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，并恢复出原信号后送入不同的数据终端。通常把光信道间隔较大

2、（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

3、 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

4、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CWDMlCWDM：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0.8nm2nm，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

5、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CWDMl 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1528.77nm1560.61nm9/60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 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.

6、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200nmEDFA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、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D

7、FB 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14/60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：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

8、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nWDMWDM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2WDMWDM5.2 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

9、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OADMl光数字分叉连接器OXCl光终端复用器OTM5.2 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

10、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

11、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：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40Gbps5.2 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

12、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5.2.3 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 W

13、DM网络的关键设备二、光数字交叉连接器（OXC） lOXC的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12.926/60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

14、线电路网VC-11VC-12VC-2VC-2nVC-3VC-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

15、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.

16、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12N 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 N5.3 光传送网32/60云南大学软件学

17、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

18、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

19、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

20、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”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

21、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

22、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

23、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46/6

24、0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

25、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

26、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