1i 40/34 Mbit/slrD I2Mbit/s 电信 W2 Mbit/s(电信而SDH也存在相应的缺点:Mbit/s光接口l55Mhit/sADM光接口K/34M bit/sJ4/8Mbit；sSDH的频带利用率不如PDH； 由于SDH中采用的指针调整技术将产生相位跃变，经多次PDH/SDH变化的信号在低频抖动和漂移性能上将受到较大损伤;由于大规模采用软件管理和集中控制技术，一旦出现人为错误、软 件故障或计算机病毒，将会导致全网瘫痪。为此，人们对SDH的软 件测试、网络拓扑等问题上提出了更高要求。二、有关SDH的一些基本概念1、SDH的速率：SDH传输网中的

16、信号是以同步传输模块（STM）的形式来传输的。STM具有一套标准化的结构等级STM-N(N=1,4,16,64)。它的特点：一是同步传输；二是以模块化形式传输。根据ITU-T的建议，他们的码速率分别为:STM-1:155520Mbit/s (155M)STM-4:622080Mbit/s (622M)STM-16:2488320Mbit/s (2.5G)STM-64:9953280Mbit/s (10G)2、SDH的帧结构：(如图)图的上一半，表示SDH的信号是由左向右一帧、一帧传输的，图的 下一半，是其中一帧的详细结构。SDH的帧结构是以字节为基础的，一个字节=8比特；一帧中共有9行，270

17、XN列；传输顺序是从上到下，由左向右的；在SDH 网中任何等级的STM传输一帧所用的时间均为125 ms,这是SDH的 一个特点。 信息净负荷（Payload）区：指在帧结构中存放等待传输的各 种业务信息的地方。 段开销（SectionOverhead简写为SOH）区：指在网络节点的 信息码流中扣除信息净负荷后的字节，用作网络运行、管理和维护。 管理单元指针（AdministrativeUnitPomter简写为AUPTR）区： 由一组码构成，这组码对应的值与信息在信息净负荷区中的位置（位 置被编了号）相对应。这样，使得接收端能准确地从信息净负荷区分 离出信息净负荷来。AUPTR还可用于频率调

18、整，以便实现网络各支 路同步工作。3、SDH的复用结构和映射方法：（1）容器C（Container）：容器（如C3,C4,C12）是一种信息结 构，用来装载各种速率的业务信号。参与SDH复用的各种速率的业 务信号都应首先通过码速调整等适配技术“装”进一个合适的标准容 器。所谓适配，就是将某一层网络上的特征信息进行处理，以便适合 于在下一层网络上传送。常见的适配功能有：复用、编码、速率变换、 VC组合与分解和模数转换等。已“装载”完成的标准容器又将作为 后面的虚容器VC的净负荷。（2）虚容器 VC:（Virtualcontainer）：（如 VC3,VC4,VC12）是 SDH中最重要的一种信息

19、结构。主要支持SDH通道层连接。虚容器 由容器C输出的信息净负荷和通道开销POH组成。这个过程成为映 射。VC的输出作为后面单元（TU或AU）的信息净负荷。虚容器VC还有一个重要的特点：除在VC的组合及分解点外， VC在SDH的传送过程中作为一个独立体，在通道内任一点取出或插 入，不分解。另外，VC的包封速率与SDH网络是同步的。因此，不 同的VC互相是同步的，然而，虚容器VC的内容是容许“装载”来 自不同容器的异步净负荷。（3）支路单元TU（TributaryUnit）：是一种提供了低阶信道层和 高阶信道层之间适配的信息结构。AU由VC和一个相应的支路单元 指针来构成，为支路信息载入高阶虚容

20、器做准备，并且通过它的指针 来指出这个虚容器在高一阶虚容器中的位置。这种在净负荷中对虚容 器位置的安排成为定位。（4）支路单元组TUG （TributaryUnitGroup）：是由一个或多个 在高阶VC净负荷中固定地占有规定位置的支路单元组成。这种TU 经TUG到高阶VC以及后面从AU到STM-N的过程称为复用，复用 的方法是字节间插。（5）管理单元AU（AdminitrativeUnit）:是一种提供了高阶通道 层和复用段层之间适配的信息结构。由一个相应的高阶VC和一个相 应的管理单元指针组成。管理单元指针（AU-PTR）的作用是指示这 个相应的高阶VC在STM-N内的位置。（6）管理单元

21、组 AUG （AdminitrativeUnitGroup）：由一个或多 个在STM帧中占据固定位置的管理单元按字节间插方式组成。（7）同步传输模块ATM-N：由一个AUG和相应的段开销（SOH）组成STM-1，再由N个STM-1同步复用为STM-No映射、定位、复用过程(以PDH2.048Mbit/s映射、定位、复用为STM-1为例说明)：1) 数字信号2.048Mbit/sf进入容器C12进行速率调整一变为2.224Mbit/s；2) 2.224Mbit/sf 进入虚容器 VC-12，加入 POH-变为 2.240Mbit/s；3) 2.240Mbit/sf进入支路单元TU-12，加入指针

22、一变为2.304Mbit/s；4) 三个 2.304Mbit/sf 复接为 TUG-2, 3 X 2.304Mbit/s=6.912Mbit/s；5) 7 个 TUG-2-复接为 TUG-3,即 7 X 6.912Mbit/s=48.384Mbit/s；6) 3 个 TUG-3 加上 POH-被划入 VC-4变为 150.336Mbit/s；3 X48.384Mbit/s+5.148Mbit/s (POH) =150.336Mbit/s；7) VC-4 加 PTRf 变为 AU-4,即 150.336Mbit/s+0.576Mbit/s=150.912Mbit/s；8) 将单个150.912M

23、bit/s直接置入AUG；9) 将N个AUG-经字节间插，加上SOH-变为STM-No若N=1,艮口150.912Mbit/s X 1+4.608Mbit/s=155.520Mbit/s。2.04S2,2242,2402.3046,9124&3斜150.3150.92 Mbit/sV * I: W 整 IC-12lrjjonjjjVC-12TL2*3 I1Q TUG-2 J-叫 己wFl( Tuj-3 )Qr poH-1VC-4“1 Pill I I ._ ._ I155.520 STM-1soh-；4、SDH的通道、复用段和再生段:PT指通道终端，是虚容器的组合、分解点。完成对净负荷的复AU

24、-4用和解复用，并完成对通道开销的处理;MST指复用段终端，完成复用段的功能，如产生和终结复用段开销（MSOH）;RST指再生段终端，该功能块在构成SDH帧结构过程中产生再生段开销RSOH，在相反方向则终结再生段开销。5、SDH的关键设备一复用设备和交叉连接设备:SDH中的复用设备有两种:1）复用器 终端复用器（TMTerminalMultiplexer）:与 PDH 不同，SDH 中用综合的终端多次复用的分立复用器，一次完成复用功能，并进行 电-光转换，然后送入光纤。终端复用器也可将输入支路中的信号灵 活地分配给STM-N帧中的任何位置。 分插复用器（ADMAddDropMultiplexe

25、r）：分插复用器能够 在不需对信号进行解复用和完全终结STM-N的情况下，经G.703接 口接入各种准同步信号的能力;也能够将STM-N接入STM-M（NM） 内作它的任何支路，或将若干个STM-N信号结合成为单个STM-M（MN）等。2）数字交叉连接器（SDXC）SDXC实质上是兼有复用、配线、保护/恢复、监测和网络管理 等多种功能的一种传输设备，其交叉连接功能也可理解为一种交换功 能。SDXC的基本功能: 电路调度功能：在SDH网络所服务的范围内，当出现重要会 议或重大活动等需要占用电路时，SDXC可根据需要对通信网中电路 重新调配，迅速提供电路；当网络发生故障时，SDXC能够迅速提供 网

26、络的重新配置。上述操作均通过控制系统完成，而不像传统的PDH 是由人工在配线架上来操作。 业务的汇集和疏导功能：SDXC能将同一方向传输过来的业务 填充到同一传输方向的通道中；将不同的业务分类导入不同的传输通 道中。 保护倒换功能：一旦SDH网络某一传输通道出现故障，SDXC 可对复用段、通道进行保护倒换，接入保护通道。通道层可以预先划 分出优先等级，由于这种保护倒换对网络的全面情况不需作了解，因 此具有很快的倒换速度。此外，SDXC还具有：开放宽带业务、网络恢复、不完全通道段 监视及测试接入等功能。新疆广电光缆干线网新疆广电光缆干线网采用DWDM+SDH的组网方式，将每一路 SDH信号转化为

27、固定波长送入DWDM设备实现超远距离传输。这种 传输方式可以充分利用DWDM系统传输容量大，适合远距离传输的 特点，同时又具备了 SDH系统业务接入形式丰富、调度灵活的特点， 为干线网在全疆传送各类业务奠定了基础。干线网所用DWDM系统为16波系统，根据ITU-T的G.692建议，DWDM系统的频率间隔应为100GHz的整数倍，参考频率为193.1THz，标称中心频率从 192.1THz （相当于1560.61nm）起至196.1THz （相当于1528.77nm）。中心频率如下表所示:光信道中心波长中心频率入11548.51nm193.6THz入2 （国干网在用）1549.32nm193.5

28、THz入31550.12nm193.4THz入41550.92nm193.3THz入51551.72nm193.2THz入61552.52nm193.1THz入71553.33nm193.0THz入8 （南北疆拟用）1554.13nm192.9THz入91554.94nm192.8THz入101555.75nm192.7THz入11（南北疆在用）1556.55nm192.6THz入12（东疆、南疆部分在用）1557.36nm192.5THz入131558.17nm192.4THz入141558.98nm192.3THz入151559.79nm192.2THz入161560.61nm192.1T

29、Hz干线网SDH设备接入波分的示意如下图所示:注：M16/M32和D16/D32为合波、分波板；WPA、WBA为光放板;SC1为监控信号处理板；SCA为监控信道接入板；省干SDH设备的发送信号是经过调制，符合DWDM接入光信 号规范(ITU-TG.957)的固定波长的光信号，经合波器复用成DWDM 主信道信号，然后对其进行光放大，并附加上波长为4 s的光监控信 道后送入线路光纤；在接收方向，DWDM设备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个波长的 信号，其中第11波就是对端SDH设备发送的信号。这种SDH和 DWDM的组网方式适用于一个方向业务的传送，如和

30、田、伊宁等省 干链路末端的站点只接收和发送一个方向的光信号，就是使用这种方 式进行组网。在有两个或多个方向需进行传输时，只需将上图所示的波分设 备以背靠背的方式分别连接到两个方向的SDH设备上就可以完成信号的传输。以石河子站为例，该站需收发昌吉的业务，还要收发奎屯 方向的业务，因此在组网上用两个DWDM设备分别分插昌吉和奎屯 的光信号，分别接入SDH对应的板件；SDH对应板件发送的光信号 也分别通过DWDM设备复用并传送到昌吉和奎屯。DWDM干线网大部分上下业务的节点站都对应着两个方向的业务，从而完成 业务的链形传送。以上是DWDM和SDH系统在节点站组网的情况， 而DWDM系统在长途传输过程

31、中，由于光纤的损耗导致光功率的下 降，需要在一定距离进行光功率的中继放大，以弥补线路的损耗，一 般DWDM系统在100km左右需要进行一次光功率放大，这些放大站 主要都是由光放大板组成的。中继放大站设备在每个传输方向配有光线路放大器。每个传输方向先取出光监控信道并处理，再将主信道进行放大，然后将主信道与光监 控信道合路并送入光纤线路。整个设备安装在一个子架内。图中每个 方向都采用一对WPA+WBA的方式来进行光线路放大，也可用单一 WLA或WBA的方式来进行单向的光线路放大。关于“同步”（1）网同步：网同步是数字网特有的问题。实现网同步的目标是使 网中所有交换节点的时钟频率和相位都控制在预先确

32、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。省干目前主要传输了数字电视、数字视频和数据业务。数字电视和数字视频业务是将已复用的数字电视节目TS码流通 过适配器打包适配，成为传输设备45Mb/s接口可传输的DS3信号， 从而完成数字电视节目的传送，在接收端通过适配器将SDH传输网络 传送的DS3信号转换成TS码流，再送入QAM调制器调制后转变成射 频信号传输到用户。其中数字视频的上下行均采用MPEG-2的压缩方式进行传输，保证 了图像质量和传输带宽之间的平衡。数据业务主要是利用IPoverSDH的方式来进行传输，其中包括将 数据IP包通过以太POS板的形式接入SDH设备，通过SDH的透传功 能实现IP业务的长途传输；此外还有利用MPLS技术，将若干个VC12 虚拟成10/100M的以太网端口，从而实现数据业务的传输。