光傳輸技術(shù)基礎(chǔ)知識

光傳輸網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識主要內(nèi)容光纖通信基礎(chǔ)同步數(shù)字體系SDH光纖通信基礎(chǔ)—概論一、光纖通信概念

利用光纖來傳輸攜帶信息的光波以達到通信的目的。數(shù)字光纖通信系統(tǒng)方框圖光纖通信基礎(chǔ)—概論二、光纖通信發(fā)展簡史1966年，英籍華裔學(xué)者高錕指出了利用光纖(OpticalFiber)進行信息傳輸?shù)目赡苄院图夹g(shù)途徑，奠定了現(xiàn)代光通信——光纖通信的基礎(chǔ)。1970年，光纖研制取得了重大突破。美國康寧(Corning)公司就研制成功損耗20dB/km的石英光纖。1973年，美國貝爾(Bell)實驗室取得了更大成績，光纖損耗降低到2.5dB/km。1976年，日本電報電話(NTT)公司將光纖損耗降低到0.47dB/km(波長1.2μm)。光纖通信基礎(chǔ)—概論三、光纖通信優(yōu)點1、通信容量巨大

從理論上講，一根光纖可以同時傳輸100億個話路，目前同時傳輸50萬個話路的試驗已經(jīng)成功，比傳統(tǒng)同軸電纜、微波等高出幾千乃至幾十萬倍。2、中繼距離長

光纖具有極低的衰耗系數(shù)，配以適當?shù)墓獍l(fā)送、光接收設(shè)備、光放大器、前向糾錯與RZ編碼調(diào)制技術(shù)等，可使其中繼距離達數(shù)千公里以上，而傳統(tǒng)電纜只能傳送1.5km，微波50km，根本無法與之相比擬。3、保密性能好4、適應(yīng)能力強

具有不怕外界強電磁場的干擾、耐腐蝕等優(yōu)點5、體積小、重量輕6、原材料來源豐富、價格低廉光纖通信基礎(chǔ)—光纖一、光纖的構(gòu)造

光纖呈圓柱形，主要由纖芯、包層二大部分組成。1、纖芯：位于光纖的中心部位，成分為高純度的二氧

化硅，摻有極少量摻雜劑。2、包層：位于纖芯的周圍，其成分也是含有極少量摻

雜劑的高純度二氧化硅。3、涂覆層：光纖的最外層，由丙烯酸酯、硅橡膠和尼

龍組成。外皮纖芯包層光纖通信基礎(chǔ)—光纖二、光纖的分類光纖種類按光纖剖面折射率分布分類按工作波長分類石英光纖按組成成份分類按傳輸模式分類含氟光纖塑料光纖階躍型光纖漸變型光纖多模光纖單模光纖短波長光纖（波長典型值為850nm）長波長光纖（波長為1310nm，1550nm）光纖通信基礎(chǔ)—光纖二、光纖的分類—階躍、漸變光纖1、階躍光纖

在纖芯與包層區(qū)域內(nèi)，折射率的分布分別是均勻的，分別為n1和n2，但在纖芯與包層的邊界處，其折射率的變化是階躍的。2、漸變光纖

光纖軸心處的折射率最大(n1)，但隨橫截面徑向的增加而逐漸減小，到纖芯與包層的邊界處，正好降到與包層區(qū)域的折射率n2光纖通信基礎(chǔ)—光纖二、光纖的分類—單模、多模光纖1、單模光纖：可傳多種模式的光。但其模間色散較大，這就限制了傳輸數(shù)字信號的頻率，而且隨距離的增加會更加嚴重。2、多模光纖：只能傳一種模式的光，因此其模間色散很小，適用于遠程通訊。Core125mmCladCoreClad125mm50mm8mm85mm多模光纖單模光纖人的頭發(fā)光纖通信基礎(chǔ)—光纖三、光纖的簡單導(dǎo)光原理1、全反射原理若使光束從光密媒質(zhì)射向光疏媒質(zhì)時,則折射角大于入射角，如圖所示。如果不斷增大θ0可使折射角θ1達到90°,這時的θ1稱為臨界角。當光線從光密媒質(zhì)射向光疏媒質(zhì),且入射角大于臨界角時,就會產(chǎn)生全反射現(xiàn)象。

光纖就是利用這種全反射來傳輸光信號的。光纖通信基礎(chǔ)—光纖三、光纖的簡單導(dǎo)光原理2、光在光纖中的傳播光纖通信基礎(chǔ)—光纖四、光纖的衰耗光纖的損耗是指光信號經(jīng)光纖傳輸后，由于吸收、散射等原因引起光功率的減小。光纖損耗散射損耗非線性散射吸收損耗本征吸收：光纖材料本身所固有的吸收作用雜質(zhì)吸收：光纖中雜質(zhì)對光的吸收作用其他衰耗（微彎曲衰耗等）線性散射結(jié)構(gòu)不完善散射光纖通信基礎(chǔ)—光纖五、光纖的色散

色散分為色度色散與偏振模色散兩大類。

色度色散簡單說就是有光纖傳輸引起的光脈沖展寬與畸變效應(yīng)。色度色散包括三個部分：模式色散、材料色散、波導(dǎo)色散。

同步數(shù)字體系

我們前面為大家介紹了光纖，也介紹了光纖傳輸?shù)暮唵卧?，如果把光纖比作一條高速公路，要實現(xiàn)有效的傳輸還需要有高速汽車，以及一系列相應(yīng)的交通規(guī)則。同步數(shù)字體系就是一套這樣的“交通系統(tǒng)”。光纖通信系統(tǒng)框圖信息數(shù)字終端設(shè)備發(fā)送端光端機發(fā)送端光端機接收端數(shù)字終端設(shè)備接收端信息光纖光傳輸設(shè)備光傳輸設(shè)備同步數(shù)字體系—SDH概論一、SDH的產(chǎn)生1、PDH的缺點（1）沒有國際統(tǒng)一的數(shù)字速率標準（2）沒有國際統(tǒng)一的光接口規(guī)范同步數(shù)字體系—SDH概論一、SDH的產(chǎn)生1、PDH的缺點（3）上下電纜成本高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜（4）網(wǎng)絡(luò)的運行、管理、維護能力差光/電光信號解復(fù)用140/34Mb/s34/8Mb/s8/2Mb/s復(fù)用復(fù)用復(fù)用電/光光信號2/8Mb/s8/34Mb/s34/140Mb/s2Mb/s(電信號)PDH解復(fù)用解復(fù)用同步數(shù)字體系—SDH概論一、SDH的產(chǎn)生2、SDH的產(chǎn)生

上述PDH的缺點要想在原有的技術(shù)體制和框架內(nèi)予以解決，幾乎是不可能的。1998~1990年，ITU-T通過了關(guān)于SDH的9個標準，1992~1996年又相繼通過了5個，至此在國際范圍內(nèi)就SDH的硬件與軟件達成了一致協(xié)議。同步數(shù)字體系—SDH概論二、SDH的特點（1）速率統(tǒng)一在SDH幀結(jié)構(gòu)中既可以包含2Mb/s數(shù)字體系的各種子速率信號，如2Mb/s，34Mb/s和140Mb/s；也可以包含1.5Mb/s數(shù)字體系的各種子速率信號，如1.5Mb/s，6.3Mb/s，45Mb/s和100Mb/s等。

目前SDH有5個標準化的STM等級，即STM-1/4/16/64/256（2）光接口規(guī)范（3）靈活的分插復(fù)用（4）具有強大的運行、管理、維護與指配能力（5）組網(wǎng)較靈活、網(wǎng)絡(luò)的安全性與生存性強（6）兼容性好SDH不僅可以向前兼容已有的PDH各種速率信號，而且還可以向后兼容未來的許多新業(yè)務(wù)信號，如ATM信元、FDDI信元等。同步數(shù)字體系—SDH概論三、SDH概況（1）SDH的等級等級速率（Mb/s）含2M電路數(shù)量語音話路容量STM-1155.52631890STM-4622.082527560STM-162488.32100830240STM-649953.284032120960STM-256398131216128483840同步數(shù)字體系—SDH概論三、SDH概況（2）SDH設(shè)備的種類SDH設(shè)備可以分為4種：終端復(fù)用器(TM)、分插復(fù)用器(ADM)、再生器(REG)和數(shù)字交叉連接設(shè)備(DXC)。TMDXCDXCADMTMADMSTM-nDXCDXCTMSTM-NSTM-NSTM-NSTM-NSTM-NSTM-NSTM-NSTM-n同步數(shù)字體系—SDH概論三、SDH概況（2）SDH設(shè)備的種類—終端復(fù)用器（TM）終端復(fù)用器用在網(wǎng)絡(luò)的終端站點上，例如一條鏈的兩個端點上，它是一個雙端口器件。同步數(shù)字體系—SDH概論三、SDH概況（2）SDH設(shè)備的種類—分插復(fù)用器（ADM）分/插復(fù)用器用于SDH傳輸網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)接站點處，例如鏈的中間結(jié)點或環(huán)上結(jié)點，是SDH網(wǎng)上使用最多、最重要的一種網(wǎng)元，它是一個三端口的器件。同步數(shù)字體系—SDH概論三、SDH概況（2）SDH設(shè)備的種類—再生中繼器（REG）再生中繼器設(shè)在網(wǎng)絡(luò)的中間局站，目的是延長傳輸距離，但不能上、下電路，REG是雙端口器件，只有兩個線路端口。同步數(shù)字體系—SDH概論三、SDH概況（2）SDH設(shè)備的種類—數(shù)字交叉連接設(shè)備（DXC）數(shù)字交叉連接設(shè)備完成的主要是STM-N信號的交叉連接功能，它是一個多端口器件，它實際上相當于一個交叉矩陣，完成各個信號間的交叉連接，同步數(shù)字體系—幀結(jié)構(gòu)一、幀結(jié)構(gòu)的組成

STM-N的幀結(jié)構(gòu)由3部分組成：段開銷，包括再生段開銷（RSOH）和復(fù)用段開銷（MSOH）；管理單元指針（AU-PTR）；信息凈負荷（payload）。13459RSOHSTM-N凈負荷

(含POH)9×N261×N270×N列MSOHAUPTR同步數(shù)字體系—幀結(jié)構(gòu)一、幀結(jié)構(gòu)的組成（1）信息凈負荷（payload）：

在STM-N幀結(jié)構(gòu)中存放將由STM-N傳送的各種信息碼塊的地方。信息凈負荷區(qū)相當于STM-N這輛運貨車的車箱，車箱內(nèi)裝載的貨物就是經(jīng)過打包的低速信號——待運輸?shù)呢浳?。為了實時監(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)。同步數(shù)字體系—幀結(jié)構(gòu)一、幀結(jié)構(gòu)的組成（2）段開銷（SOH）：為了保證信息凈負荷正常、靈活傳送所必須附加的供網(wǎng)絡(luò)運行、管理和維護（OAM）使用的字節(jié)。例如段開銷可進行對STM-N這輛運貨車中的所有貨物在運輸中是否有損壞進行監(jiān)控，而POH的作用是當車上有貨物損壞時，通過它來判定具體是哪一件貨物出現(xiàn)損壞。

當然，SOH和POH還有一些管理功能。段開銷又分為再生段開銷（RSOH）和復(fù)用段開銷（MSOH），分別對相應(yīng)的段層進行監(jiān)控。同步數(shù)字體系—幀結(jié)構(gòu)一、幀結(jié)構(gòu)的組成（3）管理單元指針（AU-PTR）：AU-PTR是用來指示信息凈負荷的第一個字節(jié)在STM-N幀內(nèi)的準確位置的指示符，以便收端能根據(jù)這個位置指示符的值（指針值）正確分離信息凈負荷。同步數(shù)字體系—幀結(jié)構(gòu)二、SDH信號的傳輸SDH幀結(jié)構(gòu)雖然是塊狀，但是在傳輸時依然是以串行碼流形式，即按從左到右，由上而下的順序進行。ITU-T規(guī)定對于任何級別的STM-N幀，幀頻是8000幀/秒，也就是幀長或幀周期為恒定的125μs。同步數(shù)字體系—段開銷一、段開銷

下圖是一個STM-1的段開銷9列

A1

A1

A1

A2

A2

A2

J0**

B1△△

E1△

F1**

D1△△

D2△

D3

AU-PTR(管理單元指針)

B2

B2

B2

K1

K2

D4

D5

D6

D7

D8

D9

D10

D11

D12

S1

M1

E2**RSOHMSOH9行

*國內(nèi)使用字節(jié)

△傳輸媒質(zhì)指示字節(jié)空格：國際使用字節(jié)同步數(shù)字體系—段開銷一、段開銷1.A1、A2：

幀定位字節(jié)（F628H）；

2.J0：

再生段跟蹤字節(jié)，使收、發(fā)能正確對接；

3.B1：再生段比特間插奇偶校驗字節(jié)(BIP-8)；4.

D1~D3：再生段數(shù)據(jù)通信通道，可傳送再生段運行數(shù)據(jù)；

5.D4~D12：復(fù)用段數(shù)據(jù)通信通道，可傳送復(fù)用段運行數(shù)據(jù)；6.E1、E2：公務(wù)聯(lián)絡(luò)字節(jié)；7.F1：使用者通道字節(jié)，用于維護的數(shù)據(jù)/音頻通道；8.B2：復(fù)用段比特間插奇偶校驗字節(jié)(BIP-N×24)；同步數(shù)字體系—段開銷一、段開銷

9.

K1、K2：自動保護倒換字節(jié)，執(zhí)行APS協(xié)議；

其中：

K1的b5~b8為請求保護倒換的局站編號，

K2的b1~b4為倒換到保護通路上的局站編號。S1：同步狀態(tài)字節(jié)，指示同步狀態(tài)、時鐘級別等；其中b1~b4暫不使用，b5~b8表示時鐘級別等b5-b8的值越小，表示相應(yīng)的時鐘質(zhì)量級別越高。11.

M1：復(fù)用段遠端差錯指示，指示B2的誤塊檢測結(jié)果。

其中b1暫不使用；b2~b8：用二進制編碼方式，對B2的誤塊檢測結(jié)果進行誤塊計數(shù)

同步數(shù)字體系—段開銷二、段開銷的復(fù)用字節(jié)間插復(fù)用時各STM-1幀的AU-PTR和payload的所有字節(jié)原封不動的按字節(jié)間插復(fù)用方式復(fù)用，而段開銷的復(fù)用方式就有所區(qū)別。下圖為STM-4幀的段開銷結(jié)構(gòu)圖同步數(shù)字體系—復(fù)用與映射一、SDH的復(fù)用結(jié)構(gòu)和步驟同步數(shù)字體系—復(fù)用與映射二、我國規(guī)范的SDH復(fù)用與映射結(jié)構(gòu)同步數(shù)字體系—復(fù)用與映射三、SDH復(fù)用原理—容器（C）容器的主要作用就是進行速率調(diào)整。標準容器尺寸種類C-12

C-3

C-4裝載信號種類2Mb/s34/45Mb/s140Mb/s速率（Mb/s）2.17648.384149.760同步數(shù)字體系—復(fù)用與映射三、SDH復(fù)用原理—虛容器（VC）

是用來支持SDH通道層連接的信息結(jié)構(gòu)。

VC是由信息容器C加上通道開銷POH構(gòu)成。POHC-3(34/45Mb/s)

C-4

(140Mb/s)POH

VC-12POHC-12(2Mb/s)

VC-412261912859

VC-31249同步數(shù)字體系—復(fù)用與映射三、SDH復(fù)用原理—支路單元（TU）：是在高階VC與低階VC之間進行適配的信息結(jié)構(gòu)。TU是由低階VC加上支路單元指針TUPTR構(gòu)成。H1H2H3TUPTRVC-12

VC-3

TU-12TU-3124912869同步數(shù)字體系—復(fù)用與映射三、SDH復(fù)用原理—支路單元組（TUG）：由幾個TU或TUG進行字節(jié)間插復(fù)用組成2b12313123cacbaTU-12aTU-12bTU-12cTUG-2444TU-12a同步數(shù)字體系—復(fù)用與映射三、SDH復(fù)用原理—支路單元組（TUG）：由幾個TU或TUG進行字節(jié)間插復(fù)用組成3×TU-12

7×TUG-2

TUG-2TUG-3R為填充字節(jié)RR1129138692同步數(shù)字體系—復(fù)用與映射三、SDH復(fù)用原理—管理單元（AU-4）：是在高階VC與復(fù)用段之間進行適配的信息結(jié)構(gòu)。

AU是由高階VC加上管理單元指針AUPTR構(gòu)成。VC-4AU-PTR同步數(shù)字體系—復(fù)用與映射四、總結(jié)

一個STM-1幀中可以復(fù)用幾路2M信號？幾路34M信號？幾路140M信號？AUGTUG-2VC-3C-3

C4TU-12VC-12C-12140M34M/45M2M指針處理映射復(fù)用校準×N×7×3×3TUG3STM-NAU-4VC-4TU-3×1×1同步數(shù)字體系—組網(wǎng)與保護一、基本的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)SDH網(wǎng)是由SDH網(wǎng)元設(shè)備通過光纜互連而成的，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點（網(wǎng)元）和傳輸線路的幾何排列就構(gòu)成了網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)的有效性（信道的利用率）、可靠性和經(jīng)濟性在很大程度上與其拓撲結(jié)構(gòu)有關(guān)。網(wǎng)絡(luò)拓撲的基本結(jié)構(gòu)有鏈形、星形、樹形、環(huán)形和網(wǎng)孔形。同步數(shù)字體系—組網(wǎng)與保護二、環(huán)網(wǎng)的分類按傳輸環(huán)上業(yè)務(wù)的方向可將自愈環(huán)分為單向環(huán)和雙向環(huán)兩大類；按網(wǎng)元節(jié)點間的光纖數(shù)可將自愈環(huán)劃分為雙纖環(huán)（一對收/發(fā)光纖）和四纖環(huán)（兩對收發(fā)光纖）；

按保護的業(yè)務(wù)級別可將自愈環(huán)劃分為通道保護環(huán)和復(fù)用段保護環(huán)兩大類。同步數(shù)字體系—組網(wǎng)與保護二、環(huán)網(wǎng)的分類對于通道保護環(huán)，業(yè)務(wù)的保護是以通道為基礎(chǔ)的，也就是保護的是STM-N信號中的某個VC（某一路PDH信號），倒換與否按環(huán)上的某一個別通道信號的傳輸質(zhì)量來決定的。復(fù)用段倒換環(huán)是以復(fù)用段為基礎(chǔ)的，倒換與否是根據(jù)環(huán)上傳輸?shù)膹?fù)用段信號的質(zhì)量決定的。倒換是由K1、K2（b1—b5）字節(jié)所攜帶的APS協(xié)議來啟動的，當復(fù)用段出現(xiàn)問題時，環(huán)上整個STM-N或1/2STM-N的業(yè)務(wù)信號都切換到備用信道上。同步數(shù)字體系—組網(wǎng)與保護二纖單向復(fù)用段保護環(huán)二根光纖：S（業(yè)務(wù)）光纖，P（保護）光纖。正常時：業(yè)務(wù)信號AC在發(fā)端A只饋入S光纖，沿順時針方向到達C站：ABC。同理，業(yè)務(wù)信號CA在發(fā)端C只饋入S光纖，沿順時針方向到達C站：CDA。

同步數(shù)字體系—組網(wǎng)與保護故障時：如B、C間光纜被切斷在B節(jié)點執(zhí)行環(huán)回功能：即把AC業(yè)務(wù)環(huán)回到P光纖上，沿路徑A-B-A-D-C到達目的地C。在節(jié)點C：把接收點切換到P光纖上。CA業(yè)務(wù)仍按原路徑傳送。優(yōu)點：倒換速度快（用APS）：

P光纖可傳送額外業(yè)務(wù)。缺點：不能重復(fù)使用節(jié)點間時隙環(huán)傳輸容量：STM-N同步數(shù)字體系—組網(wǎng)與保護二纖雙向復(fù)用段保護環(huán)正常時：利用S1與S2工作通道傳送業(yè)務(wù)業(yè)務(wù)信號AC在發(fā)端A饋入S1/P2光纖的工作通道S1，沿順時針方向到達C站：A-B-C。同理，業(yè)務(wù)信號CA在發(fā)端C饋入S2/P1光纖的工作通道S2，沿逆時針方向到達A站：C-B-A。P1與P2通道可傳送額外業(yè)務(wù)。同步數(shù)字體系—組網(wǎng)與保護故障時：B節(jié)點：把AC業(yè)務(wù)從S