华为光网络技术基础.ppt

光网络技术的基础，华为公司的光网络产品部，第一部分光纤通信基础1 .光纤和光缆2 .光源和光发射机3 .光接收装置和光接收机4 .光纤通信系统，光纤和光缆(一)，另一方面，利用光纤提供通信信息1、发展简史1 ) .里程标1966年高锐先生的著名文章(PIEE) 2) .导火线1970年康宁公司第一根低消耗光纤3 ) .爆炸性发展a ) .光纤衰减： 70年： 20dB/km； 72年： 4dB/km 76年： 0.5dB/km； 79年：0.2dB/km 90年：0.14dB/km。 b ) .系统： 76年-45Mb/s 85年-多模式系统90年-单模式系统93年-SDH； 98年-WDM(40G) 2000年至-320G。 光纤和光缆(二)，2，优点1 ) .容量大的理论上，光纤1根： 100亿个会话路径。 目前，实验室实现了50万条通话线路。 2 ) .如果使用实现了中继距离长、没有100公里中继的光放大器，就可以进行640公里的无中继传输。 3 ) .保密性能好的光在芯中传播，没有泄漏。 4 ) .适用能力强于外部电磁干扰、耐腐蚀、弯曲性。 5 ) .体积小，重量轻，施工和维护容易的直埋、架空、水中。 光纤和光缆(三)、二、光纤简档1、光纤的结构由芯、包层和外涂层构成。 n1n2，光纤和光缆(4)，2，光纤的分类1 )传播模式的概念通过迈克尔方程解决了光纤中的光传输问题，如果芯尺寸大于光的波长，则存在许多模式-基模和高阶模式。 2 ) .在多模光纤中，其芯径为50m的多模的存在产生模色散，减少了传输容量。 3 ) .单模光纤只允许其芯径为810m的一种传播模式，不存在模色散，传输容量大。 单模光纤还被分为G.652、G.653、G.655等。 光纤和光缆(5)、三、光纤的特性参数1、每损耗系数f千米的光功率信号的衰减值(dB/km )。 2 .色度分散系数D()1) .色度分散的概念a ) .图案分散不同的图案具有不同的传播速度。 只有多模光纤有效。 b ) .材料色散不同波长的光在光纤中具有不同的传播速度。 c ) .波导色散光在结构不同的光纤中具有不同的传播速度。 单模光纤没有模色散，只有材料色散和波导色散。 光纤和光缆(6)、光纤和光缆(7)、2 ) .色度色散系数以每公里长度的光纤传输单位光源光谱宽度产生的脉冲宽度值(ps/nm.km )。 只有单模光纤有效。 第一部分光纤通信基础1 .光纤和光缆2 .光源和光发送器3 .受光元件和光接收器4 .光纤通信系统、光源和光发送器(1)，另一方面，对光源的要求1 ) .发光波长适度2 ) .发光功率大4 ) .光谱窄4 ) .温度特性好5 ) .寿命长1、LED的优点1 ) .线性度好2 ) .温度特性好3 ) .容易使用、价格低、寿命长2、LED的缺点1 ) .光谱线宽：510nm2 ) .与光纤的耦合效率低：12%3、LED应用小容量、短距离、光源和光发射机(1、LD的优点1 ) .光谱宽度：12nm2 ) .光纤的耦合效率： 20%3) .阈值器件：在IIth的情况下，激光2、LD的缺点1 ) .线性差2 ) .温度特性比LED3、LD大容量、长距离、光源和光发射机(4)、4、4 光源和光发射器(6)、2 ) .外部调制：光源发光波长偏移，以克服高速率时直接调制中出现的啁啾现象。 使激光器连续发光，用电信号间接控制光源的工作电流。 3、直接调制电路、光源和光发射机(7)、4、光发射机的主要技术指标1 )发射光功率Ps规定了伪随机码序列的调制，在光发射机基准点s的平均发光功率，如-2 3dBm。 2 ) .光谱宽度是所使用的光源设备的光谱宽度，光谱宽度越窄越好。根平均光谱宽度rms； -20dB光谱宽度-20dB ) .寿命在30万小时以上。 光源和光发送器(8)、第一部分光纤通信基础1 .光纤和光缆2 .光源和光发送器3 .受光元件和受光器4 .光纤通信系统、受光元件和受光器(1)、另一方面，对受光元件的要求1 ) .量子效率2 ) .噪声低3 ) .体积小，寿命长负偏压时电子和空穴复合发光。受光元件和受光器(2)、PIN光电二极管的结构和电场分布、受光元件和受光器(3)、2、PIN的特性参数1 .响应度(量子效率) r单位光功率信号入射时产生的光电流(A/W )。 Is(t)=RP(t)2) .结电容Cd一般只有几PF。 影响PIN的响应时间和受光器的灵敏度。 受光元件和受光器(4)，3，PIN的特征和应用1 )的优点-附加噪声低-使用方便，工作电压低-寿命长，价格便宜。 2 ) .缺点-响应度低(因为没有放大作用)制作的接收机的灵敏度不高。 3).PIN的应用适用于短距离的光纤通信系统。 受光元件和受光器(5)、三、APD光电二极管1、动作机构通过高逆偏置在内部形成高电场区域，光载流子(空穴电子对)通过高速运动提高碰撞电离效果，产生数十倍的新的空穴电子对，形成大的光电流。 受光元件和受光器(6)、2、APD的特性参数1 .用APD放大增益g后的光电流与初次光电流的比。 Is(t)=GRP(t)2) .倍增噪声指数因子XF(G)=Gx3 ) .最佳增益Gopt产生的光电流最大，倍增噪声最小。 通过调节那个偏压来实现。 受光元件和受光器(7)、3、APD的特征和应用1 )的优点放大作用。 灵敏度大幅提高，约1020dB。 2 ) .产生缺点倍增的噪音。 3).APD的应用适用于大容量、长距离的光纤通信系统。受光元件和受光器(8)、4、受光器1、框图、受光元件和受光器(9)、2、受光器主要技术指标1、受光灵敏度Pr是规定误码率的条件(例如110-10 )、受光器所需的最小光功率值(dBm )。 2 ) .在要求误码率的条件下(例如110-10 )，过负载光功率是光接收器可承受的最大光功率值(dBm )。 第一部分光纤通信基础1 .光纤和光纤电缆2 .光源和光发射机3 .受光元件和光接收机4 .光纤通信系统、光纤通信系统(1)、1、系统结构、光纤通信系统(2)、1、光发射机作用：光脉冲发送电信号流要求：发光功率大，光谱窄，或色散裕度大。 2 .光纤是传输光信号的介质。 要求：损失系数小，方差系数低。 3、光接收机的作用：将光脉冲代码流转换为电信号流。 要求：高灵敏度。 4、光连接器和尾光纤、光纤通信系统(三)、二、系统性能1、错误码：在光接收器接收和判决下播放后，码流中的一些位发生了错误。 适用于PDH系统。 错误块：适用于SDH系统(校验矩阵)。 1 ) .在平均比特差错率BER的规定时间内发生错误的比特数和传输比特总数的比。 SDH :块错误率。 光纤通信系统(4)、2 ) .误码秒ES出现1错误码以上的秒。 SDH :块秒3 ) .严重错误代码秒显示SES大于或等于30%的错误代码的秒。 SDH :严重性区块秒4 ) .参考数字段hrhrs错误代码性能以hrs为对象。 两个相邻的数字布线机架之间的所有设备-数字段。 具有一定长度和指标的数字段-HRRSRS。 三种： 420公里、280公里、50km。 光纤通信系统(5)、2、定时性能1 )。抖动数字脉冲信号的特定时刻从理想位置的偏移。 抖动会使系统的性能劣化。 抖动的原因：噪声、码间干扰、时钟不稳定、映射/解映射、指针调整等。 2 ) .漂移数字脉冲信号的特定时刻是距其理想位置的长时间偏差(10Hz )。漂移主要与温度有关。 第二部分： SDH1 .概要2 .速率和帧结构3 .开销4 .有效载荷指针5 .复用和映射6 .同步复用设备7 .数字交叉连接设备8 .同步光缆系统9.SDH网同步10 .网络性能11.SDH传输网12 .网络SDH的发生1，PDH的缺点1 ) .没有国际统一的汇率标准2 ) .没有国际统一的光接口标准3 ) .上下的电路成本高，结构复杂4 ) .没有国际统一的光接口标准5 ) .网络OAM能力差2，SDH的发生86年： SONET； 88年： ITU-T接受，命名为SDH的88年到90年：相继通过了9项提案。 概要(2)二、SDH的特征1、SDH的优点1 ) .速率统一： 155Mb/s、622Mb/s、2.5Gb/s、10Gb/s2 .光接口统一：帧结构一致3 ) .进一步复用特性：软件可以一次提取/访问低速信号4 ) .强大网络灵活性、自我修复功能：多段、通道保护等2，SDH的缺点1 )。 带宽利用率稍低： 155Mb/s包含63个2Mb/s2.大量软件控制，容易出现重大故障，概述(3)，3，SDH基本概况1，SDH等级STM-1:155Mb/s； STM-4:622Mb/s STM-16:2.5Gb/s秒STM-64:10Gb/s，概要(4)、2、SDH的设备种类1 ) .终端复用器TM设置在线网络的终端站，将PDH/SDH旁路信号复用到SDH线路信号中概要(5)、2 ) .分插复用器ADM设置在网络的中间站，直接完成上下电路功能。 STM-N、概要(6)、3 ) .再生器REG设置在网络的中间站，以延长传输距离为目的，但不能上下电路。 概要(7)、4 ) .数字交叉连接设备兼具同步复用、分支、交叉连接、网络自动恢复和保护等多种功能。 第二部分： SDH1 .概要2 .速率和帧结构3 .开销4 .有效载荷指针5 .复用和映射6 .同步复用设备7 .数字交叉连接设备8 .同步光缆系统9.SDH网同步10 .网络性能11.SDH传输网12 .网络1、SDH的等级和速率、速率和帧结构(2)、2、STM-N的帧结构9行270N列的块结构。 速率和帧结构(3)，STM-1帧结构： 9行270列。 分段超额SOH :分段层的运行、管理、维护管理部指针AUPTR :表示净负荷位置的净负荷：保存信息，以VC形式出现。 第二部分： SDH1 .概要2 .速率和帧结构3 .开销4 .有效载荷指针5 .复用和映射6 .同步复用设备7 .数字交叉连接设备8 .同步光缆系统9.SDH网同步10 .网络性能11.SDH传输网12 .网络段开销1，角色：提供播放段和复用段的OAM (运行、管理、维护)。 2、类型：再生段开销RSOH、多段开销MSOH3、字节配置(参见下一页) 4、字节功能1).A1、A2-帧配置标识每帧的开始位置，并且符号类型是F628(H )。 2).J0-播放段跟踪字节内容是播放段接入点识别符，可以正确地发送和接收。开销(2)、开销(3)、3).B1-再现段检查字节构成校验矩阵，用于检查再现段信息的有效载荷。 B1字节的每个比特的值(1或0 )取决于该列中每个比特的值(奇偶校验)。 开销(4)、4).E1、E2-公务字节分别在播放段、多重段提供公务电话。 5).D1D3-再现段数据通信信道传输再现段管理信息。 6).D4D12-多段数据通信信道传输多段管理信息。 7).B2-多段校验字节配置校验矩阵(偶数校验)检查多段信息的有效载荷。 原理与B1字节相同。 自动保护开销(5)、8).K1、K2-交换字节站号(b5b8 )、交换类型、保护方式等。 9).S1-同步状态字节表示时钟电平。 10).M1-复用的错误码表示B2的检查结果-错误块数。开销(6)、2、信道开销po1，作用：提供信道层的OAM (运行、管理、维护)。 2、类型：上位POH、下位POH3、字节配置(参照下页) 4、字节功能1 ) .上位POH:VC-4/VC-3POH、开销(7)、开销(8)、J1 :信道跟踪字节。 发送上位信道的接入点识别符并正确对接的B3 :信道奇偶校验字节(BIP-8 )。检查上位通道。 C2 :信号标记字节。 指示VC-4结构的VC-4可以包括1140M、334/45M、632M中的G1 :信道状态字节。 远程错误指示REI (错误块数) F2、F3 :用户信道H4 :位置指示字节： TU子帧，复帧中的位置K3 :信道自动保护转发字节(APS) N1 :网络运营商的字节。 开销(9)、2 ) .低阶POH 第二部分： SDH1 .概要2 .速率和帧结构3 .开销4 .有效载荷指针5 .复用和映射6 .同步复用设备7 .数字交叉连接设备8 .同步光缆系统9.SDH网络同步10 .网络性能11.SDH传输网有效载荷指针(1)、一、有效载荷指针1、有效载荷指针的种类AU-4PTR、TU-3PTR、TU-12PTR。 2 .管理单元指针AU-4PTR、净负载指针(2)、净负载指针(3)、AU-4PTR的作用：1.距净负载的第一个字节的最后H3的偏移，指示净负载的位置。 2 ) .汇率调整调整纯负载的汇率：正调整和负调整。 3 ) .新数据标识NDF的净负荷内容发生变化时，NDF会发出指示。 第二部分： SDH1 .概要2 .速率和帧结构3 .开销4 .有效载荷指针5 .复用和映射6 .同步复用设备7 .数字交叉连接设备8 .同步光缆系统9.SDH网同步10 .网络性能11.SDH传输网12 .网络2 .传统复用方法1 ) .码率调整的优点：允许信号有大的速率差的缺点：不能直接提取或访问低速分支信号。 2 ) .固定位置映射法的优点：可以直接提取或访问低速分支信号的缺点：滑动损伤。 网络负载指针技术不使用在允许分支信号速率上有差异(可调速率)的125s缓冲器，该技术通过软件指针指示网络负载在帧中的位置，而避免滑动损伤。 2 ) .字节内插复用的每个分支信号以字节顺序内插布置，并且形成更快信号的每个分支信号在帧中的位置是固定的，因而可以直接提取/访问。复用和映射(三)、二、参与复用和映射的单元1、伪容器VC可作为一个整体进行提取/访问、复用、交叉连