光传送网概念及设计基础

1、第1页光传送网概念及设计基础光传送网概念及设计基础移动设计研究院2005年8月第2页提提 纲纲光传送网的基本概念光传送网的基本概念光传送网工程设计基础光传送网工程设计基础第3页一一. .光传送网的基本概念光传送网的基本概念 第4页通信通信信息的传递过程信息的传递过程通信系统通信系统实现点实现点- -点间通信的全部设施点间通信的全部设施光传送网是整个通信网络的重要组成部分光传送网是整个通信网络的重要组成部分第5页光纤通信光纤通信现代通信中传输系统的主要方式现代通信中传输系统的主要方式用 户终 端用 户终 端用 户环 路用 户终 端交 换设 备复 接设 备发送机接收机用 户环 路用 户终 端交 换

2、设 备分 接设 备卫星通信微波通信光纤通信移动通信传输系统信息信息信息信息现代通信方式示意图第6页传输损耗小。目前实用单模光纤在传输损耗小。目前实用单模光纤在1550nm波长下的波长下的衰减系数已降到衰减系数已降到0.2dB/km以下。以下。传输带宽非常宽。光载波的潜在通信容量可达到传输带宽非常宽。光载波的潜在通信容量可达到40,000Gbit/s。通信方式通信方式载波载波载频（载频（Hz）可利用带宽可利用带宽（Hz）潜在通信容量潜在通信容量（bit/s）可传送话可传送话路数路数电缆通信电缆通信射频电波射频电波1109（1GHz）100M200M3000微波通信微波通信微波微波11011（3m

3、m）10G20G30万万光纤通信光纤通信光波光波11014（1.5m）20,000G40,000G6亿亿三种信号载波比较三种信号载波比较 第7页 传输距离长。可以实现超长距离的传输。传输距离长。可以实现超长距离的传输。 抗电磁干扰能力强。抗电磁干扰能力强。 光纤成缆后机械性能好。光纤成缆后机械性能好。 建设成本低。建设成本低。第8页第一次飞跃第一次飞跃20世纪世纪60年代。年代。半导体激光器诞半导体激光器诞生和半导体光检生和半导体光检测器的研究成功。测器的研究成功。用玻璃制成衰减用玻璃制成衰减为为20dB/km的通的通信光导纤维，信光导纤维，1970年美国康宁年美国康宁公司首先制出了公司首先制

4、出了衰减为衰减为20dB/km的光纤。的光纤。 第二次飞跃第二次飞跃第三次飞跃第三次飞跃2020世纪世纪7070年代末。年代末。19791979年发现了光年发现了光纤在纤在1310nm1310nm和和1550nm1550nm的低损耗的低损耗窗口，紧接着单窗口，紧接着单模光纤问世，光模光纤问世，光纤的衰减系数一纤的衰减系数一下子降到了下子降到了0.5dB/km0.5dB/km以下，以下，达到了可以实用达到了可以实用化的程度。化的程度。 2020世纪世纪9090年代初。年代初。19891989年掺饵光纤年掺饵光纤放大器（放大器（EDFAEDFA）的研制成功是光的研制成功是光纤通信新一轮突纤通信新一

5、轮突破的开始。使得破的开始。使得光纤通信的传输光纤通信的传输速率迅速提高，速率迅速提高，并促成了波分复并促成了波分复用技术的实用化。用技术的实用化。第9页下一次飞跃会在哪里？下一次飞跃会在哪里？未来达到光纤通信容量极限的多路通信模式可能是：未来达到光纤通信容量极限的多路通信模式可能是： 第10页假设参考通道（HRP） 两个用户（通道端点）间的国际最长HRP为27500km。终端国PEPIGIGIGPEP中间国（最多四个）国间部分（如海缆）终端国国内部分国内部分国际部分假设参考通道 27 500 km全程端到端全程端到端27 500 km HRP组成组成第11页我国国内标准最长HRP为 6900

6、 km其中核心网（包括长途网和中继网）最长HRP为6800km50 km6900 km我国国内标准最长我国国内标准最长HRP用户用户本地节点长途节点长途节点长途节点本地节点150 km6500 km150 km50 km接入网中继网长途网中继网接入网第12页数字段和复用段复用段SDH数字段和复用段数字段和复用段TM数字段REGREGADMREGREGTM数字段复用段数字段STM-NSTM-NSTM-MSTM-MSTM-MSTM-M（M N）第13页（一）SDH技术定义：同步数字体系（SDHSynchrounous Digital Hierarchy）是一整套可以进行同步数字传输、复用和交叉连接

7、的标准化数字传送结构体系，用来通过物理传输网络传送经适配的业务信息。工作波长区：1310nm和1550nm波长区。传输比特率：传输的信号由不同等级的同步传送模块（STM-N）信号组成，N为1、4、16、64和256。第14页SDH的帧结构的帧结构13459再生段开销（RSOH）管理单元指针（AU PTR）复用段开销（MSOH）STM-N 净负荷（Payload）9xN 列(字节)261xN 列(字节)270 xN 列(字节)9 行STM-N 帧结构第15页电 路 层 网 络VC-11VC-12VC-2VC-3VC-3VC-4复用段层网络再生段层网络物理层网络电路层通道层传输媒质层SDH传送层段

8、层高阶通道层低阶通道层SDH传送网分层模型传送网分层模型第16页SDH的主要特点的主要特点 具有一套全球通用的光接口标准。 不同厂家设备之间具有高度兼容性。 各级信号速率精确地符合N155.520Mbit/s关系 （N为同步复用信号等级）。 具有丰富的辅助（开销）通路可供网络管理使用。 采用同步的组网方式。 强大的网络管理能力。 自愈功能。 具有高度的灵活性 （指组网、上/下电路、带宽管理等）。第17页SDH网元类型网元类型ADMADMADMADMTMADMDXCADMSDH环ASDH环BADMADMTMREG 分插复用器：ADM 终端复用器：TM 再生中继器：REG 交叉连接器：DXC第18

9、页（二）WDM技术波分复用（波分复用（WDM）可以实现在单根光纤上同时传送多个波长。）可以实现在单根光纤上同时传送多个波长。WDM系统具有巨大的优势：系统具有巨大的优势： (1) 可以充分利用光纤的巨大带宽资源；(2) 大大节省了光纤资源；(3) 显著降低通信系统单位通信容量的建设成本；(4) 促进了STM-64甚至STM-256传输系统的实用化；(5) 具有对不同速率、不同业务类型、不同系列的信号透明性；(6) 适应未来全光网的需要。WDM通过衰耗补偿、色散补偿和光分插复用技术，实现长距离的无电中继传输，为今后的全光网络创造了必要条件。 第19页WDM系统类型系统类型单向WDM与双向WDM

10、单向WDM系统采用两根光纤，每根光纤中所有波长的信号都 在同一方向上传播。 双向WDM系统采用一根光纤，多个波长的信号可以在两个方向上同时传播。开放式与集成式WDM系统 开放式-波长转换器、合/分波器、光放大器、光监控单元等是分立的，满足光接口规范的不同厂家可以相互兼容。 集成式-采用光电集成技术将几个单元乃至整个设备集成在一起。统一的光接口消失，纵向和横向兼容性消失。第20页WDM系统的总体组成系统的总体组成 光发送部分光合波与分波部分光传输与线路放大部分发送发送OTU1发送发送OTU2发送发送OUT N光光合合波波器器OM光光分分波波器器OD接收接收OTU1接收接收OTU2接收接收OUT

11、NOSC RX/TXOSC TXOSC RXOTM1OLAOTM2WDM系统总体结构示意图系统总体结构示意图 OBAOPA光接收部分光监控信道部分第21页（三）MSTP技术MSTP是基于SDH平台的多业务传送节点，同时实现TDM、ATM、以太网等业务的接入、处理和传送。MSTP是目前城域传送网的主流技术。MSTP除具有标准SDH的功能外，还具有以下主要功能特征 ： (1) 具有PDH、SDH、ATM、以太网业务的接入和传送功能 ；(2) 具有ATM业务、以太网业务映射到SDH虚容器的指配功能；(3) 具有带宽统计复用功能，可通过流量控制，实现带宽共享；(4) 可提供以太网二层交换及ATM交换功

12、能；(5) 具有多方向业务汇聚能力 （如从多个线路VC端口交换到支路端口的能力 ）。第22页DXC4/4DXC4/4DXC4/4DXC4/4STM-16/64STM-16/64网状网环形网DXC4/1DXC4/4DXC4/1STM-16/64STM-16/64网状网环形网ADMSTM-16ADMADMADMSTM-16STM-16STM-4DXC4/1DXC4/1环形网星形环形线形ADMADMTMTMTMADMTMADMSTM-1/4STM-16STM-1STM-1STM-1第1层-省际干线第2层-省内干线第3层-中继网第4层-接入网我国光传送网结构分我国光传送网结构分4个层面：个层面：第23

13、页业务量需求为决定性因素。网络的层次划分及定位。光缆网的组织情况，如光缆路由、纤芯使用等。网络安全保护策略。对今后网络扩容、升级的考虑。确定组网结构的几个主要因素：确定组网结构的几个主要因素：第24页第25页第26页第27页第28页第29页第30页二二. .光传送网工程设计基础光传送网工程设计基础 第31页 传输网络现状调查传输网络现状调查业务需求调查、预测、分析业务需求调查、预测、分析传输网络建设方案制订传输网络建设方案制订根据客户要求编制可行性研究报告或方案设计文件根据客户要求编制可行性研究报告或方案设计文件可研评估、方案会审可研评估、方案会审通过现场查勘，收集设备安装设计所需的资料通过现

14、场查勘，收集设备安装设计所需的资料根据调查查勘资料，编制工程设计文件根据调查查勘资料，编制工程设计文件设计会审、交底及修改设计会审、交底及修改第32页 以设计为主线的项目建设过程以设计为主线的项目建设过程项目前期项目前期项目立项项目立项可研调查可研调查编制编制可研报告可研报告可研会审可研会审、修改、修改可研批复可研批复项目建议书可研调查提纲顾客提供的资料其它调查资料调研报告可研报告文件质量控制文件-计划书-设计评审-校审-批准出版会审记录或纪要设计更改联系单（或修改册）设计更改需审批可研批复文件第33页 设计前期设计前期设备招标设备招标（标书）（标书） 评标评标合同合同及签定及签定工程查勘工程

15、查勘 设计设计联络会联络会 技术规范书-工程部分-技术部分技术澄清按用户要求做好评标工作：-价格调整表-技术对比表-产品报告参与合同编制-核对设备配置-核对合同价款-核对技术指标合同小签查勘计划安排查勘提纲查勘记录查勘报告设计联络会预案设备厂验设备厂验 厂验预案第34页 设计阶段设计阶段设计文件设计文件编制编制 施工施工协调会协调会 设计会审设计会审施工图交底施工图交底 设计修改设计修改预算调整预算调整 会议记录或纪要设计文件质量控制文件-计划书-设计输入-设计评审-校审-批准出版会审记录或纪要设计更改联系单（或修改册）预算调整表设计批复设计批复批复文件第35页 设计后期设计后期设备到货设备到

16、货安装调测安装调测 设备初验设备初验编制编制验收指标验收指标 试运行试运行初验报告按用户要求做好现场服务-示范站-现场解决问题-设计更改设备验收指标的编制及审批终验终验及开通及开通 终验报告第36页 现状调查和确定业务需求现状调查和确定业务需求是工程设计的重要前提是工程设计的重要前提现状调查的主要内容现状调查的主要内容现有传输网络的网络结构、设备配置、业务流向及通路组织安排 ；现有网管系统的设置、同步时钟设置；有关光纤类型、光缆路由、纤芯分配及使用情况 ；了解局站的设置情况，特别是交换局、中心局等的功能定位；局站的机房条件、电源配套等情况 （详细在工程查勘时进行）。确定业务需求确定业务需求明确

17、业务需求类型：服务对象？需求类型？明确业务满足年限，通过业务预测确定需求量-业务矩阵表；业务需求的确定非常重要，关系到下一步的网络建设方案的制订。 第37页 根据已明确的业务需求来确定传输网络容量根据已明确的业务需求来确定传输网络容量 网络的冗余量一般取70%80% ；接入层网络多以155M或622M系统为主；骨干层网络多采用2.5G或10G系统；一般来说，当2.5G系统数超过2个时，可考虑采用10Gb/s系统；WDM系统应根据其承载的SDH系统数量、速率及其它承载业务情况来确定制式及容量。 第38页主设备主要有主设备主要有PDH、SDH、DXC和和WDM设备设备PDH：以二次群（8M速率）为

18、主，主要用于接入网的末端。SDH：有标准155M/622M设备、集成型155M/622M设备、2.5G设备、10G设备、40G设备，应用于网络的各个层面。MSTP可以归属于SDH设备，主要应用于城域网和接入网中。WDM：目前有2.5G、10G及2.5G/10G混合平台，可提供8波、16波、32波、40波、160波系统，在干线上应用较多。DXC：常用有DXC4/4、DXC4/1 ，应用在干线场合。传输设备主要分为主设备和配套设备两大类：传输设备主要分为主设备和配套设备两大类：第39页配套设备主要有：配套设备主要有：ODF：光纤配线架，种类较多，按外形和安装方式，可分壁挂式（或箱式）、窄架式和宽架

19、式。DDF：数字配线架，以宽架为主，宽度一般为480mm、520mm、600mm，厚度以300mm（单面）和450mm（双面）为主。从接线方式又可分为仿西门子、仿富士通、仿AT&T等几种形式。列头柜/尾柜：按设备列的厚度一般为300mm宽或600mm宽。与电源分配柜/分支柜的连接应有主、备用工作电源线、工作地线及保护地线，并配备设备所需的主备熔丝。电源分支柜：常用于新设的机房，负责一个区域的设备供电，为列头柜提供电源。一般尺寸为600 x600mm（宽x深）。第40页传输设备与外围设备的连接传输设备与外围设备的连接第41页要遵循机房的整体规划、功能划区。要遵循机房的整体规划、功能划区。

20、新设机房在区域划分时要综合考虑，合理布局。新设机房在区域划分时要综合考虑，合理布局。传输区域应尽量与相关专业区域邻近分布。布线距离尽量缩短，避免线路迂回、超长布线。设备布置与走线槽道的布置应紧密结合。设备布置与走线槽道的布置应紧密结合。注意列间距、主走道、次走道的宽度符合规范要求。设备布局时一定要注意机房层高及楼板的荷载，规范要求传输机房承重为6.0KN/m2，使用未达标准的旧房作机房时一定要请建筑院专业人员进行承重核算承重核算，采取必要的措施，确实不能用的要向建设单位及时提出，并做好相应记录。要事先规划好各种线缆的走线路由，避免压线、减少交叉。要事先规划好各种线缆的走线路由，避免压线、减少交

21、叉。主要线缆有：光缆、软光纤、信号电缆线（2M线、155M线）、网管线、时钟线、告警线、交流电源线、直流电源线、接地线。第42页预留机位MDF预留机位DDF交换设备ODF数据设备传输设备44空调空调电源设备第43页第44页与电源专业接口关系与电源专业接口关系与线路专业接口关系与线路专业接口关系与交换专业接口关系与交换专业接口关系与数据专业接口关系与数据专业接口关系与基站专业接口关系与基站专业接口关系第45页专业通信电源建筑电气交换专业传输设备传输线路基站专业代号ABCDEF专业负责人空调专业G建设单位准备HBTS电池组交流配电设备直流配电屏开关电源交流配电屏油机AAAAB变压器BMSCDDFP

22、DFCCAXX网设备XYYYY设备YAAAPDFDDF传输设备DDODFODFDEAAACCA由设备设计专业提出接线点及其要求由布线设计专业提出接线点及其要求空调空调空调电池组开关电源架交流配电盘FFF传输设备CBFDFGAAACACXY传输设备BSC传输设备PDFFDDDEFF开关电源架电池组A交流配电盘空调AACDDDDBAD基站BSC机房交换局FDDDDDDDFFAABFFGFDBDCABBAAAAXYAAAGGGAAGGG专专业业分分工工界界面面图图第46页主要有以下几种界面划分：主要有以下几种界面划分：以列头柜外侧接线端子为界；以电源分支柜分路接线端子为界；以电源分支柜进线接线端子为

23、界；以直流配电屏分路接线端子为界；以开关电源架分路接线端子为界（基站及小型接入机房）。不同的工程分界点不一样，设计中必须与电源专业或用户沟通，明确分工截面。常规的分工界面在 、 和 。传输专业应给电源专业提供近、远期的电源容量需求。电源分支柜直流配电屏列头柜传输设备开关电源架1234541245第47页以光纤配线架ODF的外侧接线端子为界，ODF设备及安装、ODF至光端设备的双头尾纤由设备专业负责，ODF以外的光缆及光缆引入由线路专业负责。 ODF架中有关光缆加强芯等金属构件的接地，以及光纤与尾纤的热熔接等由线路专业负责。 在特殊情况下，如全部由线路专业完成的工程或用户有要求，可以ODF内侧接

24、线端子为界，光缆成端ODF架的配置由线路专业负责。传输设备光缆光缆ODF外侧内侧双头尾纤第48页一般分工原则：以传输机房数字配线架(DDF)为界，传输专业提供的电路终端到DDF架，包括DDF架安装及架内跳线。以外属交换专业布放。 如交换侧专设DDF，则传输侧DDF和交换侧DDF之间的布线一般由后实施的专业负责。若两专业同时进行，应由项目总负责人协调落实，并要征求用户意见要征求用户意见。如交换需要提供155M光通路，则分界点为ODF，原则同上。传输设备交换设备传输侧DDF交换侧DDF2M线2M线2M线2M线第49页数据专业目前的需求以光接口为主。一般分工原则：以传输机房ODF、DDF为界，传输专

25、业提供的电路终端到ODF/DDF架，包括ODF/DDF架安装及架内跳线。以外属数据专业布放。如数据机房专设ODF/DDF ，则传输侧和数据侧ODF/DDF之间的布线一般由后实施的专业负责。若两专业同时进行，应由项目总负责人协调落实，并要征求用户意见。传输设备数据设备传输侧DDF软光纤2M/155M线2M/155M线软光纤传输侧ODF第50页以数字配线架或数字配线单元(DDF)为界，传输专业提供的电路终端到DDF，包括DDF架安装及架内跳线。以外属基站专业布放。 基站室内走线架由基站专业总体布局。传输专业单独扩容时应考虑新增走线架的安装。基站专业需提供各站的位置、传输容量需求、BTS的归属及新设

26、站的机房布局等。 传输设备基站设备BSCBTS传输侧DDF2M线2M线第51页目前国际上公认光纤通信系统易使用单模光纤作为其传输媒质。单模光纤具有衰减小、带宽宽、成本低、适合大容量传输等优点。影响光纤通信系统的主要因素是光纤的衰耗衰耗和色散色散。单模光纤的种类有：G.652光纤、 G.653光纤、G.654光纤和G.655光纤。目前最常用的光纤为G.652G.652光纤光纤和G.655G.655光纤光纤。第52页G.653光纤光纤G.653光纤（又称色散位移光纤），在1550nm窗口性能较佳，适合传输单波长、大容量系统。因其会出现四波混频(FWM)效应，不适合在WDM系统上应用，今后网上不易使

27、用G.653光纤。G.654光纤光纤G.654光纤（又称1550nm波长衰耗最小光纤），其在1550nm波长区域衰耗极小，低达0.150.19dB/km，零色散点仍在1310nm波长区。主要应用于需要中继距离很长的海底光纤通信，但传输容量不大，如2.5Gb/s系统。第53页G.652光纤光纤G.652光纤（又称色散未移位光纤），拥有光纤（又称色散未移位光纤），拥有1310nm和和1550nm二个二个波长窗口，但在波长窗口，但在1310nm窗口性能最佳。窗口性能最佳。在1310nm波长区域的色散系数最小，低于3.5ps/nm.km；衰耗系数也较小，规范值为0.30.4dB/km。在1550nm波

28、长区域的色散系数较大，一般低于20ps/nm.km；衰耗极低，衰耗系数为0.150.25dB/km。G.652光纤分为三类：光纤分为三类： G.652A、 G.652B、 G.652C。G.652A为普通G.652 光纤，适用于传输最高速率为2.5Gb/s的系统。G.652B在技术上增加了对偏振模色散（PMD）的要求，可用于传输最高速率为10Gb/s的系统，但要注意色散补偿。G.652C是一种低水峰光纤，它在G.652B光纤的基础上把应用波长扩展到13601530nm（S波段）。 波段划分：C波段： 15301565nm；L波段： 15701605nm； G.652光纤目前主要应用于短距低速传

29、输系统，如本地、城域、接光纤目前主要应用于短距低速传输系统，如本地、城域、接入传送网工程中。如要开通入传送网工程中。如要开通10Gb/s系统，必须在工程前进行光纤系统，必须在工程前进行光纤性能测试，主要针对色散指标。性能测试，主要针对色散指标。第54页G.655光纤光纤G.655光纤（又称非零色散位移光纤），工作在光纤（又称非零色散位移光纤），工作在1550nm波长窗口。波长窗口。在1550nm波长区具有较低的色散，色散系数为0.16.0ps/nm.km（约为G.652光纤的四分之一 ），可以支持TDM 10Gb/s的长距离传输而基本无须进行色散补偿。其低色散值足以抑制四波混频与交叉相位调制等

30、非线形效应，从而可以传输足够数量波长的WDM系统。在1550nm波长区的衰耗很小，衰耗系数为0.190.25dB/km。G.655光纤分为二类：光纤分为二类： G.655A、 G.655B。G.655A光纤只适用于C波段，可用于传输最高速率为10Gb/s的SDH系统，以及以10Gb/s 为基群、通道间隔200GHz的WDM系统。G.655B光纤适用于C、L波段，可用于传输最高速率为10Gb/s的SDH系统，以及以10Gb/s 为基群、通道间隔100GHz的WDM系统。 G.655光纤目前主要应用于长距离、高速率干线传输系统。光纤目前主要应用于长距离、高速率干线传输系统。第55页SDH具有标准化

31、的光接口，易于实现横向兼容。具有标准化的光接口，易于实现横向兼容。SDH光接口的类型按照不同系统分为两类：光接口的类型按照不同系统分为两类： 第一类系统光接口第一类系统光接口和和第二类系统光接口第二类系统光接口。第一类是指不包括光放大器及线路速率低于10Gb/s的系统；第二类是指包括光放大器和线路速率达到10Gb/s以上的系统。第56页光接口可用代码形式表示：光接口可用代码形式表示：W表示应用场合，有I、S、L、V、U；Y表示STM的等级，有1、4、16、64；Z表示所用光纤类型和工作波长： “1” 表示所用光纤为G.652光纤，工作波长为1310nm； “2” 表示所用光纤为G.652光纤，

32、工作波长为1550nm； “3” 表示所用光纤为G.653光纤，工作波长为1550nm； “4” 表示所用光纤为G.654光纤，工作波长为1550nm； “5” 表示所用光纤为G.655光纤，工作波长为1550nm。第57页第一类系统光接口位置发送器接收器发送连接器接收连接器光缆设施 S R第二类系统光接口位置光发送机光放大器光放大器光发送机MPI-SMPI-R主光通道第58页传输系统参考配置数字段传输系统参考配置传输系统参考配置终端再生器再生段再生器ADM再生段再生段SRSRMPI-SMPI-R光放BA光放PAS第59页衰减受限再生段距离计算 Ps Pr Pp AcAc L = Af +As

33、 +Mc其中：L：衰减受限再生段长度(km)。Ps：S点寿命终了时的最小发送功率(dBm)。Pr：R点寿命终了时的最差接收灵敏度dBm)。Pp：光通道代价(dB)。AcAc ：SR点之间活动连接器衰减之和(dB)。Af：光纤平均衰减系数(dB/km)。As：光纤固定接头平均衰减(0.04dB/km)。Mc：光缆富余度(dB)： 长途干线时一般用系数法：0.04 dB/km； 本地或短距系统一般用常数法：35dB。注：蓝色数值为参考值 Ps Pr Pp AcAcMc L = Af +As 方法一（长途干线）：方法一（长途干线）：方法二（本地或短距）：方法二（本地或短距）：第60页色散受限再生段距离计算 Dmax L = | D | 其中：L：色散受限再生段长度(km)。Dmax： SR点之间设备允许的最大总色散 值（ps/nm）。| D | ：光纤色散系数（ps/nm.km） 。对于速率为STM-64的系统，再生段设计距离应同时满足系统所允许的衰减、色度色散及极化模色散（PMD）的要求。第61页目前光网络的保护主要在目前光网络的保护主要在SDH层面上实现。层面上实现。SDH传送网的保护分为两大类：路径保护和子网连接保护。传送网的保护分为两大类：路径保护和子网连接保护。路径保护路径保护子网连接保护（子网连接保护（SNCP）：是指对某一子网连接预先安排专用的保