第九章光纤通信精选文档.ppt

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1、第九章光纤通信本讲稿第一页，共七十一页主要内容主要内容n1.概述概述n2.光纤与光缆光纤与光缆n3.数字光纤通信系统数字光纤通信系统n4.光波分复用系统光波分复用系统n5.5.全光通信网展望全光通信网展望本讲稿第二页，共七十一页1.概述概述n光纤通信是指以光波为载波，用光导纤维作为传输光纤通信是指以光波为载波，用光导纤维作为传输媒介的一种通信方式。媒介的一种通信方式。由于主要传输和处理的是数由于主要传输和处理的是数字信号，因此又称为数字光纤通信系统。字信号，因此又称为数字光纤通信系统。n光纤通信与电通信的区别主要有两点：一是光纤通信与电通信的区别主要有两点：一是传输传输信号信号的区别，二是的区

2、别，二是传输媒介传输媒介的区别。的区别。本讲稿第三页，共七十一页表表1光纤通信与电通信的区别光纤通信与电通信的区别通信形式光纤通信电 通 信传输信号光信号电信号传输媒介光导纤维金属线、无线本讲稿第四页，共七十一页10110710210610310510410410510310610210710110810010910-1101010-2101110-3101210-4101310-5101410-61015Wave length（m）Electric phoneRadio TVmicrowaveinfraredVisible light双铰线双铰线同轴电缆同轴电缆光纤光纤卫星卫星/微波微波AM

3、无线电无线电FM无线电无线电本讲稿第五页，共七十一页n光是一种电磁波光是一种电磁波n可见光可见光350nm750nmn光纤通信所用的波长光纤通信所用的波长8001600nm1450 1490 1530 1570 1610 1650S+S C L L+波长波长 (nm)本讲稿第六页，共七十一页光功率衰减的单位光功率衰减的单位n ndB(分贝分贝)：描述功率相对比值的单位：描述功率相对比值的单位dB=10 log10(Pout/Pin)Pout：输出功率；：输出功率；Pin：输入功率：输入功率n ndBm(分贝毫瓦分贝毫瓦)：描述功率绝对值的单位：描述功率绝对值的单位dBm=10 log10(P/

4、1mw)1mw=0dBm10mw=10dBm40mw=16dBm本讲稿第七页，共七十一页字首字首字首字首符号符号倍数因数倍数因数太，太，teraT1012吉，吉，gigaG109兆，兆，megaM106千，千，kilok103分，分，centic10-2毫，毫，millim10-3微，微，micro 10-6纳，纳，nanon10-9皮，皮，picop10-12飞，飞，femtof10-15本讲稿第八页，共七十一页光纤通信发展史光纤通信发展史n发展史发展史光电话光电话：1880年年贝尔贝尔(通信距离通信距离213m)光源光源：激光器：激光器 梅曼梅曼(1960)n美国贝尔公司美国贝尔公司(19

5、70)半导体激光器半导体激光器传光介质传光介质：光纤：光纤 高锟高锟(1966)n美国康宁公司美国康宁公司(1970)低损耗光纤低损耗光纤n工作波长工作波长 0.85m、1.31m和和1.55m本讲稿第九页，共七十一页1880年，美国人贝尔年，美国人贝尔(Bell)发明了用光波作载波传发明了用光波作载波传送话音的送话音的“光电话光电话”。这种光电话利用太阳光或弧。这种光电话利用太阳光或弧光灯作光源，通过透镜把光束聚焦在送话器前的光灯作光源，通过透镜把光束聚焦在送话器前的振动镜片上，使光强度随话音的变化而变化，实振动镜片上，使光强度随话音的变化而变化，实现话音对光强度的调制。在接收端，用抛物面反

6、现话音对光强度的调制。在接收端，用抛物面反射镜把从大气传来的光束反射到硅光电池上，使射镜把从大气传来的光束反射到硅光电池上，使光信号变换为电流，光信号变换为电流，传送到受话器。传送到受话器。本讲稿第十页，共七十一页1966年：光纤损耗为年：光纤损耗为1000dB/km；高锟高锟“光纤之父光纤之父”n1966年年：高锟博士高锟博士发表他的著名论文发表他的著名论文“光频介质纤维表面波光频介质纤维表面波导导”首次明确提出，通过改进制备工艺，减少原材料杂质，可首次明确提出，通过改进制备工艺，减少原材料杂质，可使石英光纤的损耗大大下降，并有可能拉制出损耗低于使石英光纤的损耗大大下降，并有可能拉制出损耗低

7、于20dB/km的光纤，从而使光纤可用于通信之中。的光纤，从而使光纤可用于通信之中。本讲稿第十一页，共七十一页商用的光纤通信系统商用的光纤通信系统n1977年在美国芝加哥和圣塔摩尼卡之间首次建成商用年在美国芝加哥和圣塔摩尼卡之间首次建成商用的光纤通信系统。的光纤通信系统。两根两根(直径直径0.1mm左右左右)光纤，同时开通光纤，同时开通8000路电话！路电话！n到到1990年，光纤系统发展了几代年，光纤系统发展了几代(通信业务通信业务40%)由多模光纤由多模光纤(70年代年代)过渡到单模光纤过渡到单模光纤(80年代年代)由短波长由短波长(0.85m)过渡到长波长过渡到长波长(1.31m)n信息

8、传输的容量和速率大大提高。信息传输的容量和速率大大提高。90年代：传输速率年代：传输速率10000Mbit/s，同时开通，同时开通1250000路电话。路电话。本讲稿第十二页，共七十一页光纤通信特点和应用光纤通信特点和应用与电缆相比，与电缆相比，光纤光纤具有如下的显著特点：具有如下的显著特点：1.1.线径细，重量轻线径细，重量轻。有利于长途和市话干线布放，。有利于长途和市话干线布放，而且便于制造多芯光缆。而且便于制造多芯光缆。2.2.损耗极低损耗极低(1.55 (1.55 m m窗口的衰耗低于窗口的衰耗低于 0.18 dB 0.18 dBkm),km),传输的距离可以很长传输的距离可以很长 。

9、3.3.传传输输的的频频带带宽宽、信信息息容容量量大大,现现在在已已经经发发展展到到几几十十千千兆兆比比特特秒秒的的光光纤纤通通信信系系统统，它它可可传传输输几几十十万万路路电电话和几千路彩色电视节目。话和几千路彩色电视节目。4.4.不受电磁干扰、防腐和不会锈蚀不受电磁干扰、防腐和不会锈蚀 。5.5.不怕高温、不怕高温、防爆、防火性能强。防爆、防火性能强。6.6.保密性好保密性好 。本讲稿第十三页，共七十一页2.光纤与光缆光纤与光缆（1）光纤的结构光纤的结构石英玻璃、塑料石英玻璃、塑料光纤和卤化物玻光纤和卤化物玻璃璃纤芯纤芯(折射率大折射率大)和包层和包层全反射全反射本讲稿第十四页，共七十一页

10、2.光纤与光缆光纤与光缆 光纤光纤：光导纤维的简称，是一种能利光导纤维的简称，是一种能利用光的全反射作用来传导光线的透明用光的全反射作用来传导光线的透明度极高的度极高的(玻璃玻璃)纤维。纤维。本讲稿第十五页，共七十一页 光纤的基本结构一般是双层光纤的基本结构一般是双层或多层的同心圆柱体，或多层的同心圆柱体，如右图如右图所示。所示。其中心部分是纤芯，其中心部分是纤芯，纤纤芯外面的部分是包层，芯外面的部分是包层，纤芯的纤芯的折射率高于包层的折射率，折射率高于包层的折射率，从从而形成一种光波导效应，而形成一种光波导效应，使大使大部分的光被束缚在纤芯中传输，部分的光被束缚在纤芯中传输，实现光信号的长距

11、离传输。实现光信号的长距离传输。本讲稿第十六页，共七十一页光纤的基本结构光纤的基本结构 光纤结构和类型光纤结构和类型 光纤的几何尺寸很小，光纤的几何尺寸很小，纤芯直径一般在纤芯直径一般在550微米微米之间，之间，包包层的外径为层的外径为125微米微米，包括防护层，包括防护层，整个光纤的外径也只有整个光纤的外径也只有250微微米米左右。左右。本讲稿第十七页，共七十一页光纤直径纤芯纤芯(Core)62.55 mm125 mm包层包层(Clad)Core8 mm125 mmClad85m 多模多模单模单模人的头发人的头发本讲稿第十八页，共七十一页（2）光纤的分类光纤的分类n按工作波长：按工作波长：短

12、波长短波长(850nm)和和长波长长波长(1310nm、1550nm)n按传输模式：按传输模式：多模光纤多模光纤和和单模光纤单模光纤n按折射率分布：按折射率分布：阶跃阶跃(突变突变)型型(SI)、渐变渐变(梯度梯度)型型(GI)和和W型型n按材料：按材料：石英光纤石英光纤、塑料光纤、卤化物光纤塑料光纤、卤化物光纤等等n几种新型光纤：几种新型光纤：色散位移光纤色散位移光纤(DSF)、非零色散光纤、非零色散光纤(NZDF)、色散、色散平坦光纤平坦光纤(DFF)、色散补偿光纤、色散补偿光纤(DCF)等等本讲稿第十九页，共七十一页光纤材料光纤材料1.玻璃光纤玻璃光纤：用于制作光纤的光学透明的绝大多数玻

13、璃都是氧化物玻璃，：用于制作光纤的光学透明的绝大多数玻璃都是氧化物玻璃，其中最常用的是二氧化硅，这种材料在其中最常用的是二氧化硅，这种材料在850nm波长上折射率为波长上折射率为1.458。为了制作两种具有相似特性、而折射率只有一个很小差异的材料以便为了制作两种具有相似特性、而折射率只有一个很小差异的材料以便形成纤芯和包层，可以在二氧化硅中掺入氟，或者掺入各种氧化物形成纤芯和包层，可以在二氧化硅中掺入氟，或者掺入各种氧化物（通常称为掺杂），例如（通常称为掺杂），例如B2O3、GeO2或或P2O5等。等。2.卤化物玻璃纤维卤化物玻璃纤维：氯化物玻璃在光波频谱的中段直到红外波段：氯化物玻璃在光波频

14、谱的中段直到红外波段（0.28m）有极低的传输损耗，其最低损耗窗口在）有极低的传输损耗，其最低损耗窗口在2.55m附附近。氯化物玻璃是卤化物玻璃家族中的一员，卤化物中的负离近。氯化物玻璃是卤化物玻璃家族中的一员，卤化物中的负离子来自于元素周期表中的第子来自于元素周期表中的第组元素，例如氟、氯、溴、碘。组元素，例如氟、氯、溴、碘。3.塑料光纤塑料光纤：直接在近距离提供高速业务的需求日益增长，开发了带：直接在近距离提供高速业务的需求日益增长，开发了带宽宽的用于用户接入的梯度折射率聚合物光纤（宽宽的用于用户接入的梯度折射率聚合物光纤（POFPOF）。这类光纤的）。这类光纤的纤芯，既可以是有机玻璃，也

15、可以是加氯的聚合物。尽管塑料光纤与纤芯，既可以是有机玻璃，也可以是加氯的聚合物。尽管塑料光纤与玻璃光纤相比有更大的光信号衰减，但它们具有更好的韧性、更为耐玻璃光纤相比有更大的光信号衰减，但它们具有更好的韧性、更为耐用。用。本讲稿第二十页，共七十一页光纤类型光纤类型-按传播按传播“路径路径”分类分类 1)1)在光在光纤纤技技术术中，如果只有一条光径沿光中，如果只有一条光径沿光缆传缆传播，播，则则称称为为单单模模；如；如果多于一条，果多于一条，则则称称为为多模多模。“模模”的概念的概念简单简单说说就是就是“路径路径”。2)2)如果一种光如果一种光纤纤的的纤纤芯折射率是均匀芯折射率是均匀的，在的，在

16、纤纤芯与包芯与包层层的界的界 面有一个折射率突面有一个折射率突变变（或（或阶跃阶跃），此），此类类光光纤纤称称阶跃阶跃折射率折射率光光纤纤;3)3)如果如果纤纤芯折射率作芯折射率作为为从光从光纤纤中心向外的径向距离的函数而中心向外的径向距离的函数而渐变渐变，这类这类光光纤纤称称为为梯度折射率光梯度折射率光纤纤（或渐变型光纤）。（或渐变型光纤）。4)4)光光纤纤的几个典型的几个典型：a.a.单模阶跃型光纤单模阶跃型光纤 b.b.多模阶跃型光纤多模阶跃型光纤 c.c.多模渐变型光纤多模渐变型光纤本讲稿第二十一页，共七十一页本讲稿第二十二页，共七十一页ITU-T建议的光纤分类 nG.651光纤：计算

17、机局域网或接入网光纤：计算机局域网或接入网nG.652光纤：应用最广的单模光纤光纤：应用最广的单模光纤nG.653光纤：较少采用光纤：较少采用nG.654光纤：弯曲性能好光纤：弯曲性能好nG.655光纤：适用于高速、大容量、高光纤：适用于高速、大容量、高密集波分复用系统密集波分复用系统本讲稿第二十三页，共七十一页（3）光缆光缆n按芯数分为按芯数分为单芯单芯、双芯双芯、多芯多芯n按结构分为按结构分为层绞式层绞式、骨骨架式架式、带状带状等等n按敷设场合分为架空、直按敷设场合分为架空、直埋、管道、移动、室内、埋、管道、移动、室内、水下、海底等水下、海底等n按用途分为按用途分为通信用光缆通信用光缆和和

18、非通信用光缆非通信用光缆加强加强元件元件加强加强元件元件加强加强元件元件加强加强元件元件加强加强元件元件光纤光纤本讲稿第二十四页，共七十一页（4）光传播的基本知识）光传播的基本知识 光光在在均均匀匀介介质质中中沿沿直直线线传传播播。光光从从光光密密介介质质到到光光疏疏介介质质传传播，电磁波速度提高，光线偏离法线方向折射。播，电磁波速度提高，光线偏离法线方向折射。光光在在两两种种可可透透射射，且且具具有有不不同同折折射射率率的的介介质质界界面面发发生生折折射的情况可用斯涅尔定律（射的情况可用斯涅尔定律（Snellslaw）的关系式表示：）的关系式表示：当当2=902=90，c=1=sinc=1=

19、sin-1-1 n2/n2/n1其其中中n n是是折折射射率率，cc就就是是临临界界角角，临临界界角角是是指指当当光光由由光光密密介介质质到到光光疏疏介介质质传传播播时时，使使折折射射光光与与界界面面重重合合，即即折折射射角角等等于于9090或或者者更更大大的的最最小小入入射射角角。当当折折射射角角大大于于或或等等于于9090，光光线线就就不不会会进进入入光光疏疏介介质质，而而在在界界面面上上发发生生全全反反射射，反反射角等于入射角。射角等于入射角。本讲稿第二十五页，共七十一页（4）光传播的基本知识）光传播的基本知识n1n2n1 n2n1n2临界角临界角900临界角临界角n1n2全反射全反射入

20、射角入射角=反射角反射角12产生全反射的条件：产生全反射的条件：n1n290临临界角界角本讲稿第二十六页，共七十一页光纤：光纤：全反射条件全反射条件 21当当2=902=90，c=1=sinc=1=sin-1-1 n2/n2/n1c就是临界角本讲稿第二十七页，共七十一页光纤的传光原理(全反射)本讲稿第二十八页，共七十一页阶越型光纤性能参数n相对折射指数差：相对折射指数差：n数值孔径数值孔径(NA)：接收锥接收锥本讲稿第二十九页，共七十一页（5）多模光纤）多模光纤n62.5/125m的光纤在保安行业中应用的光纤在保安行业中应用最普遍最普遍n典型距离达典型距离达5英里英里n用于：用于：CCTV门禁

21、控制系统门禁控制系统内部通讯内部通讯 多模多模多模多模 MMFMMF 本讲稿第三十页，共七十一页（6）单模光纤）单模光纤n无限带宽无限带宽n810mn典型距离超过典型距离超过5英里英里n用于：用于：长途电信长途电信长途电视监控及多路切换长途电视监控及多路切换共用天线电视系统共用天线电视系统单模单模单模单模 SMFSMF 本讲稿第三十一页，共七十一页单模光纤和多模光纤比较单模光纤和多模光纤比较项目单模光纤多模光纤距离长短数据传输率高低光源激光发光二极管信号衰减小大端接较难较易造价高低本讲稿第三十二页，共七十一页（7）光纤的主要损耗）光纤的主要损耗 传输损耗是光纤的另一个重要性能指标，它会传输损耗

22、是光纤的另一个重要性能指标，它会造成光能的减弱，引起系统带宽、传输速率、造成光能的减弱，引起系统带宽、传输速率、有效性以及整个系统通信能力的下降。主要损有效性以及整个系统通信能力的下降。主要损耗有以下几种：耗有以下几种：1.1.吸收损耗吸收损耗：OH-和金属离子和金属离子 2.2.瑞利散射瑞利散射 3.3.辐射损耗辐射损耗 4.4.连接器损耗连接器损耗本讲稿第三十三页，共七十一页光纤损耗与波长的关系光纤损耗与波长的关系 m本讲稿第三十四页，共七十一页散射散射n由于光线的基本结构不完美，引起的光由于光线的基本结构不完美，引起的光能量损失，此时光的传输不再具有很好能量损失，此时光的传输不再具有很好

23、的方向性。的方向性。光线光线缺陷缺陷本讲稿第三十五页，共七十一页光光纤纤的的耦耦合合损损耗耗 本讲稿第三十六页，共七十一页光纤损耗主要存在的地点光纤损耗主要存在的地点n光纤本身光纤本身：与长度和类型有关：与长度和类型有关1310nm：0.350.5dB/Km1550nm：0.20.3dB/Km850nm：2.33.4dB/Kmn光纤连接点光纤连接点：0.2dB/点点2Kmn设备处设备处：3dB本讲稿第三十七页，共七十一页光损耗与波长光损耗与波长n光损耗单位：光损耗单位：dB/kmn与波长有关与波长有关n单模损耗小单模损耗小n波长又称为窗口波长又称为窗口本讲稿第三十八页，共七十一页光纤的衰减光纤

24、的衰减光纤的衰减图光纤的衰减图0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 nm OH-OH-OH-第一窗口第二窗口第三窗口衰减(dB/km)水峰值6 54321近近端端远远端端信号传播本讲稿第三十九页，共七十一页（8）光纤色散）光纤色散(Dispersion)n光光折射率与波长有关，因此不同波长的光及不同折折射率与波长有关，因此不同波长的光及不同折射率都会导致不同的光速。因此，光源同时发出的射率都会导致不同的光速。因此，光源同时发出的光谱，经光纤传输后不会同时到达接收端，接收到光谱，经光纤传输后不会同时到达接收端，接收到的信号会发生畸变，使光脉冲展宽，这种畸

25、变就称的信号会发生畸变，使光脉冲展宽，这种畸变就称为为光光纤纤色散畸变。色散畸变。它是它是限制传输速率限制传输速率的主要因素。的主要因素。n光纤的色散可以分为光纤的色散可以分为材料色散材料色散、波导色散波导色散、模模间色散间色散、偏振色散偏振色散。本讲稿第四十页，共七十一页光纤光纤概念概念小结小结n光纤材料：光纤材料：玻璃光纤，玻璃光纤，卤化物玻璃纤卤化物玻璃纤维，维，塑料光纤。塑料光纤。n斯涅尔定律，斯涅尔定律，全反射条件全反射条件。n“模模”的概念的概念：单单模模，多模多模。n光纤的损耗：损耗与波长的关系光纤的损耗：损耗与波长的关系。n光纤色散：光纤色散：使光脉冲使光脉冲发发生展生展宽宽。

26、本讲稿第四十一页，共七十一页信息源信息源载波源载波源 耦合器耦合器调制器调制器耦合器耦合器检测器检测器处理器处理器信宿信宿光信号域光信号域电信号域电信号域发送机发送机接收机接收机信道信道3.数字光纤通信系统数字光纤通信系统本讲稿第四十二页，共七十一页数字光纤通信系统的组成数字光纤通信系统的组成 现现在在普普遍遍采采用用的的数数字字光光纤纤通通信信系系统统，是是采采用用数数字字编编码码信信号号经经光光强强度度（单单位位面面积积上上的的光光功功率率）调调制制/直直接接检检波波的的数数字字通通信信系系统统。光光强强度度调调制制是是利利用用数数字字信信号号直直接接调调制制光光源源的的光光强强度度，使使

27、之之与与信信号号电电流流成成线线性性变变化化。直直接接检检波波，是是指指信信号在光接收机的光频上检测出数字脉冲信号。号在光接收机的光频上检测出数字脉冲信号。在发送设备中，有源器件把数字脉冲电信号转换为光信号在发送设备中，有源器件把数字脉冲电信号转换为光信号（E/OE/O变换）送到光纤中进行传输。在接收设备中，光变换）送到光纤中进行传输。在接收设备中，光检测器件将接收到的光信号转换为数字脉冲信号（检测器件将接收到的光信号转换为数字脉冲信号（O/EO/E变换）。变换）。当传输距离较远时，需采用当传输距离较远时，需采用光中继设备光中继设备，把信号经过中继，把信号经过中继再生处理后传输。再生处理后传输

28、。本讲稿第四十三页，共七十一页数字光纤系统方框图数字光纤系统方框图信号光发射机光源中继器检测器光接收机信号 E/O转换光纤O/E转换发送单元传输单元接收单元连接器件本讲稿第四十四页，共七十一页光纤通信系统功能部件光纤通信系统功能部件n发送单元发送单元：把电信号转换成光信号：把电信号转换成光信号n传输单元传输单元：载送光信号的介质：载送光信号的介质n接收单元接收单元：接收光信号并转换成电信号：接收光信号并转换成电信号n连接器件连接器件：连接光纤到光源、光检测以：连接光纤到光源、光检测以及其它光纤及其它光纤本讲稿第四十五页，共七十一页器件器件n有源光器件有源光器件光源、光电检测器、光纤放大器和调制

29、器。光源、光电检测器、光纤放大器和调制器。n无源光器件无源光器件光分路器光分路器/耦合器、波分复用器、光纤连接耦合器、波分复用器、光纤连接器、光开关、光衰减器、光隔离器和极化器、光开关、光衰减器、光隔离器和极化器。器。本讲稿第四十六页，共七十一页光源n为什么用激光作为光源？为什么用激光作为光源？（1）激光频率纯，相干性好；）激光频率纯，相干性好；（2）色散小；）色散小；（3）激光方向性好，能量能够高度集中。）激光方向性好，能量能够高度集中。本讲稿第四十七页，共七十一页(1)激光器激光器(光发送机光发送机)n半导体激光器和发光二极管半导体激光器和发光二极管n半导体激光器半导体激光器阈值特性阈值特

30、性光谱特性光谱特性温度特性温度特性转换效率转换效率本讲稿第四十八页，共七十一页(2)常用连接器类型常用连接器类型SC LC MT-RJ DSC VF-45 Opti-Jack本讲稿第四十九页，共七十一页常用连接器类型常用连接器类型FC TypeSC TypeSC2 TypeFDD Type本讲稿第五十页，共七十一页(3)光纤熔接机光纤熔接机本讲稿第五十一页，共七十一页(4)光电检测器光电检测器(光接收机光接收机)nPIN和和APD响应时间响应时间暗电流暗电流本讲稿第五十二页，共七十一页（5）光中继器）光中继器n作用作用：放大衰减了的光信号放大衰减了的光信号n光光-电电-光转换光转换本讲稿第五十

31、三页，共七十一页光纤数字通信系统组成原理方框图光纤数字通信系统组成原理方框图 本讲稿第五十四页，共七十一页光纤数字通信系统工作原理光纤数字通信系统工作原理 数数字字电电端端机机主主要要是是把把用用户户各各种种数数字字信信号号，包包括括数数字字程程控控交交换换机机和和数数字字接接口口，通通过过复复用用设设备备（PDH或或SDH）组组成成一一定定的的数数字字传传输输结结构构（帧帧结结构），不同速率等级的数字信号流送至光端机。构），不同速率等级的数字信号流送至光端机。光光端端机机把把数数字字电电端端机机送送来来的的数数字字信信号号进进行行处处理理，变变成成光光脉脉冲冲送送入光纤进行传输，接收端进行相

32、反的变换。入光纤进行传输，接收端进行相反的变换。光光端端机机主主要要由由光光发发送送、光光接接收收、信信号号处处理理及及辅辅助助电电路路组组成成。在在光光发发送送部部分分完完成成电电光光变变换换，在在光光接接收收部部分分主主要要完完成成光光电电变变换换。信信号号处处理理，主主要要指指把把数数字字电电端端机机送送来来的的数数字字脉脉冲冲信信号号再再处处理理，以以及及各各种种码码型型变变换换，使使之之适适应应光光传传输输及及其其他他目目的的。辅助电路主要包括告警、公务、监控及区间通信等等。辅助电路主要包括告警、公务、监控及区间通信等等。本讲稿第五十五页，共七十一页PDH数字光纤传输系统数字光纤传输

33、系统 本讲稿第五十六页，共七十一页SDH光同步数字传输系统光同步数字传输系统 SDH网性能卓越被公认为新一代理想的宽带传输网。SDH基本群信号STM-1其速率为155.52Mbit/s。更高等级的STM-n群信号可以看成是将STM-1基本群信号字节间插同步复用的结果。STM-n中的n目前可取1、4、16、64。下表列出了ITU-T建议G.707所规范的标准速率。从中可以看出，因SDH采用同步复用，在低次群合成高次群时无需插入比特，故SDH多次群速保持乘4的整数倍关系。等级速率（Mbit/s）STM-1155.520STM-4622.080STM-162488.320STM-649953.280

34、本讲稿第五十七页，共七十一页SDH终端复用（终端复用（TM）设备设备本讲稿第五十八页，共七十一页SDH分插复用（分插复用（ADM）设备）设备 SDH ADM设备串接在设备串接在SDH链路中，链路中，可从过路的可从过路的SDH信号中，分插沿途信号中，分插沿途局所需的支路信号。因为局所需的支路信号。因为ADMADM插入插入SDHSDH链路工作，故链路工作，故ADMADM设备具有两个线设备具有两个线路侧，每一线路侧接有一对光纤；一路侧，每一线路侧接有一对光纤；一个支路侧用于沿途上下个支路侧用于沿途上下PDHPDH和和/或或SDHSDH支路信号。支路信号。本讲稿第五十九页，共七十一页STM-nSTM-

35、n的帧结构的帧结构 本讲稿第六十页，共七十一页SDHSDH的帧结构的帧结构 STM-nSTM-n帧由帧由270n270n列和列和9 9行字组成。与行字组成。与PDHPDH帧长一样，帧长一样，STM-nSTM-n帧长度为帧长度为125s125s，即，即1 1秒传递秒传递80008000帧。对帧。对STM-1STM-1而言，而言，1 1帧包含帧包含2709=243Byte;27098=19440bit2709=243Byte;27098=19440bit，SDH 1SDH 1秒传输秒传输80008000帧，故帧，故STM-1STM-1的速率为的速率为194408000=155.52Mbit/s19

36、4408000=155.52Mbit/s。在在STM-n的帧结构中包括信息净负荷区域、段开销区域和管理单元的帧结构中包括信息净负荷区域、段开销区域和管理单元指针区域。指针区域。（1）信息净负荷（）信息净负荷（Payload）区域：）区域：Payload区区域域为为帧帧结结构构中中存存放放各各种种信信息息的的区区域域。图图中中，2619n9n个个字字节节都都属属于于净净负负荷荷区区。在在净净负负荷荷区区除除了了包包含含各各支支路路信信息息外外，还还包包含含少少量量用用于于 通通 道道 性性 能能 监监 视视、管管 理理 和和 控控 制制 的的 通通 道道 开开 销销 字字 节节（POHPOH，P

37、ath Path OverHeadOverHead）。）。本讲稿第六十一页，共七十一页 SDH SDH的帧结构（续）的帧结构（续）（2 2）段开销（）段开销（SOHSOH，Section OverHead Section OverHead）区域：）区域：SOHSOH是是为为了了保保证证信信息息正正常常灵灵活活的的传传输输所所需需的的附附加加字字节节。SOHSOH供供网网络络运运行行、维护、管理使用。维护、管理使用。（3 3）管理单元指针（）管理单元指针（AUPTRAUPTR，Adminstrative unit pointer Adminstrative unit pointer）区域：）区域

38、：所所谓谓指指针针，是是一一组组地地址址码码，用用来来指指示示信信息息净净负负荷荷中中第第一一字字节节在在STM-STM-n n帧内的准确位置，以便正确提取与分解净负荷中的信息。帧内的准确位置，以便正确提取与分解净负荷中的信息。调整指针就是调节净负荷和调整指针就是调节净负荷和STM-nSTM-n帧之间频率与相位关系。采用指帧之间频率与相位关系。采用指针方式是针方式是SDHSDH的重要创新，这使得它可以在准同步环境中完成同的重要创新，这使得它可以在准同步环境中完成同步复用步复用。本讲稿第六十二页，共七十一页SDH系统特点系统特点 优点优点：有标准光接口；有标准光接口；同步字节复用；同步字节复用；

39、强大的网络管理功能。强大的网络管理功能。不足之处不足之处：由于增加了大量的维护管理比特由于增加了大量的维护管理比特因此因此频带利用率不如频带利用率不如PDH系统；系统；由于在复接中采用了指针调整技术由于在复接中采用了指针调整技术,使技术设备复杂。使技术设备复杂。由于大量采用了软件技术进行控制、管理与维护，由于大量采用了软件技术进行控制、管理与维护，如果出现人为和设备、软件故障如果出现人为和设备、软件故障及计算机病毒侵入，及计算机病毒侵入，会导致系统发生重大故障会导致系统发生重大故障甚至造成系统瘫痪甚至造成系统瘫痪。SDH系统还有很多内容：系统还有很多内容：SDH再生（再生（REG,Regene

40、rator）设备、）设备、数字交叉连接设备（数字交叉连接设备（DXCDXC）、）、SDH SDH 设备的组网与保护、设备的组网与保护、SDH自愈环形网、自愈环形网、SDH SDH 网络管理、网络管理、SDHSDH系统网同步与定时系统网同步与定时等。等。本讲稿第六十三页，共七十一页光通信技术发展光通信技术发展n延长中继距离延长中继距离光放大器光放大器(EDFA)外调制器外调制器(电光晶体电光晶体LiNbO3)色散补偿色散补偿(DCF、Bragg光纤光栅光纤光栅)n提高通信容量提高通信容量时分复用技术时分复用技术(TDM)波分复用技术波分复用技术(WDM)光频分复用光频分复用(OFDM)：载波间隔

41、：载波间隔1nm本讲稿第六十四页，共七十一页 4.4.光波分复用系统光波分复用系统n光波分复用光波分复用（WDM：WavelengthDivisionMultiplexing）技术是在一根光纤中同时传输多技术是在一根光纤中同时传输多波长光信号的一项技术波长光信号的一项技术。n在同一窗口中信道间隔较小的波分复用称为在同一窗口中信道间隔较小的波分复用称为密集密集波分复用波分复用（DWDMDWDM：Dense Wavelength Division Dense Wavelength Division MultiplexingMultiplexing）。目前）。目前DWDMDWDM是在是在1550nm

42、1550nm波长区段内，波长区段内，同时用同时用8 8，1616或更多个波长或更多个波长,其中每个波长之间的间隔其中每个波长之间的间隔为为1.6nm1.6nm，0.8nm0.8nm或更低，对应约或更低，对应约200GHz200GHz，100GHz100GHz或更或更窄的带宽。其中窄的带宽。其中152515251565nm1565nm一般称为一般称为C C波段波段 这是目这是目前系统所用的波段。目前一般系统应用时所采用的信前系统所用的波段。目前一般系统应用时所采用的信道波长是等间隔的，即道波长是等间隔的，即k0.8nmk0.8nm，k k取正整数。取正整数。本讲稿第六十五页，共七十一页波分复用波

43、分复用WDM n波分复用就是光的频分复用。波分复用就是光的频分复用。8 2.5 Gb/s1310 nm 1550 nm 0 1551 nm 1 1552 nm 2 1553 nm 3 1554 nm 4 1555 nm 5 1556 nm 6 1557 nm 70 1550 nm 1 1551 nm 2 1552 nm 3 1553 nm 4 1554 nm 5 1555 nm 6 1556 nm 7 1557 nm 20 Gb/s复用器分用器EDFA120 km本讲稿第六十六页，共七十一页波分复用（波分复用（WDM）光发射机1光发射机2光发射机N合 波 器光发射机1光发射机2光发射机N光功率

44、放大（BA）光线路放大（OA）光线路放大（OA）分 波 器光前置放大（PA）12N12N12N.发送端接收端本讲稿第六十七页，共七十一页WDM技术的主要特点技术的主要特点 1使一根光纤的传输容量比单波长传输增加几倍至几十倍，从使一根光纤的传输容量比单波长传输增加几倍至几十倍，从而而增加光纤的传输容量，降低成本增加光纤的传输容量，降低成本，具有很大的应用价值和经，具有很大的应用价值和经济价值。济价值。2同时传输多种不同类型的信号同时传输多种不同类型的信号，由于由于WDM技术中使用的各波长技术中使用的各波长相互独立相互独立，实现多媒体信号（如音频、视频、数据、文字、图，实现多媒体信号（如音频、视频

45、、数据、文字、图像等）混合传输。像等）混合传输。3可可实实现现单单根根光光纤纤双双向向传传输输，由由于于许许多多通通信信（如如：电电话话）都都采采用用全双工方式，因此采用全双工方式，因此采用WDM技术可节省大量的线路投资。技术可节省大量的线路投资。4降低器件的超高速要求降低器件的超高速要求。现在现在DWDM系统已达到系统已达到402.5Gb/s-1002.5Gb/s水平。水平。本讲稿第六十八页，共七十一页5.5.全光通信网展望全光通信网展望 光纤通信的速率不断提高带来了一个新的问题：在这种超高速的传输网络中，如果网络节点仍以电信号处理信息进行交换或调配线路，就会受到所谓“电子瓶颈”的限制，出现带宽限制、时钟偏移、串话、高功耗等缺陷，而超高速传输所带来的经济效益可能会被光/电、电/光转换费用所抵消。为了解决在超高速光通信传输中所带来的带宽、容量和费用等问题，人们提出了全光网的概念。所谓全全光光网网是是指指从从源源节节点点到到目目的的节节点点的的数数据据传传输输与与交交换换整整个个过过程程均均在在光光域域内内进进行行，即即端端到到端端为为全全光光路路，中间没有光中间没有光/电转换器电转换器。本讲稿第六十九页，共七十一页全光网的结构示意图全光网的结构示意图 本讲稿第七十页，共七十一页作业作业nP2221 2 3 4 12本讲稿第七十一页，共七十一页