光网络第四次总复习辅导13春讲解

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