第四章 光纤通信

第四章光纤通信第1页，共80页，2023年，2月20日，星期三4.1光纤通信发展的历史和现状

4.1.1探索时期的光通信原始形式的光通信:中国古代用“烽火台”报警，欧洲人用旗语传送信息。1880年，美国人贝尔(Bell)发明了用光波作载波传送话音的“光电话”。贝尔光电话是现代光通信的雏型。1960年，美国人梅曼(Maiman)发明了第一台红宝石激光器，给光通信带来了新的希望。激光器的发明和应用，使沉睡了80年的光通信进入一个崭新的阶段。第2页，共80页，2023年，2月20日，星期三•

同一时期，美国麻省理工学院利用He-Ne激光器和CO2激光器进行了大气激光通信试验。由于没有找到稳定可靠和低损耗的传输介质，对光通信的研究曾一度走入了低潮。第3页，共80页，2023年，2月20日，星期三4.1.2现代光纤通信1966年，英籍华裔学者高锟(C.K.Kao)和霍克哈姆(C.A.Hockham)发表了关于传输介质新概念的论文，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。指明通过“原材料的提纯制造出适合于长距离通信使用的低损耗光纤”这一发展方向。第4页，共80页，2023年，2月20日，星期三光纤通信发明家高锟(左)

1998年在英国接受IEE授予的奖章第5页，共80页，2023年，2月20日，星期三1970年，光纤研制取得了重大突破：•

1970年，美国康宁(Corning)公司研制成功损耗20dB/km的石英光纤。把光纤通信的研究开发推向一个新阶段。•

1972年，康宁公司高纯石英多模光纤损耗降低到4dB/km。•

1973年，美国贝尔(Bell)实验室的光纤损耗降低到2.5dB/km。1974年降低到1.1dB/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)。•

在以后的10年中，波长为1.55μm的光纤损耗：1979年是0.20dB/km，1984年是0.157dB/km，1986年是0.154dB/km，接近了光纤最低损耗的理论极限。第6页，共80页，2023年，2月20日，星期三1970年，光纤通信用光源取得了实质性的进展：•1970年，美国贝尔实验室、日本电气公司(NEC)和前苏联先后，研制成功室温下连续振荡的镓铝砷(GaAlAs)双异质结半导体激光器(短波长)。虽然寿命只有几个小时，但它为半导体激光器的发展奠定了基础。•1973年，半导体激光器寿命达到7000小时。•1976年,日本电报电话公司研制成功发射波长为1.3μm的铟镓砷磷(InGaAsP)激光器。•1977年，贝尔实验室研制的半导体激光器寿命达到10万小时。•1979年,美国电报电话(AT&T)公司和日本电报电话公司研制成功发射波长为1.55μm的连续振荡半导体激光器。由于光纤和半导体激光器的技术进步，使1970年成为光纤通信发展的一个重要里程碑第7页，共80页，2023年，2月20日，星期三实用光纤通信系统的发展•1976年,美国在亚特兰大(Atlanta)进行了世界上第一个实用光纤通信系统的现场试验。•1980年,美国标准化FT-3光纤通信系统投入商业应用。•1976年和1978年，日本先后进行了速率为34Mb/s的突变型多模光纤通信系统，以及速率为100Mb/s的渐变型多模光纤通信系统的试验。•

1983年敷设了纵贯日本南北的光缆长途干线。•随后，由美、日、英、法发起的第一条横跨大西洋TAT-8海底光缆通信系统于1988年建成。•

第一条横跨太平洋TPC-3/HAW-4海底光缆通信系统于1989年建成。从此，海底光缆通信系统的建设得到了全面展开，促进了全球通信网的发展。第8页，共80页，2023年，2月20日，星期三光纤通信的发展可以粗略地分为三个阶段：•

第一阶段(1966到1976年)，这是从基础研究到商业应用的开发时期。•

第二阶段(1976到1986年)，这是以提高传输速率和增加传输距离为研究目标和大力推广应用的大发展时期。•

第三阶段(1986到1996年)，这是以超大容量超长距离为目标、全面深入开展新技术研究的时期。第9页，共80页，2023年，2月20日，星期三4.1.3国内外光纤通信发展的现状1976年美国在亚特兰大进行的现场试验，标志着光纤通信从基础研究发展到了商业应用的新阶段。此后，光纤通信技术不断创新：光纤从多模发展到单模，工作波长从0.85μm发展到1.31μm和1.55μm(短波长向长波长），传输速率从几十Mb/s发展到几十Gb/s。随着技术的进步和大规模产业的形成，光纤价格不断下降，应用范围不断扩大。目前光纤已成为信息宽带传输的主要媒质，光纤通信系统将成为未来国家信息基础设施的支柱。在许多发达国家，生产光纤通信产品的行业已在国民经济中占重要地位。第10页，共80页，2023年，2月20日，星期三光纤通信整体发展时间表

100000

1000010001001010.1

19741976197819801982198419861988199019920.8μm多模1.3μm单模1.55μm直接检测光孤子光放大器1.55μm相干检测系统性能(Gb/s•Km）第11页，共80页，2023年，2月20日，星期三4.2光纤通信的优点和应用

通信系统的传输容量取决于对载波调制的频带宽度，载波频率越高，频带宽度越宽。光通信载波频率高、频带宽度宽；光通信利用的传输媒质-光纤，可以在宽波长范围内获得很小的损耗。第12页，共80页，2023年，2月20日，星期三图部分电磁波频谱第13页，共80页，2023年，2月20日，星期三图各种传输线路的损耗特性第14页，共80页，2023年，2月20日，星期三4.2.1光纤通信的优点•

容许频带很宽，传输容量很大•

损耗很小，中继距离很长且误码率很小•

重量轻、体积小•

抗电磁干扰性能好•

泄漏小，保密性能好•

节约金属材料，有利于资源合理使用第15页，共80页，2023年，2月20日，星期三4.2.3光纤通信的应用光纤可以传输数字信号，也可以传输模拟信号。光纤在通信网、广播电视网与计算机网以及在其它数据传输系统中都得到了广泛应用。光纤宽带干线传送网和接入网发展迅速，是当前研究开发应用的主要目标。光纤通信的各种应用可概括如下：①通信网②构成因特网的计算机局域网和广域网③有线电视网的干线和分配网④综合业务光纤接入网第16页，共80页，2023年，2月20日，星期三

ATMInternet骨干网DDN/FRPSTN/ISDNTV业务分配节点(COT)业务接入节点（RT）网管SNMP与电信网管中心相连Q3100/1000ME1/BRA/PRA155M622MSDH典型应用之一：宽带综合业务光纤接入系统拓扑结构第17页，共80页，2023年，2月20日，星期三典型应用之二：作为校园网的骨干传输网第18页，共80页，2023年，2月20日，星期三4.3光纤通信系统的基本组成下图示出单向传输的光纤通信系统，包括发射、接收和作为广义信道的基本光纤传输系统。第19页，共80页，2023年，2月20日，星期三基本光纤传输系统的三个组成部分1、光发送机组成框图：

光源调制器通道耦合器电信号输入光输出驱动电路半导体激光器或发光二极管作为光源，在驱动电流的作用下发生受激辐射产生光信号；用外加电信号调制光信号，使输出光随电信号变化而变化。第20页，共80页，2023年，2月20日，星期三2.光纤线路功能：是把来自光发射机的光信号，以尽可能小的畸变(失真)和衰减传输到光接收机。组成:光纤、光纤接头和光纤连接器低损耗“窗口”：普通石英光纤在近红外波段，除杂质吸收峰外，其损耗随波长的增加而减小，在0.85μm、1.31μm和1.55μm有三个损耗很小的波长“窗口”。光源激光器的发射波长和光检测器光电二极管的波长响应，都要和光纤这三个波长窗口相一致。目前在实验室条件下，1.55μm的损耗已达到0.154dB/km，接近石英光纤损耗的理论极限。第21页，共80页，2023年，2月20日，星期三普通单模光纤的衰减随波长变化示意图0.70.80.91.01.11.21.31.41.5衰减（dB/km）第一窗口第二窗口波长——λ（μm）6543210。40。2第三窗口

C波段1525~1565nm1.571.62L波段第22页，共80页，2023年，2月20日，星期三3、光接收机功能：是把从光纤线路输出、产生畸变和衰减的微弱光信号转换为电信号，并经放大和处理后恢复成发射前的电信号。组成部分：耦合器，光电检测器，解调器组成框图：电子电路光输入耦合器光电检测器解调器电信号输出光电检测器根据光电效应，由接收光信号产生电信号并输出。第23页，共80页，2023年，2月20日，星期三4.4光纤与光缆结构

4.4.1光纤结构4.4.2光缆结构4.5光纤传输原理与传输特性

4.5.1光纤传输原理4.5.2光纤传输特性第24页，共80页，2023年，2月20日，星期三4.4.1光纤的结构光纤（OpticalFiber）是由中心的纤芯和外围的包层同轴组成的圆柱形细丝，其主要成分是SiO2

裸纤的典型尺寸为直径125um。第25页，共80页，2023年，2月20日，星期三纤芯的折射率n1比包层折射率n2稍高，损耗比包层更低，光能量主要在纤芯内传输。包层为光的传输提供反射面和光隔离，并起一定的机械保护作用。根据光能量在光纤中传输的必要条件是n1>n2。4.4.1光纤的结构第26页，共80页，2023年，2月20日，星期三

常用石英光纤的制造工艺主要包括：熔炼、拉丝、包塑三个过程。熔炼：采用化学气相沉积法制造具有所需折射率分布的预制棒（长1m，直径2cm）。SiCl4+O2→SiO2+2Cl2↑在1800°C高温下SiCl4和O2混合蒸汽发生化学作用将在熔融石英管内壁形成SiO2的连续层，可在其中掺入B2O3适当降低折射率，形成光纤的包层；当包层沉积到足够厚时，向管内添加GeCl4等来适当提高折射率，以形成纤芯。4.4.1光纤的结构第27页，共80页，2023年，2月20日，星期三拉丝：光纤预制棒在2000°C高温的石墨炉内软化后，用电动机旋转“拉丝轮”拉制成光纤，采用激光测径仪监测并反馈控制光纤直径，拉丝过程中为光纤涂覆环氧树脂或橡胶保护层来保持光纤的传输特性（典型的涂层光纤直径250um）。包塑：为了进一步增大光纤的强度，在一次涂层光纤的外面再套上一层聚丙烯或者尼龙等材料形成二次涂层光纤。4.4.1光纤的结构第28页，共80页，2023年，2月20日，星期三按照纤芯与包层折射率的变化，实用光纤主要可以分为：突变型多模光纤、渐变型多模光纤、单模光纤三种类型；其他的特种光纤还有：双包层光纤、三角芯光纤、椭圆芯光纤等。4.4.1光纤的结构第29页，共80页，2023年，2月20日，星期三图三种基本类型的光纤(a)突变型多模光纤；(b)渐变型多模光纤;（c）单模光纤第30页，共80页，2023年，2月20日，星期三4.4.2光缆的结构和类型为使光纤在运输、安装与铺设中不受损坏，光纤必须成缆。通过各种保护措施如机械强度保护、防潮、防化学腐蚀、防紫外光、防雷电、防鼠虫等来适应不同的应用场合。光缆一般由缆芯和护套两部分组成，有时在护套外面加有铠装。缆芯：包括被覆光纤(或称芯线)和加强件两部分。被覆光纤是光缆的核心，决定着光缆的传输特性。加强件起着承受光缆拉力的作用，通常处在缆芯中心，有时配置在护套中。护套：对缆芯进行机械保护和环境保护，要求具有良好的抗侧压力性能及密封防潮和耐腐蚀的能力。通常由聚乙烯或聚氯乙烯(PE或PVC)和铝带或钢带构成。第31页，共80页，2023年，2月20日，星期三按应用场合不同可以分为：室内光缆和室外光缆；按铺设方式不同可以分为：架空光缆、直埋光缆、管道光缆、水下光缆等；按照成缆结构方式不同可以分为：层绞式、骨架式、束管式和带状式。4.4.2光缆的结构和类型第32页，共80页，2023年，2月20日，星期三层绞式：把松套光纤绕在中心加强件周围绞合而构成，以便提高抗拉强度；光纤密度高，典型的可达144根，价格便宜，是目前主流的光缆结构。骨架式：把紧套光纤或一次被覆光纤放入中心加强件周围的螺旋形塑料骨架凹槽内而构成，抗侧压性能好，但制造工艺复杂，应用的有8槽72芯骨架光缆。中心束管式：把一次被覆光纤或光纤束放入大套管中，加强件配置在套管周围而构成；每束2-12根光纤，最大束为8。带状式：把带状光纤单元放入大套管内，形成中心束管式结构；也可以把带状光纤单元放入骨架凹槽内或松套管内，形成骨架式或层绞式结构；典型配置为12*12芯。4.4.2光缆的结构和类型第33页，共80页，2023年，2月20日，星期三(a)6芯紧套层绞式光缆(架空、管道)；(b)12芯松套层绞式光缆(直埋防蚁)；(c)12芯骨架式光缆(直埋)；(d)6~48芯束管式光缆(直埋)；(e)108芯带状光缆；(f)LXE束管式光缆(架空、管道、直埋)；(g)浅海光缆；(h)架空地线复合光缆(OPGW)第34页，共80页，2023年，2月20日，星期三4.5光纤传输原理与传输特性4.5.1光纤传输原理

设纤芯和包层折射率分别为n1和n2，空气的折射率n0=1，纤芯中心轴线与z轴一致。光线在光纤端面以小角度θ从空气入射到纤芯(n0<n1)，折射角为θ1，折射后的光线在纤芯直线传播，并在纤芯与包层交界面以角度ψ1入射到包层(n1>n2)。

第35页，共80页，2023年，2月20日，星期三4.5光纤传输原理与传输特性第36页，共80页，2023年，2月20日，星期三改变角度θ，不同θ相应的光线将在纤芯与包层交界面发生反射或折射。根据全反射原理，存在一个临界角θc当θ<θc时，相应的光线将在交界面发生全反射而返回纤芯，并以折线的形状向前传播(如光线1)。根据折射定律得到：n0sinθ=n1sinθ1=n1cosψ1当θ=θc时，相应的光线将以ψc入射到交界面，并沿交界面向前传播(折射角为90°，如光线2）；当θ>θc时，相应的光线将在交界面折射进入包层并逐渐消失（如光线3）。由此可见，只有在半锥角为θ≤θc的圆锥内入射的光束才能在光纤中传播。第37页，共80页，2023年，2月20日，星期三图三种基本类型的光纤(a)突变型多模光纤；(b)渐变型多模光纤;（c）单模光纤第38页，共80页，2023年，2月20日，星期三4.5.2光纤传输特性损耗和色散是光纤最重要的传输特性：损耗限制系统的传输距离

色散则限制系统的传输容量第39页，共80页，2023年，2月20日，星期三光纤色散1.色散的定义

色散是指在光纤中传输的光信号由于不同成分的光的时间延迟不同而产生的一种物理效应。光纤脉冲展宽的定义

第40页，共80页，2023年，2月20日，星期三色散的种类模式色散：多模光纤中，传输的模式很多，不同的模式，其传输路径不同，所经过的路程就不同，达终点的时间也就不同，这就引起了脉冲的展宽。材料色散：材料色散是由光纤材料自身特性造成的。石英玻璃的折射率，严格来说，并不是一个固定的常数，而是对不同的传输波长有不同的值。光的波长不同，折射率n就不同，光传输的速度也就不同。因此，当把具有一定光谱宽度的光源发出的光脉冲射入光纤内传输时，光的传输速度将随光波长的不同而改变，到达终端时将产生时延差，从而引起脉冲波形展宽。波导色散：由于光纤的纤芯与包层的折射率差很小，因此在交界面产生全反射时，就可能有一部分光进入包层之内。这部分光在包层内传输一定距离后，又可能回到纤芯中继续传输。进入包层内的这部分光强的大小与光波长有关，这就相当于光传输路径长度随光波波长的不同而异。第41页，共80页，2023年，2月20日，星期三光纤损耗

损耗的存在导致光信号幅度的减小，进而限制系统的传输距离。

最一般的条件下，光纤内传输的光功率P随距离的变化可以用下式表示，设长度为L(km)的光纤输入光功率为Pi输出光功率为Po光纤的损耗系数为：第42页，共80页，2023年，2月20日，星期三下图是单模光纤的损耗谱，图中示出各种机理产生的损耗与波长的关系，包括吸收损耗和散射损耗两部分。吸收损耗是由SiO2材料引起的固有吸收和由杂质引起的吸收产生的。散射损耗主要由材料微观密度不均匀引起的瑞利散射和由光纤结构缺陷(如气泡)引起的散射产生的。第43页，共80页，2023年，2月20日，星期三单模光纤损耗谱第44页，共80页，2023年，2月20日，星期三4.6光纤传输网光纤传输网的分类及特点4.7光纤自愈网光纤自愈网的类型与原理光纤自愈网的常见类型第45页，共80页，2023年，2月20日，星期三4.6光纤传输网

网络的物理拓扑泛指网络的形状，即网络结点和传输线路的几何排列，它反映了物理上的连接性。

除了最简单的点到点的物理拓扑外，网络物理拓扑一般有5种类型：

•

线形

•

星形

•树形

•

环形

•

网孔形第46页，共80页，2023年，2月20日，星期三1.线形将通信网的所有站点串联起来，并使首末两个点开放，就形成了线形拓扑。在这种拓扑结构中，要使两个非相邻点之间完成连接，其间的所有点都必须完成连接功能。这是早期应用的比较经济的网络拓扑形式。线形网络拓扑(a)第47页，共80页，2023年，2月20日，星期三2.星形当通信网的所有点中有一个特殊的点与其余点以辐射的形式直接相连，而其余点之间相互不能直接相连时，形成了星形拓扑，又称枢纽形拓扑。在这种拓扑结构中，除了特殊点外的任意两点间的连接都是通过特殊点进行的，特殊点为经过的信息流进行路由选择并完成连接功能。这种网络拓扑可以将特殊点(枢纽站)的多个光纤终端综合成一个，具有灵活的带宽管理，能节省投资和运营成本，但是在特殊点存在失效问题和瓶颈问题。(b)星形网络拓扑第48页，共80页，2023年，2月20日，星期三3.树形将点到点拓扑单元的末端点连接到几个特殊点就形成树形拓扑。树形拓扑可以看成是线形拓扑和星形拓扑的结合。这种拓扑结构在特殊点也存在瓶颈问题和光功率预算限制问题，特别适用于广播式业务，但不适用于提供双向通信业务。(c)树形网络拓扑第49页，共80页，2023年，2月20日，星期三4.环形将通信网的所有站点串联起来首尾相连，而且没有任何点开放，就形成了环形网。将线形结构的两个首尾开放点相连就变成了环形网。在环形网中，要完成两个非相邻点之间的连接，这两点之间的所有点都必须完成连接功能。环形网的最大优点是具有很高的网络生存性，因而在SDH网中受到特别的重视。(d)环形网络拓扑第50页，共80页，2023年，2月20日，星期三网孔形物理拓扑(e)5.网孔形当通信网的许多点直接互连时就形成了网孔形拓扑。如果所有的点都直接互连时就称为理想的网孔形。在非理想的网孔形中，没有直接相连的两个点之间需要经由其它点的转接功能才能实现连接。网孔形的优点是不存在如星形拓扑那样的瓶颈问题和失效问题，两点间有多种路由可选；缺点是结构复杂、成本较高。第51页，共80页，2023年，2月20日，星期三上述的拓扑结构都有各自的特点，在网中都有不同程度的应用。网络拓扑的选择要考虑的因素很多，如网络的生存性是否高，网络配置是否容易，网络结构是否适于引进新业务等。一个实际网络的不同部分适宜采用的拓扑结构也有可能不同，例如本地网适宜采用环形和星形拓扑结构，有时也可用线形拓扑，市内局间中继网适宜采用环形和线形拓扑，而长途网可能采用网孔形拓扑。第52页，共80页，2023年，2月20日，星期三4.7光纤自愈网随着人类社会进入信息社会，人们对通信的依赖性越来越大，对通信网络生存性的要求也越来越高，一种称为自愈网(Self-healingNetwork)的概念应运而生。自愈网就是无需人为干预，网络就能在极短的时间内从失效故障中自动恢复，使用户感觉不到网络已出了故障。

基本原理就是：使网络具备发现替代传输路由并重新确立通信的能力。自愈网的概念只涉及重新确立通信，不管具体失效元部件的修复或更换，后者仍需人员干预才能完成。第53页，共80页，2023年，2月20日，星期三自愈网的类型和原理

自愈网的具体实施手段多种多样，但各种自愈网都需要考虑一些共同因素：初始成本、要求恢复的业务量的比例、用于恢复任务所需的额外容量、业务恢复的速率、升级或增加节点的灵活性、操作运行和维护的灵活性等等。目前主要采用的保护类型有线路保护倒换、环形网保护、DXC保护以及环形网与DXC的混合保护等。第54页，共80页，2023年，2月20日，星期三线路保护倒换

线路保护倒换是最简单的自愈网形式，其工作原理是当工作通道传输中断或性能劣化到一定程度后，系统倒换设备将主信号自动倒换到备用传输通道，从而使业务继续进行。这种保护方式的业务恢复时间很快，可以短于50ms。但是如果主用和备用系统属于同缆复用，当光缆被意外切断时，这种保护方式就无能为力了。改进的方法是采用多径保护，即主用和备用采用不同的光缆，当一根中断时另一根不受影响。这种配置比较容易，但相对成本较高。此外，该保护方法只能提供传输链路的保护，无法对网络节点的失效进行保护，因此主要适用于点到点的保护。第55页，共80页，2023年，2月20日，星期三环形网保护

将网络节点连成一个环形可以进一步改善网络的生存性。网络节点可以是DXC，也可以是ADM，但一般采用ADM。利用ADM的分插能力构成自愈环是SDH的特色之一。自愈环按结构分类可以分为通道保护环和复用段保护环。（1）通道保护环的业务量保护是以通道为基础的，倒换与否由离开环的每一个通道的信号质量的优劣而定。光域上能够准确检测的参数只有光功率、光信噪比和中心波长，在可检测的参数中，最方便、直接的参数是光功率。第56页，共80页，2023年，2月20日，星期三（2）复用段保护环的业务量保护是以复用段为基础的，倒换与否由每一对节点间的复用段信号质量的优劣而定。当复用段出问题时，整个节点间的复用段业务信号都转向保护环。通道保护环和复用段保护环的重要区别：通道保护环往往使用专用保护，正常情况下保护段也传业务，保护时隙为整个环专用；复用段保护环往往使用公用保护，正常情况下保护段是空的，保护时隙由每对节点共享。第57页，共80页，2023年，2月20日，星期三如果按照进入环的支路信号与经由该支路信号分路节点返回的支路信号的方向是否相同来分类，自愈环可以分为单向环和双向环。正常情况下，单向环中所有业务信号按同一方向在环中传输；双向环中，进入环的支路信号按同一个方向传输，而由该支路信号分路节点返回的支路信号按相反的方向传输。如果按照一对节点间所用光纤的最小数量来区分自愈网又可以分为二纤环和四纤环。第58页，共80页，2023年，2月20日，星期三CAACS1P1ABDCP1S1CAAC(a)CAACS1P1ABDCP1S1CAAC(b)倒换二纤单向通道倒换环1.二纤单向通道倒换环二纤单向通道倒换环如下图所示。通常单向环由两根光纤来实现，S1光纤用来携带业务信号，P1光纤用来携带保护信号。第59页，共80页，2023年，2月20日，星期三(2)二纤单向复用段保护环:二纤单向复用段保护环的节点在支路信号分插功能前的每一高速线路上都有一保护倒换开关，在正常情况下，支路信号仅从S1光纤进行分插，保护光纤P1是空闲的。当BC节点之间的光缆被切断时，两根光纤同时被切断，光缆的相邻两个节点B和C的保护倒换开关执行环回功能，S1上的线路信号经节点B倒换到P1上环回，从顺时针方向转为逆时针方向，经由节点A和节点D到达节点C，并在节点C经由倒换开关环回到S1光纤上。这种环回倒换功能保证在故障状况下仍能维持环的连续性，使低速支路上的业务信号不会中断。故障排除后，倒换开关返回其原来位置。第60页，共80页，2023年，2月20日，星期三二纤单向复用段倒换环CAACS1P1ABDCP1S1CAAC(a)(b)倒换CAACS1P1ABDCP1S1CAAC第61页，共80页，2023年，2月20日，星期三3.四纤双向复用段倒换环

四纤双向复用段倒换环的结构如下图所示，它由两根业务光纤S1与S2(一发一收)和两根保护光纤P1与P2(一发一收)构成，其中S1光纤传送顺时针业务信号，S2光纤传送逆时针业务信号，P1与P2分别是和S1与S2反方向传输的两根保护光纤。每根光纤上都有一个保护倒换开关。正常情况下，从A结点进入环传送至C结点的支路信号顺时针沿光纤S1传输，而由C结点进入环传送至A结点的支路信号则逆时针沿光纤S2传输，保护光纤P1和P2是空闲的。第62页，共80页，2023年，2月20日，星期三当BC结点间光缆被切断，四根光纤同时被切断。根据APS协议，B和C结点中各有两个倒换开关执行环回功能，从而环工作的连续性得以维持。故障排除后，倒换开关返回原来的位置。在四纤环中，仅仅光缆切断或结点失效才需要利用环回方式来保护，而如果是单纤或设备故障可以使用传统的复用段保护倒换方式。第63页，共80页，2023年，2月20日，星期三四纤双向复用段倒换环CAACS1P1S2P2ACAACP2S2P1S1CDB(a)CAACS1P1S2P2ACAACP2S2P1S1CDB(b)倒换第64页，共80页，2023年，2月20日，星期三4.二纤双向复用段倒换环

在四纤双向复用段倒换环中，光纤S1上的业务信号与光纤P2上的保护信号的传输方向完全相同。如果利用时隙交换技术，可以使光纤S1和光纤P2上的信号都置于一根光纤(称S1/P2光纤)中，例如S1/P2光纤的一半时隙用于传送业务信号，另一半时隙留给保护信号。

第65页，共80页，2023年，2月20日，星期三二纤双向复用段倒换环S1/P2ABDCAAC(a)S2/P1S2/P1S1/P2S1/P2ABDCAAC(b)S2/P1S2/P1S1/P2CC倒换CAACCAAC第66页，共80页，2023年，2月20日，星期三4.8

光纤通信新技术4.8.1光孤子通信4.8.2光交换/光路由技术4.8.3全光网络第67页，共80页，2023年，2月20日，星期三一、光孤子通信（1）光孤子通信的由来

1834年斯科特鲁塞尔发现孤立波引入光孤子通信的原因光纤中传输的脉冲信号，由于材料色散和模式色散，使脉冲发生畸变、展宽，影响传输