《光纖通信》學(xué)習(xí)要點(diǎn)(陳柏年)

1、光纖通信學(xué)習(xí)要點(diǎn)浙江傳媒學(xué)院 陳柏年第一章 概述1、光纖通信：以光波作為信號(hào)載體，以光纖作為傳輸媒介的通信方式。2、光纖通信發(fā)展的兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題：（1）合適的光源；（2）理想的傳光媒介。3、光纖通信發(fā)展的四個(gè)階段。4、光纖通信的五個(gè)優(yōu)點(diǎn)：（1）傳輸容量大，（2）傳輸距離遠(yuǎn)，（3）抗干擾能力強(qiáng)，（4）重量輕，（5）壽命長(zhǎng)。5、光纖通信的四個(gè)應(yīng)用：（1）通信網(wǎng)，（2）計(jì)算機(jī)網(wǎng)，（3）有線電視網(wǎng)，（4）光纖接入網(wǎng)。6、光纖通信的三種分類方法：（1）按照傳輸信號(hào)類型分（模擬，數(shù)字），（2）按照光波長(zhǎng)和光纖類型分（短波長(zhǎng)多模，長(zhǎng)波長(zhǎng)多模，1310nm單模，1550nm單模），（3）按照調(diào)制方式分（直接強(qiáng)度

2、調(diào)制，外調(diào)制）。7、光纖通信系統(tǒng)基本組成：（1）光纖，（2）光發(fā)送器，（3）光接收器，（4）光中繼器，（5）適當(dāng)?shù)慕涌谠O(shè)備。8、光纖通信的六個(gè)支撐技術(shù)：（1）光纖，（2）光源和光檢測(cè)器，（3）SDH傳輸體制，（4）光放大器，（5）WDM復(fù)用技術(shù)，（6）全光網(wǎng)絡(luò)。第二章 光纖光纜一、光纖1、光纖的三層結(jié)構(gòu)：（1）纖芯（core），（2）包層（coating），（3）涂覆層（jacket）。2、光纖的分類（1）按照光纖截面折射率分布： SIF， GIF；（2）按照光纖中傳輸模式數(shù)量： MMF， SMF；（3）按照按光纖的工作波長(zhǎng)：短波長(zhǎng)光纖，長(zhǎng)波長(zhǎng)光纖；（4）按照ITU-T關(guān)于光纖類型的建議：G.

3、651漸變型多模光纖，G.652常規(guī)單模光纖，G.653色散位移光纖DSF，G.654截止波長(zhǎng)光纖，G.655非零色散位移光纖（ NZ-DSF）；（5）按套塑（二次涂覆層）：松套光纖，緊套光纖。二、光的兩種傳輸理論1、光的射線傳輸理論-幾何光學(xué)法（1）滿足斯奈耳反射和折射定律：利用光的折射和全反射原理將光波封閉在光纖中傳輸。（2）幾何導(dǎo)光原理：光纖是利用光的全反射特性導(dǎo)光；（3）階躍折射率光纖的臨界角c（只有在半錐角為c的圓錐內(nèi)入射的光束才能在光纖中傳播）（4）數(shù)值孔徑NA：臨界角c的正弦。表示光纖接收和傳輸光的能力，NA=0.180.23。2、光纖波動(dòng)傳輸理論-麥克斯韋波動(dòng)方程法（1）光纖模

4、式：滿足邊界條件的電磁場(chǎng)波動(dòng)方程的解，電磁場(chǎng)的穩(wěn)態(tài)分布。光纖中光的傳播常數(shù)決定電磁場(chǎng)分布形式（模式）。光纖中可能存在的模式有橫電模TE、橫磁模TM及混合模HE和EH等四套模式。（2）歸一化頻率V：一個(gè)求解貝塞爾方程中引入的重要綜合參數(shù)。光纖模式數(shù)目M取決歸一化頻率V的限定。傳輸模式數(shù)目隨V值的減小而減少。（3）單模傳輸條件（截止條件）：當(dāng)V<2.405時(shí)，光纖中傳播的只有唯一HE11(LP01)一個(gè)基模存在，其余模式全部截止。（4）截止波長(zhǎng)c：光纖中光不能傳播的最短波長(zhǎng)。只有當(dāng)>c時(shí)，光纖中才是單模傳輸。（5）模場(chǎng)直徑W0：纖芯中場(chǎng)分布曲線最大值1/e處所對(duì)應(yīng)的寬度。四、光纖傳輸特

5、性1、光纖損耗（1）損耗系數(shù)：?jiǎn)挝痪嚯x（1公里）光信號(hào)能量衰減的分貝值。（2）光纖損耗的機(jī)理吸收損耗：粒子吸收傳導(dǎo)光能量。散射損耗：非傳播方向上的散射造成傳導(dǎo)光失去能量。輻射損耗：微彎曲所產(chǎn)生的光輻射造成傳導(dǎo)光能量損失。（3）光纖的三個(gè)低損窗口：850nm、1310 nm、1550 nm。2、光纖色散（1）色散：不同的電磁波以不同的相速度和群速度在介質(zhì)中傳播的物理現(xiàn)象，是在光纖中傳輸?shù)墓庑盘?hào)，由于不同成分的光的時(shí)間延遲不同而產(chǎn)生的一種物理效應(yīng)。（2）色散系數(shù)D：?jiǎn)挝徊ㄩL(zhǎng)間隔（1納米）的光經(jīng)單位距離（1公里）光纖后的時(shí)延值。（3）光纖色散種類模間色散：不同模式的相移常數(shù)不同。材料色散：光纖材料折

6、射率隨傳輸光波波長(zhǎng)而變化。波導(dǎo)色散：光纖波導(dǎo)參量的不同形成信號(hào)波長(zhǎng)范圍內(nèi)不同的群時(shí)延差。（4）色散補(bǔ)償方案：零色散波長(zhǎng)光纖，色散位移光纖DSF，色散平坦光纖DFF，色散補(bǔ)償光纖DCF，色散補(bǔ)償器。3、單模光纖（1）G.652光纖（STD常規(guī)單模光纖標(biāo)準(zhǔn)單模光纖）：零色散波長(zhǎng)1310nm，工作波長(zhǎng)1310 / 1550nm。（2）G.653光纖（DSF色散位移光纖）：零色散波長(zhǎng)1550nm，工作波長(zhǎng)1550nm，單信道長(zhǎng)距離傳輸。（3）G.654光纖（截止波長(zhǎng)光纖低損耗光纖）：零色散波長(zhǎng)1310nm，工作波長(zhǎng)1550nm損耗最小，長(zhǎng)距離無(wú)再生海底光纜系統(tǒng)。（4）G.655光纖（NZ-DSF非零色

7、散位移光纖）：1550nm最小損耗，色散較小，波分復(fù)用系統(tǒng)。（5）DFF色散平坦光纖：1310 1550 nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)呈現(xiàn)低的色散，尤其適用于波分復(fù)用系統(tǒng)。（6）DCF色散補(bǔ)償光纖：補(bǔ)償常規(guī)光纖工作于1310 nm或1550 nm處所產(chǎn)生的較大的正色散。五、光纜1、光纜基本結(jié)構(gòu)：纜芯（芯線和加強(qiáng)件）和護(hù)層（對(duì)纜芯的機(jī)械保護(hù)和環(huán)境保護(hù)）。2、光纜結(jié)構(gòu)分類：（1）層絞式：把松套光纖繞在中心加強(qiáng)件周圍絞合。（2）骨架式：把緊套光纖或一次被覆光纖放入中心加強(qiáng)件周圍的螺旋形塑料骨架凹槽內(nèi)。（3）束管式：一次被覆光纖或光纖束放入大套管中， 加強(qiáng)件配置在套管周圍。（4）帶狀式：將一次涂覆的光纖放入塑料帶內(nèi)

8、做成光纖帶，再將幾層光纖帶疊放在一起構(gòu)成纜芯。3、光纜分類方法（7種）。4、光纜的型號(hào)：由光纜的型式代號(hào)和光纖規(guī)格代號(hào)兩部分組成。5、光纜特性：拉力特性、壓力特性、彎曲特性、溫度特性。六、光纖連接1、光纖連接損耗（1）機(jī)械對(duì)準(zhǔn)誤差：圓錐失配產(chǎn)生輻射損耗。（2）光纖相關(guān)損耗：光纖間幾何特性和波導(dǎo)特性差異產(chǎn)生耦合損耗。2、光纖的連接方法（1）光纖熔接法：高壓電弧高溫使被接光纖端面熔接；（2）V型槽機(jī)械連接：使用粘合劑在V型槽使被接光纖連接；（3）彈性管連接：使用彈性管使被接光纖自動(dòng)進(jìn)行橫向、縱向、角度對(duì)準(zhǔn)。第三章 光無(wú)源器件一、光無(wú)源器件：無(wú)需電源，不進(jìn)行光電變換的光路器件。1、作用：完成光波的接

9、續(xù)、耦合、復(fù)用與解復(fù)用、衰減、隔離等信號(hào)與信息處理。2、種類（7種）：光纖連接器、光纖耦合器、光波分復(fù)用解復(fù)用器、光衰減器、光隔離器、光環(huán)行器等。二、光纖連接器：用以穩(wěn)定地，但并不是永久地連接兩根或多根光纖的無(wú)源組件。1、基本要求：使發(fā)射光纖輸出的光能量最大限度耦合到接收光纖。2、光纖連接器的表示方法：常用XX/YY表示。（1）XX指活動(dòng)接頭的結(jié)構(gòu)和形狀，分有ST、FC、SC、DIN等；（2）YY指活動(dòng)接頭的端面形狀，分有FC、PC、APC、UPC等。3、光纖連接器的性能指標(biāo)（1）插入損耗（dB ）= Pi（dBm） Po （dBm）（2）回波損耗（dB ）= Pi（dBm） Pr （dBm）

10、（3）重復(fù)性：光纖（纜）活動(dòng)連接器多次插拔后插入損耗的變化，用dB表示，一般0.1dB。（4）互換性：連接器各部件互換時(shí)插入損耗的變化，也用dB表示，一般0.2dB。4、光纖連接器的種類（1）FC型（金屬螺紋絲扣鎖緊型）；（2）SC型（塑料矩型插拔銷閂式）；（3）ST型（金屬圓柱卡口型）；（4）LC型（小尺寸模塊化插孔閂鎖型）。三、光纖耦合器：將光信號(hào)進(jìn)行分路或合路、插入、分配的一種無(wú)源器件。1、光纖耦合器的種類（1）T形耦合器；（2）星形耦合器；（3）定向耦合器：分別取出光纖中向不同方向傳輸?shù)墓庑盘?hào)；（4）波分復(fù)用器/解復(fù)用器。2、光纖耦合器的性能指標(biāo)（1）附加損耗Le（dB）=輸入光功率P

11、it（dBm）-輸出端口總光功率Pot（dBm）；（2）插入損耗（dB）=Pic （dBm）Poc （dBm）；（3）第i路分光比CRi=第i路輸出光功率Poc/總的輸出光功率Pot×100%；（4）隔離度DIR（dB）=注入端輸入光功率Pic（dBm）輸入側(cè)非注入端輸出的光功率Pr （dBm）。四、光衰減器：插入光鏈路中控制光能衰耗的一種無(wú)源器件。1、主要功能：在光鏈路中對(duì)光信號(hào)功率進(jìn)行定量或不定量的衰減，以滿足用戶的各種要求。2、常見(jiàn)光衰減器結(jié)構(gòu)與原理（1）位移型光衰減器。（2）衰減片型光衰減器。（3）智能型光衰減器。五、光隔離器：一種只允許光信號(hào)沿光路正向傳輸?shù)姆腔ヒ仔詿o(wú)源器件

12、。1、光隔離器原理：晶體的非互易旋光性（法拉第效應(yīng)）使光正向傳輸，反向隔離。2、光隔離器的主要性能指標(biāo)（1）插入損耗（dB）=Pi（dBm）Po（dBm）（2）反向隔離度（dB）=Pi（dBm）Po （dBm）（3）回波損耗（dB）=正向輸入端口注入光功率Pi（dBm）正向輸入端口反射光功率Pir （dBm）六、光環(huán)形器：一個(gè)多端口的輸入輸出非互易器件。1、特點(diǎn)：正向順序傳導(dǎo)、反向傳輸阻塞。2、作用：把光信號(hào)流按一個(gè)方向從一個(gè)端口送到另一個(gè)端口。七、光纖光柵：一段折射率沿長(zhǎng)度呈周期性變化的光纖；光纖纖芯折射率受到永久的周期性微擾而形成的一種光纖無(wú)源器件。1、原理：利用光纖材料的光敏性，在纖芯內(nèi)

13、形成空間相位光柵，實(shí)質(zhì)是一個(gè)窄帶的（投射或反射）濾光器或反射鏡。 2、作用：能將入射光中某一特定波長(zhǎng)的光部分或全部反射。3、分類：（1）光纖Bragg光柵（短周期光纖光柵）。基本特性表現(xiàn)為具有選頻效應(yīng)的窄帶光學(xué)濾波器。（2）長(zhǎng)周期光纖光柵（LPG）：基本特性表現(xiàn)為一個(gè)帶阻濾波器。八、波分復(fù)用器解復(fù)用器：一種波長(zhǎng)選擇型耦合器。1、功能：把多個(gè)不同波長(zhǎng)的光波復(fù)合后，注入到同一根光纖中傳輸（合波器），或把輸入光口的多個(gè)不同波長(zhǎng)的光波分開(kāi)，輸出到不同的光端口輸出（分波器）。2、性能指標(biāo)（1）插入損耗（dB）=標(biāo)稱波長(zhǎng)信號(hào)輸入功率（dBm）-標(biāo)稱波長(zhǎng)信號(hào)輸出功率（dBm）（2）信道隔離度（ dB）= i

14、輸出端標(biāo)稱波長(zhǎng)信號(hào)功率（dBm）- j輸出端標(biāo)稱波長(zhǎng)信號(hào)功率（dBm）（3）通帶特性：波分復(fù)用器解復(fù)用器分配給某輸出端口的光波波長(zhǎng)范圍。3、通道間隔分類（1）稀疏波分復(fù)用器解復(fù)用器（CWDM），通道間隔為10100 nm；（2）密集波分復(fù)用器解復(fù)用器（DWDM），信道間隔為110 nm； （3）超密集波分復(fù)用器解復(fù)用器（OFDM），通道間隔為0.11 nm。4、制造方法分類（1）熔融光纖型波分復(fù)用器。（2）介質(zhì)薄膜干涉濾波器型波分復(fù)用器。（3）光柵型波分復(fù)用器。（4）陣列波導(dǎo)光柵型波分復(fù)用器。第四章 光源與光發(fā)送機(jī)一、原子能級(jí)和能帶的概念1、能級(jí)：離散的原子能量狀態(tài)。2、能帶：半導(dǎo)體原子最外層

15、電子的共有化運(yùn)動(dòng)能級(jí)擴(kuò)展的帶狀能量狀態(tài)。3、半導(dǎo)體三種能帶：價(jià)帶、禁帶和導(dǎo)帶。禁帶寬度Eg= E CEV二、光與物質(zhì)的相互作用1、光的波粒二象性，具有波動(dòng)性和粒子性。光子能量與光波頻率之間的關(guān)系是 E=hf。2、光與物質(zhì)原子的電子存在三種相互作用（1）自發(fā)輻射：無(wú)外界激勵(lì)而高能級(jí)電子自發(fā)躍遷到低能級(jí)，同時(shí)釋放出光子。LED是基于自發(fā)輻射發(fā)光機(jī)制的發(fā)光器件。（2）受激輻射：高能級(jí)電子受到外來(lái)光作用，被迫躍遷到低能級(jí)，同時(shí)釋放出光子，且產(chǎn)生的新光子與外來(lái)激勵(lì)光子同頻同方向，為相干光。LD是基于受激輻射發(fā)光機(jī)制的發(fā)光器件。（3）受激吸收：低能級(jí)電子在外來(lái)光作用下吸收光能量而躍遷到高能級(jí)。PD是基于受

16、激吸收工作的光電器件。三、激光產(chǎn)生機(jī)理1、“粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布”：物質(zhì)內(nèi)部的自發(fā)輻射或受激輻射的幾率大于受激吸收的幾率，高能級(jí)上的電子數(shù)多于低能級(jí)上電子數(shù)的分布狀態(tài)。2、泵浦：以外部能量把處于基態(tài)的電子，激勵(lì)（抽運(yùn)）到較高的能級(jí)高能態(tài)的過(guò)程。3、激活物質(zhì)（或增益物質(zhì)）：在外界足夠強(qiáng)的激勵(lì)源（泵浦源）作用下，能夠形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布的物質(zhì)。4、激光器結(jié)構(gòu)（三個(gè)功能部件）（1）激活物質(zhì)：激光器的組成核心，產(chǎn)生激光的必要條件。（2）泵浦源：能夠使工作物質(zhì)處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布狀態(tài)的激勵(lì)源。（3）光學(xué)諧振腔：完成頻率選擇及正反饋?zhàn)饔谩?、激光的產(chǎn)生條件（1）振幅平衡條件（閾值條件）：光的放大和損耗應(yīng)滿足的平衡條

17、件，腔內(nèi)獲得的光功率正好與腔內(nèi)損耗相抵消。（2）相位條件：使諧振腔內(nèi)的前向和后向光波發(fā)生相干的條件，形成正反饋，使光波加強(qiáng)。四、半導(dǎo)體激光器1、半導(dǎo)體激光器工作原理：向半導(dǎo)體PN結(jié)注入電流， 實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，產(chǎn)生受激輻射，再利用諧振腔的正反饋，實(shí)現(xiàn)光放大而產(chǎn)生激光振蕩。LD是因受激發(fā)射而發(fā)光的，發(fā)射的光子同頻、同相、同偏振方向，輸出相干光。2、半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)（1）同質(zhì)結(jié)構(gòu)。（2）“異質(zhì)結(jié)構(gòu)”。3、半導(dǎo)體激光器特性（1）P-I特性曲線：表明激光器輸出光功率（輸出）與注入電流（輸入）變化的關(guān)系。半導(dǎo)體激光器的閾值電流用Ith表示。當(dāng)I<Ith時(shí)，激光器發(fā)出的是熒光；當(dāng)I>Ith，

18、激光器發(fā)出的是激光。（2）激光器效率：衡量激光器轉(zhuǎn)換效率的高低。量子效率d：激光器輸出光子數(shù)的增量與注入電子數(shù)的增量之比。功率轉(zhuǎn)換效率p：激光器的輸出光功率與器件消耗的電功率之比。（3）光譜特性：激光器輸出的光功率隨波長(zhǎng)的變化情況，一般用光源譜線寬度來(lái)表示，激光器的越小越好。（4）溫度特性：半導(dǎo)體激光器的閾值電流、輸出光功率和輸出光波波長(zhǎng)隨溫度變化的特性。溫度升高時(shí)， Ith 增大，d 減小，輸出光功率明顯下降。（5） “啁啾”：激光二極管本身不穩(wěn)定而使傳輸單個(gè)脈沖時(shí)中心波長(zhǎng)瞬時(shí)偏移的現(xiàn)象。4、新型半導(dǎo)體激光器（1）分布反饋DFB激光器：沒(méi)有集總的諧振腔反射鏡，有源層周期性波紋光柵結(jié)構(gòu)使光形成

19、分布式反饋的單縱模（SLM）的LD。（2）分布布拉格反射DBR激光器：緊靠有源層兩側(cè)無(wú)源區(qū)增加一段分布式布拉格反射器的單縱模（SLM）的LD。（3）量子阱QW激光器：一種利用量子約束在其有源層中形成量子能級(jí)，使能級(jí)之間的電子躍遷支配其受激輻射的半導(dǎo)體雙異質(zhì)結(jié)LD。（4）垂直腔面發(fā)射VCSEL激光器：垂直于襯底方向出光的面發(fā)射LD。五、發(fā)光二極管：沒(méi)有光學(xué)諧振腔，基于自發(fā)輻射而工作的發(fā)光無(wú)閾值器件。LED是因自發(fā)輻射而發(fā)光的，發(fā)射的光子頻率、相位、偏振狀態(tài)及傳播方向是無(wú)規(guī)律的，輸出具有較寬的頻率范圍的非相干光。1、結(jié)構(gòu)（1）面發(fā)光二極管SLED。（2）邊發(fā)光二極管ELED。2、特性（1）P-I特

20、性：無(wú)閾值器件，注入電流的增加，輸出光功率近似呈線性增加。（2）光譜特性：自發(fā)輻射光源，譜線寬度比LD寬得多。（3）溫度特性：主要影響LED的輸出光功率、P-I特性的線性及工作波長(zhǎng)。3、應(yīng)用：小容量數(shù)字系統(tǒng)和模擬系統(tǒng)。六、光源的調(diào)制方法1、直接調(diào)制：通過(guò)信息流直接控制激光器的驅(qū)動(dòng)電流，注入調(diào)制電流實(shí)現(xiàn)輸出光波的強(qiáng)度調(diào)制。直接調(diào)制會(huì)引入頻率啁啾，即光脈沖的載頻隨時(shí)間變化。2、間接調(diào)制：利用晶體電光效應(yīng)、磁光效應(yīng)、聲光效應(yīng)等性質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)光源輻射的調(diào)制。指激光形成之后，在激光器外的光路上放置光調(diào)制器，用調(diào)制信號(hào)改變光調(diào)制器的物理特性，當(dāng)激光通過(guò)調(diào)制器時(shí)，就會(huì)使光波的某參量受到調(diào)制。（1）馬赫-曾德?tīng)?/p>

21、M-Z波導(dǎo)調(diào)制器。（2）電吸收調(diào)制器EAM。七、數(shù)字光發(fā)送機(jī)1、組成（1）輸入電路（輸入盤）。（2）電光轉(zhuǎn)換電路（發(fā)送盤）。2、性能指標(biāo)（1）平均發(fā)送光功率：正常條件下，光發(fā)送機(jī)發(fā)送光源尾纖輸出的平均光功率。（2）消光比EXT：全“1”碼平均發(fā)送光功率與全“0”碼平均發(fā)送光功率之比。第五章 光檢測(cè)器與光接收機(jī)一、光電檢測(cè)器：將光輻射能量轉(zhuǎn)換成一種便于測(cè)量的電量（電流或電壓）的能量變換器件。1、功能：檢測(cè)出入射其光敏面的光功率，并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)變化的電流信號(hào)。2、要求：靈敏度高、響應(yīng)快、噪聲小、成本低和可靠性高，并且它的光敏面應(yīng)與光纖芯徑匹配。3、類型：（1）PIN光電二極管，（2）雪崩光電二極管A

22、PD。二、光電轉(zhuǎn)換原理1、受激吸收：如入射光子的能量超過(guò)禁帶能量Eg，耗盡區(qū)每次吸收一個(gè)光子，將產(chǎn)生一個(gè)電子空穴對(duì)，發(fā)生受激吸收。當(dāng)入射光變化時(shí)，光生電流隨之作線性變化，從而把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。2、光電轉(zhuǎn)換：光生載流子在外加負(fù)偏壓和內(nèi)建電場(chǎng)的作用下，在外電路中出現(xiàn)光電流。3、轉(zhuǎn)換條件：任何一種材料制作的光電二極管都有截止波長(zhǎng)c，只有波長(zhǎng)<c的入射光，才能產(chǎn)生光電效應(yīng)。三、光電二極管1、PIN光電二極管（1）基本結(jié)構(gòu)：在重?fù)诫s的（P+）層和（N+）層之間有較寬一層輕摻雜的N型材料（本征的I層），擴(kuò)大耗盡層寬度可吸收絕大多數(shù)光子，使光生電流增加。（2）工作原理：受激吸收，PIN管加上反向偏

23、壓，形成耗盡區(qū)，入射光子hf>Eg時(shí)產(chǎn)生電子-空穴對(duì)。在電場(chǎng)的作用下，電子向N區(qū)漂移，空穴向P區(qū)漂移。電子到達(dá)N區(qū)，空穴到達(dá)P區(qū)，被外電路吸收，形成光生電流。（3）主要特性：由禁帶寬度決定的截止波長(zhǎng)要大于入射光波長(zhǎng)，吸收系數(shù)不能太大。2、雪崩光電二極管APD：利用雪崩倍增效應(yīng)使光電流得到倍增的高靈敏度光電探測(cè)器。（1）基本結(jié)構(gòu)：能承受高反向偏壓，載流子在它漂移過(guò)程碰撞電離形成雪崩倍增效應(yīng)。最常用的具有低倍增噪聲的結(jié)構(gòu)是拉通型的APD ，增加1個(gè)附加的倍增層，實(shí)現(xiàn)碰撞電離，產(chǎn)生二次電子空穴對(duì)。（2）工作原理：在高反向偏壓的PN結(jié)中，高電場(chǎng)對(duì)光生載流子加速，使載流子獲得高的動(dòng)能，從而在漂移過(guò)

24、程中可以碰撞電離而激發(fā)出新的電子空穴對(duì)（碰撞電離），新產(chǎn)生的載流子同樣由電場(chǎng)加速，并獲得足夠的能量從而導(dǎo)致更多的碰撞電離產(chǎn)生（雪崩倍增效應(yīng)）。入射光功率產(chǎn)生一次光生電流，一次光生電流被雪崩放大，形成較大的反向電流。（3）主要特性：對(duì)溫度的依賴性在高偏置電壓下尤其明顯，一個(gè)小小的溫度變化都能引起增益的很大變化。為保證溫度變化時(shí)增益值不變，就必須加入一個(gè)補(bǔ)償電路，調(diào)整光檢測(cè)器的偏置電壓。四、光電二極管特性1、量子效率：每個(gè)能量為hf的入射光子所產(chǎn)生的電子空穴對(duì)，即一次光生電子 -空穴對(duì)和入射光子數(shù)的比值。量子效率范圍為30%95%。2、響應(yīng)度R0（A/W）：一次光生電流Ip 和入射光功率P0的比值

25、。R0=（e/hf）× 響應(yīng)度和量子效率、入射光波頻率有關(guān)。3、響應(yīng)時(shí)間：光電流跟隨入射光信號(hào)變化快慢的狀態(tài)，通常使用檢測(cè)器輸出脈沖的上升時(shí)間r和下降時(shí)間f來(lái)表示。主要由結(jié)電容和負(fù)載電阻的時(shí)間常數(shù)決定。4、噪聲：主要包括（1）熱噪聲：光電二極管的負(fù)載電阻RL和后接的放大器的輸入電阻所產(chǎn)生。（2）暗電流噪聲：無(wú)光照射時(shí)的反向殘留電流。（3）漏電流噪聲：光檢測(cè)器表面物理狀態(tài)不完善和加有偏置電壓時(shí)引起。（4）散彈噪聲：光生載流子數(shù)隨機(jī)起伏所產(chǎn)生。（5）APD倍增噪聲：雪崩光電二極管倍增過(guò)程的隨機(jī)特性產(chǎn)生附加噪聲。五、光接收機(jī)1、組成：光檢測(cè)器、放大器和信號(hào)處理電路。2、作用：將經(jīng)光纖傳輸后

26、幅度被衰減，波形被展寬的微弱光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，并經(jīng)放大處理，恢復(fù)為原來(lái)的信號(hào)。3、直接檢測(cè)（DD）數(shù)字光接收機(jī)（1）光檢測(cè)與前置放大探測(cè)器：實(shí)現(xiàn)光電變換。前放：實(shí)現(xiàn)低噪聲放大。（2）主放大、均衡濾波和自動(dòng)增益控制（線性通道）主放：提供足夠的增益，且增益受AGC電路的控制。均衡器：保證判決時(shí)不存在碼間干擾。AGC電路：改變接收機(jī)的增益，擴(kuò)大接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍。（3）判決與再生：時(shí)鐘提取，對(duì)信號(hào)進(jìn)行再生，恢復(fù)出所傳輸?shù)亩M(jìn)制脈沖信號(hào)。時(shí)鐘恢復(fù)電路：從碼流中恢復(fù)出時(shí)鐘信號(hào)（定時(shí)信號(hào)），提供給判決電路。判決電路：在時(shí)鐘信號(hào)控制下，將均衡后的脈沖輸出信號(hào)判決輸出，恢復(fù)出所傳輸?shù)亩M(jìn)制脈沖信號(hào)。4、主要性

27、能指標(biāo)（1）誤碼率：在較長(zhǎng)時(shí)間間隔內(nèi)的傳輸碼流中，錯(cuò)誤判決的碼元數(shù)Ne在所接收到的碼元總數(shù)Nt中所占的比例。（2）接收靈敏度：反映了接收機(jī)檢測(cè)微弱信號(hào)的能力。（3）動(dòng)態(tài)范圍D（以dB表示）：在保證系統(tǒng)的誤碼率指標(biāo)要求下，接收機(jī)最低輸入光功率Pmin（dBm）和最大允許輸入光功率Pmax（dBm）之差。六、光中繼器：用來(lái)增加光纖通信距離的器件。1、功能：補(bǔ)償光能量損耗，對(duì)畸變失真的信號(hào)波形進(jìn)行整形。 2、種類（1）光電中繼器：光電光方式，首先將光纖中送來(lái)的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，然后對(duì)電信號(hào)進(jìn)行放大，最后再將放大了的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)送到光纖中去。有1R、2R和3R之分。作用是通過(guò)放大提高信號(hào)幅度、

28、通過(guò)整形消除脈沖失真、通過(guò)定時(shí)去掉脈沖前后沿抖動(dòng)。典型的數(shù)字光中繼器原理框圖（2）全光中繼器：直接在光路上放大光信號(hào)，功能上屬于1R。主要是摻鉺光纖放大器。第六章 光放大器一、光放大器基本應(yīng)用形式1、在線光放大-光纖鏈路中間，補(bǔ)償傳輸損耗。2、前置光放大-光收前面，放大微弱信號(hào)。3、功率放大-光發(fā)后面，提升發(fā)送功率。4、功率補(bǔ)償放大-局域網(wǎng)中，補(bǔ)償損耗。二、光放大器的原理：受激輻射或受激散射效應(yīng)。三、光放大器的分類1、半導(dǎo)體激光放大器：基于半導(dǎo)體激光器原理的一種沒(méi)有反饋的半導(dǎo)體行波光放大器。2、摻雜光纖放大器：利用稀土金屬離子作為激光工作物質(zhì)的一種放大器。3、傳輸光纖放大器：根據(jù)光纖中的非線性

29、效應(yīng)制成的光放大器。四、半導(dǎo)體光放大器SOA1、放大機(jī)理：受激輻射，利用處于粒子反轉(zhuǎn)狀態(tài)的半導(dǎo)體PN結(jié)對(duì)光的增益效應(yīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)光信號(hào)的放大。半導(dǎo)體光放大器的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)：可通過(guò)對(duì)PN結(jié)加正偏壓來(lái)實(shí)現(xiàn)。PN結(jié)加上這種偏壓后，空間電荷區(qū)變窄，于是N區(qū)的電子向P區(qū)擴(kuò)散，P區(qū)的空穴向N區(qū)擴(kuò)散，使得P區(qū)和N區(qū)的少數(shù)載流子增加。當(dāng)偏壓足夠大時(shí)，增加的少數(shù)載流子會(huì)引起粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。2、兩種主要結(jié)構(gòu)（1）法布里珀羅放大器FPA。（2）非諧振的行波放大器TWA。五、摻鉺光纖放大器EDFA：基于摻雜光纖中亞穩(wěn)態(tài)粒子受激輻射的光纖放大器。1、工作原理（1）當(dāng)泵浦光射入，鉺粒子吸收泵浦光能量，電子向高能級(jí)躍遷，并迅速以非輻射

30、躍遷的形式由泵浦態(tài)變至亞穩(wěn)態(tài)，實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。（2）當(dāng)具有1 550nm波長(zhǎng)的光信號(hào)通過(guò)摻鉺光纖時(shí)，亞穩(wěn)態(tài)的粒子以受激輻射的形式躍遷到基態(tài)，并產(chǎn)生出和入射光信號(hào)中的光子一樣的光子，實(shí)現(xiàn)信號(hào)光在摻鉺光纖的放大。2、基本組成：摻雜光纖、一個(gè)或多個(gè)泵浦光源、光耦合器、光隔離器等。3、三種結(jié)構(gòu)（1）同向泵浦結(jié)構(gòu)：泵浦光與信號(hào)光沿同一方向注入光纖放大器。（2）反向泵浦結(jié)構(gòu)：泵浦光與信號(hào)光沿不同方向注入光纖放大器。（3）雙向泵浦結(jié)構(gòu)：泵浦光從兩個(gè)方向注入光纖放大器。4、特性參數(shù)（1）增益特性：輸出功率分貝值-輸入功率分貝值。EDFA的泵浦功率小時(shí)，輸出光功率增加很快；隨著泵浦功率增大，放大器增益出現(xiàn)飽和，

31、即泵浦功率增加很多，而增益基本保持不變。（2）帶寬特性：放大波長(zhǎng)區(qū)域?yàn)?5301560nm，約30nm。（3）噪聲特性：可用噪聲系數(shù)（NF）來(lái)度量，其定義為EDFA的輸入信噪比與輸出信噪比的比值。5主要優(yōu)點(diǎn)（1）工作波長(zhǎng)與光纖最小損耗窗口一致（2）耦合效率高（3）能量轉(zhuǎn)換效率高（4）增益高，噪聲低（5）增益特性不敏感（6）可實(shí)現(xiàn)信號(hào)的透明傳輸6、應(yīng)用形式（1）作為光中繼器。（2）作為前置放大器。（3）作為后置放大器。六、光纖拉曼放大器：利用強(qiáng)的光源對(duì)光纖進(jìn)行激發(fā)，使光纖產(chǎn)生拉曼散射SRS來(lái)實(shí)現(xiàn)光信號(hào)放大的光纖放大器。1、工作原理：基于非線性光學(xué)效應(yīng)（受激拉曼散射）。泵浦光超過(guò)某個(gè)閾值，是很強(qiáng)的

32、相干光時(shí)，產(chǎn)生受激拉曼散射，高能量（波長(zhǎng)較短）的泵浦光散射，將一小部分入射功率轉(zhuǎn)移到另一頻率下移的光波，實(shí)現(xiàn)光信號(hào)放大。受激拉曼散射：入射泵浦光子通過(guò)光纖的非線性散射轉(zhuǎn)移部分能量，產(chǎn)生低頻斯托克斯光子，而剩余的能量被介質(zhì)以分子振動(dòng)（光學(xué)聲子）的形式吸收，完成振動(dòng)態(tài)之間的躍遷。2、三種結(jié)構(gòu)：與EDFA一樣，可有反向泵浦、同向泵浦或雙向泵浦三種。3、主要特點(diǎn)（1）增益波長(zhǎng)由泵浦光波長(zhǎng)決定（2）增益介質(zhì)可以為傳輸光纖本身（3）噪聲系數(shù)低4、應(yīng)用：（1）完全滿足全波光纖對(duì)工作窗口的要求，不但能夠工作在EDFA常使用到的 C 波段（1530 1564 nm），而且也能工作在波長(zhǎng)較短的 S 波段（1350

33、 1450 nm）和較長(zhǎng)的 L 波段（1564 1620 nm）。（2）可使用多個(gè)泵浦源來(lái)擴(kuò)展放大帶寬。第七章 SDH與數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)一、PDH準(zhǔn)同步數(shù)字體系1、復(fù)接術(shù)語(yǔ)（1）數(shù)字復(fù)接：把兩個(gè)或兩個(gè)以上的低速支路數(shù)字信號(hào)按時(shí)分復(fù)用方式合并成單一的高速合路數(shù)字信號(hào)的過(guò)程。（2）同步復(fù)接：由高穩(wěn)定主時(shí)鐘控制被復(fù)接的低次群信號(hào)，達(dá)到速率相同、邊緣對(duì)齊。（3）異步復(fù)接：低次群使用各自的時(shí)鐘，復(fù)接前必須碼速調(diào)整。（4）準(zhǔn)同步復(fù)接：比特率偏差有約束的異步復(fù)接。除復(fù)接成基群時(shí)采用同步復(fù)接外，高次群均采用異步復(fù)接，各支路時(shí)鐘不同源；各支路時(shí)鐘相對(duì)其標(biāo)稱值有一個(gè)規(guī)定容限偏差約束。2、兩種PCM系統(tǒng)（1）PCM

34、 30/32路系統(tǒng)：基群速率E1=2.048 Mb/s。（2）PCM 24路系統(tǒng)：基群速率T1或DS1=1.544 Mb/s。 3、PDH傳輸體制的缺陷（1）接口方面：電接口規(guī)范互不兼容，沒(méi)有統(tǒng)一的光接口規(guī)范。（2）復(fù)用方式：高次群是異步復(fù)接要碼速調(diào)整，無(wú)法直接提取低速支路信號(hào)。（3）運(yùn)行維護(hù)方面：開(kāi)銷字節(jié)少，OAM較困難。（4）沒(méi)有統(tǒng)一的網(wǎng)管接口：沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，廠家管理系統(tǒng)不兼容，無(wú)法形成統(tǒng)一的電信管理網(wǎng)。4、PDH應(yīng)用：主要適用于中、低速率點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸。二、SDH同步數(shù)字體系1、SDH網(wǎng)絡(luò)的定義：由若干SDH網(wǎng)元（NE）組成，在傳輸媒質(zhì)上（如光纖、微波等）進(jìn)行同步信息傳輸、復(fù)用、分插和交

35、叉連接的網(wǎng)絡(luò)。2、SDH最核心的優(yōu)點(diǎn)：同步復(fù)用、標(biāo)準(zhǔn)的光接口和強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)管理功能。3、SDH幀結(jié)構(gòu)：以字節(jié)（8 bit）為單位的矩形塊狀幀結(jié)構(gòu)。每秒8000幀，每幀時(shí)間=125微秒。（1）SDH幀結(jié)構(gòu)以125s為幀同步周期，并采用了字節(jié)間插、指針、虛容器等關(guān)鍵技術(shù)。（2）SDH系統(tǒng)中的基本傳輸速率是STM-1，其他高階信號(hào)速率均由STM-1的整數(shù)倍構(gòu)造而成。STM-1傳送碼率= 9×270×8×8000=19440×8000=155.520 Mb/s。（3）每個(gè)STM幀由段開(kāi)銷（SOH）、管理單元指針（AU-PTR）和STM凈負(fù)荷三部分組成。凈負(fù)荷：幀結(jié)

36、構(gòu)中存放各種信息負(fù)荷的地方，其中還有少量的用于通道性能監(jiān)視、管理和控制的通道開(kāi)銷POH。段開(kāi)銷：保證信息凈負(fù)荷正常靈活傳送所必須附加的，供網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行、管理和維護(hù)OAM使用的字節(jié)。再生段開(kāi)銷（RSOH）負(fù)責(zé)對(duì)整個(gè)STM-N信號(hào)的監(jiān)控管理。復(fù)用段開(kāi)銷（MSOH）負(fù)責(zé)對(duì)STM-N中每一個(gè)STM-1信號(hào)的監(jiān)控管理。管理單元指針：一種用來(lái)指示信息凈負(fù)荷的第一個(gè)字節(jié)在STM-N幀中的準(zhǔn)確位置的指示符。4、SDH傳輸通道術(shù)語(yǔ)（1）再生段（Section）：設(shè)備之間的連接。 （2）復(fù)用段（Line）：復(fù)用器之間（可能經(jīng)過(guò)中繼器）的連接。（3）通道（Path）：源和宿之間的連接。5、SDH復(fù)用結(jié)構(gòu)ITU-T G.

37、707規(guī)定了一整套完整的復(fù)用結(jié)構(gòu)，也就是復(fù)用路線。通過(guò)這些路線可將PDH的3個(gè)系列的數(shù)字信號(hào)，以多種方法復(fù)用成STM-N信號(hào)。6、SDH基本復(fù)用單元（1）容器（C-n）：一種用來(lái)裝載各種速率業(yè)務(wù)信號(hào)的信息結(jié)構(gòu)。共有C-11、C-12、C-2、C-3、C-4五種標(biāo)準(zhǔn)容器。（2）虛容器（VC-n）：用來(lái)支持SDH的通道層連接的信息結(jié)構(gòu)。VC-n= C-n+ VC-nPOH，它是SDH網(wǎng)絡(luò)中始終保持完整不變，獨(dú)立地在通道的任意一點(diǎn)進(jìn)行分出、插入或交叉連接。共有五種虛容器（n=11，12，2，4）。（3）支路單元（TU-n）：提供低階通道層和高階通道層之間適配的信息結(jié)構(gòu)，即負(fù)責(zé)將低階虛容器經(jīng)支路單元組

38、裝進(jìn)高階虛容器。TU-n= VC-n+ TU-nPTR，它的主要作用是指針調(diào)整，共有四種支路單元（n=11，12，2，4）。（4）支路單元組（TUG-n）：一個(gè)或多個(gè)TU的集合，高階VC凈負(fù)荷中占據(jù)固定的、確切位置的一個(gè)或多個(gè)TU的集合。（5）管理單元（AU-n）：提供高階通道層與復(fù)用層之間適配的信息結(jié)構(gòu)，即負(fù)責(zé)將高階虛容器經(jīng)管理單元組裝進(jìn)STM-N幀。AU-n= VC-n+ AU-nPTR，有AU-3和AU-4兩種管理單元。（6）管理單元組（AUG-n）：一個(gè)或多個(gè)AU的集合，在STM-n凈負(fù)荷中的一個(gè)或多個(gè)占據(jù)固定的、確切位置的AU的集合。7、SDH復(fù)用映射過(guò)程（1）映射：信號(hào)打包封裝過(guò)程

39、，在SDH網(wǎng)絡(luò)邊界處支路信號(hào)經(jīng)速率調(diào)整，并增加通道開(kāi)銷（POH），適配進(jìn)虛容器的過(guò)程。（2）定位：對(duì)在TU或AU 中VC的位置進(jìn)行安排過(guò)程，用指針指明VC在TU或AU凈荷的位置的過(guò)程。（3）復(fù)用：字節(jié)間插復(fù)用過(guò)程，把TU組織進(jìn)高階VC或把AU組織進(jìn)STM-N的過(guò)程。8、SDH網(wǎng)元設(shè)備（1）終端復(fù)用器TM：在通道兩端把多路低速信號(hào)復(fù)用成一路高速信號(hào)，或反過(guò)來(lái)把一路高速信號(hào)分接成多路低速信號(hào)設(shè)備。（2）分插復(fù)用器ADM：在高速信號(hào)中分接或插入部分低速信號(hào)的設(shè)備。（3）數(shù)字交叉連接設(shè)備DXC：具有一個(gè)或多個(gè)信號(hào)端口，可以對(duì)任意端口之間的信號(hào)進(jìn)行可控連接（包括再生連接）的設(shè)備。（4）REG再生中繼器：

40、傳輸線路上的再生、重整形和重定時(shí)設(shè)備。3R指具有再生（Regenration）、重整形（Reshaping）和重定時(shí)（Retiming）功能的光電中繼器。（3）損耗受限系統(tǒng)：根據(jù)S和R點(diǎn)的所有光功率損耗和光纜富余度來(lái)確定總的光通道衰減值，再由此確定標(biāo)準(zhǔn)光接口中適用的光接口及相應(yīng)的一整套光參數(shù)。PS-PR=2C+NS+FL+M。速率較低系統(tǒng)。（4）色散受限系統(tǒng)：確定所設(shè)計(jì)的再生段的總色散（ps/nm），據(jù)此選擇合適的光接口及相應(yīng)的一整套光參數(shù)。最大無(wú)再生傳輸距離的最壞值=S和R點(diǎn)之間允許的最大色散值/工作波長(zhǎng)范圍內(nèi)的最大光纖色散系數(shù)。速率較高系統(tǒng)。四、數(shù)字光纖系統(tǒng)的性能指標(biāo)（1）抖動(dòng)（Jitte

41、r）：數(shù)字脈沖的有效瞬間位置相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)位置（如最佳判決時(shí)刻）的短時(shí)間偏差（變化頻率高于10 Hz的相位變化）。 （2）漂移（Wander）：長(zhǎng)時(shí)間的偏差，變化頻率低于10 Hz的相位變化。第八章 光波分復(fù)用一、多信道復(fù)用技術(shù)：為提高通信線路的利用率，在同一傳輸線路上同時(shí)傳輸多路不同信號(hào)而互不干擾的技術(shù)。1、光時(shí)分復(fù)用（OTDM）。2、光碼分復(fù)用（ OCDM）。3副載波復(fù)用（ SCM ）：將基帶信號(hào)首先調(diào)制到GHz的副載波上，再把副載波調(diào)制到THz的光載波上。4空分復(fù)用（ SDM ）。5、光波分復(fù)用（ WDM ） ：在一根光纖中同時(shí)傳輸多個(gè)波長(zhǎng)光信號(hào)的一項(xiàng)技術(shù)。二、光波分復(fù)用的基本原理1、WDM

42、概念：劃分光波信道，發(fā)送端合波，接收端分波。波分復(fù)用的基本思想：將工作波長(zhǎng)略微不同、各自攜帶了不同信息的多個(gè)光源發(fā)出的光信號(hào)，一起注入到同一根光纖中進(jìn)行傳輸。2、WDM的分類（1）稀疏波分復(fù)用CWDM：波長(zhǎng)間隔10100nm。（2）密集波分復(fù)用DWDM：波長(zhǎng)間隔110nm。（3）光頻分復(fù)用OFDM：波長(zhǎng)間隔1 nm。3、WDM的兩種工作形式（1）雙纖單向傳輸：用一對(duì)光纖，在每一根光纖中光單向傳輸。不同波長(zhǎng)的光信號(hào)都在單獨(dú)一根光纖中沿同一方向進(jìn)行傳輸?shù)南到y(tǒng)結(jié)構(gòu)方式。（2）單纖雙向傳輸：只用一根光纖，多個(gè)波長(zhǎng)的信號(hào)可以在兩個(gè)方向上同時(shí)傳播。光通道在一根光纖上實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方向信號(hào)的同時(shí)傳輸。4、WDM中

43、間設(shè)備 中間設(shè)置光分插復(fù)用器（OADM）或光交叉連接器（OXC），使各波長(zhǎng)光信號(hào)進(jìn)行合波和分波，實(shí)現(xiàn)光信息的上下通道與路由分配。三、WDM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：包括光發(fā)送機(jī)、光中繼放大、光接收機(jī)、光監(jiān)控信道和網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)五個(gè)組成部分。1、光發(fā)送機(jī)：利用光轉(zhuǎn)發(fā)器OUT將非特定波長(zhǎng)的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成特定波長(zhǎng)的光信號(hào)；利用合波器合成一路，經(jīng)功率放大器BA輸出多通道光信號(hào)。2、光中繼放大：使用EDFA對(duì)多通道光信號(hào)中繼放大。3、光接收機(jī)：經(jīng)前置放大器PA放大；由分波器分出特定波長(zhǎng)光信號(hào)。4、光監(jiān)控信道：監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)各信道的傳輸情況。5、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)：利用開(kāi)銷字節(jié)對(duì)WDM系統(tǒng)管理，實(shí)現(xiàn)配置管理、故障管理、性能管理、安全管

44、理。四、WDM波長(zhǎng)分配1、目前波分復(fù)用的波長(zhǎng)范圍：15301565nm。五、WDM與SDH的關(guān)系1、SDH和WDM的相同點(diǎn)：利用光纖作為傳輸手段。3、WDM與SDH之間的關(guān)系：SDH是客戶層，WDM是服務(wù)層。六、WDM關(guān)鍵技術(shù)1、WDM光源技術(shù)：發(fā)光波長(zhǎng)必須精確、穩(wěn)定、便于集成，有與之配套的波長(zhǎng)監(jiān)測(cè)與穩(wěn)定技術(shù)，可靠性高、成本低。2、光放大器（1）光纖放大器（OFA）：摻鉺光纖放大器（EDFA）、摻鐠光纖放大器（PDFA）以及利用光的非線性效應(yīng)的光纖拉曼放大器（FRA）等。（2）半導(dǎo)體光放大器（SOA）：研制采用應(yīng)變量子阱材料的SOA。3、光信道間的串?dāng)_問(wèn)題。4、光纖色散對(duì)傳輸?shù)挠绊憽?、光纖的

45、非線性效應(yīng)問(wèn)題。第九章 光網(wǎng)絡(luò)一、光網(wǎng)絡(luò)概述1、光網(wǎng)絡(luò)：以光纖為基礎(chǔ)鏈路所組成的一種通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。2、光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展： SDH/SONETÞWDM/DWDMÞOTNÞASON。二、SDH傳送網(wǎng)1、SDH傳送網(wǎng)：一種以同步時(shí)分復(fù)用和光纖技術(shù)為核心，將復(fù)接、線路傳輸及交換功能融為一體、并由統(tǒng)一網(wǎng)管系統(tǒng)管理的綜合信息傳送網(wǎng)絡(luò)。2、SDH傳送網(wǎng)的三層模型（1）電路層網(wǎng)絡(luò)：涉及到電路層接入點(diǎn)之間的信息傳遞并直接為用戶提供通信服務(wù)業(yè)務(wù)。（2）通道層網(wǎng)絡(luò)：用于通道層接入點(diǎn)之間的信息傳遞并支持不同類型的一個(gè)或多個(gè)電路層網(wǎng)絡(luò)，為電路層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)提供透明的通道?？煞譃楦唠A通道層（VC-3V

46、C-4）和低階通道層（如VC-12）。（3）傳輸媒質(zhì)層網(wǎng)絡(luò)：為通道層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)（DXC、ADM等）提供合適的通道容量，支持一個(gè)或多個(gè)通道層網(wǎng)絡(luò)?？蓜澐譃槎螌泳W(wǎng)絡(luò)和物理層。段層網(wǎng)絡(luò)還可以細(xì)分為復(fù)用段層網(wǎng)絡(luò)和再生段層網(wǎng)絡(luò)。3、SDH傳送網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌壕€形（鏈形）、星形、樹形、環(huán)形和網(wǎng)孔形5種類型。4、SDH自愈網(wǎng)（1）自愈網(wǎng)：在極短的時(shí)間內(nèi)，對(duì)局部出現(xiàn)的故障，無(wú)需人為干預(yù)，就能自動(dòng)選擇替代路由，重新配置業(yè)務(wù)，恢復(fù)通信能力。（2）基本原理：使網(wǎng)絡(luò)具備（發(fā)現(xiàn)）替代傳輸路由，并在一定時(shí)限內(nèi)重新建立通信。（3）自愈網(wǎng)技術(shù)保護(hù)（Protection）：利用節(jié)點(diǎn)間預(yù)先安排的容量取代失效或劣化的傳送實(shí)體的自愈技術(shù)

47、；利用預(yù)先規(guī)劃的備用系統(tǒng)容量對(duì)主用系統(tǒng)進(jìn)行切換保護(hù)，由硬件響應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)?；謴?fù)（Restoration）：利用節(jié)點(diǎn)間的任何可用容量，當(dāng)發(fā)生鏈路或節(jié)點(diǎn)失效時(shí)，網(wǎng)絡(luò)可以用重新選擇路由的算法，安排可用容量恢復(fù)業(yè)務(wù)的自愈技術(shù)，所需的備用容量較小，需要較長(zhǎng)的時(shí)間。（4）三種方式線路自動(dòng)保護(hù)倒換方式：將主信號(hào)倒換到備用傳輸通道。主要適用于點(diǎn)到點(diǎn)的保護(hù)。1+1保護(hù)方式：在正常情況下保護(hù)段傳送業(yè)務(wù)信號(hào)，不能提供無(wú)保護(hù)的額外業(yè)務(wù)。11保護(hù)方式：在正常情況下保護(hù)段不傳業(yè)務(wù)信號(hào)，可以在保護(hù)段傳送一些級(jí)別較低的額外業(yè)務(wù)信號(hào)，也可以不傳。ADM自愈環(huán)保護(hù)方式：可分為通道保護(hù)環(huán)（屬于專用1+1保護(hù)保護(hù)）和復(fù)用段保護(hù)環(huán)（屬于共

48、享11保護(hù)）。ADM自愈環(huán)具體形式：二纖單向通道保護(hù)環(huán)。二纖雙向通道保護(hù)環(huán)。二纖單向復(fù)用段保護(hù)環(huán)。四纖雙向復(fù)用段保護(hù)環(huán)。二纖雙向復(fù)用段保護(hù)環(huán)。DXC網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)保護(hù)方式：主要是網(wǎng)狀形結(jié)構(gòu)，當(dāng)某處光纖被切斷時(shí)，利用SDXC的快速交叉連接特性，重新分配業(yè)務(wù)量，可以迅速找到替代路由并恢復(fù)業(yè)務(wù)。5、子網(wǎng)連接保護(hù)（SNCP） ：指對(duì)某一子網(wǎng)連接預(yù)先安排專用的保護(hù)路由，一旦子網(wǎng)發(fā)生故障，專用保護(hù)路由便取代子網(wǎng)承擔(dān)在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的傳送任務(wù)。6、SDH網(wǎng)同步（1）同步：通信網(wǎng)中運(yùn)行的所有數(shù)字設(shè)備的時(shí)鐘在頻率或相位上保持某種嚴(yán)格的特定關(guān)系。目的是避免因數(shù)字傳輸系統(tǒng)中收/發(fā)定位的不準(zhǔn)確導(dǎo)致傳輸性能的劣化。（2）兩種基本

49、的網(wǎng)同步方式主從同步方式：網(wǎng)內(nèi)設(shè)一時(shí)鐘主局，配有高精度時(shí)鐘，網(wǎng)內(nèi)各局均受控于該主局（即跟蹤主局時(shí)鐘，以主局時(shí)鐘為定時(shí)基準(zhǔn)），并且逐級(jí)下控，直到網(wǎng)絡(luò)中的末端網(wǎng)元-終端局。相互同步方式：在網(wǎng)中不設(shè)主時(shí)鐘，由各交換節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘相互控制，最后都調(diào)整到一個(gè)穩(wěn)定的、統(tǒng)一的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率上，從而實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)的同步。（3）SDH網(wǎng)同步方式：通常采用主從同步方式，要求所有網(wǎng)絡(luò)單元時(shí)鐘的定時(shí)都能最終跟蹤至全網(wǎng)的基準(zhǔn)主時(shí)鐘。我國(guó)數(shù)字同步網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是“多基準(zhǔn)鐘，分區(qū)等級(jí)主從同步”方式。（4）4類各級(jí)時(shí)鐘：基準(zhǔn)主時(shí)鐘（PRC），轉(zhuǎn)接局時(shí)鐘，本地局時(shí)鐘，SDH網(wǎng)元時(shí)鐘。（5）節(jié)點(diǎn)從時(shí)鐘3種工作（運(yùn)行）模式： 正常工作模式：跟蹤

50、鎖定上級(jí)時(shí)鐘模式，從時(shí)鐘同步于輸入的基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)。 保持模式：所有定時(shí)基準(zhǔn)丟失后，從時(shí)鐘利用定時(shí)基準(zhǔn)信號(hào)丟失前所存儲(chǔ)的最后的頻率信息作為其定時(shí)基準(zhǔn)使用。 自由運(yùn)行模式：當(dāng)時(shí)鐘丟失所有外部定時(shí)基準(zhǔn)，且失去了定時(shí)基準(zhǔn)記憶或者根本沒(méi)有保持模式時(shí)，采用自己內(nèi)部晶振的時(shí)鐘的模式。（6）SDH同步網(wǎng)結(jié)構(gòu)（7）SDH網(wǎng)同步4種方式同步方式：所有時(shí)鐘都能最終跟蹤到同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的基準(zhǔn)主時(shí)鐘。偽同步方式：各局時(shí)鐘相互獨(dú)立、毫無(wú)關(guān)聯(lián)，但有極高的精度和穩(wěn)定度，網(wǎng)內(nèi)各局的時(shí)鐘雖不完全相同，但誤差很小接近同步。用于國(guó)際網(wǎng)絡(luò)之間、國(guó)內(nèi)不同同步區(qū)之間。準(zhǔn)同步方式：失去所有外同步鏈路的節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘將進(jìn)入保持模式或自由運(yùn)行模式工作。異

51、步方式：網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘出現(xiàn)大的頻率偏差時(shí)工作方式。三、光傳送網(wǎng)OTN1、全光網(wǎng)：指信號(hào)只是在進(jìn)出網(wǎng)絡(luò)時(shí)才進(jìn)行電/光和光/電的變換，而在網(wǎng)絡(luò)中傳輸和交換的過(guò)程中始終以光的形式存在，因此在整個(gè)傳輸過(guò)程中沒(méi)有電的處理。全光網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)：光放大中繼技術(shù)、光復(fù)用技術(shù)、光交換技術(shù)、光分插復(fù)用技術(shù)等。2、光傳送網(wǎng)基本概念（1）光傳送網(wǎng)（OTN）：一種以DWDM與光通道技術(shù)為核心的新型傳送網(wǎng)結(jié)構(gòu)，它由光分插復(fù)用、光交叉連接、光放大等網(wǎng)元設(shè)備組成，中間不需經(jīng)過(guò)光電、電光變換。（2）OTN的主要特點(diǎn)：引入了“光層”概念，在SDH傳送網(wǎng)的電復(fù)用層和物理層之間加入了光層。（3）OTN處理的最基本的對(duì)象：光波長(zhǎng)。3、光傳

52、送網(wǎng)分層結(jié)構(gòu)：將光層加到原SDH傳送網(wǎng)分層結(jié)構(gòu)的段層和物理層之間。光傳送網(wǎng)的分層結(jié)構(gòu)模型（1）光通道層OCH：負(fù)責(zé)為來(lái)自電復(fù)用段層的各種不同格式的客戶層信號(hào)選擇路由、分配波長(zhǎng)和安排連接，提供端到端的光通道聯(lián)網(wǎng)功能。 （2）光復(fù)用段層OMS：保證相鄰兩個(gè)波長(zhǎng)復(fù)用設(shè)備之間多波長(zhǎng)光信號(hào)的完整傳輸，為多波長(zhǎng)信號(hào)提供網(wǎng)絡(luò)功能。 （3）光傳輸段層OTS：為光信號(hào)在不同類型的光介質(zhì)上提供傳輸功能。4、光節(jié)點(diǎn)功能和結(jié)構(gòu)（1）光交叉連接（OXC）：完成光通道的交叉連接、本地上下路、連接和帶寬管理。（2）光分插復(fù)用器（OADM）：在波分復(fù)用光路中對(duì)不同波長(zhǎng)信道進(jìn)行分下與插入操作。5、WDM光傳送網(wǎng)的波長(zhǎng)路由機(jī)制（

53、1）波長(zhǎng)通道（WP）：在光通道層傳輸?shù)男盘?hào)，在所有的波長(zhǎng)復(fù)用段中都使用相同的波長(zhǎng)，并保持不變的通道。必須采用集中控制方式。（2）虛波長(zhǎng)通道（VWP）利用OXC的波長(zhǎng)變換功能，光通道在不同的波長(zhǎng)復(fù)用段可以占用不同的波長(zhǎng)。可以進(jìn)行分布式控制。6、WDM環(huán)形網(wǎng)絡(luò)（1）實(shí)現(xiàn)方式：與SDH組網(wǎng)形式基本相同。（2）保護(hù)配置：通道層采用“并發(fā)優(yōu)收”的1+1保護(hù)配置，復(fù)用段和通道層也可以是11保護(hù)配置。四、自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)ASON1、ASON基本概念（1）自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)ASON：在自動(dòng)交換傳送網(wǎng)中，一種具有自動(dòng)交換功能的光傳送網(wǎng)。傳送與交換在光層的融合的網(wǎng)絡(luò)。（2）基本設(shè)想：在光傳送網(wǎng)中引入控制平面，將信令和選路引入傳送網(wǎng)，把交換功能引人光層，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的按需分配和光網(wǎng)絡(luò)的智能化。2、ASON網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：主要包括3個(gè)獨(dú)立的平面和數(shù)據(jù)通信網(wǎng)。（1）傳送平面TP：由一系列的傳送實(shí)體組成，它是業(yè)務(wù)傳送的通道，可提供端到端用戶信息的單向或者雙向傳輸。（2）控制平面CP：實(shí)現(xiàn)路由控制、信令協(xié)議、資源管理以及其他的策略控制功能。（3）管理平面MP：實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的動(dòng)態(tài)配置、性能監(jiān)測(cè)、故