第四章 光纖通信

第四章光纖通信第一頁，共八十頁，2022年，8月28日4.1光纖通信發(fā)展的歷史和現(xiàn)狀

4.1.1探索時期的光通信原始形式的光通信:中國古代用“烽火臺”報(bào)警，歐洲人用旗語傳送信息。1880年，美國人貝爾(Bell)發(fā)明了用光波作載波傳送話音的“光電話”。貝爾光電話是現(xiàn)代光通信的雛型。1960年，美國人梅曼(Maiman)發(fā)明了第一臺紅寶石激光器，給光通信帶來了新的希望。激光器的發(fā)明和應(yīng)用，使沉睡了80年的光通信進(jìn)入一個嶄新的階段。第二頁，共八十頁，2022年，8月28日?

同一時期，美國麻省理工學(xué)院利用He-Ne激光器和CO2激光器進(jìn)行了大氣激光通信試驗(yàn)。由于沒有找到穩(wěn)定可靠和低損耗的傳輸介質(zhì)，對光通信的研究曾一度走入了低潮。第三頁，共八十頁，2022年，8月28日4.1.2現(xiàn)代光纖通信1966年，英籍華裔學(xué)者高錕(C.K.Kao)和霍克哈姆(C.A.Hockham)發(fā)表了關(guān)于傳輸介質(zhì)新概念的論文，指出了利用光纖(OpticalFiber)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——光纖通信的基礎(chǔ)。指明通過“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”這一發(fā)展方向。第四頁，共八十頁，2022年，8月28日光纖通信發(fā)明家高錕(左)

1998年在英國接受IEE授予的獎?wù)碌谖屙?，共八十頁?022年，8月28日1970年，光纖研制取得了重大突破：?

1970年，美國康寧(Corning)公司研制成功損耗20dB/km的石英光纖。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4dB/km。?

1973年，美國貝爾(Bell)實(shí)驗(yàn)室的光纖損耗降低到2.5dB/km。1974年降低到1.1dB/km。?

1976年，日本電報(bào)電話(NTT)公司將光纖損耗降低到0.47dB/km(波長1.2μm)。?

在以后的10年中，波長為1.55μm的光纖損耗：1979年是0.20dB/km，1984年是0.157dB/km，1986年是0.154dB/km，接近了光纖最低損耗的理論極限。第六頁，共八十頁，2022年，8月28日1970年，光纖通信用光源取得了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展：?1970年，美國貝爾實(shí)驗(yàn)室、日本電氣公司(NEC)和前蘇聯(lián)先后，研制成功室溫下連續(xù)振蕩的鎵鋁砷(GaAlAs)雙異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器(短波長)。雖然壽命只有幾個小時，但它為半導(dǎo)體激光器的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。?1973年，半導(dǎo)體激光器壽命達(dá)到7000小時。?1976年,日本電報(bào)電話公司研制成功發(fā)射波長為1.3μm的銦鎵砷磷(InGaAsP)激光器。?1977年，貝爾實(shí)驗(yàn)室研制的半導(dǎo)體激光器壽命達(dá)到10萬小時。?1979年,美國電報(bào)電話(AT&T)公司和日本電報(bào)電話公司研制成功發(fā)射波長為1.55μm的連續(xù)振蕩半導(dǎo)體激光器。由于光纖和半導(dǎo)體激光器的技術(shù)進(jìn)步，使1970年成為光纖通信發(fā)展的一個重要里程碑第七頁，共八十頁，2022年，8月28日實(shí)用光纖通信系統(tǒng)的發(fā)展?1976年,美國在亞特蘭大(Atlanta)進(jìn)行了世界上第一個實(shí)用光纖通信系統(tǒng)的現(xiàn)場試驗(yàn)。?1980年,美國標(biāo)準(zhǔn)化FT-3光纖通信系統(tǒng)投入商業(yè)應(yīng)用。?1976年和1978年，日本先后進(jìn)行了速率為34Mb/s的突變型多模光纖通信系統(tǒng)，以及速率為100Mb/s的漸變型多模光纖通信系統(tǒng)的試驗(yàn)。?

1983年敷設(shè)了縱貫日本南北的光纜長途干線。?隨后，由美、日、英、法發(fā)起的第一條橫跨大西洋TAT-8海底光纜通信系統(tǒng)于1988年建成。?

第一條橫跨太平洋TPC-3/HAW-4海底光纜通信系統(tǒng)于1989年建成。從此，海底光纜通信系統(tǒng)的建設(shè)得到了全面展開，促進(jìn)了全球通信網(wǎng)的發(fā)展。第八頁，共八十頁，2022年，8月28日光纖通信的發(fā)展可以粗略地分為三個階段：?

第一階段(1966到1976年)，這是從基礎(chǔ)研究到商業(yè)應(yīng)用的開發(fā)時期。?

第二階段(1976到1986年)，這是以提高傳輸速率和增加傳輸距離為研究目標(biāo)和大力推廣應(yīng)用的大發(fā)展時期。?

第三階段(1986到1996年)，這是以超大容量超長距離為目標(biāo)、全面深入開展新技術(shù)研究的時期。第九頁，共八十頁，2022年，8月28日4.1.3國內(nèi)外光纖通信發(fā)展的現(xiàn)狀1976年美國在亞特蘭大進(jìn)行的現(xiàn)場試驗(yàn)，標(biāo)志著光纖通信從基礎(chǔ)研究發(fā)展到了商業(yè)應(yīng)用的新階段。此后，光纖通信技術(shù)不斷創(chuàng)新：光纖從多模發(fā)展到單模，工作波長從0.85μm發(fā)展到1.31μm和1.55μm(短波長向長波長），傳輸速率從幾十Mb/s發(fā)展到幾十Gb/s。隨著技術(shù)的進(jìn)步和大規(guī)模產(chǎn)業(yè)的形成，光纖價格不斷下降，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。目前光纖已成為信息寬帶傳輸?shù)闹饕劫|(zhì)，光纖通信系統(tǒng)將成為未來國家信息基礎(chǔ)設(shè)施的支柱。在許多發(fā)達(dá)國家，生產(chǎn)光纖通信產(chǎn)品的行業(yè)已在國民經(jīng)濟(jì)中占重要地位。第十頁，共八十頁，2022年，8月28日光纖通信整體發(fā)展時間表

100000

1000010001001010.1

19741976197819801982198419861988199019920.8μm多模1.3μm單模1.55μm直接檢測光孤子光放大器1.55μm相干檢測系統(tǒng)性能(Gb/s?Km）第十一頁，共八十頁，2022年，8月28日4.2光纖通信的優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用

通信系統(tǒng)的傳輸容量取決于對載波調(diào)制的頻帶寬度，載波頻率越高，頻帶寬度越寬。光通信載波頻率高、頻帶寬度寬；光通信利用的傳輸媒質(zhì)-光纖，可以在寬波長范圍內(nèi)獲得很小的損耗。第十二頁，共八十頁，2022年，8月28日圖部分電磁波頻譜第十三頁，共八十頁，2022年，8月28日圖各種傳輸線路的損耗特性第十四頁，共八十頁，2022年，8月28日4.2.1光纖通信的優(yōu)點(diǎn)?

容許頻帶很寬，傳輸容量很大?

損耗很小，中繼距離很長且誤碼率很小?

重量輕、體積小?

抗電磁干擾性能好?

泄漏小，保密性能好?

節(jié)約金屬材料，有利于資源合理使用第十五頁，共八十頁，2022年，8月28日4.2.3光纖通信的應(yīng)用光纖可以傳輸數(shù)字信號，也可以傳輸模擬信號。光纖在通信網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)以及在其它數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中都得到了廣泛應(yīng)用。光纖寬帶干線傳送網(wǎng)和接入網(wǎng)發(fā)展迅速，是當(dāng)前研究開發(fā)應(yīng)用的主要目標(biāo)。光纖通信的各種應(yīng)用可概括如下：①通信網(wǎng)②構(gòu)成因特網(wǎng)的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)③有線電視網(wǎng)的干線和分配網(wǎng)④綜合業(yè)務(wù)光纖接入網(wǎng)第十六頁，共八十頁，2022年，8月28日

ATMInternet骨干網(wǎng)DDN/FRPSTN/ISDNTV業(yè)務(wù)分配節(jié)點(diǎn)(COT)業(yè)務(wù)接入節(jié)點(diǎn)（RT）網(wǎng)管SNMP與電信網(wǎng)管中心相連Q3100/1000ME1/BRA/PRA155M622MSDH典型應(yīng)用之一：寬帶綜合業(yè)務(wù)光纖接入系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)第十七頁，共八十頁，2022年，8月28日典型應(yīng)用之二：作為校園網(wǎng)的骨干傳輸網(wǎng)第十八頁，共八十頁，2022年，8月28日4.3光纖通信系統(tǒng)的基本組成下圖示出單向傳輸?shù)墓饫w通信系統(tǒng)，包括發(fā)射、接收和作為廣義信道的基本光纖傳輸系統(tǒng)。第十九頁，共八十頁，2022年，8月28日基本光纖傳輸系統(tǒng)的三個組成部分1、光發(fā)送機(jī)組成框圖：

光源調(diào)制器通道耦合器電信號輸入光輸出驅(qū)動電路半導(dǎo)體激光器或發(fā)光二極管作為光源，在驅(qū)動電流的作用下發(fā)生受激輻射產(chǎn)生光信號；用外加電信號調(diào)制光信號，使輸出光隨電信號變化而變化。第二十頁，共八十頁，2022年，8月28日2.光纖線路功能：是把來自光發(fā)射機(jī)的光信號，以盡可能小的畸變(失真)和衰減傳輸?shù)焦饨邮諜C(jī)。組成:光纖、光纖接頭和光纖連接器低損耗“窗口”：普通石英光纖在近紅外波段，除雜質(zhì)吸收峰外，其損耗隨波長的增加而減小，在0.85μm、1.31μm和1.55μm有三個損耗很小的波長“窗口”。光源激光器的發(fā)射波長和光檢測器光電二極管的波長響應(yīng)，都要和光纖這三個波長窗口相一致。目前在實(shí)驗(yàn)室條件下，1.55μm的損耗已達(dá)到0.154dB/km，接近石英光纖損耗的理論極限。第二十一頁，共八十頁，2022年，8月28日普通單模光纖的衰減隨波長變化示意圖0.70.80.91.01.11.21.31.41.5衰減（dB/km）第一窗口第二窗口波長——λ（μm）6543210。40。2第三窗口

C波段1525~1565nm1.571.62L波段第二十二頁，共八十頁，2022年，8月28日3、光接收機(jī)功能：是把從光纖線路輸出、產(chǎn)生畸變和衰減的微弱光信號轉(zhuǎn)換為電信號，并經(jīng)放大和處理后恢復(fù)成發(fā)射前的電信號。組成部分：耦合器，光電檢測器，解調(diào)器組成框圖：電子電路光輸入耦合器光電檢測器解調(diào)器電信號輸出光電檢測器根據(jù)光電效應(yīng)，由接收光信號產(chǎn)生電信號并輸出。第二十三頁，共八十頁，2022年，8月28日4.4光纖與光纜結(jié)構(gòu)

4.4.1光纖結(jié)構(gòu)4.4.2光纜結(jié)構(gòu)4.5光纖傳輸原理與傳輸特性

4.5.1光纖傳輸原理4.5.2光纖傳輸特性第二十四頁，共八十頁，2022年，8月28日4.4.1光纖的結(jié)構(gòu)光纖（OpticalFiber）是由中心的纖芯和外圍的包層同軸組成的圓柱形細(xì)絲，其主要成分是SiO2

裸纖的典型尺寸為直徑125um。第二十五頁，共八十頁，2022年，8月28日纖芯的折射率n1比包層折射率n2稍高，損耗比包層更低，光能量主要在纖芯內(nèi)傳輸。包層為光的傳輸提供反射面和光隔離，并起一定的機(jī)械保護(hù)作用。根據(jù)光能量在光纖中傳輸?shù)谋匾獥l件是n1>n2。4.4.1光纖的結(jié)構(gòu)第二十六頁，共八十頁，2022年，8月28日

常用石英光纖的制造工藝主要包括：熔煉、拉絲、包塑三個過程。熔煉：采用化學(xué)氣相沉積法制造具有所需折射率分布的預(yù)制棒（長1m，直徑2cm）。SiCl4+O2→SiO2+2Cl2↑在1800°C高溫下SiCl4和O2混合蒸汽發(fā)生化學(xué)作用將在熔融石英管內(nèi)壁形成SiO2的連續(xù)層，可在其中摻入B2O3適當(dāng)降低折射率，形成光纖的包層；當(dāng)包層沉積到足夠厚時，向管內(nèi)添加GeCl4等來適當(dāng)提高折射率，以形成纖芯。4.4.1光纖的結(jié)構(gòu)第二十七頁，共八十頁，2022年，8月28日拉絲：光纖預(yù)制棒在2000°C高溫的石墨爐內(nèi)軟化后，用電動機(jī)旋轉(zhuǎn)“拉絲輪”拉制成光纖，采用激光測徑儀監(jiān)測并反饋控制光纖直徑，拉絲過程中為光纖涂覆環(huán)氧樹脂或橡膠保護(hù)層來保持光纖的傳輸特性（典型的涂層光纖直徑250um）。包塑：為了進(jìn)一步增大光纖的強(qiáng)度，在一次涂層光纖的外面再套上一層聚丙烯或者尼龍等材料形成二次涂層光纖。4.4.1光纖的結(jié)構(gòu)第二十八頁，共八十頁，2022年，8月28日按照纖芯與包層折射率的變化，實(shí)用光纖主要可以分為：突變型多模光纖、漸變型多模光纖、單模光纖三種類型；其他的特種光纖還有：雙包層光纖、三角芯光纖、橢圓芯光纖等。4.4.1光纖的結(jié)構(gòu)第二十九頁，共八十頁，2022年，8月28日圖三種基本類型的光纖(a)突變型多模光纖；(b)漸變型多模光纖;（c）單模光纖第三十頁，共八十頁，2022年，8月28日4.4.2光纜的結(jié)構(gòu)和類型為使光纖在運(yùn)輸、安裝與鋪設(shè)中不受損壞，光纖必須成纜。通過各種保護(hù)措施如機(jī)械強(qiáng)度保護(hù)、防潮、防化學(xué)腐蝕、防紫外光、防雷電、防鼠蟲等來適應(yīng)不同的應(yīng)用場合。光纜一般由纜芯和護(hù)套兩部分組成，有時在護(hù)套外面加有鎧裝。纜芯：包括被覆光纖(或稱芯線)和加強(qiáng)件兩部分。被覆光纖是光纜的核心，決定著光纜的傳輸特性。加強(qiáng)件起著承受光纜拉力的作用，通常處在纜芯中心，有時配置在護(hù)套中。護(hù)套：對纜芯進(jìn)行機(jī)械保護(hù)和環(huán)境保護(hù)，要求具有良好的抗側(cè)壓力性能及密封防潮和耐腐蝕的能力。通常由聚乙烯或聚氯乙烯(PE或PVC)和鋁帶或鋼帶構(gòu)成。第三十一頁，共八十頁，2022年，8月28日按應(yīng)用場合不同可以分為：室內(nèi)光纜和室外光纜；按鋪設(shè)方式不同可以分為：架空光纜、直埋光纜、管道光纜、水下光纜等；按照成纜結(jié)構(gòu)方式不同可以分為：層絞式、骨架式、束管式和帶狀式。4.4.2光纜的結(jié)構(gòu)和類型第三十二頁，共八十頁，2022年，8月28日層絞式：把松套光纖繞在中心加強(qiáng)件周圍絞合而構(gòu)成，以便提高抗拉強(qiáng)度；光纖密度高，典型的可達(dá)144根，價格便宜，是目前主流的光纜結(jié)構(gòu)。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)而構(gòu)成，抗側(cè)壓性能好，但制造工藝復(fù)雜，應(yīng)用的有8槽72芯骨架光纜。中心束管式：把一次被覆光纖或光纖束放入大套管中，加強(qiáng)件配置在套管周圍而構(gòu)成；每束2-12根光纖，最大束為8。帶狀式：把帶狀光纖單元放入大套管內(nèi)，形成中心束管式結(jié)構(gòu)；也可以把帶狀光纖單元放入骨架凹槽內(nèi)或松套管內(nèi)，形成骨架式或?qū)咏g式結(jié)構(gòu)；典型配置為12*12芯。4.4.2光纜的結(jié)構(gòu)和類型第三十三頁，共八十頁，2022年，8月28日(a)6芯緊套層絞式光纜(架空、管道)；(b)12芯松套層絞式光纜(直埋防蟻)；(c)12芯骨架式光纜(直埋)；(d)6~48芯束管式光纜(直埋)；(e)108芯帶狀光纜；(f)LXE束管式光纜(架空、管道、直埋)；(g)淺海光纜；(h)架空地線復(fù)合光纜(OPGW)第三十四頁，共八十頁，2022年，8月28日4.5光纖傳輸原理與傳輸特性4.5.1光纖傳輸原理

設(shè)纖芯和包層折射率分別為n1和n2，空氣的折射率n0=1，纖芯中心軸線與z軸一致。光線在光纖端面以小角度θ從空氣入射到纖芯(n0<n1)，折射角為θ1，折射后的光線在纖芯直線傳播，并在纖芯與包層交界面以角度ψ1入射到包層(n1>n2)。

第三十五頁，共八十頁，2022年，8月28日4.5光纖傳輸原理與傳輸特性第三十六頁，共八十頁，2022年，8月28日改變角度θ，不同θ相應(yīng)的光線將在纖芯與包層交界面發(fā)生反射或折射。根據(jù)全反射原理，存在一個臨界角θc當(dāng)θ<θc時，相應(yīng)的光線將在交界面發(fā)生全反射而返回纖芯，并以折線的形狀向前傳播(如光線1)。根據(jù)折射定律得到：n0sinθ=n1sinθ1=n1cosψ1當(dāng)θ=θc時，相應(yīng)的光線將以ψc入射到交界面，并沿交界面向前傳播(折射角為90°，如光線2）；當(dāng)θ>θc時，相應(yīng)的光線將在交界面折射進(jìn)入包層并逐漸消失（如光線3）。由此可見，只有在半錐角為θ≤θc的圓錐內(nèi)入射的光束才能在光纖中傳播。第三十七頁，共八十頁，2022年，8月28日圖三種基本類型的光纖(a)突變型多模光纖；(b)漸變型多模光纖;（c）單模光纖第三十八頁，共八十頁，2022年，8月28日4.5.2光纖傳輸特性損耗和色散是光纖最重要的傳輸特性：損耗限制系統(tǒng)的傳輸距離

色散則限制系統(tǒng)的傳輸容量第三十九頁，共八十頁，2022年，8月28日光纖色散1.色散的定義

色散是指在光纖中傳輸?shù)墓庑盘栍捎诓煌煞值墓獾臅r間延遲不同而產(chǎn)生的一種物理效應(yīng)。光纖脈沖展寬的定義

第四十頁，共八十頁，2022年，8月28日色散的種類模式色散：多模光纖中，傳輸?shù)哪Ｊ胶芏?，不同的模式，其傳輸路徑不同，所?jīng)過的路程就不同，達(dá)終點(diǎn)的時間也就不同，這就引起了脈沖的展寬。材料色散：材料色散是由光纖材料自身特性造成的。石英玻璃的折射率，嚴(yán)格來說，并不是一個固定的常數(shù)，而是對不同的傳輸波長有不同的值。光的波長不同，折射率n就不同，光傳輸?shù)乃俣纫簿筒煌Ｒ虼?，?dāng)把具有一定光譜寬度的光源發(fā)出的光脈沖射入光纖內(nèi)傳輸時，光的傳輸速度將隨光波長的不同而改變，到達(dá)終端時將產(chǎn)生時延差，從而引起脈沖波形展寬。波導(dǎo)色散：由于光纖的纖芯與包層的折射率差很小，因此在交界面產(chǎn)生全反射時，就可能有一部分光進(jìn)入包層之內(nèi)。這部分光在包層內(nèi)傳輸一定距離后，又可能回到纖芯中繼續(xù)傳輸。進(jìn)入包層內(nèi)的這部分光強(qiáng)的大小與光波長有關(guān)，這就相當(dāng)于光傳輸路徑長度隨光波波長的不同而異。第四十一頁，共八十頁，2022年，8月28日光纖損耗

損耗的存在導(dǎo)致光信號幅度的減小，進(jìn)而限制系統(tǒng)的傳輸距離。

最一般的條件下，光纖內(nèi)傳輸?shù)墓夤β蔖隨距離的變化可以用下式表示，設(shè)長度為L(km)的光纖輸入光功率為Pi輸出光功率為Po光纖的損耗系數(shù)為：第四十二頁，共八十頁，2022年，8月28日下圖是單模光纖的損耗譜，圖中示出各種機(jī)理產(chǎn)生的損耗與波長的關(guān)系，包括吸收損耗和散射損耗兩部分。吸收損耗是由SiO2材料引起的固有吸收和由雜質(zhì)引起的吸收產(chǎn)生的。散射損耗主要由材料微觀密度不均勻引起的瑞利散射和由光纖結(jié)構(gòu)缺陷(如氣泡)引起的散射產(chǎn)生的。第四十三頁，共八十頁，2022年，8月28日單模光纖損耗譜第四十四頁，共八十頁，2022年，8月28日4.6光纖傳輸網(wǎng)光纖傳輸網(wǎng)的分類及特點(diǎn)4.7光纖自愈網(wǎng)光纖自愈網(wǎng)的類型與原理光纖自愈網(wǎng)的常見類型第四十五頁，共八十頁，2022年，8月28日4.6光纖傳輸網(wǎng)

網(wǎng)絡(luò)的物理拓?fù)浞褐妇W(wǎng)絡(luò)的形狀，即網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)和傳輸線路的幾何排列，它反映了物理上的連接性。

除了最簡單的點(diǎn)到點(diǎn)的物理拓?fù)渫?，網(wǎng)絡(luò)物理拓?fù)湟话阌?種類型：

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線形

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星形

?樹形

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環(huán)形

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網(wǎng)孔形第四十六頁，共八十頁，2022年，8月28日1.線形將通信網(wǎng)的所有站點(diǎn)串聯(lián)起來，并使首末兩個點(diǎn)開放，就形成了線形拓?fù)?。在這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，要使兩個非相鄰點(diǎn)之間完成連接，其間的所有點(diǎn)都必須完成連接功能。這是早期應(yīng)用的比較經(jīng)濟(jì)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫问?。線形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?a)第四十七頁，共八十頁，2022年，8月28日2.星形當(dāng)通信網(wǎng)的所有點(diǎn)中有一個特殊的點(diǎn)與其余點(diǎn)以輻射的形式直接相連，而其余點(diǎn)之間相互不能直接相連時，形成了星形拓?fù)洌址Q樞紐形拓?fù)?。在這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，除了特殊點(diǎn)外的任意兩點(diǎn)間的連接都是通過特殊點(diǎn)進(jìn)行的，特殊點(diǎn)為經(jīng)過的信息流進(jìn)行路由選擇并完成連接功能。這種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇梢詫⑻厥恻c(diǎn)(樞紐站)的多個光纖終端綜合成一個，具有靈活的帶寬管理，能節(jié)省投資和運(yùn)營成本，但是在特殊點(diǎn)存在失效問題和瓶頸問題。(b)星形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞谒氖隧?，共八十頁?022年，8月28日3.樹形將點(diǎn)到點(diǎn)拓?fù)鋯卧哪┒它c(diǎn)連接到幾個特殊點(diǎn)就形成樹形拓?fù)洹湫瓮負(fù)淇梢钥闯墒蔷€形拓?fù)浜托切瓮負(fù)涞慕Y(jié)合。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在特殊點(diǎn)也存在瓶頸問題和光功率預(yù)算限制問題，特別適用于廣播式業(yè)務(wù)，但不適用于提供雙向通信業(yè)務(wù)。(c)樹形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞谒氖彭摚舶耸摚?022年，8月28日4.環(huán)形將通信網(wǎng)的所有站點(diǎn)串聯(lián)起來首尾相連，而且沒有任何點(diǎn)開放，就形成了環(huán)形網(wǎng)。將線形結(jié)構(gòu)的兩個首尾開放點(diǎn)相連就變成了環(huán)形網(wǎng)。在環(huán)形網(wǎng)中，要完成兩個非相鄰點(diǎn)之間的連接，這兩點(diǎn)之間的所有點(diǎn)都必須完成連接功能。環(huán)形網(wǎng)的最大優(yōu)點(diǎn)是具有很高的網(wǎng)絡(luò)生存性，因而在SDH網(wǎng)中受到特別的重視。(d)環(huán)形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞谖迨摚舶耸摚?022年，8月28日網(wǎng)孔形物理拓?fù)?e)5.網(wǎng)孔形當(dāng)通信網(wǎng)的許多點(diǎn)直接互連時就形成了網(wǎng)孔形拓?fù)洹Ｈ绻械狞c(diǎn)都直接互連時就稱為理想的網(wǎng)孔形。在非理想的網(wǎng)孔形中，沒有直接相連的兩個點(diǎn)之間需要經(jīng)由其它點(diǎn)的轉(zhuǎn)接功能才能實(shí)現(xiàn)連接。網(wǎng)孔形的優(yōu)點(diǎn)是不存在如星形拓?fù)淠菢拥钠款i問題和失效問題，兩點(diǎn)間有多種路由可選；缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高。第五十一頁，共八十頁，2022年，8月28日上述的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)都有各自的特點(diǎn)，在網(wǎng)中都有不同程度的應(yīng)用。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞倪x擇要考慮的因素很多，如網(wǎng)絡(luò)的生存性是否高，網(wǎng)絡(luò)配置是否容易，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是否適于引進(jìn)新業(yè)務(wù)等。一個實(shí)際網(wǎng)絡(luò)的不同部分適宜采用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也有可能不同，例如本地網(wǎng)適宜采用環(huán)形和星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，有時也可用線形拓?fù)?，市?nèi)局間中繼網(wǎng)適宜采用環(huán)形和線形拓?fù)洌L途網(wǎng)可能采用網(wǎng)孔形拓?fù)?。第五十二頁，共八十頁?022年，8月28日4.7光纖自愈網(wǎng)隨著人類社會進(jìn)入信息社會，人們對通信的依賴性越來越大，對通信網(wǎng)絡(luò)生存性的要求也越來越高，一種稱為自愈網(wǎng)(Self-healingNetwork)的概念應(yīng)運(yùn)而生。自愈網(wǎng)就是無需人為干預(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)，使用戶感覺不到網(wǎng)絡(luò)已出了故障。

基本原理就是：使網(wǎng)絡(luò)具備發(fā)現(xiàn)替代傳輸路由并重新確立通信的能力。自愈網(wǎng)的概念只涉及重新確立通信，不管具體失效元部件的修復(fù)或更換，后者仍需人員干預(yù)才能完成。第五十三頁，共八十頁，2022年，8月28日自愈網(wǎng)的類型和原理

自愈網(wǎng)的具體實(shí)施手段多種多樣，但各種自愈網(wǎng)都需要考慮一些共同因素：初始成本、要求恢復(fù)的業(yè)務(wù)量的比例、用于恢復(fù)任務(wù)所需的額外容量、業(yè)務(wù)恢復(fù)的速率、升級或增加節(jié)點(diǎn)的靈活性、操作運(yùn)行和維護(hù)的靈活性等等。目前主要采用的保護(hù)類型有線路保護(hù)倒換、環(huán)形網(wǎng)保護(hù)、DXC保護(hù)以及環(huán)形網(wǎng)與DXC的混合保護(hù)等。第五十四頁，共八十頁，2022年，8月28日線路保護(hù)倒換

線路保護(hù)倒換是最簡單的自愈網(wǎng)形式，其工作原理是當(dāng)工作通道傳輸中斷或性能劣化到一定程度后，系統(tǒng)倒換設(shè)備將主信號自動倒換到備用傳輸通道，從而使業(yè)務(wù)繼續(xù)進(jìn)行。這種保護(hù)方式的業(yè)務(wù)恢復(fù)時間很快，可以短于50ms。但是如果主用和備用系統(tǒng)屬于同纜復(fù)用，當(dāng)光纜被意外切斷時，這種保護(hù)方式就無能為力了。改進(jìn)的方法是采用多徑保護(hù)，即主用和備用采用不同的光纜，當(dāng)一根中斷時另一根不受影響。這種配置比較容易，但相對成本較高。此外，該保護(hù)方法只能提供傳輸鏈路的保護(hù)，無法對網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的失效進(jìn)行保護(hù)，因此主要適用于點(diǎn)到點(diǎn)的保護(hù)。第五十五頁，共八十頁，2022年，8月28日環(huán)形網(wǎng)保護(hù)

將網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)連成一個環(huán)形可以進(jìn)一步改善網(wǎng)絡(luò)的生存性。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可以是DXC，也可以是ADM，但一般采用ADM。利用ADM的分插能力構(gòu)成自愈環(huán)是SDH的特色之一。自愈環(huán)按結(jié)構(gòu)分類可以分為通道保護(hù)環(huán)和復(fù)用段保護(hù)環(huán)。（1）通道保護(hù)環(huán)的業(yè)務(wù)量保護(hù)是以通道為基礎(chǔ)的，倒換與否由離開環(huán)的每一個通道的信號質(zhì)量的優(yōu)劣而定。光域上能夠準(zhǔn)確檢測的參數(shù)只有光功率、光信噪比和中心波長，在可檢測的參數(shù)中，最方便、直接的參數(shù)是光功率。第五十六頁，共八十頁，2022年，8月28日（2）復(fù)用段保護(hù)環(huán)的業(yè)務(wù)量保護(hù)是以復(fù)用段為基礎(chǔ)的，倒換與否由每一對節(jié)點(diǎn)間的復(fù)用段信號質(zhì)量的優(yōu)劣而定。當(dāng)復(fù)用段出問題時，整個節(jié)點(diǎn)間的復(fù)用段業(yè)務(wù)信號都轉(zhuǎn)向保護(hù)環(huán)。通道保護(hù)環(huán)和復(fù)用段保護(hù)環(huán)的重要區(qū)別：通道保護(hù)環(huán)往往使用專用保護(hù)，正常情況下保護(hù)段也傳業(yè)務(wù)，保護(hù)時隙為整個環(huán)專用；復(fù)用段保護(hù)環(huán)往往使用公用保護(hù)，正常情況下保護(hù)段是空的，保護(hù)時隙由每對節(jié)點(diǎn)共享。第五十七頁，共八十頁，2022年，8月28日如果按照進(jìn)入環(huán)的支路信號與經(jīng)由該支路信號分路節(jié)點(diǎn)返回的支路信號的方向是否相同來分類，自愈環(huán)可以分為單向環(huán)和雙向環(huán)。正常情況下，單向環(huán)中所有業(yè)務(wù)信號按同一方向在環(huán)中傳輸；雙向環(huán)中，進(jìn)入環(huán)的支路信號按同一個方向傳輸，而由該支路信號分路節(jié)點(diǎn)返回的支路信號按相反的方向傳輸。如果按照一對節(jié)點(diǎn)間所用光纖的最小數(shù)量來區(qū)分自愈網(wǎng)又可以分為二纖環(huán)和四纖環(huán)。第五十八頁，共八十頁，2022年，8月28日CAACS1P1ABDCP1S1CAAC(a)CAACS1P1ABDCP1S1CAAC(b)倒換二纖單向通道倒換環(huán)1.二纖單向通道倒換環(huán)二纖單向通道倒換環(huán)如下圖所示。通常單向環(huán)由兩根光纖來實(shí)現(xiàn)，S1光纖用來攜帶業(yè)務(wù)信號，P1光纖用來攜帶保護(hù)信號。第五十九頁，共八十頁，2022年，8月28日(2)二纖單向復(fù)用段保護(hù)環(huán):二纖單向復(fù)用段保護(hù)環(huán)的節(jié)點(diǎn)在支路信號分插功能前的每一高速線路上都有一保護(hù)倒換開關(guān)，在正常情況下，支路信號僅從S1光纖進(jìn)行分插，保護(hù)光纖P1是空閑的。當(dāng)BC節(jié)點(diǎn)之間的光纜被切斷時，兩根光纖同時被切斷，光纜的相鄰兩個節(jié)點(diǎn)B和C的保護(hù)倒換開關(guān)執(zhí)行環(huán)回功能，S1上的線路信號經(jīng)節(jié)點(diǎn)B倒換到P1上環(huán)回，從順時針方向轉(zhuǎn)為逆時針方向，經(jīng)由節(jié)點(diǎn)A和節(jié)點(diǎn)D到達(dá)節(jié)點(diǎn)C，并在節(jié)點(diǎn)C經(jīng)由倒換開關(guān)環(huán)回到S1光纖上。這種環(huán)回倒換功能保證在故障狀況下仍能維持環(huán)的連續(xù)性，使低速支路上的業(yè)務(wù)信號不會中斷。故障排除后，倒換開關(guān)返回其原來位置。第六十頁，共八十頁，2022年，8月28日二纖單向復(fù)用段倒換環(huán)CAACS1P1ABDCP1S1CAAC(a)(b)倒換CAACS1P1ABDCP1S1CAAC第六十一頁，共八十頁，2022年，8月28日3.四纖雙向復(fù)用段倒換環(huán)

四纖雙向復(fù)用段倒換環(huán)的結(jié)構(gòu)如下圖所示，它由兩根業(yè)務(wù)光纖S1與S2(一發(fā)一收)和兩根保護(hù)光纖P1與P2(一發(fā)一收)構(gòu)成，其中S1光纖傳送順時針業(yè)務(wù)信號，S2光纖傳送逆時針業(yè)務(wù)信號，P1與P2分別是和S1與S2反方向傳輸?shù)膬筛Ｗo(hù)光纖。每根光纖上都有一個保護(hù)倒換開關(guān)。正常情況下，從A結(jié)點(diǎn)進(jìn)入環(huán)傳送至C結(jié)點(diǎn)的支路信號順時針沿光纖S1傳輸，而由C結(jié)點(diǎn)進(jìn)入環(huán)傳送至A結(jié)點(diǎn)的支路信號則逆時針沿光纖S2傳輸，保護(hù)光纖P1和P2是空閑的。第六十二頁，共八十頁，2022年，8月28日當(dāng)BC結(jié)點(diǎn)間光纜被切斷，四根光纖同時被切斷。根據(jù)APS協(xié)議，B和C結(jié)點(diǎn)中各有兩個倒換開關(guān)執(zhí)行環(huán)回功能，從而環(huán)工作的連續(xù)性得以維持。故障排除后，倒換開關(guān)返回原來的位置。在四纖環(huán)中，僅僅光纜切斷或結(jié)點(diǎn)失效才需要利用環(huán)回方式來保護(hù)，而如果是單纖或設(shè)備故障可以使用傳統(tǒng)的復(fù)用段保護(hù)倒換方式。第六十三頁，共八十頁，2022年，8月28日四纖雙向復(fù)用段倒換環(huán)CAACS1P1S2P2ACAACP2S2P1S1CDB(a)CAACS1P1S2P2ACAACP2S2P1S1CDB(b)倒換第六十四頁，共八十頁，2022年，8月28日4.二纖雙向復(fù)用段倒換環(huán)

在四纖雙向復(fù)用段倒換環(huán)中，光纖S1上的業(yè)務(wù)信號與光纖P2上的保護(hù)信號的傳輸方向完全相同。如果利用時隙交換技術(shù)，可以使光纖S1和光纖P2上的信號都置于一根光纖(稱S1/P2光纖)中，例如S1/P2光纖的一半時隙用于傳送業(yè)務(wù)信號，另一半時隙留給保護(hù)信號。

第六十五頁，共八十頁，2022年，8月28日二纖雙向復(fù)用段倒換環(huán)S1/P2ABDCAAC(a)S2/P1S2/P1S1/P2S1/P2ABDCAAC(b)S2/P1S2/P1S1/P2CC倒換CAACCAAC第六十六頁，共八十頁，2022年，8月28日4.8

光纖通信新技術(shù)4.8.1光孤子通信4.8.2光交換/光路由技術(shù)4.8.3全光網(wǎng)絡(luò)第六十七頁，共八十頁，2022年，8月28日一、光孤子通信（1）光孤子通信的由來

1834年斯科特魯塞爾發(fā)現(xiàn)孤立波引入光孤子通信的原因光纖中傳輸?shù)拿}沖信號，由于材料色散和模式色散，使