光纤通信课件第六章002

第6章 光纤通信新技术1本章内容、重点和难点本章内容DWDM技术的概念及系统结构。光接入网的概念及相关的接入技术。相干光通信技术。光孤子通信技术。全光通信网。本章重点和难点DWDM技术。光接入技术。全光通信网。第6章 光纤通信新技术2学习本章目的和要求掌握DWDM技术及系统结构。了解光接入的原理，掌握光接入网的相关技术。了解相干光通信及光孤子通信的基本概念。了解全光网的概念。第6章 光纤通信新技术36.1DWDM技术介绍：DWDM的原理DWDM关键技术和实现方式传输媒质（也就是光纤）的种类和特性DWDM系统组网46.1.1DWDM概述

1．DWDM技术产生背景

尽管目前光纤通信单信道实用化系统的传输速率发展到了10Gbit/s，线路的利用率有了很大提高，但与光纤巨大的带宽潜力相比还微不足道。本章将介绍光空分复用、光时分复用、光频分复用、光码分复用、光副载波复用和波分复用等常用的几种光复用技术。

复用技术是为了提高通信线路的利用率，而采用的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。(1)光时分复用(OTDM)光时分复用(OTDM)技术指利用高速光开关把多路光信号在时域里复用到一路上的技术。即将多个高速电调制信号分别转换为等速率的光信号，然后在光层上利用超窄光脉冲进行时域复用。56.1.1DWDM概述(2)空分复用（SDM）空分复用就是利用空间分割，根据需要构成不同的信道进行光复用的一种复用技术。(3)光副载波复用(OSCM)光副载波复用(OSCM)技术是将基带信号首先调制到GHz的副载波上，再把副载波调制到THz的光载波上。(4)光码分复用(OCDM)光码分复用(OCDM)技术是CDM(CodeDivisionMultiplexing)技术和光纤通信技术相结合的产物，在这种复用技术中，每个信道不是占用一个给定的波长、频率或者时隙，而是以一个特有的编码脉冲序列方式来传送其比特信息。在该通信系统中，每个用户都拥有一个惟一的地址码，该码是一组光正交码中的一个。66.1.1DWDM概述

光波分复用、光时分复用、光副载波复用和光码分复用都是正在使用和研究的光纤复用技术，这些技术的使用能增加线路容量，提高线路利用率。传统的传输网络扩容方法采用空分多路复用（SDM）和时分多路复用（TDM）两种方式。（1）SDM靠增加光纤数量的方式线性增加传输系统的容量，传输设备也线性增加。空分多路复用的扩容方式十分受限。（2）TDM是比较常用的扩容方式，从PDH的一次群至四次群的复用，到SDH的STM-1、STM-4、STM-16至STM-64的复用。但达到一定的速率等级时，会受到器件和线路等特性的限制。DWDM技术不仅大幅度地增加了网络的容量，而且还充分利用了光纤的宽带资源，减少了网络资源的浪费。76.1.1DWDM概述光纤通信经过30多年的发展，单信道实用化系统的传输速率从1976年的45Mbit/s发展到了40Gbit/s，线路的利用率得到了很大提高(但与光纤巨大的带宽潜力相比这点带宽还微不足道)。(5)光波分复用(WDM)光波分复用(WDM)技术是在一芯光纤中同时传输多波长光信号的一项技术。其基本原理是在发送端将不同波长的光信号组合起来，并耦合到光缆线路上的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，并作进一步处理，恢复出原信号后送入不同的终端。为了进一步提高光纤带宽利用率，相邻两光载波的间隔将越来越小，用波长来衡量其间隔就很不方便，一般认为：当相邻光载波的间隔小到0.1nm(10GHz)以下时，此时的复用习惯称为光频分复用。86.1.1DWDM概述

2．DWDM原理概述

波分复用系统的工作波长可以从0.8μs到1.7μs，由此可见，它可以适用于光纤所有低衰减、低色散窗口.WDM技术是利用单模光纤的带宽以及低损耗的特性，采用多个波长作为载波，允许各载波信道在一条光纤内同时传输。

DWDM和CWDM技术实际上它们是同一种技术，只是通道间隔不同。WDM系统的通道间隔为几十纳米以上，例如最早的1310/1550nm两波长系统，它们之间的波长间隔达两百多纳米，这是在当时技术条件下所能实现的WDM系统。

随着技术的发展，特别是EDFA（掺铒光纤放大器）的商用化，使WDM系统的应用进入了一个新的时期。

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WDM系统的频谱分布图6.1.1DWDM概述106.1.1DWDM概述

DWDM是密集波分复用的英文缩写。DWDM系统是一种波长间隔更紧密的WDM系统。现在的通道间隔则更小，只有0.8-2nm，甚至小于0.8nm，所谓密集是针对波长间隔而言的.

CWDM技术是为了满足接入网应用的要求，是一种近来流行的被称为粗波分复用的技术CWDM系统是在1530-1560nm的频谱范围内每隔10nm分配一个波长，此时可以使用频谱较宽的、对中心波长精确度要求低的、比较便宜的激光器，通常为了节约投资成本不使用放大器.1550nm窗口的工作波长区为1530-1565nm.

DWDM系统的构成及光谱示意如图6-1所示。116.1.1DWDM概述图6-1DWDM系统的构成及频谱示意图126.1.1DWDM概述3．DWDM工作方式

WDM系统从不同的角度可以分为不同的类型，常见的分类方法有：从传输方向分，可以分为双纤单向波分复用系统和单纤双向波分复用系统；从光接口类型分，可以分为集成式波分复用系统和开放式波分复用系统。

开放式DWDM系统采用波长转换技术，将复用终端的光信号转换成符合ITU-T建议的波长，然后进行合波。集成式DWDM系统没有采用波长转换技术，它要求复用终端的光信号符合ITU-T建议的波长，然后进行合波。136.1.1DWDM概述

（1）双纤单向传输双纤单向传输指一根光纤只完成一个方向光信号的传输，反向光信号的传输由另一根光纤来完成。如图6-2所示，图6-2双纤单向传输的DWDM系统146.1.1DWDM概述（2）单纤双向传输单纤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。图6-3单纤双向传输的DWDM系统156.1.1DWDM概述（3）集成式波分复用系统

考虑到各波长之间的影响最小和更多厂家的设备能互通工作，WDM使用的激光器发出的光的中心波长、波长间隔、中心频率偏移等均有严格的规定，必需符合ITU-TG.692建议。(4)开放式波分复用系统

开放式系统就是在波分复用器前加入波长转换器(OpticalTransitionUnit，OTU)，将SDH非规范的波长转换为标准波长，如下图所示。

开放式WDM系统166.1.1DWDM概述（5）光信号的分出和插入通过光分插复用器（OADM）可以实现各波长的光信号在中间站的分出与插入，即完成上/下光路，利用这种方式可以完成DWDM系统的环形组网。图6-4光信号的分出和插入传输176.1.1DWDM概述

4．DWDM的优越性(1)超大容量。可以充分利用光纤的巨大带宽潜力，使一根光纤上的传输容量比单波长传输增加几十至上万倍。(2)N个波长复用以后在一根光纤中传输，在大容量长途传输时可以节约大量的光纤。(3)对数据“透明”。波分复用通道对传输信号是完全透明的，即对传输码率、数据格式及调制方式均具有透明性，可同时提供多种协议的业务，不受限制地提供端到端业务。(4)可扩展性好,兼容全光交换。(5)降低器件的超高速要求。(6)高度的组网灵活性、经济性和可靠性,系统升级时能最大限度地保护已有投资。186.1.1DWDM概述

5．影响波分复用系统性能的因素（1）制作技术和成本限制（2）串扰影响（3）稳频（4）阻塞特性196.1.1DWDM概述6.WDM对光源和光电检测器的要求

（1）对光源的要求①激光器输出波长保持稳定②激光器应具有比较大的色散容纳值③采用外调制技术（2）对光检测器的要求

光检测器应具有多波长检测能力。206.1.2DWDM系统结构1．DWDM器件DWDM器件分为合波器和分波器两种，如图6-5所示。合波器的主要作用是将多个信号波长合在一根光纤中传输。分波器的主要作用是将在一根光纤中传输的多个波长信号分离。图6-5DWDM器件21DWDM的工作原理:一般来说，DWDM系统主要由以下五部分组成：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。(1)光发射机是DWDM系统的核心，除了对DWDM系统中发射激光器的中心波长有特殊的要求外，还需要根据DWDM系统的不同应用(主要是传输光纤的类型和无电中继传输的距离)来选择具有一定色度色散容限的发射机。

(2)光中继放大经过长距离光纤传输后(80～120km)，需要对光信号进行光中继放大。在接收端，光前置放大器(PA)放大经传输而衰减的主信道光信号后，利用分波器从主信道光信号中分出特定波长的光信号送往各终端设备。6.1.2DWDM系统结构22

(3)光监控信道

随着EDFA的商用化进程的发展，在DWDM系统中通常使用EDFA作为中继器，这样使无电中继距离大大提高，因而在DWDM系统中的监控内容增加了对EDFA的监控与管理的内容。在DWDM系统中是通过增加一个新的波长来对EDFA的工作状态进行监控。除监控线路中的EDFA之外，DWDM系统中的监控系统还应完成对各波道工作状态的监控。监控信号所传信息包括帧同步字节、公务字节和网管所用的开销字节等。

6.1.2DWDM系统结构236.1.2DWDM系统结构

2．DWDM的几种网络单元类型DWDM设备可分为光终端复用器（OTM）、光线路放大器（OLA）、光分插复用器（OADM）和电中继器（REG）几种类型。以华为公司的波分320G设备为例讲述各种网单元的作用。（1）光终端复用器（OTM）在发送方向，OTM把波长为λ1～λ16（或λ32）的STM-16信号经合波器复用成DWDM主信道，然后对其进行光放大，并附加上波长为λs的光监控信道。在接收方向，OTM先把光监控信道取出，然后对DWDM主信道进行光放大，经分波器解复用成16（或32）个波长的STM-16信号。OTM的信号流向如图6-6所示。246.1.2DWDM系统结构图6-6OTM信号流向图256.1.2DWDM系统结构（2）光放大器（OLA）每个传输方向的OLA先取出光监控信道（OSC）并进行处理，再将主信道进行放大，然后将主信道与OSC合路并送入光纤。如图6-7所示。图6-7OLA信号流向图266.1.2DWDM系统结构

WDM已经成为光纤通信的主要发展方向，因而光分插复用器(OADM)和光数字交叉连接器OXC将成为光传送网中的关键器件，其性能直接对通信网络的性能构成影响。

（3）光分插复用器（OADM）OADM设备接收线路的光信号后，先提取监控信道，再用WPA将主光通道预放大，通过MR2单元把含有16或32路STM-16的光信号按波长取下一定数量后送出设备，要插入的波长经MR2单元直接插入主信道，再经功率放大后插入本地光监控信道，向远端传输。以MR2为例，其信号流向如图6-8所示。276.1.2DWDM系统结构图6-8静态OADM（32/2）信号流向图28

OADM的功能波长上、下话路的功能。具有波长转换功能。具有光中继放大和功率平衡功能。提供复用段和通道保护倒换功能，支持各种自愈环。具有多业务接入功能。（4）OXC的结构和功能

OXC是一种光网络节点设备，它可以在光层上进行交叉连接和灵活的上下话路操作，同时还提供网络监控和管理功能，它是实现可靠的网络保护与恢复以及自动配线和监控的重要手段.6.1.2DWDM系统结构29

OXC的功能与SDH网络中的DXC设备的功能相比，它们在网络中的地位和作用相同，但功能上存在下列区别。

OXC是在光域完成交叉连接功能的，而DXC是在电层上进行交叉连接。

OXC可以对不同速率和采用任何传输格式的信号进行交叉连接操作；DXC设备针对不同传输格式和不同传输速率的信号的处理方式不同。

DXC受电子速率的限制，交叉连接速率较低；OXC无论在交叉连接速率、接入速率以及总容量等方面，都优于DXC。

OXC中无需进行时钟信号同步与开销处理，便于网络升级(无需更换设备)，而DXC必须进行时钟信号同步与开销处理，在网络升级时必须更换设备。6.1.2DWDM系统结构306.1.2DWDM系统结构

（5）两个OTM背靠背组成的光分插复用器用两个OTM背靠背的方式组成一个可上/下波长的OADM，如图6-9所示。图6-9两个OTM背靠背组成的OADM信号流向图316.1.2DWDM系统结构

（6）电中继器（REG）以STM-16信号的中继为例，其的信号流向如图6-10所示。图6-10电中继器（REG）的信号流向图326.1.2DWDM系统结构

3．DWDM网络的一般组成（1）点到点组网DWDM的点到点组网示意图如图6-11所示。（2）链形组网DWDM的链形组网示意图如图6-12所示。（3）环形组网DWDM环形组网示意图如图6-13所示。图6-11DWDM的点到点组网示意图

336.1.2DWDM系统结构

图6-13DWDM的环形组网示意图图6-12DWDM的链形组网示意图346.1.2DWDM系统结构4．DWDM网络的保护点到点线路保护主要有两种保护方式一种是基于单个波长、在SDH层实施的1+1或1︰N的保护；另一种是基于光复用段上的保护，在光路上同时对合路信号进行保护，这种保护也称光复用段保护（OMSP）。另外还有基于环网的保护。35下图为采用分路器和光开光复用段保护(OMSP)

6.1.2DWDM系统结构366.2光接入技术

电信网包含了为在不同地方的用户提供各种电信业务的所有传输及复用设备、交换设备及各种线路设施等。接入网是电信网的重要组成部分，负责将电信业务透明地传送到用户。接入网由业务结点接口(SNI)和用户网络接口(UNI)之间的一系列传送实体(如线路设施和传输设施)组成，为供给电信业务而提供所需的传送承载能力，可经由网络管理接口(Q3)配置和管理。原则上对接入网可以实现的UNI和SNI的类型和数目没有限制。接入网不解释信令。以前的接入网主要是铜缆网，携带的业务主要是电话业务。铜缆网的故障率很高，维护运行成本也很高，为了减少铜缆网的维护运行费用和故障率，光接入网技术应运而生。37

接入网的界定电信管理网(TMN)接入网(AN)业务结点接口(SNI)业务结点(SN)Q3接口Q3接口用户网络接口(UNI)6.2光接入技术386.2.1光接入网的基本概念1．光接入网基本概念及位置所谓接入网就是指端局到用户环路之间的所有机线设备，通常又称为用户网，如图6-14所示。光接入网（OAN）是指本地交换机或远端交换模块与用户设备之间采用光传输或部分采用光传输的系统。图6-14接入网在电信网中的位置396.2.1光接入网的基本概念2．OAN的优点与功能（1）减少网路的维护运行费用，降低故障率。（2）利于开发新业务，特别是宽带多媒体业务，加强竞争力，提高业务收入。（3）大大延长传输距离，扩大交换机的覆盖范围。（4）引入OAN后，连接到用户设备的双绞线或同轴电缆段的长度很短，可实现宽带传输，充分利用现有的巨大的网络投资。功能：OAN可为企事业单位和居民住宅用户服务；OAN工作于多厂家、多类型交换机环境；OAN能提供所有原来铜缆网所提供的业务（主要是2Mbit/s以下速率的业务），并能升级提供图像和数据等宽带业务。406.2.1光接入网的基本概念

3．OAN的参考配置图6-15所示的是OAN的参考配置。可见，光接入网又可定义为：共享同一网络侧接口且由光接入传输系统支持的一系列接入链路，由光线路终端（OLT）、光分配网（ODN）、光网络单元（ONU）及适配功能（AF）组成，可能包括若干与同一OLT相连的ODN。OLT的作用是为OAN提供网络侧与本地交换机之间的接口，完成电/光转换，并经一个或多个ODN与用户侧的ONU通信。ODN的功能是完成光信号功率的分配。ONU的作用是提供远端用户侧接口，完成光/电转换。AF为ONU和用户设备提供适配功能。416.2.1光接入网的基本概念图6-15OAN的参考配置42

光接入网的拓扑结构OLTONUONUONU单星形网OLTODNONUONUONU双星形网OLTONUONUONUONUONU总线形网OLTONUONUONUONUONUONU环形网6.2.1光接入网的基本概念436.2.2无源光网络（PON）1．无源光网络（PON）的应用类型与组网无源光网络（PON）是指在交换局和用户之间的光分配网络中没有任何有源电子设备，即在光分支点采用无源光分路器构成的光接入网络，其网络拓扑可以是树型、星形、总线形.

图6-16PON基本应用类型446.2.2无源光网络（PON）PON的优势主要有：PON具有成本低、便于维护、对各种业务透明等优点；室外设备是纯介质网络，避免了有源设备的电磁干扰和雷电影响，减少了线路和外部设备的故障率，提高了系统的可靠性；扩容比较简单，不涉及硬件设备改造，只需软件升级，具有良好的扩展性；对业务透明性较好，原则上可适用于任何制式和速率的信号；能够平滑地过渡到光纤到户（FTTH），是目前FTTH的主要解决方案，因而具有广阔的应用前景.

456.2.2无源光网络（PON）应用类型：按ONU所处的位置不同，可将PON分为3种基本的应用类型，光纤到路边（FTTC），光纤到大楼（FTTB），光纤到家（FTTH）和/或光纤到办公室（FTTO）在FTTC结构中，ONU设置在路边的人孔或电线杆上的分线盒处，有时也可以设置在交接箱处。FTTC一般采用双星形结构，从ONU到用户之间采用双绞线铜缆，若要传送宽带业务则要用高频电缆或同轴电缆。

FTTB是将ONU直接放在大楼内(如企业、事业单位办公楼或居民住宅公寓内)，再由铜缆将业务分配到各个用户。FTTB比FTTC的光纤化程度更进一步，更适合高密度用户区，也更容易满足未来宽带业务传输的需要。466.2.2无源光网络（PON）

如果将FTTC结构中设置在路边的ONU换成无源光分路器，将ONU移到大企业事业单位(如公司、政府机关、大学或研究所)的办公室内就成了FTTO。将ONU移到用户家里就成了FTTH。

FTTH是一种全透明全光纤的光接入网，适于引入新业务，对传输制式、带宽和波长等基本上没有限制，并且ONU安装在用户处，供电、安装维护等都比较方便。476.2.2无源光网络（PON）FTTH作为广义的宽带接入方式，可以适应不同时期、不同用户的多种接入需求，实现低成本、灵活的组网方案.对于带宽需求不高的居民小区普通用户，可以采取光纤到小区，将ONU模块放置在小区，通过这里的中心交换机再接到各个楼的用户；对于公司用户，可以采用光纤到大楼，公司共享一个ONU模块，根据公司的业务需求，实时动态分配带宽；对于特殊用户，直接实现FTTH（或光纤到桌面）,ONU/ONT模块放置在用户家中，为用户提供传统语音、CATV/HDTV和高速数据服务，这就是今后要实现的真正意义上的FTTH；对于一些重要会议现场，经常有大量媒体进行现场报道，进行远程视频、网络视频直播，对传输速率要求很高。这时可以采用光纤到桌面（FTTD），将光纤接到新闻现场，提供高速的接入服务486.2.2无源光网络（PON）

组网：PON的组网有总线结构、树形结构、星形结构和混合结构。如图6-17所示，图中SP是光分支器，一个OLT一般能带500个用户，一个ONU可带4、16、32、64个用户。图6-17无源光网络的组网496.2.2无源光网络（PON）2．PON的业务支持能力PON可支持2.048Mbit/s以下速率的窄带业务，基本业务有下面7种：普通电话业务（POTS）、租用线、分组数据、ISDN基本速率接入（BRA）、ISDN基群速率接入（PRA）、n×64kbit/s和2.048Mbit/s（成帧和不成帧）。可支持宽带业务，诸如单向广播式业务（如CATV业务）、双向交互式业务（如VOD或数据通信业务）和模拟广播业务等。图6-18所示是采用TDM+FDM+WDM方式传送宽带图像业务的PON系统。506.2.2无源光网络（PON）图6-18TDM+FDM+WDM的PON系统516.2.3数字环路载波（DLC）

1．数字环路载波系统构成DLC是业务节点（SN）和用户终端设备之间的接入网设备，在SN与用户所在地之间采用点对点的有源光网络传输系统。DLC系统由局端机（COT）、远端机（RT）和光线路终端（OLT）三部分组成，如图6-19所示。图6-19DLC系统参考配置526.2.3数字环路载波（DLC）2．DLC系统的特点（1）COT和SN之间通过标准的2Mbit/s和n×2Mbit/s数字接口相接。（2）COT和RT之间使用光传输设备传送信息，光传输设备既传送用户信息也用于传送监测信号、公务及其他数据信号的辅助信道。（3）RT与用户终端设备之间采用标准化的用户接口。536.2.3数字环路载波（DLC）3．DLC系统的功能（1）DLC系统不解释信令，提供PSTN用户口信令信息的双向传输功能，提供ISDND通道信息的双向传输功能。（2）DLC系统提供透明传送ISDNB通道或PCM64kbit/s信道的双向传送功能。（3）DLC系统提供各部分的性能监测、告警信号。提供每个用户口的状态信息。通过标准化的Q接口与TMN相连。（4）DLC系统的COT到RT之间可以采用各种标准化的SDH和PDH传输系统实现接入网传输功能。（5）DLC系统提供“公务”等辅助功能。利用内嵌操作信道完成管理信息的传送。546.2.3数字环路载波（DLC）

4．灵活数字环路系统（FDLC）为提高信道资源的利用率，可采用动态分配时隙的方法，这种DLC系统称为灵活数字环路系统（FDLC）。在DLC设备内加入集线/压缩功能，在相同的传输速率下可容纳更多的用户，如采用4∶1的集线比，可在2Mbit/s的传输速率下传送120路电话（如图6-20所示）。图7-21所示的是另一种灵活分配时隙的例子，在2Mbit/s信道的30个时隙中，12个时隙留作租用线业务，将108路电话以6∶1的集线比在余下的18个时隙中传输，在COT处恢复为4个2Mbit/s进入交换机。556.2.3数字环路载波（DLC）图7-204︰1集线的FDLC图6-21另一种FDLC用法566.2.4混合光纤同轴网（HFC）

1．HFC的基本概念双向HFC网络能进行交互式通信，它是在现有CATV的单向HFC网络基础上改造而成的，如图6-22所示。

2．HFC的特点（1）HFC的优点①频带宽②传输速率高③灵活性④经济性（2）需要解决的问题①频谱相互间的干扰问题。②噪声干扰的“漏斗效应”问题。③共享带宽，要解决好信道争用的问题。④进行交互式数据通信时要注意安全性和可靠性。576.2.4混合光纤同轴网（HFC）图6-22双向HFC网络结构586.2.4混合光纤同轴网（HFC）3．HFC网络结构双向HFC网络的结构如图6-22所示，主要由以下部分组成。

（1）局端设备：相当CATV系统的前端设备，但功能扩展了。①对各业务节点设备的接口功能。②各路射频信号的混合。③光电转换。④提供监控接口功能。

（2）光纤馈线网与光节点

（3）同轴电缆信号传输与分配网，含双向放大器及分配器等。（4）综合业务单元（ISU）ISU分单用户（H-ISU）和多用户（M-ISU）两类。596.2.4混合光纤同轴网（HFC）4．HFC频带分配频带分配如表6-1所示。波

段频

率

范

围业

务R5.00～30.0(上行)电视及非广播业务R130.0～42.0（上行）电信业务I48.5～92.0模拟广播电视FM87.0～108.0调频广播A1111.0～167.0模拟广播电视III167.0～223.0模拟广播电视A2223.0～295.0模拟广播电视B295.0～463.0模拟广播电视IV470.0～582.0数字或模拟广播电视V582.0～710.0电信业务（1）（VOD等）VI710.0～750.0电信业务（2）（电话、数据）606.2.4混合光纤同轴网（HFC）

5．HFC的业务支持能力（1）基于数字传输的业务①普通电话业务（POTS）②p×64kbit/s租用线业务③E1（成帧与不成帧）业务④ISDN业务：BRA和PRA⑤数据业务⑥数字视频业务（如VOD）⑦个人通信业务（PCS）（2）模拟业务①模拟广播电视②调频广播616.2.4混合光纤同轴网（HFC）

6．HFC的用户设备HFC的用户设备由综合业务单元（ISU）与电信业务终端和/或有线电视终端组成。ISU提供与电信业务终端和/或有线电视终端的接口功能。常见的ISU有电缆调制解调器（CM）和机顶盒（SetTopBox）。CM用于提供数据通信业务，连接PC或局域网。CM具有标准以太接口，可以连接单台PC，也可以接多台PC或局域网。机顶盒用于配合电视机收看模拟的或数字的广播电视节目。功能强的机顶盒可同时具有CM的功能，用户可通过电视机上网，同样CM也可能兼有接收模拟和数字广播电视的功能。626.2.5固定无线接入（FWA）

1．固定无线接入的基本概念和特点

（1）基本概念固定无线接入是指业务节点到用户终端间部分或全部采用了无线传输的接入方式。其终端不含或含有有限的移动性。（2）无线本地环路的优点①系统安装快捷，维护方便，费用低。②网络灵活性高，扩容方便，便于网络重组和用户变迁。③有有限的移动性，方便用户，享受到移动通信的部分功能，且仅仅支付普通市话费用即可。④免去干线建设，提高了农村电话网建设的速度和安全性。⑤频谱利用率高，可以构建高密度的室内无线电话网。636.2.5固定无线接入（FWA）

2．固定无线接入的系统构成典型的固定无线接入系统由下述单元组成，如图6-23所示。图6-23固定无线系统的参考配置646.2.5固定无线接入（FWA）（1）用户单元是用户携带的或固定在某一位置的无线收发信机，分为固定式、移动式和便携式3种。它为用户提供电话、传真等终端的标准接口，也可与终端做成一体。（2）基站基站通过无线接口提供与用户单元之间的无线信道。（3）基站控制器提供与基站、网络和操作维护中心的接口，提供无线信道控制和基站监测等功能，并完成与交换机的转换。（4）网管中心网管中心管理整个固定无线接入系统。它的功能包括配置管理、故障管理、性能管理、安全管理和计费管理。656.2.5固定无线接入（FWA）3．固定无线接入的分类按照服务对象和覆盖范围，固定无线接入可分成以下3类。

（1）宏区：又称大区，覆盖区半径为5～55km，主要用于农村、山区、沿海和沙漠地区。

（2）微区：覆盖区半径为0.5～5km，主要用于城市、郊区和农村。（3）微微区：覆盖区半径为50～500m，主要用于大城市人口密集的区域。666.2.5固定无线接入（FWA）4．业务和功能支持电话、话带数据和传真等固定电话网提供的业务。（1）支持公网交换机所发出的拨号音、忙音等信号音。（2）支持DTMF信号和拍叉簧功能，及各项派生业务。（3）支持基本业务及补充业务的透明传送。（4）具有用户识别鉴权功能。（5）固定无线接入用户的管理。（6）系统能提供对固定用户终接设备的检测监视能力。（7）呼叫处理能力。676.2.5固定无线接入（FWA）

5．固定无线接入中采用的无线传输技术

（1）微波一点多址接入系统是一种利用无线传输的广播性，实现多个分散点用户业务的集中的通信系统，又称无线用户集中器。（2）蜂窝移动通信系统用于固定接入在移动蜂窝系统的基础上针对固定接入的特点进行改造的，以降低成本，适合于本地环路环境。（3）专用的无线接入技术由厂商根据无线接入的特点自行制定标准专门为用于本地环路而开发的技术，没有统一的国际标准。（4）无绳通信系统用于固定接入：有CT2系统和DECT系统。686.2.5固定无线接入（FWA）图6-24CT2系统结构①CT2系统主要用作公用电话网的接入手段，而不是独立的网络，结构如图6-24所示。696.2.5固定无线接入（FWA）

②DECT系统DECT系统继承了CT2的一些特点，克服了一些缺点，特点是DECT系统有良好的越区切换功能。DECT系统可利用多时隙组合支持较高速率的数据链路，用于144kbit/s的ISDN2B+D业务、G4传真机业务等。DECT系统也采用32kbit/s的ADPCM语音压缩编码，语音质量很好。DECT系统有很强的定位能力，可以自动找到1000个用户。DECT系统还具有较强的信令能力，呼叫建立快，通路变化迅速，既可呼出，也可呼入。706.2.5固定无线接入（FWA）

6．固定无线接入的应用（1）人口稀疏的农村、边缘地区及库区（2）城市新兴商业区和居民区（3）在难于架设有线的地方（4）临时应用或紧急措施716.3相干光通信技术相干光——是由两个激光器产生的具有空间叠加、相互干涉特性的激光。相干光通信——在发射端对光载波进行幅度、频率或相位调制，在接收端，则采用零差检测或外差检测等相干检测技术进行信息接收的通信方式。相干光通信系统可以把光频段划分为许多频道，从而使光频段得到充分利用，即多信道光纤通信。与强度调制—直接检测系统不同，相干光纤通信系统在光接收机中增加了外差或零差接收所需的本地振荡光源，该光源输出的光波与接收到的已调光波在满足波前匹配和偏振匹配的条件下，进行光电混频。726.3相干光通信技术相干光通信系统与IM-DD系统比较，主要有以下优点。（1）光接收机灵敏度高，中继距离长（2）频率选择性好，通信容量大（3）具有多种调制方式1．相干光通信系统的基本原理与组成

光接收机接收的信号光和本地振荡器产生的本振光经混频器作用后，光场发生干涉，由光检测器输出的光电流经处理后以基带信号形式输出。由于混频输出光信号的中频信号功率分量带有信号光的幅度、频率或相位信息，因此发端不管采用哪种调制方式，均可以在中频功率分量反映出来，所以相干光接收方式适合于所有调制方式的通信。73

相干检测原理方框图光检测器电信号处理本地光振荡器信号光混频器基带信号ωsωL6.3相干光通信技术746.3相干光通信技术相干光通信系统由光发射机、光纤和光接收机组成。图6-25相干光通信系统的结构示意图756.3相干光通信技术如图6-25所示，光源发出频率为fs的光脉冲，通过调制器将已经变成电信号的信号源调制到光脉冲包络上，通过长距离线路传输后，到达接收端，接收端采用外差技术，首先通过耦合器将光信号和本振光源信号同时送到光电检测器接收，本振光源频率为fs+fIF，信号光和本振光在满足波前匹配和偏振匹配的条件下混频，得到频率为fIF的中频信号，该信号经过放大后送到解调器解调，最终到达接收电路完成通信过程。相干光通信系统灵敏度的提高主要是因为它采用了本地振荡得到了一定的增益，根据无线电知识中外差接收技术知识可以得到光电检测器的电流:766.3相干光通信技术式中：η为光电检测量子效率，h为普朗克常量，e为电子电量，f为光频率，Ps为信号光功率，PL为本振光功率，m为调制系数，(t-τg)为群延时，ωs、ωL和φs、φL分别为信号光和本振光的角频率和相位。相干检测的方式（1）零差检测选择ωL=ωs,即ωIF=0。零差检测接收光功率可以放大几个数量级，虽然噪声也增大，但仍能使灵敏度大幅提高，但技术复杂，必须严格控制相位变化，使φs－φL保持不变，同时要求ωL=ωs。（2）外差检测选择ωL≠ωs,即ωIF=ωs－ωL＞0。外差检测也能提高灵敏度，信噪比改善比零差检测低3dB，但因无需实现相位锁定，接收机设计相对简单。776.3相干光通信技术（1）光发射机光发射机的组成框图如下图所示。光发射机框图786.3相干光通信技术①调制方式光发射机中的光调制器根据调制方式的不同，可分为ASK、FSK和PSK3种形式，这3种形式的已调光波图如图6-26所示。②调制方式的比较ASK方式最简单，缺点是要损失一部分光源功率，通断消光比不理想，耦合时所附加的插入损耗较大。FSK方式的一个突出优点是无需外部调制器，可对半导体激光器进行直接注入电流调制，但这种方式对激光器要求较高。PSK方式的接收灵敏度最高可达20光子/比特，适用于长距离无中继传输，但它对光源的线宽要求极高。796.3相干光通信技术图6-26各种调制方式的波形806.3相干光通信技术（2）光纤单模光纤作为一种传输媒介，其作用是将已调光波从发送端传送到接收端，传送模式为基模。（3）光接收机光接收机的组成框图如图6-27所示。图6-27光接收机框图816.4光孤子通信技术

1．光孤子通信技术的起源孤子（Soliton）又称孤立波，是经光纤长距离传输之后，其幅度和波形宽度都不变的超短光脉冲(ps数量级)，或者说是一种在传播过程中形状、幅度和速度都维持不变的脉冲状行波。有人把孤子定义为：孤子与其他同类孤立波相遇后，能维持其幅度、形状和速度不变。1834年英国海军工程师ScottRussel观察到河面上船过后隆起的水波可以保形传输，从此揭开了孤子理论的研究序幕。1973年，Hasegawa与Tappert一起从理论上证明了光孤子脉冲能在光纤中保形传输这一现象，这种发现诱发了人们将光孤子作为一种信息载体用于高速通信的遐想。光孤子通信——是利用光孤子作为载体的通信方式。826.4光孤子通信技术2．光孤子通信技术的基本原理光孤子(OpticalSoliton)就是一种具有双曲正割形状的光脉冲，这种脉冲在光纤中传输是利用光纤的群速度色散（GVD）和非线性作用中的自相位调制（SPM）两种影响达到平衡的情况下，从而能保持原来的形状传输。利用光孤子的这种特性，可以实现超长距离、超大容量的光通信。色散——使经过光纤传输一定距离后的光信号出现波形展宽的现象。非线性效应——在入射光功率较强的条件下，光纤折射率随光强度变化的现象。83非线性效应在强光作用下，光纤的n可以表示为这种折射率随光强变化的特性称为克尔效应。设波长为λ，光强为的光脉冲在长度为L的光纤中传输，则光强感应的折射率变化，由此引起的相位变化为这种使脉冲不同部位产生不同相移的特性，称为自相位调制（SPM）。SPM引起脉冲载波频率随时间的变化为该频移使脉冲频率改变分布，在脉冲下降部分，频率升高，在脉冲上升部分，频率降低，这种现象即脉冲被线性调频或称为啁啾。6.4光孤子通信技术84设已调波的频谱较窄，近似单色平面波，则由于克尔效应，其传播常数β为式中P为光功率。Aeff为有效光纤截面积。将该式β0在和P=0附近级数展开，可得式中右边第三项和第四项正好体现的是光纤的色散和非线性效应，因此，只要适当选择相关参数，使这两项的绝对值相等，则光纤色散和非线性效应便相互抵消，使输入脉冲宽度保持不变，形成稳定的光孤子。6.4光孤子通信技术85

光孤子通信系统的构成框图孤子源调制脉冲源探测EDFAEDFAEDFAEDFA光纤传输系统隔离器6.4光孤子通信技术866.4光孤子通信技术

光孤子源产生一系列脉冲宽度很窄的光脉冲（即光孤子流），作为信息载体进入光调制器，使信息对光孤子进行调制。被调制的光孤子流经掺铒光纤放大器和光隔离器后，进入光纤中传输。为克服光纤损耗带来的光孤子减弱，在光纤线路上周期性地插入EDFA，向光孤子注入能量，以补偿光纤传输而引起的能量损耗，确保光孤子稳定传输。在接收端，通过光检测器和解调装置，恢复光孤子所承载的信息。

3．光孤子通信技术的新进展

（1）理论研究进展

首先，在理论方法方面，基于标准非线性薛定谔方程和逆散射理论，深入研究了理想孤子解的基本结构和特征；基于光孤子通信系统的实际结构和扰动非线性薛定谔方程，建立了研究光孤876.4光孤子通信技术子传输特性的各种扰动理论方法，深入研究了光孤子的动力学过程、动态演化特性、稳定性及稳定传输的条件和能力；基于光孤子的粒子性，建立了分析孤子相互作用的各种理论方法，揭示了光时分复用、波分复用系统中光孤子相互作用的机制和规律。其次，在光孤子通信系统分析设计模型方面，基于不同系统结构、运行条件和性能要求，研究了光孤子传输方案和理论模型，建立了平均孤子或导引中心孤子模型及动态孤子和绝热孤子传输方案，确立了系统结构的基本模式。（2）色散管理孤子（DMS）

经过十余年对孤子脉冲传输研究，探索了各种实验系统方案和系统设计方法，解决了许多关键技术，脉冲在光纤中传输时所886.4光孤子通信技术产生的色散、损耗和非线性是公认的三大影响孤子脉冲传输的因素，掺铒光纤放大器(EDFA)问世后，损耗问题已经得到很好的解决，但是随着孤子脉冲源脉宽的越来越窄，色散作用越来越影响孤子的传输，于是对色散进行补偿成为一个紧要的技术，现在光孤子通信系统的色散补偿大体有两类技术：一类是弱色散和局部色散补偿；另一类是周期性全局强色散补偿。DMS比普通孤子系统具有更长的光中继距离，可达120～140km，而普通孤子系统仅为30～50km。896.4光孤子通信技术采用如图6-28所示的实验装置：增益开关DFB激光器产生5GHz脉冲串，啁啾参量C=−2.29，并采用普通单模光纤（SMF）和色散补偿光纤（DCF）搭配进行孤子脉冲传输，其中SMF长度为30km，D=17ps/nm·km，DCF的长度为8km，D=−62ps/nm·km，通过利用DCF补偿色散，传输38km以后的孤子脉冲仍能保持原来的形状，并且啁啾参量C=−1.57，也就是说经过色散补偿后的DMS改善了脉冲的传输质量。图6-285GHz，38km色散管理孤子传输试验图906.4光孤子通信技术3.光孤子通信实用化研究进程

欧共体各国协同组建了多项孤子发展项目，欧洲各相关光通信公司、研究所和大学基本上都参加了其项目研究，下表给出了其中三个项目的基本情况。916.4光孤子通信技术

4．光孤子通信实用化研究进程20世纪90年代前，孤子技术在实验室完成的.1995年后开始现场试验和实用化研究。现已经日趋成熟并已引起工业界和电信运营商的高度重视，它将是下一代光纤通信的主流方式。926.5全光通信网1．全光网(All-OpticalNetworks，AON)的概念所谓全光通信网是指信号以光的形式穿过整个网络，直接在光域内进行信号的传输、再生、光交叉连接（OXC）、光分叉复用（OADM）和交换/选路，中间不需经过光电、电光转换，因此它不受检测器、调制器等光电器件响应速度的限制，对比特速率和调制方式透明，可以大大提高整个网络的传输容量和交换节点的吞吐量.