光传输技术基础讲座

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20 dB/km的石英光纤。 1973 年,美国贝尔(Bell)实验室取得了更大成绩,光纤损耗降低到2.5dB/km。 1976 年,日本电报 (NTT)公司将光纤损耗降低到0.47 dB/km(波长1.2μm)。
5
光纤通信根底—概论
三、光纤通信优点 1、通信容量巨大 从理论上讲,一根光纤可以同时传输100亿个话路,目前同时传输50万 个话路的试验已经成功,比传统同轴电缆、微波等高出几千乃至几十万倍。 2、中继距离长 光纤具有极低的衰耗系数,配以适当的光发送、光接收设备、光放大器、 前向纠错与RZ编码调制技术等,可使其中继距离达数千公里以上,而传统 电缆只能传送1.5km,微波50km,根本无法与之相比较。 3、保密性能好 4、适应能力强 具有不怕外界强电磁场的干扰、耐腐蚀等优点 5、体积小、重量轻 6、原材料来源丰富、价格低廉
同步数字体系—SDH概论
三、SDH概况 〔2〕SDH设备的种类—再生中继器〔REG〕
再生中继器设在网络的中间局站,目的是延长传输距离,但不能上、下 电路,REG是双端口器件,只有两个线路端口。
S T M -N
w
e
R E G
S T M -N
26
同步数字体系—SDH概论
三、SDH概况
〔2〕SDH设备的种类—数字穿插连接设备〔DXC〕
信号的频率,而且随距离的增加会更加严重。 2、单模光纤:只能传一种模式的光,因此其模间色散很小,适用于远程通讯。
125mm 50mm
Core Clad
多模光纤
8mm 125mm
Core Clad
单模光纤
85mm
人的头发
10
光纤通信根底—光纤
三、光纤的简单导光原理 1、全反射原理 假设使光束从光密媒质射向光疏媒质
1
RSOH
3
4 AU PTR
5
STM-N 净负荷 (含POH)
MSOH
9 9×N
261×N 270×N列
28
同步数字体系—帧构造
一、帧构造的组成 〔1〕信息净负荷〔payload〕:
在STM-N帧构造中存放将由STM-N传送的各种信息码块的地方。信息净 负荷区相当于STM-N这辆运货车的车箱,车箱内装载的货物就是经过打包 的低速信号——待运输的货物。为了实时监测货物〔打包的低速信号〕在传 输过程中是否有损坏,在将低速信号打包的过程中参加了监控开销字节—— 通道开销〔POH〕字节。
S
O D7
D8Байду номын сангаас
D9
H D10
D11
D12
S1
M1 E2 * *
9列
* 国内使用字节 △传输媒质指示字节 # 不扰码字节 空格:国际使用字节 33
同步数字体系—段开销
29
同步数字体系—帧构造
一、帧构造的组成 〔2〕段开销〔SOH〕:
为了保证信息净负荷正常、灵活传送所必须附加的供网络运行、管理和维 护〔OAM〕使用的字节。例如段开销可进展对STM-N这辆运货车中的所有 货物在运输中是否有损坏进展监控,而POH的作用是当车上有货物损坏时 ,通过它来判定具体是哪一件货物出现损坏。
光信号
140/34 Mb/s
PDH
34/140 Mb/s
光 /
解 复
34/8 Mb/s
8/34 Mb/s 复用
电 /
电用
解 复
8/2 Mb/s
2/8 Mb/s 复用




复用

光信号
2 Mb/s(电信号)
〔4〕网络的运行、管理、维护能力差
19
同步数字体系—SDH概论
一、SDH的产生 2、SDH的产生
MSOH
9
9×N
261×N
32
同步数字体系—段开销
一、段开销 以下图是一个STM-1的段开销
R A1 A1 A1 A2 A2 A2 J0 # #
S O
B1 △

E1 △
F1 * *
H D1 △ △
D2 △
D3
A U - P T R (管理单元指针)
B2 B2 B2 K1
M D4
D5
K2 D6
9 行
当然,SOH和POH还有一些管理功能。 段开销又分为再生段开销〔RSOH〕和复用段开销〔MSOH〕,分别对相 应的段层进展监控。 通道开销又分为高阶通道开销〔HP-POH〕和低阶通道开销〔LP-POH〕 。
30
同步数字体系—帧构造
一、帧构造的组成 〔3〕管理单元指针〔AU-PTR〕:
AU-PTR是用来指示信息净负荷的第一个字节在STM-N帧内的准确位置的 指示符,以便收端能根据这个位置指示符的值〔指针值〕正确别离信息净负 荷。
光传输网络根底知识
传输所 谢晖 二0一0年八月
1
主要内容
• 光纤通信根底 • 同步数字体系SDH
2
光纤通信根底—概论
MSC MSC
BSC
BSC
BSC
核心层
10G SDH
BSC
MSC MSC
2.5/10G SDH
会聚层
接入层 155M SDH …… 622M SDH
• 通信系统〔传输系统〕作用:为需 要进展信息交互的设备之间提供信 息传递的通道。
21
同步数字体系—SDH概论
三、SDH概况 〔1〕SDH的等级
等级 STM-1 STM-4 STM-16 STM-64 STM-256
速率(Mb/s) 155.52 622.08 2488.32 9953.28 3981312
含2M电路数量 63 252
1008 4032 16128
语音话路容量 1890 7560 30240 120960 483840
信息
光传输设备 光

数字终

端设备

发送端


光纤 光纤通信系统框图
光传输设备 光


数字终

端设备

接收端

信息
17
同步数字体系—SDH概论
一、SDH的产生 1、PDH的缺点 〔1〕没有国际统一的数字速率标准
〔2〕没有国际统一的光接口标准
18
同步数字体系—SDH概论
一、SDH的产生 1、PDH的缺点 〔3〕上下电缆本钱高,构造复杂
• 广义:连接各种终端设备和交换设 备之间的通道;
• 狭义:包括传输设备和传输线路。
• 设备:如MSTP设备、光电收发器 等;
• 线路:光缆、管道、杆路等
BTS …… BTS
BTS ……
BTS
3
光纤通信根底—概论
一、光纤通信概念 利用光纤来传输携带信息的光波以到达通信的目的。
发射
基本光纤传输系统
接收
散包括三个局部:模式色散、材料色散、波导色散。
14
光纤通信根底—传送网络的分层构造
B省
D省

E省


C省
A省
线
城市 A6
城市 A5
城市 A4
省会
A1
城市 A省

A2

城市

A3
线
IP Over WDM/OTN
城市 城 A3 域

MSTP/PTN
PTN/CWDM 增强以太网交换机
OLT
OLT


15
光纤通信根底—传送网络的分层构造
移动综合机楼
移动第二机楼
核心传送层
汇聚节点
汇聚传送层
基站
用户的综合
业务引入
集团用户
接入传送层
IDC中心
以太网 专线用户
智能化小区
16
同步数字体系
我们前面为大家介绍了光纤,也介绍了光纤传输的简单原理,如果把光 纤比作一条高速公路,要实现有效的传输还需要有高速汽车,以及一系列相 应的交通规那么。同步数字体系就是一套这样的“交通系统〞。
STM- N
STM- N
STM- n
23
同步数字体系—SDH概论
三、SDH概况 〔2〕SDH设备的种类—终端复用器〔TM〕
终端复用器用在网络的终端站点上,例如一条链的两个端点上,它是一 个双端口器件。
W TM
STM-N
140Mbit/s 2Mbit/s34Mbit/s STM-M
注:M<N
24
同步数字体系—SDH概论
22
同步数字体系—SDH概论
三、SDH概况 〔2〕SDH设备的种类
SDH设备可以分为4种:终端复用器(TM)、分插复用器(ADM)、再生器 (REG)和数字穿插连接设备(DXC)。
TM
TM
DXC
STM- n
STM- N
STM- N
DXC
ADM
STM- N
STM- N
STM- N
ADM
DXC
DXC
TM
目前SDH有5个标准化的STM等级,即STM-1/4/16/64/256 〔2〕光接口标准 〔3〕灵活的分插复用 〔4〕具有强大的运行、管理、维护与指配能力 〔5〕组网较灵活、网络的平安性与生存性强 〔6〕兼容性好
SDH不仅可以向前兼容已有的PDH各种速率信号,而且还可以向后兼容 未来的许多新业务信号,如ATM信元、FDDI信元等。
三、SDH概况
〔2〕SDH设备的种类—分插复用器〔ADM〕
分/插复用器用于SDH传输网络的转接站点处,例如链的中间结点或环上 结点,是SDH网上使用最多、最重要的一种网元,它是一个三端口的器件 。
STM-N
w
e
ADM
STM-N
2Mbit/s 34Mbit/s STM-M
140Mbit/s
注:M<N
25
在纤芯与包层区域内,折射率的 分布分别是均匀的,分别为n1 和n2,在纤芯与包层的边界处, 其折射率的变化是阶跃的 (n2<n1〕 。
2、渐变光纤 光纤轴心处的折射率最大(n1), 但随横截面径向的增加而逐渐减 小,到纤芯与包层的边界处,正 好降到与包层区域的折射率n2
9
光纤通信根底—光纤
二、光纤的分类—单模、多模光纤 1、多模光纤:可传多种模式的光。但其模间色散较大,这就限制了传输数字
7
光纤通信根底—光纤
二、光纤的分类
光纤种类
按组成成分分类
石英光纤 含氟光纤 塑料光纤
按光纤剖面折射率分布分类
按传输模式分类
多模光纤 单模光纤
阶跃型光纤 渐变型光纤
按工作波长分类
短波长光纤〔波长典型值为850nm〕 长波长光纤〔波长为1310nm,1550nm〕
8
光纤通信根底—光纤
二、光纤的分类—阶跃、渐变光纤 1、阶跃光纤
上述PDH的缺点要想在原有的技术体制和框架内予以解决,几乎是不 可能的。
1988~1990年,ITU-T通过了关于SDH的9个标准,1992~1996年又相 继通过了5个,至此在国际范围内就SDH的硬件与软件达成了一致协议。
20
同步数字体系—SDH概论
二、SDH的特点 〔1〕速率统一
在SDH帧构造中既可以包含2Mb/s数字体系的各种子速率信号,如2Mb/s ,34Mb/s和140Mb/s;也可以包含1.5Mb/s数字体系的各种子速率信号,如 1.5Mb/s,6.3Mb/s ,45Mb/s和100Mb/s等。
信 息 源
电 发 射 机
光 发 射 机
光纤线路
光 接 收 机
电 接 收 机
信 息 宿
电信号
光信号 光信号
电信号
输入
输出
输入
输出
数字光纤通信系统方框图
4
光纤通信根底—概论
二、光纤通信开展简史 1966年,英籍华裔学者高锟指出了利用光纤(Optical Fiber)进展信息传输的可
能性和技术途径,奠定了现代光通信——光纤通信的根底。 1970 年,光纤研制取得了重大突破。美国康宁(Corning)公司就研制成功损耗
31
同步数字体系—帧构造
二、SDH信号的传输 SDH帧构造虽然是块状,但是在传输时依然是以串行码流形式,即按从左
到右,由上而下的顺序进展。 ITU-T规定对于任何级别的STM-N帧,帧频是8000帧/秒,也就是帧长或
帧周期为恒定的125μs。
9×270×N个字节
1 3
RSOH
4 AU-PTR
5
payload
时, 那么折射角大于入射角,如下 图。 如果不断增大θ0可使折射角θ1到达 90°, 这时的θ1称为临界角。 当光线从光密媒质射向光疏媒质, 且 入射角大于临界角时, 就会产生全 反射现象。 光纤就是利用这种全反射来传输光 信号的。
11
光纤通信根底—光纤
三、光纤的简单导光原理 2、光在光纤中的传播
6
光纤通信根底—光纤
一、光纤的构造 光纤呈圆柱形,主要由纤芯、包层二大局部组成。
外皮
包层 纤芯
1、纤芯:位于光纤的中心部位,成分为高纯度的二氧 化硅,掺有极少量掺杂剂。
2、包层:位于纤芯的周围,其成分也是含有极少量掺 杂剂的高纯度二氧化硅。
3、涂覆层:光纤的最外层,由丙烯酸酯、硅橡胶和尼 龙组成。
数字穿插连接设备完成的主要是STM-N信号的穿插连接功能,它是一个 多端口器件,它实际上相当于一个穿插矩阵,完成各个信号间的穿插连接,
出线:n
等效为
m
DXC
n
入线:m
27
同步数字体系—帧构造
一、帧构造的组成
STM-N的帧构造由3局部组成:段开销,包括再生段开销〔RSOH〕和复 用段开销〔MSOH〕;管理单元指针〔AU-PTR〕;信息净负荷〔payload〕。
12
光纤通信根底—光纤
四、光纤的衰耗
光纤的损耗是指光信号经光纤传输后,由于吸收、散射等原因引起光功率 的减小。
本征吸收:光纤材料本身所固有的吸收作用 吸收损耗 杂质吸收:光纤中杂质对光的吸收作用
光纤损耗
线性散射 散射损耗 非线性散射
构造不完善散射 其他衰耗〔微弯曲衰耗等〕
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光纤通信根底—光纤
五、光纤的色散 色散分为色度色散与偏振模色散两大类。 色度色散简单说就是有光纤传输引起的光脉冲展宽与畸变效应。色度色
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