光纤通信期末复习.

1、1第 1 1 章概述1 1、光纤通信的基本概念：利用光导纤维传输光波信号的通信方式。光纤通信工作波长在于近红外区：0.81.8卩m的波长区， 对应频率：167375THZ。对于SiO2光纤，在上述波长区内的三个低损耗窗口，是目前光纤通信的实用工 作波长，即 0.850.85 卩 m m、1.311.31 卩 m m 及 1.551.55 卩 m m。2 2、光纤通信系统的基本组成：（P2P2 图 1-31-3）目前采用比较多的系统形式是 强度调制/ /直接检波（IM/DDIM/DD ）的光纤数字通信系 统。该系统主要由光发射机、光纤、光接收机以及长途干线上必须设置的 光中继 器组成。发射|亠基

2、本光纤传输系统一接收1 1）在点对点的光纤通信系统中，信号的传输过程 ：由电发射机输出的脉码调制言 信号送入光接收机,射光接收机将电信号转换成光信号耦合进光纤， 光接收机将光 纤送过来的光信号转换成电信号，然后经过对电信号的处理以后，使其恢复为原 来的脉码调制信号送入电接收机，最后由信息宿恢复用户信息。电信号2）光发射机中的重要器件是能够完成电-光转换的半导体光源，目前主要采用 半 导体发光二极管（LEDLED）和半导体激光二极管（LDLD）。3）光接收机中的重要部件是能够完成光-电转换的光电检测器，目前主要采用 光 电二极管（PINPIN ）和雪崩光电二极管（APDAPD）。特性参数：灵敏度

3、4）一般地，大容量、长距离光纤传输：单模光纤+半导体激光器LD小容量、短距离光纤传输：多模光纤+半导体发光二极管LED5）光纤线路系统:功能：把来自光发射机的光信号，以尽可能小的畸变和衰减传输到光接收机。 组成：光纤、光纤接头和光纤连接器要求：较小的损耗和色散参数3 3、光纤通信的特点：优点：（1），传输频带宽，通信容量大。（2）传输损耗小，中继距离长：石英光 纤损耗低达0.19 dB/km,用光纤比用同轴电缆或波导管的中继距离长得多。（3）保密性能好：光波仅在光纤芯区传输，基本无泄露。（4）抗电磁干扰能力强：光纤由电绝缘的石英材料制成，不受电磁场干扰。（5）体积小、重量轻。（6）原材料来源丰

4、富、价格低廉。缺点：1）不能远距离传输；2）传输过程易发生色散。4、（1）光纤通信在通信网中的未来 发展趋势：GFP、ASON、全光网（波分复用技术（WDM） 相干光通信 超长波长光纤通信光集成技术光孤子通信）（2）相应技术手段：时分复用TDM;波分复用WDM;光时分复用OTDM; 光放大技术；色散补偿技术。（3）技术现状：PDH、SDH、WDM、光电收发器、EPON2超高速度、超大容量以及超长距离传输 的光纤通信一直是人们追求的目标, 光纤 到户和全光网是人们希望早日实现的梦想。目前1.6Tbit/s的WDM系统已经大 量使用，随着技术和业务的不断发展,WDM技术正从长途传输领域向城域网领

5、域扩展。未来的高速通信网是全光网。它是以光节点代替电节点，节点之间也是 全光化，具有良好的透明性、开放性兼容性以及可靠性，并且能够提供巨大的 带宽，网络结构简单，组网非常灵活。要形成一个已WDM技术与光交换技术为主的光网络层，建立起真正的全光网 络，必须要解决的问题是 消除电光瓶颈，而光纤到户 FTTHFTTH 是解决从In ternet主干网到用户的“最后一公里”瓶颈现象的最好方案。第 2 2 章光导纤维1 1、光纤的结构：目前，通信用的光纤绝大多数用石英材料做成的横截面积很小 的双层同心圆柱体。光纤由 涂覆层、纤芯、包层 组成。折射率高的中心部分叫做纤芯，其折射率为n 1，直径为2a；折射

6、率低的外围部分称为包层，其折射率为n2,直径为2b。纤芯：纤芯位于光纤的中心部位（直径d仁950卩m）。多模光纤的纤芯为50卩m,单模光纤的纤芯为910卩m。成份：高纯度的二氧化硅。还掺有极少量的掺杂剂（如二氧化锗，五氧化二磷）。作用：适当提高纤芯对光的折射率（n 1），用于传输光信号。包层：位于纤芯的周围（直径d2= 125卩m），含有极少量掺杂剂的高纯度二氧化 硅。作用：适当降低包层对光的折射率（n2），使之略低于纤芯的折射率，即n1 n2, 这是光纤结构的关键，它是使光信号封闭在纤芯中传输。涂敷层：由丙烯酸酯、硅橡胶和尼龙组成。作用：增加光纤的机械强度与可弯曲性。2 2、光纤的分类：目前

7、在通信中使用较为广泛的光纤有两种:紧套光纤与松套光纤。1） 、按照光纤横截面折射率分布不同来划分：1阶跃型光纤：纤芯折射率n1沿半径方向保持一定，包层折射率n2沿半径方向 也保持一定，而且纤芯和包层的折射率在边界处呈阶梯型变化的光纤称为阶跃型 光纤，称为：均匀光纤。2渐变型光纤：如果纤芯折射率n1随着半径加大而逐渐减小，而包层中折射率n2是均匀的，这种光纤称为渐变型光纤，又称为：非均匀光纤。2 2）按照纤芯中传输模式的数量划分：多模光纤：在一定的工作波下，多模光纤是能传输多种模式的介质波导。多模光纤可以采用阶跃折射率分布，也可采用渐变折射率分布多模光纤的纤芯直径约为50卩m。模式色散，仅适用于

8、低速率、短距离通信单模光纤：光纤中只传输一种模式时，叫做单模光纤单模光纤的纤芯直径较小，约为410卩m。适用于大容量、长距离的光纤通信。3 3）按照传输波长分类：包层 纤芯（1）短波长光纤：0.85卩m（0.80.9卩m）作用：用于短距离市话中继线路或专用通信网等线路.（2）长波长光纤：1.31.6卩m（主要1.3卩m和1.55卩m两个窗口） 作用：用于干线传输。4 4）按照使用材料的不同来分：玻璃光纤、全塑光纤、石英系列光纤。3 3、阶跃型光纤的导光原理1） 相对折射指数差：n2_n；弱导波光纤：.m-门2-磐2n2n12） 导波：携带信息的光波在光纤的纤芯中，由纤芯和包层的界面引导前进，这

9、 种波称为导波。形成导波的条件：能在纤芯界面上产生全反射的子午线才能在纤芯中形成导波， 即子午射线只有满足：sinn：_n；才能在纤芯中形成导波（即满足全反射条 件）。3 3） 数值孔径 NANA :表示光纤捕捉入射光线的能力。瓦4 -sin也=J 时一丹;二4） 阶跃型光纤中的光射线种类子午射线：子午线在端面上的投影是一条直线 斜射线：是不经过光纤轴线的空间折线。4 4、渐变型光纤的导光原理1）渐变型的子午线不是直线，而是曲线。在轴线处折射指数最大；在纤芯和包 层的交界面处折射指数最小为n2,即n2=n（a）.2）得到最佳折射指数分布的前提条件：（1）均匀的激励；（2）恒定的光中心波 长；（

10、3）相同传输损耗的模式；最佳折射指数分布：这种在最大程度上减少模式色散的n（r）分布，称为渐变型光纤的最佳折射指数分布。 双曲正割型和平方律型3）渐变型（平方律）光纤的最佳折射指数分布表达为：4）渐变型光纤的本地数值孔径 NANA渐变型光纤纤芯折射指数n1随半径r变化。因此，数值孔径NA是纤芯端 面上位置的函数。故，渐变型光纤纤芯在某一点的数值孔径可表示为：渐变型光纤的数值孔径NA表征的意义：当折射指数越大时，本地数值孔径也越大，表示光纤捕捉射线的能力就越强 轴线处的折射指数最大，捕捉射线的能力最强 例题：已知：渐变型光纤的折射指数分布为： 试求：该光纤的本地数值孔径。解：n2(0)12.：(

11、：)a比较：阶跃型光纤的数值孔径NA(r)二.n2(r) n2(a)1ra|2n(r)二 n(0) 1-2 十)- a.NA(r)二NA= sin此血N4-n2(0) 12.：(；)a.NA(r)二.2n2QIC5 5、用波动理论法分析光纤的导光原理(1) 阶跃型光纤的标量近似解法归一化频率：P26,?2：n1k0a导波的数量：P32单模传输条件：0Vv2.40483(2) 渐变型光纤的标量近似解法归一化频率：P26 V 2 n1k0a最大导波数量：P37-截止条件VvVc；远离截止：V-x例题：已知：渐变光纤纤芯的折射指数为n1=1.5，相对折射指数差=0.01、纤芯半径a=25卩m。若入0

12、 =1卩m,求：该光纤的归一化频率值及其中传播的模数 量。解:V = 2=n1ka_2代入数据可得归一化频率为： V =32.3216最大传播模式数量：=261例题：已知：阶跃型光纤，若n1=1.5,入0=1.31卩m,(1) 若=0.01，当保证单模传输时，纤芯半径a应取多大？(2) 若纤芯半径a=5卩m，应怎样选择才能保证单模传输？解：(1)单模传输的条件0V2.40483V = 2 n1k0a0：、2 na : 2.40483,_ 2兀0：.2 0.01 1.5 a 2.40483&0 : a : 2.363582 2)若纤芯半径 a=5a=5iim m?-00V2* * 1.5

13、1.5 * * 一 * * 5 5 2.42.4&阶跃光纤的折射率主要由于以下两方面的原因使得折射指数呈渐变趋势：纤芯材料和包层材料各不同，在制造过程中，相互扩散渗透，使得在纤芯 包层交界处折射率由n1逐渐过度到n2，呈 圆形”变化MCVD工艺制造过程中，在预制棒制作阶段，使得纤芯r=0处，折射指数 下陷。7、单模光纤的特征参数：（1）衰减系数（2）截止波长入c: 当入入c时，光纤才能传输基模。（3）模场直径d:沿芯径方向上，相对该场 强最大点功率下降了1/e的两点之5间的距离，称为单模光纤的模场直径 四种新型单模光纤：1）.色散位移单模光纤（DSF）常规石英单模光纤：在1.55卩m处

14、损耗最小；在1.31卩m时色散系数趋于零; 色散位移单模光纤（DSF）:将零色散点移到1.55卩m单模光纤的色散=材料色散+波导色散。实现方法：通过改变光纤的结构参数，加大波导色散值。 图示 色散位移光纤的色散2） .非零色散光纤NZDF存在问题：在色散位移光纤线路中采用光纤放大器会使得光纤中的光功率密 度加大，引起非线性效应。当应用到WDM系统中造成光波间能量交换，引起信 道间干扰。解决方法： 将零色散波长移至1.54-1.565范围内， 减小其色散值。 约为1.04.0PS/kmnm。3） 、色散平坦光纤DFF为了挖掘光纤的潜力，充分利用光纤的有效带宽，最好使光纤在整个光纤通 信的长波段（

15、1.31.6卩m）都保持低损耗和低色散，即研制了一种新型光纤 为了实现在一个比较宽的波段内得到平坦的低色散特性，采用的方法是利用 光纤的不同折射率分布来达到目的。4） 色散补偿光纤DCF?色散补偿又称为光均衡，它主要是利用一段光纤来消除光纤中由于色散的 存在使得光脉冲信号发生的展宽和畸变。?能够起这种均衡作用的光纤称为色散补偿光纤（DCF）。?如果常规光纤的色散在1.55卩m波长区为正色散值，那么DCF应具有负 的色散系数。使得光脉冲信号在此工作窗口波形不产生畸变。DCF的这一特性可以比较好地达到高速率长距离传输的目的。适用光纤：G.652和G.654:常规单模光纤，色散最小值在1310nm处

16、，衰减最小值在1550nm处。常见的结构有 阶跃型和下凹型单模光纤。G653:色散位移光纤，色散最小值在1550nm处，衰减最小值在1550nm处。难 以克服FWM混频等非线性效应带来的影响。G.655:非零色散光纤，色散在1310nm处较小，不为0;衰减最小值在1550nm处。可以尽量克服FWM混频等非线性效应带来的影响。综上所述，选择G.655作为WDM使用的光纤最为适宜。8、光纤的传输特性 :6（1）光纤的损耗特性分类:吸收损耗、散色损耗 吸收损耗定义: 光波通过光纤材料时， 有一部分光能变成热能， 从而造 成光功率的损失。原因1:本征吸收。即光纤基本材料（SiO2）固有吸收。吸收损耗的

17、大小与 波长有关，对于SiO2石英系光纤， 本征吸收有两个吸收带， 分别为紫外吸收带， 和红外吸收带。原因2:杂质吸收。材料的不纯净和工艺不完善造成的附加吸收损耗。尤为 氢氧根离子的吸收。散射损耗定义:由于光纤的材料、形状及折射指数分布等的缺陷或不均匀， 光纤中传导的光散射而产生的损耗。分类:线性散射损耗、非线性散射损耗。?线性散射损耗主要包括:瑞利散射、材料不均匀引起的散射?非线性散射主要包括:受激喇曼散射、受激布里渊散射等 。1瑞利散射损耗?瑞利散射损耗也是光纤的本征散射损耗。?这种散射是由光纤材料的折射率随机性变化而引起的。?瑞利散射损耗与1/入4成正比，它随波长的增加而急剧减小，所以在

18、长波 长工作时，瑞利散射会大大减小。2材料不均匀所引起的散射损耗?结构的不均匀性以及在制作光纤的过程中产生的缺陷也可能使光线产生 散射。（2）光纤的色散特性 一般将光功率降到峰值一半时所对应的波长范围称为光源的谱线宽度，用入表示。一个理想的光源发出的应是单色光，即谱线宽度应为零。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。 它们有不 同的传播速度，将会引起脉冲波形的形状发生变化。如果从波形在时间上展宽的 角度去理解，也就是光脉冲在光纤中传输， 随着传输距离的加大， 脉冲波形在时 间上发生了展宽，这种现象称为光纤的色散。 结论:光源的谱线宽度越宽，信号的时延差就越大，起的色散也就越

19、严重。7光纤中的色散?模式色散：光纤中的不同模式，在同一波长下传输，各自的相位常数Bmn不同，它所引起的色散称为模式色散。?材料色散：由于光纤材料本身的折射指数n和波长入呈非线性系，从而使光的传播速度随波长而变化，这样引起的色散 称为材料色散。?波导色散：光纤中同一模式在不同的频率下传输时，其相位常数不同，这样引起的色散称为波导色散。材料色散和波导色散都属于频率色散，在多模光纤中存在频率色散和模式色 散；在单模光纤中只存在频率色散。比较：多模阶跃型光纤和多模渐变型光纤，依照时延差公式，在相同的条件下， 渐变型光纤的色散较小。9、 色散对中继距离的影响：(1) 码间干扰对中继距离的影响：拖尾”现

20、象引起。(2) 模分配噪声对中继距离的影响：高码速条件下，多纵模激光器产生的信号 功率谱线随机分配，造成接收端判决困难。(3) 啁啾声对中继距离的影响：直接强度调制状态下，单纵模激光器在注入电流变化的时候，有源区的折射率指数发生变化使得振荡波长随时间偏移，即：频率啁啾。这种情况下，光脉冲经过光纤后，在色散作用下，光脉冲波形展宽，因 此接收取样点所接收的信号就会存在随机成分，即：啁啾声。10、衰减对中继距离的影响11、最大中继距离的计算.o册旳福梓(本征吸收吸收损耗(杂质吸收 囂鴛謂f瑞利散射 线性散射损耗.11材料不均匀引起的散射非线性散”散射作用而产生SRSSRS 的非线性效应(SBS散射损

21、耗模式色散射损耗波导色散折射指数随光强度变化(SPMXPM( (FWMFWMS20840860液 It/rirnO损耗特性色散特性材料色散8（1）衰减受限系统：在衰减受限系统中，中继距离越长，则光纤通信系统的成 本越低，获得的技术经济效益越高。 在工程设计中， 一般光纤通信系统的中继距 离可以表示为：P112（2）色散受限系统：中继距离公式为：P114P114【例题 4-14-1】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隐埋异质结构多纵摸激光器，其阀值电流小于50mA，标称波长=1310mm,波长变化范围为=1295mm,=1325mm。光脉冲谱线

22、宽度20dB。那么考虑采用直埋方式情 况下，光缆工作环境温度范围为0C26C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=1dB，光连接器衰减Ac=1dB（发送和接收各一个）， 光纤接头损耗As=0.1dB/Km，光纤固有损耗=0.28dB/Km，取Mc=0.1dB/Km，ME=3.2dB，则：（2）色散的影响：取光纤色散系数D能够产生激光的工作物质 泵浦源：使粒子数反转分布（N1 能够完成频率选择及反馈作用的光学谐振腔。工作物质在泵浦源的作用下发生粒子数发转分布，成为激活物质，从而有光的放大作用。激活物质和光学谐振腔是产生激光振荡的必要条件。3、半导体激光器的结构、工作原

23、理及工作特性1）光纤通信对半导体发光器件LD/LED的基本要求：a光源的发光波长应符合目前光纤的三个低损耗窗口b、能长时间连续工作，并能提供足够的光输出功率。c、与光纤的耦合效率高。d、光源的谱线宽度窄。e寿命长，工作稳定。2）LD的结构：从光振荡的形式上来看，激光器分为：布里-珀罗谐振腔（F-P腔） 激光器和分布反馈型 （DFB） 激光器。 常用的光纤通信激光器 一一铟傢砷 磷 （InGaAsP）双异质结条形激光器 。它的特点：注入电流小，发光强度大。3）比较LD、LE:比较项目LDLED光学谐振腔无光线种类滋光荧光光谱宽度较窄较宽光纤耦台度高fffi温產特性一殿良好高速、长距离申f氐速、短

24、距离4、常用的半导体光电检测器： PINPIN 光电二极管、APDAPD 雪崩光电二极管1）APD工作特性：具有光/电转换作用；具有内部放大作用；（通过管子内部的雪崩倍增效应完成）2）APD的雪崩倍增效应：10光生载流子在P-N结强电场处加速后与晶格的原子发生碰撞后使价带的电子 得到了能量；越过禁带到达导带，产生新的电子一空穴对；电子一空穴对在强电 场再次被加速，再次碰撞；循环过程，能量倍增。5、光放大器分类：半导体光放大器和光纤放大器光纤放大器：非线性光纤放大器（如：拉曼放大器）和掺铒光纤放大器（EDFA）。1） EDFAEDFA 的优点：工作波长接近于光纤低损耗窗口：1.531.56卩m泵

25、浦功率低，仅需几十毫瓦；高增益：40dB低噪声、噪声系数可低至34dB,大功率输出：1420dBm。连接损耗低：0.1dB。2） EDFAEDFA 的基本结构：由掺铒光纤、泵浦光源（主体部件）、光耦合器、光滤波 器等组成。3）EDFAEDFA 的工作原理：在泵浦源的作用下，在掺铒光纤中出现了粒子数发转分 布，产生了受激辐射，从而使光信号得到放大。、输出信号 /光麗）一基态6、无源光器件：光定向耦合器、光隔离器、光环行器、光滤波器、光开关、波 长转换器、波分复用器。7、WDMWDM 波分复用：在一根光纤中能同时传输多波长光信号的技术，称为光波 分复用技术（WDM）。1）光波分复用器是对光波波长进

26、行合成与分离的光器件。有光波分复用器构成 的光波分复用系统，从结构上来分，可分为 单纤单向 WDMWDM 系统和单纤双向 WDMWDM 系统（基本应用方式）。单向的扩容效率高，具有升级效应，不要求对原 有的光纤设施进行改动；双向具有简化传输网络等方面的优点。2）优点：复用器结构简单、体积小、可靠性高；提高光纤的频带利用率；降低 对器件的速率要求；提供透明的传送通道；可更灵活地进行光纤通信组网。缺点：存在插入损耗和串光等冋题。3）WDM对光源和光电检测器的要求对光源的要求： 激光器输出波长保持稳定 激光器应具有比较大的色散容纳值采用外调制技术对光检测器的要求：具备多波长检测能力4）WDM监控和管

27、理系统两个功能：对EDFA的监控与管理；对各波道工作状 态的监控。5）分类：WDM、DWDM密集波分复用、CWDM粗波分复用输tw号光（弱）1 1、-ti-ti子吸收泵浦光版迁爲2L11根据波长间隔分类：WDM(约几十nm或者200nm);CWDM(10nm);DWDM(0.42n m)。我国采用100GHz和200GHz作为通路 间隔标准。 光发射机输入：SDH的光信号；输出：WDM的光信号。 光接收机输入：WDM的光信号； 输出：SDH的光信号。光中继可以使用EDFA，也可以使用RFA。增益选取适当，不能过大避免光纤处于非线性状态7)WDM网络的关键设备OADM(光分插复用器)：与SDH的

28、ADM功能类似：波长上、下话路的功能；具有波长转换功能；具有光中继放大和功率平衡功能；提供复用段和通道保护倒换功能，支持各种自愈环；具有多业务接入功能，比如SDH、Gbit。不同之处：OADM是在光域上完成；ADM是在电域上完成OXC(光数字交叉连接器)：用于完成光域上光信号的交叉连接OXC实现的三种方式：-光纤交叉连接(FXC):以一根光纤所传输的总容量为基础进行交叉连接。 优点：交叉容量大。缺点：缺之灵活性。波长交叉连接(WSXC)：能够转换从输入光纤到输出光纤的一个子集的波 长信道。优点：比FXC灵活，可提供波长业务等。 缺点：无波长转换，会遇到波长缺乏的情况。 波长转换连接(WIXC)

29、:任意输入波长经转换到任意输出波长。 优点：任意波长转换，最灵活8)采用光波分复用技术的高速光纤通信线路 影响波分复用系统性能的因素：(1)制作技术和成本限制：光器件制作成本高于电子器件，而且很多理论上没 问题，实际部件难以实现。(2)串扰影响：信道之间的串扰，引起误码。(3)稳频：激光器的发射频率。(4)阻塞特性：对OXC要求无阻塞特性。9)与WDM系统设计有关的因素6)WDM系统结构)t)t介波棒光合液器12最小光功率：光放输入端，要求到达最后一个光放至少需要多少功率。最大光功率：光放输出端，以不出现SRS非线性效应为目标，控制功率输出 信噪比、通道间隔、总通道数对传输距离的影响。第 4

30、4 章光纤通信系统1、掌握IM/DD光纤通信中的线路码型：交换机（内部，电信号，PCM，采用NRZ码）一一传输系统脉冲编码调制（PCM）通信系统中的接口码型：HDB3码、CMI码PCM系统中的码型并不都适于在数字光纤通信系统中传输。2、了解IM/DD光纤通信系统：将光发、光中继、光收、备用系统、监控系统、电源（供电系统）结合起来 就形成一个完整的光纤通信系统。监控系统：监视系统的运行状态，比如：系统的温度、光功率等指标是否正常； 控制系统的某些动作，比如：主备用系统切换指令等。3、掌握直接调制和间接调制1）直接调制：用电信号直接调制LED或LD的驱动电流，使输出光随电信号变 化而实现。它的特点

31、是：成本低，易实现，但调制速率受激光器的频率特性所限。2）间接调制：把激光的产生和调制分开，用独立的调制器调制激光器的输出光 而实现的。它的特点是：调制速率高，但技术复杂，成本较高。只用在大容量的 波分复用和相干光通信系统中。4、低速的光纤通信系统：采用IM/DD技术 新型光纤通信系统：采用多信道复用技术第 5 5 章 SDH&WDMSDH&WDM1、SDH网由基本网络单元组成：终端复用器（TM）、分插复用器（ADM）、再 生中继器（REG）、数字交叉连接设备等。1）四种网元的区别：TM只是简单的复用。ADM可以实现自由灵活地上下话路 功能。DXC具有ADM所有功能，还具有交叉

32、连接，实现电路群的调度，成本 较ADM高。REG只起放大信号的作用。2）终端复用器（TM）：提供由G.703（即PDH接口）接口到STM-1输出的简 单复用功能；提供由若干STM-N复用到STM-M（MN）的复用功能；133）分插复用器（ADM）：利用分接功能将输入信号所承载的信息分成两部分： 一部分直接转发，另一部分卸下给本地用户，然后信息又通过复接功能将转发 部分和本地上送的部分合成输出。主要用于SDH网络的转接站点处4）数字交叉连接器（DXC）：完成STMN信号的交叉连接功能，多端口器件。相当于交叉矩阵，完成各个信号间的交叉连接。可将输入的m路信号交叉连接到输出的n路信号上5）再生中继器

33、：光传输网的再生中继器有两种：一种是纯光的再生中继器，主要进行光功率放大以延长光传输距离；一种是用于脉冲再生整形的电再生中继器，主要通过光/电变换，电信号抽样、判决、再生整形、电/光变换，以达到不积累线路噪声，保证线路上传送信号波 形的完好性。2、SDH网模型架构SDH对模型的下列几个方面做了规定：（1）网络节点接口（2）同步数字体系的 速率（3）帧结构。1）网络节点接口传输设备：光缆传输系统设备；微波传输系统设备；卫星传输系统设备。 网络节点：只有复用功能（简单）；复用、交叉连接多种功能（复杂）。2） 速率：同步传输模块：STM-N，N=1、4、16等。STM-1155.520Mbit/s1

34、55Mbit/s155Mbit/sSTM-4622.080Mbit/s622Mbit/sSTM-162488.320Mbit/s2.5Gbit/sSTM-649953.280Mbit/s10Gbit/sSTM-25639813.12Mbit/s40Gbit/s3）帧结构：SDH帧为块状帧结构，共有9行，270列，以字节为单位传输方向：从左到右，从上到下。 传输时间（帧长）：Ts=125卩s。STM-1速率获得：比特数：9X270XN X 8=9X270X1X8=19440b速率：19440b/TA 155.520Mb/s。STM-N速率同理3、STM-N帧包括三个部分：SOH、AU-PTR、P

35、AYLOAD1）段开销SOH:RSOH,再生段开销：13行。MSOH，复用段开销：59行。寸亍SOJ I-26 J X N270 X Z-TRIRTRNNIIRIRIR3 f f1行SOHAu-p ri DXC-汇接网ADM。汇接网：省内各地ADM成环路长距离干线网：全国各省ADM成环状。7、SDH的网同步：定义：网络的所有设备的时钟频率和相位的偏差都控制在容许的范围内，这样可以保证通信网内的数字信号的正常交换与传输。方式：主从同步方式（我国）、相互同步方式、准同步方式。8、SDH网络的自愈保护（1）自动线路保护倒换：1）1+1方式（两根光纤）发端、收端永久和主用、备用信道相连接；STM-N可

36、以同时在主备用信道中传送； 对两路信号同时监测，主用作为输出；如果主用出现问题，MSP自动从备用信道接收信号。MSA:复用段适配功能MSP：复用段保护MST:复用段终端（MSOH）RST:再生段终端（RSOH）SPI:SDH物理接口2）1：n方式通过2SDH帧结构中的两个自动保护倒换字节K1、K2完成倒换保护操作（2）环路保护 P166-168P166-168 图 5-385-38 4141类型划分：二纤单向通道倒换环；二纤单向复用段倒换环；二纤双向复用段倒 换环；四纤双向复用段倒换环9、光传送网：1）分层结构：简单的划分为3层基本功能： 业务层：各种不同业务网络提供的业务。 电交换/复接层：

37、提供业务服务，诸如交换等。 光传送层：信号传输。三层之间的关系：下层为上层提供支持手段。W卜MSIMSI1RSTRSTSPIREGREGSPISPI P PRSTRST - -MSiWMSAMSAMSPMSP-MSAMSAMSTMSTRSTRSTSPISPIREGREGRSTRST - -MSTMST器，也可以用光放大器）（a）点对点系统RIGRIG：再生中第器16根据网元所起作用来划分:接AMsue层垓心层在传送屈中飽作用接近用户”收集和分配用户业务毗朋接入层谜行业务 曲收集和分段汇接层的业勞碱进入 按心层形咸剧络节点 必及翩络节点间的传 籀屈络.有业务集中的大客户和相对分散的居民区等，不同

38、 的用户又有不同的特点，例如业务内容等.在怏谨屈中的中间节 点或城域剧中介于核 心节点和用户之间的 节轧其节点通常处于扶遂 粛或城域屈的业务集逵率较低，例如用甌2.5G较高，例如LEG, I0G拓扑结构环、%.环等环&期状関2）交换方式：光路交换：以波长为单位进行交换。分组交换：利用分组进行交换，属于同一数据流的分组分成若干个进行传输和交 换，到达目的地以后再进行重组。光突发交换：也利用分组，但是数据信息和控制信息分组进行传送。 数据信息称 为突发。光分组流交换：也是利用分组进行交换，不同于光分组交换，分组流是将属于同 一数据流的分组看成一个整体进行传输和交换。3）波长路由机制：1波长

39、通道（WP）:光通路的OXC没有波长转换功能。例：A-1-6-7-10-D始终 用同一波长；此时，如有另外一个通道C-7-10-D则在7-10段产生冲突。2虚波长通道（VWP）：如果利用WDM，将上述例子中重复用到的7-10段，分 别对不同通道的信号用不同的波长，则可解决波长冲突的问题。OXC需具备波长转换功能。第 6 6 章城域光网络1、城域网：在地域上覆盖城市及其郊区范围、为城域多业务提供综合传送平台 的网络，能实现语音、数据、图像、多媒体、IP等接入。业务：文字、图像、多媒体等数据服务。以后发展方向：实现语音、数据、多媒体均用IP承载。17采用可管理 和可扩展 的分层电信运营 网络。分为

40、3层：核心层 、汇聚层 、接入层。2、核心层：1）基本功能：完成城域网内部信息的高速传送与交换，实现与其它网络的互连 互通。2）拓扑结构：星型+负荷分担模式3）传输速度：网内传输链路采用155M、2.5G、100M、1G混合组网。 国家骨干采用2.5G高速传输。3、汇聚层：1）基本功能：完成信息的汇聚和分发任务，实现用户网络管理。2）拓扑结构：星型+负荷分担模式3）传输速度：155M、100M、1G混合组网。4、接入层：1）基本功能：为用户提供具体的接入手段。2）接入方式：有线接入、无线接入等。5、1）MANMAN 传输至 WANWAN 采用的传输技术 ：IP over SDH、IP over

41、 WDM、GE、IP over ATM。2）MANMAN 中各个交换、路由设备采用的传输技术：MSTP、FE和GE所使用的光电收发。其中，MSTP传输距离远，可靠性 高，但是带宽利用率低。FE和GE的光电收发作为二层交换和汇聚常用方式6IP over ATM:有QoS保证；适应于多业务：呼叫处理能力较弱；封装开销 较高。2IP over SDH：保留因特网的无连接特性；简化网络体系结构；提高传输 效率；符合In ternet业务特点；具有自愈功能；仅对IP业务支持良好； 缺乏QoS保证。3IP over WDM:简化层次；充分利用光纤的带宽资源；对传输码率、数据 格式和调制方式透明。4GE：基

42、于IP业务；提高网络的带宽利用率；无QoS保证。5MSTP： 适应于多业务； 可实现带宽管理； 具有保护机制； 能够支持VLAN、流量控制等功能7、光接入网OAN:以光纤作为传输媒质来取代传统的双绞线接入网。作用范围：用户端通信设备局端交换机设备（电话、调制解调器、计算机）（语音交换机、数据交换机） 用户端设备将电信转成光信号，称ONU。 局端交换机必须要将电信号转成光信号，称OLT。光接入网OAN = ONU+OLT，实现双向业务传送。 拓扑结构：单星型、总线型、环形、双星型188、ODN:用于无源光网络PON,用无源光器件实现; 优点：运营成本较低，对业务透明，便于升级。 缺点：有衰减，O

43、LT和ONU距离受到限制。ODT:用于有源光网络AON，复用和解复在电层: 优点：可克服衰减影响，距离较远、容量较大。缺点：成本较咼。9、OAN应用类型：光纤到路边(FTTC)(FTTC)、光纤到大楼(FTTB)(FTTB)、光纤到家(FTTH)(FTTH)FTTC：ONU设置在路边的人孔或电线杆上的分线盒处，或者交接箱处。FTTC一般采用双星形结构，从ONU到用户之间采用双绞线铜缆，若 要传送宽带业务则要用高频电缆或同轴电缆。FTTB:将ONU直接放在大楼内，再由铜缆将业务分配到各个用户。适合高 密度用户区，也更容易满足未来宽带业务传输的需要。FTTH:是一种全光纤的光接入网，适于引入新业务

44、，对传输制式、带宽和波 长等基本上没有限制，并且ONU安装在用户处，供电、安装维护等都 比较方便10、无源光网络PON的传输原理：ONUOLT:上行信号， 采用OTDMA，OWDMA，OCDMA接入技术OLT-ONU:下行信号，采用OTDMA技术。1) OTDMA:?上行信号传输时间分成若干时隙，每个ONU只能在其相应时隙才能发送 分组信息。?缺点：由于每个ONU至无源光分路器的距离不同，导致传输时间和信号 幅度有差别。?必须严格确定每个ONU信息的起始位置，避免出现混乱。2) OWDMA:?采用WDM技术，每个ONU使用不同波长作为载波?光分路器处，不同波长被耦合进同一根光纤。? OLT处，

45、使用光分波器分出不同波长的分组信号。3) OCDMA:每个用户分配一个码字，用户数据在OLT通过该指定的码字调制后发送到ONU，ONU采用同样的码字进行数据解调，所有操作均在光域完成，不需要单星形网双星形网总线形网环形网19复杂的控制协议和时钟同步技术。由于不同的ONU数据采用不同的码字调制，因此信息的安全性非常高，用户接入方式也很灵活。11、PON的功能结构：区别：OLT应该具有数字交叉连接功能，上行至网络ONU应该具有用户和服务复用功能，下行至用户ODN:由光连接器、光分路器、波分复用器、光衰减器和光滤波器组成12、以太网无源光网络EPON的传输原理与帧结构基本结构：OLT、ODN、ONU

46、。其中OLT支持多种接口。EPON为单纤双向系统。上行波长：1260nm1360nm；下行波长：1480nm1500nm；CATV业务(即，三波长应用)：1540nm1560nm13、EPON上行信号：采用TDMA技术。每路信号占据一个指定时隙从而避免碰撞。EPON下行信号：广播形式帧的组成：同步标识符+若干个长度可变的数据包(信头+净荷+误码检测域)14、EPON数据链路层和物理层的关键技术难点：MPCP、ONU即插即用问题、OLT测距和延时补偿兼容性等问题。MPCP：分配各个ONU带宽，目前采用轮询的方式，即ONU向OLT报告 业务需求状况，比如优先等级和时延控制等来得到给定的带宽。ONU

47、的即插即用：任何一个ONU加入OLT后不会对其它ONU正在运行业务产生影响。OLT兼容性：协议的兼容。目前只采用只面向ONU。15、IP over SDH:POS是通过SDH提供高速传输通道来直接传送IP分组。用到两种技术：(1)SDH：帧结构经过扩展以后提供了将IP包直接封装进SDH帧的功能後输攵用功能L 丨功帼网络供电功値OAMjrJFjfigOl.lODNC?N接口功惟檯输址川功施川户供 HI 切能通用功腊央(b) ONU20(2)IP:传输IP的速率可以达到SDH的数量级。问题：21(1) 对于IP设备提出：转发至SDH设备的速率要达到Gbit级别(2) 对于SDH设备提出：如何封装进

48、IP包。16、(1)数据封装? IPPPP-HDLCSDH? IP是网络层，属于网络层的无连接协议，主要负责数据包的寻址和路由 选择。? PPP+HDLC:主要进行帧的无误发送和接收并实现IP包封装至SDH帧? SDH主要是物理层协议，建立两点之间物理通道，实现二进制数据流在 两点之间传送(2)HDLC:高级数据链路控制协议是基于的一种数据链路层协议，使传送到 下一层的数据在传输过程中能够准确地被接收PPP: PPP帧格式以HDLC帧格式为基础。二者主要区别：PPP是面向字符的，而HDLC面向位。PPP在点到点串行线路上使用字符填充技术。所以，所有的帧的大小都 是字节的整数倍(4)POS的特点

49、：? IP映射到SDH实现点到点的传输，保留In ternet的无连接特性，简化网 络体系结构，成本较低。?可以利用SDH技术本身的环路自愈功能进行链路保护从而防止链路故障 而造成的网络中断，提高网络的稳定性。?仅对IP业务支持良好，扩展性不理想。只有业务分级而没有业务质量分 级。17、IP over WDM光网络分层体系结构(2)光适配层位于IP电层与WDM光层之间，它负责向不同的高层提供光通道。 数据网络层提供数据的处理和传送；光网络层负责提供网络，使数据网络和光网络相互独立。数据网络层的组成设备主要包括ATM网络层交换机和路由器等，光网络层的组成设备主要是WDM终端、光放大器及光纤等。（

50、3）目前可用于IP over WDM帧结构有SDH帧格式和千兆以太网帧格式 由此派生出(1)WDM光层的分层:(3) PPP-HDLCPPP-HDLC 在 SDHSDH 帧中的封装27Q字节PPP-HDLC帧22在IP Over WDM光因特网上的两个应用：1）高性能的数据互连设备（如交换机和路由器等）可直接与光纤相连；2）也可以连接在向各类客户（如atm交换机、路由器、SDH网元设备等）提 供光波长路由的光网络层上。（4）特点简化层次，减少网络设备和功能重叠充分利用光纤的带宽资源，极大地提高带宽和相对传输速率对传输码率、数据格式及调制方式透明。18、解释 EPONEPON 中采用测距的原因，

51、如何进行测距？答：（1）EPON有两个原因产生时延：一个是物理距离的不同，另一个是环境 温度的变化和光电器件的老化等因素。EPON的点对多点的特殊结构决定了各个ONU对OLT的时延不同，各个ONU的发出的信号会在上行信道发 生碰撞，使得信号到达OLT的时间具有不确定性。这些特点决定了必须采 用测距技术补偿因ONU和OLT之间的距离不同和温度变化引起的传输时间 差异。（2）测距有粗测和精测。采用带内开窗测距法，基本思路：当某个ONU需 要测距时，OLT下令暂停其他各个ONU发送上行业务，形成一个测距窗 口供被测的ONU使用，被测距的ONU发送一个特定信号，在OLT处 接收这个信号并计算出时延值，

52、完成粗测，再通过检测上行信号相位变化实 时调整时延值，完成精测。第 7 7 章基于 SDHSDH 的多业务传送平台1、 多业务传送平台 MSTPMSTP :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。MSTP技术的优势主要体现在 对数据业务的支持 上。2、 MSTPMSTP 的技术特点：1保持SDH技术的一系列优点。例如，具有良好的网络保护机制和TDM业务处理能力。2提供集成的数字交叉连接功能。在网络边缘使用具有数字交叉功能的MSTP设备，可节约系统传输带宽和省去核心层中昂贵的大容量的数字交叉连接系统端口。3具有动态带宽分配和链路高效建

53、立能力。在MSTP中可根据业务和用户的即 时带宽需求，利用级联技术进行地爱看分配和链路配置、维护与管理。4支持多种以太网业务类型。5支持WDM扩展。6提供综合的网络管理能力。3、MSTP中的关键技术：（1）级联：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 器来满足数据业务传输的要求，这就是级联。级联可分为相邻级联和虚级 联。相邻级联：利用同一个STM-N中不相邻的VC-4级联成VC-4XC，以此作为一 个整体信息结构进行传输。虚级联：将分布在同一个STM-N中不相邻的VC-4或分布在不同STM-N中的VC-4按级联关系构成VC-4Xv，以这样一个整体结构进行业务信号的传输。(

54、2)链路容量调整方案 LCASLCAS ：是一种双向协议，因此在进行链路容量调整之 前，收发双方需要交换控制信息，然后才能传送净荷。(3)通用成帧规程 GFPGFP:是一种先进的数据信号适配、映射技术，可以透明地 将上层的各种数据信号封装为可以在SDH/OTN传输网络中有效传输的信号。231) GFP的帧定界方法和ATM中所使用的方法一致，是基于帧头中的帧长度 指示符和采用CRC捕获的方法来实现的。2) GFP帧可分为GFP业务帧和GFP控制帧。业务帧又可以分为业务数据帧CDFs和业务管理帧CMFs。业务数据帧用来承载业务数据，业务管理帧用来 传送与业务信息和GFP连接管理有关的信息。GFP控

55、制帧为不携带净荷区的 空白帧， 用于控制GFP的连通性。7、 MSTPMSTP 网元配置类型 :MSTP设备可以配置成不同的节点类型，例如网络集线节点Hub、终端复用 器、分插复用设备、数字交叉连接设备、再生中继器、以太网业务汇聚设备、以太网二层交换机、以太网静态路由器、ATM业务接入设备和ATM多业务 交换机等。第 8 8 章 智能光网络1、光网络:以光纤为基础传输链路所组成的一种通信体系网络结构。一般来说，在光网络上所采用的组网设备大致分为两类:光网络节点 和网络接入设备。光网络节点是用户终端与光网络的接口设备界面。常使用的设备有:光分插 复用器OADM和光交叉连接OXC。2、现有光网络存

56、在的问题:其管理、控制、交换、保护与恢复等方面仍停留在 电层面。3、智能光网络 ASONASON :是一种具有灵活性、高可扩展性的，能够在光层上按用 户请求自动进行光路连接的光网络基础设施。4、ASON包括传送平面、 控制 平面和管理 平面。控制平面是ASON的核心。 控制平面为完成交换式连接SC和软永久SPC连接提供所需的信令和路由功 能。传送平面负责实现用户数据的传输功能。管理平面负责管理控制平面和传送 平面。5、p236图8-2智能光网络中各平面之间的逻辑关系1)UNIUNI 用户网络接口 ：用户网络与ASON之间的接口，用户设备通过该接口 动态地请求获取、撤销、修改具有一定特性的光带宽

57、连接资源，资源的多样 性要求光层接口也具有多样性的特点， 并能支持多种类型的网元， 包括自动 交换网元，即应支持业务发现、邻居发现等自动发现功能以及呼叫控制、连 接控制和连接选择功能。2)I INNINNI 内部网络节点接口 ：ASON网络中同一管理域中的内部双向信令节 点接口，它负责提供连接建立于控制功能。3)E ENNINNI 外部网络节点接口 ：ASON网络中不同管理域之间的外部节点接 口，其上交互的信息包含网络可达性、网络地址概要、认证信息和策略功能 信息等，而不是完整的网络拓扑/路由信息。4)CCICCI 连接控制接口 ：5) NMINMI 网络管理接口6) 物理接口 PIPI6、E

58、NNI可以使用在同一运营商的不同INNI区域的边界处，也可以使用在 不同运营商网络的边界处；INNI可以使用任何私有路由协议， 无需标准化，ENNI必须定义合适的路由协议。7、ASON控制平面的基本功能：资源发现 ：提供网络科用资源信息（包括端口、带宽和复用能力等） 。 路由控制 ：提供路由能力、拓扑发现和流量工程等功能。3连接管理 ：通过上述管理实现端到端的业务配置， 具体包括连接建立、 连接 删除、连接修改和连接查询等功能。4连接恢复 ：提供额外的网络保护能力。8、ASON控制平面中的核心技术：1）信令协议 ：负责对分布式连接的建立，保持和拆除等进行管理2）路由协议 ：负责实现选路功能。2

59、43）链路资源管理协议 ：包括对控制信道和传送链路的验证和维护在内的链路 管理。它们是利用通用多协议标签交换技术 GMPLSGMPLS 来实现的。9、全光网：网络中用户与用户之间的信号传输与交换全部采用光波技术，即端 到端保持全光路，中间没有光电转换器。10、 全光网中的关键技术 ：1光交换技术：空分光交换；时分光交换；波分/频分光交换；ATM光交换2全光中继技术全光器件全光网的管理控制与操作。1. 光纤通信的的基本概念：利用光导纤维传输光波信号的通信方式。光纤通信工作波长在近 红外区：0.81.8um 的波长区，对应频率 ;167357THz2. 对于 SIO2 光纤，在目前光纤系统中的使用

60、工作波长有三个，分别是：0.85um、1.31um 、1.55u.m。3. 光发射机的半导体光源有 :半导体发光二极管（ LED ）和半导体激光二极管（ LD ）。4. 光接收机中的光检测器有： 光电二极管（ PIN ）和雪崩光电二极管（ APD ）。5. 一般说来，在光纤通信系统中，大容量、长距离的光纤传输用的是：单模光纤 +半导体激光器 LD ；小容量、短距离光纤传输用的是： 多模光纤 +半导体发光二极管 LED 。6. 光纤通信在通信网中的未来发展趋势： GFP、ASON 、ATM 无源光网络、全光网 。关键技 术为 多波长传输和波长交换技术7. 光纤通信的现状： PDH 、 SDH、 WDH 、光电接收机、 EPON。8