第5章光纖通信

1、第第5章光纖通信章光纖通信 本章學(xué)習(xí)要點(diǎn)本章學(xué)習(xí)要點(diǎn) 1、光纖通信系統(tǒng)的概念及組成 2、光纖、光纜、光發(fā)送機(jī)與光接收機(jī) 3、同步數(shù)字系列SDH的概念及原理 4、光波分復(fù)用（WDM）的概念及原理 5、MSTP的概念、原理及應(yīng)用 6、ASON的概念、原理及應(yīng)用 5.1 光纖通信概述光纖通信概述 5.2 光纖通信系統(tǒng)光纖通信系統(tǒng) 5.3 同步數(shù)字系列（同步數(shù)字系列（SDH） 5.4光波分復(fù)用（光波分復(fù)用（WDM） 5.5多業(yè)務(wù)傳送平臺（多業(yè)務(wù)傳送平臺（MSTP） 5.6 自動交換光網(wǎng)絡(luò)（自動交換光網(wǎng)絡(luò)（ASON） 5.7 光纖孤子通信技術(shù)光纖孤子通信技術(shù) 5.8 光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢 5

2、.1 光纖通信發(fā)展的歷史和現(xiàn)狀光纖通信發(fā)展的歷史和現(xiàn)狀 探索時期的光通信探索時期的光通信 在這個時期，美國麻省理工學(xué)院利用在這個時期，美國麻省理工學(xué)院利用He - Ne激光器和激光器和CO2激光器進(jìn)行了大氣激光通信試驗(yàn)。激光器進(jìn)行了大氣激光通信試驗(yàn)。由于沒有找到由于沒有找到穩(wěn)定可靠和低損耗的傳輸介質(zhì)穩(wěn)定可靠和低損耗的傳輸介質(zhì)， 對光通信的對光通信的研究曾一度走入了低潮。研究曾一度走入了低潮。 1960年，美國人梅曼年，美國人梅曼(Maiman)發(fā)明了第一臺發(fā)明了第一臺紅寶石激光紅寶石激光器，器， 給光通信帶來了新的希望。激光器的發(fā)明和應(yīng)用，給光通信帶來了新的希望。激光器的發(fā)明和應(yīng)用， 使使沉睡

3、了沉睡了80年的光通信進(jìn)入一個嶄新的階段。年的光通信進(jìn)入一個嶄新的階段。 1880年，美國人貝爾年，美國人貝爾(Bell)發(fā)明了用發(fā)明了用光波作載波傳送話光波作載波傳送話音音的的“光電話光電話”。貝爾光電話是現(xiàn)代光通信的雛型。貝爾光電話是現(xiàn)代光通信的雛型。 原始形式的光通信原始形式的光通信:中國古代用中國古代用“烽火臺烽火臺”報警，歐洲人報警，歐洲人用旗語傳送信息。用旗語傳送信息。 5.1.2 現(xiàn)代光纖通信現(xiàn)代光纖通信 1966年，英籍華裔學(xué)者年，英籍華裔學(xué)者高錕高錕(C.K.Kao)和霍和霍克哈姆克哈姆(C.A.Hockham)發(fā)表了關(guān)于傳輸介質(zhì)新概發(fā)表了關(guān)于傳輸介質(zhì)新概念的論文，指出了利用

4、光纖念的論文，指出了利用光纖(Optical Fiber)進(jìn)行進(jìn)行信息傳輸?shù)目赡苄院图夹g(shù)途徑，奠定了現(xiàn)代光通信息傳輸?shù)目赡苄院图夹g(shù)途徑，奠定了現(xiàn)代光通信信光纖通信光纖通信的基礎(chǔ)。的基礎(chǔ)。 指明通過指明通過“原材料的提純制造出適合于原材料的提純制造出適合于長距離通信使用的低損耗光纖長距離通信使用的低損耗光纖”這一發(fā)展方這一發(fā)展方向向諾貝爾獎得主 高錕 (1933年年11月月4日日)，英國華，英國華裔科學(xué)家，生于中國上海金山裔科學(xué)家，生于中國上海金山區(qū)。光纖通訊、電機(jī)工程專家區(qū)。光纖通訊、電機(jī)工程專家。光纖之父，前香港中文大學(xué)。光纖之父，前香港中文大學(xué)校長。美國國家工程院院士、校長。美國國家工程院

5、院士、英國皇家工程科學(xué)院院士、英英國皇家工程科學(xué)院院士、英國皇家藝術(shù)學(xué)會會員和瑞典皇國皇家藝術(shù)學(xué)會會員和瑞典皇家工程科學(xué)院外籍院士，臺灣家工程科學(xué)院外籍院士，臺灣中央研究院院士。中央研究院院士。1996年當(dāng)選年當(dāng)選中國科學(xué)院外籍院士。中國科學(xué)院外籍院士。 用石英基玻璃纖維進(jìn)行長距離信息傳遞，將帶來一場通訊事業(yè)的革命，并提出當(dāng)玻璃纖維損耗率下降到20分貝/公里時，光纖通訊即可成功。 1970年，年，光纖光纖研制取得了重大突破研制取得了重大突破 1970年，年，美國康寧美國康寧(Corning)公司研制成功損耗公司研制成功損耗20dB/km的的石英光纖石英光纖。把光纖通信的研究開發(fā)推向一個新階段。

6、把光纖通信的研究開發(fā)推向一個新階段。 1972年，康寧公司高純石英多模光纖損耗降低到年，康寧公司高純石英多模光纖損耗降低到4 dB/km。 1973 年，美國貝爾年，美國貝爾(Bell)實(shí)驗(yàn)室的光纖損耗降低到實(shí)驗(yàn)室的光纖損耗降低到2.5dB/km。1974 年降低到年降低到1.1dB/km。 1976 年，日本電報電話年，日本電報電話(NTT)公司將公司將光纖損耗降低到光纖損耗降低到0.47 dB/km(波長波長1.2m)。 在以后的在以后的 10 年中，波長為年中，波長為1.55 m的光纖損耗：的光纖損耗： 1979 年是年是0.20 dB/km，1984年是年是0.157 dB/km，19

7、86 年年是是0.154 dB/km， 接近了光纖最低損耗的理論極限接近了光纖最低損耗的理論極限。 光纖通信的發(fā)展可以粗略地分為三個階段光纖通信的發(fā)展可以粗略地分為三個階段： 第一階段第一階段(19661976年年)，這是從基礎(chǔ)研，這是從基礎(chǔ)研究到商業(yè)應(yīng)用的開發(fā)時期。究到商業(yè)應(yīng)用的開發(fā)時期。 第二階段第二階段(19761986年年)，這是以，這是以提高傳提高傳輸速率和增加傳輸距離輸速率和增加傳輸距離為研究目標(biāo)和大力推廣應(yīng)為研究目標(biāo)和大力推廣應(yīng)用的大發(fā)展時期。用的大發(fā)展時期。 第三階段第三階段(19861996年年)，這是以，這是以超大容超大容量超長距離為目標(biāo)量超長距離為目標(biāo)、全面深入開展新技術(shù)

8、研究的、全面深入開展新技術(shù)研究的時期。時期。 光纖通信是以光纖通信是以光波為載頻、光導(dǎo)纖維（簡光波為載頻、光導(dǎo)纖維（簡稱光纖）為傳輸媒質(zhì)稱光纖）為傳輸媒質(zhì)的一種通信方式。的一種通信方式。圖圖 各種傳輸線路的損耗特性各種傳輸線路的損耗特性 10001001010.110 M標(biāo)準(zhǔn)同軸38 mm海底同軸光纖100 M1 G10 G100 G1 T10 T100 T 1000 T頻率/HzM：(注)G：T：1061091012傳輸損耗/(dBkm1)51 mm波導(dǎo)器 5.1.2 光纖通信的特點(diǎn)光纖通信的特點(diǎn) 容許頻帶很寬，容許頻帶很寬，傳輸容量很大傳輸容量很大 損耗很小損耗很小， 中繼距離很長中繼距離

9、很長且且誤碼率很小誤碼率很小 重量輕、重量輕、 體積小體積小 抗電磁干擾性能好抗電磁干擾性能好 泄漏小，泄漏小， 保密性能好保密性能好 節(jié)約金屬材料，節(jié)約金屬材料， 有利于資源合理使用有利于資源合理使用 光纖通信的光纖通信的應(yīng)用應(yīng)用 光纖可以光纖可以傳輸數(shù)字信號，也可以傳輸模擬信傳輸數(shù)字信號，也可以傳輸模擬信號號。光纖在通信網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)與計算機(jī)網(wǎng)，。光纖在通信網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)與計算機(jī)網(wǎng)，以及在其它數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中，以及在其它數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中， 都得到了廣泛應(yīng)都得到了廣泛應(yīng)用。光纖用。光纖寬帶干線傳送網(wǎng)寬帶干線傳送網(wǎng)和和接入網(wǎng)接入網(wǎng)發(fā)展迅速，發(fā)展迅速， 是當(dāng)前研究開發(fā)應(yīng)用的主要目標(biāo)。是當(dāng)前研究開發(fā)應(yīng)

10、用的主要目標(biāo)。 光纖通信的各種應(yīng)用可概括如下：光纖通信的各種應(yīng)用可概括如下： 通信網(wǎng)通信網(wǎng) 構(gòu)成因特網(wǎng)的計算機(jī)局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)構(gòu)成因特網(wǎng)的計算機(jī)局域網(wǎng)和廣域網(wǎng) 有線電視網(wǎng)的干線和分配網(wǎng)有線電視網(wǎng)的干線和分配網(wǎng) 綜合業(yè)務(wù)光纖接入網(wǎng)綜合業(yè)務(wù)光纖接入網(wǎng) SDH 骨干網(wǎng) SDH 匯聚網(wǎng) PDH 網(wǎng)絡(luò)國際長途國際長途傳輸傳輸國內(nèi)長途國內(nèi)長途傳輸傳輸 本地傳輸本地傳輸海底光纜海底光纜通信通信國內(nèi)長途傳輸節(jié)點(diǎn)國內(nèi)長途傳輸節(jié)點(diǎn)國際長途傳輸節(jié)點(diǎn)國際長途傳輸節(jié)點(diǎn)本地傳輸骨干節(jié)點(diǎn)本地傳輸骨干節(jié)點(diǎn) 本地傳輸匯聚節(jié)點(diǎn)本地傳輸匯聚節(jié)點(diǎn) 陸地光纜陸地光纜通信通信中國電信光纜、微波和衛(wèi)星的立體傳送網(wǎng)中國電信光纜、微波和衛(wèi)星的立

11、體傳送網(wǎng)衛(wèi)星衛(wèi)星通信通信微波通信微波通信 5.1.3 光纖的損耗系數(shù)隨著波長而變化光纖的損耗系數(shù)隨著波長而變化，為獲得，為獲得低損耗特性，光纖通信選用的波長范圍在低損耗特性，光纖通信選用的波長范圍在 0.81.8m，并稱并稱0.81.0m為短波長波為短波長波段，段，1.01.8m為長波長波段。為長波長波段。 目前光纖通信實(shí)用的波長目前光纖通信實(shí)用的波長即短波長段的即短波長段的0.85m、長波長波段的長波長波段的1.31m和和1.55m，通常稱其為是目前光纖通信的通常稱其為是目前光纖通信的三個實(shí)用窗三個實(shí)用窗口?？凇?.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5衰減（衰減

12、（dB/km）第一窗口第一窗口第二窗口第二窗口波長波長（m）普通單模光纖的普通單模光纖的衰減隨波長衰減隨波長變化示意圖變化示意圖6 5 4 3 2 10。40。2第三窗口第三窗口 C 波段波段15251565nm 1.57 1.62 L波段波段5.2光纖通信系統(tǒng)光纖通信系統(tǒng) 5.2.1光纖與光纜光纖與光纜 (1) 光纖分類與結(jié)構(gòu) (2) 光纖中光波傳輸原理 (3) 光纖的損耗特性 (4) 光纖的色散特性 (5)光纜結(jié)構(gòu)與分類 光纖的結(jié)構(gòu)和分類光纖的結(jié)構(gòu)和分類光纖由光纖由纖芯和包層兩部分纖芯和包層兩部分組成，組成，纖芯纖芯完成光信號的傳輸，包層是為了將光信完成光信號的傳輸，包層是為了將光信號封閉

13、在纖芯中并保護(hù)纖芯號封閉在纖芯中并保護(hù)纖芯。纖芯和包。纖芯和包層的層的折射率不同折射率不同，設(shè)纖芯、包層的折射，設(shè)纖芯、包層的折射率分別為率分別為n1、n2,則則n1n2。 一、一、 光纖的結(jié)構(gòu)光纖的結(jié)構(gòu) 目前通信用的光纖大多采用石英玻璃目前通信用的光纖大多采用石英玻璃(SiO)制成的橫截面很小的雙層同心圓柱體，未經(jīng)制成的橫截面很小的雙層同心圓柱體，未經(jīng)涂涂覆和套塑時稱為裸光纖，如圖所示。覆和套塑時稱為裸光纖，如圖所示。 光纖與光纜光纖與光纜 1.光纖的結(jié)構(gòu)光纖的結(jié)構(gòu) 石英玻璃、塑料石英玻璃、塑料或晶體或晶體 纖芯纖芯(折射率大折射率大)和包層和包層 全反射全反射光纖的分類光纖的分類 按工作波

14、長：按工作波長： 短波長短波長(850nm)和和長波長長波長(1310nm、1550nm)按傳輸模式按傳輸模式(根據(jù)光纖中傳輸模式數(shù)量的不同根據(jù)光纖中傳輸模式數(shù)量的不同)： 多模光纖和多模光纖和單模光纖單模光纖按折射率分布：按折射率分布： 階躍階躍(突變突變)型型(SI)、漸變漸變(梯度梯度)型型(GI)和和W型型按材料：按材料： 石英光纖石英光纖、塑料光纖等、塑料光纖等 光纖的分類光纖的分類 1. 按照光纖橫截面上折射率分布不同來分按照光纖橫截面上折射率分布不同來分 (1) 階躍型光纖（階躍型光纖（突變型多模光纖）突變型多模光纖） (2) 漸變型光纖漸變型光纖 圖 三種基本類型的光纖(a)

15、突變型多模光纖突變型多模光纖； (b) 漸變型多模光纖；漸變型多模光纖； （c） 單模光纖單模光纖 橫截面2a2brn折射率分布纖芯包層AitAot(a)輸入脈沖光線傳播路徑輸出脈沖50 m125mrnAitAot(b) 10 m125mrnAitAot(c) 2. 按照傳輸?shù)目偰?shù)來分按照傳輸?shù)目偰?shù)來分 所謂模式，實(shí)質(zhì)上是電磁場的一種分布形所謂模式，實(shí)質(zhì)上是電磁場的一種分布形式。模式不同，其分布不同，根據(jù)光纖中傳輸式。模式不同，其分布不同，根據(jù)光纖中傳輸模式數(shù)量來分，可分為單模光纖和多模光纖。模式數(shù)量來分，可分為單模光纖和多模光纖。 (1) 單模光纖單模光纖(SM-Single mode

16、fiber) (2) 多模光纖多模光纖(MM-Multi mode fiber) 多模光纖 62.5/125 m 的光纖的光纖 典型距離達(dá)典型距離達(dá)5英里英里 用于用于： CCTV 門禁控制系統(tǒng)門禁控制系統(tǒng) 內(nèi)部通訊內(nèi)部通訊單模光纖 無限帶寬無限帶寬 810 m 典型距離超過典型距離超過5英里英里 用于用于： 長途電信長途電信 長途電視監(jiān)控及多路切換長途電視監(jiān)控及多路切換 共用天線電視系統(tǒng)共用天線電視系統(tǒng)光傳播的基本知識光傳播的基本知識n n1 1n n2 2n n1 1 n n2 2n n1 1n n2 2臨界角臨界角90900 0臨界角臨界角n n1 1n n2 2全反射全反射入射角入射角

17、= =反射角反射角1 12 2產(chǎn)生全反射的條件：n1n2 90臨界角 圖 突變型多模光纖的光線傳播原理321y1lLxoc23纖芯n1包層n2zc11. 突變型多模光纖突變型多模光纖 設(shè)設(shè)和和折射率分別為折射率分別為n1和和n2，空氣的折，空氣的折射率射率n0=1， 纖芯中心軸線與纖芯中心軸線與z軸一致，軸一致， 如下圖。如下圖。 光線在光纖端面以小角度光線在光纖端面以小角度從空氣入射到纖芯從空氣入射到纖芯(n0n2)。 改變角度改變角度，不同，不同相應(yīng)的光線將在相應(yīng)的光線將在與與交界面交界面發(fā)生反射或折射。發(fā)生反射或折射。 根據(jù)根據(jù)全反射原理全反射原理， 存在一個臨界角存在一個臨界角c。 當(dāng)

18、當(dāng)c時，相應(yīng)的光線將在交界面折射進(jìn)入時，相應(yīng)的光線將在交界面折射進(jìn)入并逐并逐漸消失，如光線漸消失，如光線3。 由此可由此可見，只有在半錐角為見，只有在半錐角為c的圓錐內(nèi)入射的光束的圓錐內(nèi)入射的光束才能在光纖中傳播。才能在光纖中傳播。 光纖的傳輸特性光纖的傳輸特性 1.損耗損耗 光纖的傳輸損耗是影響系統(tǒng)傳輸距離的重要光纖的傳輸損耗是影響系統(tǒng)傳輸距離的重要因素，光纖自身的損耗主要有吸收損耗和散射因素，光纖自身的損耗主要有吸收損耗和散射損耗。損耗。 吸收損耗吸收損耗是光波通過光纖材料時，是光波通過光纖材料時，有一部有一部分光能變成熱能，造成光功率的損失分光能變成熱能，造成光功率的損失。 散射損耗散射

19、損耗是由于光纖的材料、形狀、折射是由于光纖的材料、形狀、折射率分布等的缺陷或率分布等的缺陷或不均勻，使光纖中傳導(dǎo)的光不均勻，使光纖中傳導(dǎo)的光發(fā)生散射，發(fā)生散射，由此產(chǎn)生的損耗為散射損耗由此產(chǎn)生的損耗為散射損耗。光纖色散(Dispersion)v由于光纖中色散的存在，會使得輸入由于光纖中色散的存在，會使得輸入脈沖在傳輸過程中展寬，產(chǎn)生碼間干脈沖在傳輸過程中展寬，產(chǎn)生碼間干擾，增加誤碼率。擾，增加誤碼率。它是限制傳輸速率它是限制傳輸速率的主要因素。的主要因素。散射 由于光線的基本結(jié)構(gòu)不完美，引起的光能量損由于光線的基本結(jié)構(gòu)不完美，引起的光能量損失，失，此時光的傳輸不再具有很好的方向性。此時光的傳輸

20、不再具有很好的方向性。 簡單地說，光纖的色散就是由于光纖中光信號簡單地說，光纖的色散就是由于光纖中光信號中的中的不同頻率成分不同頻率成分或不同的模式，或不同的模式，在光纖中傳在光纖中傳輸時，由于速度的不同而使得傳播時間不同輸時，由于速度的不同而使得傳播時間不同，因此造成光信號中的不同頻率成分或不同模式因此造成光信號中的不同頻率成分或不同模式到達(dá)光纖終端有先有后，從而產(chǎn)生到達(dá)光纖終端有先有后，從而產(chǎn)生波形畸變的波形畸變的一種現(xiàn)象。一種現(xiàn)象。 光線光線缺陷缺陷 3.非線性效應(yīng)非線性效應(yīng) 光纖通信中，激光器輸出的高功率導(dǎo)致光纖通信中，激光器輸出的高功率導(dǎo)致光纖的非線性極為顯著。光纖的非線性極為顯著。

21、非線性效應(yīng)：在非線性效應(yīng)：在輸出端可以產(chǎn)生輸入端輸出端可以產(chǎn)生輸入端所沒有的新的頻率分量所沒有的新的頻率分量。光纖的傳輸性能光纖的傳輸性能1. 1. 衰減衰減( (LossLoss) )(1)(1)衰減衰減( (dBdB ) ) 衰減是光纖的一個重要傳輸參數(shù)。它衰減是光纖的一個重要傳輸參數(shù)。它表明了光纖對光能量的傳輸損耗，對光表明了光纖對光能量的傳輸損耗，對光纖質(zhì)量的評定和對光纖通信系統(tǒng)的中繼纖質(zhì)量的評定和對光纖通信系統(tǒng)的中繼距離的確定都起著十分重要的作用，其距離的確定都起著十分重要的作用，其評定量綱為評定量綱為dBdB。 (2)(2)衰減系數(shù)衰減系數(shù)( (dB/kmdB/km) ) 衰減系數(shù)

22、定義為單位長度光纖引衰減系數(shù)定義為單位長度光纖引 起起的光功率衰減，其評定量綱為的光功率衰減，其評定量綱為dB/KmdB/Km。光纜 按芯數(shù)分為單芯、雙按芯數(shù)分為單芯、雙芯、多芯芯、多芯 按敷設(shè)場合分為架空按敷設(shè)場合分為架空、直埋、管道、移動、直埋、管道、移動、室內(nèi)、水下、海底、室內(nèi)、水下、海底等等 按用途分為通信用光按用途分為通信用光纜和非通信用光纜纜和非通信用光纜加強(qiáng)加強(qiáng)元件元件加強(qiáng)加強(qiáng)元件元件加強(qiáng)加強(qiáng)元件元件加強(qiáng)加強(qiáng)元件元件加強(qiáng)加強(qiáng)元件元件光纖光纖 5.2.2光纖通信系統(tǒng)的組成光纖通信系統(tǒng)的組成電信號電信號電端電端機(jī)機(jī)發(fā)光端發(fā)光端機(jī)機(jī)光中繼光中繼器器收光端收光端機(jī)機(jī)電端機(jī)電端機(jī)電信號電信

23、號光光纜纜光光纜纜 (1)光發(fā)送機(jī)光發(fā)送機(jī) (2)光接收機(jī)光接收機(jī) (3)光中繼器光中繼器 (4)光放大器光放大器 光發(fā)射機(jī)和接收機(jī)光源 在光纖通信系統(tǒng)中在光纖通信系統(tǒng)中光源的作用是將被傳輸?shù)墓庠吹淖饔檬菍⒈粋鬏數(shù)碾娦盘栟D(zhuǎn)換為光信號送入光纖電信號轉(zhuǎn)換為光信號送入光纖，即完成電，即完成電/光光轉(zhuǎn)換任務(wù)。轉(zhuǎn)換任務(wù)。 1. LD的特性的特性 半導(dǎo)體激光器在注入電流達(dá)到一定數(shù)值（半導(dǎo)體激光器在注入電流達(dá)到一定數(shù)值（IIt）時，才發(fā)出激光；而時，才發(fā)出激光；而Im)mBnB碼又叫分組碼，是把輸入的信息碼流以碼又叫分組碼，是把輸入的信息碼流以m比特（比特（mB）分為一組，再按分為一組，再按一定規(guī)則（變一定

24、規(guī)則（變換表）變換成換表）變換成n比特（比特（nB）一組的碼組輸出一組的碼組輸出。 常用碼型：常用碼型：5B6B碼碼 0111 1111111 0110 1110110 0101 1101101 0100 1100100 0011 1011011 0010 1010010 0001 1001001 0000 10000004B3B3B和和4B的碼字的碼字 2.插入比特碼插入比特碼 這種碼型是把輸入的信息碼流按這種碼型是把輸入的信息碼流按m比比特分為一組，再在每組的特分為一組，再在每組的m位之后插位之后插入一個比特入一個比特（根據(jù)每組中奇偶校驗(yàn)結(jié)（根據(jù)每組中奇偶校驗(yàn)結(jié)果，插入奇偶校正位），組成線

25、路碼果，插入奇偶校正位），組成線路碼。 3.加擾碼加擾碼 擾碼是把已知的二進(jìn)制序列擾碼是把已知的二進(jìn)制序列按一定方按一定方法加入到信息碼流中法加入到信息碼流中，在接收端，用，在接收端，用同樣方法再恢復(fù)出原來的信息碼流同樣方法再恢復(fù)出原來的信息碼流。5.3同步數(shù)字系列（同步數(shù)字系列（SDH） 5.3.1 SDH的產(chǎn)生的產(chǎn)生 PDH技術(shù)的主要缺點(diǎn) SONET:一種有機(jī)地結(jié)合了高速大容量光纖傳輸技術(shù)和智能網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的新體制光同步傳送網(wǎng)應(yīng)運(yùn)而生。最初，這一概念是由美國貝爾通信研究所提出來的，并稱之為同步光網(wǎng)絡(luò)（SONET）。 SDH概念 PDH流行于上世紀(jì)流行于上世紀(jì)80年代，由于當(dāng)時的通年代，由于當(dāng)時

26、的通信業(yè)務(wù)量小，種類也少，所以對傳輸?shù)男栊艠I(yè)務(wù)量小，種類也少，所以對傳輸?shù)男枨罅恳蚕鄬^小。到了上世紀(jì)求量也相對較小。到了上世紀(jì)90年代，通年代，通信業(yè)務(wù)急劇上升，種類也開始繁多，慢慢信業(yè)務(wù)急劇上升，種類也開始繁多，慢慢的，原有的的，原有的PDH已經(jīng)無法滿足日益增大的已經(jīng)無法滿足日益增大的通信網(wǎng)通信網(wǎng); 因此誕生了因此誕生了SONET，SONET是由美國朗是由美國朗訊科技貝爾實(shí)驗(yàn)室制定的同步數(shù)字體系的訊科技貝爾實(shí)驗(yàn)室制定的同步數(shù)字體系的原型，后來原型，后來ITU-T（原來的原來的CCITT）在）在SONET的基礎(chǔ)上對同步傳輸?shù)母髦匪俾实幕A(chǔ)上對同步傳輸?shù)母髦匪俾蔬M(jìn)行了更進(jìn)一步的規(guī)范，就形成

27、了今天的進(jìn)行了更進(jìn)一步的規(guī)范，就形成了今天的SDH。PDH(Plesiochronous Digital Hierarchy) PDH:準(zhǔn)同步數(shù)字序列。所謂準(zhǔn)同步，就是準(zhǔn)同步數(shù)字序列。所謂準(zhǔn)同步，就是被復(fù)接的被復(fù)接的支路信號的時鐘來自不同的時鐘源支路信號的時鐘來自不同的時鐘源（即各自都有自己的時鐘）各支路信號的數(shù)（即各自都有自己的時鐘）各支路信號的數(shù)碼率都可以在標(biāo)稱值上碼率都可以在標(biāo)稱值上有偏差有偏差，各支路信號，各支路信號的時鐘和本機(jī)的的時鐘和本機(jī)的定時信號是異步的定時信號是異步的，所以準(zhǔn)，所以準(zhǔn)同步復(fù)接又稱為異步復(fù)接。同步復(fù)接又稱為異步復(fù)接。 PDH有三個系列，分別是日本系列、北美系有三個

28、系列，分別是日本系列、北美系列、歐洲系列，各系列定義的速率等級以及列、歐洲系列，各系列定義的速率等級以及速率層次各不相同。通常我們經(jīng)常用一次群速率層次各不相同。通常我們經(jīng)常用一次群（基群）、二次群、三次群、四次群以及高（基群）、二次群、三次群、四次群以及高次群來描述次群來描述PDH的速率。的速率。 二次群速率偏差范圍為二次群速率偏差范圍為 8.448Mbit/s30ppm 三次群速率偏差范圍為：三次群速率偏差范圍為：34.368Mbit/s20ppm 四次群速率偏差范圍為：四次群速率偏差范圍為：139.264Mbit/s15ppm ppm是英文是英文parts permillion的縮寫，譯意

29、是每百萬分中的一部的縮寫，譯意是每百萬分中的一部分，即表示百萬分之（幾），或稱百萬分率分，即表示百萬分之（幾），或稱百萬分率。 對于以對于以2.048 Mb/s為基礎(chǔ)速率的制式，各次群的話為基礎(chǔ)速率的制式，各次群的話路數(shù)按路數(shù)按4倍遞增，速率的關(guān)系略大于倍遞增，速率的關(guān)系略大于4倍。倍。 對于以對于以1.544 Mb/s為基礎(chǔ)速率的制式，在為基礎(chǔ)速率的制式，在3次群以次群以上，日本和北美各國又不相同，上，日本和北美各國又不相同， 看起來很雜亂。看起來很雜亂。 PDH各次群比特率相對于其標(biāo)準(zhǔn)值有一個規(guī)定的各次群比特率相對于其標(biāo)準(zhǔn)值有一個規(guī)定的容差，而且是異源的，通常采用容差，而且是異源的，通常采

30、用正碼速調(diào)整正碼速調(diào)整方法方法實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)同步復(fù)用準(zhǔn)同步復(fù)用。 1次群至次群至4次群接口比特率早在次群接口比特率早在1976年就實(shí)現(xiàn)了標(biāo)年就實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化，并得到各國廣泛采用。準(zhǔn)化，并得到各國廣泛采用。 PDH主要適用于中、低速率點(diǎn)對點(diǎn)的傳輸。主要適用于中、低速率點(diǎn)對點(diǎn)的傳輸。PDH的固有缺陷：的固有缺陷： 作為傳統(tǒng)的數(shù)字傳輸體制，作為傳統(tǒng)的數(shù)字傳輸體制，PDH具有具有以以 下固有的缺陷：下固有的缺陷：1、接口方面、接口方面 電接口電接口只有地區(qū)性的電接口規(guī)范，只有地區(qū)性的電接口規(guī)范，無無 世界標(biāo)準(zhǔn)。世界標(biāo)準(zhǔn)。造成國際間互通困難。造成國際間互通困難。 PDH有有3種速率等級：歐洲和中國種速率等級：

31、歐洲和中國（2Mb/s）、日本、北美（）、日本、北美（1.5Mb/s）。）。 光接口光接口無光接口規(guī)范，各廠家獨(dú)自無光接口規(guī)范，各廠家獨(dú)自開發(fā)。開發(fā)。在同一數(shù)字等級上光接口的信號在同一數(shù)字等級上光接口的信號速率不一樣。速率不一樣。 設(shè)備間互連困難設(shè)備間互連困難從高速信號插從高速信號插/分低速信號要一級一級進(jìn)行，分低速信號要一級一級進(jìn)行，層層的復(fù)用層層的復(fù)用/解復(fù)用增加了信號的損傷，不利于大解復(fù)用增加了信號的損傷，不利于大容量傳輸。容量傳輸。140Mb/s34Mb/s34Mb/s8Mb/s8Mb/s2Mb/s解解解復(fù)復(fù)復(fù)用用用復(fù)復(fù)復(fù)用用用140Mb/s 2、復(fù)用方式：、復(fù)用方式： 復(fù)用復(fù)用/解復(fù)

32、用的方式，決定高速信號上解復(fù)用的方式，決定高速信號上/下低速下低速 信號的方便性。信號的方便性。 PDH采用異步復(fù)用方式：采用異步復(fù)用方式： 低速信號在高速信號中的位置無規(guī)律性，即無低速信號在高速信號中的位置無規(guī)律性，即無 預(yù)知性，即不能從高速信號中直接分離低速信號。預(yù)知性，即不能從高速信號中直接分離低速信號。3、運(yùn)行維護(hù)功能（、運(yùn)行維護(hù)功能（OAM）：）： OAM決定設(shè)備維護(hù)成本，與信號幀中開銷（冗余）決定設(shè)備維護(hù)成本，與信號幀中開銷（冗余） 字節(jié)的數(shù)量有關(guān)；字節(jié)的數(shù)量有關(guān)； PDH信號幀中用于信號幀中用于OAM的開銷少，的開銷少，OAM功能弱，功能弱， 系統(tǒng)安全性差系統(tǒng)安全性差4、無統(tǒng)一的

33、網(wǎng)管接口，無法形成統(tǒng)一的、無統(tǒng)一的網(wǎng)管接口，無法形成統(tǒng)一的TMN因此，因此，PDH體制不適應(yīng)大容量傳輸網(wǎng)的組建，體制不適應(yīng)大容量傳輸網(wǎng)的組建，SDH體制應(yīng)運(yùn)而升。體制應(yīng)運(yùn)而升。1.5Mbit/s2Mbit/s日本系列北美系列歐洲系列1.6Gbit/s400Mbit/s100Mb/s32Mbit/s6.3Mbit/s*4*4*3*5*4*46.3Mbit/s*745Mbit/s274Mbit/s*6*48Mbit/s*434Mbit/s*4130Mbit/s*4565Mbit/s準(zhǔn)同步數(shù)字系列（PDH)同步數(shù)字體系（SDH） SDH(Synchronous Digital Hierarchy)

34、所謂SDH是一套可進(jìn)行同步信息傳輸、復(fù)用、分插和交叉連接的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)字信號的結(jié)構(gòu)等級。 北美的同步光網(wǎng)絡(luò)（SONET） 1988年CCITT（現(xiàn)ITU-T）重新命名為SDH，使之成為不僅適用于光纖，也適用于微波和衛(wèi)星傳輸?shù)募夹g(shù)體制。SDH的特點(diǎn) 具有世界范圍內(nèi)統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接口。具有世界范圍內(nèi)統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接口。 有一套標(biāo)準(zhǔn)化的信息結(jié)構(gòu)等級，稱為同步傳輸模塊有一套標(biāo)準(zhǔn)化的信息結(jié)構(gòu)等級，稱為同步傳輸模塊STM-1，STM-4，STM-16，STM-64，速率分別是速率分別是155.520Mbit/s, 622.080Mbit/s, 2448.320Mbit/s, 9953.280Mbit/s 頁面

35、式的幀結(jié)構(gòu)頁面式的幀結(jié)構(gòu). 采用了同步復(fù)用和靈活的復(fù)用映射結(jié)構(gòu)采用了同步復(fù)用和靈活的復(fù)用映射結(jié)構(gòu),使低階信號和高階使低階信號和高階信號的復(fù)用信號的復(fù)用/解復(fù)用一次到位解復(fù)用一次到位,簡化了傳輸處理設(shè)備的品種和簡化了傳輸處理設(shè)備的品種和數(shù)量數(shù)量. 既能兼容現(xiàn)存的各種既能兼容現(xiàn)存的各種PDH系列系列,又充分考慮了未來新業(yè)務(wù)的又充分考慮了未來新業(yè)務(wù)的發(fā)展發(fā)展. 采用了指針調(diào)整技術(shù)采用了指針調(diào)整技術(shù). 引入了引入了“虛容器虛容器”的概念的概念. 采用了分插復(fù)用器采用了分插復(fù)用器(ADM)和數(shù)字交叉連接和數(shù)字交叉連接(DXC)等設(shè)備等設(shè)備. 5.3.2 SDH的特點(diǎn)的特點(diǎn) 歸納起來，SDH最為核心的有三

36、大特點(diǎn) ： (1)同步復(fù)用 (2)強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)管理能力 (3)統(tǒng)一的光接口及復(fù)用標(biāo)準(zhǔn) 5.3.3 SDH幀結(jié)構(gòu)幀結(jié)構(gòu) AU PTRSOH9*270*N字節(jié)SOHSTM-N(Payload)9*N261*N270*N列STM-N幀結(jié)構(gòu)(含POH)SOH：段開銷AU PTR：管理單元指針POH：通道開銷 5.3.4 SDH復(fù)用原理復(fù)用原理 SDH的一般復(fù)用結(jié)構(gòu)是由一些基本復(fù)用映射單元組成的，有若干個中間復(fù)用步驟的復(fù)用結(jié)構(gòu)，具有一定頻差的各種支路的業(yè)務(wù)信號要想復(fù)用進(jìn)STM-N幀都要經(jīng)歷映射、定位校準(zhǔn)和復(fù)用三個步驟。幀結(jié)構(gòu)的組成 （1）信息凈負(fù)荷區(qū)域（payload）存放待傳送的各種信息碼(待傳的低速信

37、號)的地方，其中包含少量用于通道性能監(jiān)視、管理和控制的通道開銷字節(jié)（POH）。 信息凈負(fù)荷區(qū)相當(dāng)于STM-N這輛運(yùn)貨車的車箱，車箱內(nèi)裝載的貨物就是經(jīng)過打包的低速信號待運(yùn)輸?shù)呢浳铩榱藢?shí)時監(jiān)測貨物（打包的低速信號）在傳輸過程中是否有損壞，在將低速信號打包的過程中加入了監(jiān)控開銷字節(jié)通道開銷（POH）字節(jié)。何謂通道, 段？ 舉例: STM-1信號可復(fù)用進(jìn)632Mbit/s的信號，那么換一種說法可將STM-1信號看成一條傳輸大道，那么在這條大路上又分成了63條小路，每條小路通過相應(yīng)速率的低速信號，那么每一條小路就相當(dāng)于一個低速信號通道，通道開銷的作用就可以看成監(jiān)控這些小路的傳送狀況了。 這63個2M通

38、道復(fù)合成了STM-1信號這條大路此處可稱為“段”了。段開銷(SOH:Section Overhead) 所謂段開銷是指為保證信息正常、靈活、有效地傳送所必須附加的字節(jié)，它主要用于網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行、管理、維護(hù)及指配（OAM&P）。 再生段開銷(RSOH) 復(fù)用段開銷(MSOH) 通道開銷（POH） 低階通道開銷（LPOH） 高階通道開銷（HPOH） 段開銷（SOH）STM-1段開銷的字節(jié)安排如下圖所示，段字節(jié)豐富，SOH的字節(jié)描述如下：（1）幀定位字節(jié):A1、A2（2）再生段蹤跡字節(jié)：J0:跟蹤通道連接情況（3）數(shù)據(jù)通信通路（DCC）:D1D12：為網(wǎng)管提供專用通路；（4）公務(wù)聯(lián)絡(luò)字節(jié):E1（再生段開

39、銷）、E2（復(fù)用段開銷）（5）使用者通路字節(jié):F1（6）比特間插奇偶校驗(yàn)8位碼（BIP-8）:B1（用在再生段誤碼檢測）圖2-8-6 STM-1 SOH字節(jié)安排POH VS SOH 段開銷可進(jìn)行對STM-N這輛運(yùn)貨車中的所有貨物在運(yùn)輸中是否有損壞進(jìn)行監(jiān)控， POH的作用是當(dāng)車上有貨物損壞時，通過它來判定具體是哪一件貨物出現(xiàn)損壞。 SOH完成對貨物整體的監(jiān)控，POH是完成對某一件特定的貨物進(jìn)行監(jiān)控。 當(dāng)然，SOH和POH還有一些管理功能。 v(3) 管理單元指針(AU PTR)。管理單元指針是一種指示符， 主要用于指示Payload第一個字節(jié)在幀內(nèi)的準(zhǔn)確位置(相對于指針位置的偏移量)。 采用指針

40、技術(shù)是SDH的創(chuàng)新，結(jié)合虛容器(VC)的概念， 解決了低速信號復(fù)接成高速信號時，由于小的頻率誤差所造成的載荷相對位置漂移的問題?；緩?fù)用映射單元 容器（C） 虛容器（VC） 支路單元（TU） 支路單元組（TUG） 管理單元（AU） 管理單元組（AUG） 同步傳送模塊（STM-N） VC-12 VC-3POHC-3 ( 34/45Mb/s )85列POHC-12 ( 2Mb/s )4列9行復(fù)用與映射復(fù)用與映射第 25 頁VC12VC2VC：是SDH中最重要的一種信息結(jié)構(gòu)?？稍谕ǖ乐腥我稽c(diǎn) 取出或插入，進(jìn)行同步復(fù)用或交叉連接處理，方便靈活。SOHVC3 SDH復(fù)用映射結(jié)構(gòu)復(fù)用映射結(jié)構(gòu) * 圖2-2

41、2 SDH復(fù)用映射結(jié)構(gòu) STM-N TU-12 C-11 TU-12 TU-2 VC-12 VC-3 VC-2 C-3 TUG-2 TUG-3 AU-3 AUG AU-4 VC-4 N 1 C-4 TU-3 VC-3 C -12 VC-11 3 3 7 7 1 3 4 5.3.5 SDH網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò) SDH不僅適合于點(diǎn)對點(diǎn)傳輸，而且適合于多點(diǎn)之間的網(wǎng)絡(luò)傳輸。 下圖所示：SDH傳輸網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。傳輸網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 SDH傳輸網(wǎng)傳輸網(wǎng)由SDH終接設(shè)備（終接設(shè)備（TM)、分插復(fù)用分插復(fù)用設(shè)備設(shè)備ADM、數(shù)字交叉連接設(shè)備數(shù)字交叉連接設(shè)備DXC等網(wǎng)絡(luò)單元以及連接它們的(光纖)物理鏈路構(gòu)成。圖SDH拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

42、圖2-8-2SDH網(wǎng)絡(luò)單元示意圖網(wǎng)絡(luò)單元示意圖圖圖 SDH傳輸網(wǎng)的典型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)傳輸網(wǎng)的典型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)TMADMDXCADMTMTMTMADMSTM-nSTM-nDXCADMTMSTM-NSTM-NSTM-NSTM-NSTM-NSTM-NSTM-NSTM-nSTM-n低速信號低速信號低速信號低速信號(nN) 5.3.5 SDH網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò) 二纖單向復(fù)用段倒換環(huán) DACBP1S1C-A A-CC-A A-CS1P1(a)DACBP1S1C-A A-CC-A A-CS1P1(b)倒換圖2-25 光纖單向復(fù)用段倒換環(huán)5.4光波分復(fù)用（光波分復(fù)用（WDM） 5.4.1 WDM的產(chǎn)生的產(chǎn)生 5.4.2 WDM的

43、概念 5.4.3 WDM的特點(diǎn)的特點(diǎn) 5.4.4WDM系統(tǒng)的基本應(yīng)用形式 WDM的概念的概念高速路加油站巡邏車什么是波分復(fù)用？Wavelength Division multiplexingEach wavelength is like a separate channel (fiber)把不同波長的光信號復(fù)用到一根光纖中進(jìn)行傳送的方式統(tǒng)稱把不同波長的光信號復(fù)用到一根光纖中進(jìn)行傳送的方式統(tǒng)稱為波分復(fù)用。為波分復(fù)用。每個波段作為一個獨(dú)立的通道來傳輸每個波段作為一個獨(dú)立的通道來傳輸某一特定波長的光信號。光波分復(fù)用的實(shí)質(zhì)是在某一特定波長的光信號。光波分復(fù)用的實(shí)質(zhì)是在光纖上進(jìn)行光頻分復(fù)用，只是因?yàn)楣獠?/p>

44、通常采用光纖上進(jìn)行光頻分復(fù)用，只是因?yàn)楣獠ㄍǔ２捎貌ㄩL來描述、監(jiān)測和控制。波長來描述、監(jiān)測和控制。 121 2 nWDM概念Wavelength Division Multiplexing Passive/active devices are needed to combine, distribute, isolate and amplify optical power at different wavelengths 由于系統(tǒng)設(shè)計的不同，每個波長之間的間隔寬度也會有差別，按照通道間隔的差異，可以細(xì)分: （，通道間隔25） （，3.2通道間隔25 ） （，通道間隔3.2）。 波分復(fù)用系統(tǒng)的基本

45、形式波分復(fù)用系統(tǒng)的基本形式 WDM系統(tǒng)主要有如下的兩種形式：系統(tǒng)主要有如下的兩種形式： 1.雙纖單向傳輸雙纖單向傳輸 單向單向WDM是指所有光波長同時在一根光纖是指所有光波長同時在一根光纖上上沿同一方向傳送沿同一方向傳送（如圖（如圖 所示）；所示）； 在發(fā)送端將載有各種信息的、具有在發(fā)送端將載有各種信息的、具有不同波長不同波長的已調(diào)光信號的已調(diào)光信號1，2，3，4，n通過通過光復(fù)用器組合在一起，并在一根光纖中單向光復(fù)用器組合在一起，并在一根光纖中單向傳輸。傳輸。 由于各信號是通過不同光波長攜帶的，因而由于各信號是通過不同光波長攜帶的，因而彼此之間不會混淆。彼此之間不會混淆。 在接收端通過光解復(fù)

46、用器將不同波長的信在接收端通過光解復(fù)用器將不同波長的信號分開，號分開， 完成多路光信號傳輸?shù)娜蝿?wù)完成多路光信號傳輸?shù)娜蝿?wù)。圖圖 雙纖單向傳輸?shù)碾p纖單向傳輸?shù)腤DM系統(tǒng)系統(tǒng) 2.單纖雙向傳輸單纖雙向傳輸單纖雙向傳輸如圖單纖雙向傳輸如圖 所示。所示。 雙向：不同光波長在一根光纖上雙向：不同光波長在一根光纖上同時向兩個同時向兩個不同的方向傳輸不同的方向傳輸，但是兩個方向所用的，但是兩個方向所用的波長波長相互分開相互分開，以實(shí)現(xiàn)兩個方向的，以實(shí)現(xiàn)兩個方向的全雙工通信全雙工通信。 單向單向WDM系統(tǒng)在開發(fā)和應(yīng)用方面都比較廣系統(tǒng)在開發(fā)和應(yīng)用方面都比較廣泛。泛。 雙向雙向WDM系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是只使用一根光纖和系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是只使用一根光纖和較少的光纖放大器，但同時較少的光纖放大器，但同時對系統(tǒng)的要求也對系統(tǒng)的要求也高（缺點(diǎn)）。高（缺點(diǎn)）。圖圖 單纖雙向傳輸?shù)膯卫w雙向傳輸?shù)腤DM系統(tǒng)系統(tǒng)5.5 多業(yè)務(wù)傳送平臺（多業(yè)務(wù)傳送平臺（MSTP） 5.5.1 MSTP的產(chǎn)生 5.5.2 MSTP的基本概念 （1）廣義MSTP技術(shù) （2）狹義MSTP技術(shù) MSTP（Multi-Service Transfer Platform）（基于SDH 的多業(yè)務(wù)傳送平臺）是指基于SDH 平臺同時實(shí)現(xiàn)TDM、ATM、以太