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文档简介
1、光网络第四次总复习辅导课 主要考核内容: 第 1 部分概述(介绍光通信系统) 第 2 部分 SDH 网络 第 3 部分 基于 WDM的光传送网 第 4 部分 MSTP 第 5 部分 城域光网络 第 1 部分 概述 主要内容: 光网络的概念 光通信系统的整体框架 1.1 光网络的概念 概念:光网络是指以光纤为基础传输链路所组成的一种通信体 系网络结构。 特点:光网络(光传送网)是在光通道层上实现互联,即以 光波长为基本互联单位。 1.2 光纤通信系统的整体框架结构 系统组成框图: *发送端机、接收端机 *光纤 *中继器 系统组成结构 发射端机、接收端机、中继器 内容:组成结构及各部分的功能 关键
2、光器件的工作原理( LD 、光电检测器、 EDFA) 光导纤维 内容:光纤的结构与分类、光纤的导光原理 光纤的传输特性、新型单模光纤 1、光发射机 (1)光发射机的功能 调制:直接调制 间接调制 码型: NRZ(SDH) 光发射机的结构及各部分的功能: (2)激光器 激光器的功能:电 /光转换 工作原理光与物质相互作用过程 自发辐射 受激吸收 受激辐射 受激吸收的概念及特点 II 、跃迁过程中不产生新的光子。 受激辐射的概念及特点: 概念: 处于高能级 E 2 上的电子 受到外来光子的作用,外来光子的能量 hf E2 E1 跃迁:电子从高能级 E 2 跃迁到低能级 E 1 同时产生 一个新的光
3、子,其能量 hf E2 E1 I 、外界光子(外来光子的能量 hf E2 E1 )的作用 的条件下,进行受激跃迁。 II 、新产生的一个光子全同光子 III 、具有光放大的作用 激光器的组成:光学谐振腔、激活物质、泵浦源 M 1M2自发辐射 l 0 说明:三者缺一不可。 激光器的性能 阈值特性: 光谱特性: 调制特性: 阈值特性: 阈值电流:当外加电流达到某一数值时, 输出光功率将急剧增加, 将产生激光振荡,此时的外加电流被称为 。用符号 It 表示。 结论:当 I It 时,激光器发出的是荧光。 当 I It 时,激光器产生激光。 光谱特性: 调制特性 2、光接收机 (1)光接收机的结构及各
4、部分的功能 时钟恢复电路: 信号码型: NRZ 信号频谱密度: NRZ 功率谱中无时钟频率成分。 RZ 功率谱中有时钟频率成分。 技术指标:接收灵敏度、动态范围 (4)光电检测器: 工作原理:光电效应 光电效应的概念: 产生光电效应的条件: f Eg fc h 半导体光电检测器的种类: PIN :光电转换 APD: 光电转换、光放大作用 说明:产生光电效应的区域耗尽层 耗尽层越大,光电转换的转换效率就越大。 3、中继器 (1)具有电再生功能的中继器: 结构: 功能:放大、整形 说明:在电层完成的 2)EDFA 工作原理受激辐射 泵浦源: 1.3 光导纤维 1、光纤的结构 2、光纤的分类 1)按
5、照光纤的横截面折射率分布来进行划分 均匀光纤阶跃型光纤 说明: n1n2 n2 非均匀光纤渐变型光纤 n1n2 a 含义 : 相对折射率差, n1 n2 n1 1/ 2 折射指数(表示折射率分布形状的参数) 2)根据纤芯中所传输的模式数量来进行划分 单模光纤和多模光纤 说明: 光波长窗口 长波长区(不可见光区) 1.31 m 和 1.55 m 短波长区(可见光区) 0.85m 特点: 1.31 m理论上的色散最小点 1.55m理论上衰减最小点 3、导光原理 (1)阶跃型光纤 阶跃型光纤的导光原理全反射 n2 n1 光轴 产生全反射的条件: * n1 n2 * 90 i C 说明:两者同时成立
6、其中临界角 C sin 1 n2 n1 集光能力 数值孔径的概念:表示光纤集光能力的物理量 表达式:数值孔径 NA n1 2 相对折射指数差 (2)渐变型光纤 本地数值孔径的概念: 本地数值孔径 NA(r) n2(r) n22 平方律光纤 自聚焦的概念: 说明:不存在理想的自聚焦光纤。 近似自聚焦光纤平方律光纤 n2(r) n2(0)1 g 2r2 平方律光纤的特点:模式色散最小 4、模式理论分析法中的重要结论 重要的参数 V V 归一化频率 ,它是一个无量纲的参数。 2 V n1k0a 2 =n1 a 2 0 工作状态分析: 传输状态(或导波状态) k1k2 V Vc 截止状态k2 V Vc
7、 临界状态k2 ,或 W=0 V Vc 单模传输条件 0 V 2.40483 主模 LP01 Vc 0 次高模 LP11 Vc 2.40483 5、光纤的传输特性 光纤传输特性内容:衰减特性和色散特性 1)衰减特性 原因:两种 吸收损耗 散射损耗 2)色散特性 光纤的色散:光纤中传送的信号是由 不同的频率成分 和不同的 模式成分构成的, 而且它们有不同的传输速度, 从而出现脉冲展宽的 现象。这种现象就是 。 色散的分类 模式色散: 材料色散: 单位: ps/nm km) 波导色散: 色散的度量: 色散系数 D 5、 新型单模光纤 (1) 色散位移单模光纤 概念:衰减和色散最小点均在 1.55
8、m。 思路:通过改变光纤的折射率分布,可改变波导色散的大小。 2)非零色散光纤 非零色散光纤是指光纤的工作波长不是在1.55 m,而是在 1.541.565m. 色散值:约 1.04.0ps/kmnm 1.4 光纤通信系统性能 1 衰减对中继距离的影响 2、色散对中继距离的影响 (1)色散的概念: (2)色散的分类 光纤色散包括材料色散、波导色散和模式色散。前两种色 散是由于信号不是由单一频率而引起的, 后一种色散是由于信号不是 单一模式而引起的。 3)色散的影响程度:与光纤的分类有关 模式色散 占主导地位 多模光纤 材料色散 波导色散 单模光纤 光纤分类 材料色散 波导色散 同一数量级 4)
9、色散受限系统 当光源与光纤色散相互作用的结果,限制了中继距离 影响的因素: 码间干扰 模分配噪声 啁啾声 与激光器的结构和使用的材料有关 码间干扰: 码间干扰产生的原因: fb 码速 D 光纤色散系数 增加 影响的因素: 光源谱宽 脉冲展宽的影响越显著 (中继距离) 模分配噪声:产生的因素 光源多纵模激光器 光源的光谱特性 光纤的色散 t1 t2 光谱特性(呈现) 多纵模性 随机起伏性 p纵模 保持不变 模分配噪声的产生: 啁啾声:产生的因素 光源的光谱特性 光纤的色散 光源单纵模激光器 光源的光谱特性: 啁啾声的产生: 影响中继距离的因素 码间干扰 光纤色散的作用结果 模分配噪声 (多纵模激
10、光器) 啁啾声(单纵模激光器 ) 光纤与光源光谱特性的 综合效果 3、最大中继距离的计算 (1)衰减受限系统仅考虑衰减的影响 极限值设计法计算最大中继距离: PT PR ACT ACR PP M E L AfAS /Lf M C (单位 km) 2)色散受限系统仅考虑色散的影响 、多纵摸激光器( MLM)或发光二极管( LED) 6 LD 单位 km) 106 B D II、单纵模激光器( SLM) 单纵模激光器的色散代价主要是由啁啾声决定的,其中继 距离计算公式如下: LC 71400 D 2 B2 III 、最大中继距离的计算 速率与最大中继距离计算的关系: 155Mb/s 以下的光通信系
11、统:只计算衰减的影响 PTPRACTACRPPM E Af AS / L f M 622Mb/s 光通信系统: 光源:多纵模激光器 PT PR ACT ACR PP M E Af AS / Lf M C LD 106 B D 取 0.115 L 、 LD中取最小的作为最大中继距离。 2.5Gb/s 光纤通信系统:(一般 1Gb/s 以上的光通信系统必须使 用单纵模激光器) 光源:单纵模激光器(衰减与色散) PT PR ACT ACR PP M E Af AS / L fM C 71400 22 D B L 、 LC中取最小的作为最大中继距离 10Gbit/s 及 10Gbit/s 以上的 SD
12、H光线路 光源;单纵模激光器 影响的因素:光纤色散、啁啾声、极化模色散、光纤的非线性限制 举例: 若一个 622Mbit/s 单模光缆通信系统,其系统总体要求如下 : 系统中采用 InGaAs 隐埋异质结构多纵模激光器,其阈值电流小 于 50mA,标称波长 1=1310nm,波长变化范围为 tmin =1295nm, tmax=1325nm。光脉冲谱线宽度 max2nm。发送光功率 PT=2dBm。如 用高性能的 PIN-FET组件,可在 BER=110-10 条件下得到接收灵敏度 PR=-30dBm,动态范围 D20dB。 那么考虑采用直埋方式情况下,光缆工作环境温度范围为 0 C 26 C
13、 时,计算最大中继距离 解:1. 衰减的影响 若考虑光通道功率代价 PP =1dB,光连接器衰减 AC=1dB(发 送和接收端各一个) ,光纤接头损耗 AS=0.1dB/km,光纤固有损耗 =0.28dB/km,取 ME=3.2dB MC=0.1dB/km, 则由式( 4-1 )得 AfASM C L PT PR 2AC PP M E = 2 30 2 1 3.2 53.75km 0.28 0.1 0.1 2 色散的影响 利用( 4-4 ),并取光纤色散系数 D2ps/(km nm) 6 10 LD B D 6 = 0.115 10 = 46km 622.080 2 2 由上述计算可以看出,
14、中继段距离只能小于 46km,对 于大于 46km的线段,可采用加转接站的方法解决。 第 2 部分 SDH网络 主要内容: SDH 基本概念 SDH 的网络节点接口、速率和帧结构 SDH 中的基本复用、映射结构 SDH 网元 1、 SDH 的基本概念 概念: SDH网是由一些 SDH的网络单元( NE)组成的,在光 纤上进行同步信息传输、复用、分插和交叉连接的网络 2、 SDH 速率和帧结构 (1)同步数字体系的速率 同步传输模块: SDH 所使用的信息结构等级被称为 STM-N 同步传输模块 说明: STM-1 是最基础传输模块。其速率是 155.520 Mbit/s。 STM-N 与 ST
15、M-1 之间的关系: 高等级的 STM-N 信号是将 N 个 STM-1 按字节间插同步 复用后所获得的。其中 N 是正整数,目前国际标准化 N 的取值为: N=1、4、16、64、256。 举例:画出 STM-1 的帧结构,并计算其速率。 速率: 一帧比特数 传一帧的时间 信息结构(块状):9 行 270列 一帧的字节数: 9 270=2430 一帧的比特数: 24308=19440 9 270 8 9 270 68 155.520(Mb / s) 125 10 6 STM-N 等级的速率: STM-1 155.520Mb/s STM-4 622.080Mb/s STM-16 2488.32
16、0Mb/s STM-64 9953.280Mb/s STM-256 39813.12 Mb/s 2)帧结构 SDH 的帧结构:共有 9行, 270N 列 图 5-2 STM-N 的帧结构 结论: SDH 的帧结构为一种块状帧结构, 帧周期为 125 s。 帧结构的区域划分:三个区域: 段开销( SOH)区( RSOH+MSOH ) 管理单元指针。 信息净负荷区(包括 POH+ 有效信息) 3、 SDH 中的基本复用、映射结构 1) SDH 复用结构 基本复用单元 复用结构 SDH 的复用结构 是由一些基本复用单元组成的有若干中间复 用步骤的复用结构与过程 基本复用单元 复用单元 实际上是一种信
17、息结构 常用的复用单元有容器( C)、虚容器(VC)、管理单元( AU)、 管理单元组( AUG )、支路单元( TU )、支路单元组( TUG )等。 容器 C 概念:它是一种装载各种速率业务信号的信息结构 容器种类: 5 种标准容器。 C-11 1.544Mb/s C-12 2.048Mb/s C-2 6.312Mb/s C-3 34.368(或 44.736)Mb/s C-4 139.264Mb/s 我国 SDH 复用结构 说明 复用: 映射: 定位: 结论:支持三种支路接口 2Mb/s、 34Mb/s 和 140Mb/s。 说明: 关于通道、复用段、再生段的说明 TM REG REG
18、TM 图 5-5 SDH 传输系统中通道、复用段、再生段间的关系 5、SDH 网元 SDH 网络的基本网络单元: TM、ADM、DXC、REG 四种 6、SDH 光传输系统 点到点 链状结构 ( 1) 系统结构 点到多点 星形结构 最基本结构 环路 环形结构 ( 2) 自愈环 单向环与双向环: 通道环与复用环: 第 3 部分 基于 WDM的光传送网 主要内容: 光波分复用的概念及特点 波分复用系统 1、光波分复用的概念及特点 1)基本概念 WDM 光波分复用是指将两种或多种各自携带有大量信息的不同 波长的光载波信号, 在发射端经复用器汇合, 并将其耦合到同一根光 纤中进行传输,在接收端通过解复
19、用器对各种波长的光载波信号进行 分离,然后由光接收机做进一步的处理,使原信号复原。 2、波分复用系统 (1)WDM系统要求 G.655 非零色散位移单模光纤非零色散单模光纤 (2)波分复用系统结构 图 5-14 WDM系统总体结果示意图 (3)WDM系统的基本应用形式 双向 OTM (4) WDM 网络的关键设备 OADM OXC OTM 光终端复用器 功能:上下波长 OADM 的功能 OXC 3、基于 WDM 的光传送网 1)WDM光传送网分层结构 图 5-27 WDM 光传送网的功能分层模型图 光通道层所接收的信号来自电通道层 光复用段层主要负责为两个相邻波长复用器之间的多波长信号 提供连
20、接功能 光传输段层为各种不同类型的光传输媒质(如G.652、 G.653、 G.655光纤)上所携带的光信号提供传输。 说明:光层:光通道层、光复用段层和光传输段层构成。 (2)光通道网络 光通道网络是基于波长路由的网络 .它是根据光波长来识别 每一个光通道,并可以在光域上完成基于波长路由的光信号处理。 光通道层的逻辑功能模型 图 5-28 WDM 光传送网的逻辑功能块图 各部分功能: 光复用段保护、光通道连接。 第 4 部分 基于 SDH 的多业务传送平台 (MSTP) 主要内容: MSTP 的基本概念及特点 MSTP 中的关键技术 链路容量调整方案 (LCAS) 通用成帧( GFP )协议 多业务传送平台 4.1 MSTP 的基本概念及特点 1、MSTP 的基本概念 MSTP 是指能够同时实现 TDM 、ATM 、以太网等业务的 接 入、处理和传送 功能,并能提供 统一网管的 、基于 SDH 的平台 。 基于 SDH 的多业务传送平台的功能模型: 2、MSTP 的技术特点: 4.2 MSTP 中的关键技术 一、级联与虚级联 1、级联与虚级联的概念 概念:级联是一种组合过程,通过将几个 C-n 的容器组合起来, 构成一个大的容器来满足
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