光纤通讯培训教材

传输基础知识介绍 网络部传输数据组 二 00九年十一月三日 光纤传输基本原理 光纤通信所用的光波长范围在 800 1600 光的传播是通过电场、磁场的状态随时间变化的规律表现出来的。 光纤心线的剖面结构示意图 2塑）裸光纤横截面结构示意图 光纤心线的横截面结构示意图 光 纤 光纤的传播模式 在光纤的数值 孔径角内，以某一角度射入光纤端面，并能在光纤的纤芯到包层界面上形成全反射的传播光线就可称为一个光的 传输模式 。 高次模 基模 低次模 光纤的传输特性 衰减 色散 偏振模色散 光纤的非线性效应 衰 减 衰减表明光纤对光能的传输损耗。 光在光纤中传播时，平均光功率沿光纤长度按照指数规律减少 : P(L)=P(0)10( L/10) 式中： P(0)在 L 0处注入光纤的光功率 P(L)传输到轴向距离 衰减系数 （ L） (10/L) P(L)/P(0) dB/减谱 衰减系数与波长的函数关系 衰减起因 损耗 本征 非本征 吸收 紫外吸收 金属离子 红外吸收 射 瑞利散射 波导缺陷 米氏散射 受激布里渊散射 受激拉曼散射 色 散 光纤中的信号是由不同的频率成分和不同的模式成分来携带的，这些不同的频率成分和不同的模式成分的传输速度不同，从而引起 色散 脉冲展宽 T 色散的种类 (1)材料色散 ：材料的折射率是波长的非限性函数 ， 使得光的传播速度随波长而改变 。 由此引起的色散叫材料色散 。 (2)波导色散： 同一模式的相位常数随波长而变 ， 而引起的色散 。 (3)模式色散： 多模光纤中 ， 即使在同一波长 ， 不同模式的传播速度也不同 ， 由此引起的色散 。 又称模式色散 。 (4)偏振模色散 ：单模光纤中实际存在偏振方向相互正交的两个基模 。 当光纤存在双折射时 ， 这两个模式的传输速度不同 ， 由此而引起的色散即偏振模色散 。 光纤的类型 多模光纤 ：纤芯直径为 50在一定的工作波长下，有多个模 式在光纤中传输 单模光纤 ：纤芯直径很小，约 4理论上只传输一种模式 单模光纤 标准单模光纤（ 色散位移单模光纤（ 1550 非零色散位移光纤（ 色散补偿光纤（ 色散平坦光纤 标准单模光纤（ 简单阶跃匹配包层型 简单阶跃下凹内包层型 相对折射率差 偏低 高的 能大大改变光纤的抗弯性 ， 损耗 光纤抗弯性稍差 零色散波长在 1310波长 1550 标准单模光纤（ 在我国占 99%以上。虽称 1310绝大 部分却用于 1550 原因是在 1310大器。 它可传输 基群的 传输 10G，面临色散受限的难题（色度色散与 色散位移单模光纤（ 实现了在 1550 可以 20需任何色散补偿。 1550 选用纯 最大优点：在 1550 制造困难，价格昂贵，不实用。 非零色散位移光纤（ 1994年专门为 特定得最小色散保证抑制四波混频非线性。 非零色散位移光纤（ 因既可传输 0G，又可传以 0以近年倍受青睐。但 理想的 为在光纤的有效横截面积与色散斜率二方面难以均衡。 目前， 国际统一规范。 大的有效面积，会有效地避免非线性效应，但 将导致色散斜率的增加。 小的色散斜率将会便于色散的补偿；但其有效 面积却减小。 色散平坦光纤 制作难度大，且光纤衰减大，所以不实用。 色散补偿光纤 色散问题严重阻碍 1310以研制了这种光纤。 在升级系统中加入很短得一段负色散光纤，即可抵消几十公里常规光纤在 1550 光接口标准与参数 1、 光接口类型与代码 . 第一类光接口 不含光放大器以及线路速率低于 10G/ . 第二类光接口 含光放大器以及线路速率达到 10G/ 光接口标准与参数 . 光接口代码： W ： I - 代表局内通信 (2 S - 代表短距离通信 (20 L - 代长距离通信 (80 V - 代表甚长距离通信 (120 U - 代表超长距离通信 (160 y ：代表 Y=1、 4、 16、 64。 光接口标准与参数 Z ：代表使用光纤类型与工作窗口； 1 作波长为 1310 2 作波长为 1550 3 作波长为 1550 5 作波长为 1550 例： 作在 550 传输速率为 作在 310 传输速率为 光缆结构图 一个将复接、线路传输、交叉连接及交换功能融为一体的，并由统一的网管系统进行管理的综合业务传送网络 涉及领域：长途通信、交换、接入、移动等等。 应用趋势：逐步从长途通信、市话局间中继通信转向用户网。 一） 没有国际统一的速率标准 22M、 8M、 34M、 140M、 565M； 美： 45M、 274M； 日本： 32M、 100M； 没有国际统一的光接口规范（多种码型变换方案） 上下电路需大量硬件、结构复杂、成本高： 需要用硬件进行逐级复用与解复用（背靠背）； 网络的 足够的开销字节 。 准同步数字系列 (400Mb/s 100Mb/s 32Mb/s s 日本系列 274Mb/s 45Mb/s s 565Mb/s 139Mb/s 34Mb/s 8Mb/s 2 Mb/s s 北美系列 欧洲系列 4 4 4 4 4 4 3 5 6 7 4 s 分插信号流程的比较 二） 优点： 速率统一： 155M、 622M、 10G； 光接口与帧结构统一： N=1、 4、 16、 64）； 一步复用特性：可从高速信号中直接提取 /接入低速信号 强大的 能力实现了网络管理的智能化： 丰富的开销（码流量的 5%）、强大的软件技术； 组网灵活、网络的生存性强： 可组多种类型网络、具有自愈能力、可在线升级； 前、后向兼容。 缺点： 带宽利用率稍低，如 1553个 2个 34M。 为同步传送模块 具有页状矩形帧结构 。 等级 S T M - 1 S T M - 4 S T M - 1 6 S T M - 6 4速率（ M b i t / s ） 1 5 5 . 5 2 0 6 2 2 . 0 8 0 2 4 8 8 . 3 2 0 9 9 5 3 . 2 8 0四） . 终端复用器 线形网的端站，把 路信号复用成 反之。 路信号 M 五） . 分插复用器 在网络的中间局站，完成直接上、下电路功能 。 侧线路信号 侧线路信号 六） . 再生器 在网络的中间局站，目的是延长传输距离，但不能上、下电路。 侧线路信号 西侧线路信号 七） . 数字交叉连接设备 有同步复用、分插、交叉连接、网络的自动 恢复与保护等多项功能的 备。 八） . 线形网 M . 树形网 M M 九） . 环形网 输方向 9 270 1 3 4 5 9 9 N 261 N 传输方向270 N （含少量 信息净负荷（含少量 ）行、 270列共 2430个字节组成。传送时按由左到右、由上至下的顺序进行，直到整个帧传送完毕。每秒传送 8000帧。因此其传输速率为： 270 9 8 8000=s 信息净负荷区域是帧结构中存放各种信息容量的地方。 净负荷中包含通道开销（ 复用段开销 能在管理单元组 管理指针 来指示信息净负荷的第 1个字节在 便在接收端正确地分解。 再生段开销 可在终端设备接入 。 段开销 要供网络运行、管理和维护使用。由再生段开销 分层的好处 虚容器 N 1 140Mb/s 45Mb/s 34Mb/s s 2Mb/s s 3 3 4 1 容器 支路单元 管理单元 支路单元组 管理单元组 同步传送模块 定位校准 复 用 映 射 我国采用的复用映射结构 虚容器 N 1 140Mb/s 34Mb/s 3 容器 支路单元 管理单元 支路单元组 管理单元组 同步传送模式 定位校准 复用 2Mb/s 映射 欧洲电信标准协会采用的复用映射结构是 高阶虚容器中没有 国选用的是欧洲复用映射结构。 支路单元和管理单元 支路单元 （ 是一种为低阶通道层与高阶通道层提供适配功能的信息结构 ，它由低阶 组成 。 管理单元 （ 是一种为高阶通道层与复用段层提供适配功能的信息结构 ， 它由高阶 组成 。 指针 但 映射 将各种支路信号适配装入相应的虚容器 它的实质就是使各种支路信号与相应 便使 用和交叉连接的实体。 定位调整 指明低阶 阶 U/ 设置指针可以为 U）帧内的定位提供一种灵活和动态的方法，因而指针能够容纳 复用 将多个支路单元（ 配到高阶 过程称为复用。 这里的复用是同步复用。 映射复用过程 N 1 Mb/s 码速调整 U U 复用 7复用 复用 155M） 622M） 1个 1 140M） 3个 3 34M） 63个 63 2M） 4个 4 140M） 12个 12 34M） 252个 252 2M） 开销 ：为保证信息净负荷正常灵活传送所必 须附加的额外的消费字节。 复用段 ： 再生段 ： 通道 ：高 /低阶通道开销的插入点和分解点之间的路由途径称为通道。 开销、复用段、再生段、及通道的定义 开销的分类 再生段开销（ 复用段开销（ 高阶通道开销（ 低阶通道开销（ 段开销（ 通道开销（ 开销 2 1 1 4 7 10 0 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 123456789 定位字节 2：用于识别帧的起始位置。 再生段误码监视字节 用于再生段误码监视。 复用段误码监视字节 24）：用于复用段误码监视。公务字节 2： 用来提供公务联络语声通路。 使用者通路 特定维护目的而提供临时数据 /语声通路 。再生段踪迹字节：该字节重复发送“段接入点识别符”，以便让接收机确认它与预定的发送端是否处于持续的连接状态 。 自动保护倒换（ 路 2：用作复用段 复用段远端误码指示（ 节 字节用来传送由 与传输媒质有关的特定字节 ： 至第 8比特表示同步消息，可以表示 16种不同的同步时钟质量等级。用于时钟自动倒换，防止时钟成环 数据通信通路（ 用来构成 数据通信通路（ ）：用来构成 管理网的传送链路 。 通道 1+1保护是以通道为基础的，倒换与 否按分出的每一通道信号质量的优劣而定。 通常利用简单的通道 据，而不需 换时间不超过 10 通道 1+1保护使用并发优收原则。插入时 ，通道业务信号同时馈入工作通路和保护通 路；分出时，同时收到工作通路和保护通路 两个通道信号，按其信号的优劣来选择一路 作为分路信号。 W P 并发 优收 通 道 1+1 保 护 L 复用段保护是以复用段为基础的，倒换与否按每两站间的复用段信号质量 的优劣而定。当复用段出故障时，整个站间的业务信号都转到保护通路，从而 达到保护的目的。 复用段 1+1保护方式，业务信号发送时同时跨接在工作通路和保护通路。正 常时从工作通路接收业务信号，复用段故障时，自动切换到保护通路接收业务 信号。系统的复用段 1+1保护为单向或双向切换复原模式。 S L S 复 用 段 1+1 保 护 复用段 1:1保护，业务信号并不总是同时跨接在工作通路和保护通路上的所以 还可以在保护通路上开通额外业务信号。当工作通路发生故障时，保护通路将甩 掉额外业务，根据 过跨接和切换操作，完成业务信号的保护。系统的 复用段 1:1保护为双向切换复原模式。 L 主业务 L 业务 外业务 额外业务 复 用 段 1： 1 保 护 A P P W A B C D A P P W A B C D 倒换 二纤单向通道倒换环的保护方式与通道 1+1保护相同，也是基于并发优 收的原则，以 需要 a. 正常工作时 b. 出现故障时 二 纤 单 向 通 道 倒 换 环 A P P W A B C D A P P W A B C D 倒换 每一节点在支路信号分插功能前的每一高速线路上都有一倒换开关当 间的光缆故障时，节点 的保护倒换开关将利用 环回 倒换功能能保证在故障情况下仍维持环的连续性，使业务信号不产生中断。 a. 正常工作时 b. 出现故障时 二 纤 单 向 复 用 段 倒 换 环 C C A C D B C C A C D B 倒换 有两根业务光纤 (一收一发 )和两根保护光纤 (一收一发 )。当 光缆被切断时，利用 节点中两根倒换开关执行环回功能，维 持环回功能。 a.