《光通信技术》PPT课件.ppt

光缆通信线路知识培训 中国联通河南省分公司二零一壹年六月 第一章光通信技术 2 1 1光纤通信的发展概况1 2光波波谱1 3光纤通信特点和系统分类1 4光纤通信系统的基本构成1 5长途与本地网通信网的结构和特点1 6SDH与DWDM1 7光纤通信新技术 目录 3 1 1光纤通信的发展概况 1 光纤通信发展的里程碑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 2 光纤通信发展的实质性突破1970年美国康宁玻璃公司根据高锟文章的设想 用改进型化学相沉积法 MCVD法 制造出当时世界上第一根超低耗光纤 成为使光纤通信爆炸性竞相发展的导火索 4 1 1光纤通信的发展概况 3 光纤通信发展的三个阶段第一阶段 1966 1976年 从基础研究到商业应用的开发时期 实现了短波长 0 85 m 低速率 45或34Mb s 多模光纤通信系统 无中继距离约10km 第二阶段 1976 1986年 大发展时期 光纤从多模发展到单模 工作波长从短波长发展到长波长 1 31和1 55 m 实现了1 31 m 传输速率140 565Mb s的单模光纤传输系统 PDH 其无中继距离为50 100km 第三阶段 1986年 全面深入开展新技术研究 实现了1 55 m单模光纤通信系统 SDH 速率达2 5 10Gb s 无中继距离为100 150km 1996年后 研发波分复用光纤通信系统 WDM 每波长传输速率10G或40G及光波网络 5 1 1光纤通信的发展概况1 2光波波谱1 3光纤通信特点和系统分类1 4光纤通信系统的基本构成1 5长途与本地网通信网的结构和特点1 6SDH与DWDM1 7光纤通信新技术 目录 6 1 2光波波谱 光波是电磁波 光纤使用的波长范围是在近红外区内 新一代光纤已突破了三个低衰耗窗口的瓶径 实现了全波段使用 1260nm 1625nm 7 1 1光纤通信的发展概况1 2光波波谱1 3光纤通信特点和系统分类1 4光纤通信系统的基本构成1 5长途与本地网通信网的结构和特点1 6SDH与DWDM1 7光纤通信新技术 目录 8 主要内容 1 3 1光纤通信的主要优点1 3 2光纤通信的主要缺点1 3 3光纤通信系统主要分类 1 3光纤通信的特点和系统分类 9 1 3 1光纤通信的优点 1 频带宽 通信容量大 2 损耗低 传输距离远 3 信号串扰小 保密性能好 4 抗电磁干扰 传输质量佳 5 光缆尺寸小 重量轻 便于敷设和运输 6 材料来源丰富 环境适应性强 10 1 3 2光纤通信的缺点 1 光纤性质脆 需涂覆保护2 光纤切断和连接需用高精度技术和仪表器具3 分路耦合不方便 PON技术 4 光纤不能输送中继器所需要的电能 混合光缆 5 弯曲半径不宜太小 11 1 3 3光纤通信系统的分类 一 按波长分类1 短波长光纤通信系统 2 长波长光纤通信系统 3 超长波长光纤通信系统 二 按光纤的模式分类1 多模光纤通信系统 2 单模光纤通信系统 三 按传输信号的类型分类1 光纤模拟通信系统 2 光纤数字通信系统 四 按传输的速率分类1 PDH通信系统 2 SDH同步光通信系统 3 DWDM密集波分通信系统 五 按传输信号占用光纤通道分类1 双纤单向2 单纤双向 12 1 1光纤通信的发展概况1 2光波波谱1 3光纤通信特点和系统分类1 4光纤通信系统的基本构成1 5长途与本地网通信网的结构和特点1 6SDH与DWDM1 7光纤通信新技术 目录 13 主要内容 1 4 1光纤通信的传输过程 1 4 2光纤通信系统各组成部分的工作情况 1 4光纤通信系统的基本构成 14 1 4 1光纤通信的传输过程 光纤通信过程 光发送端机将已调制的光波送入光纤 经光纤传送至光接收端机 光接收端机是将信号变换成电信号的光接收机 光信号经过光纤传输到达接收端 首先经光电二极管 PLN 或雪崩光电二极管 APD 检波变为电脉冲 然后经放大 均衡 判断等适当处理 恢复为送入发送端时的电信号 再送至接收电端机 15 端机 16 1 4 2光纤通信系统各组成部分的工作情况 1 光源的功能是把电信号转换为光信号 常采用半导体激光器 LD 或半导体发光二极管 LED 2 光电检测器是把光纤输出的光信号转换为电信号的光电子器件 目前光纤通信常采用半导体光电检测器 如PN结光电二极管 PIN光电二极管和APD雪崩光电二极管等 3 电端机将模拟的话音信号通过脉冲编码调制 变成数字信号 再通过数字复接技术 将多路PCM信号变成一路基群信号进行传送 及将收到的PCM基群信号通过相反的处理还原成模拟话音信号的一种设备 主要任务是PCM编码和信号的多路复用 4 光中继器将来自光纤线路的微弱光数字信号由光电检测器转化为数字信号 经放大 均衡 定时判决 整形后又输入到光发送机的驱动电路推动光源 发出光数字信号 再送入光缆线路 向前方传输 17 1 4 2光纤通信基本组成部分的工作情况 5 光发送机的的作用是将输入的电信号变成光信号送入光纤进行传输 光发送机主要是由光源器件和使光源器件工作的调制 驱动电路两大部分组成 指标 平均发送光功率 谱宽 寿命 消光比 18 1 4 2光纤通信基本组成部分的工作情况 6 光接收机的作用是将光纤传来的光信号变成电信号 放大后进行定时再生 恢复成数字信号 光接收机主要性能参数 接收灵敏度 光接收机的动态范围 光接收机主要包括 光检测器 前置放大器 主放大器 均衡器 时钟提取电路 取样判决器以及自动增益控制 AGC 电路 指标 光接收灵敏度 过载功率 动态范围 19 1 4 2光纤通信基本组成部分的工作情况 光传输设计衰耗受限系统色散受限系统 20 1 4 2光纤通信基本组成部分的工作情况 7 备用系统与辅助设备 辅助设备包括监控管理系统 公务通信系统 自动倒换系统 告警处理系统 电源供给系统等 8 评价光纤数字通信的重要指标是误码特性和抖动特性 21 1 1光纤通信的发展概况1 2光波波谱1 3光纤通信特点和系统分类1 4光纤通信系统的基本构成1 5长途与本地网通信网的结构和特点1 6SDH与DWDM1 7光纤通信新技术 目录 22 主要内容 1 5 1通信网概述 1 5 2光纤通信网 1 5长途与本地网的线路组成结构和特点 23 1 通信网可分为 公用通信网和专用通信网通信网组成 用户终端设备 传输系统 交换系统 业务接点等 1 5 1通信网概述 用户A 交换机 交换机 传输链路 传输链路 传输链路 用户B 24 1 5 1通信网概述 2 通信网结构 分拓扑结构和制式结构拓朴结构分星形 总线形 环形 链形 网状等 体制结构分传统结构 市内通信网 长途通信网 国际通信网 农村通信网 和现行结构 国际通信网 长途通信网 本地通信网 国际通信网为不同国家间的用户服务 由三级交换中心和相应的传输线路构成 长途通信网为国内不同城市间的用户服务 由四级交换中心构成 本地通信网是在同一长途编号区的服务区域内 由端局和汇接局两个等级的交换中心构成的网络 分为大 中城市本地网 市内网和农村网三种类型 城域网以多业务光传送网络为基础 实现话音 数据 图像 多媒体 IP等接入 在功能上主要是指完成接入网中的企业和个人用户与在骨干网络上的运营商之间全方位的协议互通 25 1 5 2光纤通信网的功能 特点和网络结构 1 一级干线长途光纤通信网是连接C1之间 C1 C2之间 C2之间的传输网络 传输高比特率信号 是数字传输网中的骨干网 传输速率高 传送距离长 传输质量高 拓扑结构在网络中心以网状网为主 在边缘处以星形或链形网为主 2 省内干线光纤通信网是连接C2 C3 C4间的传输网络 传输速率比一级干线低 传输距离比一级干线短 拓朴结构多为星形和树形的复合形 3 本地光纤通信网组网方式主要采用星型 环状 部分经济发达的地区已建成了网状的本地网光缆传输网络 目前 结合传输技术的发展 本地网光纤通信网也采用了大量的SDH设备 组建具备自愈能力的光纤通信网 26 1 5 2光纤通信网的功能 特点和网络结构 27 1 1光纤通信的发展概况1 2光波波谱1 3光纤通信特点和系统分类1 4光纤通信系统的基本构成1 5长途与本地网通信网的结构和特点1 6SDH与DWDM1 7光纤通信新技术 目录 28 主要内容 1 6 1SDH技术概述 1 6 2DWDM技术概述 1 6SDH和DWDM技术 29 1 6 1SDH技术 同步数字系列SDH即Synchronousdigitalhierarchy是为实现在物理传输网络中传送经适当配置的信息而标准化的数字传输结构体系 SDH不仅适合于点对点传输 而且适合于多点之间的网络传输 SDH设备包括 终端复用器TM 分插复用器ADM 再生器REG 数字交叉连接设备DXC SDH终端的主要功能是 复接 分接和提供业务适配 SDH终端的复接 分接功能主要由TM设备完成 30 1 6 1SDH技术 SDH传输网具有智能化的路由配置能力 上下电路方便 维护 监控 管理 自愈功能强 光接口标准统一等优点 虚容器 Vc 将各种速率的PDH信号均可以净荷的方式装入复接到SDH的155Mbit s STM 1 信号帧内 确保PDH向SDH的顺利过渡 SDH传输网中的分插复用器 ADM 和数字交叉连接设 DXC 是组网的关键设备 SDH传输网常使用环状网拓扑结构 环网可以提供通道保护和复用段保护方式 也称为自愈环 31 1 6 2DWDM技术 1 DWDM的概念 光波分复用 WDM WavelengthDivisionMultiplexing 技术是在一根光纤中同时传输多个波长光信号的一项技术 光波分复用 WDM 的基本原理是 在发送端将不同波长的光信号组合起来 复用 并耦合到光缆线路上的同一根光纤中进行传输 在接收端又将组合波长的光信号分开 解复用 并作进一步处理 恢复出原信号后送入不同的终端 因此将此项技术称为光波长分割复用 简称光波分复用技术 在同一窗口中信道间隔较小的波分复用称为密集波分复用 DWDM DenseWavelengthDivisionMultiplexing 32 2 DWDM系统的基本形式光波分复用器 也叫合波器 和解复用器 也叫分波器 是WDM技术中的关键部件 从原理上讲 这种器件是互易的 双向可逆 DWDM系统的基本构成主要有以下两种形式 双纤单向传输和单纤双向传输 3 DWDM系统主要由五部分组成 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 6 2DWDM技术 33 1 6 2DWDM技术 4 DWDM技术的主要特点 可以充分利用光纤的巨大带宽资源 大量节省光纤芯数 实现大幅扩容 信号波长彼此独立 方便完成各种电信业务信号的综合和分离 数据格式透明 利用增加一个波长的方法引入任意的新业务及其容量 构成的新型通信网 网络结构层次分明 用波长调度业务 DWDM选路来实现网络的交换和恢复 可建立具有高度生存性的光网络 未来的全光网络中 各种电信业务的交叉连接等都是通过对光信号的改变和调度来实现的 34 1 1光纤通信的发展概况1 2光波波谱1 3光纤通信特点和系统分类1 4光纤通信系统的基本构成1 5长途与本地网通信网的结构和特点1 6SDH与DWDM1 7光纤通信新技术 目录 35 本节内容 1 7 1光纤技术与下一代通信网的发展 1 7 2光纤通信新技术 1 7 3自动交换光网络 ASON 传输技术的发展 1 7光纤通信新技术 36 1 7 1光纤技术与下一代通信网的发展 1 向超高速系统的发展 2 向超大容量WDM系统的演进一根传输线路速率为40Gbit s的光纤上支持高达64Tbit s的容量 3 实现光联网 全光网 4 解决全网瓶颈的手段 光接入网 37 1 7 1光纤技术与下一代通信网的发展 NGN是指下一代网络 是以当前网络为基点的下一代网络 它是电信史一块里程碑 标志着新一代电信网络时代的到来 NGN是可以同时多种业务的综合性的 全开放的宽频网络平台体系 至少可实现千兆光纤到户 还能把现在用于长途电话的低资费IP电话引入本地市话 有望大大降低本地通话费的成本和价格 38 1 7 2光纤通信新技术 1 时分光交换以时分复用为基础 用时隙互换原理实现交换功能的 时分复用是把时间划分成帧 每帧划分成N个时隙 并分配给N路信号 再把N路信号复接到一条光纤上 在接收端用分接器恢复各路原始信号 2 光孤子通信经光纤长距离传输后 其幅度和宽度都不变的超短光脉冲 ps数量级 3 相干光通信技术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 这种检测技术称为相干检测 39 1 7 3自动交换光网络ASON传输技术的发展 1 ASON定义 ASON AutomaticallySwitchedOpticalNet work 即自动交换光网络 是指在选路和信令控制之下完成自动交换功能的新一代光网络 也可以看作是一种标准化的智能光传送网 2 ASON的组成 40 1 7 3自动交换光网络ASON传输技术的发展 3