第5章光纤通信

1、1提纲n光纤通信概述n光纤通信发展简史n光纤通信的特点n光纤通信系统n同步数字体系光纤通信发展的历史和现状光纤通信发展的历史和现状 探索时期的光通信探索时期的光通信 原始形式的光通信原始形式的光通信:中国古代用中国古代用“烽火台烽火台”报警，欧洲人报警，欧洲人用旗语传送信息。用旗语传送信息。 1960年，美国人梅曼年，美国人梅曼(Maiman)发明了第一台发明了第一台红宝石激光红宝石激光器，器， 给光通信带来了新的希望。激光器的发明和应用，给光通信带来了新的希望。激光器的发明和应用， 使沉睡了使沉睡了80年的光通信进入一个崭新的阶段。年的光通信进入一个崭新的阶段。 在这个时期，美国麻省理工学院

2、利用在这个时期，美国麻省理工学院利用He - Ne激光器和激光器和CO2激光器进行了大气激光通信试验。激光器进行了大气激光通信试验。 由于没有找到由于没有找到稳定可靠和低损耗的传输介质稳定可靠和低损耗的传输介质， 对光通信对光通信的研究曾一度走入了低潮。的研究曾一度走入了低潮。1966年，英籍华裔学者年，英籍华裔学者高锟高锟(C.K.Kao)和霍克哈姆和霍克哈姆(C.A.Hockham)发表了关于传输介质新概念的论文，发表了关于传输介质新概念的论文，指出了利用光纤指出了利用光纤(Optical Fiber)进行信息传输的可能进行信息传输的可能性和技术途径，奠定了现代光通信性和技术途径，奠定了现

3、代光通信光纤通信光纤通信的基的基础。础。 指明通过指明通过“原材料的提纯制造出适合于长距离通信原材料的提纯制造出适合于长距离通信使用的低损耗光纤使用的低损耗光纤”这一发展方向这一发展方向光纤通信发展的历史和现状光纤通信发展的历史和现状 诺贝尔奖得主 高锟n(1933年年11月月4日日)，英国华，英国华裔科学家，生于中国上海金裔科学家，生于中国上海金山区。光纤通讯、电机工程山区。光纤通讯、电机工程专家。光纤之父，前香港中专家。光纤之父，前香港中文大学校长。美国国家工程文大学校长。美国国家工程院院士、英国皇家工程科学院院士、英国皇家工程科学院院士、英国皇家艺术学会院院士、英国皇家艺术学会会员和瑞典

4、皇家工程科学院会员和瑞典皇家工程科学院外籍院士，台湾中央研究院外籍院士，台湾中央研究院院士。院士。1996年当选中国科学年当选中国科学院外籍院士。院外籍院士。 n用石英基玻璃纤维进行长距离信息传递，将带来一场通讯事业的革命，并提出当玻璃纤维损耗率下降到20分贝/公里时，光纤通讯即可成功。 光纤通信的发展可以粗略地分为三个阶段光纤通信的发展可以粗略地分为三个阶段： 第一阶段第一阶段(19661976年年)，这是从基础研究到商，这是从基础研究到商业应用的开发时期。业应用的开发时期。 第二阶段第二阶段(19761986年年)，这是以，这是以提高传输速率和提高传输速率和增加传输距离增加传输距离为研究目

5、标和大力推广应用的大发展时期。为研究目标和大力推广应用的大发展时期。 第三阶段第三阶段(19861996年年)，这是以，这是以超大容量超长距超大容量超长距离为目标离为目标、全面深入开展新技术研究的时期。、全面深入开展新技术研究的时期。光纤通信n光纤通信是以光纤通信是以光波为载频、光导纤维（简称光光波为载频、光导纤维（简称光纤）为传输媒质纤）为传输媒质的一种通信方式。的一种通信方式。 容许频带很宽，容许频带很宽，传输容量很大传输容量很大 损耗很小损耗很小， 中继距离很长中继距离很长且且误码率很小误码率很小 重量轻、重量轻、 体积小体积小 抗电磁干扰性能好抗电磁干扰性能好 泄漏小，泄漏小， 保密性

6、能好保密性能好 节约金属材料，节约金属材料， 有利于资源合理使用有利于资源合理使用光纤通信的特点光纤通信的特点 光纤可以光纤可以传输数字信号，也可以传输模拟信传输数字信号，也可以传输模拟信号号。光纤在通信网、广播电视网与计算机网，。光纤在通信网、广播电视网与计算机网，以及在其它数据传输系统中，以及在其它数据传输系统中， 都得到了广泛应都得到了广泛应用。光纤用。光纤宽带干线传送网宽带干线传送网和和接入网接入网发展迅速，发展迅速， 是当前研究开发应用的主要目标。是当前研究开发应用的主要目标。 光纤通信的应用光纤通信的应用10DWDM 开始建设开始建设SDH逐步成为逐步成为传输主力设备传输主力设备D

7、WDM规模建规模建设，全光网试验设，全光网试验SDH标准完善标准完善，PDH仍为主仍为主力力PDH产品开始产品开始规模使用规模使用实用化实用化产品出现产品出现高锟提出高锟提出光传输理论光传输理论196680年代年代94年年99年年90年代初年代初98年年1976Metro城域网兴起城域网兴起OADM、OXC逐逐渐使用渐使用2002年以后年以后PDH：准同步数字传输系统； SDH：同步数字传输系统；DWDM：密集波分复用系统； OADM：光分插复用系统；OXC：光交叉连接系统；光传输技术介绍11PDHnPDH采用比特填充和码位交织的方法将低速率等级的信号复合成高速信号，它能够独立传送国内长途和市

8、话网业务n只有地区性的数字信号速率和帧结构而不存在世界性的标准 n没有世界性的标准光接口规范 n只支持点对点传输 ，进行区段保护 ，无法实现统一工作的多种路由的环状保护 n复用解复用需要逐级进行，结构复杂，硬件数量庞大n传统PDH的运行、管理和维护靠人工的数字信号交叉连接和停业务测试 12SDHnSDH是为克服PDH的缺点而产生的，它是先有目标再定规范，然后研制设备 n使北美、日本和欧洲三个地区性的标准在STM-1及其以上等级获得了统一。n统一的标准光接口能够在基本光缆段上实现横向兼容，允许不同厂家的设备在光路上互通，满足多厂家环境的要求nSDH采用同步复用方式和灵活的复用映射结构 ，只需利用

9、软件即可使高速信号一次直接分出低速支路信号 n安排了丰富的开销字节，大大增强了网络进行运行维护管理能力n具有前向和后向兼容性，能够兼容PDH和ATM，IP等业务13基于SDH的多业务传送平台（MSTP）n以原有SDH为基础，从单纯支持2Mb/s 、155Mb/s 等话音业务接口向包括以太网和ATM等多业务接口演进，将多种不同业务通过VC（虚容器）或VC 级联方式映射入SDH 时隙进行处理。n其实质就是在SDH基础上增加了数据业务接入和处理的单板，数据特性单板主要分为下面几个种类：以太网特性单板，ATM特性单板，DDN及xDSL单板，分类接入单板。nSDH多业务节点将传送节点与各种业务节点融合在

10、一起，各厂商只是融合程度不同。14DWDMnDWDM是一种能在一根光纤上同时传送多个携带有信息（模拟或数字）的光载波，只需通过增加波长（信道）实现系统扩容的光纤通信技术n DWDM系统与SDH系统均属于传送网层，二者都是建立在光纤传输媒质上的传输手段n传统的DWDM主要解决了光缆资源不足的问题，OAM功能较弱，保护手段少15DWDMDWDMADMADMADMADMADMADM.ADMADMADMADMADMADM.ADMREGADMREGREGREGADMREGADMREGREGREGADMREGADMREGREGREGADMREGADMREGREGREGADMREGADMREGREGREGA

11、DMREGADMREGREGREG.应用应用DWDM前前应用应用DWDM后后16IPATMSDHDWDM光纤物理层光纤物理层Open Optical InterfaceSDHATMIP其它其它DWDM在传输网中的地位17CWDMnCWDM的信道间隔为20nm nCWDM设备不需要DWDM所必需的掺铒光纤放大器 ，使用成本低n单波道最高速率可达到2.5Gn适用于光纤资源紧张、带宽要求很高的城域网络的接入层18OTN网络的引入nSDH网络功能 nSDH网络提供了多种业务的传输功能：PDH、IP、Ethernet 等；nSDH提供丰富的保护、管理功能；n不能满足未来骨干网节点的Tbit以上得大容量业

12、务调度；nWDM系统功能nWDM系统提高了带宽利用率、业务透明传输；n纯光网络没有性能监视能力，不能保证性能，也不能满足传送网络的一般要求。 19OTN的定义nOTN光传送网（Optical Transport Network）由ITU-T G.872、G.798、G.709 等建议定义的一种全新的光传送技术体制，它包括光层和电层的完整体系结构，对于各层网络都有相应的管理监控机制和网络生存性机制。n光信号是由波长来表征，光信号的处理可以基于单个波长，或基于一个波分复用组。nOTN在光域内可以实现业务信号的传递、复用、路由选择、监控，并保证其性能要求和生存性。nOTN可以支持多种上层业务或协议，

13、是未来网络演进的理想基础。 20光纤通信的工作窗口n光纤的损耗系数随着波长而变化光纤的损耗系数随着波长而变化，为获得低损耗特，为获得低损耗特性，光纤通信选用的波长范围在性，光纤通信选用的波长范围在 0.81.8m，并称并称0.81.0m为短波长波段，为短波长波段，1.01.8m为长波长波为长波长波段。段。 CWDM的信道间隔为20nm n目前光纤通信实用的波长目前光纤通信实用的波长即短波长段的即短波长段的0.85m、长长波长波段的波长波段的1.31m和和1.55m，通常称其为是目前光通常称其为是目前光纤通信的纤通信的三个实用窗口。三个实用窗口。提纲n光纤通信概述n光纤通信系统n光纤与光缆n光纤

14、通信系统的组成n光线路的码型n同步数字体系光纤的结构和分类光纤的结构和分类n光纤由光纤由纤芯和包层两部分纤芯和包层两部分组成，组成，纤芯完纤芯完成光信号的传输，包层是为了将光信号成光信号的传输，包层是为了将光信号封闭在纤芯中并保护纤芯封闭在纤芯中并保护纤芯。纤芯和包层。纤芯和包层的的折射率不同折射率不同，设纤芯、包层的折射率，设纤芯、包层的折射率分别为分别为n1、n2,则则n1n2。光纤的结构光纤的结构 目前通信用的光纤大多采用石英玻璃目前通信用的光纤大多采用石英玻璃(SiO)制成的横截面很小的双层同心圆柱体，未经涂制成的横截面很小的双层同心圆柱体，未经涂覆和套塑时称为裸光纤，如图所示。覆和套

15、塑时称为裸光纤，如图所示。光纤与光缆光纤与光缆 1.光纤的结构光纤的结构n石英玻璃、塑料或石英玻璃、塑料或晶体晶体n纤芯纤芯(折射率大折射率大)和和包层包层n全反射全反射光纤的分类光纤的分类 n按工作波长：按工作波长：n短波长短波长(850nm)和和长波长长波长(1310nm、1550nm)n按传输模式按传输模式(根据光纤中传输模式数量的不同根据光纤中传输模式数量的不同)：n多模光纤和多模光纤和单模光纤单模光纤n按折射率分布：按折射率分布：n阶跃阶跃(突变突变)型型(SI)、渐变渐变(梯度梯度)型型(GI)和和W型型n按材料：按材料：n石英光纤石英光纤、塑料光纤等、塑料光纤等 光纤的分类光纤的

16、分类 1. 按照光纤横截面上折射率分布不同来分按照光纤横截面上折射率分布不同来分 (1) 阶跃型光纤（阶跃型光纤（突变型多模光纤）突变型多模光纤） (2) 渐变型光纤渐变型光纤 图 三种基本类型的光纤(a) 突变型多模光纤突变型多模光纤； (b) 渐变型多模光纤；渐变型多模光纤； （c） 单模光纤单模光纤 横截面2a2brn折射率分布纤芯包层AitAot(a)输入脉冲光线传播路径输出脉冲50 m125mrnAitAot(b) 10 m125mrnAitAot(c) 2. 按照传输的总模数来分按照传输的总模数来分 所谓模式，实质上是电磁场的一种分布形所谓模式，实质上是电磁场的一种分布形式。模式不

17、同，其分布不同，根据光纤中传输式。模式不同，其分布不同，根据光纤中传输模式数量来分，可分为单模光纤和多模光纤。模式数量来分，可分为单模光纤和多模光纤。 (1) 单模光纤单模光纤(SM-Single mode fiber) (2) 多模光纤多模光纤(MM-Multi mode fiber) 多模光纤n62.5/125 m 的光纤的光纤n典型距离达典型距离达5英里英里n用于用于：nCCTVn门禁控制系统门禁控制系统n内部通讯内部通讯单模光纤n无限带宽无限带宽n810 mn典型距离超过典型距离超过5英里英里n用于用于：n长途电信长途电信n长途电视监控及多路切换长途电视监控及多路切换n共用天线电视系统

18、共用天线电视系统光传播的基本知识光传播的基本知识n n1 1n n2 2n n1 1 n n2 2n n1 1n n2 2临界角临界角90900 0临界角临界角n n1 1n n2 2全反射全反射入射角入射角= =反射角反射角1 12 2产生全反射的条件：n1n2 90临界角 图 突变型多模光纤的光线传播原理321y1lLxoc23纤芯n1包层n2zc11. 突变型多模光纤突变型多模光纤 设设和和折射率分别为折射率分别为n1和和n2，空气的折，空气的折射率射率n0=1， 纤芯中心轴线与纤芯中心轴线与z轴一致，轴一致， 如下图。如下图。 光线在光纤端面以小角度光线在光纤端面以小角度从空气入射到纤

19、芯从空气入射到纤芯(n0n2)。 改变角度改变角度，不同，不同相应的光线将在相应的光线将在与与交界面交界面发生反射或折射。发生反射或折射。 根据根据全反射原理全反射原理， 存在一个临界角存在一个临界角c。 当当c时，相应的光线将在交界面折射进入时，相应的光线将在交界面折射进入并逐并逐渐消失，如光线渐消失，如光线3。 由此可见，只有在半锥角为由此可见，只有在半锥角为c的圆锥内入射的光束的圆锥内入射的光束才能在光纤中传播。才能在光纤中传播。 光纤的传输特性光纤的传输特性n1.损耗损耗n光纤的传输损耗是影响系统传输距离的重要因素，光纤的传输损耗是影响系统传输距离的重要因素，光纤自身的损耗主要有吸收损

20、耗和散射损耗。光纤自身的损耗主要有吸收损耗和散射损耗。n 吸收损耗吸收损耗是光波通过光纤材料时，是光波通过光纤材料时，有一部分光能变成有一部分光能变成热能，造成光功率的损失热能，造成光功率的损失。n功率分布等的缺陷或功率分布等的缺陷或不均匀，使光纤中传导的光发生不均匀，使光纤中传导的光发生散射，散射，由此产生的损耗为散射损耗由此产生的损耗为散射损耗。光纤色散(Dispersion)v所谓光纤色散是指由于光纤传输信号中的不同所谓光纤色散是指由于光纤传输信号中的不同模式或不同频率成分，因传播速度的不同而引模式或不同频率成分，因传播速度的不同而引起的传输信号发生畸变的一种物理现象。起的传输信号发生畸

21、变的一种物理现象。v由于光纤中色散的存在，会使得输入脉冲在传由于光纤中色散的存在，会使得输入脉冲在传输过程中展宽，产生码间干扰，增加误码率。输过程中展宽，产生码间干扰，增加误码率。它是限制传输速率的主要因素。它是限制传输速率的主要因素。散射n由于光线的基本结构不完美，引起的光能量损失，由于光线的基本结构不完美，引起的光能量损失，此此时光的传输不再具有很好的方向性。时光的传输不再具有很好的方向性。n简单地说，光纤的色散就是由于光纤中光信号中的简单地说，光纤的色散就是由于光纤中光信号中的不不同频率成分同频率成分或不同的模式，或不同的模式，在光纤中传输时，由于速在光纤中传输时，由于速度的不同而使得传

22、播时间不同度的不同而使得传播时间不同，因此造成光信号中的，因此造成光信号中的不同频率成分或不同模式到达光纤终端有先有后，从不同频率成分或不同模式到达光纤终端有先有后，从而产生而产生波形畸变的一种现象。波形畸变的一种现象。 光线光线缺陷缺陷n3.非线性效应非线性效应n光纤通信中，激光器输出的高功率导光纤通信中，激光器输出的高功率导致光纤的非线性极为显著。致光纤的非线性极为显著。n非线性效应：在非线性效应：在输出端可以产生输入输出端可以产生输入端所没有的新的频率分量端所没有的新的频率分量。光纤的传输性能光纤的传输性能1. 1. 衰减衰减( (LossLoss) )(1)(1)衰减衰减( (dBdB

23、 ) ) 衰减是光纤的一个重要传输参数。它表明了衰减是光纤的一个重要传输参数。它表明了光纤对光能量的传输损耗，对光纤质量的评定光纤对光能量的传输损耗，对光纤质量的评定和对光纤通信系统的中继距离的确定都起着十和对光纤通信系统的中继距离的确定都起着十分重要的作用，其评定量纲为分重要的作用，其评定量纲为dBdB。 (2)(2)衰减系数衰减系数( (dB/kmdB/km) )n衰减系数定义为单位长度光纤引衰减系数定义为单位长度光纤引 起起的光功率衰减，其评定量纲为的光功率衰减，其评定量纲为dB/KmdB/Km。光缆n按芯数分为单芯、双芯按芯数分为单芯、双芯、多芯、多芯n按敷设场合分为架空、按敷设场合分

24、为架空、直埋、管道、移动、室直埋、管道、移动、室内、水下、海底等内、水下、海底等n按用途分为通信用光缆按用途分为通信用光缆和非通信用光缆和非通信用光缆加强加强元件元件加强加强元件元件加强加强元件元件加强加强元件元件加强加强元件元件光纤光纤光纤通信系统的组成光纤通信系统的组成光纤光纤光纤光纤电电端端机机调调制制光光检检测测判判决决再再生生光光源源光光源源光光检检测测放放大大电电端端机机光发信机光发信机光收信机光收信机中继器中继器光发送机光发送机码型变换码型变换光源驱动光源驱动发送光源发送光源温控电路温控电路光检测器光检测器自动功率控制自动功率控制图5-6 光发送机组成原理框图将HDB3码或CMI

25、码变化为NRZ码将电信号加载到光束上产生光信号光源n在光纤通信系统中，在光纤通信系统中，光源光源产生光纤通信系统所需要产生光纤通信系统所需要的的载波载波。n1. 激光二极管（激光二极管（LD） 半导体激光器在注入电流达到一定数值（半导体激光器在注入电流达到一定数值（IIt）时，才发出；而时，才发出；而IM）nmBnB码又叫分组码，是把输入的信息码流以码又叫分组码，是把输入的信息码流以m比特（比特（mB）分为一组，再按分为一组，再按一定规则（变一定规则（变换表）变换成换表）变换成n比特（比特（nB）一组的码组输出一组的码组输出。n常用码型：常用码型：5B6B码码 0111 1111111 011

26、0 1110110 0101 1101101 0100 1100100 0011 1011011 0010 1010010 0001 1001001 0000 10000004B3B3B和和4B的码字的码字 n这种码型是把输入的信息码流按这种码型是把输入的信息码流按m比特分为一比特分为一组，再在每组的组，再在每组的m位之后插入一个比特位之后插入一个比特（根据（根据每组中奇偶校验结果，插入奇偶校正位），组每组中奇偶校验结果，插入奇偶校正位），组成线路码。成线路码。插入比特码n扰码是把已知的二进制序列扰码是把已知的二进制序列按一定方法加入按一定方法加入到信息码流中到信息码流中，在接收端，用同样方法

27、再恢，在接收端，用同样方法再恢复出原来的信息码流复出原来的信息码流。扰码提纲n光纤通信概述n光纤通信系统n同步数字体系nSDH的产生nSDH的特点nSDH帧结构nSDH复用原理PDH(Plesiochronous Digital Hierarchy)nPDH:准同步数字序列。所谓准同步，就是被复准同步数字序列。所谓准同步，就是被复接的接的支路信号的时钟来自不同的时钟源支路信号的时钟来自不同的时钟源（即各（即各自都有自己的时钟）各支路信号的数码率都可自都有自己的时钟）各支路信号的数码率都可以在标称值上以在标称值上有偏差有偏差，各支路信号的时钟和本，各支路信号的时钟和本机的机的定时信号是异步的定时

28、信号是异步的，所以准同步复接又称，所以准同步复接又称为异步复接。为异步复接。nPDH有三个有三个系列，分别是日本系列、北美系列系列，分别是日本系列、北美系列、欧洲系列，各系列定义的速率等级以及速率欧洲系列，各系列定义的速率等级以及速率层次各不相同。层次各不相同。通常我们经常用一次群（基群通常我们经常用一次群（基群）、二次群、三次群、四次群以及高次群来描）、二次群、三次群、四次群以及高次群来描述述PDH的速率的速率。 对于以对于以2.048 Mb/s为基础速率的制式，各次群的话路为基础速率的制式，各次群的话路数按数按4倍递增，速率的关系略大于倍递增，速率的关系略大于4倍。倍。 对于以对于以1.5

29、44 Mb/s为基础速率的制式，在为基础速率的制式，在3次群以上，次群以上，日本和北美各国又不相同，日本和北美各国又不相同， 看起来很杂乱。看起来很杂乱。 PDH各次群比特率相对于其标准值有一个规定的容各次群比特率相对于其标准值有一个规定的容差，而且是异源的，通常采用正码速调整方法实现准同步差，而且是异源的，通常采用正码速调整方法实现准同步复用。复用。 1次群至次群至4次群接口比特率早在次群接口比特率早在1976年就实现了标准化，年就实现了标准化，并得到各国广泛采用。并得到各国广泛采用。 PDH主要适用于中、低速率点对点的传输。主要适用于中、低速率点对点的传输。n 1、接口方面、接口方面n 电

30、接口电接口只有地区性的电接口规范，无只有地区性的电接口规范，无 世界世界标准。标准。造成国际间互通困难。造成国际间互通困难。n PDH有有3种速率等级：欧洲和中国（种速率等级：欧洲和中国（2Mb/s）、）、日本、北美（日本、北美（1.5Mb/s）n 光接口光接口无光接口规范，各厂家独自开发。无光接口规范，各厂家独自开发。在同一数字等级上光接口的信号速率不一样。在同一数字等级上光接口的信号速率不一样。PDHPDH的固有缺陷：的固有缺陷： 1.5Mbit/s2Mbit/s日本系列北美系列欧洲系列1.6Gbit/s400Mbit/s100Mb/s32Mbit/s6.3Mbit/s*4*4*3*5*4

31、*46.3Mbit/s*745Mbit/s274Mbit/s*6*48Mbit/s*434Mbit/s*4130Mbit/s*4565Mbit/s准同步数字系列（PDH)n2、复用方式：、复用方式：n复用复用/解复用的方式，决定高速信号上解复用的方式，决定高速信号上/下下低速信号的方便性。低速信号的方便性。nPDH采用采用异步复用异步复用方式：低速信号在高方式：低速信号在高速信号中的位置无规律性，即无预知性，速信号中的位置无规律性，即无预知性，即不能从高速信号中直接分离低速信号。即不能从高速信号中直接分离低速信号。n从高速信号插从高速信号插/分低速信号要一级一级分低速信号要一级一级进行，层层的

32、复用进行，层层的复用/解复用增加了信号解复用增加了信号的损伤，不利于大容量传输。的损伤，不利于大容量传输。PDHPDH的固有缺陷：的固有缺陷： 140Mb/s34Mb/s34Mb/s8Mb/s8Mb/s2Mb/s解解解复复复用用用复复复用用用140Mb/sn3、运行维护功能（、运行维护功能（OAM）nOAM决定设备维护成本，与信号帧中开销决定设备维护成本，与信号帧中开销（冗余）（冗余） 字节的数量有关；字节的数量有关；nPDH信号帧中用于信号帧中用于OAM的开销少，的开销少，OAM功功能弱，能弱， 系统安全性差系统安全性差n4、无统一的网管接口，无法形成统一的、无统一的网管接口，无法形成统一的

33、TMN因此，因此，PDH体制不适应大容量传输网的组建，体制不适应大容量传输网的组建，SDH体制应运而升。体制应运而升。PDHPDH的固有缺陷：的固有缺陷： 同步数字体系（SDH）nSDH(Synchronous Digital Hierarchy) 所谓SDH是一套可进行同步信息传输、复用、分插和交叉连接的标准化数字信号的结构等级。n北美的同步光网络（SONET）n1988年CCITT（现ITU-T）重新命名为SDH，使之成为不仅适用于光纤，也适用于微波和卫星传输的技术体制。SDH的特点n具有世界范围内统一的网络节点接口。具有世界范围内统一的网络节点接口。n有一套标准化的信息结构等级，称为同步

34、传输模块有一套标准化的信息结构等级，称为同步传输模块STM-1，STM-4，STM-16，STM-64n页面式的帧结构页面式的帧结构.n采用了同步复用和灵活的复用映射结构采用了同步复用和灵活的复用映射结构,使低阶信号使低阶信号和高阶信号的复用和高阶信号的复用/解复用一次到位解复用一次到位,简化了传输处理简化了传输处理设备的品种和数量设备的品种和数量.n既能兼容现存的各种既能兼容现存的各种PDH系列系列,又充分考虑了未来新又充分考虑了未来新业务的发展业务的发展.n采用了指针调整技术采用了指针调整技术.n引入了引入了“虚容器虚容器”的概念的概念.n采用了分插复用器采用了分插复用器(ADM)和数字交

35、叉连接和数字交叉连接(DXC)等设等设备备.归纳起来，SDH最为核心的有三大特点 ：n(1)同步复用 n(2)强大的网络管理能力 n(3)统一的光接口及复用标准 SDH的特点AU PTRSOH9*270*N字节SOHSTM-N(Payload)9*N261*N270*N列STM-N帧结构(含POH)SOH：段开销AU PTR：管理单元指针POH：通道开销帧结构的组成n信息净负荷区域（payload）n存放待传送的各种信息码(待传的低速信号)的地方，其中包含少量用于通道性能监视、管理和控制的通道开销字节（POH）。n信息净负荷区相当于STM-N这辆运货车的车箱，车箱内装载的货物就是经过打包的低速

36、信号待运输的货物。为了实时监测货物（打包的低速信号）在传输过程中是否有损坏，在将低速信号打包的过程中加入了监控开销字节通道开销（POH）字节。何谓通道、段？n举例: STM-1信号可复用进632Mbit/s的信号，那么换一种说法可将STM-1信号看成一条传输大道，那么在这条大路上又分成了63条小路，每条小路通过相应速率的低速信号，那么每一条小路就相当于一个低速信号通道，通道开销的作用就可以看成监控这些小路的传送状况了。n这63个2M通道复合成了STM-1信号这条大路此处可称为“段”了。71SDH传送网分层模型电 路 层 网 络VC-11VC-12VC-2VC-3VC-3VC-4复用段层网络再生

37、段层网络物理层网络低阶通道层高阶通道层段层电路层通道层传输媒质层SDH传送层72传送网的分层与分割n电路层n通道层n低阶通道层n高阶通道层n传输媒质层n段层n复用段层n再生段层n物理层段开销(SOH:Section Overhead)n所谓段开销是指为保证信息正常、灵活、有效地传送所必须附加的字节，它主要用于网络的运行、管理、维护及指配（OAM&P）。 再生段开销(RSOH) 复用段开销(MSOH)n通道开销（POH） 低阶通道开销（LPOH） 高阶通道开销（HPOH） n（1）帧定位字节:A1、A2n（2）再生段踪迹字节：J0:跟踪通道连接情况n（3）数据通信通路（DCC）:D1D1

38、2：为网管提供专用通路；n（4）公务联络字节:E1（再生段开销）、E2（复用段开销）n（5）使用者通路字节:F1n（6）比特间插奇偶校验8位码（BIP-8）:B1（用在再生段误码检测）段开销字节图2-8-6 STM-1 SOH字节安排POH VS SOHn段开销可进行对STM-N这辆运货车中的所有货物在运输中是否有损坏进行监控，nPOH的作用是当车上有货物损坏时，通过它来判定具体是哪一件货物出现损坏。nSOH完成对货物整体的监控，POH是完成对某一件特定的货物进行监控。n当然，SOH和POH还有一些管理功能。 v(3) 管理单元指针(AU PTR)。管理单元指针是一种指示符， 主要用于指示Pa

39、yload第一个字节在帧内的准确位置(相对于指针位置的偏移量)。n采用指针技术是SDH的创新，结合虚容器(VC)的概念， 解决了低速信号复接成高速信号时，由于小的频率误差所造成的载荷相对位置漂移的问题。管理单元指针SDH的一般复用结构是由一些基本复用映射单元组成的，有若干个中间复用步骤的复用结构，具有一定频差的各种支路的业务信号要想复用进STM-N帧都要经历映射、定位校准和复用三个步骤。STM复用原理C-4C-4C-3C-3C-2C-2C-12C-12C-11C-11VC-3VC-3VC-2VC-2VC-12VC-12VC-11VC-11TU-2TU-2TU-12TU-12TU-11TU-11

40、TU-3TU-3TUG-2TUG-2TUG-3TUG-3VC-3VC-3AUGAUGAU-4AU-4VC-4VC-4STM-NSTM-NAU-3AU-3指针处理指针处理复用复用定位校准定位校准映射映射SDH通用复用映射结构通用复用映射结构139 264kbit/s34 368kbit/s44 736kbit/s6 312kbit/s2 048kbit/s1 544kbit/s134177331N各种业务信号纳入各种业务信号纳入STM-N帧的过程都要经历映射、定位和复用三个步骤。帧的过程都要经历映射、定位和复用三个步骤。n1容器（容器（Container），），C-nx（n= 14）n2虚容器（

41、虚容器（Virtual Container），），VC-nx 基本虚容器，基本虚容器，VC-n（n= 1、2） 高阶虚容器，高阶虚容器，VC-n（n= 3、4） n3支路单元（支路单元（Tributary Unit），），TU-nx（n= 13）n4支路单元组（支路单元组（Tributary Unit Group），），TUG-n（n= 2、3）n5管理单元（管理单元（Administrative Unit），），AU-n（n= 3、4）n6管理单元组（管理单元组（Adminstraive Unit Group，AUG）n7基本同步传输模块基本同步传输模块STM-1n8N阶同步传输模块阶同步传

42、输模块STM-N复接单元容器(C)容器是容器是SDH系统的基本负载单元系统的基本负载单元2 Mbit/s 准同步码流准同步码流码速调整字节码速调整字节C12除开销有效负荷之外容器也传输最终用户的信息容器容器C-11C-12C-2C-3C-4容器速率容器速率（Mbit/s）1.6002.1766.78448.384149.760基帧速率基帧速率（kHz）88888基帧结构基帧结构（字节）（字节）93294291229849260虚容器 (VC)CPOH一个虚容器包括一个虚容器包括:一个容器和通道开销一个容器和通道开销 POH (Path Overhead)通道开销通道开销VC12C容器容器POH

43、虚容器虚容器VC-11VC-11VC-12VC-12VC-2VC-2VC-3VC-3VC-4VC-4周期或复帧周期或复帧周期（周期（usus）500500500500500500125125125125基帧或复帧基帧或复帧频率（频率（HzHz）2000200020002000200020008000800080008000基帧结构基帧结构4(94(93 31)1)4(94(94 41)1)4(94(912121)1)9 985859 9261261容量（字节容量（字节数）数）10410414014042842876576523492349速率（速率（Mbit/sMbit/s）1.6641.66

44、42.2402.2406.8486.84848.96048.960150.336150.336 VC-12 VC-3POHC-3 ( 34/45Mb/s )85列POHC-12 ( 2Mb/s )4列9行复用与映射复用与映射VC12VC2VC：是SDH中最重要的一种信息结构。可在通道中任一点 取出或插入，进行同步复用或交叉连接处理，方便灵活。SOHVC3支路单元 (TU)TU 指针指针TU12VC12虚容器虚容器n一个支路单元包括一个支路单元包括:n 一个虚容器一个虚容器 (VC)n 包含基本负荷n 和通道开销 POH (Path Overhead)n 以及支路单元指针以及支路单元指针n 指针

45、指出VC的开始和指针变化的终值，n 在TU帧的内部允许动态排列n支路单元组支路单元组TUGTUGn一个或多个一个或多个TUTU的组合的组合n管理单元管理单元AUAUn提供高阶通道层和复用段层间适配功能的信息结构提供高阶通道层和复用段层间适配功能的信息结构nAU-nAU-nVC-nVC-nAU-n PTRAU-n PTRn管理单元组管理单元组AUGAUGn一个或多个一个或多个AUAU的组合的组合n在在SDH中，映射是指将中，映射是指将PDH信号比特流或其他信号比特流或其他类型的信号比特流经过速率和格式的变换，放置类型的信号比特流经过速率和格式的变换，放置到到SDH容器中的确切位置上去。容器中的确

46、切位置上去。映射 复用复用n复用是指几路信号逐字节间插或逐比特间插合为一路信号的过复用是指几路信号逐字节间插或逐比特间插合为一路信号的过程。在程。在SDH中基本采用中基本采用逐字节复用逐字节复用。nSTM-N的段开销由的段开销由N个个STM-1段开销按字节间插同步间插复用段开销按字节间插同步间插复用而成，但只有第一个（而成，但只有第一个（STM-1）的段开销完全保留，其余）的段开销完全保留，其余N 1个个STM-1的段开销仅保留的段开销仅保留A1、A2和和3个个B2字节，其他的字节全字节，其他的字节全部省略，如下图所示部省略，如下图所示STM-4开销分布。开销分布。A1A1A1A1A1A1A1

47、A1A1A1A1A1A2A2A2A2A2A2A2A2A2A2A2A2J0Z0Z0Z0*B1E1F1D1D2D3B2B2B2B2B2B2B2B2B2B2B2B2K1K2D4D5D6D7D8D9D10D11D12S1M1E2X保留为国内使用*未扰码字节（注：所有位标注字节保留为将来国际使用）*9行36 列RSOHMSOH管理单元指针AU-PTR定位n定位是一种将帧偏移信息收进支路单元或管理单元的过程n定位由TU-ATR或AUU-PTR完成我国规定的SDH复用映射结构nSDH不仅适合于点对点传输，而且适合于多点之间的网络传输。nSDH传输网传输网由SDH终接设备（终接设备（TM)、分插复用分插复用设

48、备设备ADM、数字交叉连接设备数字交叉连接设备DXC等网络单元以及连接它们的(光纤)物理链路构成。SDH网络92SDH基本网元类型（1）TM . 终端复用器终端复用器 TM 在线形网的端站，把PDH / SDH 支路信号复用成SDH线路信号，或反之。PDH支路信号 SDH支路信号OAM线路信号STM-NTM93SDH基本网元类型（2）ADM . 分插复用器分插复用器 ADM 设在网络的中间局站，完成直接上、下电路功能。PDH支路信号 SDH支路信号OAM东侧线路信号西侧线路信号STM-NSTM-NADM94SDH基本网元类型（3）REG . 再生器再生器 REG 设在网络的中间局站，目的是延长

49、传输距离，但不能上、下电路。 OAM东侧线路信号西侧线路信号STM-NSTM-NREG95SDH基本网元类型（4）DXC . 数字交叉连接设备数字交叉连接设备 DXC 兼有同步复用、分插、交叉连接、网络的自动恢复与保护等多项功能的SDH 设备。PDH支路信号 STM-NSTM-N SDH支路信号DXC图SDH拓扑结构图图2-8-2SDH网络单元示意图网络单元示意图图图 SDH传输网的典型拓扑结构传输网的典型拓扑结构TMADMDXCADMTMTMTMADMSTM-nSTM-nDXCADMTMSTM-NSTM-NSTM-NSTM-NSTM-NSTM-NSTM-NSTM-nSTM-n低速信号低速信号

50、低速信号低速信号(nN)99SDH网络结构100SDH传输网结构n省际干线网n网络结构以网孔形为主，并辅以少量线形网。n汇接节点由DXC 4/4组成n光纤链路主要是STM-4/STM-16或STM-16/STM-64速率系统组成。n省内干线网n在业务量大、节点多的省内网络结构采用网孔形；业务量较大、节点数少的省内网络结构为环形。n汇接节点由DXC4/4或DXC4/1组成n光纤链路是STM4/16传输链路101SDH传输网结构n中继网n一般中等城市采用环形网，由ADM组成速率为STM-4/STM-16的自愈环。n特大和大城市可采用环形网加DXC组网。n基本网络单元为DXC4/1,ADMn传输链路

51、由STM-4和STM-16组成n用户接入网n网络结构可采用环形、线形及星形n基本网络单元为ADM、TMn传输链路由STM-1或Sub STM-N组成5.4光波分复用（光波分复用（WDM） n5.4.1 WDM的产生的产生 n5.4.2 WDM的概念 n5.4.3 WDM的特点的特点n5.4.4WDM系统的基本应用形式 WDM的概念的概念高速路加油站巡逻车什么是波分复用？Wavelength Division multiplexingEach wavelength is like a separate channel (fiber)n由于系统设计的不同，每个波长之间的间隔宽度也会有差别，按照通道

52、间隔的差异，可以细分:n（，通道间隔25）n（，3.2通道间隔25 ）n（，通道间隔3.2）。 波分复用系统的基本形式波分复用系统的基本形式nWDM系统主要有如下的两种形式：系统主要有如下的两种形式：n1.双纤单向传输双纤单向传输n单向单向WDM是指所有光波长同时在一根光纤上是指所有光波长同时在一根光纤上沿同沿同一方向传送一方向传送（如图（如图 所示）；所示）；n在发送端将载有各种信息的、具有在发送端将载有各种信息的、具有不同波长的已调不同波长的已调光信号光信号1，2，3，4，n通过光复用器组合在通过光复用器组合在一起，并在一根光纤中单向传输。一起，并在一根光纤中单向传输。n由于各信号是通过不同光波长携带的，因而彼此之由于各信号是通过不同光波长携带的，因而彼此之间不会混淆。间不会混淆。n 在接收端通过光解复用器将不同波长的信号分开在接收端通过光解复用器将不同波长的信号分开， 完成多路光信号传输的任务完成多路光信号传输的任务。图图 双纤单向传输的双纤单向传输的WDM系统系统n2.单纤双向传输单纤双向传输n单纤双向传输如图单纤双向传输如图 所示。所示。n双向：不同光波长在一根光纤上双向：不同光波长在一根光纤上同时向两个不同的同时向两个不同的方向传输方向传输，但是两个方向所用的，但是两个方向所用的波长相互分开波长相互分开，