2017年春季學(xué)期《光網(wǎng)絡(luò)》教案

1、光網(wǎng)絡(luò)教案 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WDMfi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：光網(wǎng)絡(luò)（光傳送網(wǎng)）是在光通道層上實現(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

2、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:（幻直拱Ifl婀自動功疝挖刎一I心俯楣（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II、躍遷過程中不產(chǎn)生新的光子。受激輻射的概念及特點：概念：處于高能級E2上的電子受到外來光子的作用，外來光子的能量 hf E2 Ei躍遷：電子從高能級e 2躍遷到低能級Ei同時產(chǎn)生一個新的光子，其能量hf E2 EiI、外界光子（外來光子的能量hf E2 Ei）的作用的條件下，進(jìn)行受激躍遷II、

3、新產(chǎn)生的一個光子全同光子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MiM2 自發(fā)輻射:. l，l0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：J R 3工3-工工上(ME1*自工一舞1,0 -/0.5 M !_ ,.SO tiI足賞一件電詼ItriA)E3 ie微衽器/出特性曲就閾值電流：當(dāng)外加電流達(dá)到某一數(shù)值時，輸出光功率將急劇增加, 將產(chǎn)生激光振蕩，此時的外加電流被稱為 。用符號It表示。結(jié)論：當(dāng)I It時，激光器發(fā)出的是熒光當(dāng)I It時，激光器產(chǎn)生激光光譜特性：3 10加KfrMq<*1匹手懈詢寸0KM謾時節(jié)卜*(b)他于。畫封

4、33 J H GQ號盤法的昨光帶*.案荏調(diào)制特性MS) 1140隙如由的里沖慧也戰(zhàn)(h：落楂青田史詔圖W £火四硝.光器的我型愉出演2、 光接收機(jī)(1)光接收機(jī)的結(jié)構(gòu)及各部分的功能光纖-0JSL器fa上均衡器時熱悚w電路若警交換圖回。數(shù)字光纖遞信接收光端機(jī)方框解時鐘恢復(fù)電路：信號碼型：NRZ信號頻譜密度：NRZ功率譜中無時鐘頻率成分。RZ功率譜中有時鐘頻率成分。技術(shù)指標(biāo)：接收靈敏度、動態(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：f Eg fc h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3用丁H高場內(nèi)說明：產(chǎn)生光電效應(yīng)的

5、區(qū)域一一耗盡層耗盡層越大，光電轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換效率就越大。性能參數(shù)：接收靈敏度一一計算動態(tài)范圍一一計算3、中繼器(1)具有電再生功能的中繼器:結(jié)構(gòu):1電信 混苫上/人|：均衡廣廠決-1* 器 / 孽因_1-r.-光 光電-檢涮器白動增 益控制(AGC)時鐘提取自動功 率控制 (APC；圖上部 最簡單的光中堡器原理力框圖功能：放大、整形說明：在電層完成的 EDFA動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)圖212、光纖的分類（1）按照光纖的橫截面折射率分布來進(jìn)行劃分均勻光纖一一階躍型光纖n2說明:ni >n2ni >n2a非均勻光纖一一漸變型光纖1/2A相對折射率差,含義：n1

6、n2ni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)）1.31 w m 和 1.55 p m短波長區(qū)(可見光區(qū))一一0.85 pm特點：1.31 w m理論上的色散最小點1.55 w m理論上衰減最小點3、導(dǎo)光原理(1)階躍型光纖階躍型光纖的導(dǎo)光原理一一全反射產(chǎn)生全反射的條件：*m n2*90 i c說明：兩者同時成立其中臨界角c sin1型 A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NA n1 v2相對折射指數(shù)差(2)漸變型光纖D漸變型光纖的導(dǎo)光原理一一折射定律+全反射*本地數(shù)值

7、孔徑的概念:*本地數(shù)值孔徑NA(r) Jn2(r) n2平方律光纖自聚焦的概念:說明：不存在理想的自聚焦光纖。近似自聚焦光纖一一平方律光纖n2(r) n2(0)1 g2r2平方律光纖的特點：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)VV歸一化頻率，它是一個無量綱的參數(shù)。.一2.一V n1k0a . 2 = n1 a . 20工作狀態(tài)分析：傳輸狀態(tài)(或?qū)Р顟B(tài))一一kik2-V Vc截止?fàn)顟B(tài)k2-V Vc臨界狀態(tài)k2 ,或W=0 -V Vc單模傳輸條件0 V 2.40483主模 LPoi Vc 0次高模 LPii Vc 2.404835、光纖的傳輸特性光纖傳輸特性內(nèi)容：衰減特性和色散

8、特性(1)衰減特性原因：兩種吸收損耗散射損耗(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：（單位： ps/nm km）波導(dǎo)色散：色散的度量：色散系數(shù)D5、 新型單模光纖(1)色散位移單模光纖概念：衰減和色散最小點均在 1.55 w m。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指光纖的工作波長不是在1.55pm,而是在1.541.565區(qū) m.色散值：約 1.04.0ps/km - nm1.4 光纖通信系統(tǒng)性能

9、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)模式色散 占主導(dǎo)地位多模光纖 材料色散波導(dǎo)色散單模光纖光纖分類材料色散波導(dǎo)色散同一數(shù)量級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。碼間干擾模分配噪聲影響的因素： 啁啾聲 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:（中繼距離J）fb碼速D光纖色散系數(shù)光源譜寬增加脈沖展寬的影響越顯著模分配噪聲：

10、產(chǎn)生的因素光源的光譜特性 光纖的色散光源多縱模激光器t1t2圖55高速調(diào)制時多縱根的隨即起伏多縱模性光譜特性（呈現(xiàn)）：隨機(jī)起伏性 模分配噪聲的產(chǎn)生：p縱模保持不變喟啾聲：產(chǎn)生的因素光源的光譜特性 光纖的色散光源一一單縱模激光器光源的光譜特性：喟啾聲的產(chǎn)生：影響中繼距離的因素光纖與光源光譜特性的綜合效果碼間干擾 光纖色散的作用結(jié)果 模分配噪聲（多縱模激光器） 暇啾聲（單縱模激光器）3、最大中繼距離的計算（1）衰減受限系統(tǒng)一一僅考慮衰減的影響激光器 光纖 光電檢測各光發(fā)射機(jī)光接收機(jī)活接頭Act活接頭Am極限值設(shè)計法計算最大中繼距離：LaPT Pr Act Acr Pp MeAfAs/Lf Mc（單

11、位kmj）（2）色散受限系統(tǒng)一一僅考慮色散的影響、多縱摸激光器（MLM或發(fā)光二極管（LEDLd，106d b 入D （單位kmrj）II、單縱模激光器（SLM單縱模激光器的色散代價主要是由喟啾聲決定的，其中繼距離計算公式如下：.71400C a D 入2 B2III、最大中繼距離的計算速率與最大中繼距離計算的關(guān)系： 155Mb/s以下的光通信系統(tǒng)：只計算衰減的影響LPtPrActAcrPpM eaAfAs Mc 622Mb/s光通信系統(tǒng):光源：多縱模激光器LPtPrActAcrPpMeaAfAs/LfMe6 e 10L D;e 取 0.115B 入DL、LD中取最小的作為最大中繼距離。 2.5

12、Gb/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）LPtPrActAcrPpMeaAfAs/Lf MeLc71400 22a D 入2 B2L、LC中取最小的作為最大中繼距離。 10Gbit/s 及 10Gbit/s 以上的 SDK線路 光源；單縱模激光器影響的因素：光纖色散、喟啾聲、極化模色散、光纖的非線性限制。 舉例：若一個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)稱波長入1=1310nm 波長變化范圍為入tmin=1295nnr）入 tmax=1

13、325nm 光脈沖譜線寬度入maX< 2nmi發(fā)送光功率 FT=2dBm如 用高性能的PIN-FET組件，可在BER=t<10-1°條件下得到接收靈敏度 P=-30dBm,動態(tài)范圍 DA20dBo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0 C 26 C時，計算最大中繼距離解：1.衰減的影響若考慮光通道功率代價 PP=1dB,光連接器衰減 A=1dB （發(fā) 送和接收端各一個），光纖接頭損耗 As=0.1dB/km,光纖固有損耗口 =0.28dB/km,取 ME=3.2dB Mc=0.1dB/km,則由式（4-1 ）得pT pR 2AC pP Me = 2 30 2

14、 1 3.253.75kmAf AS MC0.28 0.1 0.12.色散的影響利用（4-4）,并取光纖色散系數(shù) DW 2ps/（km nm）£ 1060.115 106 mld = 46kmB 入 D 622.080 2 2由上述計算可以看出，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SDHW絡(luò)主要內(nèi)容： SDH基本概念 SDH的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點接口、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：SDHRJ是由一些SDH勺網(wǎng)絡(luò)單元（NB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

15、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。其速率是155.520Mbit/s。STM-N與STM-1之間的關(guān)系：高等級的STM-N信號是將N個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)，并計算其速率2 訪 SOHC 行STM"凈負(fù)荷§5行(含 POHI 9 261 *270信息結(jié)構(gòu)(塊狀)：9行270歹U 一幀的字節(jié)數(shù)：9X 270=2430一幀的比特數(shù)：2430 X 8=1944

16、0速率:fb一幀比特數(shù)傳一幀的時間9 270 8125 10 6155.520(Mb/s)STM-N等級的速率：STM-1155.520Mb/sSTM-4622.080Mb/sSTM-16 2488.320Mb/sSTM-64 9953.280Mb/sSTM-256 39813.12 Mb/s結(jié)論：SDH的幀結(jié)構(gòu)為一種塊狀幀結(jié)構(gòu),幀周期為125 ps0幀結(jié)構(gòu)的區(qū)域劃分：三個區(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):魯元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)

17、用結(jié)構(gòu)與過程?；緩?fù)用單元復(fù)用單元實際上是一種信息結(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/sC-12 2.048Mb/sC-26.312Mb/sC-334.368（或 44.736）Mb/sC-4139.264Mb/s我國SDH復(fù)用結(jié)構(gòu)圖Wt 我國目前采用的用用復(fù)用腺第結(jié)的示意圖說明：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

18、明TMTM圖5-5 SDH傳輸系統(tǒng)中通道、復(fù)用段、再生段間的關(guān)系REG REG5、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)點到點鏈狀結(jié)構(gòu)(1) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)點到多點星形結(jié)構(gòu)最基本結(jié)構(gòu)環(huán)路一一環(huán)形結(jié)構(gòu) 自愈環(huán)單向環(huán)與雙向環(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、BBE7、SDH#送網(wǎng)©itote 電屠長掙網(wǎng)HSDtIVOin通疸網(wǎng)逋道層網(wǎng)咨150H 5K通道網(wǎng)先傳喻利無迷信送魁|用路層I非SDH衿戶)w>2-al物理層iVGH ®尤&I且即殳 再上股圖54傳送網(wǎng)的分層模型第3部分基于WD的光傳

19、送網(wǎng)主要內(nèi)容：光波分復(fù)用的概念及特點波分復(fù)用系統(tǒng)1、光波分復(fù)用的概念及特點(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0.82nmCWD M波長間隔10nmWDM2、波分復(fù)用系統(tǒng) G.655非零色散位移單模光纖一一非零色散單模光纖(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) WD陳統(tǒng)的基本應(yīng)用形式單向雙向OTM WDM 網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵設(shè)備 OADMOXCOT

20、M光終端復(fù)用器光纖光纖功能：上下波長OADM的功能 OXC3、基于WDM的光傳送網(wǎng)(1) WD胱傳送網(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)是基于波長路由的網(wǎng)絡(luò) .它是根據(jù)光波長來識別 每一個光通道，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電通遁加光通造出配、穌甯更通道連博,連接

21、過種比st用現(xiàn)謝配.保護(hù)融鞭地物k域明屎圖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 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1、MSTP的基本概念MSTP是指能夠同時實現(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的平臺基于SDH的多業(yè)務(wù)傳送平臺的功能模型:接I】ATM 橙口圖7-1即H的豕業(yè)務(wù)悌 上節(jié)點一本功能模型SOU 接口RPRATM區(qū)處理以太網(wǎng)交X連接S