光纤重点精简版

1、一般用比特率一距离积BL来衡量点到点系统的性能。光纤损耗和色散特性是影响光波系统通信容量（BL积）的重要因素。由于损耗和色散都与系统的工作波长有关，因此工作波长的选择和光纤特性参数对通信容 量的影响程度就成为系统设计的一个主要问题。光纤色散:信号能量中的各种分量由于在光纤中传输速度不同，而引起的信号畸变。色散限制:光纤色散导致的信号畸变限制系统的传输距离。模间色散：只发生在多模光纤，因为不同模式的光沿着不同的路径传输。偏振模色散：指单模光纤中偏振色散，简称PMD（=Polarization Mode Dispersion），起 因于实际的单模光纤中基模含有两个相互垂直的偏振模，沿光纤传播过程中

2、，由于光纤难 免受到外部的作用，如温度和压力等因素变化或扰动，使得两模式发生耦合，并且它们的 传播速度也不尽相同，从而导致光脉冲展宽，展宽量也不确定，便相当于随机的色散。偏振模色散被认为是限制光纤通信系统传输容量和距离的最终因素。0.85m光波系统（第一代：多模渐变型光纤，主要限制因素是模间色散）阶跃型多模光纤限制条件为BL = c/Q%,多模渐变光纤限制条件为BL = 2c/（n1A2）；1.3m光波系统（第二代：低损耗、低色散）该系统最大的限制因素是由较大的光源谱宽支配的色散导致的脉冲展宽，这时比特率 一距离积限制为：BL（4Dai，式中：D为色散参数；叫为光源的均方根谱宽。当B 1Gb/

3、s时，为损耗限制系统，当B2 1Gb/s时为色散限制系统。1.55m光波系统（第三代）这种系统中光纤色散是主要的限制因素，限制条件为：B2L（），式中：&为群 16|侄212速色散，与色散参数D的关系为。=（2“/中）旦。对于2.5Gb/s系统，放大器的积累噪声成为传输距离主要限制。对于10Gb/s系统，光纤色散成为传输距离的主要限制。功率预算的目的在于使光波系统在整个寿命期间，确保有足够的光功率到达接收机以保证 系统有稳定可靠的性能。功率预算可表示为：万丁 =万+ 4+约，式中：q为信道总损 耗；虬为系统裕量。保留裕量的目的在于分配一定量的功率，给因系统中元器件退化或其他不可预知的事件引 起

4、的功率亏损在系统寿命期内的增加。信道总损耗应包括所有的功率损耗源，包括光纤的分布损耗、连接器损耗、对接损耗。系统展宽时间的定义：链路总的展宽时间tsys等于每种因素引起的脉冲展宽时间弓的平方和 的平方根：$ =（卷11/2上升时间的预算的目的在于检验选用的光源，光纤和检测器的响应速度是否满足系统设计 的要求，以确保系统在预定的比特率时能正常工作。上升时间定义为当突然加上一个输入（一个阶跃函数）时，系统响应从其最终输出值的 10%上升到90%所需的时间。线性系统的带宽Af与上升时间7；成反比，7；= 035，对于任何线性系统均成立。T B时，带宽近似为2Af-宽频偏；当AfB时，带宽近似为2B-

5、窄频偏实现FSK调制的办法：外调制器（LiNbO3电光、声光）：通过改变相位改变频率，相对较 复杂；直接调制：直接调制半导体激光器谐振腔的折射率实现频率调制，但伴随着调 幅，信号处理复杂。在单根光纤中实现光复用有：光时分复用（OTDM）、光频分复用（OFDM）、波分复用（WDM）、副载波复用（SCM）和光码分复用（OCDM）。光时分复用是用多个电信道信号调制同一光频或波长的不同光通道（光时隙），经复用后再 同一根光纤上传输，在系统发送端将几个低比特数据流光学复用成高比特流，在接收端再 用光学的方法将其解复用出来。OTDM方案的特点是绕过产生高比特流的电子学障碍，将其限制转移到光域，利用光子技术

6、 的优势，实现了单波长通道光时隙的有效利用和时分复用高速率通信。OTDM采用的光子技术：超短光脉冲产生技术；OTDM复用器；OTDM解复用器；时钟提取和 同步。OTDM复用方式从原理上看主要基于排队间插概念，常见的有两种间插方式：比特间插和时 隙间插。从结构组成上看主要采取并行和串行两种复用结构。串行复用结构将超短脉冲信号串行调制，该方式较简单，但需消除因器件串联而积累起来 的有害因素对波形的劣化影响。并行复用结构同时调制待复用的各个子信道，再通过适当的延迟器或调相器将子信道的位 置相互错开，然后通过耦合器将各个错开的子信道以比特间插方式合在一起。并行复用结 构放松了对调制解调器速率的要求，但

7、结构较复杂，对子信道之间延迟的偏离和漂移十分 敏感。OTDM解复用器完成由高速信道到低速信道的转换，是OTDM系统中最关键和最复杂的一种 设备。OTDM解复用器本质上是一种高速光开关，其典型结构：非线性环镜（NOLM）；不对称非线 性放大环镜（NALM）。NOLM解复用是基于光纤中的XMP效应；NALM解复用是基于SOA中的XPM效应。OTDM的时钟提取技术可以分为三类：电时钟提取、光电锁相环时钟提取和全光时钟提取。波分复用（WDM）的概念：光波分复用技术是在一根光纤中同时传输多个波长光信号的一项 技术。波分复用（WDM）基本原理：在发送端将不同波长的光信号组合起来（复用），并耦合到光缆第3页

8、共6页线路上的同一根光纤中进行传输，在接收端又将组合波长的光信号分开（解复用），并作进 一步处理，恢复出原信号后送入不同的终端，因此将此项技术称为光波长分割复用，简称 光波分复用技术。解复用器：经同一传输光纤送来的多波长信号分解为各个波长分别输出的器件称为解复用 器（也叫分波器）。WDM系统的基本构成主要有以下两种形式：双纤单向传输和单纤双向传输。根据信道间隔的大小，WDM分为：稀疏或粗波复用（CWDM）；密集波分复用（DWDM）；致密 集波分复用或称光频分复用（OFDM）。插入损耗是指由于增加光波分复用器/解复用器而产生的附加损耗，定义为该无源器件的输 入和输出端口之间的光功率之比。回波损耗

9、是指从无源器件的输入端口返回的光功率与输入光功率的比。反射系数是指在WDM器件的给定端口的反射光功率七与入射光功率Pj之比。 工作波长范围是指WDM器件能够按照规定的性能要求工作的波长范围。信道宽度是指各光源之间为避免串扰应具有的波长间隔。偏振相关损耗（PDL）是指由于偏振态的变化所造成的插入损耗的最大变化值。实际的WDM系统主要由五部分组成：光发射机、光中继放大、光接收机、光监控信道和网 络管理系统。WDM系统的对外光接口来看又分为：集成式系统和开放式系统。产生串音的原因：线性串音：选择信道的解复用元件的非理性特性导致；非线性串音：光 纤非线性引起的。信道选择方法：光域进行选择：在光滤波器前

10、接入一滤波器，适用于直接检测和相干检 测；电域进行选择：适用于相干检测技术。导致串音的非线性机制：受激喇曼散射（SRS）；受激布里渊散射（SBS）；交叉相位调制 （XPM）；四波混频（FWM）。SRS的主要影响是引起非线性损耗和功率代价。减小SRS对系统影响的主要措施：减低入纤功率（减小中继间隔）；减小信道间隔；减小 光纤的非线性系数。减小SBS对系统影响的主要措施（避免）：减低入纤功率（减小中继间隔）；增加光源线宽 （色散限制）。SRS与SBS基本差别：即受激布里渊散射中参与的是声频声子而受激拉曼散射中参与的光频 声子。四波混频（FWM）：折射率对于光强的相关性，不仅引起信道中的相移，而且产

11、生新频率分 量的信号，这种现象称为四波混频（FWM）。在多信道光波通信系统中，FWM是一个主要的限制因素。副载波复用（SCM）的实质:利用光纤传输系统很宽的带宽换取有限的信号功率，也就是增 加信道带宽，降低对信道载噪比（载波功率/噪声功率）的要求，而又保持输出信噪比不变。 互调失真（IMD）：如果通信信道是完全线性的，接收光功率的波形将与发送光功率波形相 同，但实际L-I特性总会偏离线性特性，从而产生信号失真。这种失真称为互调失真（IMD） 减小谐波失真办法：减小光调制深度；设法将张弛震荡的谐振峰往更高频率推移，从而扩 大可用频率范围；采用外调制器，使直流偏置电压点置于调制器调制特性曲线的拐点

12、上。 对于副载波复用模拟电视光纤传输系统，评价其传输质量的特性参数主要是载噪比（CNR） 和信号失真。载噪比定义：把满负载、无调制的等幅载波置于传输系统，在规定的带宽内特定频道的载 波功率（C）和噪声功率（NP）的比值，并以dB为单位。第4页共6页影响CNR的因素：互调失真；强度噪声；调制深度。多波长SCM光波系统限制因素：光拍频串扰。光码分复用（OCDM）：此通信是将码分多址通信技术与大容量光纤通信技术相结合的一种通 信方式，它是在OCDM通信系统中，每个用户都拥有一个唯一的地址码。在进行数据信息的 传输时，首先用该地址码数据信息进行光调制，同样，在接收端用与发射端相同的址码进 行光解码，从

13、而实现用户间的通信。是在光域实现的一种扩频通信技术，不同用户的信号 用互成正交的不同码序列来填充，这样经过填充的用户信号可调制在同一光载波上在光纤 信道中传输，接收时只要用与发方向相同的码序列进行相关接收，即可恢复原用户信息。光正交码（OOC： Optical Orthogonal Code）:正交表示其弱的互相关性，具有良好的自相 关性，是用户尽可能降低对其他用户的干扰。OCDMA系统中编解码方式：扩频OCDMA编解码；扩时OCDMA编解码；扩空OCDMA编解码。 扩频OCDMA编解码器结构三种：抽头型结构；并联型结构；梯状型结构。光网络：是指以光纤为基础传输链路所组成的一种通信体系网络结构

14、。目前的光网络不是 一种纯光的光网络，它的控制、管理以及处理仍是由电层来完成的。码分光交换原理：将某个正交码上的光信号交换到另一个正交码上，实现不同码字之间的 交换。计算机网络根据网络的覆盖范围，分为：城域网，广域网,局域网（总线型、星型、环形）。 OSI模型：1）物理层其上一层提供一个物理连接，以及与这个物理连接有关的机械、电 气、功能和过程特性，单位bit。物理媒质不在OSI 7层之内。2）数据链路层负责在两 个相邻节点间的线路上无差错的传送以帧为单位的数据。负责建立、维持和释放数据链路 的连接，要解决由于帧的差错、丢失和重复等出现的问题，还要完成信息流量调配和控制 单位（帧，F）。3）网

15、络层 选择合适的网间路由和交换节点，确保数据及时传送。还提供 拥塞控制和异种网互连时的协议转换功能。单位是报文。4）传输层保证通信的两个末端用 户之间能可靠、有序地进行数据交换。单位是报文。5）会话层负责通信双方会话的建立 和拆除。提供数据发送权的控制方法、表示传送数据的分段方法、以及返回到上个分段作 传送处理的方法。会话层及以上层，数据传送单位皆为报文6）表示层负责定义信息的表 示方法，管理和转换终端用户间交换的数据单元的语法，提供数据结构的控制功能，便于 通信时选择适当的数据结构，确保数据的正确收发。7）应用层应用层协议给交换的信息提 供恰当的语义和含义，处理应用进程之间收发数据中所含信息

16、内容。应用层确保网络两端 合作进行信息处理的两个应用进程能够相互理解。通信功能：文件传送存取、数据库访 问、电子邮件存取等资源利用功能以及保障网络正常运行的网络管理功能。SDH主要优势：通信容量大、传输性能好、接口规范、组网灵活方便、同步复用、运行维 护管理功能强大、互联互通兼容性好。PDH是逐级复接，SDH是一步到位；用SDH设备组网 简单经济。SDH的固有缺陷：频带利用率低-有效性和可靠性的矛盾；指针调整机理复杂，并且产生 指针调整抖动；软件的大量应用，使系统易受病毒或误操作的危害。映射概念：把PDH的各种速率及ATM信元与SDH的容器C进行适配的过程，即将PDH信号 通过码速调整装入C-

17、n中，再加上通道开销，映射到VC-n虚容器的过程。映射分类：异步映射、同步映射工作模式：浮动模式、锁定模式。指针调整的作用：当网络处于同步状态时，指针用于进行同步的信号之间的相位校准；指 针还可用来容纳网络中的相位抖动和漂移；网络失去同步时，指针用作频率和相位校准； 当网络处于异步工作时，指针用作频率跟踪校准。指针两类：管理单元指针和支路单元 指针。SDH同步复用：使多个低阶通道层信号适配进高阶通道，或者把多个高阶通道层信号适配 第5页共6页进复用层过程。复用方法：字节间插（按字复接），同步复用。SDH设备分为四类：终端复用器：分插复用器；再生中继器；SDH数字交叉连接设备。网络的保护与恢复：

18、网络生存性泛指网络经受各种故障后仍能维持可接受的业务质量等级 的能力。一般通过网络保护和网络恢复实现。网络的保护利用预先安排好的备用容量去保 护主用容量。SDH网的保护可分为二大类：路径保护与子网连接保护。网络的恢复是在外 部网络操作系统的控制下，采用某种算法在网络中寻找失效路由的替代路由。恢复通常主 要适用网状拓扑，能最佳地利用网络容量资源。恢复机制通常采用集中控制方式，需要外 部网管系统介入，业务恢复时间可能长达数秒至分钟量级。自愈网：具有自愈能力的网，即无需人为干预，网络就能在极短的时间内从失效故障中自 动恢复业务传输能力，使用户感觉不到网络已出了故障。基本原理：使网络具备自动发现替代传

19、输路由，重新配置业务并确立通信的能力。交换式以太网工作方式直通式：边收边发：交换机端口接收到数据帧帧头（前14字节），马上查询地址 映射表，根据结果立即进行转发。优点：转发延迟小，交换速度快，缺点：无法检测到冲 突帧和出错帧。存储转发式：先将数据帧完整地接收下来然后进行CRC校验，滤掉不正确的帧， 确认包正确后，取出目的地址，根据目的地址转发到指定接口。优点：可以检查出冲突 帧，出错帧，使转发帧全为有效帧。缺点：转发延迟较大，交换速度较慢。自适应方式：交换机根据网络状况自动更换数据交换方式。介于直通式与存储转 发式之间的一种解决方案，综合了两者的优点，数据处理速度介于两者之间。交换式以太网优点：不需要改变网络其他硬件，只需用交换机替换共享式HUB。同时提供 多个通道，允许多对用户同时通信。能提供更高带宽和速度。全双工交换式局域网：在总线方式下采用CSMA/CD协议，如果两台