SDH基本原理1226

1、光通信讲义主要内容 第一部分：光缆与光纤第一部分：光缆与光纤 第二部分：光传输设备概述第二部分：光传输设备概述 第三部分：光网络基本结构第三部分：光网络基本结构 第四部分：光传输常见故障处理第四部分：光传输常见故障处理3 3、光纤的传输特性：、光纤的传输特性：3 3个特性个特性4 4、光缆类型与结构、光缆类型与结构5 5、各光缆类型衰减系数、各光缆类型衰减系数 (1) 光纤通信是以光作为信息载体，以光纤作为传输媒介的通信光纤通信是以光作为信息载体，以光纤作为传输媒介的通信方式。方式。光纤通信技术是光纤通信技术是30年来迅猛发展起来的高新技术，给世界年来迅猛发展起来的高新技术，给世界通信技术乃至

2、国民经济、国防事业和人民生活带来了巨大变革。通信技术乃至国民经济、国防事业和人民生活带来了巨大变革。1.1 光通信技术的逐年进步光通信技术的逐年进步l 1966年，英籍华人高锟（年，英籍华人高锟（C. K. Kao)预见利用玻璃可以制成衰预见利用玻璃可以制成衰减为减为20dB/Km的通信光导纤维（即光纤）。的通信光导纤维（即光纤）。由于他的这个预见由于他的这个预见和发现在和发现在2009年获得了诺贝尔物理学奖；年获得了诺贝尔物理学奖；当时世界上最优秀的当时世界上最优秀的光学玻璃衰减高达光学玻璃衰减高达1000dB/Km。l1970年，美国康宁（年，美国康宁（Corning）公司首先研制成衰减为

3、）公司首先研制成衰减为20dB/Km的光的光纤。纤。从此，光纤就进入了实用化的发展阶段，世界各国纷纷开展光纤从此，光纤就进入了实用化的发展阶段，世界各国纷纷开展光纤通信的研究通信的研究。l高锟博士早就指出降低玻璃内的过渡金属杂质离子是降低光纤高锟博士早就指出降低玻璃内的过渡金属杂质离子是降低光纤衰耗的主要因素，后来研究发现衰耗的主要因素，后来研究发现OH离子对衰耗也有重要影响，离子对衰耗也有重要影响，通过限制上面两方面的杂质离子，通过限制上面两方面的杂质离子，1980年，光纤衰减就降低到年，光纤衰减就降低到了了0.2dB/Km，接近理论值。，接近理论值。这就使得长距离的光纤通信成为这就使得长距

4、离的光纤通信成为可能，这在光纤通信史上具有里程碑的意义。可能，这在光纤通信史上具有里程碑的意义。l我国现状：我国现状：我国目前也有相当多的公司可以拉制性能很好的通我国目前也有相当多的公司可以拉制性能很好的通信光纤，比如长飞、大唐电信等等。信光纤，比如长飞、大唐电信等等。l不同种类的光纤也相继研发出来，比如不同种类的光纤也相继研发出来，比如色散位移光纤、保偏光色散位移光纤、保偏光纤、掺杂光纤、塑料光纤、光子晶体光纤等等。纤、掺杂光纤、塑料光纤、光子晶体光纤等等。l 目前，半导体激光器不仅可以在室温下工作，而且其直目前，半导体激光器不仅可以在室温下工作，而且其直接调制速率可以达到接调制速率可以达到

5、10Gbit/s乃至更高速率，逐渐满足乃至更高速率，逐渐满足了高效率、低啁啾、大功率、长寿命等通信要求。光纤了高效率、低啁啾、大功率、长寿命等通信要求。光纤与光源的逐年进步解决了与光源的逐年进步解决了衰减衰减和和色散色散问题，其结果是增问题，其结果是增加了光纤系统的通信容量，增加了通信距离。加了光纤系统的通信容量，增加了通信距离。l 光探测器发展也异常迅速。光探测器发展也异常迅速。 (2)光纤通信系统中使用的光源经历了从发光二极管到半导光纤通信系统中使用的光源经历了从发光二极管到半导体激光器的进步。光探测器也达到了体激光器的进步。光探测器也达到了10GHz的响应灵敏度。的响应灵敏度。l 光放大

6、器都是由增益介质、能源、输入输出耦合结构组成。根光放大器都是由增益介质、能源、输入输出耦合结构组成。根据增益介质的不同，目前主要有两类光放大器：据增益介质的不同，目前主要有两类光放大器： (3) 90年代初，光放大器问世，年代初，光放大器问世， 引起了光纤通信技术的重大引起了光纤通信技术的重大变革，这在光通信史上具有里程碑的意义。它节省了光电变换变革，这在光通信史上具有里程碑的意义。它节省了光电变换的中继过程，而且实现了波长透明、速率透明和调制方式透明的中继过程，而且实现了波长透明、速率透明和调制方式透明的光信号放大，从而诞生了采用波分复用（的光信号放大，从而诞生了采用波分复用（WDM）技术的

7、新）技术的新一代光纤通信系统商用化。一代光纤通信系统商用化。 一类是用活性介质一类是用活性介质，如半导体材料和掺稀土元素（如，如半导体材料和掺稀土元素（如Nd，Sm， Ho，Er，Pr，Tm和和Yb）的光纤，利用受激辐射机制实）的光纤，利用受激辐射机制实现光的直接放大，如半导体激光放大器和掺杂光纤放大器；现光的直接放大，如半导体激光放大器和掺杂光纤放大器；一类是基于光纤的非线性效应一类是基于光纤的非线性效应，利用受激散射机制实现光的直，利用受激散射机制实现光的直接放大，如光纤喇曼放大器和光纤布里渊放大器。接放大，如光纤喇曼放大器和光纤布里渊放大器。l 在光纤放大器被新一代波分复用系统广泛使用的

8、同时，光纤放大器在光纤放大器被新一代波分复用系统广泛使用的同时，光纤放大器的研究和开发也在不断进步。的研究和开发也在不断进步。l技术上已经成熟的多种类型的光放大器（技术上已经成熟的多种类型的光放大器（EDFA、GS-EDFA、TDFA、GS-TDFA和和RFA）已经覆盖了）已经覆盖了1365-1650nm波长范围，使得在上述波长范围，使得在上述波长范围内实施波分复用功能，波长范围内实施波分复用功能，应用较多的是应用较多的是EDFA。l 拉曼放大器（拉曼放大器（RA）利用了光纤中的拉曼散射效应实现光信号的放大。）利用了光纤中的拉曼散射效应实现光信号的放大。由于受激拉曼散射效应的阈值很高，随作近年

9、来大功率半导体激光器由于受激拉曼散射效应的阈值很高，随作近年来大功率半导体激光器的研制成功，这项光放大技术已经开始走向实用。的研制成功，这项光放大技术已经开始走向实用。l光通信窗口新的划分光通信窗口新的划分：1570-1604nm称为称为L波段，短于波段，短于1525nm的波的波长范围称为长范围称为S波段，这个波段因为全波光纤的研制成功可以扩展到波段，这个波段因为全波光纤的研制成功可以扩展到1365nm。这两个波段又可以分别称为光通信的第。这两个波段又可以分别称为光通信的第4窗口和第窗口和第5窗口窗口。 工作波长为工作波长为0.85m多模光纤光通信系统；多模光纤光通信系统； 工作波长为工作波长

10、为1.3m多模光纤光通信系统和单模光纤光通信系统；多模光纤光通信系统和单模光纤光通信系统； 工作波长为工作波长为1.55m单模光纤光通信系统。而色散位移光纤（单模光纤光通信系统。而色散位移光纤（DSF，G.653）是应用于第三代光纤通信系统的一项重要成就。普通单模）是应用于第三代光纤通信系统的一项重要成就。普通单模光纤的零色散点在光纤的零色散点在1.31m附近，色散位移光纤将零色散点从附近，色散位移光纤将零色散点从1.31m移到移到1.55m，有效地解决了，有效地解决了1.55m光通信系统的色散问光通信系统的色散问题。题。 （1）在数十年的发展过程中，光纤通信系统经历了三代：）在数十年的发展过

11、程中，光纤通信系统经历了三代：1.2 光通信系统的发展光通信系统的发展l从从1980年以来的年以来的30年间，随着光器件的发展和光系统的演进，光传输年间，随着光器件的发展和光系统的演进，光传输系统的容量已从系统的容量已从Mbit/s发展到发展到Tbit/s，提高了近，提高了近10万倍。万倍。l从理论上讲，全光网络是指光信息流在网络中的传输及交换始终以光从理论上讲，全光网络是指光信息流在网络中的传输及交换始终以光的形式实现，而不需要经过光的形式实现，而不需要经过光/电、电电、电/光变换。也就是说，信息从源节光变换。也就是说，信息从源节点到目的节点的传输过程中始终在光域内。点到目的节点的传输过程中

12、始终在光域内。l在波分复用技术提出以后，波长本身成为组网（分插、交换、路由）在波分复用技术提出以后，波长本身成为组网（分插、交换、路由）的资源。伴随着光分插复用（的资源。伴随着光分插复用（OADM）和光交叉联接（）和光交叉联接（OXC）技术的）技术的逐步成熟，原来被认为只是提供带宽传输的光层开始有了组网能力，逐步成熟，原来被认为只是提供带宽传输的光层开始有了组网能力，因此成为最近几年光通信研发的热点。因此成为最近几年光通信研发的热点。l WDM全光网络是基于全光网络是基于WDM技术，以波长作为组网资源，灵活可靠、技术，以波长作为组网资源，灵活可靠、性能稳定的光网络，它可以划分为长途骨干网、城域

13、网、接入网和三性能稳定的光网络，它可以划分为长途骨干网、城域网、接入网和三个等级。个等级。WDM全光网络通过波长路由机制实现路由选择，具有良好的全光网络通过波长路由机制实现路由选择，具有良好的可扩展性、可重构性和可操作性。可扩展性、可重构性和可操作性。（2）全光网络：）全光网络：l频带宽，通信容量大。频带宽，通信容量大。 光纤可利用的带宽约为光纤可利用的带宽约为50000GHz，1987年年投入使用的投入使用的1.7Gb/s光纤通信系统，一对光纤能同时传输光纤通信系统，一对光纤能同时传输24192路电路电话，话，2.4Gb/s系统，能同时传输系统，能同时传输30000多路电话。频带宽，对于传输

14、多路电话。频带宽，对于传输各种宽频带信息具有十分重要的意义，否则，无法满足未来宽带综各种宽频带信息具有十分重要的意义，否则，无法满足未来宽带综合业务数字网合业务数字网(B-ISDN)发展的需要。发展的需要。l损耗低，中继距离长。损耗低，中继距离长。 目前实用石英光纤的损耗可低于目前实用石英光纤的损耗可低于0.2dB/km，比其它任何传输介质的损耗都低，若将来采用非石英系极低损耗光比其它任何传输介质的损耗都低，若将来采用非石英系极低损耗光纤，其理论分析损耗可下降至纤，其理论分析损耗可下降至10-9 dB/km。由于光纤的损耗低，所。由于光纤的损耗低，所以能实现中继距离长，由石英光纤组成的光纤通信

15、系统最大中继距以能实现中继距离长，由石英光纤组成的光纤通信系统最大中继距离可达离可达200多千米，由非石英系极低损耗光纤组成的通信系统，其最多千米，由非石英系极低损耗光纤组成的通信系统，其最大中继距离则可达数千甚至数万千米，这对于降低海底通信的成本、大中继距离则可达数千甚至数万千米，这对于降低海底通信的成本、提高可靠性和稳定性具有特别的意义。提高可靠性和稳定性具有特别的意义。 现代通信网的三大支柱是光纤通信、卫星通信和无线电通信，而其现代通信网的三大支柱是光纤通信、卫星通信和无线电通信，而其中光纤通信是主体，这是因为光纤通信本身具有许多突出的中光纤通信是主体，这是因为光纤通信本身具有许多突出的

16、优点优点：1.2 光通信技术优缺点光通信技术优缺点l抗电磁干扰。抗电磁干扰。 光纤是绝缘体材料，它不受自然界的雷电干扰、电离层光纤是绝缘体材料，它不受自然界的雷电干扰、电离层的变化和太阳黑子活动的干扰，也不受电气化铁路馈电线和高压设备的变化和太阳黑子活动的干扰，也不受电气化铁路馈电线和高压设备等工业电器的干扰，还可用它与高压输电线平行架设或与电力导体复等工业电器的干扰，还可用它与高压输电线平行架设或与电力导体复合构成复合光缆。合构成复合光缆。l无串音干扰，保密性好。无串音干扰，保密性好。 光波在光缆中传输，很难从光纤中泄漏出来，光波在光缆中传输，很难从光纤中泄漏出来，即使在转弯处，弯曲半径很小

17、时，漏出的光波也十分微弱，若在光纤即使在转弯处，弯曲半径很小时，漏出的光波也十分微弱，若在光纤或光缆的表面涂上一层消光剂效果更好，这样，即使光缆内光纤总数或光缆的表面涂上一层消光剂效果更好，这样，即使光缆内光纤总数很多，也可实现无串音干扰，在光缆外面，也无法窃听到光纤中传输很多，也可实现无串音干扰，在光缆外面，也无法窃听到光纤中传输的信息。的信息。l光纤线径细、重量轻、柔软。光纤线径细、重量轻、柔软。 光纤的芯径很细，约为光纤的芯径很细，约为0.1mm，它只，它只有单管同轴电缆的百分之一；光缆的直径也很小，有单管同轴电缆的百分之一；光缆的直径也很小，8芯光缆的横截面芯光缆的横截面直径约为直径约

18、为10mm，而标准同轴电缆为，而标准同轴电缆为47mm。利用光纤这一特点，使。利用光纤这一特点，使传输系统所占空间小，解决地下管道拥挤的问题，节约地下管道建设传输系统所占空间小，解决地下管道拥挤的问题，节约地下管道建设投资。此外，光纤的重量轻，光缆的重量比电缆轻得多，例如投资。此外，光纤的重量轻，光缆的重量比电缆轻得多，例如18管同管同轴电缆轴电缆1m的重量为的重量为11kg，而同等容量的光缆，而同等容量的光缆1m重只有重只有90g，这对于，这对于在飞机、宇宙飞船和人造卫星上使用光纤通信更具有重要意义。在飞机、宇宙飞船和人造卫星上使用光纤通信更具有重要意义。l光纤的原材料资源丰富，用光纤可节约

19、金属材料。光纤的原材料资源丰富，用光纤可节约金属材料。 光纤的材料主要是光纤的材料主要是石英石英(二气化硅二气化硅)，地球上有取之不尽用之不竭的原材料，而电缆的主，地球上有取之不尽用之不竭的原材料，而电缆的主要材料是铜，世界上铜的储藏量并不多，用光纤取代电缆，则可节约要材料是铜，世界上铜的储藏量并不多，用光纤取代电缆，则可节约大量的金属材料，具有合理使用地球资源的重大意义。光纤除具有以大量的金属材料，具有合理使用地球资源的重大意义。光纤除具有以上突出的优点外，还具有耐腐蚀力强、抗核幅射、能源消耗小等优点，上突出的优点外，还具有耐腐蚀力强、抗核幅射、能源消耗小等优点， 近年来，光纤通信发展很快，

20、它已深刻地改变了电信网的面貌，成近年来，光纤通信发展很快，它已深刻地改变了电信网的面貌，成为现代信息社会最坚实的基础，并向我们展现了无限美好的未来。为现代信息社会最坚实的基础，并向我们展现了无限美好的未来。光纤通信时也具有如下缺点：光纤通信时也具有如下缺点：l光纤弯曲半径不宜过小；光纤弯曲半径不宜过小；l分路、耦合不方便分路、耦合不方便l质地脆、机械强度低质地脆、机械强度低l光纤的切断和连接操作相对复杂（要有熟练的光纤接续人光纤的切断和连接操作相对复杂（要有熟练的光纤接续人员）；员）；3、光纤传输特性：、光纤传输特性：3个特性个特性 1. 1. 损耗特性损耗特性: :衰耗系数是光纤最重要的特性

21、参数衰耗系数是光纤最重要的特性参数之一，在很大程度上决定了光纤通信的中继距离。之一，在很大程度上决定了光纤通信的中继距离。 2 .2 .色散特性色散特性: :当一个光脉冲从光纤中输入，经过当一个光脉冲从光纤中输入，经过一段长度的光纤传输之后，其输出端的光脉冲会一段长度的光纤传输之后，其输出端的光脉冲会变宽变宽，（不同波长的光脉冲在光纤中传输速率不，（不同波长的光脉冲在光纤中传输速率不同同 造成脉冲展宽）。造成脉冲展宽）。 3. 3. 光纤传输的非线性效应光纤传输的非线性效应 : :光纤传输的衰耗和色光纤传输的衰耗和色散与光纤长度呈线性变化的，呈线性效应，而带散与光纤长度呈线性变化的，呈线性效应

22、，而带宽系数与光纤长度呈非线性效应。宽系数与光纤长度呈非线性效应。 4、光缆类型与结构、光缆类型与结构光纤光纤的种类很多，分类方法也是各种各样的。的种类很多，分类方法也是各种各样的。 （一）按照制造光纤所用的材料分：（一）按照制造光纤所用的材料分：石英系光纤石英系光纤、多组分多组分玻璃玻璃光纤、塑料包层石英芯光纤、全塑料光纤、塑料包层石英芯光纤、全塑料光纤和氟化物光纤。光纤和氟化物光纤。塑料光纤的构成塑料光纤的构成 塑料光纤是用高度透明的聚苯乙烯或聚甲基丙烯塑料光纤是用高度透明的聚苯乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯（有机玻璃）制成的。它的特点是制造成酸甲酯（有机玻璃）制成的。它的特点是制造成本低廉，相对

23、来说芯径较大，与本低廉，相对来说芯径较大，与光源光源的耦合效率的耦合效率高，耦合进光纤的光功率大，使用方便。但由于高，耦合进光纤的光功率大，使用方便。但由于损耗较大，带宽较小，这种光纤只适用于短距离损耗较大，带宽较小，这种光纤只适用于短距离低速率通信，如短距离计算机网链路、船舶内通低速率通信，如短距离计算机网链路、船舶内通信等。目前通信中普遍使用的是石英系光纤。信等。目前通信中普遍使用的是石英系光纤。塑料光纤的示意图塑料光纤的示意图（二）按光在光纤中的传输模式分：单模光纤和（二）按光在光纤中的传输模式分：单模光纤和多模光纤。多模光纤。 多模光纤的纤芯直径为多模光纤的纤芯直径为5062.5m50

24、62.5m，包层外直径，包层外直径125m125m，单模光纤的纤芯直径为，单模光纤的纤芯直径为8.3m8.3m，包层外，包层外直径直径125m125m。光纤的。光纤的工作工作波长有短波长波长有短波长0.85m0.85m、长波长长波长1.31m1.31m和和1.55m1.55m。光纤损耗一般是随波。光纤损耗一般是随波长加长而减小，长加长而减小，0.85m0.85m的损耗为的损耗为2.5dB/km,1.31m2.5dB/km,1.31m的损耗为的损耗为0.35dB/km0.35dB/km，1.55m1.55m的损耗为的损耗为0.20dB/km0.20dB/km，这是光纤的最低损耗，波长，这是光纤的

25、最低损耗，波长1.65m1.65m以上的损耗趋向加大。由于以上的损耗趋向加大。由于OHOH的吸收作的吸收作用，用，0.901.30m0.901.30m和和1.341.52m1.341.52m范围内都有损范围内都有损耗高峰，这两个耗高峰，这两个范围未能充分利用。范围未能充分利用。80年代起，年代起，倾向于多用单模光纤，而且先用长波长倾向于多用单模光纤，而且先用长波长1.31m。 多模光纤 多模光纤多模光纤(Multi Mode Fiber)(Multi Mode Fiber)：中心玻璃芯较粗：中心玻璃芯较粗(50(50或或62.5m)62.5m)，可传多种模式的光。但其模间色，可传多种模式的光。

26、但其模间色散较大，这就限制了传输数字信号的频率，而且散较大，这就限制了传输数字信号的频率，而且随距离的增加会更加严重。例如：随距离的增加会更加严重。例如：600MB/KM600MB/KM的光的光纤在纤在2KM2KM时则只有时则只有300MB300MB的带宽了。因此，多模光的带宽了。因此，多模光纤传输的距离就比较近，一般只有几公里。纤传输的距离就比较近，一般只有几公里。 多模光纤一般不常用。多模光纤一般不常用。单模光纤单模光纤 单模光纤单模光纤(Single Mode Fiber)(Single Mode Fiber)：中心玻璃芯很细：中心玻璃芯很细( (芯径一芯径一般为般为9 9或或10m)1

27、0m)，只能传一种模式的光。因此，其模间色，只能传一种模式的光。因此，其模间色散很小，适用于远程通讯，但还存在着材料色散和波导色散很小，适用于远程通讯，但还存在着材料色散和波导色散，这样单模光纤对光源的谱宽和稳定性有较高的要求，散，这样单模光纤对光源的谱宽和稳定性有较高的要求，即谱宽要窄，稳定性要好。后来又发现在即谱宽要窄，稳定性要好。后来又发现在1.31m1.31m波长处，波长处，单模光纤的材料色散和波导色散一为正、一为负，大小也单模光纤的材料色散和波导色散一为正、一为负，大小也正好相等。这就是说在正好相等。这就是说在1.31m1.31m波长处，单模光纤的总色波长处，单模光纤的总色散为零。从

28、光纤的损耗特性来看，散为零。从光纤的损耗特性来看，1.31m1.31m处正好是光纤处正好是光纤的一个低损耗窗口。这样，的一个低损耗窗口。这样，1.31m1.31m波长区就成了光纤通波长区就成了光纤通信的一个很理想的工作窗口，也是现在实用光纤通信系统信的一个很理想的工作窗口，也是现在实用光纤通信系统的主要工作波段。的主要工作波段。1.31m1.31m常规单模光纤的主要参数是由常规单模光纤的主要参数是由国际电信联盟国际电信联盟ITUITUT T在在G652G652建议中确定的，因此这种光纤建议中确定的，因此这种光纤又又称称G652G652光纤。光纤。单模光纤与多模光纤示意图单模光纤与多模光纤示意图

29、 见图 单模光纤种类单模光纤种类G.652光纤光纤 即常规单模光纤，在即常规单模光纤，在1310nm波长工作时，理论色散值为零；波长工作时，理论色散值为零；在在1550nm波长工作时，传输损耗最低，但色散系数较大。单波长工作时，传输损耗最低，但色散系数较大。单通路速率达到通路速率达到STM-64时，需要采取色散调节手段。时，需要采取色散调节手段。G.653光纤光纤 在在1550nm波长工作时性能最佳，又称为色散移位光纤。零色波长工作时性能最佳，又称为色散移位光纤。零色散点从散点从1310nm移至移至1550nm波长区。波长区。G.654光纤光纤 截止波长移位的单模光纤，它的设计重点是降低截止波

30、长移位的单模光纤，它的设计重点是降低1550nm波长波长处的衷减。主要应用于需要很长再生段距离的海底光纤通信。处的衷减。主要应用于需要很长再生段距离的海底光纤通信。G.655光纤光纤 又称之为非零色散移位单模光纤，零色散点移至又称之为非零色散移位单模光纤，零色散点移至1570nm或或15101520nm附近，使附近，使1550nm处具有一定的色散值。色散受限距处具有一定的色散值。色散受限距离达数百公里。可以有效的减少波分复用系统的四波混频的影响。离达数百公里。可以有效的减少波分复用系统的四波混频的影响。（三）按最佳传输频率窗口分：（三）按最佳传输频率窗口分： 按最佳传输频率窗口分：常规型单模光

31、纤和色散位移型单模光纤。 常规型：光纤生产长家将光纤传输频率最佳化在单一波长的光上，如1300nm。 色散位移型：光纤生产厂家将光纤传输频率最佳化在两个波长的光上，如：1300nm和1550nm。（四）按折射率分布情况分：四）按折射率分布情况分： 按折射率分布情况分阶跃型和渐变型光纤。按折射率分布情况分阶跃型和渐变型光纤。 阶跃型：阶跃型：光纤的纤芯折射率高于包层折射率，使光纤的纤芯折射率高于包层折射率，使得输入的光能在纤芯一包层交界面上不断产生全得输入的光能在纤芯一包层交界面上不断产生全反射而前进。这种光纤纤芯的折射率是均匀的，反射而前进。这种光纤纤芯的折射率是均匀的，包层的折射率稍低一些。

32、光纤中心芯到玻璃包层包层的折射率稍低一些。光纤中心芯到玻璃包层的折射率是突变的，只有一个台阶，所以称为阶的折射率是突变的，只有一个台阶，所以称为阶跃型折射率多模光纤，简称阶跃光纤，也称突变跃型折射率多模光纤，简称阶跃光纤，也称突变光纤。光纤。 现在常用的单模光纤是阶跃光纤现在常用的单模光纤是阶跃光纤。 （四）按折射率分布情况分：四）按折射率分布情况分： 渐变型光纤：渐变型光纤：为了解决阶跃光纤存在的弊端，人为了解决阶跃光纤存在的弊端，人们又研制、开发了渐变折射率多模光纤，简称渐们又研制、开发了渐变折射率多模光纤，简称渐变光纤。光纤中心芯到玻璃包层的折射率是逐渐变光纤。光纤中心芯到玻璃包层的折射

33、率是逐渐变小，可使高次模的光按正弦形式传播，这能减变小，可使高次模的光按正弦形式传播，这能减少模间色散，提高光纤带宽，增加传输距离，但少模间色散，提高光纤带宽，增加传输距离，但成本较高，现在的多模光纤多为渐变型光纤。成本较高，现在的多模光纤多为渐变型光纤。 （五）按光纤的工作波长分（五）按光纤的工作波长分 按光纤的工作波长分：短波长光纤、长波长光纤按光纤的工作波长分：短波长光纤、长波长光纤和超长波长光纤和超长波长光纤 短波长光纤是指短波长光纤是指0.80.80.9m0.9m的光纤；长波长光纤的光纤；长波长光纤是指是指1.01.01.7m1.7m的光纤；而超长波长光纤则是指的光纤；而超长波长光纤

34、则是指2m2m以上的光纤。以上的光纤。 光纤的结构光纤的结构 纤芯纤芯 ：折射率较高，用来传送光；：折射率较高，用来传送光； 包层包层 ：折射率较低，与纤芯一起形成全反射；：折射率较低，与纤芯一起形成全反射； 保护套保护套 ：强度大，能承受较大冲击，保护光纤。：强度大，能承受较大冲击，保护光纤。纤芯纤芯包层包层保护套保护套光缆构成光缆构成常用光缆的典型构成（常用光缆的典型构成（油膏式和骨架式）油膏式和骨架式）5 5、常用光缆类型衰减系数、常用光缆类型衰减系数 衰衰减减系数是多模光纤和单模光纤最重要的特性参数之一，系数是多模光纤和单模光纤最重要的特性参数之一，在很大程度上决定了多模和单模光纤通信

35、的中继距离。在很大程度上决定了多模和单模光纤通信的中继距离。衰耗系数的定义为：每公里光纤对光信号功率的衰减值。衰耗系数的定义为：每公里光纤对光信号功率的衰减值。其表达式为：其表达式为：a= 10 lg pi/po 单位为db/km其中：pi 为输入光功率值（w 瓦特）po 为输出光功率值（w 瓦特）5 5、常用光缆类型衰减系数、常用光缆类型衰减系数 单模光纤单模光纤在1310nm 和1550nm 波长区的衰减常数一般分别为0.30.4db/km(1310nm) 和0.170.25db/km(1550nm) 。 光纤衰减系数光纤衰减系数 850 nm 多模 = 3 dB/km 1300 nm 多

36、模 = 1 dB/km 1300 nm 单模 = 0.3 dB/km 1550 nm 单模 = 0.2 dB/km光纤衰减系数光纤衰减系数 G.652 G.655 1310nm 1550nm 1550nm 级(dB/km) 0.36 0.22 0.22 级(dB/km) 0.40 0.25 0.25光纤中光波的传输原理光纤中光波的传输原理- -全反射全反射n2n1n2空气空气ABMAX当当n1n2 1 c时时发生全反射发生全反射c：临界角：临界角只要满足全内反射条件连续只要满足全内反射条件连续改变入射角的任何光射线都改变入射角的任何光射线都能在光纤纤芯内传输能在光纤纤芯内传输入射光反射光折射光

37、折射率n1折射率n1 n21几种常用光缆测试手段几种常用光缆测试手段 1光纤长度和衰减的测试光纤长度和衰减的测试 光缆线路维护人员要使用光缆线路维护人员要使用OTDR OTDR 测试光缆时，必须拔掉相测试光缆时，必须拔掉相应光接口上的连接尾纤，避免应光接口上的连接尾纤，避免OTDROTDR发出的强光损坏光接口；发出的强光损坏光接口；用尾纤进行光口自环时，应在收发光口间加装光衰减器，用尾纤进行光口自环时，应在收发光口间加装光衰减器，保证光口收光功率在该光板的允许接收光功率范围以内保证光口收光功率在该光板的允许接收光功率范围以内（大于接收灵敏度，小于过载光功率）（大于接收灵敏度，小于过载光功率）。

38、几种常用光缆测试手段几种常用光缆测试手段 光纤识别器。 它是一个很灵敏的光电探测器。当你将一根光纤弯曲时，它是一个很灵敏的光电探测器。当你将一根光纤弯曲时，有些光会从纤芯中辐射出来。这些光就会被光纤识别器检有些光会从纤芯中辐射出来。这些光就会被光纤识别器检测到，技术人员根据这些光可以将多芯光缆或是接插板中测到，技术人员根据这些光可以将多芯光缆或是接插板中的单根光纤从其他光纤中标识出来。光纤识别器可以在不的单根光纤从其他光纤中标识出来。光纤识别器可以在不影响传输的情况下检测光的状态及方向。为了使这项工作影响传输的情况下检测光的状态及方向。为了使这项工作更为简单，通常会在发送端将测试信号调制成更为

39、简单，通常会在发送端将测试信号调制成270hz270hz、1000hz1000hz或或2000hz2000hz并注入特定的光纤中。大多数的光纤识别并注入特定的光纤中。大多数的光纤识别器用于工作波长为器用于工作波长为1310nm1310nm或或1550nm1550nm的单模光纤光缆，最好的单模光纤光缆，最好的光纤识别器是可以利用宏弯技术在线地识别光缆和测试的光纤识别器是可以利用宏弯技术在线地识别光缆和测试光缆中的传输方向和功率。光缆中的传输方向和功率。 几种常用光缆测试手段几种常用光缆测试手段 故障定位器（故障跟踪器）。故障定位器（故障跟踪器）。 此设备基于激光二极管可见光（红光）源，当光此设备

40、基于激光二极管可见光（红光）源，当光注入光纤时，若出现光纤断裂、连接器故障、弯注入光纤时，若出现光纤断裂、连接器故障、弯曲过度、熔接质量差等类似的故障时，通过发射曲过度、熔接质量差等类似的故障时，通过发射到光纤的光就可以对光纤的故障进行可视定位。到光纤的光就可以对光纤的故障进行可视定位。 几种常用光缆测试手段几种常用光缆测试手段 光损耗测试设备（又称光万用表或光功率计）。光损耗测试设备（又称光万用表或光功率计）。为了测量一条光缆链路的损耗，需要在一端发射为了测量一条光缆链路的损耗，需要在一端发射校准过的稳定光，并在接收端读出输出功率。这校准过的稳定光，并在接收端读出输出功率。这两种设备就构成了

41、光损耗测试仪。将光源和功率两种设备就构成了光损耗测试仪。将光源和功率计合成一套仪器时，常称作光损耗测试仪（也有计合成一套仪器时，常称作光损耗测试仪（也有人称作光万用表）。当我们测量一条链路的损耗人称作光万用表）。当我们测量一条链路的损耗时，需要有一个人在发送端操作测试光源而另一时，需要有一个人在发送端操作测试光源而另一个人在接收端用光功率计进行测量，这样也只能个人在接收端用光功率计进行测量，这样也只能得出一个方向上的损耗值。得出一个方向上的损耗值。本部分重点掌握内容 1、光通信技术的优缺点。光通信技术的优缺点。 2、光纤的、光纤的3个特性；个特性； 3、常用的、常用的G652光纤衰减系数是多少

42、光纤衰减系数是多少 4、光纤类型分类、光纤类型分类 5、几种常用光缆测试手段、几种常用光缆测试手段第二部分第二部分:光传输设备概述光传输设备概述 1、PDH概述概述 2、SDH概述概述 3、DWDM概述概述 4、SPDH概述概述光端机的种类 光端机的种类 光端机分3类：PDH，SPDH，SDH。 PDH（Plesiochronous Digital Hierarchy，准同步数字系列）光端机是小容量光端机，一般是成对应用，也叫点到点应用，容量一般为4E1，8E1，16E1。 SDH（Synchronous Digital Hierarchy，同步数字系列）光端机容量较大，一般是63E1到403

43、2E1。 SPDH（Synchronous Plesiochronous Digital Hierarchy）光端机，介于PDH和SDH之间。SPDH是带有SDH（同步数字系列）特点的PDH传输体制（基于PDH的码速调整原理，同时又尽可能采用SDH中一部分组网技术）。 二、光传输设备概述二、光传输设备概述 1、PDH概述概述在数字通信系统中，传送的信号都是数字化的脉冲序列。这些数字信在数字通信系统中，传送的信号都是数字化的脉冲序列。这些数字信号流在数字交换设备之间传输时，其速率必须完全保持一致，才能保号流在数字交换设备之间传输时，其速率必须完全保持一致，才能保证信息传送的准确无误，这就叫做证信

44、息传送的准确无误，这就叫做“同步同步”。在数字传输系统中，有两种数字传输系列，一种叫在数字传输系统中，有两种数字传输系列，一种叫“准同步数字准同步数字系列系列”（Plesiochronous Digital Hierarchy），简称），简称PDH；另一种；另一种叫叫“同步数字系列同步数字系列”（Synchronous Digital Hierarchy），简称），简称SDH。采用准同步数字系列（采用准同步数字系列（PDH）的系统，是在数字通信网的每个节）的系统，是在数字通信网的每个节点上都分别设置高精度的时钟，这些时钟的信号都具有统一的标准速点上都分别设置高精度的时钟，这些时钟的信号都具有统

45、一的标准速率。尽管每个时钟的精度都很高，但总还是有一些微小的差别。为了率。尽管每个时钟的精度都很高，但总还是有一些微小的差别。为了保证通信的质量，要求这些时钟的差别不能超过规定的范围。因此，保证通信的质量，要求这些时钟的差别不能超过规定的范围。因此，这种同步方式严格来说不是真正的同步，所以叫做这种同步方式严格来说不是真正的同步，所以叫做“准同步准同步”。PDH概述概述 在以往的电信网中，多使用在以往的电信网中，多使用PDH设备。这种系列对传统的设备。这种系列对传统的点到点通信有较好的适应性。而随着数字通信的迅速发展，点到点通信有较好的适应性。而随着数字通信的迅速发展，点到点的直接传输越来越少，

46、而大部分数字传输都要经过点到点的直接传输越来越少，而大部分数字传输都要经过转接，因而转接，因而PDH系列便不能适合现代电信业务开发的需要，系列便不能适合现代电信业务开发的需要，以及现代化电信网管理的需要。以及现代化电信网管理的需要。SDH就是适应这种新的需就是适应这种新的需要而出现的传输体系。要而出现的传输体系。 SDH概述概述 最早提出最早提出SDH概念的是美国贝尔通信研究所，称概念的是美国贝尔通信研究所，称为光同步网络（为光同步网络（SONET）。它是高速、大容量光）。它是高速、大容量光纤传输技术和高度灵活、又便于管理控制的智能纤传输技术和高度灵活、又便于管理控制的智能网技术的有机结合。最

47、初的目的是在光路上实现网技术的有机结合。最初的目的是在光路上实现标准化，便于不同厂家的产品能在光路上互通，标准化，便于不同厂家的产品能在光路上互通，从而提高网络的灵活性。从而提高网络的灵活性。 1988年，国际电报电话咨询委员会（年，国际电报电话咨询委员会（CCITT）接受了接受了SONET的概念，重新命名为的概念，重新命名为“同步数字系同步数字系列（列（SDH）”，使它不仅适用于光纤，也适用于，使它不仅适用于光纤，也适用于微波和卫星传输的技术体制，并且使其网络管理微波和卫星传输的技术体制，并且使其网络管理功能大大增强。功能大大增强。SDH技术与PDH技术相比，有如下明显优点 1、统一的比特率

48、，统一的接口标准，为不同厂家设备间的互联提供了可能。 2、网络管理能力大大加强。 3、提出了自愈网的新概念。用SDH设备组成的带有自愈保护能力的环网形式，可以在传输媒体主信号被切断时，自动通过自愈网恢复正常通信。 4、采用字节复接技术，使网络中上下支路信号变得十分简单。 由于SDH具有上述显著优点，它将成为实现信息高速公路的基础技术之一。但是在与信息高速公路相连接的支路和叉路上，PDH设备仍将有用武之地。SDH传输原理 SDH概述建立SDH概念SDH信号帧结构和复用步骤开销和指针设备的逻辑构成1.SDH的基本概念的基本概念SDH是一整套可进行同步数字传输、复用和交叉连接的标准化数字信号的等级结

49、构。2.帧结构和复用步骤2.1STM-N的帧结构和帧各部分的作用2.1.1帧结构2.1.1帧结构SDH速率等级 STM-1:155.520Kbit/s（155M) STM-4:622.080Kbit/s（622M) STM-16:2488.320Kbit/s（2.5G) STM-64:9953.280Kbit/s（10G)STM-1速率计算 STM-1块状帧结构：270列*9行 幀频：8K/s 一帧的周期：125us 速率=270*9*8000*8=155.520Mbit/sSTM帧结构 帧结构主要分为三部分：帧结构主要分为三部分： 1、段开销：RSOH、MSOH 2、管理单元指针：AUPTR

50、 3、信息净负荷:净负荷区 传送时的顺序：传送时的顺序：字节从左至右，自上而下顺序传送。帧中各部分的作用 信息净负荷信息净负荷 STM-NSTM-N帧中放置各种业务信息的地方。帧中放置各种业务信息的地方。举例举例 2M/34M/140M2M/34M/140M等等PDHPDH信号、信号、ATMATM信号、信号、IPIP信息包等信息包等打包成信息包后，放于其中。然后由打包成信息包后，放于其中。然后由STM-NSTM-N信号承信号承载，在载，在SDHSDH网上传输。若将网上传输。若将STM-NSTM-N信号帧比做一辆信号帧比做一辆货车，其净负荷区即为该货车的车厢。货车，其净负荷区即为该货车的车厢。

51、在将低速信号打包装箱时，在每一个信息包中加在将低速信号打包装箱时，在每一个信息包中加入通道开销入通道开销POHPOH，以完成对每一个，以完成对每一个“货物包货物包”在在“运输运输”中的监视。中的监视。段开销 段开销段开销完成对完成对STM-N整体信号流进行监控。整体信号流进行监控。即对即对STM-N“车厢车厢”中所有中所有“货物包货物包”进行整体进行整体上的性能监控，上的性能监控，功能用于传送帧定位、运行、管功能用于传送帧定位、运行、管理维护等信息，以保证信息净负荷正确的传送理维护等信息，以保证信息净负荷正确的传送。 再生段开销再生段开销(RSOH)完成对完成对STM-N整体信息整体信息结构进

52、行监控结构进行监控 复用段开销复用段开销(MSOH)完成对完成对STM-N中的复用中的复用段层信息结构进行监控段层信息结构进行监控(每一个每一个STM-1） RSOH、MSOH、POH组成组成SDH层层细化的监层层细化的监控体制控体制 二者区别：宏观（二者区别：宏观（RSOH）和微观（）和微观（MSOH）管理单元指针管理单元指针AU-PTRAU-PTR定位低速信号在定位低速信号在STM-NSTM-N帧中帧中( (净负荷净负荷) )的位置，使低速信的位置，使低速信号在高速信号中的位置可预知。号在高速信号中的位置可预知。发端在将信号包装入发端在将信号包装入STM-NSTM-N净负荷时，加入净负荷时

53、，加入AU-PTRAU-PTR，指，指示信号包在净负荷中的位置，即将装入示信号包在净负荷中的位置，即将装入“车厢车厢”的的“货货物包物包”，赋予一个位置坐标值。，赋予一个位置坐标值。收端根据收端根据AUAU指针值，从指针值，从STM-NSTM-N帧净负荷中直接拆分出所帧净负荷中直接拆分出所需的低速支路信号；即依据需的低速支路信号；即依据“货物包货物包”位置坐标，从位置坐标，从“车厢车厢”中直接所需要的那一个中直接所需要的那一个“货包货包”。由于由于“车厢车厢”中的中的“货物包货物包”是以一定的规律摆放的是以一定的规律摆放的字节间插复用方式；所以对货物包的定位仅需定位字节间插复用方式；所以对货物

54、包的定位仅需定位“车厢车厢”中第一个中第一个“货物包货物包”即可。即可。帧结构中帧结构中 TU-PTR 若复用的低速信号速率较低，即打包后信息包太若复用的低速信号速率较低，即打包后信息包太小，例：小，例：2M、34M。需进行二级指针定位。先将。需进行二级指针定位。先将小信息包打包成中信息包，通过支路单元指针小信息包打包成中信息包，通过支路单元指针TU-PTR定位其在中信息包中的位置。然后将若定位其在中信息包中的位置。然后将若干中信息包打包成大信息包，通过干中信息包打包成大信息包，通过AU-PTR指示指示相应中信息包的位置。相应中信息包的位置。复用步骤复用步骤 复用步骤复用步骤 1 1、低阶、低

55、阶SDHSDH高阶高阶SDHSDH：同步字节间插复用方式：同步字节间插复用方式. . 2 2、PDHPDH信号信号STM-NSTM-N：同步复用和灵活的映射：同步复用和灵活的映射140MSTM-N140MSTM-N34MSTM-N34MSTM-N2MSTM-N2MSTM-N 3 3、复用是依复用路线图进行的，、复用是依复用路线图进行的，ITU-TITU-T规定的路规定的路线图有多种，但通常一个国家或地区仅使用一种。线图有多种，但通常一个国家或地区仅使用一种。G.707 SDH复用路径图复用路径图中国中国SDHSDH基本复用映射结构基本复用映射结构140M140M复用步骤复用步骤140M140M

56、复用步骤复用步骤2M2M复用步骤复用步骤2M2M复用步骤复用步骤2M2M复用步骤复用步骤开销和指针开销和指针 3.3.开销和指针开销和指针. . 3.1SDH3.1SDH监控的实现监控的实现开销开销段开销段开销RSOHRSOH、MSOHMSOH通道开销通道开销HPOHHPOH、LPOHLPOH 指针指针管理单元指针管理单元指针AU-PTRAU-PTR支路单元指针支路单元指针TU-PTRTU-PTR开开 销销开开 销销定帧字节：定帧字节：A1、A2数字通信通路数字通信通路(DCC)字节：字节：D1D12网元网管之间、网元和网元之间网元网管之间、网元和网元之间OAMOAM信息通信息通路路D1D3D

57、1D3用于再生段用于再生段(DCCR)(DCCR)，带宽，带宽3 364kb/s64kb/s D4D12 D4D12用于复用段用于复用段(DCCM)(DCCM)，带宽，带宽964kb/s公务联络字节：公务联络字节：E1E1、E2E2光纤连通业务未通或业务已通时各站间的公务光纤连通业务未通或业务已通时各站间的公务联络联络分别提供分别提供1 1个个64kb/s64kb/s数字电话通路数字电话通路E1E1用于再生段公务联络用于再生段公务联络E2E2用于复用段公务联络用于复用段公务联络再生段误码监测再生段误码监测B1字节字节对再生段信号流进行监控对再生段信号流进行监控方式为方式为BIP8BIP8偶校验

58、偶校验BIP8BIP8偶校验工作机理：偶校验工作机理：以以8bit8bit为单位为单位( (一个字节为单位一个字节为单位) )校验相应校验相应bitbit列（列（bitbit块）块）使相应列使相应列1 1的个数为偶的个数为偶B1B1字节工作机理字节工作机理发端对对上一个已扰码帧发端对对上一个已扰码帧(1#STM-N)(1#STM-N)进行进行BIP8BIP8偶校验，所得值放于本帧偶校验，所得值放于本帧(2#STM-N)(2#STM-N)的的B1B1字节字节处处收端对所收当前未解扰帧收端对所收当前未解扰帧(1#STM-N)(1#STM-N)进行进行BIP8BIP8偶校验，所得值偶校验，所得值B1

59、B1与所收下一帧解扰后与所收下一帧解扰后(2#STM-N)(2#STM-N)的的B1B1字节相异或字节相异或异或的值为零则表示传输无误码块，有多少个异或的值为零则表示传输无误码块，有多少个1 1则表示出现多少个误码块则表示出现多少个误码块若收端检测到若收端检测到B1B1误码块，在收端误码块，在收端RS-BBERS-BBE性能事性能事件中反映出来件中反映出来复用段误码监测复用段误码监测B2B2字节字节对复用段信号流进行监控对复用段信号流进行监控方式为方式为BIP24BIP24偶校验偶校验BIP24BIP24偶校验工作机理：偶校验工作机理： （1 1）以）以24bit24bit为单位（为单位（3

60、3个字节为单位，个字节为单位，STM-1STM-1帧帧有有3 3个个B2B2字节）字节） （2 2）校验相应）校验相应bitbit列（列（bitbit块）块） （3 3）使相应列）使相应列1 1的个数为偶的个数为偶复用段远端误块指示字节复用段远端误块指示字节M1M1对告信息，由信宿回传到信源对告信息，由信宿回传到信源告知发端：收端当前收到的告知发端：收端当前收到的B2B2检测的误块数；检测的误块数；并在发端上报并在发端上报MS-FEBBEMS-FEBBE性能事件性能事件同时在发端有同时在发端有MS-REIMS-REI（复用段远端误块指示）（复用段远端误块指示）告警事件上报告警事件上报同步状态字