光纖重點精簡版

1、一般用比特率一距離積BL來衡量點到點系統(tǒng)的性能。光纖損耗和色散特性是影響光波系統(tǒng)通信容量（BL積）的重要因素。由于損耗和色散都與系統(tǒng)的工作波長有關(guān)，因此工作波長的選擇和光纖特性參數(shù)對通信容 量的影響程度就成為系統(tǒng)設(shè)計的一個主要問題。光纖色散:信號能量中的各種分量由于在光纖中傳輸速度不同，而引起的信號畸變。色散限制:光纖色散導(dǎo)致的信號畸變限制系統(tǒng)的傳輸距離。模間色散：只發(fā)生在多模光纖，因為不同模式的光沿著不同的路徑傳輸。偏振模色散：指單模光纖中偏振色散，簡稱PMD（=Polarization Mode Dispersion），起 因于實際的單模光纖中基模含有兩個相互垂直的偏振模，沿光纖傳播過程中

2、，由于光纖難 免受到外部的作用，如溫度和壓力等因素變化或擾動，使得兩模式發(fā)生耦合，并且它們的 傳播速度也不盡相同，從而導(dǎo)致光脈沖展寬，展寬量也不確定，便相當(dāng)于隨機的色散。偏振模色散被認(rèn)為是限制光纖通信系統(tǒng)傳輸容量和距離的最終因素。0.85m光波系統(tǒng)（第一代：多模漸變型光纖，主要限制因素是模間色散）階躍型多模光纖限制條件為BL = c/Q%,多模漸變光纖限制條件為BL = 2c/（n1A2）；1.3m光波系統(tǒng)（第二代：低損耗、低色散）該系統(tǒng)最大的限制因素是由較大的光源譜寬支配的色散導(dǎo)致的脈沖展寬，這時比特率 一距離積限制為：BL（4Dai，式中：D為色散參數(shù)；叫為光源的均方根譜寬。當(dāng)B 1Gb/

3、s時，為損耗限制系統(tǒng)，當(dāng)B2 1Gb/s時為色散限制系統(tǒng)。1.55m光波系統(tǒng)（第三代）這種系統(tǒng)中光纖色散是主要的限制因素，限制條件為：B2L（），式中：&為群 16|侄212速色散，與色散參數(shù)D的關(guān)系為。=（2“/中）旦。對于2.5Gb/s系統(tǒng)，放大器的積累噪聲成為傳輸距離主要限制。對于10Gb/s系統(tǒng)，光纖色散成為傳輸距離的主要限制。功率預(yù)算的目的在于使光波系統(tǒng)在整個壽命期間，確保有足夠的光功率到達接收機以保證 系統(tǒng)有穩(wěn)定可靠的性能。功率預(yù)算可表示為：萬丁 =萬+ 4+約，式中：q為信道總損 耗；虬為系統(tǒng)裕量。保留裕量的目的在于分配一定量的功率，給因系統(tǒng)中元器件退化或其他不可預(yù)知的事件引 起

4、的功率虧損在系統(tǒng)壽命期內(nèi)的增加。信道總損耗應(yīng)包括所有的功率損耗源，包括光纖的分布損耗、連接器損耗、對接損耗。系統(tǒng)展寬時間的定義：鏈路總的展寬時間tsys等于每種因素引起的脈沖展寬時間弓的平方和 的平方根：$ =（卷11/2上升時間的預(yù)算的目的在于檢驗選用的光源，光纖和檢測器的響應(yīng)速度是否滿足系統(tǒng)設(shè)計 的要求，以確保系統(tǒng)在預(yù)定的比特率時能正常工作。上升時間定義為當(dāng)突然加上一個輸入（一個階躍函數(shù)）時，系統(tǒng)響應(yīng)從其最終輸出值的 10%上升到90%所需的時間。線性系統(tǒng)的帶寬Af與上升時間7；成反比，7；= 035，對于任何線性系統(tǒng)均成立。T B時，帶寬近似為2Af-寬頻偏；當(dāng)AfB時，帶寬近似為2B-

5、窄頻偏實現(xiàn)FSK調(diào)制的辦法：外調(diào)制器（LiNbO3電光、聲光）：通過改變相位改變頻率，相對較 復(fù)雜；直接調(diào)制：直接調(diào)制半導(dǎo)體激光器諧振腔的折射率實現(xiàn)頻率調(diào)制，但伴隨著調(diào) 幅，信號處理復(fù)雜。在單根光纖中實現(xiàn)光復(fù)用有：光時分復(fù)用（OTDM）、光頻分復(fù)用（OFDM）、波分復(fù)用（WDM）、副載波復(fù)用（SCM）和光碼分復(fù)用（OCDM）。光時分復(fù)用是用多個電信道信號調(diào)制同一光頻或波長的不同光通道（光時隙），經(jīng)復(fù)用后再 同一根光纖上傳輸，在系統(tǒng)發(fā)送端將幾個低比特數(shù)據(jù)流光學(xué)復(fù)用成高比特流，在接收端再 用光學(xué)的方法將其解復(fù)用出來。OTDM方案的特點是繞過產(chǎn)生高比特流的電子學(xué)障礙，將其限制轉(zhuǎn)移到光域，利用光子技術(shù)

6、 的優(yōu)勢，實現(xiàn)了單波長通道光時隙的有效利用和時分復(fù)用高速率通信。OTDM采用的光子技術(shù)：超短光脈沖產(chǎn)生技術(shù)；OTDM復(fù)用器；OTDM解復(fù)用器；時鐘提取和 同步。OTDM復(fù)用方式從原理上看主要基于排隊間插概念，常見的有兩種間插方式：比特間插和時 隙間插。從結(jié)構(gòu)組成上看主要采取并行和串行兩種復(fù)用結(jié)構(gòu)。串行復(fù)用結(jié)構(gòu)將超短脈沖信號串行調(diào)制，該方式較簡單，但需消除因器件串聯(lián)而積累起來 的有害因素對波形的劣化影響。并行復(fù)用結(jié)構(gòu)同時調(diào)制待復(fù)用的各個子信道，再通過適當(dāng)?shù)难舆t器或調(diào)相器將子信道的位 置相互錯開，然后通過耦合器將各個錯開的子信道以比特間插方式合在一起。并行復(fù)用結(jié) 構(gòu)放松了對調(diào)制解調(diào)器速率的要求，但

7、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，對子信道之間延遲的偏離和漂移十分 敏感。OTDM解復(fù)用器完成由高速信道到低速信道的轉(zhuǎn)換，是OTDM系統(tǒng)中最關(guān)鍵和最復(fù)雜的一種 設(shè)備。OTDM解復(fù)用器本質(zhì)上是一種高速光開關(guān)，其典型結(jié)構(gòu)：非線性環(huán)鏡（NOLM）；不對稱非線 性放大環(huán)鏡（NALM）。NOLM解復(fù)用是基于光纖中的XMP效應(yīng)；NALM解復(fù)用是基于SOA中的XPM效應(yīng)。OTDM的時鐘提取技術(shù)可以分為三類：電時鐘提取、光電鎖相環(huán)時鐘提取和全光時鐘提取。波分復(fù)用（WDM）的概念：光波分復(fù)用技術(shù)是在一根光纖中同時傳輸多個波長光信號的一項 技術(shù)。波分復(fù)用（WDM）基本原理：在發(fā)送端將不同波長的光信號組合起來（復(fù)用），并耦合到光纜第3頁

8、共6頁線路上的同一根光纖中進行傳輸，在接收端又將組合波長的光信號分開（解復(fù)用），并作進 一步處理，恢復(fù)出原信號后送入不同的終端，因此將此項技術(shù)稱為光波長分割復(fù)用，簡稱 光波分復(fù)用技術(shù)。解復(fù)用器：經(jīng)同一傳輸光纖送來的多波長信號分解為各個波長分別輸出的器件稱為解復(fù)用 器（也叫分波器）。WDM系統(tǒng)的基本構(gòu)成主要有以下兩種形式：雙纖單向傳輸和單纖雙向傳輸。根據(jù)信道間隔的大小，WDM分為：稀疏或粗波復(fù)用（CWDM）；密集波分復(fù)用（DWDM）；致密 集波分復(fù)用或稱光頻分復(fù)用（OFDM）。插入損耗是指由于增加光波分復(fù)用器/解復(fù)用器而產(chǎn)生的附加損耗，定義為該無源器件的輸 入和輸出端口之間的光功率之比?；夭〒p耗

9、是指從無源器件的輸入端口返回的光功率與輸入光功率的比。反射系數(shù)是指在WDM器件的給定端口的反射光功率七與入射光功率Pj之比。 工作波長范圍是指WDM器件能夠按照規(guī)定的性能要求工作的波長范圍。信道寬度是指各光源之間為避免串?dāng)_應(yīng)具有的波長間隔。偏振相關(guān)損耗（PDL）是指由于偏振態(tài)的變化所造成的插入損耗的最大變化值。實際的WDM系統(tǒng)主要由五部分組成：光發(fā)射機、光中繼放大、光接收機、光監(jiān)控信道和網(wǎng) 絡(luò)管理系統(tǒng)。WDM系統(tǒng)的對外光接口來看又分為：集成式系統(tǒng)和開放式系統(tǒng)。產(chǎn)生串音的原因：線性串音：選擇信道的解復(fù)用元件的非理性特性導(dǎo)致；非線性串音：光 纖非線性引起的。信道選擇方法：光域進行選擇：在光濾波器前

10、接入一濾波器，適用于直接檢測和相干檢 測；電域進行選擇：適用于相干檢測技術(shù)。導(dǎo)致串音的非線性機制：受激喇曼散射（SRS）；受激布里淵散射（SBS）；交叉相位調(diào)制 （XPM）；四波混頻（FWM）。SRS的主要影響是引起非線性損耗和功率代價。減小SRS對系統(tǒng)影響的主要措施：減低入纖功率（減小中繼間隔）；減小信道間隔；減小 光纖的非線性系數(shù)。減小SBS對系統(tǒng)影響的主要措施（避免）：減低入纖功率（減小中繼間隔）；增加光源線寬 （色散限制）。SRS與SBS基本差別：即受激布里淵散射中參與的是聲頻聲子而受激拉曼散射中參與的光頻 聲子。四波混頻（FWM）：折射率對于光強的相關(guān)性，不僅引起信道中的相移，而且產(chǎn)

11、生新頻率分 量的信號，這種現(xiàn)象稱為四波混頻（FWM）。在多信道光波通信系統(tǒng)中，F(xiàn)WM是一個主要的限制因素。副載波復(fù)用（SCM）的實質(zhì):利用光纖傳輸系統(tǒng)很寬的帶寬換取有限的信號功率，也就是增 加信道帶寬，降低對信道載噪比（載波功率/噪聲功率）的要求，而又保持輸出信噪比不變。 互調(diào)失真（IMD）：如果通信信道是完全線性的，接收光功率的波形將與發(fā)送光功率波形相 同，但實際L-I特性總會偏離線性特性，從而產(chǎn)生信號失真。這種失真稱為互調(diào)失真（IMD） 減小諧波失真辦法：減小光調(diào)制深度；設(shè)法將張弛震蕩的諧振峰往更高頻率推移，從而擴 大可用頻率范圍；采用外調(diào)制器，使直流偏置電壓點置于調(diào)制器調(diào)制特性曲線的拐點

12、上。 對于副載波復(fù)用模擬電視光纖傳輸系統(tǒng)，評價其傳輸質(zhì)量的特性參數(shù)主要是載噪比（CNR） 和信號失真。載噪比定義：把滿負載、無調(diào)制的等幅載波置于傳輸系統(tǒng)，在規(guī)定的帶寬內(nèi)特定頻道的載 波功率（C）和噪聲功率（NP）的比值，并以dB為單位。第4頁共6頁影響CNR的因素：互調(diào)失真；強度噪聲；調(diào)制深度。多波長SCM光波系統(tǒng)限制因素：光拍頻串?dāng)_。光碼分復(fù)用（OCDM）：此通信是將碼分多址通信技術(shù)與大容量光纖通信技術(shù)相結(jié)合的一種通 信方式，它是在OCDM通信系統(tǒng)中，每個用戶都擁有一個唯一的地址碼。在進行數(shù)據(jù)信息的 傳輸時，首先用該地址碼數(shù)據(jù)信息進行光調(diào)制，同樣，在接收端用與發(fā)射端相同的址碼進 行光解碼，從

13、而實現(xiàn)用戶間的通信。是在光域?qū)崿F(xiàn)的一種擴頻通信技術(shù)，不同用戶的信號 用互成正交的不同碼序列來填充，這樣經(jīng)過填充的用戶信號可調(diào)制在同一光載波上在光纖 信道中傳輸，接收時只要用與發(fā)方向相同的碼序列進行相關(guān)接收，即可恢復(fù)原用戶信息。光正交碼（OOC： Optical Orthogonal Code）:正交表示其弱的互相關(guān)性，具有良好的自相 關(guān)性，是用戶盡可能降低對其他用戶的干擾。OCDMA系統(tǒng)中編解碼方式：擴頻OCDMA編解碼；擴時OCDMA編解碼；擴空OCDMA編解碼。 擴頻OCDMA編解碼器結(jié)構(gòu)三種：抽頭型結(jié)構(gòu)；并聯(lián)型結(jié)構(gòu)；梯狀型結(jié)構(gòu)。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)

14、。目前的光網(wǎng)絡(luò)不是 一種純光的光網(wǎng)絡(luò)，它的控制、管理以及處理仍是由電層來完成的。碼分光交換原理：將某個正交碼上的光信號交換到另一個正交碼上，實現(xiàn)不同碼字之間的 交換。計算機網(wǎng)絡(luò)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍，分為：城域網(wǎng)，廣域網(wǎng),局域網(wǎng)（總線型、星型、環(huán)形）。 OSI模型：1）物理層其上一層提供一個物理連接，以及與這個物理連接有關(guān)的機械、電 氣、功能和過程特性，單位bit。物理媒質(zhì)不在OSI 7層之內(nèi)。2）數(shù)據(jù)鏈路層負責(zé)在兩 個相鄰節(jié)點間的線路上無差錯的傳送以幀為單位的數(shù)據(jù)。負責(zé)建立、維持和釋放數(shù)據(jù)鏈路 的連接，要解決由于幀的差錯、丟失和重復(fù)等出現(xiàn)的問題，還要完成信息流量調(diào)配和控制 單位（幀，F(xiàn)）。3）網(wǎng)

15、絡(luò)層 選擇合適的網(wǎng)間路由和交換節(jié)點，確保數(shù)據(jù)及時傳送。還提供 擁塞控制和異種網(wǎng)互連時的協(xié)議轉(zhuǎn)換功能。單位是報文。4）傳輸層保證通信的兩個末端用 戶之間能可靠、有序地進行數(shù)據(jù)交換。單位是報文。5）會話層負責(zé)通信雙方會話的建立 和拆除。提供數(shù)據(jù)發(fā)送權(quán)的控制方法、表示傳送數(shù)據(jù)的分段方法、以及返回到上個分段作 傳送處理的方法。會話層及以上層，數(shù)據(jù)傳送單位皆為報文6）表示層負責(zé)定義信息的表 示方法，管理和轉(zhuǎn)換終端用戶間交換的數(shù)據(jù)單元的語法，提供數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的控制功能，便于 通信時選擇適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，確保數(shù)據(jù)的正確收發(fā)。7）應(yīng)用層應(yīng)用層協(xié)議給交換的信息提 供恰當(dāng)?shù)恼Z義和含義，處理應(yīng)用進程之間收發(fā)數(shù)據(jù)中所含信息

16、內(nèi)容。應(yīng)用層確保網(wǎng)絡(luò)兩端 合作進行信息處理的兩個應(yīng)用進程能夠相互理解。通信功能：文件傳送存取、數(shù)據(jù)庫訪 問、電子郵件存取等資源利用功能以及保障網(wǎng)絡(luò)正常運行的網(wǎng)絡(luò)管理功能。SDH主要優(yōu)勢：通信容量大、傳輸性能好、接口規(guī)范、組網(wǎng)靈活方便、同步復(fù)用、運行維 護管理功能強大、互聯(lián)互通兼容性好。PDH是逐級復(fù)接，SDH是一步到位；用SDH設(shè)備組網(wǎng) 簡單經(jīng)濟。SDH的固有缺陷：頻帶利用率低-有效性和可靠性的矛盾；指針調(diào)整機理復(fù)雜，并且產(chǎn)生 指針調(diào)整抖動；軟件的大量應(yīng)用，使系統(tǒng)易受病毒或誤操作的危害。映射概念：把PDH的各種速率及ATM信元與SDH的容器C進行適配的過程，即將PDH信號 通過碼速調(diào)整裝入C-

17、n中，再加上通道開銷，映射到VC-n虛容器的過程。映射分類：異步映射、同步映射工作模式：浮動模式、鎖定模式。指針調(diào)整的作用：當(dāng)網(wǎng)絡(luò)處于同步狀態(tài)時，指針用于進行同步的信號之間的相位校準(zhǔn)；指 針還可用來容納網(wǎng)絡(luò)中的相位抖動和漂移；網(wǎng)絡(luò)失去同步時，指針用作頻率和相位校準(zhǔn)； 當(dāng)網(wǎng)絡(luò)處于異步工作時，指針用作頻率跟蹤校準(zhǔn)。指針兩類：管理單元指針和支路單元 指針。SDH同步復(fù)用：使多個低階通道層信號適配進高階通道，或者把多個高階通道層信號適配 第5頁共6頁進復(fù)用層過程。復(fù)用方法：字節(jié)間插（按字復(fù)接），同步復(fù)用。SDH設(shè)備分為四類：終端復(fù)用器：分插復(fù)用器；再生中繼器；SDH數(shù)字交叉連接設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)的保護與恢復(fù)：

18、網(wǎng)絡(luò)生存性泛指網(wǎng)絡(luò)經(jīng)受各種故障后仍能維持可接受的業(yè)務(wù)質(zhì)量等級 的能力。一般通過網(wǎng)絡(luò)保護和網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)實現(xiàn)。網(wǎng)絡(luò)的保護利用預(yù)先安排好的備用容量去保 護主用容量。SDH網(wǎng)的保護可分為二大類：路徑保護與子網(wǎng)連接保護。網(wǎng)絡(luò)的恢復(fù)是在外 部網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的控制下，采用某種算法在網(wǎng)絡(luò)中尋找失效路由的替代路由?；謴?fù)通常主 要適用網(wǎng)狀拓撲，能最佳地利用網(wǎng)絡(luò)容量資源。恢復(fù)機制通常采用集中控制方式，需要外 部網(wǎng)管系統(tǒng)介入，業(yè)務(wù)恢復(fù)時間可能長達數(shù)秒至分鐘量級。自愈網(wǎng)：具有自愈能力的網(wǎng)，即無需人為干預(yù)，網(wǎng)絡(luò)就能在極短的時間內(nèi)從失效故障中自 動恢復(fù)業(yè)務(wù)傳輸能力，使用戶感覺不到網(wǎng)絡(luò)已出了故障?；驹恚菏咕W(wǎng)絡(luò)具備自動發(fā)現(xiàn)替代傳

19、輸路由，重新配置業(yè)務(wù)并確立通信的能力。交換式以太網(wǎng)工作方式直通式：邊收邊發(fā)：交換機端口接收到數(shù)據(jù)幀幀頭（前14字節(jié)），馬上查詢地址 映射表，根據(jù)結(jié)果立即進行轉(zhuǎn)發(fā)。優(yōu)點：轉(zhuǎn)發(fā)延遲小，交換速度快，缺點：無法檢測到?jīng)_ 突幀和出錯幀。存儲轉(zhuǎn)發(fā)式：先將數(shù)據(jù)幀完整地接收下來然后進行CRC校驗，濾掉不正確的幀， 確認(rèn)包正確后，取出目的地址，根據(jù)目的地址轉(zhuǎn)發(fā)到指定接口。優(yōu)點：可以檢查出沖突 幀，出錯幀，使轉(zhuǎn)發(fā)幀全為有效幀。缺點：轉(zhuǎn)發(fā)延遲較大，交換速度較慢。自適應(yīng)方式：交換機根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀況自動更換數(shù)據(jù)交換方式。介于直通式與存儲轉(zhuǎn) 發(fā)式之間的一種解決方案，綜合了兩者的優(yōu)點，數(shù)據(jù)處理速度介于兩者之間。交換式以太網(wǎng)優(yōu)點：不需要改變網(wǎng)絡(luò)其他硬件，只需用交換機替換共享式HUB。同時提供 多個通道，允許多對用戶同時通信。能提供更高帶寬和速度。全雙工交換式局域網(wǎng)：在總線方式下采用CSMA/CD協(xié)議，如果兩臺