第7章数字光纤通信系统.ppt

7 1数字光纤通信系统概述7 2PDH数字光纤传输系统7 3SDH光同步数字传输系统7 4光波分复用系统7 5全光通信系统 第7章数字光纤通信系统 7 1 1光纤通信基本概念数字光纤通信 是以光波运载数字信号 以光导纤维为传输媒介的一种通信方式 光纤通信的特点 线径细 重量轻光纤直径小 0 1mm左右 制成光缆后与电缆相比细得多 因而重量轻 损耗极低现在制造出的光纤介质纯度很高 损耗极低 7 1数字光纤通信系统概述 传输频带宽 信息容量大光波频率高 携带信号信息量大 不受电磁干扰 防腐和不锈蚀光纤是非金属材料 不受电磁干扰 也不发生锈蚀 具有防腐能力 不怕高温 防爆 防火性能强光纤是石英玻璃材料 熔点2000 以上 不怕高温 有防火性能 光纤通信保密性好光纤在传输光信号时泄漏小 不会产生串话等干扰 因而光纤通信保密性好 7 1 2数字光纤通信系统的组成数字光纤通信系统由发送设备 传输信道和接收设备三大部分构成 图7 1为光纤通信系统组成原理方框图 数字光纤通信系统 常采用数字编码信号经强度调制 直接检波的数字通信系统 强度调制是利用数字信号直接调制光源的光强度 直接检波是在光接收机的光频上检测数字脉冲信号 图7 1光纤通信系统组成原理方框图 发端有源器件把数字脉冲信号转换为光信号送光纤中传输 收端光检测器件将接收到的光信号转换为数字脉冲信号 传输距离较远时 采用光中继设备把信号经过中继再生处理后传输 图7 2为一个实用的数字光纤通信传输系统结构框图 发端 数字端机把用户各种数字信号通过复用设备组成一定的数字传输结构 光端机把数字端机送来的不同速率等级的数字信号处理成光脉冲 收端 光端机把光脉冲转换为数字信号 数字端机把不同速率等级的数字信号通过分路设备分解为用户的各种数字信号 图7 2数字光纤通信传输系统结构方框图 光端机 主要由光发送 光接收 信号处理及辅助电路组成 光发送完成电 光变换 光接收完成光 电变换 信号处理把数字端机送来的数字脉冲信号再处理 以及各种码型变换 辅助电路进行告警 监控及区间通信等 光中继机 将长距离光纤传输后的光脉冲信号 受到衰耗及色散畸变 转换为电信号 经放大整形 定时 再生还原为规则数字脉冲信号 然后经再调制光源变为光脉冲信号 7 1 3光纤和光缆1光纤光纤是导光的玻璃纤维的简称 比明线 电缆传送的信息量高成千上万倍 可达上百千兆比特 秒 2光纤的导光原理光纤是利用光的全反射特性来导光的 我们知道光在分界面会产生折射 设两种介质的折射率分别为n0 n1 入射角 折射角分别为 0和 1 图7 3为光线从光疏媒质射向光密媒质时光的折射示意图 可见 1 0 图7 3光的折射示意图 图7 4为光线从光密媒质射向光疏媒质时光的折射示意图 可见折射角大于入射角 随着 0增大折射角 1可达90 此时 1称临界角 1继续增大 折射角会大于临界角使光线全部返回光密媒质中 这种现象称为光的全反射 制造光纤时 使光纤芯的折射率高 外面涂上折射率低的包屏层 当选择一定的角度 0时 射入纤芯的光束将会全部返回纤芯中 考虑到石英玻璃质地脆 易断裂的因素 通常在裸光纤外面进行两次涂覆构成光纤芯线 图7 5为光纤芯线结构示意图 光纤芯线由纤芯 包层 涂覆层和套塑四部分组成 图7 4临界角和光线的全反射 图7 5光纤芯线的剖面构造 3单模光纤及特性参数光纤的传播模式分为 多模光纤和单模光纤 1 多模光纤多模光纤是能承受多个模式的光纤 如图7 6 a b 所示 多模光纤带宽窄 衰耗大 时延差大 用于早期的数字光纤通信系统 PDH系列 逐步被单模光纤代替 2 单模光纤单模光纤是只能传送单一基模的光纤 如图7 6 c 所示 单模光纤不存在时延差 带宽比多模光纤宽得多 有利于高码率信息长距离传输 图7 6裸光纤结构示意图 a 阶跃型多模光纤 b 梯度型多模光纤 c 单模光纤 3 单模光纤的主要特性单模光纤的主要参数 模场直径 衰减系数和工作波长或截止波长等 1 模场直径单模光纤的基模场强在光纤横截面近似为高斯分布 如图7 7所示 通常将纤芯中场分布曲线最大值1 e处所对应的宽度定义为模场直径 用d表示 2 截止波长 工作波长大于截止波长时才能保证光纤在单模工作 图7 7基模场强分布曲线 3 衰减系数衰减系数指沿光纤传播方向光信号的损耗 衰减量的大小通常用衰减系数 来表示 单位是dB km 式中 Pi为光纤的输入光功率 Po为光纤的输出光功率 L为光纤的长度 单位为km 4光缆光缆主要由缆芯 护套和加强元件组成 1 缆芯缆芯由光纤芯组成 分为单芯和多芯两种 表7 1为单芯型缆芯和多芯型缆芯结构示意图 单芯型由单根二次涂覆处理后的光纤组成 多芯型由多根经二次涂覆处理后的光纤组成 又分为带状结构和单位式结构 目前国内外对二次涂覆主要采用两种保护结构 紧套结构和松套结构 如图7 8所示 图7 8紧套和松套光纤结构示意图 a 紧套光纤结构示意图 b 松套光纤结构示意图 2 强度元件在光缆内中心或四周加一根或多根加强元件使其能够承受外力 3 护层保护光纤芯线免受外部机械力和环境损坏 护层分内护层和外护层 4 光缆的种类表7 2为公用通信网中的光缆结构 1 层绞式光缆将若干根光纤芯线以强度元件为中心绞合在一起 如图7 9 a 所示 2 单位式光缆将几根至十几根光纤芯线集合成一个单位 再由数个单位以强度元件为中心绞合成缆 如图7 9 b 所示 3 骨架式光缆将单根或多根光纤放入骨架的螺旋槽内 骨架中心是强度元件 骨架上的沟槽可以是V型 U型或凹型 如图7 9 c 所示 4 带状式光缆将4 12根光纤芯线排列成行构成带状光纤单元 再将多个带状单元按一定方式排列成缆 如图7 9 d 所示 图7 9光缆的基本结构 a 层绞式 b 单位式 c 骨架式 d 带状 7 2PDH数字光纤传输系统 图7 2为PDH数字光纤通信传输系统方框图 系统终端设备由数字端机和光端机组成 近年来PDH系列设备只在公用电话网中用作市话网的中继传输系统 我国PDH系列的数字结构 主要用于数字网络接口标准 2Mb s速率的接口 图7 2数字光纤通信传输系统结构方框图 1PDH系统电接口主要参数CCITTG 703协议规定了以2 048Mb s为基础的PDH系列接口特性 速率 码型 如表7 3所示 G 921协议规定了标称比特容差 如表7 4所示 2PDH系统光接口主要参数系统发光功率如表7 5所示 光接收灵敏度如表7 6所示 BER 1 10 10 7 3SDH光同步数字传输系统 7 3 1概念及特点1SDH系统的基本概念SDH系列实质是在光纤上同步传输信息的一些网络单元 NE 有国际统一的网络节点接口 NNI 有一套标准化的信息结构等级 同步传输模块 STM N N为1 4 16 64 图7 10为NNI位置示意图 表7 7为SDH同步传输模块等级 图7 10NNI的位置示意图 2SDH系统的特点优点 有标准光接口 同步字节复用 复接 强大的网络管理功能 缺点 频带利用率低于PDH系统 技术设备复杂 系统易发生重大故障甚至瘫痪 7 3 2SDH的开销功能1开销的概念开销指在帧结构中安排的一些特殊比特 是网络节点接口数据流中信息净负荷以外的部分 2开销分类1 段开销SOH监视 管理和维护段层性能 分为再生段开销 RSOH 和复用段开销 MSOH RSOH可在再生器接入 也可以在终端设备接入 MSOH透明通过再生器终结在终端设备 图7 11为STM 1SOH字节安排示意图 SDH帧结构 图7 11STM 1SOH字节安排 2 通道开销Vc POH用于复用 复接 Vc进入STM 安排在净负荷中 通道开销分为低阶Vc POH和高阶Vc POH 低阶Vc POH监视 维护低阶Vc通道性能 指示告警状态 高阶Vc POH监视 维护高阶Vc通道性能 指示告警状态 复用结构等 3段开销安排以STM 1SOH为例 1 帧定位字节 A1和A2A1 A2用来识别帧的起始位置 A1为11110110 A2为00101000 STM 1帧有3个A1和3个A2帧定位字节 STM N帧定位有3 N个A1和3 N个A2 2 STM识别字符 C1 1识别每个STM 1信号在STM N复用结构中的位置 3 数据通信字节 DCC D1 D12DCC构成SDH管理网的传送通路 STM 1中D1 D2 D3共192kb s的通路作再生段的DCC 字节D4 D12共576kb s的通路字节作为复用段的DCC 4 公务联络字节 E1 E2话音通信的公务联络通路 E1为再生段开销的一部分 E2是复用段开销的一部分 5 使用者通路字节 F1留给网络使用者 为特殊维护目的提供临时数据 音频通路连接 6 BIP 8字节 B1监测再生段的误码 为使用偶校验的比特间插奇偶校验8位码 BIP 8 7 BIP N 24字节 B2监测复用段误码 STM 1有三个字节 8 自动保护倒换 APS 通路字节 K1 K2 b1 b5 9 同步状态字节 Z1 b5 b8 用作同步状态消息 10 空闲字节 Z1 b1 b4 和Z211 复用段远端失效指示字节 K2 b6 b8 7 3 3SDH系列的复用1复用结构SDH复接由一些基本单元经过若干步复接 并且采用净负荷指针技术 ITU TG 709协议规定了SDH的复用结构 图7 12为G 709复用结构示意图 各种低速率等级的数字信号分别进入相应的接口容器完成适配功能 ITU TG 709规定了5种标准接口容器C 11 C 12 C 2 C 3 C 4的标准比特速率 我国制定了3种标准 C 12 PDH2 048Mb s C 3 34 368Mb s 和C 4 139 264Mb s 图7 13为我国的SDH基本复用结构示意图 图7 12G 709复用结构 图7 13我国的SDH基本复用结构 复接过程 映射 指针处理 定位和形成TU 图7 14为PDH支路形成TU示意图 图7 14PDH支路形成TU过程 2复用过程1 映射把PDH系列各种速率数字信号和ATM信元经适配处理进入虚容器Vc 1 PDH系列映射目前有异步映射 同步映射 浮动模式映射 锁定模式映射等多种方式 一般采用浮动异步映射方式 2 ATM信元映射ATM信元长53个字节 前5个字节为信头 其余48个字节为信息域 ATM信元映射将每个信元的字节结构与所用虚容器字节结构进行定位对准 信息域映射进入Vc X前要扰码 2 指针调整 1 指针描述Vc在AU或TU帧内提供的动态定位方法 作用 网络同步工作时校准同步信号间的相位 网络失去同步时校准频率和相位 网络异步工作时跟踪校准频率 容纳网络中的频率抖动和漂移 2 指针分类指针分为两类 AU PTR和TU PTR AUPTR指AU 4PTR TU PTR指TU 11 TU 12 TU 3PTR AU 4PTR 提供PDH系列的四次群139 264Mb s的数字信号进入Vc 4 包括指针位置 指针值的码字安排 频率调整和标识符NDF TU 12PTR 提供PDH系列的一次群2 048Mb s的数字信号进入Vc 12 包括指针位置 字节及指针值的比特安排 频率调整和新标识符NDF等 TU 3PTR 提供PDH三次群34 368Mb s的数字信号进入Vc 3 包括位置指示字节 指针值 频率调整及新数据标识符NDF等 3 通道开销Vc POH通道开销分为两类 低阶Vc POH和高阶Vc POH 低阶Vc POH Vc 11 Vc 12POH 用在帧复接结构中 C 12加Vc 12POH构成Vc 12 高阶Vc POH Vc 3 Vc 4POH 用在子帧复接结构中 C 4加Vc 4POH构成Vc 4 4 复用过程SDH系列复用单元包括 容器C n 虚容器Vc n 支路单元TU n 支路单元组TUG n 管理单元AU n和管理单元组AUG n 复用过程 7 3 1 7 3 2 TU 1n N TUG2 7 3 3 TUG2 N TUG3 7 3 4 AU n N AUG 7 3 6 AUG N STM 1 7 3 7 STM 1 N STM N 7 3 8 例1利用AU 4直接从C 12复用 如图7 15所示 PDH一次群数字信号 2 048Mb s 进C 12适配 加上Vc 12POH构成Vc 12 2 240Mb s Vc 12加上TU 12PTR 经速率调准和相位对准构成TU 12 2 304Mb s TU 12经均匀同步复接组成TUG 2 6 912Mb s 7个TUG 2单字节间插组成TUG 3 49 536Mb s 3个TUG 3经字节间插后 再加上Vc 4POH即构成Vc 4 150 336Mb s Vc 4加AU 4PTR组成AU 4 150 912Mb s 单个AU 4直接置入AUG 单个AUG加段开销组成STM 1 155 520Mb s 图7 15利用AU 4直接从C 12复用的方法 例2利用AU 4直接从C 4复用 如图7 16所示 PDH系列四次群数字信号 139 264Mb s 进入C 4适配 加Vc 4POH构成Vc 4 速率为150 336Mb s Vc 4加AU 4PTR构成AU 4 150 912Mb s 单个AU 4直接置入AUG 单个AUG经单字节间插 加段开销构成标称速率为155 520Mb s的STM 1 N个AUG经单字节间插 加段开销即构成STM N 图7 16利用AU 4直接从C 4复用的方法 3IPoverSDHIP数据包根据RFC1662规范插入到PPP帧的信息段 SDH通道层的业务适配器把封装的IP数据包映射到SDH的同步净负荷区 再经SDH传输层和段层 加上相应的开销 把净负荷装入到SDH帧 最后到达光层在光纤中传输 图7 17为IPoverSDH分层模型示意图 图7 17IPoverSDH分层模型 7 3 4SDH设备SDH设备分为 终端复用设备TM 分 插复用设备ADM和同步数字交叉连接设备SDXC等 TM ADM复用设备1 终端复用器功能 将PDH信号 或STM N信号 复接成高速STM M信号 并完成电光相互转换 TM终端复用设备分为 接口终端复用设备和高阶终端复用设备 图7 18 a 图7 18 b 分别为接口终端复用设备和高阶终端复用设备示意图 图7 18终端复用设备简图 a 接口终端复用设备 b 高阶终端复用设备 接口终端复用设备 G 703协议规定各类PDH系列信号作为支路的输入 输出信号 高阶终端复用设备 复接 分接同步系列各级信号 把若干STM N同步复接为STM M 或将STM M分接为若干STM N M 4N 2 ADM分 插复用设备SDH系统中上 下电路功能比PDH系统更灵活 图7 19为同步ADM代替PDH的ADM示意图 ADM设备可替代TM作为终端复用器 图7 20为ADM用作终端复用器的示意图 图7 19同步ADM代替PDH的ADM 图7 20ADM用作终端复接器 ADM设备可方便地从主信号码流中提取出支路信号 也可将支路信号方便地插入到主信号码流中 STM M信号与PDH支路信号的分 插 在STM M信号与STM N信号的分 插 ADM设备可用于点对点传输 链状网以及环型网 图7 21为ADM功能组成框图 ADM设备由基本盘和扩展盘构成 基本盘由交换盘 复接盘 控制盘 通信盘 辅助盘 电源盘等组成 扩展盘与应用要求有关 图7 21ADM功能图 2SDH系统的数字交叉连接设备SDXC1 DXC基本概念SDH系统的DXC称为SDXC 是一种具有1个或多个PDH准同步数字系列或SDH同步数字系列信号 可对任何端口信号 和 或其子速率信号 与其他端口信号 和 或其子速率信号 进行可控连接和再连接的设备 SDXC能在接口端口间提供可控Vc的透明连接和再连接 图7 22为PDH与SDH交叉连接示意图 SDXC还能支持G 84规定的控制 管理功能 实现Vc信号的连接和再连接 交换功能 图7 23为SDXC实现虚容器交换示意图 图7 22PDH与SDH交叉连接 图7 23SDXC实现虚容器交换 Vc信号按顺序周期映射到STM 1信号 特定Vc固定在同一个列组 Vc的交换变成STM帧结构中列组间的交换 交叉连接也实现 交换功能 表7 8为DXC和数字交换机的的比较 2 交叉连接设备图7 24为交叉连接设备组成原理方框图 交叉连接设备由交叉连接矩阵 控制系统 外部时钟 线路时钟 TMN 电信管理网 接口 告警指示 调配线及输入 输出接口等组成 图7 25为典型交叉连接设备示意图 该设备能在STM 1信号间交换Vc 可提供8 8个STM 1信号容量 9个挂钩装在1个板上可组成16 16个STM 1的更大容量 还可用更多电路板组成一个方阵开关供更大系统应用 图7 24DXC方框图 图7 25阿尔卡特1641SX交叉连接的体系结构 3 DXC的主要特点 信号独立性 无阻塞 周期性 同步性 冗余性 透明性 3SDH再生中继设备1 再生设备模型及功能图7 26为SDH中继设备模型示意图 图7 26SDH中继设备模型 A参考点 经光缆衰减的STM N全帧光信号送物理接口SPI 收 经光 电变换 均衡放大 判决处理 定时提取 再定时等形成全帧电信号 B参考点 STM N全帧电信号送入再生段终端RST 收 经帧定位 解扰码处理并提取RSOH字节送开销接口OHA 完成BIP 8误码计数与B1字节的校验 对帧失步OOF 帧丢失LOF条件进行检验 并经S2报告给同步设备管理功能块SEMF C参考点 无RSOH的STM N信号送再生段终端RST 发 把本地RSOH字节插入到STM N信号形成全帧STM N信号 并进行扰码 比特间插奇偶校验计算 参考点B STM N全帧电信号送物理接口SPI 发 进行电 光变换为STM N全帧光信号 进行发送光失效 激光偏流门限和激光器温度检测 经S1 报告给同步设备管理功能块SEMF 参考点A 把重新组合的含有RSOH的STM N全帧光信号通过光缆向下游发送 2 其他功能块的作用 1 再生中继设备定时发生器RTGRTG内有定时滤波器和内部振荡器 T1为输入定时信号 T0为输出定时信号 2 同步设备管理功能SEMF处理参考点S1 S2来的数据以及硬件告警信号等 并送相关功能块 3 消息通信功能MCF处理SEMF信息送有关数据通道 也可直接送上游数据通道 远端监视 控制线路运行状态 4 开销接口OHA用于RSOH的相关字节 公务联络电话接口 使用者通道和备用服务接口 7 4光波分复用系统 7 4 1光波分复用系统基本概念1光波分复用系统组成 图7 27为光波分复用系统组成示意图 发端 传输信号在光终端设备通过波长转换变为波分复用系统系列工作波长 多路光信号通过光复用器耦合到一根光纤上 放大后在光纤线路中传输 收端 放大的光耦合信号在光终端设备解复用为多路光信号 通过波长转换将各路光信号的工作波长转换为标准波长 图7 27光波分复用系统组成 2光波分复用传输原理图7 28为光波分复用传输原理框图 图7 28 a 一根光纤中同时单向传输几个不同波长的光波信号 发端 信号先通过光源变为不同波长的光波信号 再通过光波分复用器WDM耦合到一根光纤中传输 收端 光耦合信号通过光波分复用器WDM解复用 再通过光检测器取得多波长光信号 图7 28 b 一根光纤中同时双向传输几个不同波长的光波信号 传输过程与单向传输相同 图7 28WDM传输原理图 3光波分复用波长区通路划分光波分复用系统中用波长表述通路 各通路间频率间隔一般有50GHz 100GHz 200GHz等 通路间隔 光波分复用系统中两相邻通路间的标称波长 频率 差 通路间隔可相等 也可不等 标称中心波长 光波分复用系统每个信号通路所对应的中心波长称为标称中心波长 标称中心频率 国际上一般以193 1THz为参考频率 标称波长为1552 52nm 目前开发的光纤波长在1310nm和1550nm窗口 表7 9为16通路和8通路WDM系统中心波长 频率 7 4 2光波分复用系统结构图7 29为光波分复用系统结构示意图 由光发射机 光接收机 光放大器 光纤 光缆 光监控信道和网络管理系统六部分组成 光发射 SDH端机的光信号先送光发射端经光转发器把非特定波长的光信号转换为特定波长的光信号 再利用合波器合成多通路的光信号 最后经功率放大器放大后送光纤信道传输 光放大器 用掺铒光放大器放大光纤信号 不同波长光信号的放大增益相同 光接收机 长途传输后衰减的主信道弱光信号经前置放大器放大送光分波器 从主信道光信号中分出特定波长的光信号 光监控信道 监控系统内各信道的传输情况 发送端将本节点产生的光监测信号 1510nm 与业务光信道信号合波输出 接收端从光合波信号中分出光监控信号 1550nm 和业务光信道信号 网络系统管理 通过光监控信道传送的开销字节及其他节点的开销字节对WDM系统进行管理 图7 29WDM系统结构示意图 7 6 3光波分复用的分层模型及功能描述1光波分复用系统的分层模型图7 30为光波分复用系统的分层模型示意图 WDM系统分为两层 SDH层和WDM层 SDH层 提供用户信息 组成SDH帧信号 将SDH电信号转换为SDH光信号WDM层 提供业务信号端到端透明传送 提供多波长光信号的系统 网络 功能 提供光信号在各种光纤上的传输功能 图7 30WDM系统分层模型 光波分复用系统分为两大类 集成系统和开放系统 集成系统 标称光波和长距离色散受限的光源集成在SDH设备中 系统中STM N的TM ADM及REG都必须符合WDM系统的光接口要求 开放系统 同一个WDM系统中不同厂商的SDH设备 系统 可以互通 兼容 并可把SDH非规范的光波长转换为标称波长 2光波分复用系统的功能描述图7 31为光波分复用系统功能结构示意图 图7 31WDM系统功能结构图 WDM系统分为两类 无线路光放大器的传输系统和有线路光放大器的传输系统 图7 32 图7 33分别为无线路光放大器和有线路光放大器的WDM系统线路配置示意图 其中 Tx1 Txn为不同波长光发射器 Rx1 Rxn为不同波长光接收器 OM OA为光合波与光放大器集成 OA OD为光前置放大器与光分波器集成 OA为光放大器 表7 10为图7 32 图7 33中各参考点的定义 图7 32无线路光放大器的WDM系统 图7 33有线路光放大器的WDM系统 7 4 4光波分复用系统的主要设备光波分复用系统的主要设备 光转发器 光合波器 分波器 光纤放大器 1光转发器光转发器 波长转换器 把标准波长转换为ITU T规范的标称波长 目前商用的是光 电 光 O E O 的转换方式 转换中进行电再生处理 改善了信号质量 采用光 光 O O 变换有利于集成 目前无商用介绍 光转发器在发端把SDH设备光信号转换为波分复用光信号 在收端把波分复用光信号恢复为开放SDH系列光信号 下表为光转发器接口参数示意 2光合波器 分波器光合波器 将不同波长光信号合并为多波长光信号 光分波器 将一根光纤送来的多波长光信号分解为不同波长光信号 光合波器 分波器主要有 介质膜滤波器 各种光栅型和星型耦合器等结构形式 图7 34为闪耀光栅型光波分复用器结构示意图 主要由透镜和光栅组成 图7 34光栅型光波分复用器结构示意图 在能够投射或反射平面上划平行等距沟痕 形成许多同间隔的狭缝 多波长光信号通过光栅时会产生衍射 不同成分的光信号将以不同的角度出射 图7 35为阵列波导光栅型光波分复用器示意图 用半导体加工工艺构筑光波导结构 光波导间的功率耦合与波长 间隔 材料等特性有关 采用半导体加工工艺制造光波分复用器 波长间隔小 信道数多 适合超高速 大容量光波分复用系统 是目前研制 开发和应用的重点 图7 351 8波分复用器 3光纤放大器光纤放大器 直接放大光波信号 1 掺铒光纤放大器EDFA石英光纤芯层中掺入铒Er形成的特殊光纤 在泵浦光源激励下可放大光信号 因此称掺铒光纤放大器 掺铒光纤放大器特点 高增益 高输出 宽频带 低噪声 光纤放大器在发端用作功率放大器 提高进入光纤线路放大器的功率 在收端解复用前用作前置放大器 提高接收机灵敏度 2 掺铒光纤放大器的基本结构图7 36为掺铒光纤放大器的基本组成示意图 主要由掺铒光纤 泵浦源 光耦合器 光隔离器等组成 掺铒光纤 工作波长为1550nm 掺杂浓度与光纤放大器的光纤长度有关 长度越长 掺杂浓度越小 泵浦源 能量较强的激励光源 光激励下增强光能 大功率半导体激光器可提供光泵浦源功率 光耦合器 较弱的光信号与较强的泵浦源一起进入掺铒光纤 泵浦光激活铒粒子 信号光子感应铒离子受激辐射产生能级跃迁 同样光子注入信号光完成放大作用 光隔离器 抑制光反射 确保光放大器稳定工作 图7 36EDFA的基本组成 7 4 5光波分复用线路光纤1G 652 G 653 G 654 G 655光纤目前光纤通信中广泛采用G 652 G 653 G 654 G 655光纤 G 652光纤 1310nm波长性能最佳的单模光纤 适用于1310nm和1530nm以下的单通路 G 653光纤 色散移位光纤 1550nm波长性能最佳的单模光纤 零色散从1310nm移至1530nm波长 主要用在SDH系统 G 654光纤 截止波长移位的单模光纤 主要用于海底光纤通信 G 655光纤 非零色散移位单模光纤 零色散从1550nm移至1570nm及1510 1520nm附近 主要用于1530nm波长源较长距离的波分复用 2非零色散移位光纤非零色散移位光纤是G 655光纤改进型 可有效抑制光放大器非线性引起的回波混频效应 避免信道回串扰 7 4 6光波分复用的主要技术1光源技术WDM系统要求光源发光波长精确 工作稳定 激光器集成芯片成本低 目前用于波长监测与稳定技术的方法 温度反馈控制法和波长反馈控制法 温度反馈控制法 激光器芯片所在热沉温度来检测控制相应温控电路 从而控制 稳定波长 波长反馈控制法 输出端检测光波长 用相应输出电压与标准参考电压的差值来控制激光器的温度 进一步控制 稳定波长 2滤光技术滤光器指允许特定波长 频率 的光信号通过的器件 能通过可调波长的滤光器称为波长可调谐滤光器 3色散补偿技术波分复用系统中 光纤色散随传输距离增加而增加 采用色散补偿技术可解决色散问题 色散补偿 光均衡 基本原理 光脉冲信号经过长距离光纤传输后信号会发生畸变 用一段色散补偿光纤来修正可以消除畸变 4光纤放大器的增益平坦技术带内增益平坦度 通带内最大增益与最小波长点的增益差 WDM系统要求掺饵光纤放大器增益平坦 各光纤放大器带内增益平坦度不超过1dB 为保证WDM系统中各光纤放大器增益平坦 可取一些特殊技术 选EDFA增益平坦区域的波长区工作 采用增益均衡技术 采用光电反馈环增益控制 利用激光器辐射的全光控制以及利用双芯有源光纤控制等 5系统监控技术WDM系统采用的监控技术 带外波长监控技术 带内波长监控技术 带内 带外混合波长监控技术 监控信道速率为2 048Mb s 通路帧结构32时隙 监控信道接口参数如表7 12所示 7 5全光通信系统 7 5 1全光通信系统基本概念全光通信系统 全光网 从数字信源节点到目的节点间的传输过程都在光域 1全光通信系统的特征 最佳性 光包交换是最佳方向 透明性 数据速率 信号格式透明 系统网络结构的扩展性 用户 容量 种类扩展 可重构性 可操作性 管理 维护 全光通信系统的分层模型图7 37为全光通信系统分层结构示意图 全光传送分层结构中加入了光层 包括光信道层 光复用段层和光传输段层 图7 37全光通信系统 网 分层结构 光信道层为PDH SDH复