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1、1,本章主要内容71 光纤传输原理 72 光纤通信系统组成73 光纤传输技术74 光纤传输新技术,第7章 光纤传输网,2,随着人们对信息需求的不断增加，在通信网中对信息传输的带宽要求越来越高，传统的窄带传输系统已无法满足宽带业务传输的发展需要，各种宽带传输网络技术不断涌现，成为当今通信技术发展的热点之一。光纤传输系统以其大容量、高质量的传输特点成为现在和未来宽带传输网的主要传输方式,3,7.1 光纤传输原理,711 概述光纤OF（Optical Fiber）为光导纤维的简称，是由一种透明材料做成的纤芯和另一种包裹在纤芯周围具有比纤芯的折射率稍低的材料做成的包层组成的，其结构和同轴电缆相似，只是
2、没有外面的网状屏蔽层。光纤可将射入纤芯的光波，经包层界面反射、折射，使光波沿着纤芯向前传输。,4,7.1 光纤传输原理,5,7.1 光纤传输原理,光纤通信是以光波作为信息载体，以光纤作为光波的传输媒介的一种通信方式。在光纤通信中，光波的波长在微米（m）量级，频率为10141015Hz数量级，通常光纤通信光波的波长范围是在近红外区内，即波长为0.81.8m之间,6,7.1 光纤传输原理,7.1.2 光纤的传输特性1 光纤传输的损耗特性 光纤对于不同波长的光波信号具有不同的衰减特性。因此，在光纤通信中常选择低损耗波长的光波作为信息载体进行传输，这些低损耗波长点称为光波的低损耗窗口。常用的低损耗窗口
3、有三个：（1）短波长窗口：波长为0.85m，损耗约2dB/km。（2）长波长窗口1：波长为1.31m，损耗约0.5dB/km。（3）长波长窗口2：波长为1.55m。损耗约0.2dB/km。,7,7.1 光纤传输原理,7.1.2 光纤的传输特性2 光纤传输的色散特性由于不同波长的光波在光纤传输中具有不同的传播速度，因此，光脉冲沿光纤传播时脉冲宽度的展宽称为色散。色散现象限制了光纤的传输距离。,8,7.1 光纤传输原理,713 光纤通信的主要特点1、传输频带宽，通信容量大：2、线路损耗低，传输距离远：3、信号串扰小、保密性能好：4、抗电磁干扰、传输质量高，应用范围广：5、光纤尺寸小、重量轻，便于敷
4、设和运输：6、光纤制造资源丰富：,9,7.1 光纤传输原理,光纤除具有以上突出的优点外，还具有耐腐蚀力强、抗核幅射、能源消耗小等优点，其缺点是质地脆、机械强度低，连接比较困难，分路、耦合不方便，弯曲半径不宜太小等。这些缺点在技术上都是可以克服的,10,7.1 光纤传输原理,714 光纤结构及种类1、光纤结构：光纤裸纤一般分为三层：中心高折射率玻璃芯(芯径一般为50或62.5m)，中间为低折射率硅玻璃包层(直径一般为125m)，最外是加强用的树脂涂层。2、数值孔径：入射到光纤端面的光并不能全部被光纤所传输，只是在某个角度范围内的入射光才可以。这个角度就称为光纤的数值孔径。光纤的数值孔径大小对于光
5、纤的对接是有利的。不同厂家生产的光纤的数值孔径不同。,11,7.1 光纤传输原理,714 光纤结构及种类3、光纤的种类：A.按光在光纤中的传输模式可分为：单摸光纤和多模光纤。多模光纤：中心玻璃芯较粗(50或62.5m)，可传多种模式的光。但其模间色散较大，这就限制了传输数字信号的频率，而且随距离的增加会更加严重。例如：600MB/KM的光纤在2KM时则只有300MB的带宽了。因此，多模光纤传输的距离就比较近，一般只有几公里。单模光纤：中心玻璃芯较细(芯径一般为8或10m)，只能传一种模式的光。因此，其模间色散很小，适用于远程通讯，但其色度色散起主要作用，这样单模光纤对光源的谱宽和稳定性有较高的
6、要求，即谱宽要窄，稳定性要好。,12,7.1 光纤传输原理,13,7.1 光纤传输原理,714 光纤结构及种类3、光纤的种类：B.按最佳传输频率窗口分：常规型单模光纤和色散位移型单模光纤。常规型：光纤生产厂家将光纤传输频率最佳化在单一波长的光上，如1.3m。色散位移型：光纤生产厂家将光纤传输频率最佳化在两个波长的光上，如：1.3m和1.55m。,14,7.1 光纤传输原理,714 光纤结构及种类3、光纤的种类：C.按折射率分布情况分：突变型和渐变型光纤。突变型：光纤中心芯到玻璃包层的折射率是突变的。其成本低，模间色散高。适用于短途低速通讯，如：工控。但单模光纤由于模间色散很小，所以单模光纤都采
7、用突变型。渐变型光纤：光纤中心芯到玻璃包层的折射率是逐渐变小，可使高模光按正弦形式传播，这能减少模间色散，提高光纤带宽，增加传输距离，但成本较高，现在的多模光纤多为渐变型光纤。,15,7.1 光纤传输原理,714 光纤结构及种类4、光纤的衰减因素：造成光纤衰减的主要因素有本征、弯曲、挤压、杂质、不均匀和对接等。5、常用光纤规格：单模：8/125m，9/125m，10/125m 多模：50/125m欧洲标准；62.5/125m美国标准 工业，医疗和低速网络：100/140m，200/230m 塑料：98/1000m用于汽车控制。,16,72 光纤通信系统组成,光纤通信系统主要是由电收发端机（通称
8、电端机）、光收发端机（通称光端机）、光中继器、光传输线等组成。,17,72 光纤通信系统组成,发送电端机是传输信源的通信设备。它的作用是将要传输的电信号进行处理，使其变成适合发送光端机接收的频分多路复用信号或时分多路复用信号，送至发送光端机。,18,72 光纤通信系统组成,发送光端机主要完成将电信号转换成光信号的任务。发送光端机主要由信道编码电路、光调制器驱动器、光源和控制电路组成,19,72 光纤通信系统组成,发送光端机各部分的作用1）信道编码电路。其作用是消除输入数字电信号中的直流分量，产生便于在光纤中传输的光脉冲所要求的调制码型，一般由均衡电路、码型转换电路、加扰码电路和编码电路组成。,
9、20,72 光纤通信系统组成,发送光端机各部分的作用2）光调制器驱动器。其作用是完成将电调制信号变换成适合驱动光源的电流脉冲信号的任务和信号的驱动放大任务，调制方式常采用电调制信号控制光源光强度的直接强度调制方式，其特点是结构简单。,21,72 光纤通信系统组成,发送光端机各部分的作用3）控制电路。其作用是稳定光源的输出光信号功率，包括自动温度控制电路和自动功率控制电路。4）光源。是光发射机的关键器件，其功能是产生光纤传输系统的光载波。光源一般由半导体发光二极管LED和半导体激光器LD两种。,22,72 光纤通信系统组成,发送光端机的主要技术指标包括：发送光功率（dBm）、所使用的光波工作波长
10、、连接光纤的工作模式、光线路传输速度、光线路编码码型、光连接器类型及电接口特性。,23,72 光纤通信系统组成,光中继器为了延长光纤传输距离，通常在光纤传输通道中加入光中继器，以便放大和处理经远距离传输而衰减和变形的光脉冲传输信号，实现光信号的恢复和再生，以延长光信号在线路上的传输距离。目前光中继器主要有三种结构：直接光放大型中继器O/E+E/O型中继器O/E+再生+E/O,24,72 光纤通信系统组成,接收光端机主要完成将光纤传来的光信号还原恢复成电信号的任务。接收光端机主要由光电检测器、电信号处理电路和信道解码器组成,25,72 光纤通信系统组成,接收光端机的主要技术指标包括：光接收灵敏度
11、、光接收的动态范围、连接光纤的工作模式、接收误码率、光线路传输速度、光线路编码码型、光连接器类型及电接口特性,26,72 光纤通信系统组成,接收电端机接收电端机是作为传输信宿的通信设备，它的作用是处理从接收光端机送出的电信号，使其由多路复用信号恢复成各个单路用户信号，送至用户使用。接收电端机的主要技术指标包括：光接收灵敏度，光接收的动态范围，连接光纤的工作模式，接收误码率，光线路传输速度，光线路编码码型，光连接器类型及电接口特性。,27,72 光纤通信系统组成,光传输线路实际应用中所使用的光纤通常是以光缆形式出现的，光缆通常是由多根光纤构成的，依据线芯数量不同，光缆分为单芯、2芯、4芯、8芯、
12、12芯、18芯、24芯、32芯等等种类。,28,72 光纤通信系统组成,光传输线路光缆的种类光缆性能指标光缆施工的注意事项光缆的连接光缆检测,29,72 光纤通信系统组成,光无源器件（1）光耦合器：（2）光隔离器：（3）光衰减器：（4）光纤连接器：（5）光复用器解复用器：（6）光开关：（7）光环形器：,30,73 光纤传输技术,731 光波分复用（WDM）技术和密集波分复用（DWDM）技术波分复用WDM（Wave Division Multiplexing）技术就是将多个具有不同传输波长的光载波信号通过一根光纤传送，以提高单根光纤的传输容量，使总的信息传输量倍增的光传输技术。,31,73 光纤
13、传输技术,光波分波器/光波合波器是一种光学滤波器，其作用是对各路光载波信号进行复用和解复用。光放大器的作用是对光信号进行光放大。光纤系统传输距离收到光色散的限制，特别是在高速率传输情况下。,32,73 光纤传输技术,采用波分复用系统的主要好处是：充分利用光纤的巨大带宽资源，使传输容量可以迅速扩大几倍至上百倍而无须增加光纤数量，扩容非常方便；在大容量长途传输时，可以节约大量光纤和再生器，大大降低传输成本；与信号速率及电调制方式无关，可传输不同类型的信号，对各类业务信号时“透明”的，是引入宽带新业务的方便手段利用WDM选路实现网络交换和恢复可望实现未来透明的、具有高度生存性的光层传送连网。,33,
14、73 光纤传输技术,34,73 光纤传输技术,通常称波长间隔更紧密的WDM系统为密集波分复用系统DWDM(Dense Wavelength Division Multiplexing)。由于DWDM光载波的间隔很密,其系统的传输容量已有很大的提高。通常DWDM系统的传输方式是点对点式拓扑结构，随着DWDM技术的发展，这种点对点拓扑结构正在逐渐向环状结构为代表的光网络过渡。,35,73 光纤传输技术,732 光时分复用（OTDM）技术光时分复用（OTDM）技术是一种超高速传输技术，是在同一光载波波长上，把时间分割成周期性的互不重叠的帧，每一个帧再分割成若干个互不重叠的时隙，然后根据一定的时隙分配
15、原则，将各时隙作为不同电信道的光载波传送信息，这样既提高了系统传输容量，又避免了由于电子电路的速率极限所形成的传输“瓶颈”,36,73 光纤传输技术,37,73 光纤传输技术,732 光时分复用（OTDM）技术在发送端，由光源（锁模激光器）产生工作波长为的一系列极窄的归零光脉冲，按照一定的时隙分配原则分成n路，各路光脉冲经外加电信号调制，形成n路载有信息的光脉冲；然后分别经过可变光时延调整至合适的时间位置后，即调整到规定的时隙，复用成一路光脉冲信号，再经放大后送入光纤中传输。,38,73 光纤传输技术,732 光时分复用（OTDM）技术在接收端，先进行光解复用，利用光纤分路器取出光信号送入定时
16、提取锁相环，提取时钟同步信号，并用此信号产生光控脉冲，去控制光解复用器，实现光时分解复用，从而获得n路光脉冲信号，将n路光脉冲信号分别送入光解调器中恢复出电信号。,39,73 光纤传输技术,733 全光网络（AON）全光网络AON（All Optical Net）就是在传输网络中用户到用户之间的信号通道一直保持着光传输的形式，即端到端的全光通路，中间没有光电、电/光转换。这样，整个传输网络内就不存在由于电子器件带宽限制而产生的电子瓶颈现象，可进一步发挥光传输网络巨大的带宽优势。,40,73 光纤传输技术,AON的网络结构式由光传输链路和光传输节点组成的。光传输链路长采用各种光传输技术，如WDM
17、、OTDM等。光传输节点则由光交叉连接设备（OXC）光分插/复用设备（OADM）和光终端复用设备（OTM）组成。目前网络拓扑结构通常为链型结构和环形结构。,41,73 光纤传输技术,42,73 光纤传输技术,交叉连接设备（OXC）OXC 是用于光纤网络节点的设备，通过对光信号进行交叉连接，能够灵活有效地管理光纤传输网络，是实现可靠的网络保护恢复以及自动配线和监控的重要手段。OXC 主要由光交叉连接矩阵、输入接口、输出接口、管理控制单元等模块组成。为增加OXC 的可靠性，每个模块都具有主用和备用的冗余结构，OXC 自动进行主备倒换。,43,73 光纤传输技术,交叉连接设备（OXC）输入输出接口直
18、接与光纤链路相连，分别对输入输出信号进行适配、放大。管理控制单元通过编程对光交叉连接矩阵、输入输出接口模块进行监测和控制、光交叉连接矩阵是OXC 的核心，它要求无阻塞、低延迟、宽带和高可靠，并且要具有单向、双向和广播形式的功能。OXC 也有空分、时分和波分3 种类型。,44,73 光纤传输技术,45,73 光纤传输技术,光分插/复用设备（OADM）OADM是全光网络的重要节点设备之一，其主要功能是完成从光传输线路上选择性地分插或复用某些光通道信号，而不影响其他光通道的透明传输。按光分插/复用方式分，OADM可分为非重构型和可重构型两种。在实际应用中，OADM有很多种实现方案，其中基本的“分波器
19、+空间交换单元+合波器”方案的结构示意图如下图所示。,46,73 光纤传输技术,47,73 光纤传输技术,光分插/复用设备（OADM）根据对波长处理方式的不同，OADM又分为串行、并行、串并行混合三种类型。串行结构适用于业务量上、下均较小的节点，具有成本低、体积小的特点并行结构OADM对上、下路波长和通过波长都进行复用和解复用处理。串并行混合结构特点是以子波带为单位进行上、下路，可实现波长的模块化的平滑扩容，并且由于一个子波带内的各波长经过的距离相同，衰耗也相同，所以可采用子波带放大技术。,48,73 光纤传输技术,49,73 光纤传输技术,50,73 光纤传输技术,734 自动交换光网络(A
20、SON)自动交换光网络ASON（Automatic Switched Optical Network）是为了适应光传送网在发展过程中对智能化和自动化的迫切需求而产生的。ASON网络的智能性体现为在光网络中实现了光信道建立的智能化,51,73 光纤传输技术,734 自动交换光网络(ASON)7.3.4.1 ASON的特点7.3.4.2 ASON的功能7.3.4.3 ASON的网络结构ASON网络结构主要包括三个独立的平面：传送平面（TP）、控制平面（CP）和管理平面（MP）。,52,73 光纤传输技术,控制平面（CP）I-NNI接口 E-NNI接口,传输平面（TP）,UNI接口,管理平面（MP）
21、,NMI-A接口,NMI-T接口,CCI接口,传送平面负责业务的传送，其传送任务是在管理平面和控制平面的作用之下完成的。控制平面和管理平面都对传送平面的资源进行控制。这些控制是通过传送平面与控制平面和管理平面之间的接口来完成的。,53,73 光纤传输技术,734 自动交换光网络(ASON)7.3.4.4 ASON支持的连接交换链接（SC）永久连接（PC）软永久连接（SPC）,54,74 光纤传输新技术,741 动态分组传输技术DPT动态分组传输DPT（Dynamic Packet Transport）技术是一种最先进的IP分组优化的光传输技术，它将IP路由的带宽效率、业务能力与光纤环丰富的带宽
22、、自愈能力相结合，可用于直接在光纤上高效、可靠的传输IP分组，支持多种业务类型和基于LAN、MAN、WAN的低成本应用。,55,74 光纤传输新技术,DPT的主要特点如下：采用分组环解决方案充分利用带宽复用功能，如在大的传输信道上的统计复用，以及空间再利用技术等。带宽可由155Mb/s扩展到10Gb/s以上。比TDM的SONET/SDH设备和分/插复用器（ADM）等组网经济便宜。新的即插即用的综合网络管理功能，大大节省了传统的交换和传输网络网管配置及管理费用，并大大提高了效率。,56,74 光纤传输新技术,DPT的基本概况1.充分利用带宽传统的SONET/SDH环有专门的保护时隙，这样在任何时
23、候都要保留环上带宽的一半。SONET/SDH环采用TDM技术。设置点到点的带宽连接，而不论是否在使用。为了克服上述缺点，Cisco的分组优化及先进的光纤传输技术充分利用最新的MAC（媒介接入控制）层协议空间再利用协议（SRP）；以及两种专用的算法SRP公平机制算法（SRPfa）和智能保护交换（IPS）。,57,74 光纤传输新技术,1）DPT环DPT环有二个相反路由的环，每个环都能同时传送数据和控制分组。如果一组数据在一根光纤的一个方向发送数据（下行），并在另一个光纤环的反向环路上发送控制分组（上行）。这样，DPT最大地利用了动态分组传输的带宽，并加快了自适应带宽的利用和自愈控制信号的传送。,
24、58,74 光纤传输新技术,59,74 光纤传输新技术,（2）DPT的SRPSRP的特点是接收端卸分组（包）操作。通常的数据环技术，如FFDI或令牌环由发送源卸下分组。例如，各分组（所用的带宽）在发送源不拿开前总是环绕环运行的。SRP则采用目的地卸下分组的方式，在目的地的节点上把分组从环上卸下，而在环上其它段的全部频带均仍可被利用。由于每个环上的节点都可以同时发送分组到环上，因而使环上的带宽利用率最高。当DPT环在4，5，6及A路由器间的业务量很大时，与此同时，在1，2，3和B路由器间的业务流量仍可以不受影响地分开地正常运行。可以说，空间再利用技术方便地提供了二倍带宽的复用。,60,74 光纤
25、传输新技术,（3）SRP公平机制（SRPfa）SRP公平机制的功能有：全环公平的处理。通过控制送到环上分组的速率（时间），使环上的分组信息（发送分组或过路分组）每个节点均可分平地享用带宽，并防止出现运行中断和时延过大等现象。优化的局部应用。环上的节点充分利用环上的空间再利用性能，优点局部的利用。可伸缩性的发展。SRPfa可处理环上高达128个节点的路由器，可以广域地运行从OC48c/STM16c到OC192c/STM64c的高速率。,61,74 光纤传输新技术,（4）统计复用DPT环和TDM环不一样。DPT无时隙和专用频宽或设置连接等。DPT的统计复用，可弹性地处理突发性业务。（5）高度的弹性
26、和恢复功能DPT采用IPS进行预防性的性能监测，迅速自愈，以及在环上节点或光纤设备发生故障时的及时恢复。,62,74 光纤传输新技术,2.灵活的传输方式DPT利用SONET/SDH帧可在未用的光纤对，WDM和SONET/SDH环或点到点的传输。DPT也可在混合环境传送。例如在DPT环上，同时可有一些节点连到未用的光纤对，有一些节点连到SONET/SDH，有一些连到WDM。IP业务开始时可以利用SONET/SDH的空余容量，当IP业务不断增加时，随后可以很快地转到采用在未用的光纤对或WDM设备上的分组传送。,63,74 光纤传输新技术,3.可用于各种光纤（1）用于业务提供点内连接的多模。（2）业
27、务提供点间和地区间的单模中距离和长距离的MAN和WAN应用。（3）长距离DPT环，在环上可以把CiscoIP再生中继器和SONET/SDH再生中继器组合在一起应用。,64,74 光纤传输新技术,742 粗波分复用(CWDM)技术粗波分复用CWDM（Coarse Wavelength Division Multiplexing）技术是一种新型波分复用WDM技术，它将在光纤中传输的不同波长的光之间的间距展宽，使其比密集波分复用所复用的光波数有所减少，其主要特点是低成本、大容量、业务透明性和易扩展性，成为一种经济实用的短距离WDM传输系统。,65,74 光纤传输新技术,CWDM技术的主要特点包括：1
28、、系统成本低：2、支持多种业务接口：3 系统容量大组网灵活：4 系统功耗低：5 系统设备体积小：,66,74 光纤传输新技术,743 多协议标签交换MPLS技术多协议标签交换MPLS（Multi-protocol Label Switch）技术是新一代的IP高速骨干网络交换标准，它结合了第二层和第三层的交换技术，引入了基于标签的机制，把路由选择和数据转发分开，由标签来规定一个分组通过网络的路径,67,74 光纤传输新技术,MPLS网络由核心部分的标签交换路由器（LSR）、边缘部分的标签边缘路由器（LER）组成。LSR可以看作是ATM交换机与传统路由器的结合，由控制单元和交换单元组成；LER的作
29、用是分析IP包头，决定相应的传送级别和标签交换路径（LSP）。,68,74 光纤传输新技术,69,74 光纤传输新技术,由于MPLS技术隔绝了标签分发机制与数据流的关系，因此，它的实现并不依赖于特定的数据链路层协议，可支持多种的物理和链路层技术（IP/ATM、以太网、PPP、帧中继、光传输等）。MPLS使用控制驱动模型初始化标签捆绑的分配及分发，用于建立标签交换路径（LSP），通过连接几个标签交换点来建立一条LSP。一条LSP是单向的，全双工业务需要两条LSP。,70,74 光纤传输新技术,标签交换的工作流程如下：（1）由LDP（标签分发协议）和传统路由协议（OSPF等）在LSR中建立路由表和
30、标签映射表。（2）在MPLS入口处的LER接收IP包，完成第三层功能，并给IP包加上标签；（3）在MPLS出口处的LER将分组中的标签去掉后继续进行转发。（4）LSR不再对分组进行第三层处理，只是根据分组上的标签通过交换单元进行转发。,71,74 光纤传输新技术,MPLS主要技术特点包括：1、流量管理：MPLS可以控制IP包在网络中所走过的路径，这样可以避免IP包在网络中的盲目行为，避免业务流向已经拥塞的节点，实现网络资源的合理利用。MPLS的流量管理机制主要包括路径选择、负载均衡、路径备份、故障恢复、路径优先级及碰撞。,72,74 光纤传输新技术,MPLS主要技术特点包括：2 MPLS的Qo
31、S的实现：MPLS的QoS的实现时由LER和LSR共同完成的。3、流量工程：MPLS流量工程最核心的实现方法是利用约束路径技术显示路径，利用显示路径建立标记交换路径(LSP)和利用标记交换路径进行流量分配。,73,74 光纤传输新技术,MPLS主要技术特点包括：4、MPLS VPN：虚拟专用网络（VPN）是一种利用公共网络来构建的虚拟网络。这种在公共网络上组建的VPN就像企业自有的网络一样，可提供安全、可靠和可管理的网络服务。而MPLS作为一种高效的IP骨干网技术平台，为实现VPN提供了一种灵活地、具有可扩展性的技术基础。,74,74 光纤传输新技术,7.4.4 塑料光纤塑料光纤POF（Plastic Optical Fiber）是指构成光纤的纤芯与包层都是塑料材料，纤芯直径在2001000m范围内。塑料光纤与玻璃光纤相比，虽透光性差一些，光损耗较大，传输光带狭窄（限于可见光区），但它具有轻而柔软、抗挠曲、抗冲击强度高、价格便宜、抗辐照、易加工等一系列优点，所以备受青睐。,
