光纤通信技术-第05章-2

1、1/60 云南大学软件学院 王世普 5.2 波分复用 l在同一传输线路上同时传输多路不同信号而互不干扰的技 术称为复用技术。 l复用的目的是为了提高通信线路的利用率。 l光纤通信复用技术分类 光波复用 波分复用（WDM） 空分复用（SDM） 光信号复用 光时分复用（OTDMA） 光频分复用（OFDMA） 光码分复用（OCDMA） 2/60 云南大学软件学院 王世普 l光波复用 波分复用（WDM） WDM技术是指在一根光纤芯中同时传输多波长光信号的技术。 其基本做法是： 在发送端将携带不同信号的不同波长光信号组合起来，并 耦合到同一根光纤中进行传输。 在接收端将组合波长的光信号分开，并恢复出原信

2、号后送 入不同的数据终端。 通常把光信道间隔较大（甚至在不同波长窗口上）的复用称为 WDM，而把在同一波长窗口中信道间隔较小的WDM称为密 集波分复用（DWDM）。 5.2 波分复用 3/60 云南大学软件学院 王世普 l光波复用 空分复用（SDM） 利用空间分割，用不同光纤芯构成不同的信道 可构成不同传输方向的两个信道 也可以构成多路并行信道，进行并行的信号传输 即：以多纤芯并行实现双向传输或实现同方向上的并行 传输，大幅度提高传输速率。 5.2 波分复用 4/60 云南大学软件学院 王世普 l光信号复用 光时分复用（OTDMA） 按时间分割信道，在单一光纤芯中实现多路信号传输 的技术。 先

3、将多个电信号分别转换为同波长的光信号，然后在 光层上利用超窄光脉冲进行时域复用。 5.2 波分复用 5/60 云南大学软件学院 王世普 l光信号复用 光频分复用（OFDMA） OFDMA与WDM并无本质差别。 当相邻两路光载波的间隔越来越小时，用波长来描述 它们之间的间隔没有用光频率来描述方便。 一般认为：当相邻光载波的间隔小到0.1nm (10GHz) 以下时，此时的复用称为光频分复用。 OFDMA对光器件的要求比WDM的要求高。 5.2 波分复用 6/60 云南大学软件学院 王世普 l光信号复用 光码分复用（OCDMA） 光码分复用(OCDMA)技术是CDMA技术和光纤通信技 术相结合的产

4、物。 在这种复用技术中，每个用户具有一个唯一的地址码， 该码是一组正交码中的一个。 发送端用自身地址码对数据信息进行编码。 接收端则用发送端的地址码来进行解码。 5.2 波分复用 7/60 云南大学软件学院 王世普 5.2.1 光波分复用的基本概念 1、WDM、DWDM与CWDM lCWDM：粗波分复用。采用1550nm窗口，波长间隔约10nm，可采 用不带冷却器的半导体激光器，复用、解复用设备简单，实现容易， 成本低，主要用在低成本城域网中。 lWDM：波分复用。一般使用1550nm窗口，波长间隔410nm 。 lDWDM：密集波分复用。主要使用1550nm窗口，波长间隔一般为 0.8nm2

5、nm，有些公司的产品达到0.4nm甚至于0.2nm。 l可见，3种复用没有本质差别，只是复用的密度不同，以下不再进 行细分，都统称为WDM系统。 5.2 波分复用 8/60 云南大学软件学院 王世普 5.2.1 光波分复用的基本概念 1、WDM、DWDM与CWDM l ITU-T G.692规定：WDM系统使用的光工作波长为 1528.771560.61nm，通路间隔为100GHz（约0.8nm）的整 数倍。 5.2 波分复用 1528.77nm 1560.61nm 9/60 云南大学软件学院 王世普 5.2.1 光波分复用的基本概念 2、WDM系统的一般结构 波波 长长 复复 用用 器器 1

6、 2 n 波波 长长 复复 用用 器器 1 2 n 光功率光功率 放大器放大器 光线路光线路 放大器放大器 光线路光线路 放大器放大器 光前置光前置 放大器放大器 5.2 波分复用 10/60 云南大学软件学院 王世普 5.2.1 光波分复用的基本概念 3、WDM与光纤 l WDM工作波长 5.2 波分复用 WDM系统工作潜 在波长宽200nm EDFA工作波长宽35nm 或1530-1565nm，覆盖 了ITU-T G.692规定 11/60 云南大学软件学院 王世普 5.2.1 光波分复用的基本概念 4、WDM对光源和光电检测器的要求 l对光源的要求 光源波长单色性（激光光源）、温度稳定性

7、、注入电流稳定 性要好，以使输出波长飘移不影响信道间隔 光源应具有比较大的色散容纳值，以保证无电再生中继距离 足够长（例如500-600km，目前做到80-120km）。 采用外调制，减轻频率啁啾带来的色散影响。 目前在大多数WDM系统中使用的光源为多量子阱激光器DFB LD。 l对光电检测器的要求 多波长检测能力 5.2 波分复用 12/60 云南大学软件学院 王世普 5.2.2 波分复用系统 1、WDM系统结构 5.2 波分复用 13/60 云南大学软件学院 王世普 5.2.2 波分复用系统 2、WDM系统的基本应用形式及监控 lWDM系统的应用形式：单向、双向 5.2 波分复用 14/6

8、0 云南大学软件学院 王世普 5.2.2 波分复用系统 2、WDM系统的基本应用形式及监控 l WDM系统的基本应用形式：单向 单向传输指一根光纤只完成一个方向的光信号的传输，反向光信号 的传输由另一根光纤来完成。 这种结构易扩充传输容量，总容量=各波长信道容量之和。 光发射机光发射机1 光发射机光发射机2 光发射机光发射机n 光接收机光接收机1 光接收机光接收机2 光接收机光接收机n W D M W D M 单向单向WDM传输系统传输系统 5.2 波分复用 15/60 云南大学软件学院 王世普 5.2.2 波分复用系统 2、WDM系统的基本应用形式及监控 lWDM系统的基本应用形式：双向 双

9、向传输指在一根光纤中实现两个方向光信号的同时传输，两个方 向的光信号应安排在不同波长上。 这种结构可以在单根纤芯中进行双向传输。 双向双向WDM传输系统传输系统 光发射机光发射机1 光接收机光接收机1 光接收机光接收机2 光发射机光发射机2 W D M W D M 5.2 波分复用 16/60 云南大学软件学院 王世普 5.2.2 波分复用系统 2、WDM系统的基本应用形式及监控 l监控：用一个单独的波长来对EDFA进行监控 在SDH开销中没有定义光放大器监控管理字节。 因此，WDM中必须设置传输监控信息的专用信道： 监控信道使用1510nm波长 传输EDFA的状态数据、进行EDFA信号的上下

10、路控制 传输各波长信道的工作状态信息。 监控信道接口参数见教材P202中的表6-2（老教材）、P140 中的表5-1（新教材）。 5.2 波分复用 17/60 云南大学软件学院 王世普 5.2.3 WDM网络的关键设备 l光分插复用器OADM l光数字分叉连接器OXC l光终端复用器OTM 5.2 波分复用 18/60 云南大学软件学院 王世普 5.2.3 WDM网络的关键设备 一、光分插复用器（OADM） l OADM的基本结构及功能 通道保护单元通道保护单元 上路波长上路波长 指配单元指配单元 下路波长下路波长 指配单元指配单元 光放大单元光放大单元 线路保护倒换单元线路保护倒换单元 分插

11、复用单元分插复用单元 功率均衡单元功率均衡单元 线路保护倒换单元线路保护倒换单元 光放大单元光放大单元 5.2 波分复用 通过控制可变衰减器，完成各信道功能调节。 给定波长的光从对应端口输出和插入 提供复用段和通道保护倒换功能，支持自愈环 合路、分路、波长转换等 光功率放大，起中继放大作用 19/60 云南大学软件学院 王世普 5.2.3 WDM网络的关键设备 二、光数字交叉连接器（OXC） lOXC的一般结构 5.2 波分复用 20/60 云南大学软件学院 王世普 5.2.3 WDM网络的关键设备 二、光数字交叉连接器（OXC） lOXC的与DXC的比较：OXC的功能与DXC基本相同，但：

12、OXC在光域完成交叉连接；DXC在电域完成交叉连接 OXC适应各种速率、信号格式；DXC与速度、信号格式 相关 OXC速率从140Mbps-10Gbps，交叉连接总容量1-10Tbps； DXC受电子速率限制，最高速率622Mbps，交叉连接总 容量40Gbps 5.2 波分复用 21/60 云南大学软件学院 王世普 5.2.3 WDM网络的关键设备 二、光数字交叉连接器（OXC） lOXC的3种实现方式 光纤交叉连接：按照整根光纤中传输的总容量进行交叉 连接，即：一根光纤中的信号只能整体交叉到另一光纤 中。交叉容量大，但缺乏灵活性。 5.2 波分复用 22/60 云南大学软件学院 王世普 5

13、.2.3 WDM网络的关键设备 二、光数字交叉连接器（OXC） lOXC的3种实现方式 波长交叉连接：进行波长交叉，可把任何光纤中的任何 波长交叉连接到使用相同波长的任何光纤上。无波长转 换，灵活性还是不够。 5.2 波分复用 23/60 云南大学软件学院 王世普 5.2.3 WDM网络的关键设备 二、光数字交叉连接器（OXC） lOXC的3种实现方式 波长转换交叉连接：进行波长交叉，且可以将任何光纤 上的任何波长信号，经波长转换后，交叉连接到任何输 出光纤中。 5.2 波分复用 24/60 云南大学软件学院 王世普 5.2.3 WDM网络的关键设备 二、光数字交叉连接器（OXC） lOXC的

14、功能 光域的带宽管理：光网络动态重构、光信道交叉连接、上 下话路、动态调节各光纤中的流量分布。 光复用段保护：一般提供1+1倒换保护和恢复。 波长转换：可提供波长转换功能，基于波长路由的倒换保 护和网络恢复。 5.2 波分复用 25/60 云南大学软件学院 王世普 5.3 光传送网 5.3.1 光传送网分层结构 12.9 26/60 云南大学软件学院 王世普 5.3 光传送网 5.3.3 光传送网的拓扑结构 一、基于SDH的光传送网 电路层网络 通道层网络 媒质层网络 传送网 SDH VC-1n通道网 SDH VC-4通道网 光传输网无线传输网 64kbps电 路交换网 交换 分组网 租用线

15、电路网 VC-11VC-12VC-2VC-2nVC-3 VC-3VC-4VC-4Xc 电路层（非SDH客户） 低阶 高阶 段层 传输媒质层通道层 复用段 再生段 物理层 27/60 云南大学软件学院 王世普 5.3.3 光传送网拓扑结构 二、基于WDM的光传输网结构 1、分层结构 电路层 电通道层 光通道(OCH)层 光复用段(OMS)层 光传输段(OTS)层 物理媒质层 光段层 光层 电层 通道层 传输媒 质层 l光通道层：接收电通道层的 信号，进行路由选择和波长 分配，包括保护倒换等。 l光复用段层：完成相邻波长 复用器间的多波信号复用。 l光传输段层：在不同光媒质上为高层提供传输功能，包

16、括传 输段开销处理、光传输段监控等。 5.3 光传送网 28/60 云南大学软件学院 王世普 5.3.3 光传送网拓扑结构 二、基于WDM的光传输网结构 2、WDM光传送网的网络单元连接模型 5.3 光传送网 29/60 云南大学软件学院 王世普 5.3.4 WDM网络的交换形式和波长路由机制 一、WDM网络的交换方式 l4种交换方式： 光路交换：在接入点之间建立物理光通路，是光域内面向 连接的交换方式。 光分组交换：在接入点间采用“存储-转发”交换，是无连 接交换方式。 光突发交换（OBS）：数据和控制分组（BCP）不在同一 通道传输，一个突发数据需要一个BCP。 光分组流交换：相同源地址和

17、目的地址的分组作为整体传 输，类似于虚电路交换。 5.3 光传送网 30/60 云南大学软件学院 王世普 5.3.4 WDM网络的交换形式和波长路由机制 一、WDM网络的交换方式 l光路交换 按波长建立连接，因此也称为光波长交换。 光路交换的关键器件是波长转换器。 拓扑结构主要有：广播式星型光网络、波长选择光网络。 广播式星型网络中： 每个信道使用不同波长的光载波信号，即以波长来划分 信道。 接收端可选择接收某波长的信道中的信号。 5.3 光传送网 31/60 云南大学软件学院 王世普 5.3.4 WDM网络的交换形式和波长路由机制 一、WDM网络的交换方式 l光路交换 广播式星型网络 1 2

18、 N 1 2 N 单波长发射机单波长发射机 星型耦合器星型耦合器 可调谐接收机可调谐接收机 1 2 N 1 2 N 5.3 光传送网 32/60 云南大学软件学院 王世普 5.3.4 WDM网络的交换形式和波长路由机制 一、WDM网络的交换方式 l光路交换 波长选择光网络: 每个通道都分配一个单一波长，在不重叠的区域可重复 使用同一波长。 目前还不很成熟，使用范围有限。 5.3 光传送网 33/60 云南大学软件学院 王世普 5.3.4 WDM网络的交换形式和波长路由机制 一、WDM网络的交换方式 l光分组交换 在接入点间采用“存储-转发”交换，是无连接交换方式。 关键器件是光缓存器，目前主要

19、使用光纤延迟线(FDL)。 传输和交换在光层上完成，控制在电层上进行。 目前技术条件下，还很难用在工程中。 5.3 光传送网 34/60 云南大学软件学院 王世普 5.3.4 WDM网络的交换形式和波长路由机制 一、WDM网络的交换方式 l光突发交换（OBS） 数据和控制分组（BCP）不在同一通道传输，一个突发数 据需要一个BCP。 数据单位称为“突发”，由具有相同出口边缘路由器地址、 相同QoS要求的IP包组成。 采用两类节点：核心和边缘节点。 核心节点由核心路由器构成，负责突发数据转发和交换。 边缘节点由边缘路由器构成，负责数据的重组和分拆， 即用户数据封装成突发数据或反之。 5.3 光传

20、送网 35/60 云南大学软件学院 王世普 5.3.4 WDM网络的交换形式和波长路由机制 一、WDM网络的交换方式 l光分组流交换 相同源地址和目的地址的分组作为整体传输，类似于虚电 路交换。 分组流在网络边缘路由器中形成，送入光分组流网络。 用头分组头来实现选路功能。 一个分组流一个分组流 分组头分组头 头分组头分组 尾分组尾分组分组流交界分组流交界 5.3 光传送网 36/60 云南大学软件学院 王世普 5.3.4 WDM网络的交换形式和波长路由机制 二、波长路由机制 l波长通道（WP）机制： 网中节点没有波长转换功能，一个通道中只使用一个 波长。 路由选择采用集中控制方式。 l虚波长通

21、道（VWP）机制： 网中节点具有波长转换机制 网中各复用段可采用不同波长，因而一个通道中可能 经过多个波长的复用段。 路由选择（波长选择）采用分布控制方式。 5.3 光传送网 37/60 云南大学软件学院 王世普 l网络生存性的概念：网络的生存性是指网络在经受各种故障 (网络失效和设备失效)后能够维持可接受业务质量的能力。 l网络故障可划分为: 设备故障 链路故障 软件故障 5.4 网络的生存性 38/60 云南大学软件学院 王世普 5.4.1 网络生存性策略保护和恢复 l为了保证网络的正常工作，必须建立一个具有快速、可靠的 交叉连接机制和重选路由技术的保护倒换方案。 l一般地，方案包含“保护

22、”和“恢复”两方面的内容： 保护是指事先设计冗余通道或备用路由。 恢复是指故障发生后（动态地）重建路由，故障排除后恢 复正常路由。 5.4 网络的生存性 39/60 云南大学软件学院 王世普 5.4.1 网络生存性策略保护和恢复 l保护和恢复技术 可在网络中所使用的各协议层次进行，例如： IP层保护和恢复技术 ATM层保护和恢复技术 SDH层保护和恢复技术 光层保护和恢复技术 保护和恢复方法：保护倒换和重新选路两种。 5.4 网络的生存性 40/60 云南大学软件学院 王世普 5.4.1 网络生存性策略保护和恢复 l网络生存性指标 冗余度：网络中总的空闲容量与总工作容量之比。 恢复率：已恢复的

23、通道数占原来失效的总通道数的比例。 恢复时间：与恢复率有关的指标，它是指在以一定恢复率 为目标的情况下，恢复网络所需要的时间。 5.4 网络的生存性 41/60 云南大学软件学院 王世普 5.4.2 SDH网络的保护 l目标：在设计上保证线路和/或设备故障时，通信业务 不中断。 这种网络称为“自愈网”。 SDH网络是可自愈的。 l自愈：即在线路/设备故障时能重新确立通信，而不影 用户的通信。 自愈只是重新确立通信，而设备/线路的故障还需人 为修复。 5.4 网络的生存性 42/60 云南大学软件学院 王世普 5.4.2 SDH网络的保护 l自愈网技术可分为“保护”型和“恢复”型两类。 保护型自

24、愈： 在节点之间提供一定数量的用于保护的容量配置，构 成备用路由。 当工作路由失效时，业务从工作路由倒换到备用路由。 保护倒换完成的时间很短（小于50ms）。 5.4 网络的生存性 43/60 云南大学软件学院 王世普 5.4.2 SDH网络的保护 l自愈网技术可分为“保护”型和“恢复”型两类。 恢复型自愈： 所需的备用容量较小，网络中不预先建立备用路由。 当发生故障时，利用网络中仍能正常运转的空闲信道建 立迂回路由，恢复受影响的业务。 这种方式的恢复时间较长 。 5.4 网络的生存性 44/60 云南大学软件学院 王世普 5.4.2 SDH网络的保护 lSDH网络中主要有3种自愈技术： 线路

25、保护倒换 采用分插复用器（ADM）构成自愈环 采用数字交叉连接器DXC构造网状自愈网 l 前两种是保护型自愈，后一种是恢复型自愈。 5.4 网络的生存性 45/60 云南大学软件学院 王世普 5.4.2 SDH网络的保护 l线路保护倒换 基本原理：配置专用的保护通道，当工作通道出现故 障时，业务由工作通道倒换到保护通道。 工作通道又称为主通道，保护通道又称为备用通道。 倒换类型：线路保护倒换有1+1和1:n 两种方式。 5.4 网络的生存性 46/60 云南大学软件学院 王世普 5.4.2 SDH网络的保护 l自动线路保护倒换1+1方式（并发优收） 发送、接收端永久与主、备信道相连接，两个通道

26、同时传输 相同信息； 接收端从主通道（工作通道）接收STM-N信号； 当主通道故障时从备用（保护）通道接收信号。 5.4 网络的生存性 47/60 云南大学软件学院 王世普 5.4.2 SDH网络的保护 l自动线路保护倒换1:n 方式 n（n=114）个工作段共用1个保护段，当其中任意一 个工作段出现故障时，均可倒换至保护段。 5.4 网络的生存性 48/60 云南大学软件学院 王世普 5.4.2 SDH网络的保护 l自动线路保护倒换1+1方式与1:1方式的区别 1+1保护方式，正常情况下保护通道传送业务信号， 所以不能提供无保护的额外业务； 1:1保护方式，在正常情况下，保护通道不传业务 信

27、号，因而可以在保护通道传送一些级别较低的额 外业务信号。 5.4 网络的生存性 49/60 云南大学软件学院 王世普 5.4.2 SDH网络的保护 l自愈环保护 自愈环（Self-Healing Ring， SHR）是指采用分插复用器 （ADM）组成环形网实现自 愈的一种保护方式。 ADM自愈环自愈环 5.4 网络的生存性 50/60 云南大学软件学院 王世普 5.4.2 SDH网络的保护 l自愈环保护 自愈环分类（1）：根据自愈环的结构，可分为通道保护 环和复用段保护环。 通道保护环，保护的单位是通道，倒换与否以环输出 的每一个通道信号质量来定，一般利用告警指示信号 （AIS）来决定是否应该

28、进行倒换。 这种环属于专用保护，保护时隙供整个环专用，在正 常情况下保护通道往往也可传送业务信号。 5.4 网络的生存性 51/60 云南大学软件学院 王世普 5.4.2 SDH网络的保护 l自愈环保护 自愈环分类（1）：根据自愈环的结构，可分为通道保护环 和复用段保护环。 复用段保护环，业务量的保护以复用段为单位，倒换与 否按每一对节点间复用段信号质量的优劣而定。 复用段保护环需要采用自动保护倒换（APS）协议，多 属于共享保护，即保护时隙由每一个复用段共享，正常 情况下保护段往往是空闲的。 5.4 网络的生存性 52/60 云南大学软件学院 王世普 5.4.2 SDH网络的保护 l自愈环保护 自愈环分类（2）：根据信息的传送方向，自愈环可分为 单向环和双向环。 单向环中收发业务信息的传送线路是一个方向。 双向环中收发业务信息的传送线路是两个方向。 自愈环分类（3）：根据环中每一对节点间所用光纤的 最小数量，自愈环可分为二纤环和四纤环。 5.4 网络的生存性 53/60 云南大学软件学院 王世普 5.4.2 SDH网络的 保护 l自愈环保护：几种典 型的自愈环结构 二纤单向通道保护环： 两根光纤，一根传业务 信号，称W1（或S1） 光纤；另一根保护，称 P1光纤。采用1+1保护 方式 。 二纤单向通道保护环二纤单向通道保护环 (a)基本结构基本结构 (b