光網(wǎng)絡(luò)第四次(總復(fù)習(xí))輔導(dǎo)15秋

1、光網(wǎng)絡(luò)第四次總復(fù)習(xí)輔導(dǎo)課 主要考核內(nèi)容： 第1部分概述（介紹光通信系統(tǒng)） 第2部分 SDH網(wǎng)絡(luò) 第3部分 基于WDM的光傳送網(wǎng) 第4部分 MSTP 第5部分 城域光網(wǎng)絡(luò)第1部分 概述主要內(nèi)容：·光網(wǎng)絡(luò)的概念 ·光通信系統(tǒng)的整體框架1.1光網(wǎng)絡(luò)的概念概念：光網(wǎng)絡(luò)是指以光纖為基礎(chǔ)傳輸鏈路所組成的一種通信體系網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。 特點(diǎn)：光網(wǎng)絡(luò)（光傳送網(wǎng)）是在光通道層上實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，即以光波長為基本互聯(lián)單位。 1.2光纖通信系統(tǒng)的整體框架結(jié)構(gòu)系統(tǒng)組成框圖： *發(fā)送端機(jī)、接收端機(jī) *光纖 *中繼器系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)發(fā)射端機(jī)、接收端機(jī)、中繼器內(nèi)容：組成結(jié)構(gòu)及各部分的功能關(guān)鍵光器件的工作原理（LD、光電檢測

2、器、EDFA）光導(dǎo)纖維 內(nèi)容：光纖的結(jié)構(gòu)與分類、光纖的導(dǎo)光原理光纖的傳輸特性、新型單模光纖1、光發(fā)射機(jī)（1）光發(fā)射機(jī)的功能 ·調(diào)制：直接調(diào)制間接調(diào)制 ·碼型：NRZ(SDH) ·光發(fā)射機(jī)的結(jié)構(gòu)及各部分的功能： （2）激光器·激光器的功能：電/光轉(zhuǎn)換 ·工作原理光與物質(zhì)相互作用過程 能級的概念: 自發(fā)輻射 受激吸收 受激輻射 ·受激吸收的概念及特點(diǎn)II、躍遷過程中不產(chǎn)生新的光子。·受激輻射的概念及特點(diǎn)：概念： 處于高能級上的電子 受到外來光子的作用，外來光子的能量 躍遷：電子從高能級躍遷到低能級 同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)新的光子，其能量I

3、、外界光子（外來光子的能量）的作用的條件下，進(jìn)行受激躍遷。II、新產(chǎn)生的一個(gè)光子全同光子。III、具有光放大的作用。·激光器的組成：光學(xué)諧振腔、激活物質(zhì)、泵浦源 M1 M2 自發(fā)輻射 0 說明：三者缺一不可。 ·激光器的性能 閾值特性： 光譜特性： 調(diào)制特性： 閾值特性： 閾值電流：當(dāng)外加電流達(dá)到某一數(shù)值時(shí)，輸出光功率將急劇增加，將產(chǎn)生激光振蕩，此時(shí)的外加電流被稱為。用符號表示。 結(jié)論：當(dāng)時(shí)，激光器發(fā)出的是熒光。 當(dāng)時(shí)，激光器產(chǎn)生激光。光譜特性： 調(diào)制特性：2、 光接收機(jī)（1）光接收機(jī)的結(jié)構(gòu)及各部分的功能 時(shí)鐘恢復(fù)電路：信號碼型：NRZ信號頻譜密度：NRZ功率譜中無時(shí)鐘頻率

4、成分。 RZ功率譜中有時(shí)鐘頻率成分。技術(shù)指標(biāo)：接收靈敏度、動(dòng)態(tài)范圍（4）光電檢測器： ·工作原理：光電效應(yīng) ·光電效應(yīng)的概念： ·產(chǎn)生光電效應(yīng)的條件： ·半導(dǎo)體光電檢測器的種類：PIN：光電轉(zhuǎn)換APD: 光電轉(zhuǎn)換、光放大作用 說明：產(chǎn)生光電效應(yīng)的區(qū)域耗盡層 耗盡層越大，光電轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換效率就越大。 性能參數(shù): 接收靈敏度計(jì)算動(dòng)態(tài)范圍計(jì)算3、中繼器 （1）具有電再生功能的中繼器： ·結(jié)構(gòu)： ·功能：放大、整形 說明：在電層完成的（2）EDFA ·工作原理受激輻射 ·泵浦源：1.3光導(dǎo)纖維1、光纖的結(jié)構(gòu)2、光纖的分類（1

5、） 按照光纖的橫截面折射率分布來進(jìn)行劃分·均勻光纖階躍型光纖n1n1>n2n2 說明：·非均勻光纖漸變型光纖n(r) n1n1>n2n2 說明：折射率分布: 含義 ： 相對折射率差， 折射指數(shù)（表示折射率分布形狀的參數(shù)） （2）根據(jù)纖芯中所傳輸?shù)哪Ｊ綌?shù)量來進(jìn)行劃分 單模光纖和多模光纖 說明：光波長窗口長波長區(qū)（不可見光區(qū)） 1.31m和1.55m短波長區(qū)（可見光區(qū)） 0.85m特點(diǎn)：1.31m理論上的色散最小點(diǎn)1.55m理論上衰減最小點(diǎn)3、導(dǎo)光原理（1）階躍型光纖階躍型光纖的導(dǎo)光原理全反射 n2 n1 光軸 產(chǎn)生全反射的條件：* * 說明：兩者同時(shí)成立 其中臨界

6、角 集光能力數(shù)值孔徑的概念：表示光纖集光能力的物理量。表達(dá)式：數(shù)值孔徑相對折射指數(shù)差（2） 漸變型光纖 漸變型光纖的導(dǎo)光原理折射定律+全反射 r4 n(r4) 3 n(r3) r3 ds r2 2 dr R n(r2) 1 dz n(r1) r z 0 n(0)集光能力 本地?cái)?shù)值孔徑的概念： 本地?cái)?shù)值孔徑平方律光纖自聚焦的概念：說明：不存在理想的自聚焦光纖。近似自聚焦光纖平方律光纖平方律光纖的特點(diǎn)：模式色散最小。4、模式理論分析法中的重要結(jié)論 重要的參數(shù) V V歸一化頻率,它是一個(gè)無量綱的參數(shù)。 = 工作狀態(tài)分析：傳輸狀態(tài)（或?qū)Р顟B(tài)）截止?fàn)顟B(tài)臨界狀態(tài)，或W=0 單模傳輸條件 主模 次高模 5

7、、光纖的傳輸特性 光纖傳輸特性內(nèi)容：衰減特性和色散特性（1）衰減特性 原因：兩種（2） 色散特性 光纖的色散：光纖中傳送的信號是由不同的頻率成分和不同的模式成分構(gòu)成的，而且它們有不同的傳輸速度，從而出現(xiàn)脈沖展寬的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象就是。 色散的分類 ·模式色散： ·材料色散：·波導(dǎo)色散：色散的度量：色散系數(shù)D （單位：ps/nm·km）5、 新型單模光纖(1) 色散位移單模光纖總色散 1.31 波導(dǎo)色散 材料色散 總色散 1.55 概念：衰減和色散最小點(diǎn)均在1.55m。 思路：通過改變光纖的折射率分布，可改變波導(dǎo)色散的大小。（2） 非零色散光纖非零色散光纖是

8、指光纖的工作波長不是在1.55m，而是在1.541.565m. 色散值：約1.04.0ps/km·nm1.4 光纖通信系統(tǒng)性能1 衰減對中繼距離的影響 2、色散對中繼距離的影響（1）色散的概念： （2）色散的分類 光纖色散包括材料色散、波導(dǎo)色散和模式色散。前兩種色散是由于信號不是由單一頻率而引起的，后一種色散是由于信號不是單一模式而引起的。 （3）色散的影響程度：與光纖的分類有關(guān) 光纖分類 （4）色散受限系統(tǒng)當(dāng)光源與光纖色散相互作用的結(jié)果，限制了中繼距離。影響的因素：與激光器的結(jié)構(gòu)和使用的材料有關(guān)碼間干擾：碼間干擾產(chǎn)生的原因： 影響的因素：脈沖展寬的影響越顯著（中繼距離） 模分配噪聲

9、：產(chǎn)生的因素 光源多縱模激光器 t1 t2光譜特性（呈現(xiàn)）： 模分配噪聲的產(chǎn)生： 啁啾聲：產(chǎn)生的因素光源單縱模激光器光源的光譜特性： 啁啾聲的產(chǎn)生：影響中繼距離的因素3、最大中繼距離的計(jì)算 （1）衰減受限系統(tǒng)僅考慮衰減的影響 極限值設(shè)計(jì)法計(jì)算最大中繼距離： （單位km） （2）色散受限系統(tǒng)僅考慮色散的影響 I、多縱摸激光器（MLM）或發(fā)光二極管（LED） （單位km） II、單縱模激光器（SLM） 單縱模激光器的色散代價(jià)主要是由啁啾聲決定的，其中繼距離計(jì)算公式如下： III、最大中繼距離的計(jì)算 速率與最大中繼距離計(jì)算的關(guān)系： ·155Mb/s以下的光通信系統(tǒng)：只計(jì)算衰減的影響

10、83;622Mb/s光通信系統(tǒng)： 光源：多縱模激光器 取0.115L、LD中取最小的作為最大中繼距離。·2.5Gb/s光纖通信系統(tǒng)：（一般1Gb/s以上的光通信系統(tǒng)必須使用單縱模激光器） 光源：單縱模激光器（衰減與色散） L、LC中取最小的作為最大中繼距離。·10Gbit/s及 10Gbit/s以上的SDH光線路 光源；單縱模激光器影響的因素：光纖色散、啁啾聲、極化模色散、光纖的非線性限制。舉例：若一個(gè)622Mbit/s單模光纜通信系統(tǒng)，其系統(tǒng)總體要求如下： 系統(tǒng)中采用InGaAs隱埋異質(zhì)結(jié)構(gòu)多縱模激光器，其閾值電流小于50mA，標(biāo)稱波長1=1310nm，波長變化范圍為tm

11、in=1295nm，tmax=1325nm。光脈沖譜線寬度max2nm。發(fā)送光功率PT=2dBm。如用高性能的PIN-FET組件，可在BER=1×10-10條件下得到接收靈敏度PR=-30dBm，動(dòng)態(tài)范圍D20dB。 那么考慮采用直埋方式情況下，光纜工作環(huán)境溫度范圍為時(shí)，計(jì)算最大中繼距離。解：1.衰減的影響 若考慮光通道功率代價(jià)PP =1dB，光連接器衰減AC=1dB（發(fā)送和接收端各一個(gè)），光纖接頭損耗AS=0.1dB/km，光纖固有損耗=0.28dB/km，取ME=3.2dB MC=0.1dB/km,則由式（4-1）得 =53.75km 2色散的影響 利用（4-4），并取光纖色散系

12、數(shù)D2ps/(km·nm) = 46km 由上述計(jì)算可以看出，中繼段距離只能小于46km，對于大于46km的線段，可采用加轉(zhuǎn)接站的方法解決。第2部分 SDH網(wǎng)絡(luò)主要內(nèi)容： ·SDH基本概念 ·SDH的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接口、速率和幀結(jié)構(gòu) ·SDH中的基本復(fù)用、映射結(jié)構(gòu) ·SDH網(wǎng)元1、SDH的基本概念概念：SDH網(wǎng)是由一些SDH的網(wǎng)絡(luò)單元（NE）組成的，在光纖上進(jìn)行同步信息傳輸、復(fù)用、分插和交叉連接的網(wǎng)絡(luò)2、SDH速率和幀結(jié)構(gòu)（1）同步數(shù)字體系的速率 同步傳輸模塊：SDH所使用的信息結(jié)構(gòu)等級被稱為STM-N同步傳輸模塊。說明：STM-1是最基礎(chǔ)傳輸模塊。

13、其速率是155.520 Mbit/s。 STM-N與STM-1之間的關(guān)系：高等級的STM-N信號是將N個(gè)STM-1按字節(jié)間插同步復(fù)用后所獲得的。其中N是正整數(shù)，目前國際標(biāo)準(zhǔn)化N的取值為：N=1、4、16、64、256。舉例：畫出STM-1的幀結(jié)構(gòu)，并計(jì)算其速率。信息結(jié)構(gòu)（塊狀）：9行 270列一幀的字節(jié)數(shù)：9×270=2430一幀的比特?cái)?shù)：2430×8=19440速率：STM-N等級的速率：STM-1 155.520Mb/sSTM-4 622.080Mb/s STM-16 2488.320Mb/s STM-64 9953.280Mb/sSTM-256 39813.12 Mb

14、/s（2）幀結(jié)構(gòu) SDH的幀結(jié)構(gòu)：共有9行，270×N列 圖5-2 STM-N的幀結(jié)構(gòu)結(jié)論：SDH的幀結(jié)構(gòu)為一種塊狀幀結(jié)構(gòu)， 幀周期為125s。幀結(jié)構(gòu)的區(qū)域劃分：三個(gè)區(qū)域：段開銷（SOH）區(qū)（RSOH+MSOH）管理單元指針。信息凈負(fù)荷區(qū)（包括POH+有效信息）3、SDH中的基本復(fù)用、映射結(jié)構(gòu)（1）SDH復(fù)用結(jié)構(gòu)SDH的復(fù)用結(jié)構(gòu)是由一些基本復(fù)用單元組成的有若干中間復(fù)用步驟的復(fù)用結(jié)構(gòu)與過程?；緩?fù)用單元復(fù)用單元實(shí)際上是一種信息結(jié)構(gòu)。常用的復(fù)用單元有容器（C）、虛容器（VC）、管理單元（AU）、管理單元組（AUG）、支路單元（TU）、支路單元組（TUG）等。·容器C概念：它是一

15、種裝載各種速率業(yè)務(wù)信號的信息結(jié)構(gòu).容器種類：5種標(biāo)準(zhǔn)容器。C-11 1.544Mb/s C-12 2.048Mb/s C-2 6.312Mb/s C-3 34.368(或44.736)Mb/s C-4 139.264Mb/s 我國SDH復(fù)用結(jié)構(gòu)說明： 復(fù)用： 映射： 定位：結(jié)論：支持三種支路接口2Mb/s、34Mb/s和140Mb/s。說明：關(guān)于通道、復(fù)用段、再生段的說明REGREGTMTM圖5-5 SDH傳輸系統(tǒng)中通道、復(fù)用段、再生段間的關(guān)系 5、SDH網(wǎng)元 SDH網(wǎng)絡(luò)的基本網(wǎng)絡(luò)單元：TM、ADM、DXC、REG四種 6、SDH光傳輸系統(tǒng)（1） 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 最基本結(jié)構(gòu)（2） 自愈環(huán) 單向環(huán)與雙

16、向環(huán)： 通道環(huán)與復(fù)用環(huán)：（3）網(wǎng)絡(luò)誤碼性能 技術(shù)指標(biāo)：ESR、SESR、BBE 7、SDH傳送網(wǎng)第3部分 基于WDM的光傳送網(wǎng)主要內(nèi)容： ·光波分復(fù)用的概念及特點(diǎn)·波分復(fù)用系統(tǒng)1、光波分復(fù)用的概念及特點(diǎn) （1）基本概念 WDM光波分復(fù)用是指將兩種或多種各自攜帶有大量信息的不同波長的光載波信號，在發(fā)射端經(jīng)復(fù)用器匯合，并將其耦合到同一根光纖中進(jìn)行傳輸，在接收端通過解復(fù)用器對各種波長的光載波信號進(jìn)行分離，然后由光接收機(jī)做進(jìn)一步的處理，使原信號復(fù)原。分類：DWDM：波長間隔0.82nmCWDM：波長間隔10nmWDM： 2、波分復(fù)用系統(tǒng)（1）WDM系統(tǒng)要求 G.655非零色散位移單

17、模光纖非零色散單模光纖（2）波分復(fù)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 圖5-14 WDM系統(tǒng)總體結(jié)果示意圖（3）WDM系統(tǒng)的基本應(yīng)用形式 (4) WDM網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵設(shè)備 OTM光終端復(fù)用器 功能：上下波長OADM的功能 OXC 3、基于WDM的光傳送網(wǎng) （1）WDM光傳送網(wǎng)分層結(jié)構(gòu)圖 5-27 WDM光傳送網(wǎng)的功能分層模型圖光通道層所接收的信號來自電通道層光復(fù)用段層主要負(fù)責(zé)為兩個(gè)相鄰波長復(fù)用器之間的多波長信號提供連接功能。光傳輸段層為各種不同類型的光傳輸媒質(zhì)（如G.652、G.653、G.655光纖）上所攜帶的光信號提供傳輸。說明：光層：光通道層、光復(fù)用段層和光傳輸段層構(gòu)成。（2）光通道網(wǎng)絡(luò) 光通道網(wǎng)絡(luò)是基于波長路由的

18、網(wǎng)絡(luò).它是根據(jù)光波長來識別每一個(gè)光通道，并可以在光域上完成基于波長路由的光信號處理。 光通道層的邏輯功能模型 圖 5-28 WDM 光傳送網(wǎng)的邏輯功能塊圖各部分功能：光復(fù)用段保護(hù)、光通道連接。第4部分 基于SDH的多業(yè)務(wù)傳送平臺(MSTP) 主要內(nèi)容：MSTP的基本概念及特點(diǎn) MSTP中的關(guān)鍵技術(shù)·級聯(lián)·鏈路容量調(diào)整方案(LCAS)·通用成幀（GFP）協(xié)議 多業(yè)務(wù)傳送平臺4.1 MSTP的基本概念及特點(diǎn)1、MSTP的基本概念MSTP是指能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)TDM、ATM、以太網(wǎng)等業(yè)務(wù)的接入、處理和傳送功能，并能提供統(tǒng)一網(wǎng)管的、基于SDH的平臺?；赟DH的多業(yè)務(wù)傳送平臺的功能模型：2、MSTP的技術(shù)特點(diǎn)：4.2 MSTP中的關(guān)鍵技術(shù)一、級聯(lián)與虛級聯(lián)1、級聯(lián)與虛級聯(lián)的概念概念：級聯(lián)是一種組合