光传输技术基础知识

光传输网络基础知识主要内容光纤通信基础同步数字体系SDH光纤通信基础—概论一、光纤通信概念

利用光纤来传输携带信息的光波以达到通信的目的。数字光纤通信系统方框图光纤通信基础—概论二、光纤通信发展简史1966年，英籍华裔学者高锟指出了利用光纤(OpticalFiber)进行信息传输的可能性和技术途径，奠定了现代光通信——光纤通信的基础。1970年，光纤研制取得了重大突破。美国康宁(Corning)公司就研制成功损耗20dB/km的石英光纤。1973年，美国贝尔(Bell)实验室取得了更大成绩，光纤损耗降低到2.5dB/km。1976年，日本电报电话(NTT)公司将光纤损耗降低到0.47dB/km(波长1.2μm)。光纤通信基础—概论三、光纤通信优点1、通信容量巨大

从理论上讲，一根光纤可以同时传输100亿个话路，目前同时传输50万个话路的试验已经成功，比传统同轴电缆、微波等高出几千乃至几十万倍。2、中继距离长

光纤具有极低的衰耗系数，配以适当的光发送、光接收设备、光放大器、前向纠错与RZ编码调制技术等，可使其中继距离达数千公里以上，而传统电缆只能传送1.5km，微波50km，根本无法与之相比拟。3、保密性能好4、适应能力强

具有不怕外界强电磁场的干扰、耐腐蚀等优点5、体积小、重量轻6、原材料来源丰富、价格低廉光纤通信基础—光纤一、光纤的构造

光纤呈圆柱形，主要由纤芯、包层二大部分组成。1、纤芯：位于光纤的中心部位，成分为高纯度的二氧

化硅，掺有极少量掺杂剂。2、包层：位于纤芯的周围，其成分也是含有极少量掺

杂剂的高纯度二氧化硅。3、涂覆层：光纤的最外层，由丙烯酸酯、硅橡胶和尼

龙组成。外皮纤芯包层光纤通信基础—光纤二、光纤的分类光纤种类按光纤剖面折射率分布分类按工作波长分类石英光纤按组成成份分类按传输模式分类含氟光纤塑料光纤阶跃型光纤渐变型光纤多模光纤单模光纤短波长光纤（波长典型值为850nm）长波长光纤（波长为1310nm，1550nm）光纤通信基础—光纤二、光纤的分类—阶跃、渐变光纤1、阶跃光纤

在纤芯与包层区域内，折射率的分布分别是均匀的，分别为n1和n2，但在纤芯与包层的边界处，其折射率的变化是阶跃的。2、渐变光纤

光纤轴心处的折射率最大(n1)，但随横截面径向的增加而逐渐减小，到纤芯与包层的边界处，正好降到与包层区域的折射率n2光纤通信基础—光纤二、光纤的分类—单模、多模光纤1、单模光纤：可传多种模式的光。但其模间色散较大，这就限制了传输数字信号的频率，而且随距离的增加会更加严重。2、多模光纤：只能传一种模式的光，因此其模间色散很小，适用于远程通讯。Core125mmCladCoreClad125mm50mm8mm85mm多模光纤单模光纤人的头发光纤通信基础—光纤三、光纤的简单导光原理1、全反射原理若使光束从光密媒质射向光疏媒质时,则折射角大于入射角，如图所示。如果不断增大θ0可使折射角θ1达到90°,这时的θ1称为临界角。当光线从光密媒质射向光疏媒质,且入射角大于临界角时,就会产生全反射现象。

光纤就是利用这种全反射来传输光信号的。光纤通信基础—光纤三、光纤的简单导光原理2、光在光纤中的传播光纤通信基础—光纤四、光纤的衰耗光纤的损耗是指光信号经光纤传输后，由于吸收、散射等原因引起光功率的减小。光纤损耗散射损耗非线性散射吸收损耗本征吸收：光纤材料本身所固有的吸收作用杂质吸收：光纤中杂质对光的吸收作用其他衰耗（微弯曲衰耗等）线性散射结构不完善散射光纤通信基础—光纤五、光纤的色散

色散分为色度色散与偏振模色散两大类。

色度色散简单说就是有光纤传输引起的光脉冲展宽与畸变效应。色度色散包括三个部分：模式色散、材料色散、波导色散。

同步数字体系

我们前面为大家介绍了光纤，也介绍了光纤传输的简单原理，如果把光纤比作一条高速公路，要实现有效的传输还需要有高速汽车，以及一系列相应的交通规则。同步数字体系就是一套这样的“交通系统”。光纤通信系统框图信息数字终端设备发送端光端机发送端光端机接收端数字终端设备接收端信息光纤光传输设备光传输设备同步数字体系—SDH概论一、SDH的产生1、PDH的缺点（1）没有国际统一的数字速率标准（2）没有国际统一的光接口规范同步数字体系—SDH概论一、SDH的产生1、PDH的缺点（3）上下电缆成本高，结构复杂（4）网络的运行、管理、维护能力差光/电光信号解复用140/34Mb/s34/8Mb/s8/2Mb/s复用复用复用电/光光信号2/8Mb/s8/34Mb/s34/140Mb/s2Mb/s(电信号)PDH解复用解复用同步数字体系—SDH概论一、SDH的产生2、SDH的产生

上述PDH的缺点要想在原有的技术体制和框架内予以解决，几乎是不可能的。1998~1990年，ITU-T通过了关于SDH的9个标准，1992~1996年又相继通过了5个，至此在国际范围内就SDH的硬件与软件达成了一致协议。同步数字体系—SDH概论二、SDH的特点（1）速率统一在SDH帧结构中既可以包含2Mb/s数字体系的各种子速率信号，如2Mb/s，34Mb/s和140Mb/s；也可以包含1.5Mb/s数字体系的各种子速率信号，如1.5Mb/s，6.3Mb/s，45Mb/s和100Mb/s等。

目前SDH有5个标准化的STM等级，即STM-1/4/16/64/256（2）光接口规范（3）灵活的分插复用（4）具有强大的运行、管理、维护与指配能力（5）组网较灵活、网络的安全性与生存性强（6）兼容性好SDH不仅可以向前兼容已有的PDH各种速率信号，而且还可以向后兼容未来的许多新业务信号，如ATM信元、FDDI信元等。同步数字体系—SDH概论三、SDH概况（1）SDH的等级等级速率（Mb/s）含2M电路数量语音话路容量STM-1155.52631890STM-4622.082527560STM-162488.32100830240STM-649953.284032120960STM-256398131216128483840同步数字体系—SDH概论三、SDH概况（2）SDH设备的种类SDH设备可以分为4种：终端复用器(TM)、分插复用器(ADM)、再生器(REG)和数字交叉连接设备(DXC)。TMDXCDXCADMTMADMSTM-nDXCDXCTMSTM-NSTM-NSTM-NSTM-NSTM-NSTM-NSTM-NSTM-n同步数字体系—SDH概论三、SDH概况（2）SDH设备的种类—终端复用器（TM）终端复用器用在网络的终端站点上，例如一条链的两个端点上，它是一个双端口器件。同步数字体系—SDH概论三、SDH概况（2）SDH设备的种类—分插复用器（ADM）分/插复用器用于SDH传输网络的转接站点处，例如链的中间结点或环上结点，是SDH网上使用最多、最重要的一种网元，它是一个三端口的器件。同步数字体系—SDH概论三、SDH概况（2）SDH设备的种类—再生中继器（REG）再生中继器设在网络的中间局站，目的是延长传输距离，但不能上、下电路，REG是双端口器件，只有两个线路端口。同步数字体系—SDH概论三、SDH概况（2）SDH设备的种类—数字交叉连接设备（DXC）数字交叉连接设备完成的主要是STM-N信号的交叉连接功能，它是一个多端口器件，它实际上相当于一个交叉矩阵，完成各个信号间的交叉连接，同步数字体系—帧结构一、帧结构的组成

STM-N的帧结构由3部分组成：段开销，包括再生段开销（RSOH）和复用段开销（MSOH）；管理单元指针（AU-PTR）；信息净负荷（payload）。13459RSOHSTM-N净负荷

(含POH)9×N261×N270×N列MSOHAUPTR同步数字体系—帧结构一、帧结构的组成（1）信息净负荷（payload）：

在STM-N帧结构中存放将由STM-N传送的各种信息码块的地方。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。同步数字体系—帧结构一、帧结构的组成（2）段开销（SOH）：为了保证信息净负荷正常、灵活传送所必须附加的供网络运行、管理和维护（OAM）使用的字节。例如段开销可进行对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，而POH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。

当然，SOH和POH还有一些管理功能。段开销又分为再生段开销（RSOH）和复用段开销（MSOH），分别对相应的段层进行监控。同步数字体系—帧结构一、帧结构的组成（3）管理单元指针（AU-PTR）：AU-PTR是用来指示信息净负荷的第一个字节在STM-N帧内的准确位置的指示符，以便收端能根据这个位置指示符的值（指针值）正确分离信息净负荷。同步数字体系—帧结构二、SDH信号的传输SDH帧结构虽然是块状，但是在传输时依然是以串行码流形式，即按从左到右，由上而下的顺序进行。ITU-T规定对于任何级别的STM-N帧，帧频是8000帧/秒，也就是帧长或帧周期为恒定的125μs。同步数字体系—段开销一、段开销

下图是一个STM-1的段开销9列

A1

A1

A1

A2

A2

A2

J0**

B1△△

E1△

F1**

D1△△

D2△

D3

AU-PTR(管理单元指针)

B2

B2

B2

K1

K2

D4

D5

D6

D7

D8

D9

D10

D11

D12

S1

M1

E2**RSOHMSOH9行

*国内使用字节

△传输媒质指示字节空格：国际使用字节同步数字体系—段开销一、段开销1.A1、A2：

帧定位字节（F628H）；

2.J0：

再生段跟踪字节，使收、发能正确对接；

3.B1：再生段比特间插奇偶校验字节(BIP-8)；4.

D1~D3：再生段数据通信通道，可传送再生段运行数据；

5.D4~D12：复用段数据通信通道，可传送复用段运行数据；6.E1、E2：公务联络字节；7.F1：使用者通道字节，用于维护的数据/音频通道；8.B2：复用段比特间插奇偶校验字节(BIP-N×24)；同步数字体系—段开销一、段开销

9.

K1、K2：自动保护倒换字节，执行APS协议；

其中：

K1的b5~b8为请求保护倒换的局站编号，

K2的b1~b4为倒换到保护通路上的局站编号。S1：同步状态字节，指示同步状态、时钟级别等；其中b1~b4暂不使用，b5~b8表示时钟级别等b5-b8的值越小，表示相应的时钟质量级别越高。11.

M1：复用段远端差错指示，指示B2的误块检测结果。

其中b1暂不使用；b2~b8：用二进制编码方式，对B2的误块检测结果进行误块计数

同步数字体系—段开销二、段开销的复用字节间插复用时各STM-1帧的AU-PTR和payload的所有字节原封不动的按字节间插复用方式复用，而段开销的复用方式就有所区别。下图为STM-4帧的段开销结构图同步数字体系—复用与映射一、SDH的复用结构和步骤同步数字体系—复用与映射二、我国规范的SDH复用与映射结构同步数字体系—复用与映射三、SDH复用原理—容器（C）容器的主要作用就是进行速率调整。标准容器尺寸种类C-12

C-3

C-4装载信号种类2Mb/s34/45Mb/s140Mb/s速率（Mb/s）2.17648.384149.760同步数字体系—复用与映射三、SDH复用原理—虚容器（VC）

是用来支持SDH通道层连接的信息结构。

VC是由信息容器C加上通道开销POH构成。POHC-3(34/45Mb/s)

C-4

(140Mb/s)POH

VC-12POHC-12(2Mb/s)

VC-412261912859

VC-31249同步数字体系—复用与映射三、SDH复用原理—支路单元（TU）：是在高阶VC与低阶VC之间进行适配的信息结构。TU是由低阶VC加上支路单元指针TUPTR构成。H1H2H3TUPTRVC-12

VC-3

TU-12TU-3124912869同步数字体系—复用与映射三、SDH复用原理—支路单元组（TUG）：由几个TU或TUG进行字节间插复用组成2b12313123cacbaTU-12aTU-12bTU-12cTUG-2444TU-12a同步数字体系—复用与映射三、SDH复用原理—支路单元组（TUG）：由几个TU或TUG进行字节间插复用组成3×TU-12

7×TUG-2

TUG-2TUG-3R为填充字节RR1129138692同步数字体系—复用与映射三、SDH复用原理—管理单元（AU-4）：是在高阶VC与复用段之间进行适配的信息结构。

AU是由高阶VC加上管理单元指针AUPTR构成。VC-4AU-PTR同步数字体系—复用与映射四、总结

一个STM-1帧中可以复用几路2M信号？几路34M信号？几路140M信号？AUGTUG-2VC-3C-3

C4TU-12VC-12C-12140M34M/45M2M指针处理映射复用校准×N×7×3×3TUG3STM-NAU-4VC-4TU-3×1×1同步数字体系—组网与保护一、基本的网络拓扑结构SDH网是由SDH网元设备通过光缆互连而成的，网络节点（网元）和传输线路的几何排列就构成了网络的拓扑结构。网络的有效性（信道的利用率）、可靠性和经济性在很大程度上与其拓扑结构有关。网络拓扑的基本结构有链形、星形、树形、环形和网孔形。同步数字体系—组网与保护二、环网的分类按传输环上业务的方向可将自愈环分为单向环和双向环两大类；按网元节点间的光纤数可将自愈环划分为双纤环（一对收/发光纤）和四纤环（两对收发光纤）；

按保护的业务级别可将自愈环划分为通道保护环和复用段保护环两大类。同步数字体系—组网与保护二、环网的分类对于通道保护环，业务的保护是以通道为基础的，也就是保护的是STM-N信号中的某个VC（某一路PDH信号），倒换与否按环上的某一个别通道信号的传输质量来决定的。复用段倒换环是以复用段为基础的，倒换与否是根据环上传输的复用段信号的质量决定的。倒换是由K1、K2（b1—b5）字节所携带的APS协议来启动的，当复用段出现问题时，环上整个STM-N或1/2STM-N的业务信号都切换到备用信道上。同步数字体系—组网与保护二纤单向复用段保护环二根光纤：S（业务）光纤，P（保护）光纤。正常时：业务信号AC在发端A只馈入S光纤，沿顺时针方向到达C站：ABC。同理，业务信号CA在发端C只馈入S光纤，沿顺时针方向到达C站：CDA。

同步数字体系—组网与保护故障时：如B、C间光缆被切断在B节点执行环回功能：即把AC业务环回到P光纤上，沿路径A-B-A-D-C到达目的地C。在节点C：把接收点切换到P光纤上。CA业务仍按原路径传送。优点：倒换速度快（用APS）：

P光纤可传送额外业务。缺点：不能重复使用节点间时隙环传输容量：STM-N同步数字体系—组网与保护二纤双向复用段保护环正常时：利用S1与S2工作通道传送业务业务信号AC在发端A馈入S1/P2光纤的工作通道S1，沿顺时针方向到达C站：A-B-C。同理，业务信号CA在发端C馈入S2/P1光纤的工作通道S2，沿逆时针方向到达A站：C-B-A。P1与P2通道可传送额外业务。同步数字体系—组网与保护故障时：B节点：把AC业务从S