光纤通信技术概论

光纤通信技术概论2015年冬训讲座光纤知识及测试曲线分析光缆及光缆接续干线传送网知识本地传送网知识传送网拓扑结构及环网保护光纤型号及特性一般分类多模单模ITU-TG651G652G653G654G655G657GI常规零色散位移155损耗最小非零色散,抑制四波混频弯曲不敏感单模光纤，主要用于FTTx损耗（dB/km)13101550<1.0(0.3-.04)<0.5(0.2-0.25)<0.5(0.2-0.25）0.25（<0.185）0.25<1.0(0.3-.04)<0.5(0.2-0.25色散ps/〔nm·km）131015500203.517～204.2-4.5020IEC编号A1B1.1(A、B)，B1.3（C）B2B1.2B4B61、G.652光纤：也称标准单模光纤（SMF），是指色散零点（即色散为零的波长）在1310nm附近的光纤，目前G.652光纤已开发使用到G.652C和G.652D，即无水峰、全波段光纤。2、G.653光纤：也称色散位移光纤（DSF），是指色散零点在1550nm附近的光纤，它相对于G.652光纤，色散零点发生了移动，所以叫色散位移光纤。3、G.655光纤：也称非零色散位移单模光纤，将色散零点的位置从1550nm附近移开一定波长数，使色散零点不在1550nm附近的DWDM工作波长范围内，这种光纤就是非零色散位移光纤（NDSF）。目前此类光纤已发展至G.655B和G.655C光纤，与G.655A型相比增大了C波段的色散值范围，增加了在1625nm最大值衰减值的要求，PMD值降低，更适合DWDM系统。4、G.656光纤：即新型宽带光传输非零色散位移单模光纤。5、G.657光纤：弯曲不敏感单模光纤，最小弯曲半径可达5MM，良好的抗疲劳能力。新型光纤1．新型少模光纤：100Gb/s速率下为数据中心、高速计算、超级计算中心、局域网和中央办公室等应用实现低成本数据传输。2．新型单模光纤塑料光纤（室内数据传输）晶体光纤PCF（光孤子传输）3.多心光纤：在一根光纤内含有多个传输信号的核心，可用于大数据或能量的传输光纤的损耗、色散特性曲线工作波长的选择由石英光纤的损耗谱曲线自然地显示光纤通信系统的三个低损耗窗口：①第一低损耗窗口短波长0.85μm附近，损耗值约为2.5dB/km；②第二低损耗窗口长波长1.31μm附近，损耗值约为0.4dB/km；③第三低损耗窗口长波长1.55μm附近，损耗值为0.2dB/km，已接近理论值(理论极限为0.15dB/km)。光纤的色散白光的色散光纤中的色散光纤的测试及曲线分析光纤损耗的测量常用的方法：剪断法、插入法、后向法剪断法光纤的测试及曲线分析光纤损耗的测量常用的方法：剪断法、插入法、后向法剪断法光纤的测试及曲线分析插入法光纤的测试及曲线分析插入法光纤的测试及曲线分析后向法主要参数：波长、折射率、量程、脉宽、时间光纤的测试及曲线分析光纤损耗的测量常用的方法：剪断法、插入法、后向曲线法1.正常的曲线判断曲线是否正常的方法：（1）曲线主体斜率基本一致，且斜率较小，说明线路衰减常数较小，衰减的均匀性较好。（2）无明显“台阶”，说明线路接头质量较好。（3）尾部反射峰较高，说明远端成端质量较好。光纤的测试及曲线分析2.异常曲线分析（1）曲线有大台阶有明显“台阶”，若此处是接头处，则说明此接头接续不合格或者该根光纤在融纤盘中弯曲半径太小或受到挤压；若此处不是接头处，则说明此处光缆受到挤压或打急弯。光纤的测试及曲线分析（2）曲线有段斜率较大此段曲线斜率明显较大，说明此段光纤质量不好，衰耗较大。光纤的测试及曲线分析（3）曲线远端没有反射峰此段曲线尾部没有反射峰，说明此段光纤远端成端质量不好或者远端光纤在此处折断。光纤的测试及曲线分析（4）中间有反射反射峰中间多了一个反射峰，因为很有可能中间是一个跳接点，如光交或机房跨接。当然也会有例外的情况，总之，能够出现反射峰，很多情况是因为末端的光纤端面是平整光滑的。端面越平整，反射峰越高。例如在一次中断割接当中，当光缆砍断以后，测试的曲线应该如光路存在断点图所示，但当你再测试时，在原来的断点位置出现反射峰的话，那说明现场的抢修人员很有可能已经把该纤芯的端面做好了。光纤的测试及曲线分析（5）测不出去出现图中这种情况，有可能是仪表的尾纤没有插好，或者光脉冲根本打不出去，再有就是断点位置比较进，所使用的距离、脉冲设置又比较大，看起来就像光没有打出去一样。出现这种情况，1要检查尾纤连接情况，2就是把OTDR的设置改一下，把距离、脉冲调到最小，如果还是这种情况的话，可以判断1尾纤有问题，2OTDR上的识配器问题，3断点十分近，OTDR不足以测试出距离来。如果是尾纤问题，只要换一根尾纤就知道，不行的话就要试着擦洗识配器，或就近查看纤芯了。光纤的测试及曲线分析（6）测试距离过长这种情况是出现在测试长距离的纤芯时，OTDR所不能打到的距离所产生的情况，或者是距离、脉冲设置过小所产生的情况。如果出现这种情况，OTDR的距离、脉冲又比较小的话，就要把距离、脉冲调大，以达到全段测试的目的，稍微加长测试时间也是一种办法。光纤的测试及曲线分析（7）幻峰（鬼影）的识别与处理曲线上鬼影处未引起明显损耗；沿曲线鬼影与始端的距离是强反射事件与始端距离的倍数，成对称状。消除幻峰（鬼影）：选择短脉冲宽度、在强反射前端(如OTDR输出端)中增加衰减。若引起鬼影的事件位于光纤终结，可"打小弯"以衰减反射回始端的光。光纤的测试及曲线分析（8）正增益现象处理在OTDR曲线上可能会产生正增益现象。正增益是由于在熔接点之后的光纤比熔接点之前的光纤产生更多的后向散光而形成的。事实上，光纤在这一熔接点上是熔接损耗的。常出现在不同模场直径或不同后向散射系数的光纤的熔接过程中，因此，需要在两个方向测量并对结果取平均作为该熔接损耗。OTDR的盲区-衰减盲区OTDR的盲区-事件盲区OTDR的盲区-脉宽与盲区的关系光纤知识及测试曲线分析光缆及光缆接续干线传送网知识本地传送网知识传送网拓扑结构及环网保护典型结构的光缆常用的光缆结构有层绞式、骨架式、中心束管式和带状四种。（1）层绞式光缆层绞式光缆是经过套塑的光纤在加强芯周围绞合而成的一种结构。层绞式结构光缆，收容光纤数有限，多数为6-12芯，也有24芯的。随着光纤数的增多，出现单元式绞合：一个松套管就是一个单元，其内可有多根光纤。生产时先绞合成单元，再挤制松套管，然后再绞合成缆。（2）骨架式光缆骨架式光缆是将紧套光纤或一次涂覆光纤放入螺旋形塑料骨架凹槽内而构成，骨架的中心是加强元件。在骨架式光缆的一个凹槽内，可放置一根或几根涂覆光纤，也可放置光纤带，从而构成大容量的光缆。骨架式光缆对光纤保护较好，耐压、抗弯性能较好，但制造工艺复杂。（3）中心束管式光缆中心束管式光缆是将树根一次涂覆光纤或光纤束放入一个大塑料套管中，加强元件配置在塑料套管周围而构成（4）带状式光缆带状式光缆结构是将多根一次涂覆光纤排列成行制成带状光纤单元，然后再把带状光纤单元放入在塑料套管中，形成中心束管式结构；也可以把带状光纤单元放入凹槽内或松套管内，形成骨架式或层绞式结构。带状结构光缆的优点是可容纳大量的光纤（一般在100芯以上），满足作为用户光缆的需要；同时每个带状光缆单元的接续可以一次完成，以适应大量光纤接续、安装的需要。带状光缆熔接专用工具带状光缆接续专用工具：带状光纤涂覆层热剥除器、带状光纤切割刀、带状光纤熔接机、带状光纤热可缩管（5）特殊结构光缆：光/电力组合缆、光/架空地线组合缆和海底光缆和无金属光缆(ADSS)光纤色谱单芯光缆简称单芯软光缆，主要用于局内（或站内）或仪表测试软线外护层是黄色的是单模光纤；橘红色或灰色的是多模光纤的；G655的尾纤头是绿色的，G652的尾纤头是黑色的方头的话是蓝色的，圆头的话是金属亮白色的；皮线光缆（蝶形光缆）：引入光缆、室内光缆。FTTX的大量需求光缆接续损耗的要求和位置选择光纤的接续光纤的接续分为机械接续法、熔接法机械接续法光缆的接续熔接法（带状光缆接续专用工具：带状光纤涂覆层热剥除器、带状光纤切割刀、带状光纤熔接机、带状光纤热可缩管）光缆接续光缆接续光缆接续-单芯光纤的接续步骤光缆接续-单芯光纤的接续步骤光缆接续-单芯光纤的接续步骤光缆接续-余纤的处理光缆接续-余纤的处理光缆接续-余纤的处理光缆接续-监测缆的安装光缆接续-损耗产生的原因最好工程余料，或同一厂家的纤芯。光缆接续-封盒直埋光缆接头盒的固定直埋光缆接头盒的保护架空光缆接头固定管道光缆接头的固定光缆接头预留光缆的盘留光纤知识及测试曲线分析光缆及光缆接续干线传送网知识本地传送网知识传送网拓扑结构及环网保护Page60DWDM

开始建设SDH逐步成为传输主力设备

容量增加/业务多样化WDM规模建设，全光网试验

SDH标准完善，PDH仍为主力PDH产品开始规模使用实用化产品出现高锟提出光传输理论196680年代94年99年90年代初98年1976Metro城域网兴起、MSTP、ASON、OADM、OXC、IONPON、OTN等逐渐使用2002年以后PDH：准同步数字传输系统；SDH：同步数字传输系统；WDM：波分复用系统；OADM：光分插复用系统；OXC：光交叉连接系统；ION：智能光网络光传送网络的发展光纤通信系统的组成骨干光传送网技术演进SDHWDMOTN是在WDM基础上，吸收了SDH和WDM的优点，具备完善的保护和管理能力，将成为大颗粒宽带业务传送的主流技术；OTN对业务的调度分为：光层调度和电层调度光层调度可以理解为是WDM的范畴；电层调度可以理解为SDH的范畴所以简单的说：OTN=WDM+SDH

ASON/GMPLS将成为统一的控制平面OTNROADMAON1990s2010s2015（GMPLS）PDHPDH（准同步数字传输系统）▪ 解决的问题A. 实现光传输的接口标准B. 实现光传输的▪ 存在的瓶颈A. 没有实现标准的全球统一B. 时分复用机制复杂C. 维护管理能力差SDH（同步数字传输系统）B1 B2 B3C1 C2 C3A1 A2A3A2 B2 C2 D2 A3A1 B1 C1 D1D1 D2 D3B3 C3 D3C-4

ATMC-3VC-3x3TU-12

VC-12x4TU-11

VC-11TU-3TUG-2TUG-3VC-3VC-4xN x1STM-N

AUG AU-4AU-3x3x3x7x1139264Kbit/s（E4）44736Kbit/s（T3）34368Kbit/s（E3）C-12

2048Kbit/s（E1）C-11

1544Kbit/s（T1）RSOHAUpointerMSOHPOH270C424301▪ 解决的问题-64-A. 统一标准和帧结构B. 同步复用和兼容PDHC. 强大保护机制D. 开销和强大的管理能力▪A.B.C.存在的瓶颈最高传送速率受限智能化保护机制受限多业务接口受限9行*270*N字节/125微秒最高40GPDH、SDH技术速率群次速率(bit/s)电路容量SDH模块速率(bit/s)一次群204830二次群8448120三次群34368480四次群139264/140M1920STM-1155.52/155Mbit/s五次群564922/565M7680STM-4622.08/622Mbit/s30720STM-162488.32/2.5Gbit/s122880STM-649953.28/10Gbit/s491520STM-25639813.12/40Gbit/sMSTP（多业务传送平台）/ASON（自动光交换网络）SDH

RingVP RingRP RingMSTPBTSNodeBIP/ATMDSLAMPSTN接入设备NGN综合接入L2/L3业务接入PSTNGSMATMGSRNGN软交换核心交换3G业务传送ASON通过SDH设备硬件升级实现多业务接入和智能保护功能WDM（波分复用系统）SDHIPLeased

lineATMλ5...WDMMUXλ1λ2λ3λ4▪ 解决的问题A. 大容量传送B. 对数据率“透明”按光波长复用和解复用C. 平滑扩容D. 兼容多业务接入▪ 存在的瓶颈A. 保护机制简单B. 业务调度能力差C. 监控能力较差SDH的优点：灵活的分插复用功能强大的操作、维护、管理与指配(OAM&P)能力成熟可靠的保护倒换机制可运营、可管理SDH的缺点：固定带宽分配模式采用1:1备用带宽指配方式实现保护倒换，带宽利用率不高不能根据业务的等级提供差异化服务DWDM的优点：超大的传输容量DWDM的缺点组网不够灵活难以对光波长进行调度（交换）采用非随路的带外OSC不能对通路进行全面而精确的监测不具备可靠的保护倒换机制达不到网络可运营、可管理的需求OTN技术OTN（OpticalTransportNetwork）：光传送网络OTN的优点

1）大容量调度能力

2）强大的运行、维护、管理与指配能力

3）完善的保护机制

4）复用数字包封技术承载各种类型的业务

5）多级串联连接监控能力

6）带外FEC功能，增加了系统的传输距离OTN存在的问题目前还做不到直接对光信号进行读、写操作，在网络节点上、下光波长时大多采用OADM或O/E/O方式。（因为目前还没有跟电子集成逻辑运算的一样的光学集成逻辑运算器件。）OTN技术OTN网络从垂直方向分为：光通路层网络（OCh）、光复用段层网络（OMS）、光传输段层网络（OTS）光通路层网络又分为三个子层网络：光通路数据单元（ODUk，K=0、1、2、2e、3、4）子层网络光通路传送单元（OTUk，K=1、2、3、4）子层网络光通路子层网络(OCh)OpticalChannellayernetwork光通路层（OCh）OpticalMultiplexSectionlayernetwork光复用段层（OMS）OpticalTransmissionSectionlayernetwork光传输段层（OTS）客户层OTN光通路数据单元（ODU）光通路传送单元（OTU）光通路（OCh）IP、ETHERNET、ATM、SDH/SONETOTN技术光通路层网络（OCh）：通过光通路路径实现接入点之间的数字客户信号传送。为各种类型的用户信号如SDH、以太网、IP、ATM等提供端到端的组网功能，每个光通路OCh占用一个光波长。光通路数据单元（ODUk）：通过ODUk路径实现数字客户信号（如SDH、以太网等）在OTN网络端到端的传送。以OPU为净负荷，增加相应的开销，提供端到端光通道的性能监测。光通路传送单元（OTUk）：通过OTUk路径实现客户信号ODUk在OTN网络3R再生点之间传送。以ODU为净负荷，增加相应开销，主要是提供FEC功能与对OTU段的性能监测。光通路子层网络(OCh)：通过OCh路径实现客户信号OTUk在OTN网络3R再生点之间透明传送。OTN技术光复用段层网络（OMS）：通过OMS路径实现光通路在接入点之间的传送，为经过波分复用的多波长信号提供组网功能。采用n级光复用单元(OMU-n)表示，其中n为光通路个数。光传输段层网络（OTS）：通过OTS路径实现光复用段在接入点之间的传送，提供在光纤上传输光信号的功能。可由物理信号描述，即n级光复用段和光监控通路，具体表示为n级光传输模块(OTU-n)。OTN技术传统WDM只具有OTN的一小部分功能.传统WDM缺乏带宽管理组网能力差，只能组建点到点或者环网OAM功能差只能实现光层保护OTN对各种客户侧信号提供标准的映射、复用结构；

OTN开销丰富，可用于OAM及段监控（SM）、通道监控（PM）、多级级联监控（TCM）等各种监控，以及前向纠错FEC；具有丰富的维护信号；WDM的超大传送容量+SDH式的丰富的OAM性能OTN=+

波分和OTN的关系WDM是面向传送层的技术，而OTN实际也是更多关注传送层功能的技术；

OTN标准发布后，由于其非常适合WDM的特点，而且有利于推进不同厂家波分设备的互连互通，所以迅速成为WDM设备的事实标准；SDH/SONETEthSANATMOther2.5G/10G/40GOPUk映射ODUk复用OTUk复用OCH净荷OMS净荷电光转换WDM复用OTS净荷传送、放大Client数字包封ODUkFECOHOPUkOH随路开销ClientOH电层ClientODUkFECOHOPUkOHClientOHOChPayloadE/OE/OOPS0OPSnOMSnOTSnOTM-nr.mOTM-0.mOTM-n.m非随路开销OOSOSCOHOHOHOChPayloadOCCOCCOCC光层在电层，OTN借鉴了SDH的映射、复用、交叉、嵌入式开销等概念；在光层，OTN借鉴了传统WDM的技术体系并有所发展；客户侧信号OTUOTN技术-OTN的层次结构及信息流之间的关系映射复用ODTUG3ODTUG2OChrOChrOChrOChOChOChOTU3[V]OTU2[V]OTU1[V]客户信号客户信号OPU3ODU3OCCrOCCrOCCrOCCOCCOCCOCG-nr.m1≤i+j+k≤nOCG-n.m1≤i+j+k≤nOPU2ODU21OPU1ODU1OTM-nr.mOTS,OMS,OCh,COMMS开销OSCOOSOTM-n.m41141611111111111111111ijkij1客户信号1OTM-0.mkOTN技术-OTM映射和复用结构ODUk：光数据单元OTUk：光传输单元OPUk：光净荷单元OCH：光通道OTM：光传输模块用户业务k定义：k=1 速率大约为2.5Gbit/sk=2 速率大约为10Gbit/sk=3 速率大约为40Gbit/s…前向纠错编码（FEC）标准（R-SFEC）增强（EFEC）OTN技术-标准帧和FECOTN的帧结构（4行*4080列）类型标称比特速率比特速率容差OTU12666057.143kbit/s±20ppmOTU210

709225.316kbit/sOTU343018413.559kbit/sODU12498775.126kbit/sODU210

037

273.924kbit/sODU340319218.983kbit/sOPU12488320kbit/sOPU29

995

276.962

kbit/sOPU340150519.322kbit/sOTN技术-帧速率线性保护：保护倒换只在被保护路径或被保护子网连接的端点处进行，而端点既连接着工作实体又连接着保护实体。1＋1路径保护1：N路径保护子网连接保护SNCP：可对网络的一部分或全部提供保护。1＋1SNC/I、SNC/N、SNC/S保护1：NSNC/S保护共享保护环：用预先配置好的1：1保护连接对环上的连接提供保护。OTN技术-保护机制OTN技术-高速率系统的要求和影响波长间隔0.39纳米，频率间隔50G赫兹由于传输速率的提高，对系统要求：1.信噪比要求提升4dB；2.色散容限降低到40G系统的1/6.25，3.PMD容限降低到40G系统的1/2.5；OTN技术-高速率系统的要求和影响光纤知识及测试曲线分析光缆及光缆接续干线传送网知识本地传送网知识传送网拓扑结构及环网保护本地光传送网技术演进（MSTP和PTN）1990s2010s2015MPLS多协议标签交换以太网ATMIP-RANSDHIP封装无时间保证PTNTDM1588MPLS-TPPWE3、MSTPPBTQinQ、MSTPSDH以太网ATMMSTP核心为TMDIP占50%以下MSTP+IP和TDM各占50%由SDH设备演化由网络设备演化TDM1588v2PWE3技术TDMtoPWE3：支持透传模式和净荷提取模式。在透传模式下，不感知TDM业务结构，将TDM业务视作速率恒定的比特流，以字节为单位进行TDM业务的透传；对于净荷提取模式感知TDM业务的帧结构/定帧方式/时隙信息等，将TDM净荷取出后再顺序装入分组报文净荷传送。ATMtoPWE3：支持单/多信元封装，多信元封装会增加网络时延，需要结合网络环境和业务要求综合考虑。EthernettoPWE3：支持无控制字的方式和有控制字的传送方式。PON技术PON技术PON技术PON技术PON技术PON技术PON技术PON技术PON技术PON技术PON技术PON技术PON技术光纤知识及测试曲线分析光缆及光缆接续干线传送网知识本地传送网知识传送网拓扑结构及环网保护99我国电话网的发展历史及结构C1C2C3C4C5Tm长途电话网本地电话网国际电话网以前电话网的结构DC1DC2C5Tm长途电话网本地电话网国际电话网目前电话网的结构长途电话网向无级动态网过渡C1C2C3C4C5C5DC1DC2DC3DC1DC2C5DC1C5101最终的电话网一级长途网、一级本地网组成、接入网长途网和本地网都是无级动态网长途网本地网接入网目前OTN网络结构常见的网络结构环网保护技术-原理环形保护中有两条路径：一条工作路径和一条保护路径。工作路径和保护路径的传输方向是相反的。在工作路径发生故障后，故障点相邻的两个节点会马上知晓故障，并做出相应的保护切换措施，把流量由工作路径倒换到方向相反的保护路径上去，由反向的保护路径“绕道”抵达故障点的下一节点设备，这样就绕过了故障节点。环网保护技术-原理节点B和节点C之间的工作路径断掉了，于是节点B和节点C通力合作，将业务流进行保护切换。B负责将业务流切换到保护路径，向相反方向传输，当传输到C后，C负责把业务流再切换回工作路径，这样业务流就顺利地从D流了出去。环网保护类型按照自愈环结构分类，有通道保护