光网络技术基础

1、光网络技术基础华为公司光网络产品部 第一部分 光纤通信基础 1. 光纤与光缆 2. 光源与光发送机 3. 光接收器件与光接收机 4. 光纤通信系统光纤与光缆 （一）一、概述 利用光纤来传输携带通信信息的光波，以实现通信的目的。 1、发展简史 1). 里程碑 1966年高锟著名文章（PIEE）； 2). 导火线 1970年康宁公司的第一根低耗光纤； 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 - 多模系统； 90年 - 单

2、模系统； 93年 - SDH；98年 - WDM（40G）；2000年 - 320G。光纤与光缆 （二）2 、优点1). 容量巨大 理论上一根光纤：100亿个话路。现在实验室已实现50万个话路。 2). 中继距离长 现已实现100公里无中继；若使用光放大器可实现640公里无中继传输。 3). 保密性能好 光在纤芯中传输，无泄露。 4). 适用能力强 不怕外界电磁干扰、耐腐蚀、可弯曲性好。5). 体积小、重量轻、便于施工与维护 直埋、架空、水下。 光纤与光缆 （三）二、光纤简介1、光纤的构造由纤芯、包层与外涂敷层构成。 n1n2光纤与光缆 （四）2、光纤的分类1). 传播模式的概念 用麦氏方程解

3、决光在光纤中的传输问题，当纤芯尺寸大于光波长时，存在多种模式 - 基模与高次模。2). 多模光纤 其芯径50 m；多种模式的存在，产生模式色散，使传输容量减小。3). 单模光纤 其芯径8 10 m；只允许一种传播模式，不存在模式色散，传输容量大。 单模光纤还可以再分为：G.652、 G.653、 G.655等。光纤与光缆（五）三、光纤的特性参数1、损耗系数 f 每公里光纤对光功率信号的衰减值（dB/km）。2、色度色散系数 D（）1). 色度色散的概念A）.模式色散 不同的模式具有不同的传播速度。 仅对多模光纤有效。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 光在不

4、同结构的光纤中具有不同的传播速度。 单模光纤无模式色散，仅有材料色散与波导色散。光纤与光缆（六）G.653G.652波长 nm1310nm 波段1550nm 波段衰耗SCL光纤与光缆（七）2). 色度色散系数 每公里长度的光纤传输单位光源谱宽时所产生的脉冲展宽值（ps/ nm.km）。 仅对单模光纤有效。第一部分光纤通信基础 1. 光纤与光缆 2. 光源与光发送机 3. 光接收器件与光接收机 4. 光纤通信系统光源与光发送机 （一）一、对光源的要求 1).发射波长适中 2).发光功率大 3).谱线窄 4).温度特性好 5).工作寿命长光源与光发送机 （二）二、发光二极管 LED 是由砷化钾类的

5、P、N型材料构成的二极管（正偏置）。1、LED的优点 1). 线性度好 2). 温度特性好 3). 使用简单、价格低、寿命长2、LED缺点 1). 谱线宽： 510nm 2). 与光纤的耦合效率低： 12%3、LED应用 小容量、短距离P电流光源与光发送机 （三）三、半导体激光器 LD 谐振腔产生振荡 受激发光。1、LD的优点 1). 谱线窄： 12nm 2). 与光纤的耦合效率高：20% 3). 阈值器件：I Ith时，发激光2、LD缺点 1). 线性度差 2). 温度特性不如LED3、LD应用 大容量、长距离 Ith电流P光源与光发送机（四）四、光发送机1、框图 输入 接口 予 处理 调制

6、 电路 光源 组件光源与光发送机（五）2、调制方式 1). 直接调制： 用电信号直接改变光源的工作电流。电流IthP电脉冲流光脉冲流IB光源与光发送机（六）2). 外调制： 为克服在高速率时采用直接调制出现的啁啾现象 光源的发射波长发生偏移。 让激光器连续发光，用电信号间接控制光源的工作电流。3、直接调制电路+5V电脉冲流LD光源与光发送机（七）4、光发送机主要技术指标1). 发送光功率 Ps 在规定伪随机码序列的调制下，光发送机在参考 点S的平均发光功率，如 -2 +3 dBm。2). 谱宽 即所用光源器件的谱宽，谱宽越窄越好。 根均方谱宽 rms；-20dB谱宽 -20dB 3). 寿命

7、30万小时以上。光源与光发送机（八）-20dB nm光功率P1.00.01a) ：根均方谱宽 b)：-20dB谱宽 光源器件的二种谱宽 1.00.607光功率Prmsnm第一部分光纤通信基础 1. 光纤与光缆 2. 光源与光发送机 3. 光接收器件与光接收机 4. 光纤通信系统光接收器件与光接收机（一）一、对光接收器件的要求 1).量子效率高 2).噪声低 3).体积小、寿命长二、PIN光二极管1、工作机理 在由硅、锗或-族化合物组成的PN结之间插入一层 I 型材料而构成。 负偏置时电子与空穴复合发光。光接收器件与光接收机（二）P N IXEPIN光二极管的构造与电场分布光接收器件与光接收机（

8、三）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 一般仅几个PF。 它对PIN的响应时间及光接收机灵敏度都有影响。光接收器件与光接收机（四）3、PIN的特点与应用 1). 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（因无放大作用）；所制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。 光接收器件与光接收机（五）三、APD光二极管1、工作机理 在高反偏压下内部形成高电场区，光生载流子（空穴电子对）作高速运动提高碰撞电离效应产生出几十

9、倍的新空穴电子对，形成较大的光电流。P+ N PXE光接收器件与光接收机（六）2、APD的特性参数 1). 增益G 经APD放大后的光电流与首次光电流之比。 Is(t) = G RP(t) 2). 倍增噪声指数因子X F（G）= Gx 3). 最佳增益Gopt 产生的光电流最大，倍增噪声最小。 通过调节其偏压实现。光接收器件与光接收机（七）3、APD的特点与应用 1). 优点 放大作用。大大提高灵敏度，约10 20dB。 2). 缺点 产生倍增噪声。 3). APD的应用 适用于大容量、长距离的光纤通信系统。 光接收器件与光接收机（八）四、光接收机1、框图 前置 放大 主 放大 均 衡器 判决

10、 再生光接收器件与光接收机（九）2、光接收机的主要技术指标 1). 接收灵敏度 Pr 在规定误码率要求的条件下（如110 -10），光接收机 需要的最小光功率值（dBm）。 2). 过载光功率 在规定误码率要求的条件下（如110 -10）， 光接收机 所能承受的最大光功率值（dBm）。 第一部分光纤通信基础 1. 光纤与光缆 2. 光源与光发送机 3. 光接收器件与光接收机 4. 光纤通信系统光纤通信系统（一）一、系统组成发送机接收机SR连接器连接器光纤通信系统（二）1、光发送机 作用：是把电信号码流转换成光脉冲码流，并输入到光纤中进行传输。 要求：发光功率大；谱线窄或色散容限大。2、光纤 是

11、传输光信号的媒质。 要求：损耗系数小；色散系数低。3、光接收机 作用：是把光脉冲码流转换成电信号码流。 要求：高灵敏度。4、光连接器与尾纤光纤通信系统（三）二、系统性能1、误码性能 误码：经光接收机的接收与判决再生后，码流中的某些比特出现了差错。 适用于PDH系统。 误块：适用于SDH系统（检验矩阵）。 1). 平均误码率BER 规定时间内，发生差错的比特数与传输比特总数之比。 SDH：误块率。 光纤通信系统（四） 2). 误码秒ES 出现1个误码以上的秒。 SDH：误块秒 3). 严重误码秒SES 出现30%以上误码的秒。 SDH：严重误块秒 4). 关于假设参考数字段HRDS 误码性能是针

12、对HRDS的。 2个相邻的数字配线架之间的全部装置 数字段。 具有一定长度与指标规范的数字段 HRDS。 三种：420km、280km、50km。光纤通信系统（五）2、定时性能 1). 抖动 数字脉冲信号的特定时刻相对于其理想位置的偏离。 抖动会劣化系统性能。 抖动原因：噪声、码间干扰、时钟的不稳定、映射 / 去映射、指针调整等。 2). 漂移 数字脉冲信号的特定时刻相对于其理想位置的长时间偏离（10Hz）。 漂移主要与温度有关。 第二部分：SDH 1. 概述 2. 速率与帧结构 3. 开销 4. 净负荷指针 5.复用与映射 6.同步复用设备 7.数字交叉连接设备 8.同步光缆系统 9. SD

13、H网同步 10.网络性能 11. SDH传送网 12 .网络管理系统概 述 （一）一、SDH的产生1、PDH的缺点1). 无国际统一的速率标准2). 无国际统一的光接口规范3). 上下电路成本高、结构复杂4). 无国际统一的光接口规范5). 网络OAM能力差2、SDH的产生 86年：SONET； 88年：ITU-T接受，并重新命名为SDH； 88-90年：陆续通过9个建议。概 述 （二）二、SDH的特点1、SDH的优点 1). 速率统一：155Mb/s、622Mb/s、2.5Gb/s、10Gb/s 2). 光接口统一：帧结构一致 3). 一步复用特性：可用软件一次性提取/接入低速信号 4).

14、强大的OAM能力：容量的 5% 用于OAM 5). 组网灵活、具有自愈功能：复用段、通道保护等2、SDH的缺点 1). 带宽利用率稍低：155Mb/s包括63个2Mb/s 2). 大量的软件控制、易产生重大故障概 述 （三）三、SDH基本概况1、SDH的等级 STM-1：155 Mb/s； STM-4：622 Mb/s； STM-16：2.5 Gb/s； STM-64：10 Gb/s；概 述 （四）2、SDH的设备种类 1). 终端复用器 TM 设在线形网的端站，把PDH / SDH 支路信号复用成SDH线路信号，或反之。PDH支路信号 SDH支路信号OAM线路信号STM-NTM概 述 （五）

15、 2). 分插复用器 ADM 设在网络的中间局站，完成直接上、下电路功能。STM-NSTM-N西侧线路信号PDH支路信号 SDH支路信号OAM东侧线路信号ADM概 述 （六） 3). 再生器 REG 设在网络的中间局站，目的是延长传输距离，但不能上、下电路。OAM东侧线路信号西侧线路信号STM-NSTM-NREG概 述 （七） 4). 数字交叉连接设备 兼有同步复用、分插、交叉连接、网络的自动恢复与保护等多项功能。STM-NSTM-NPDH支路信号 SDH支路信号DXC 第二部分：SDH 1. 概述 2. 速率与帧结构 3. 开销 4. 净负荷指针 5.复用与映射 6.同步复用设备 7.数字交

16、叉连接设备 8.同步光缆系统 9. SDH网同步 10.网络性能 11. SDH传送网 12 .网络管理系统速率与帧结构(一）一、SDH的等级与速率等级速率（Mb/s）含2M数量SM-1 SM-4 SM-16 SM-64155.520622.0809953.2802488.3206325610084032速率与帧结构(二）二、STM-N的帧结构 9行270N 列 的块状结构。9270N字节SOHSTM-N 净负荷 (含POH)传输方向9N261N270N列SOHAU PTRT=125s速率与帧结构(三）STM-1的帧结构：9行270列 。段开销SOH：段层的运行、管理、维护；管理单元指针AU

17、PTR：指示净负荷位置；净负荷：存放信息，以VC形式出现。SOH 净负荷 传输方向9261270 列SOHAU PTRT=125s第二部分：SDH 1. 概述 2. 速率与帧结构 3. 开销 4. 净负荷指针 5.复用与映射 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传送网 12 .网络管理系统开 销 (一）一、段开销1、 作用：提供再生段与复用段的OAM（运行、管理、维护）。2、 类型： 再生段开销RSOH、复用段开销MSOH3、字节安排（见下页）4、字节功能1). A1、A2 - 帧定位 识别每一帧的起始位置，码型为：F62

18、8（H）。2). J0 - 再生段跟踪字节 内容是再生段接入点识别符号，使收、发正确对接。开 销 (二） A1 A1 A1 A2 A2 A2 J0 B1 E1 F1 D1 D2 D3 A U - P T R (管理单元指针) B2 B2 B2 K1 K2 D4 D5 D6 D7 D8 D9 D10 D11 D12 S1 M1 E2 RSOHMSOH9行 传输方向T=125s 国内使用字节 传输媒质指示字节 空格：国际使用字节开 销 (三） 3). B1 - 再生段校验字节 组成校验矩阵，对再生段信息净负荷进行校验。B1字节被校验字节被校验字节被校验字节b1b2b3b4b5b6b7b811001

19、0011101001010011010B1字节的每一位比特的值 （1或0），取决于该列各比特的值（偶校验） 。开 销 (四） 4). E1、E2 - 公务字节 分别为再生段、复用段提供公务电话。 5). D1 D3 - 再生段数据通信通道 传送再生段管理信息。 6). D4 D12 - 复用段数据通信通道 传送复用段管理信息。 7). B2 - 复用段校验字节 组成校验矩阵（偶校验）对复用段信息净负荷进行校验。原理同B1字节。开 销 (五） 8). K1、K2 - 自动保护倒换字节 局站编号（b5b8）、倒换类型、保护方式等。 9). S1 - 同步状态字节 指示时钟级别。10). M1 -

20、复用段误码指示 指示B2的校验结果 - 误块数。开 销 (六）二、通道开销POH1、 作用：提供通道层的OAM（运行、管理、维护）。2、 类型： 高阶POH、低阶POH 3、 字节安排（见下页）4、 字节功能 1). 高阶POH ：VC-4 / VC-3 POH开 销 (七） VC- 4 / VC-3 J1B3C2G1F2H4F3K3N1 VC-4/VC-3 POH 的位置开 销 (八） J1： 通道跟踪字节。发送高阶通道接入点识别符，使 收、发正确对接； B3：通道奇偶校验字节(BIP-8)。对高阶通道进行检验。 C2： 信号标记字节。指示VC-4的结构； VC-4可能包含1140M、334

21、/45M、632M； G1：通道状态字节。远端差错指示REI（误块计数）； F2、F3：使用者通道； H4：位置指示字节：指示TU子帧在复帧中的位置； K3：通道自动保护倒换字节(APS)； N1：网络操作者字节。 开 销 (九）2). 低阶POHV5VC-12J2VC-12 500s 复帧VC-12N2K4VC-12 第二部分：SDH 1. 概述 2. 速率与帧结构 3. 开销 4. 净负荷指针 5.复用与映射 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传送网 12 .网络管理系统净负荷指针(一）一、净负荷指针1、净负荷指针的

22、种类 AU-4 PTR、TU-3 PTR、TU-12 PTR 。 2、管理单元指针 AU-4 PTR9行261列AU-PTR9列H1YYH21*1*H3H3H3Y= 1001SS11（S未规定）1*=11111111VC - 4净负荷指针(二）NNNNSSIDIDIDIDIDH1H2H3H3H3NDF10毕特指针负调整字节AU类别NDF：新数据标识SS：AU类别，SS=11：AU-4I： 增加毕特D：减少毕特净负荷指针(三）AU-4 PTR 的作用：1).指示净负荷的位置 净负荷的第一个字节相对于最后一个H3的偏移量。2).速率调整 对净负荷的速率进行调整：正调整与负调整。3).新数据标识 N

23、DF 净负荷内容发生变化时，NDF做出指示。第二部分：SDH 1. 概述 2. 速率与帧结构 3. 开销 4. 净负荷指针 5.复用与映射 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传送网 12 .网络管理系统复用与映射 (一）一、复用原理1、何谓复用： 把低速率信号复合成高速率信号。2、传统的复用方法1). 码速率调整 优点：允许信号有较大的速率差异； 缺点：不能直接提取或接入低速支路信号。2). 固定位置映射法 优点：能直接提取或接入低速支路信号； 缺点：滑动损伤。复用与映射 (二）3、SDH的复用方法1). 净负荷指针技术

24、 用软件指针指示净负荷在帧中的位置； 允许支路信号速率有差异（可进行速率调整）； 不使用125 s缓存器，避免滑动损伤。 2). 字节间插复用 各支路信号按字节顺序进行间插排列以形成更高速率的信号； 各支路信号在帧中的位置固定，可直接提取/接入。 复用与映射 (三）二、参加复用与映射的单元1、虚容器 VC 可以作为一个整体进行提取/接入、复用、交叉连接。1). VC-12（低阶）POH净负荷 ( 2Mb/s )4列9行复用与映射 (四） 2). VC-4（高阶） 净负荷 1 ( 140 M )POH261列9行 净负荷 2 ( 632 M )POH261列9行 VC-4 (a) VC-4 (b

25、)R2R1复用与映射 (五）2、虚容器级联 VC - Xc 把X个VC-4首尾依次组合在一起（只有一列POH），使组合的容量可以作为单个容量使用，并能保持单个VC-4毕特序列的完整性。VC-4VC-4VC-4 级联POHR1复用与映射 (六）3、管理单元 AU-4 VC-4 加一行管理单元指针 AU PTR 组成。AU-PTRVC - 49行261列9列复用与映射 (七）三、复用与映射结构111 C4- 64c3AUG-44AUG-11AUG-16AUG-641STM-1STM-4STM-16STM-644411AU4AU4-4cAU4-16CAU4-64c TUG2VC3C3VC4VC4-4

26、cVC-16c VC4-64c C4-4c C4-16c173VC12TU12C12TU3TUG31映射指针调整复用复用与映射 (八）字节间插复用方式AUG1-1#1AUG1-1#4AUG1-1#1AUG -4复用与映射 (九）四、映射原理1、何谓映射：把各种业务信号适配进相应虚容器的过程。2、映射种类1). 异步映射 用码速率调整的方法把与网络同步或不同步的信号适配进虚容器。 优点：对信号无限制性要求（速率、结构）； 通用性强；接口简单；信号延时小（10s）。 缺点：不能从高速信号直接提取或接入低速信号。复用与映射 (十） 2). 字节同步映射 要求信号必须与网络同步。 优点：能从高速信号直

27、接提取或接入低速信号； 缺点：对信号有严格限制性要求（速率、结构）； 接口复杂； 信号延时大（150s）。 3). 比特同步映射 无人采用。复用与映射 (十一）五、SDH的映射1、2Mb/s 信号的映射 1). 异步映射 最经常采用的方式。2). 字节同步映射 可直接提取或接入64kb/s信号。2、34/140 Mb/s 信号的映射 只能采用异步映射。 第二部分：SDH 1. 概述 2. 速率与帧结构 3. 开销 4. 净负荷指针 5.复用与映射 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传送网 12 .网络管理系统同步复用设备

28、(一）一、同步复用设备简述同步复用设备的特点1). 一步复用特性 可直接提取/接入低速支路信号（如从2.5G提取2M）。2). 较强的交叉连接能力 可对VC-4、VC-12进行交叉连接处理。3). 强大的OAM能力 丰富的开销字节，用于网络的OAM。3). 灵活的组网能力、自愈功能同步复用设备(二）二、同步复用设备性能1、误码性能 无误码。2、同步性能1). 同步信号种类 模拟： 2MHz ；数字：2Mb/s（具有SSM功能）。2). 同步工作方式A ). 外同步定时 跟踪方式：内部SETG严格锁定于外时钟。 从STM-N导出的方式：可用于传送时钟。同步复用设备(三） 东侧STM-N 西侧ST

29、M-N定时发生器外定时基准支路信号 跟踪方式同步复用设备(四） 东侧STM-N 西侧STM-N定时发生器支路信号 SSU从STM-N导出的外定时方式同步复用设备(五）B ). 提取定时 线路提取定时发生器 西侧STM-N 东侧STM-N 提取时钟 发送时钟支路信号同步复用设备(六）C ). 内部定时 保持模式 模拟前24小时的记忆信息来维持设备的同步。 精度要求： 0.39 ppm。 自由运行模式 利用设备内部的振荡器产生的信号来维持设备的同步。 精度要求： 4.6 ppm。3). 定时基准的倒换与恢复 至少2个外定时输入口；第一定时失效，能自动倒换到第二定时；并能自动恢复。同步复用设备(七）

30、3、交叉连接性能1). 交叉连接种类 高阶交叉连接： VC-4或VC4-Xc 低阶交叉连接： VC-122). 交叉连接容量： nn VC-43). 交叉连接方向 线路 - 线路；线路 - 支路；支路 - 支路。4). 交叉连接方式 单向；双向；广播。同步复用设备(八）4、定时性能 - 抖动与漂移1). 定义 抖动：数字信号的特定时刻与理想时刻的偏差。 漂移：数字信号的特定时刻与理想时刻的长时间偏差。2). 种类1). 输入抖动容限 标征设备对外来抖动的容忍程度。PDH、SDH输入口。2). 抖动的产生 无输入抖动时，设备的输出抖动值。 PDH、SDH输出口。3). 抖动传递函数 输出抖动值

31、/ 输入抖动值，随抖动频率的变化关系。0.2UI同步复用设备(九）三、同步复用设备的系统结构定 时通信与控制 公 务 PDH & SDH 支路接口线路接口线路接口交叉矩阵同步复用设备(十）1、线路接口 完成线路信号STM-N的光-电转换；进行管理单元的指针处理；生成 / 终结段开销。2、交叉矩阵 按需求对线路信号、支路信号中的VC进行交叉连接，实现线路-线路、线路-支路、支路-支路间的交叉连接；满足上、下电路等功能。1). 交叉连接种类 高阶交叉连接：VC-4与VC4-Xc。 低阶交叉连接：VC-12。 同步复用设备(十一）2). 交叉矩阵容量 容量一般与设备的STM-N的级别有关。 如：2.

32、5G ADM的高阶交叉容量为： 6464 VC-4 （线路： 162 VC-4 ；线路： 162 VC-4 ）。 双系统2.5G ADM的高阶交叉容量为： 128128 VC-43、支路接口 完成上、下业务信号。 PDH：2M、34M、45M、140M； SDH：155M、622M。同步复用设备(十二）4、定时单元 对内：向设备的各单元提供定时信号； 对外：外定时；提取定时；保持/自由运行方式； 定时基准倒换。5、通信与控制单元 采集设备各单元的数据；通过DCC通道传到网关； 接收网管系统的命令并执行。6、公务单元 提供公务联络电话。 同步复用设备(十三）四、10G系统简介1、系统特点1).

33、传输容量大：4个2.5G，4032个2M，12万个话路。2). 交叉容量大：单系统： 256256 VC-4； 双系统： 512512 VC-4。3). 可对VC-4c、VC-16c进行交叉连接4). 丰富的支路接口 光口：2.5G、622M、155M； 电口：155M、140M、34M、45M、GE。同步复用设备(十四）2、10G系统的传输问题1). 损耗受限： PIN光接收机灵敏度为-14dBm,传输距离30km。2). 色度色散受限 采用外调制也仅为 800ps/nm。 用G.655光纤（6ps/km.nm），一般无问题； 用G.655光纤（20ps/km.nm）， 只传40km。 可采

34、用色散补偿：色散补偿光纤、光栅补偿、予啁啾补偿，但成本高、实施麻烦。3). 偏振模色散受限 第二部分：SDH 1. 概述 2. 速率与帧结构 3. 开销 4. 净负荷指针 5.复用与映射 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传送网 12 .网络管理系统数字交叉连接设备(一）一、DXC 概述 DXC 规范化表示： DXC x/y x： DXC 端口的速率最高等级； y：可进行交叉连接的最低速率等级； 1：VC-12、2M信号； 3：VC-3、34/45M信号； 4：VC-4、140M、155M信号； 5：STM-4（622M

35、）信号； 6：STM-16（2.5G）信号。 如：DXC 4/1，其端口最高速率为155M，可进行交叉连接的信号：VC-12、VC-3、VC-4。数字交叉连接设备(二）二、DXC 应用1、多种网络的网关 SDH网与PDH网的网关；长途与中继网的网关等。2、电路调度 见下页。 数字交叉连接设备(三）STM-16子网1STM-16子网2STM-16子网3DXC 4/1DXC用于电路调度数字交叉连接设备(四）3、网络的保护与恢复1). 集中控制法 网络的保护与恢复由中心系统控制。 庞大的数据库中存有网络各节点的全部信息（节点的业务流量、交叉状态、空闲路由等）；一旦网络的某链路发生故障，中心系统会根据

36、数据库中各节点存放的信息，计算和模拟出多个替代路由；最后选择一条最佳替代路由，并据此发布执行命令让各节点进行相应的操作，建立起新的替代路由。数字交叉连接设备(五）2). 分布控制法 网络的保护与恢复由各个节点分散控制。 当网络中的某链路发生故障时，故障的源节点会向网络中的所有节点发出要求提供空闲信道的信息，直至故障链路的另一端（终节点）。各节点都会提供与其相邻节点的空闲信道，直到搜寻出一条从源节点到终节点（故障链路）的最佳替代路由。最后，各节点执行相应的操作，建立起新的替代路由。 第二部分：SDH 1. 概述 2. 速率与帧结构 3. 开销 4. 净负荷指针 5.复用与映射 6.同步复用设备

37、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传送网 12 .网络管理系统同步光缆系统(一）一、光纤1、光纤的主要参数 在第一篇已经讨论过最重要的二个参数： 损耗系数 f 、色度色散系数 D（ ）。1). 零色散波长 0 材料色散与波导色散在某波长处互相抵消，使总色散为零，该波长即为零色散波长 0。2). 零色散斜率S0 在零色散波长附近，色度色散随波长而变化的曲线斜率。同步光缆系统(二）2、单模光纤种类1). G.652光纤 1310 nm性能最佳光纤。 二个窗口： 1310 nm与1550 nm。 1310nm波长区：色散最小（未移位），小于3.

38、5 ps/nmkm；但损耗稍大，为0.3 0.4dB/km。 1550nm波长区：色散较大，为20 ps/nmkm；但 损耗很小，为0.15 0.25dB/km。 一般用于1550nm窗口。同步光缆系统(三）2). G.655光纤 为传输10Gb/s与以10Gb/s为基群的WDM系统而设计的新型光纤。 只工作在1550nm窗口。 在光纤的有效横截面积与色散斜率二方面难以均衡。 大面积 大的有效面积，可有效地避免非线性效应， 但将导致色散斜率的增加。 低斜率 小的色散斜率将会便于色散的补偿；但其有 效面积却减小。同步光缆系统(四）二、光接口1、光接口代码：W y.z W： I - 代表局内通信(

39、2km)； S - 代表短距离通信( 20km)； L - 代长距离通信( 80km)； V - 代表甚长距离通信( 120km)。 y ：代表STM等级，Y=1、4、16、64。 Z ：代表使用光纤类型与工作窗口； 2 G.652光纤，工作窗口为1550nm； 5 G.655光纤，工作窗口为1550nm。例：L-16.2：长距离、 2.5G、G.652、1550nm窗口。同步光缆系统(五）2、第一类光接口参数 速率低于2.5G、不含光放大器。1). 光发送口的主要参数A）. 发送光功率 Ps 在规定伪随机码序列的调制下，光发送机在参考点S的平均发光功率。如 -2 +3 dBm。B）. 光谱特

40、性a）. 根均方谱宽 rms 光源的峰值光功率下降到其最大值的0.607倍时所对应的谱线宽度。 同步光缆系统(六） nm光功率P1.00.01a) ：根均方谱宽 b)：-20dB谱宽 光源器件的二种谱宽 1.00.607光功率Prmsnm-20dB同步光缆系统(七）b）： -20dB谱宽 -20dB 光源的峰值光功率下降20dB时，所对应的谱线全宽度。 该参数适用于单纵模激光器SLM。 rms = -20dB / 6.07c）：色散容限DL 采用直调方式时，用色散容限标征光谱特性。C）：寿命 对于LD而言，当偏流值增加到其初始值的二倍时，就意味着其寿命的终结。 LD的寿命最少应在30万小时以上

41、。同步光缆系统(八）2). 光通道 S - R 点之间的线路部分。光通道代价一般取Pp=1dB；对于2.5G及10G，取Pp=2dB3). 光接收口的主要参数A）.接收灵敏度 Pr 在规定误码率要求的条件下（如110 -10），光接收机在参考点R所需要的最小光功率值（dBm）。B）.过载光功率 在规定误码率要求的条件下（如110 -10）， 光接收机在参考点R所能承受的最大光功率值（dBm）。同步光缆系统(九）3、第二类光接口参数 含光放大器、速率高于2.5G。1). 光发送口的主要参数 除了发送光功率与色散容限外，还有一个特殊参数。 啁啾声系数：直接调制时很大； 外调制时很小，如小于 1ps

42、 / nm。2). 光通道 除了光通道代价之外，也还有一个特殊参数。 偏振模色散：由于光纤的椭圆度、几何尺寸的差异、光缆施工时的外部应力作用，导致不同相位的光呈现不同的传播速度。同步光缆系统(十）光纤PMD引起的光信号差分群延时YZX同步光缆系统(十一）3). 光接收口的主要参数 除了接收灵敏度与过载光功率外，还有一项特殊参数，即光信噪比OSNR。 单波长系统很容易达到，对于WDM系统则要认真考虑，详见WDM部分。同步光缆系统(十二）三、光传输设计1、损耗受限 最坏值设计法 L = （PS Pr C PP MC）/ （f + S）其中 PS：光发送机的发送光功率（dBm）； Pr： 光接收机的

43、接收灵敏度（dBm）； C： 收、发间所有连接器的损耗，每个取0.5dB； PP： 光通道代价，一般取1dB，但对高色散系统如 L16.2或10G系统，取2dB； MC：光缆富余度，取3dB； f ：光纤衰减系数（ dB/km ）； S ：光纤每公里接续损耗，一般取0.025 dB/km 。同步光缆系统(十三）2、色散受限1). 一般公式 - 2.5G以下系统 L =（ 10-6 ）/（ B D） 其中： ：光脉冲相对展宽值；对于MLM，取0.115；对 于LED与SLM，取0.306；对于L16.2，取0.491； ：光源的根均方谱宽( nm ) ，= -20dB / 6.07； B：系统的

44、传输速率( Mb/s)； D：光纤的色散系数(ps/nmkm)。同步光缆系统(十四）2).色散容限值 - 2.5G以上系统 为克服啁啾声对再生距离的制约，应采用外调制方式（详见WDM部分）。 此时衡量光源光谱特性的参数是色散容限（ps/nm）： L = 色散容限 / 色散系数 第二部分：SDH 1. 概述 2. 速率与帧结构 3. 开销 4. 净负荷指针 5.复用与映射 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传送网 12 .网络管理系统SDH网同步（一）一、数字同步网简介1、同步方法1). 主从同步法 网络中设一最高级主时钟

45、和一系列分级从时钟，每一级从时钟皆上一级时钟同步，从而使网中所有时钟都和最高级时钟 基准主时钟（PRC Primary Reference Clock ）同步。2). 互同步法 网络中的各时钟不分级别与主从，而是形成互联方式。 所有时钟通过锁相环路互相加权控制。 很少采用。SDH网同步（二） 一级节点时钟 二级节点时钟 二级节点时钟 二级节点时钟 二级节点时钟 二级节点时钟 二级节点时钟主从同步法SDH网同步（三）2、数字同步网结构主时钟 PRC1从时钟 PRC2 LPR 1 LPR n SSU SSU SSU SSUGPSGPS 同步区 1 同步区 n一级时钟二级时钟三级时钟SDH网同步（四

46、）3、用SDH网传同步信号 利用大楼综合定时系统BITS与SDH传送网（从STM-N导出的外定时方式）相结合的方法传送同步信号。BITS3 利用SDH网传送同步信号GPSGPSGPSBITS2BI TS1SDH网同步（五）二、SDH网同步1、SDH网同步方式1). 全同步 全网时钟都跟踪唯一基准时钟PRC。2). 伪同步 全网包括多个分网络，各分网络的PRC都符合G.811；因此各分网络之间的误差极小，接近于同步。3). 准同步 使用设备时钟（保持与自由运行），出现较多的指针调整。4). 异步 发AIS信号。 SDH网同步（六）G.811G.812G.812G.812第一个转接局第二个转接局第

47、K个转接局 N个G.813 SDH设备时钟 N个G.813 SDH设备时钟 N个G.813 SDH设备时钟 注: K=10; N=20;网元时钟总数 602、SDH网的同步链 第二部分：SDH 1. 概述 2. 速率与帧结构 3. 开销 4. 净负荷指针 5.复用与映射 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传送网 12 .网络管理系统 网络性能（一）一、误码性能1、假设参考数字段HRDS 在相邻的一对STM-N支路接口之间，对规定的数字信号进行传输的全部手段。 三种规格：420km、 280km、50km。2、误码性能参数

48、 误码：经光接收机的接收、判决再生之后，数字码流的某些比特发生了差错。 误块：SDH系统。 网络性能（二）1). 误码性能事件A）.误块：出现了一个或多个比特差错的数据块。B）.误块秒 ES：含有一个或多个误块的秒。C）.严重误块秒 SES：含有30%以上误块的秒。2). 误码性能参数A）.误块秒比 ESR： 在一个确定的时间内，误块妙 数与总秒数之比。B）.严重误块秒比 SESR 在一个确定的时间内，严重误块妙数与总秒数之比。3、误码性能规范 （略）网络性能（三）二、抖动性能1、SDH网的抖动性能1). 网络输出口的最大允许输出抖动2). 网络STM-N口的输入抖动容限 即SDH设备STM-

49、N口的输入抖动容限。2、SDH / PDH 网络边界的抖动性能1). PDH输出口的最大允许输出抖动2). PDH输入口的输入抖动容限 即SDH设备PDH支路的输入抖动容限。 第二部分：SDH 1. 概述 2. 速率与帧结构 3. 开销 4. 净负荷指针 5.复用与映射 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传送网 12 .网络管理系统SDH传送网（一）一、SDH传送网结构拓扑结构：线形：星形：树形网：SDH传送网（二）环形：网孔形：SDH传送网（三）二、SDH传送网的保护：路径保护、子网连接保护1、路径保护 线路系统保护与

50、环网保护（复用段与通道）。1). 线路系统保护（MSP） 1+1：STM-N信号永久性地连接在工作通路与保护通路 上，二个通路皆传送业务信号；收端择优选用。 1N：N个工作通路共用一个保护通路，保护通路可传 额外业务（N 14）。SDH传送网（四）2). 环网保护A）.复用段环保护 是否进行保护根据复用段信号质量的优劣。B）.通道环保护 是否进行保护根据通道信号质量的优劣。2、子网连接保护 （SNCP） 安排专门路由对某一子网进行保护。SDH传送网（五）三、自愈环1、单向通道环： 双发选收二根光纤：S光纤，P光纤。正常时：AC信号： 在发端A同时馈入S与P光纤（双发），沿二条路径到达C：ABC

51、，ADC。 收端选收，一般选：ABCCA信号：C D A ； C B A。收端一般选：C D A。AC发CA收AC收CA发ACBSPDSDH传送网（六）AC发CA收AC收CA发ACBDSP倒换故障时： 如B、C间的光缆被切断。AC信号：在C节点由于信号： ABC丢失， 所以接收倒换开关转向信号： ADC。CA信号：仍按原路径传送。SDH传送网（七）单向通道保护环的特点：优点：实现简单，不需使用APS协议，倒换速度最 快（30ms）。缺点：不能重复使用节点间的时隙，环传输容量较 小；不能传送额外业务。 环传输容量：STM-N应用：单向通道保护环获得非常广泛的应用；它适用 于集中型业务。SDH传送

52、网（八）2、二纤复用段共享环 是目前SDH应用最广泛的一种保护方式。 它由二根光纤组成：S1 / P2光纤与 S2 / P1光纤。 每根光纤传输容量的一半为工作通道（S）；一半为保护通道（P），且为另一根光纤的工作通道提供反方向保护。 如S1/P2光纤的工作通道为S1，保护通道为P2，P2为第二根光纤的工作通道S2提供反方向保护。 另一根光纤S2/P1的含义与之类似。SDH传送网（九）AC发CA收AC收CA发ACBDS1/P2S2/P1正常时： 利用S1与S2工作通道传送业务业务信号。AC信号： 在发端A馈入SI/P2光纤的工作通道S1 ，沿顺时针方向到达C站：ABC。 CA信号： 在发端C馈

53、入S2/P1光纤的工作通道S2，沿逆时针方向到达A站：CBA。SDH传送网（十）AC发CA收AC收CA发ACBDS1/P2S2/P1S1/P2交叉连接故障时 如B、C间光缆被切断，在B、C节点分别执行交叉连接。 B节点： 把AC业务从S1通道交叉到P1通道，并使其沿逆时针方向传输： AB A D C。 C节点： 把CA业务从S2通道交叉到P2通道，并使其沿顺时针方向传输： C D A。SDH传送网（十一）二纤双向复用段保护环的特点优点：能重复使用节点间时隙，大大增加整个环的 传输容量。 备用通道PI、P2可传送额外业务。缺点：倒换速度较慢，因用APS协议，而且需执行 交叉连接功能。环传输容量：

54、k/2STM-N (k为网络中的节点数)。 应用：双向复用段保护环获得非常广泛的应用；它适 用于分散型业务。SDH传送网（十二）3、关于时隙重复使用 - 二纤双向复用段保护环的传输容量因二节点间业务仅由这二节点的光纤传送，环上其它区段是空闲的，所以时隙可重复使用作为极限情况-没有跨节点业务 AB：1/2 STM-N； BC：1/2 STM-N； CD：1/2 STM-N； DA：1/2 STM-N；总容量： 4/2 STM-NACBDS1/P2S2/P11/2 STM-N1/2 STM-N1/2 STM-N1/2 STM-N 第二部分：SDH 1. 概述 2. 速率与帧结构 3. 开销 4.

55、净负荷指针 5.复用与映射 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传送网 12 .网络管理系统网络管理系统 (一）一、SDH网管的分层结构 高层功能 低层功能 网元管理系统A 网元管理系统B网络管理层NML网元管理层 EML网络单元层 NEL SNE SNE SNE SNE SNE SNE SNESDHnetwork element 网络管理系统 (二）二、SDH网管的五大管理功能1、故障管理1). 告警监视： 对SDH网元的状态进行监视。2). 告警的显示：以可闻、可视形式显示告警。3). 故障的定位：把故障定位在子架、单

56、元盘、功能块。2、性能管理1). 监视性能事件：ES、SES、保护倒换时间。2). 采集性能事件：ES、SES。3). 监视光接口物理量： 发送光功率、接收光功率、激光器偏流等。 网络管理系统 (三）3、配置管理1). 指配功能：设备投入运行的所有步骤 - 指配。2). 网元管理：网元时钟、配置数据、软件下载。4、安全管理1). 操作者的权限： 不同级别的人员设置不同的权限。2). 用户登录管理： 进入网管系统之前必须登录：输入 用户名、口令等。3). 访问控制： 进防止非法用户进入网管系统。5、计费管理 记录用户使用网络情况，并确定费用。 第三部分：WDM 1. 概述 2. 波分复用器件 3

57、. 光放大器 4. 调制器光源 5. 光接口 6. 波长转换器 7. 光监控通道 8. 系统保护WDM 概述（一）一、WDM基本工作原理WDM系统方框图 （单向）s11TX1RX1OM /OAOA /ODTX2TXnRX2RXn122nnOAs2snR1R2RnWDM 概述（二）1、发送端 n个光发送机(TXn)发出具有标称波长(G. 692 ) 的光信号，由合波器( OM )复用成一束光波，进入光纤传输。2、接收端 由分波器( OD )把光波分解成n个与发送端波长相对应的光信号，分别进入 n个光接收机( RXn ) 。3、光放大器（OA） 解决超长传输； 一般都应配光放大器，因合、分波器插损

58、大：如10dB。WDM 概述（三）二、WDM 优点1、超大容量 每个光通道速率为：2.5Gb/s、10Gb/s； 复用通道数目：16、32个或更多 ； 超大容量传输：可达320G或 1.6 T以上。2、节省光纤资源 单波长系统：一个SDH系统需要二根光纤； WDM系统： n (16、32)个SDH系统仅需要二根光纤；3、透明传输、平滑升级 各通道彼此独立，可透明传送不同业务； 可平滑升级扩容：增加复用通道，不影响其他通道。 WDM 概述（四）4、可充分利用成熟TDM技术 以TDM 方式提高传输速率，受诸多因素限制； TDM 10G技术已逐渐成熟, 可充分利用。5、可用EDFA实现超长距离传输

59、用一个EDFA可对所有光通道信号同时放大，实现超长距离传输； 节省大量电中继设备。6、适合向全光网络发展 未来业务的上下、交叉是在光路上进行； 可与光分插复用器（OADM）和光交叉连设备（OXC）结合使 用； 组成具有高度生存性、超大容量的全光网络。 WDM 概述（五）三、光波长分配1、工作波长区：C波段：1530 1560nm。2、绝对频率参考 AFR：193.1 THz (1552.52 nm)3、通路间隔：相邻二个通道之间的频率偏差：100GHz4、中心工作波长： 各通道的工作波长，是以AFR为基准、100GH z为 间隔的频率（波长）系列。 如32波分系统：第1个通道的中心工作频率为

60、192.1THz， 第2个通道的中心工作频率为 192.2THz 第32个通道的中心工作频率为 195.2THz。第二部分：WDM 1. 概述 2. 波分复用器件 3. 光放大器 4. 调制器光源 5. 光接口 6. 波长转换器 7. 光监控通道 8. 系统保护波分复用器件（一）一、波分复用器件的作用与种类1、作用1). 合波器：把各复用通道的光波信号合成为一束光波。2). 分波器：把来自光纤的光波，分解成与原标称光波 长相同的通道信号。2、要求 插入损耗低，如小于10dB； 分辨率高 、隔离度高； 良好的带通特性: 通带平坦、过渡带陡峭； 温度特性好：中心波长、插损等随温度变化小。波分复用器