有线传输工程综述

1、WTIWireless Technology Innovation Institute1BUPT通信工程师通信工程师 有线传输工程有线传输工程WTIWireless Technology Innovation Institute2概概 要要 光纤通信基本理论 光纤通信的发展及特点 基本光纤系统组成 光发送机、光接收机 光检测器、光放大器 光传送网技术 光层连网概述 同步数字(SDH)传送网技术 WDM光传送网络 WDM光传送网络基本概念 波分复用光纤网络特点WTIWireless Technology Innovation Institute3光纤通信基本理论光纤通信基本理论WTIWirele

2、ss Technology Innovation Institute4 (1) 光纤通信是以光作为信息载体，以光纤作为传输媒介的通信光纤通信是以光作为信息载体，以光纤作为传输媒介的通信方式。方式。光纤通信技术是光纤通信技术是30年来迅猛发展起来的高新技术，给世界年来迅猛发展起来的高新技术，给世界通信技术乃至国民经济、国防事业和人民生活带来了巨大变革。通信技术乃至国民经济、国防事业和人民生活带来了巨大变革。l 1966年，英籍华人高锟（年，英籍华人高锟（C. K. Kao)预见利用玻璃可以制成衰预见利用玻璃可以制成衰减为减为20dB/Km的通信光导纤维（即光纤）。当时世界上最优秀的通信光导纤维（

3、即光纤）。当时世界上最优秀的光学玻璃衰减高达的光学玻璃衰减高达1000dB/Km。l1970年，美国康宁（年，美国康宁（Corning）公司首先研制成衰减为）公司首先研制成衰减为20dB/Km的光的光纤。从此，光纤就进入了实用化的发展阶段，世界各国纷纷开展光纤纤。从此，光纤就进入了实用化的发展阶段，世界各国纷纷开展光纤通信的研究。通信的研究。WTIWireless Technology Innovation Institute5l高锟博士早就指出降低玻璃内的过渡金属杂质离子是降低光纤高锟博士早就指出降低玻璃内的过渡金属杂质离子是降低光纤衰耗的主要因素，后来研究发现衰耗的主要因素，后来研究发现O

4、H离子对衰耗也有重要影响，离子对衰耗也有重要影响，通过限制上面两方面的杂质离子，通过限制上面两方面的杂质离子，1980年，光纤衰减就降低到年，光纤衰减就降低到了了0.2dB/Km，接近理论值。，接近理论值。这就使得长距离的光纤通信成为这就使得长距离的光纤通信成为可能，这在光纤通信史上具有里程碑的意义。可能，这在光纤通信史上具有里程碑的意义。l我国目前也有相当多的公司可以拉制性能很好的通信光纤，比我国目前也有相当多的公司可以拉制性能很好的通信光纤，比如长飞、大唐电信等等。如长飞、大唐电信等等。l不同种类的光纤也相继研发出来，比如不同种类的光纤也相继研发出来，比如色散位移光纤、保偏光色散位移光纤、

5、保偏光纤、掺杂光纤、塑料光纤、光子晶体光纤等等。纤、掺杂光纤、塑料光纤、光子晶体光纤等等。WTIWireless Technology Innovation Institute6l 目前，半导体激光器不仅可以在室温下工作，而且其直目前，半导体激光器不仅可以在室温下工作，而且其直接调制速率可以达到接调制速率可以达到10Gbit/s乃至更高，逐渐满足了高乃至更高，逐渐满足了高效率、高速率、低啁啾、大功率、长寿命等要求。光纤效率、高速率、低啁啾、大功率、长寿命等要求。光纤与光源的逐年进步解决了衰减和色散问题，其结果是增与光源的逐年进步解决了衰减和色散问题，其结果是增加了光纤系统的通信容量。加了光纤系

6、统的通信容量。l 光探测器发展异常迅速。光探测器发展异常迅速。 (2)光纤通信系统中使用的光源经历了从发光二极管到半导光纤通信系统中使用的光源经历了从发光二极管到半导体激光器的进步。光探测器也达到了体激光器的进步。光探测器也达到了GHz的响应灵敏度。的响应灵敏度。WTIWireless Technology Innovation Institute7l 光放大器都是由增益介质、能源、输入输出耦合结构组成。根光放大器都是由增益介质、能源、输入输出耦合结构组成。根据增益介质的不同，目前主要有两类光放大器：据增益介质的不同，目前主要有两类光放大器： (3) 90年代初，光放大器的问世引起了光纤通信技

7、术的重大年代初，光放大器的问世引起了光纤通信技术的重大变革，这在光通信史上具有里程碑的意义。它节省了光电变换变革，这在光通信史上具有里程碑的意义。它节省了光电变换的中继过程，而且实现了波长透明、速率透明和调制方式透明的中继过程，而且实现了波长透明、速率透明和调制方式透明的光信号放大，从而诞生了采用波分复用（的光信号放大，从而诞生了采用波分复用（WDM）技术的新）技术的新一代光纤系统商用化。一代光纤系统商用化。 一类是用活性介质一类是用活性介质，如半导体材料和掺稀土元素（如，如半导体材料和掺稀土元素（如Nd，Sm， Ho，Er，Pr，Tm和和Yb）的光纤，利用受激辐射机制实）的光纤，利用受激辐射

8、机制实现光的直接放大，如半导体激光放大器和掺杂光纤放大器；现光的直接放大，如半导体激光放大器和掺杂光纤放大器；一类是基于光纤的非线性效应一类是基于光纤的非线性效应，利用受激散射机制实现光的直，利用受激散射机制实现光的直接放大，如光纤喇曼放大器和光纤布里渊放大器。接放大，如光纤喇曼放大器和光纤布里渊放大器。WTIWireless Technology Innovation Institute8l 在光纤放大器被新一代波分复用系统广泛使用的同时，光纤放大器在光纤放大器被新一代波分复用系统广泛使用的同时，光纤放大器的研究和开发也在不断进步。的研究和开发也在不断进步。l 最近五年，技术上已经成熟的多种

9、类型的光放大器（最近五年，技术上已经成熟的多种类型的光放大器（EDFA、GS-EDFA、TDFA、GS-TDFA和和RFA）已经覆盖了）已经覆盖了1365-1650nm波长范波长范围，使得在上述范围内实施波分复用成为可能。围，使得在上述范围内实施波分复用成为可能。l 拉曼放大器（拉曼放大器（RA）利用了光纤中的拉曼散射效应实现光信号的放大。）利用了光纤中的拉曼散射效应实现光信号的放大。由于受激拉曼散射效应的阈值很高，随作近年来大功率半导体激光器由于受激拉曼散射效应的阈值很高，随作近年来大功率半导体激光器的研制成功，这项光放大技术已经开始走向实用。的研制成功，这项光放大技术已经开始走向实用。l光

10、通信窗口新的划分：光通信窗口新的划分：1570-1604nm称为称为L波段，短于波段，短于1525nm的波的波长范围称为长范围称为S波段，这个波段因为全波光纤的研制成功可以扩展到波段，这个波段因为全波光纤的研制成功可以扩展到1365nm。这两个波段又可以分别称为光通信的第。这两个波段又可以分别称为光通信的第4窗口和第窗口和第5窗口。窗口。WTIWireless Technology Innovation Institute9 工作波长为工作波长为0.85m多模光纤光通信系统；多模光纤光通信系统； 工作波长为工作波长为1.3m多模光纤光通信系统和单模光纤光通信系统；多模光纤光通信系统和单模光纤光

11、通信系统； 工作波长为工作波长为1.55m单模光纤光通信系统。而色散位移光纤（单模光纤光通信系统。而色散位移光纤（DSF，G.653）是应用于第三代光纤通信系统的一项重要成就。普通单模）是应用于第三代光纤通信系统的一项重要成就。普通单模光纤的零色散点在光纤的零色散点在1.31m附近，色散位移光纤将零色散点从附近，色散位移光纤将零色散点从1.31m移到移到1.55m，有效地解决了，有效地解决了1.55m光通信系统的色散问光通信系统的色散问题。题。 总之，在数十年的发展过程中，光纤通信系统经历了三代：总之，在数十年的发展过程中，光纤通信系统经历了三代：WTIWireless Technology

12、Innovation Institute10lSDH网络可以算是第一代的光网络，它的特点是以点到点波分复用网络可以算是第一代的光网络，它的特点是以点到点波分复用（WDM）传输系统为基础，提供大容量、长距离、高可靠的业务传送，）传输系统为基础，提供大容量、长距离、高可靠的业务传送，但所有的交换和选路在电层实现。但所有的交换和选路在电层实现。90年代中期发展的密集波分复用年代中期发展的密集波分复用（DWDM）光网络技术进一步挖掘了光纤的带宽潜力，提高了网络的）光网络技术进一步挖掘了光纤的带宽潜力，提高了网络的传输性能，但在联网技术上没有实现统一传输性能，但在联网技术上没有实现统一 lITU-T于上

13、世纪末提出的光传送网（于上世纪末提出的光传送网（OTN）可以认为是第二代光网络，）可以认为是第二代光网络，主要特点是在光层实现交换、选路等功能，从而成为真正意义上的主要特点是在光层实现交换、选路等功能，从而成为真正意义上的“光光”网络。光分插复用器（网络。光分插复用器（OADM）、光交叉连接器（）、光交叉连接器（OXC）等光）等光节点技术的成熟为节点技术的成熟为OTN的发展铺平了道路，光网络的拓扑形式从环网的发展铺平了道路，光网络的拓扑形式从环网向格形网演化，一些复杂的网络功能（如保护和恢复）也得以实现。向格形网演化，一些复杂的网络功能（如保护和恢复）也得以实现。目前，实际中的光网络发展到了这

14、一阶段目前，实际中的光网络发展到了这一阶段 光网络技术的发展光网络技术的发展-典型的光网络技术：典型的光网络技术：WTIWireless Technology Innovation Institute11l当前，国际电联（当前，国际电联（ITU-T）最先在）最先在2000年年3月的月的ITU-T SG 13会议上提会议上提出酝酿并提出了出酝酿并提出了“自动交换光网络（自动交换光网络（ASON）”的概念，其核心思想的概念，其核心思想是在光网络中引入独立的控制层面。互联网工程任务组（是在光网络中引入独立的控制层面。互联网工程任务组（IETF）将多）将多协议标签交换（协议标签交换（MPLS）技术与光

15、交换技术的有机结合，发展了通用）技术与光交换技术的有机结合，发展了通用多协议标签交换（多协议标签交换（GMPLS）技术，其实质是想将日益成熟的）技术，其实质是想将日益成熟的IP协议族协议族的应用于光网络。这些不谋而合的举措显示了光网络朝着智能化方向的应用于光网络。这些不谋而合的举措显示了光网络朝着智能化方向发展的一个新趋势。光传送网由于发展的一个新趋势。光传送网由于ASON的引入，其分层模型从传统的引入，其分层模型从传统的两层结构（管理平面和传送平面），引入一个控制面，从而进化成的两层结构（管理平面和传送平面），引入一个控制面，从而进化成三层（控制平面三层（控制平面/管理平面管理平面/传送平面

16、），控制平面具有了传统光传送网传送平面），控制平面具有了传统光传送网管理面的智能控制，业务提供由集中式人工配置演变为分布式自动提管理面的智能控制，业务提供由集中式人工配置演变为分布式自动提供供 WTIWireless Technology Innovation Institute12l频带宽，通信容量大。频带宽，通信容量大。 光纤可利用的带宽约为光纤可利用的带宽约为50000GHz，1987年年投入使用的投入使用的1.7Gb/s光纤通信系统，一对光纤能同时传输光纤通信系统，一对光纤能同时传输24192路电路电话，话，2.4Gb/s系统，能同时传输系统，能同时传输30000多路电话。频带宽，对于

17、传输多路电话。频带宽，对于传输各种宽频带信息具有十分重要的意义，否则，无法满足未来宽带综各种宽频带信息具有十分重要的意义，否则，无法满足未来宽带综合业务数字网合业务数字网(B-ISDN)发展的需要。发展的需要。l损耗低，中继距离长。损耗低，中继距离长。 目前实用石英光纤的损耗可低于目前实用石英光纤的损耗可低于0.2dB/km，比其它任何传输介质的损耗都低，若将来采用非石英系极低损耗光比其它任何传输介质的损耗都低，若将来采用非石英系极低损耗光纤，其理论分析损耗可下降至纤，其理论分析损耗可下降至10-9 dB/km。由于光纤的损耗低，所。由于光纤的损耗低，所以能实现中继距离长，由石英光纤组成的光纤

18、通信系统最大中继距以能实现中继距离长，由石英光纤组成的光纤通信系统最大中继距离可达离可达200多千米，由非石英系极低损耗光纤组成的通信系统，其最多千米，由非石英系极低损耗光纤组成的通信系统，其最大中继距离则可达数千甚至数万千米，这对于降低海底通信的成本、大中继距离则可达数千甚至数万千米，这对于降低海底通信的成本、提高可靠性和稳定性具有特别的意义。提高可靠性和稳定性具有特别的意义。 现代通信网的三大支柱是光纤通信、卫星通信和无线电通信，而其现代通信网的三大支柱是光纤通信、卫星通信和无线电通信，而其中光纤通信是主体，这是因为光纤通信本身具有许多突出的中光纤通信是主体，这是因为光纤通信本身具有许多突

19、出的优点优点：光通信技术特点光通信技术特点WTIWireless Technology Innovation Institute13l抗电磁干扰。抗电磁干扰。 光纤是绝缘体材料，它不受自然界的雷电干扰、电离层光纤是绝缘体材料，它不受自然界的雷电干扰、电离层的变化和太阳黑子活动的干扰，也不受电气化铁路馈电线和高压设备的变化和太阳黑子活动的干扰，也不受电气化铁路馈电线和高压设备等工业电器的干扰，还可用它与高压输电线平行架设或与电力导体复等工业电器的干扰，还可用它与高压输电线平行架设或与电力导体复合构成复合光缆。合构成复合光缆。l无串音干扰，保密性好。无串音干扰，保密性好。 光波在光缆中传输，很难从

20、光纤中泄漏出来，光波在光缆中传输，很难从光纤中泄漏出来，即使在转弯处，弯曲半径很小时，漏出的光波也十分微弱，若在光纤即使在转弯处，弯曲半径很小时，漏出的光波也十分微弱，若在光纤或光缆的表面涂上一层消光剂效果更好，这样，即使光缆内光纤总数或光缆的表面涂上一层消光剂效果更好，这样，即使光缆内光纤总数很多，也可实现无串音干扰，在光缆外面，也无法窃听到光纤中传输很多，也可实现无串音干扰，在光缆外面，也无法窃听到光纤中传输的信息。的信息。l光纤线径细、重量轻、柔软。光纤线径细、重量轻、柔软。 光纤的芯径很细，约为光纤的芯径很细，约为0.1mm，它只，它只有单管同轴电缆的百分之一；光缆的直径也很小，有单管

21、同轴电缆的百分之一；光缆的直径也很小，8芯光缆的横截面芯光缆的横截面直径约为直径约为10mm，而标准同轴电缆为，而标准同轴电缆为47mm。利用光纤这一特点，使。利用光纤这一特点，使传输系统所占空间小，解决地下管道拥挤的问题，节约地下管道建设传输系统所占空间小，解决地下管道拥挤的问题，节约地下管道建设投资。此外，光纤的重量轻，光缆的重量比电缆轻得多，例如投资。此外，光纤的重量轻，光缆的重量比电缆轻得多，例如18管同管同轴电缆轴电缆1m的重量为的重量为11kg，而同等容量的光缆，而同等容量的光缆1m重只有重只有90g，这对于，这对于在飞机、宇宙飞船和人造卫星上使用光纤通信更具有重要意义。在飞机、宇

22、宙飞船和人造卫星上使用光纤通信更具有重要意义。WTIWireless Technology Innovation Institute14l光纤的原材料资源丰富，用光纤可节约金属材料。光纤的原材料资源丰富，用光纤可节约金属材料。 光纤的材料主要是光纤的材料主要是石英石英(二气化硅二气化硅)，地球上有取之不尽用之不竭的原材料，而电缆的主，地球上有取之不尽用之不竭的原材料，而电缆的主要材料是铜，世界上铜的储藏量并不多，用光纤取代电缆，则可节约要材料是铜，世界上铜的储藏量并不多，用光纤取代电缆，则可节约大量的金属材料，具有合理使用地球资源的重大意义。光纤除具有以大量的金属材料，具有合理使用地球资源的重

23、大意义。光纤除具有以上突出的优点外，还具有耐腐蚀力强、抗核幅射、能源消耗小等优点，上突出的优点外，还具有耐腐蚀力强、抗核幅射、能源消耗小等优点，其缺点是质地脆、机械强度低，连接比较困难，分路、耦合不方便，其缺点是质地脆、机械强度低，连接比较困难，分路、耦合不方便，弯曲半径不宜太小等。这些缺点在技术上都是可以克服的，它不影响弯曲半径不宜太小等。这些缺点在技术上都是可以克服的，它不影响光纤通信的实用。近年来，光纤通信发展很快，它已深刻地改变了电光纤通信的实用。近年来，光纤通信发展很快，它已深刻地改变了电信网的面貌，成为现代信息社会最坚实的基础，并向我们展现了无限信网的面貌，成为现代信息社会最坚实的

24、基础，并向我们展现了无限美好的未来。美好的未来。光纤通信时也具有如下缺点：光纤通信时也具有如下缺点：l光纤弯曲半径不宜过小；光纤弯曲半径不宜过小；l光纤的切断和连接操作相对复杂；光纤的切断和连接操作相对复杂；l 分路、耦合相对麻烦。分路、耦合相对麻烦。WTIWireless Technology Innovation Institute15信号光发射机光源中继器检测器光接收机信号电E/光O转换光纤光O/电E转换发送单元传输单元接收单元连接器件基本光纤系统组成WTIWireless Technology Innovation Institute16电发射机：电发射机：对来自信息源的信号进行处理，

25、如模对来自信息源的信号进行处理，如模/数转换、多路复用等数转换、多路复用等 。光发射机：光发射机：对光源的光载波进行调制，将电信号转换成光信号，并耦合到光纤中去对光源的光载波进行调制，将电信号转换成光信号，并耦合到光纤中去 。光纤光缆线路：光纤光缆线路：进行光信号的传输进行光信号的传输 中继器：中继器：把经过衰减和畸变的光信号放大、整形、再生成一定长度的光信号，送入把经过衰减和畸变的光信号放大、整形、再生成一定长度的光信号，送入光纤继续传输，以保证整个系统的通信质量光纤继续传输，以保证整个系统的通信质量 光接收机：光接收机：对经过光纤传输过来的微弱光信号进行检测，把光转化为电信号，并对电对经过

26、光纤传输过来的微弱光信号进行检测，把光转化为电信号，并对电信号进行放大、整形、再生后，输入到电接收端机信号进行放大、整形、再生后，输入到电接收端机 。 电接收机：电接收机：负责将光信号恢复成信息源的原信号负责将光信号恢复成信息源的原信号 。WTIWireless Technology Innovation Institute17 光纤的结构光纤的结构 纤芯纤芯 ：折射率较高，用来传送光；：折射率较高，用来传送光； 包层包层 ：折射率较低，与纤芯一起形成全反射；：折射率较低，与纤芯一起形成全反射； 保护套保护套 ：强度大，能承受较大冲击，保护光纤。：强度大，能承受较大冲击，保护光纤。纤芯纤芯包层

27、包层保护套保护套WTIWireless Technology Innovation Institute18光检测器光检测器是把光信号转化为电信号的器件。光检测器是把光信号转化为电信号的器件。由于从光纤中传输过来的光信号一般非由于从光纤中传输过来的光信号一般非常微弱且产生了畸变，因此光通信系统常微弱且产生了畸变，因此光通信系统对光检测器提出很高的要求。对光检测器提出很高的要求。受激吸收是光检测器的基本工作原理！受激吸收是光检测器的基本工作原理！WTIWireless Technology Innovation Institute19l 光纤放大器l 半导体光放大器(SOA)WTIWireless

28、 Technology Innovation Institute20光传送网技术光传送网技术WTIWireless Technology Innovation Institute21光传送网技术19981998年，年，ITU-TITU-T正式提出光传送网（正式提出光传送网（OTNOTN）的概念。从功能上看，的概念。从功能上看，OTNOTN的出发点是的出发点是在子网内实现透明的光传输，在子网边在子网内实现透明的光传输，在子网边界处采用光界处采用光/ /电电/ /光（光（O/E/OO/E/O）的再生技）的再生技术，从而构成一个完整的光网络术，从而构成一个完整的光网络 WTIWireless Tec

29、hnology Innovation Institute22光层连网概述v 支持网络可重构性，允许根据业务需求变化动态配置网络逻辑拓扑支持网络可重构性，允许根据业务需求变化动态配置网络逻辑拓扑v 消除电子设备引入的带宽瓶颈，大大提高传送网的吞吐容量消除电子设备引入的带宽瓶颈，大大提高传送网的吞吐容量v 允许旁路非落地业务，降低对节点路由器规模的要求允许旁路非落地业务，降低对节点路由器规模的要求v 提供了透明的光传送平台，允许互连任何新老系统和制式的信号提供了透明的光传送平台，允许互连任何新老系统和制式的信号v 采用合理的网络分层技术减少建网成本和维护管理成本采用合理的网络分层技术减少建网成本和

30、维护管理成本v 同时实现光层和数据业务层在不同粒度上的联网，可以增强网络整体资同时实现光层和数据业务层在不同粒度上的联网，可以增强网络整体资源利用率与组网灵活性源利用率与组网灵活性v 实现以波长为基础的快速故障保护与自动恢复，保证光层服务质量（实现以波长为基础的快速故障保护与自动恢复，保证光层服务质量（QoSQoS）v 支持网络可扩展性，允许随节点数目和业务量增长平滑升级现有网络支持网络可扩展性，允许随节点数目和业务量增长平滑升级现有网络v 网络可靠性高、可维护性好，便于开通基于波长或光纤级别的新业务网络可靠性高、可维护性好，便于开通基于波长或光纤级别的新业务WTIWireless Techn

31、ology Innovation Institute23OTN的分层网络结构根据传送网的通用原则，根据传送网的通用原则，OTN被分被分解为若干独立的层网络，为反解为若干独立的层网络，为反映其内部结构，每一层网络又映其内部结构，每一层网络又可分割成不同子网和子网间链可分割成不同子网和子网间链路这种面向子层的划分方案既路这种面向子层的划分方案既是出于多协议业务适配到光网是出于多协议业务适配到光网络传输的实际需要，也是考虑络传输的实际需要，也是考虑到网络维护管理的简单性而得到网络维护管理的简单性而得出的必然结果出的必然结果 其中基于数字包封技术的其中基于数字包封技术的OCH层又层又可细分为光信道的净

32、荷单元可细分为光信道的净荷单元（OPU）、数据单元（）、数据单元（ODU）和传输单元（和传输单元（OTU）。）。OTN的分层结构WTIWireless Technology Innovation Institute24 WTIWireless Technology Innovation Institute25波长路由透明性网络结构的扩展性可重构型可扩容性可操作性可靠性和可维护性光传送网的特点光传送网的特点WTIWireless Technology Innovation Institute26光分插复用技术（OADM）l分波+空间交换单元+合波器光交叉连接技术（OXC）l空间交换l波长交换光传

33、送网的节点技术光传送网的节点技术WTIWireless Technology Innovation Institute27OTN管理通道 管理通道的传输方法 管理通道有两种传送方法，即中继和透明传送方法。所谓中继传送方法即管理通道信息在中继段的线路光放大器上终结，然后再向下传送；而透明传送方法则是管理通道信息在中继段的线路光放大器上不终结，直接向下传送，直至下一个节点终结 WTIWireless Technology Innovation Institute28同步数字同步数字(SDH)传送网技术传送网技术WTIWireless Technology Innovation Institute2

34、9 PDHPDH的特点与存在的主要问题的特点与存在的主要问题 面向话音业务面向话音业务 适合点对点传输适合点对点传输 存在多种地区性标准存在多种地区性标准 异步复用，逐级复接异步复用，逐级复接 不具备统一的光接口不具备统一的光接口 开销缺乏，网管有限开销缺乏，网管有限SDH技术概述WTIWireless Technology Innovation Institute302.SDH2.SDH的产生的产生 SDHSDH的研究工作始于的研究工作始于19861986年，其目的是建立光纤通信的用年，其目的是建立光纤通信的用标准，通过一组网络单元提供一个经济、简单、灵活的网络应标准，通过一组网络单元提供一

35、个经济、简单、灵活的网络应用。用。 美国贝尔通信研究所最先提出了光同步传输网概念，并称美国贝尔通信研究所最先提出了光同步传输网概念，并称之为同步光网络（之为同步光网络（SONETSONET）。）。 19881988年，美国国家标准协会（年，美国国家标准协会（ANSIANSI）通过了两个最早的）通过了两个最早的SONETSONET标准。标准。 国际电话电报咨询委员会（国际电话电报咨询委员会（CCITTCCITT）于）于19881988年接受了年接受了SONETSONET的概念，重新命名为同步数字系列的概念，重新命名为同步数字系列(SDH(SDH），建立了世界性的统），建立了世界性的统一标准。一标

36、准。WTIWireless Technology Innovation Institute313. SDH3. SDH的概念和特点的概念和特点SDHSDH是一套可进行同步信息传输、复用、分插和交叉连接的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的数字信号技术体制。标准化的数字信号技术体制。统一网络节点接口统一网络节点接口 标准信息结构等级标准信息结构等级块状帧和开销功能块状帧和开销功能 同步复用映射结构同步复用映射结构适用多种传输媒质适用多种传输媒质SDHSDH传送网是由一些基本网络单元传送网是由一些基本网络单元(NE)(NE)组成的，在传输媒质组成的，在传输媒质上上( (如光纤、

37、微波等如光纤、微波等) )进行同步信息传输、复用、分插和交叉进行同步信息传输、复用、分插和交叉连接的传送网络连接的传送网络。WTIWireless Technology Innovation Institute324. SDH接口的标准速率等级 STM-N, N=1, 4, 16, 64 STM: Synchronous Transport Module 同步传送模块系列等级 标称速率 速率等效话路数 STM-1 155 Mb/s 155.520 Mb/s 1920 STM-4 622 Mb/s 622.080 Mb/s 7696 STM-16 2.5 Gb/s 2488.320 Mb/s 3

38、0720 STM-64 10 Gb/s 9953.280 Mb/s 122880WTIWireless Technology Innovation Institute33SDH的帧结构与段开销STM-1 STM-1 的帧结构的帧结构9261270净负荷净负荷（Payload）(含含POH)RSOHAU PTRMSOH帧重复周期帧重复周期125 s1234567899 270 字节字节WTIWireless Technology Innovation Institute34在在帧同步的基础上帧同步的基础上以字节为单位的时以字节为单位的时分复用分复用例如：例如：STM-1传输速率传输速率共为共为t

39、/s155.520Mbi800027098WTIWireless Technology Innovation Institute35再生段开销（再生段开销（RSOHRSOH） 负责管理再生段，可在再生器接入，也可在终端设备接入负责管理再生段，可在再生器接入，也可在终端设备接入复用段开销（复用段开销（MSOHMSOH） 负责管理由若干个复用段组成的再生段，只能负责管理由若干个复用段组成的再生段，只能在终端设备在终端设备接入，接入，它将透明的通过每个再生段，只能在管理单元组它将透明的通过每个再生段，只能在管理单元组（AUG）进行组合或分解的地方才能接入或终结）进行组合或分解的地方才能接入或终结段开

40、销的主要功能及接入段开销的主要功能及接入WTIWireless Technology Innovation Institute36SDHSDH自愈网自愈网自愈的概念自愈的概念: : 通信网络发生故障时，无需人为干预，即可在通信网络发生故障时，无需人为干预，即可在极短的时间内从失效故障中自动恢复所携带的业务，极短的时间内从失效故障中自动恢复所携带的业务，使用户感觉不到网络已出了故障。使用户感觉不到网络已出了故障。 自愈的基本原理是使网络具备发现替代传输路自愈的基本原理是使网络具备发现替代传输路由并重新确立通信的能力。由并重新确立通信的能力。WTIWireless Technology Innov

41、ation Institute37典型的自愈网典型的自愈网1. 1. 线路保护倒换线路保护倒换当出现故障时，业务由工作通道倒换到保护通道。当出现故障时，业务由工作通道倒换到保护通道。有有1:11:1方式和方式和1:N1:N方式方式2. ADM2. ADM自愈环自愈环采用分插复用器采用分插复用器ADMADM组成环形网实现自愈的一种保护方式。组成环形网实现自愈的一种保护方式。有有两纤环和四纤环方式两纤环和四纤环方式WTIWireless Technology Innovation Institute38WDM光传送网络光传送网络WTIWireless Technology Innovation I

42、nstitute39WDM（Wavelength Division Multiplexing，波分复用），波分复用）是利用多个激光器在单条光纤上同时发送多束不同波长是利用多个激光器在单条光纤上同时发送多束不同波长激光的技术。每个信号经过数据（文本、语音、视频等）激光的技术。每个信号经过数据（文本、语音、视频等）调制后都在它独有的色带内传输。调制后都在它独有的色带内传输。WDM能使电话公司和能使电话公司和其他运营商的现有光纤基础设施容量大增。制造商已推其他运营商的现有光纤基础设施容量大增。制造商已推出了出了WDM系统，也叫系统，也叫DWDM（密集波分复用）系统。（密集波分复用）系统。DWDM可以

43、支持可以支持150多束不同波长的光波同时传输，每多束不同波长的光波同时传输，每束光波最高达到束光波最高达到10Gb/s的数据传输率。这种系统能在一的数据传输率。这种系统能在一条比头发丝还细的光缆上提供超过条比头发丝还细的光缆上提供超过1Tb/s的数据传输率的数据传输率。WTIWireless Technology Innovation Institute40第一阶段：萌芽期第一阶段：萌芽期双波长双波长WDM（1310/1550nm）系统）系统80年代在美国年代在美国AT&T网网中使用，速率为中使用，速率为217Gb/s。第二阶段：缓慢期第二阶段：缓慢期TDM技术主导。技术主导。 波分复

44、用器波分复用器/解复用器和光放大器在解复用器和光放大器在90年年代初才开始商用化。代初才开始商用化。第三阶段：第三阶段：1995年开始年开始WDM技术发展很快，特别是基于掺铒光纤放技术发展很快，特别是基于掺铒光纤放大器大器EDFA的的1550nm窗口密集波分复用（窗口密集波分复用（DWDM）系统。）系统。 Ciena推出了推出了162.5Gb/s系统，而系统，而 Lucent公司推出的公司推出的WaveStar OLS 1.6T 1610Gb/s系统，目前已达系统，目前已达1.6Tb/s速速率。率。WDM的发展过程的发展过程WTIWireless Technology Innovation I

45、nstitute41发展迅速的主要原因在于：发展迅速的主要原因在于：（1）光电器件的迅速发展，特别是）光电器件的迅速发展，特别是EDFA的成熟和商用化，的成熟和商用化，使在光放大器（使在光放大器（15301565nm）区域采用技术成）区域采用技术成为可能；为可能；（2）利用）利用TDM方式已接近硅和镓砷技术的极限，方式已接近硅和镓砷技术的极限，TDM已已无太多的潜力，且传输设备价格高；无太多的潜力，且传输设备价格高；（3）已敷设）已敷设G.652光纤光纤1550nm窗口的高色散限制了窗口的高色散限制了TDM10Gb/s系统的传输，光纤色散的影响日益严重。从系统的传输，光纤色散的影响日益严重。从

46、电复用转移到光复用，即从光频上用各种复用方式来提高电复用转移到光复用，即从光频上用各种复用方式来提高复用速率是必然趋势，复用速率是必然趋势，WDM技术是目前能够商用化最简技术是目前能够商用化最简单的光复用技术。单的光复用技术。 WTIWireless Technology Innovation Institute42TFF的原理是采镀膜的方式，以气相沉积的原理，将所需膜层一层层的原理是采镀膜的方式，以气相沉积的原理，将所需膜层一层层镀在薄平板玻璃（如镀在薄平板玻璃（如Ohara WMS-02）上，当光线通过不同种的滤波）上，当光线通过不同种的滤波片后，不同的波长便被分别滤出，达到分波的效果。片

47、后，不同的波长便被分别滤出，达到分波的效果。AWG是在矽晶圆上沉积二氧化矽膜层，续以微影制程及反应式离子是在矽晶圆上沉积二氧化矽膜层，续以微影制程及反应式离子蚀刻法定义出数组波导，最后加上保护层即可制成；蚀刻法定义出数组波导，最后加上保护层即可制成；AWG原理是利原理是利用波导的物理特性将不同波长的波分出。用波导的物理特性将不同波长的波分出。FBG是以紫外线照射光纤，使光纤丝中的部分材质变化成近似布拉是以紫外线照射光纤，使光纤丝中的部分材质变化成近似布拉格绕射光栅，利用光学绕射的特性将不同波长的波分出。格绕射光栅，利用光学绕射的特性将不同波长的波分出。DWDM的关键元件技术的关键元件技术 当前

48、在光通迅界常用的DWDM大多是在15301565nm的波段中，分出32个或更多的波长。在当前市售的DWDM中，阿尔卡特（Alcatel）已推出能分出256信道的DWDM，朗讯（Lucent）所属的贝尔实验室也已经研发出1022信道的DWDM。WTIWireless Technology Innovation Institute43EDFA光放大器。在光放大器。在EDFA的制造上是以常规石英系光纤为母材掺的制造上是以常规石英系光纤为母材掺进铒离子，由于铒离子的掺入，提供了一个进铒离子，由于铒离子的掺入，提供了一个1550nm的能带，使得的能带，使得原本的讯号和高功率泵激激光（原本的讯号和高功率泵

49、激激光（pumping laser，波长，波长980nm或或1480nm，功率，功率101500mW）得以提高光讯号的强度。）得以提高光讯号的强度。 MuxDeMux是是DWDM系统使用中不可或缺的两种元件。系统使用中不可或缺的两种元件。Mux是是负责将数个波长汇集至一起的元件；负责将数个波长汇集至一起的元件；DeMux则是负责将汇集至一则是负责将汇集至一起的波长分开的元件。未来起的波长分开的元件。未来MuxDeMux将朝向多信道数及高速将朝向多信道数及高速开发以外，推测也会陆续朝包含衰减器、加解密等增加追加价开发以外，推测也会陆续朝包含衰减器、加解密等增加追加价值的方向开发。值的方向开发。

50、OADM是是DWDM系统中一个重要的应用元件。其作用是在一个光系统中一个重要的应用元件。其作用是在一个光导纤维传送网络中塞入取出（导纤维传送网络中塞入取出（Add-Drop）多个波长信道；置）多个波长信道；置OADM于网络的结点处，以控制不同波长信道的光讯号传至适当于网络的结点处，以控制不同波长信道的光讯号传至适当的位置。塞入取出波道固定的的位置。塞入取出波道固定的OADM已进入量产，不过可藉由已进入量产，不过可藉由外部命令控制塞入取出波道的外部命令控制塞入取出波道的OADM仍在开发中。仍在开发中。DWDM系统的关键器件系统的关键器件WTIWireless Technology Innovat

51、ion Institute44OXC是下一代光通迅的路由交换机，用在因是下一代光通迅的路由交换机，用在因DWDM而生成的多而生成的多波道数据路由及线路调度，其功能包含网络的路由器及电信的交波道数据路由及线路调度，其功能包含网络的路由器及电信的交换机。换机。OXC设置于网络上重要的汇接点，汇集各方不同波长的输设置于网络上重要的汇接点，汇集各方不同波长的输入，再将各讯号以适当的波长输送至合适的光导纤维中。它可提入，再将各讯号以适当的波长输送至合适的光导纤维中。它可提供光导纤维切换（供光导纤维切换（Fiber switching，连接不同光导纤维，波长不，连接不同光导纤维，波长不转换）、波长切换转换）、波长切换 （Wavelength switching，连接不同光导纤维，连接不同光导纤维，波长经转换）、及波长转换（波长经转换）、及波长转换（Wavelength conversion，输出至同，输出至同一光导纤维，波长经转换）三种切换功能。一光导纤维，波长经转换）三种切换功能。OXC并提供路由恢复、并提供路由恢复、波长管理、及话务弹性调度，准备在下一代波长管理、及话务弹性调度，准备在下一代IP Over DWDM的电的电信网络体系结构中，直接以光讯号传送替换现有的电讯号交换信网络体系结构中，直接以光讯号传送替换现有的电讯号交换路由的地位。路由的地位。 D