光传输技术基础讲座.ppt

1、传输所 谢晖 二0一0年八月,光传输网络基础知识,1,主要内容,光纤通信基础 同步数字体系SDH,2,3,通信系统（传输系统）作用：为需要进行信息交互的设备之间提供信息传递的通道。 广义：连接各种终端设备和交换设备之间的通道； 狭义：包括传输设备和传输线路。 设备：如MSTP设备、光电收发器等； 线路：光缆、管道、杆路等,3,BTS,BTS,155M SDH,BTS,BTS,622M SDH,接入层,汇聚层,2.5/10G SDH,10G SDH,核心层,BSC,BSC,BSC,BSC,MSC,MSC,MSC,MSC,光纤通信基础概论,光纤通信基础概论,一、光纤通信概念 利用光纤来传输携带信息

2、的光波以达到通信的目的。 数字光纤通信系统方框图,4,光纤通信基础概论,二、光纤通信发展简史 1966年，英籍华裔学者高锟指出了利用光纤(Optical Fiber)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。 1970 年，光纤研制取得了重大突破。美国康宁(Corning)公司就研制成功损耗20 dB/km的石英光纤。 1973 年，美国贝尔(Bell)实验室取得了更大成绩，光纤损耗降低到2.5dB/km。 1976 年，日本电报电话(NTT)公司将光纤损耗降低到0.47 dB/km(波长1.2m)。,5,光纤通信基础概论,三、光纤通信优点 1、通信容量巨大 从理论上讲，

3、一根光纤可以同时传输100亿个话路，目前同时传输50万个话路的试验已经成功，比传统同轴电缆、微波等高出几千乃至几十万倍。 2、中继距离长 光纤具有极低的衰耗系数，配以适当的光发送、光接收设备、光放大器、前向纠错与RZ编码调制技术等，可使其中继距离达数千公里以上，而传统电缆只能传送1.5km，微波50km，根本无法与之相比拟。 3、保密性能好 4、适应能力强 具有不怕外界强电磁场的干扰、耐腐蚀等优点 5、体积小、重量轻 6、原材料来源丰富、价格低廉,6,光纤通信基础光纤,一、光纤的构造 光纤呈圆柱形，主要由纤芯、包层二大部分组成。 1、纤芯：位于光纤的中心部位，成分为高纯度的二氧 化硅，掺有极少

4、量掺杂剂。 2、包层：位于纤芯的周围，其成分也是含有极少量掺 杂剂的高纯度二氧化硅。 3、涂覆层：光纤的最外层，由丙烯酸酯、硅橡胶和尼 龙组成。,7,光纤通信基础光纤,二、光纤的分类,光纤种类,按光纤剖面折射率分布分类,按工作波长分类,石英光纤,按组成成分分类,按传输模式分类,含氟光纤,塑料光纤,阶跃型光纤,渐变型光纤,多模光纤,单模光纤,短波长光纤（波长典型值为850nm）,长波长光纤（波长为1310nm，1550nm）,8,光纤通信基础光纤,二、光纤的分类阶跃、渐变光纤 1、阶跃光纤 在纤芯与包层区域内，折射率的分布分别是均匀的，分别为n1和n2，在纤芯与包层的边界处，其折射率的变化是阶跃

5、的(n2n1） 。 2、渐变光纤 光纤轴心处的折射率最大(n1)，但随横截面径向的增加而逐渐减小，到纤芯与包层的边界处，正好降到与包层区域的折射率n2,9,光纤通信基础光纤,二、光纤的分类单模、多模光纤 1、多模光纤：可传多种模式的光。但其模间色散较大，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。 2、单模光纤：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。,Core,125mm,Clad,Core,Clad,125mm,50mm,8mm,85mm,多模光纤,单模光纤,人的头发,10,光纤通信基础光纤,三、光纤的简单导光原理 1、全反射原理 若使光束从光密媒质射向光疏媒

6、质时, 则折射角大于入射角，如图所示。 如果不断增大0可使折射角1达到90, 这时的1称为临界角。 当光线从光密媒质射向光疏媒质, 且入射角大于临界角时, 就会产生全反射现象。 光纤就是利用这种全反射来传输光信号的。,11,光纤通信基础光纤,三、光纤的简单导光原理 2、光在光纤中的传播,12,光纤通信基础光纤,四、光纤的衰耗 光纤的损耗是指光信号经光纤传输后，由于吸收、散射等原因引起光功率的减小。,光纤损耗,散射损耗,非线性散射,吸收损耗,本征吸收：光纤材料本身所固有的吸收作用,杂质吸收：光纤中杂质对光的吸收作用,其他衰耗（微弯曲衰耗等）,线性散射,结构不完善散射,13,光纤通信基础光纤,五、

7、光纤的色散 色散分为色度色散与偏振模色散两大类。 色度色散简单说就是有光纤传输引起的光脉冲展宽与畸变效应。色度色散包括三个部分：模式色散、材料色散、波导色散。,14,15,15,光纤通信基础传送网络的分层结构,16,光纤通信基础传送网络的分层结构,同步数字体系,我们前面为大家介绍了光纤，也介绍了光纤传输的简单原理，如果把光纤比作一条高速公路，要实现有效的传输还需要有高速汽车，以及一系列相应的交通规则。同步数字体系就是一套这样的“交通系统”。,光纤通信系统框图,信息,数字终 端设备 发送端,光 端 机 发 送 端,光 端 机 接 收 端,数字终 端设备 接收端,信息,光纤,光传输设备,光传输设备

8、,17,同步数字体系SDH概论,一、SDH的产生 1、PDH的缺点 （1）没有国际统一的数字速率标准 （2）没有国际统一的光接口规范,18,同步数字体系SDH概论,一、SDH的产生 1、PDH的缺点 （3）上下电缆成本高，结构复杂 （4）网络的运行、管理、维护能力差,光,/,电,解 复 用,复用,复用,复用,电,/,光,PDH,解 复 用,解 复 用,19,同步数字体系SDH概论,一、SDH的产生 2、SDH的产生 上述PDH的缺点要想在原有的技术体制和框架内予以解决，几乎是不可能的。 19881990年，ITU-T通过了关于SDH的9个标准，19921996年又相继通过了5个，至此在国际范围

9、内就SDH的硬件与软件达成了一致协议。,20,同步数字体系SDH概论,二、SDH的特点 （1）速率统一 在SDH帧结构中既可以包含2Mb/s数字体系的各种子速率信号，如2Mb/s，34Mb/s和140Mb/s；也可以包含1.5Mb/s数字体系的各种子速率信号，如1.5Mb/s，6.3Mb/s ，45Mb/s和100Mb/s等。 目前SDH有5个标准化的STM等级，即STM-1/4/16/64/256 （2）光接口规范 （3）灵活的分插复用 （4）具有强大的运行、管理、维护与指配能力 （5）组网较灵活、网络的安全性与生存性强 （6）兼容性好 SDH不仅可以向前兼容已有的PDH各种速率信号，而且还

10、可以向后兼容未来的许多新业务信号，如ATM信元、FDDI信元等。,21,同步数字体系SDH概论,三、SDH概况 （1）SDH的等级,22,同步数字体系SDH概论,三、SDH概况 （2）SDH设备的种类 SDH设备可以分为4种：终端复用器(TM)、分插复用器(ADM)、再生器(REG)和数字交叉连接设备(DXC)。,TM,DXC,DXC,ADM,TM,ADM,DXC,DXC,TM,STM-,n,23,同步数字体系SDH概论,三、SDH概况 （2）SDH设备的种类终端复用器（TM） 终端复用器用在网络的终端站点上，例如一条链的两个端点上，它是一个双端口器件。,24,同步数字体系SDH概论,三、SD

11、H概况 （2）SDH设备的种类分插复用器（ADM） 分/插复用器用于SDH传输网络的转接站点处，例如链的中间结点或环上结点，是SDH网上使用最多、最重要的一种网元，它是一个三端口的器件。,25,同步数字体系SDH概论,三、SDH概况 （2）SDH设备的种类再生中继器（REG） 再生中继器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，REG是双端口器件，只有两个线路端口。,26,同步数字体系SDH概论,三、SDH概况 （2）SDH设备的种类数字交叉连接设备（DXC） 数字交叉连接设备完成的主要是STM-N信号的交叉连接功能，它是一个多端口器件，它实际上相当于一个交叉矩阵，完成各个信号

12、间的交叉连接，,27,同步数字体系帧结构,一、帧结构的组成 STM-N的帧结构由3部分组成：段开销，包括再生段开销（RSOH）和复用段开销（MSOH）；管理单元指针（AU-PTR）；信息净负荷（payload）。,1,3,4,5,9,RSOH,STM-N 净负荷 (含POH),9N,261N,270N列,MSOH,AU PTR,28,同步数字体系帧结构,一、帧结构的组成 （1）信息净负荷（payload）： 在STM-N帧结构中存放将由STM-N传送的各种信息码块的地方。信息净负荷区相当于STM-N这辆运货车的车箱，车箱内装载的货物就是经过打包的低速信号待运输的货物。为了实时监测货物（打包的低

13、速信号）在传输过程中是否有损坏，在将低速信号打包的过程中加入了监控开销字节通道开销（POH）字节。,29,同步数字体系帧结构,一、帧结构的组成 （2）段开销（SOH）： 为了保证信息净负荷正常、灵活传送所必须附加的供网络运行、管理和维护（OAM）使用的字节。例如段开销可进行对STM-N这辆运货车中的所有货物在运输中是否有损坏进行监控，而POH的作用是当车上有货物损坏时，通过它来判定具体是哪一件货物出现损坏。 当然，SOH和POH还有一些管理功能。 段开销又分为再生段开销（RSOH）和复用段开销（MSOH），分别对相应的段层进行监控。 通道开销又分为高阶通道开销（HP-POH）和低阶通道开销（L

14、P-POH） 。,30,同步数字体系帧结构,一、帧结构的组成 （3）管理单元指针（AU-PTR）： AU-PTR是用来指示信息净负荷的第一个字节在STM-N帧内的准确位置的指示符，以便收端能根据这个位置指示符的值（指针值）正确分离信息净负荷。,31,同步数字体系帧结构,二、SDH信号的传输 SDH帧结构虽然是块状，但是在传输时依然是以串行码流形式，即按从左到右，由上而下的顺序进行。 ITU-T规定对于任何级别的STM-N帧，帧频是8000帧/秒，也就是帧长或帧周期为恒定的125s。,32,同步数字体系段开销,一、段开销 下图是一个STM-1的段开销,9 列,A1,A1,A1,A2,A2,A2,

15、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,*,*,RSOH,MSOH,9行,* 国内使用字节 传输媒质指示字节 # 不扰码字节 空格：国际使用字节,33,同步数字体系段开销,一、段开销 1. A1、A2： 帧定位字节 （F6 28 H）； 2. J0： 再生段跟踪字节，使收、发能正确对接； 3. B1：再生段比特间插奇偶校验字节(BIP-8)； 4. D1 D3：再生段数据通信通道，可传送再生段运行数据； 5. D4 D12：复用

16、段数据通信通道，可传送复用段运行数据； 6. E1、E2：公务联络字节； 7. F1：使用者通道字节，用于维护的数据/音频通道； 8. B2：复用段比特间插奇偶校验字节(BIP-N24)；,34,同步数字体系段开销,一、段开销 9. K1、K2：自动保护倒换字节，执行APS协议； 其中： K1的b5 b8为请求保护倒换的局站编号， K2的b1 b4为倒换到保护通路上的局站编号。 S1：同步状态字节，指示同步状态、时钟级别等； 其中b1 b4暂不使用， b5 b8表示时钟质量级别， b5-b8的值越小，表示相应的时钟质量级别越高。 11. M1：复用段远端差错指示，指示B2的误块检测结果。 其中

17、b1暂不使用； b2 b8：用二进制编码方式，对B2的误块检测结果进行误块计数,35,同步数字体系段开销,二、段开销的复用 字节间插复用时各STM-1帧的AU-PTR和payload的所有字节原封不动的按字节间插复用方式复用，而段开销的复用方式就有所区别。下图为STM-4帧的段开销结构图,36,同步数字体系复用与映射,一、 SDH的复用结构和步骤,37,同步数字体系复用与映射,二、我国规范的SDH复用与映射结构,38,同步数字体系复用与映射,三、SDH复用原理容器（C） 容器的主要作用就是进行速率调整。,标准容器尺寸,39,同步数字体系复用与映射,三、SDH复用原理虚容器（VC） 是用来支持S

18、DH通道层连接的信息结构。 VC 是由信息容器C加上通道开销POH构成。,POH,C-3 ( 34/45Mb/s ),C-4 ( 140 Mb/s ),POH,VC-12,POH,C-12 ( 2Mb/s ),VC-4,1,2,261,9,1,2,85,9,VC-3,1,2,4,9,40,同步数字体系复用与映射,三、SDH复用原理支路单元（TU）： 是在高阶VC与低阶VC之间进行适配的信息结构。 TU是由低阶VC加上支路单元指针TU PTR构成。,H1H2H3,TU PTR,VC-12,VC-3,TU-12 TU-3,1,2,4,9,1,2,86,9,41,同步数字体系复用与映射,三、SDH复

19、用原理支路单元组（TUG）： 由几个TU或TUG进行字节间插复用组成,2,b,1,2,3,1,3,1,2,3,c,a,c,b,a,TU-12 a,TU-12 b,TU-12 c,TUG-2,4,4,4,TU-12 a,42,同步数字体系复用与映射,三、SDH复用原理支路单元组（TUG）： 由几个TU或TUG进行字节间插复用组成,3TU - 12,7TUG-2,TUG-2 TUG-3 R 为填充字节,R,R,1,12,9,1,3,86,9,2,43,同步数字体系复用与映射,三、SDH复用原理管理单元（AU-4）： 是在高阶VC与复用段之间进行适配的信息结构。 AU是由高阶VC加上管理单元指针AU

20、 PTR构成。,VC - 4,AU-PTR,44,同步数字体系复用与映射,四、总结 一个STM-1帧中可以复用几路2M信号？几路34M信号？几路140M信号？,AUG,TUG-2,TU-12,VC-12,C-12,140M,34M / 45M,2M,指针处理,映射,复用,校准,N,7,3,3,TUG3,STM-N,AU-4,VC-4,TU- 3,1,1,45,同步数字体系组网与保护,一、基本的网络拓扑结构 SDH网是由SDH网元设备通过光缆互连而成的，网络节点（网元）和传输线路的几何排列就构成了网络的拓扑结构。网络的有效性（信道的利用率）、可靠性和经济性在很大程度上与其拓扑结构有关。 网络拓扑

21、的基本结构有链形、星形、树形、环形和网孔形。,46,同步数字体系组网与保护,二、环网的分类 按传输环上业务的方向可将自愈环分为单向环和双向环两大类； 按网元节点间的光纤数可将自愈环划分为双纤环（一对收/发光纤）和四纤环（两对收发光纤）； 按保护的业务级别可将自愈环划分为通道保护环和复用段保护环两大类。,47,同步数字体系组网与保护,二、环网的分类 对于通道保护环，业务的保护是以通道为基础的，也就是保护的是STM-N信号中的某个VC（某一路PDH信号），倒换与否按环上的某一个别通道信号的传输质量来决定的。 复用段倒换环是以复用段为基础的，倒换与否是根据环上传输的复用段信号的质量决定的。倒换是由K

22、1、K2（b1b5）字节所携带的APS协议来启动的，当复用段出现问题时，环上整个STM-N或1/2STM-N的业务信号都切换到备用信道上。,48,同步数字体系组网与保护,二纤单向通道保护环 工作原理：双发选收 正常时： 信号AC在发端A同时馈入S与P光纤（双发），沿二条路径到达C：工作：A-B-C 保护：A-D-C。 收端选收，一般选 工作：A-B-C 同理，信号CA： 工作：C-D-A ； 保护：C-B-A。 收端选用 工作：C-D-A。,49,同步数字体系组网与保护,故障时： 如B、C间的光缆被切断。 AC业务：在C节点由于来自S光纤的AC信号 ABC丢失，所以接收倒换开关转向来自P光纤，即接收信号：ADC CA业务信号仍按原路径传送。,50,同步数字体系组网与保护,二纤双向通道保护环 正常时： 信号AC在发端同时馈入S1与P1光纤（双发），沿二条路径到达C站S1：ABC P1：ADC 收端选收，一般选S1：ABC 同理，业务信号CA： S2：CB A P2：C D A 收端择优选用，一般选 S2：CBA。,51,同步数字体系组网与保护,故障时： 如B、C间的光缆被切断。 AC业务：在C节点由于来自S1光纤的AC信号：ABC丢失，所