光纤通信：第8章光纤通信网络.ppt
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第八章 光波分复用系统
36
8.2.3 WDM系统波长规划
表8-4 32通路DWDM系统中心频率
序号 1 2 3 …… 标称中心频率（THz） 标称中心波长（nm） 192.10 192.20 192.30 …… 1560.61 1559.79 1558.98 ……
30
31 32
195.00
195.10 195.20
37
8.1 波分复用原理
提高光纤通信系统的容量的方法包括时分复用（ TDM ）、 波分复用（WDM）、空分复用（SDM）、模分复用（MDM） 和极化复用（PDM）等 最常见的 TDM 方法的主要缺点是当电信号的传输速率达 到较高等级（如10Gbit/s或更高时），对于光器件（如激光 器和调制器）的开关速率等性能要求较高，实现难度较大， 同时光纤中的色散和非线性等也限制了调制信号的速率。 波分复用（ WDM ）为代表的多信道光纤通信系统成为实 现大容量传输的主要技术方案之一。
图8-2 双纤单向传输WDM系统 可以方便地分阶段动态扩容，可以根据实际业务量的需要
15 逐步增加波长来实现扩容，是目前最主要的应用形式。
8.1.2 WDM系统的应用形式
λ1
Tx1
复 用
Txn
λn
器
λ1······λ1n
解 复 用 器
λ1
Rห้องสมุดไป่ตู้1
λn
Rxn
λn+1
光纤放大器 解 复 用 器
复
Rxn+1
第8章 光波分复用系统
本章要点
本章主要介绍以波分复用（WDM）为代表的多 信道光纤通信系统及其关键技术，以及光时分复用 （OTDM）技术原理。
2
WDM系统和SDH系统的关系
在光网络传送层的关系：WDM系统与SDH系统均属于传送网 层，二者都是建立在光纤传输媒质。SDH系统是在电通道层上 进行的复用、交叉连接和组网，而WDM系是在光域上进行的复 用、交叉连接和组网。 对承载信号复用方式的区别：SDH是基于单波长（一根光纤 传输一个波长光路）的时分复用（TDM）系统；WDM技术在一根 光纤中同时传输不同波长的多个光载波信号，为FDM系统，充 分利用光纤带宽资源，增加系统传输容量。 信号的光接口标准：SDH设备的光接口符合ITU-T G.957和 G.691建议，该标准对工作中心波长没有特别规定。在WDM系统 中，光接口必须满足ITU-T G.692建议。该建议规定了每个光 通路的参考频率、通路间隔、标称中心频率（即中心波长）、 3 中心频率频率偏差等参数。
8.2.3 WDM系统波长规划
表8-4 32通路DWDM系统中心频率
序号 1 2 3 …… 标称中心频率（THz） 标称中心波长（nm） 192.10 192.20 192.30 …… 1560.61 1559.79 1558.98 ……
30
31 32
195.00
195.10 195.20
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8.1 波分复用原理
提高光纤通信系统的容量的方法包括时分复用（ TDM ）、 波分复用（WDM）、空分复用（SDM）、模分复用（MDM） 和极化复用（PDM）等 最常见的 TDM 方法的主要缺点是当电信号的传输速率达 到较高等级（如10Gbit/s或更高时），对于光器件（如激光 器和调制器）的开关速率等性能要求较高，实现难度较大， 同时光纤中的色散和非线性等也限制了调制信号的速率。 波分复用（ WDM ）为代表的多信道光纤通信系统成为实 现大容量传输的主要技术方案之一。
图8-2 双纤单向传输WDM系统 可以方便地分阶段动态扩容，可以根据实际业务量的需要
15 逐步增加波长来实现扩容，是目前最主要的应用形式。
8.1.2 WDM系统的应用形式
λ1
Tx1
复 用
Txn
λn
器
λ1······λ1n
解 复 用 器
λ1
Rห้องสมุดไป่ตู้1
λn
Rxn
λn+1
光纤放大器 解 复 用 器
复
Rxn+1
第8章 光波分复用系统
本章要点
本章主要介绍以波分复用（WDM）为代表的多 信道光纤通信系统及其关键技术，以及光时分复用 （OTDM）技术原理。
2
WDM系统和SDH系统的关系
在光网络传送层的关系：WDM系统与SDH系统均属于传送网 层，二者都是建立在光纤传输媒质。SDH系统是在电通道层上 进行的复用、交叉连接和组网，而WDM系是在光域上进行的复 用、交叉连接和组网。 对承载信号复用方式的区别：SDH是基于单波长（一根光纤 传输一个波长光路）的时分复用（TDM）系统；WDM技术在一根 光纤中同时传输不同波长的多个光载波信号，为FDM系统，充 分利用光纤带宽资源，增加系统传输容量。 信号的光接口标准：SDH设备的光接口符合ITU-T G.957和 G.691建议，该标准对工作中心波长没有特别规定。在WDM系统 中，光接口必须满足ITU-T G.692建议。该建议规定了每个光 通路的参考频率、通路间隔、标称中心频率（即中心波长）、 3 中心频率频率偏差等参数。
通信原理课件第八章 时分复用(一)
基带信号 m1(t)
m2(t)
信道
低通滤波器 1 低通滤波器 2
m1 ′(t ) m２′(t )
mn -1 (t ) mn(t)
发送端
接收端
低通滤波器 n－1 低通滤波器 n
mn -1 ′(t ) mn ′(t )
图 6-4 时分复用系统示意图
wujing
现代通信原理——第八章 时分复用
8
1路 2路 3路 4路
同步时分复用原理
4 32 1
D CB A d cb a
cC3 bB2 aA1
帧3
帧2
帧1
2
1
B
A
b
a
异步时分复用原理
2b B a A 1
帧6 帧5 帧4 帧3 帧2 帧1
wujing
现代通信原理——第八章 时分复用
12
TDM方式的优点（相对与FDM）
❖ 1、多路信号的汇合和分路都是数字电路，比 FDM的模拟滤波器分路简单、可靠。
❖ 把基群数据流采用同步(SDH)或准同步数字复接 技术汇合成更高速的数据(称为高次群)，高次群 的复接结构称为高次群的复接帧。
❖ 对帧的研究是时分复用系统研究的重点，相当于 对频分复用系统中频道的研究。
wujing
现代通信原理——第八章 时分复用
17
E1帧结构源于语音通信：
❖ 抽样频率：
fs=8000Hz
❖ 空分复用方式（SDM，space division multiplex ） 无线通信中(包括卫星通信)的位置复用 有线通信中的同缆多芯复用。
❖ 码分复用方式（CDM，code division multiplex ） 编码发射、相关接收技术。
光纤通信(第二版)课件PPT(刘增基著)
第1章 概 论
为了克服气候对激光通信的影响，人们自然想到把激光束 限制在特定的空间内传输, 因而提出了透镜波导和反射镜波导的 光波传输系统。透镜波导是在金属管内每隔一定距离安装一个 透镜，每个透镜把经传输的光束会聚到下一个透镜而实现的。 反射镜波导和透镜波导相似，是用与光束传输方向成45°角的 两个平行反射镜代替透镜而构成的。这两种波导，从理论上讲 是可行的，但在实际应用中遇到了不可克服的困难。首先，现 场施工中校准和安装十分复杂；其次，为了防止地面活动对波
由于没有找到稳定可靠和低损耗的传输介质，对光通信的 研究曾一度走入了低谷。
第1章 概 论
1.1.2 现代光纤通信 1966 年，英籍华裔学者高锟(C.K.Kao)和霍克哈姆
(C.A.Hockham)发表了关于传输介质新概念的论文，指出了利用 光纤(Optical Fiber)进行信息传输的可能性和技术途径，奠定了 现代光通信——光纤通信的基础。当时石英纤维的损耗高达 1000 dB/km以上，高锟等人指出：这样大的损耗不是石英纤维 本身固有的特性，而是由于材料中的杂质，例如过渡金属(Fe、 Cu等)离子的吸收产生的。材料本身固有的损耗基本上由瑞利 (Rayleigh)散射决定，它随波长的四次方而下降，其损耗很小。 因此有可能通过原材料的提纯制造出适合于长距离通信使用的 低损耗光纤。如果把材料中金属离子含量的比重降低到10－6以 下，就可以使光纤损耗减小到10 dB/km。再通过改进制造工艺 的热处理提高材料的均匀性，可以进一步把损耗减小到几 dB/km。这个思想和预测受到世界各国极大的重视。
十一五 普通高等教育“十一五”国家级规划教材
光 纤 通 信(第二版)
刘增基 周洋溢 胡辽林 编著
任光亮 周绮丽
西 安 电 子西科 技 大 学 出 版 社
光纤通信系统PPT课件
套塑光纤结构
48 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
❖按传输波长分类 (1)短波长光纤
37 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
(3)三角形光纤 纤芯折射
率分布曲线为 三角形。
38 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
光纤折射率分布曲线 39 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
❖按传导模的数目分类： 传导模指能够在光纤中远距离传输的传
播模式。 (1)多模光纤
当纤芯的几何尺寸（直径一般为50μm） 远大于光波波长(如1.55μm)时，光纤剖面折 射率分布为渐变型，外径125μm。光纤传输 的过程中会存在着几十种乃至几百种传输模 式，称为多模光纤。
40 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
(2)单模光纤 当纤芯的几何尺寸较小（一般为
8μm～10μm），与光波长在同一数量级， 这时，光纤只允许一种模式（基模）在 其中传播，其余的高次模全部截止，这 样的光纤称为单模光纤。
单模光纤的折射率分布多呈阶跃性。
41 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
目前光纤已成为信息宽带传输的主要媒 质，光纤通信系统将成为未来国家信息基础 设施的支柱。
7 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
光纤通信系统是以光导纤维和激光 技术、光电集成技术为基础发展起来的 通信系统，它具有频带宽、重量轻、体 积小、节省能源，主要用于大容量国际、 国内长途通信干线，也用于短局间中继。 我国今后不再敷设新的长途电缆线路， 而全部采用光缆。
实用的光纤通信系统一般都是双向 的，每一端都有光发送机、光接收机和 电发送机、电接收机并且每一端的光发 送机和光接收机做在一起，称为光端机， 电发送机和电接收机组合起来称为电端 机。同样，中继器也有正反两个方向。
48 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
❖按传输波长分类 (1)短波长光纤
37 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
(3)三角形光纤 纤芯折射
率分布曲线为 三角形。
38 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
光纤折射率分布曲线 39 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
❖按传导模的数目分类： 传导模指能够在光纤中远距离传输的传
播模式。 (1)多模光纤
当纤芯的几何尺寸（直径一般为50μm） 远大于光波波长(如1.55μm)时，光纤剖面折 射率分布为渐变型，外径125μm。光纤传输 的过程中会存在着几十种乃至几百种传输模 式，称为多模光纤。
40 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
(2)单模光纤 当纤芯的几何尺寸较小（一般为
8μm～10μm），与光波长在同一数量级， 这时，光纤只允许一种模式（基模）在 其中传播，其余的高次模全部截止，这 样的光纤称为单模光纤。
单模光纤的折射率分布多呈阶跃性。
41 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
目前光纤已成为信息宽带传输的主要媒 质，光纤通信系统将成为未来国家信息基础 设施的支柱。
7 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
光纤通信系统是以光导纤维和激光 技术、光电集成技术为基础发展起来的 通信系统，它具有频带宽、重量轻、体 积小、节省能源，主要用于大容量国际、 国内长途通信干线，也用于短局间中继。 我国今后不再敷设新的长途电缆线路， 而全部采用光缆。
实用的光纤通信系统一般都是双向 的，每一端都有光发送机、光接收机和 电发送机、电接收机并且每一端的光发 送机和光接收机做在一起，称为光端机， 电发送机和电接收机组合起来称为电端 机。同样，中继器也有正反两个方向。
光纤通信原理-(全套)课件
1.2 光纤通信的主要特性
1.2.1 光纤通信的优点
1. 光纤的容量大
光纤通信是以光纤为传输媒介，光波为载 波的通信系统，其载波—光波具有很高的 频率(约1014Hz)，因此光纤具有很大的通信 容量。
2. 损耗低、中继距离长
目前，实用的光纤通信系统使用的光 纤多为石英光纤，此类光纤在1.55μm波长 区的损耗可低到0.18dB/km，比已知的其他 通信线路的损耗都低得多，因此，由其组 成的光纤通信系统的中继距离也较其它介 质构成的系统长得多。
光纤通信原理
1
第一章 概 述
1.1 光纤通信的发展与现状 1.2 光纤通信的主要特性 1.3 光纤通信系统的组成和分类
1.1 光纤通信的发展与现状
1.1.1 早期的光通信
到了1880年，贝尔发明了第一个光电 话，这一大胆的尝试，可以说是现代光通 信的开端。
在这里，将弧光灯的恒定光束投射在 话筒的音膜上，随声音的振动而得到强弱 变化的反射光束，这个过程就是调制。
式中：R、T都是复数，包括大小及相
位。其模值分别表示反射波、传递波与入
射波幅度的大小之比；2Ф1、2Ф2是R和T的
相角，分别表示在介质分界面上反射波、 传递波比入射波超前的相位。
3. 平面波的全反射
全反射是一种重要的物理现象，当光 波从光密介质射入光疏介质，且入射角大 于临界角时才能产生全反射，即全反射必
1. 子午射线在阶跃型光纤中的传播
阶跃型光纤是由半径为a、折射率为常 数n 1的纤芯和折射率为常数n2的包层组 成，并且n1>n2，如图2.6所示。
图2.6 光线在阶跃型光纤中的传播
2. 子午射线在渐变型光纤中的传播
渐变型光纤与阶跃型光纤的区别在于 其纤芯的折射率不是常数，而是随半径的 增加而递减直到等于包层的折射率。
光纤通信原理和技术PPT课件
波长（µm） 系统类型
0.85
IM/DD
光纤 多模
BL(Gb/s·km) 年代
2
1978
1.3
IM/DD
单模
第1章 绪论
1.1 光通信发展史 1.2 国内外光纤通信技术发展概况 1.3 光纤通信系统的基本构成
第1章 绪论
1.1 光通信发展史
1.1.1 现代通信的发展
人类社会出现后，人与人之间就需要信息交流。原始社会 人们可以靠声音（语言）、肢体动作（肢体语言）或面部表情 等交流信息，这就是原始的通信，是人们面对面的交流。
60年代最好的光纤传输衰减为1000dB/km，即传输1km， 光功率降到原来的1/10100≈0，因而这种光纤不可能用作通 信媒质。当时没有人相信光纤可以用于通信，也没有人从 事光纤用于通信的研究。英藉华人学者高锟博士的贡献在 于理论上证明这样大的传输衰减是由于光纤中杂质吸收和 散射引起的。如将光纤提纯，则传输衰减可以降到可在通 信中实用的程度（最初提出的指标是20dB/km）[1].这一贡 献具有深远意义，完全改变了通信容量不适应社会发展的 需求，推动了信息社会更快地到来。由于这一贡献，高锟 博士获得了2009年诺贝尔物理学奖。
第1章 绪论
2.半导体激光器性能的突破
1960年发明的第一个激光器是红宝石(固体)激光器，不久 （1961年）半导体激光器研制成功，但当时需要在低温(液氮) 下脉冲工作。后来采用异质结技术使激光器可在常温下连续 工作，但开始只有数小时甚至数分钟的寿命，由于寿命极短 不能实用化。经过一段时间的努力，才研制成功可实用的半 导体激光器。现在的半导体激光器的性能有了极大的提高， 其寿命可达106小时，甚至达108小时，功率可达10 毫瓦量级 (泵浦激光器可达几百毫瓦),可调谐范围几百GHz,线宽低到 1―10MHz(外腔激光器能达几十kHz)，适用于各种光通信系统， 为光纤通信实用化打下了基础。激光器价格也在不断下降， 干线通信系统所用激光器已降到千美元量级；几十美元，甚 至几美元的半导体激光器可用于接入网系统。
光纤通信第五版-第8章-耦合器与连接器
插入损耗是各输出端口的输出功率状况，不仅与固有损耗有关，而且 与分光比有很大的关系。
描述光耦合器特性的一些技术参数
3．分光比(Coupling Ration)
CRi
Pouti 100％ Pouti
(3.6)
它是光耦合器特有的技术指标。
4．方向性(Directivity)
方向性是光耦合器特有的技术指标, 是衡量器件定 向传输特性的参数。以X形耦合器为例，方向性 定义为耦合器正常工作时，输入一侧非注入光的
衡量器件对于传输光信号的偏振态的敏感程度的参量，也称为偏振灵 敏度。
描述光耦合器特性的一些技术参数
当传输光信号的偏振态变化 360 时，器件各输出
端输出功率的最大变化量：
PDL
10
lg
Min(Pouti ) Max(Pouti )
(dB)
(3.9)
7．隔离度(Isolation)
对于要求均匀分光的光耦合器（主要是星形和树 形），由于工艺局限，往往不可能做到绝对的均 匀，用均匀性来衡量其不均匀程度：
FL
10
lg
Min(Pouti ) Max(Pouti )
(dB)
(3.8)
6．偏振相关损耗(Polarization Dependent
Loss)
I
10
lg
P 式中，Pouti为在第i个光路输出端测到的其他输出端
光信号的功率； 为Pin输i 入的光功率。
光耦合器的制作方法
光耦合器大致可分为分立元件组合型、全 光纤型和平面波导型。
1、早期采用分立光学元件（如棒透镜、反射镜 、棱镜等）组合拼接。
光纤通信_08_光波分复用
3．中心频率偏差
中心频率偏差定义为标称中心频率和实际中心频 率之差
对于信道间隔大于200GHz的系统，各个信道的
偏差应小于信道间隔的1/5 16通道WDM的 系统通道间隔为 100GHz（ 约 0.8nm），最大中心频率偏移为±20GHz 8通道WDM系统的通道间隔为200GHz（约为 1.6nm），为了能向16通道升级，最大中心频率 偏差也为±20GHz
数倍，或整数分之一
如0.4 nm，0.8 nm，1.6 nm等
在可用的1530~1565nm波长范围内，目前广 泛使用的是各个通道频率基于参考频率为 193.1THz、最小间隔为100GHz的频率间隔系
列
2．通道分配表
我国国标《光波分复用系统总体技术要求》中对 32波以及16波、8波的WDM系统的中心波长进
三、SDH与WDM的关系
目前实际应用的WDM系统的客户层信号都是基于 SDH的，也就是N×2.5 （10Gb/s）SDH系统
但并不是说WDM系统只能承载SDH信号
WDM系统的一个最重要特点是与业务无关，也就
是说业务透明
还是IP、ATM信号
它可以承载各种格式的信号，无论是PDH、SDH，
三、SDH与WDM的关系
一、WDM基本概念
目 前 ， WDM 系 统 主 要 指 密 集 波 分 复 用 系 统 （DWDM），应用在1550nm波长区段内，复
用8、16或更多的波长在一对光纤上（也可采用
单纤）构成光纤通信系统 ITU-T 建 议 的 标 准 的 波 长 间 隔 为 0.8nm （ 在 或整数分之一
如0.4nm，0.8nm，1.6nm等
光纤链路的优势是许多不同的波长可以在 1300~1600 nm的光谱带宽内沿一根光纤同时
第八章高速光纤通信技术
8.3.1 高速光纤技术
光纤是光信号的物理传输媒质，其特性直接影响光纤传输 系统的带宽和传输距离，采用新型光纤是得到高容量传输最有 效的途径之一。为克服光纤带来的色散限制和非线性效应问题 ，要求新一代光纤应具有所需的色散值和低色散斜率、大有效 面积、低的偏振模色散。 1.G.655 光纤 2.大有效面积G.655型光纤 3.低色散斜率G.655型光纤 4.全波光纤
图8.2.2受激拉曼散射
2、受激拉曼散射可能引起信噪比性能的劣化
• 当光功率大到一定程度后才出现受激拉曼散射光， 即SRS存在阈值特性。
• 对单信道系统来说，SRS的阈值约为1W，即SRS对 单信道系统没什么影响。
• 对于高密集的波分复用系统来说，SRS将成为限制 光信道数的主要因素之一。
(2) 受激布里渊散射（SBS）
由于LEAF光纤具有较高的额定最高功率，在系统要求相同 的信噪比和相同的非线性作用的条件下，有效面积越大， 放大器间隔就越长。
LEAF光纤可以减轻色散的线性和高功率的非线性影响，提 高入纤功率，增加波分复用数目。但是LEAF光纤的有效面 积变大后导致其色散斜率比常规光纤偏大，大约为 0.1ps/(nm2•km)。当我们采用许多波长的超高密度WDM系 统时，有可能给处于高端L波段的通道带来较大的色散。
• LEAF光纤的特殊之处在于大大增加了光纤的模场 直径，从普通G.655光纤的8.4μm增长到LEAF光纤 的9.6μm，从而增加了光纤的有效面积，即从 55μm2增加到72μm2。在相同的入纤功率时，降 低了光纤中传播的功率密度，减少了光纤的非线 性效应。在相同的中继距离时，减少了非线性干 扰，可以得到更好的改善了系统的光信噪 比，延长了光放大器距离，增加了密集波分复用 的信道数。
光纤通信技术08光纤通信网络
第六页，共93页。
8.2 SDH 传 送 网
8.2.1 SDH传送网的功能结构
一个电信网有两大功能群：传送功能群和控制功能群。 所 谓传送网就是完成传送功能的手段，当然传送网也能传递各种网 络控制信息。传送网主要指逻辑功能意义上的网络，是一个复杂 庞大的网络。为了便于网络的设计和管理，通常用分层(Laying) 和分割(Partitioning)的概念，将网络的结构元件按功能分为参考 点(接入点)、拓扑元件、传送实体和传送处理功能四大(sìdà)类。 网络的拓扑元件分为三种，即层网络、子网和链路， 只需这三种 元件就可以完全地描述网络的逻辑拓扑，从而使网络的结构变得 灵活，网络描述变得容易。
上述的拓扑结构都有各自的特点，在网中都有不同程度的应 用。网络拓扑的选择要考虑的因素很多，如网络的生存性是否高， 网络配置是否容易，网络结构是否适于引进新业务等。一个实际 网络的不同部分适宜采用(cǎiyòng)的拓扑结构也有可能不同，例 如本地网适宜采用(cǎiyòng)环形和星形拓扑结构，有时也可用线 形拓扑，市内局间中继网适宜采用(cǎiyòng)环形和线形拓扑，而 长途网可能采用(cǎiyòng)网孔形拓扑。
传送网分层后， 每一层网络仍然很复杂，地理上覆盖的范 围很大。为了便于管理，在分层的基础上，将每一层网络在水平 (shuǐpíng)方向上按照该层内部的结构分割为若干个子网和链路 连接。分割往往是从地理上将层网络再细分为国际网、国内网和 地区网等，并独立地对每一部分行使管理。图 8.3 给出了传送网 分割概念与分层概念的一般关系。
链路是代表一对子网之间有固定拓扑关系的一种拓扑元 件，用来描述(miáo shù)不同的网络设备连接点间的联系，例 如两个交叉连接设备之间的多个平行的光缆线路系统就构成 了链路。 2.
8.2 SDH 传 送 网
8.2.1 SDH传送网的功能结构
一个电信网有两大功能群：传送功能群和控制功能群。 所 谓传送网就是完成传送功能的手段，当然传送网也能传递各种网 络控制信息。传送网主要指逻辑功能意义上的网络，是一个复杂 庞大的网络。为了便于网络的设计和管理，通常用分层(Laying) 和分割(Partitioning)的概念，将网络的结构元件按功能分为参考 点(接入点)、拓扑元件、传送实体和传送处理功能四大(sìdà)类。 网络的拓扑元件分为三种，即层网络、子网和链路， 只需这三种 元件就可以完全地描述网络的逻辑拓扑，从而使网络的结构变得 灵活，网络描述变得容易。
上述的拓扑结构都有各自的特点，在网中都有不同程度的应 用。网络拓扑的选择要考虑的因素很多，如网络的生存性是否高， 网络配置是否容易，网络结构是否适于引进新业务等。一个实际 网络的不同部分适宜采用(cǎiyòng)的拓扑结构也有可能不同，例 如本地网适宜采用(cǎiyòng)环形和星形拓扑结构，有时也可用线 形拓扑，市内局间中继网适宜采用(cǎiyòng)环形和线形拓扑，而 长途网可能采用(cǎiyòng)网孔形拓扑。
传送网分层后， 每一层网络仍然很复杂，地理上覆盖的范 围很大。为了便于管理，在分层的基础上，将每一层网络在水平 (shuǐpíng)方向上按照该层内部的结构分割为若干个子网和链路 连接。分割往往是从地理上将层网络再细分为国际网、国内网和 地区网等，并独立地对每一部分行使管理。图 8.3 给出了传送网 分割概念与分层概念的一般关系。
链路是代表一对子网之间有固定拓扑关系的一种拓扑元 件，用来描述(miáo shù)不同的网络设备连接点间的联系，例 如两个交叉连接设备之间的多个平行的光缆线路系统就构成 了链路。 2.
光纤通信原理-光放大器
8.3.2 EDFA的特性
8.3.3 EDFA模块产品
8.3.1 EDFA的原理
1964年，美国光学公司制成了第一台掺铒玻璃激光器。
1970年，光纤出现后，进行在光纤中掺杂激光器件的 研究。
1985年，英国南安普顿大学的迈尔斯等人制成了掺铒 光纤激光器。
在短短的几年时间里，EDFA的研究工作硕果累累， 并迅速实用化。
光放大器不需要把光信号转换为电信号，可以直接
放大光信号。
输入光信号
光放大器
被放大的光信号
光放大器的优点：
(1)支持任何比特率和信号调制格式，因为光放大器 只是简单地放大输入的光信号功率。这种属性通常 被描述为光放大器对任何比特率以及信号格式是透 明的。
(2)多波长，光放大器不仅支持单个信号波长放大， 而且支持一定波长范围的光信号放大。
Gs =2
反射率R=0.32，可得GFPA=7.1，即增益为8.5dB；
Gs =3
反射率R=0.32，可得GFPA=867，即增益为29.4dB。 说明： 能够通过改变单程功率放大因子，可增加FPA放大 器的增益
➢ 随着反射系数的降低，增益振荡幅度逐渐减小， 法布里-珀罗放大器（FPA）变成了行波放大器 （TWA）
渊散射
光通过介质时，由于入射光与分子运动相互作用而
引起的频率发生变化的散射叫拉曼散射，又称拉曼
效应。 光强
瑞利散射
拉曼散射 反斯 托克
斯光
布里 渊散射
布里 渊散射
拉曼散射 斯托 克斯
8.2 半导体光放大器
8.2.1 半导体光放大器的原理
8.2.2 半导体光放大器的特性
8.2.1 半导体光放大器的原理
半导体光放大器（SOA，Semiconductor Optical Amplifier）是通过受激辐射放大入射光信号，本质 上，SOA是一个没有反馈的激光器，其核心是当放 大器被光或电泵浦时，使粒子数反转获得光增益。
8.3.3 EDFA模块产品
8.3.1 EDFA的原理
1964年，美国光学公司制成了第一台掺铒玻璃激光器。
1970年，光纤出现后，进行在光纤中掺杂激光器件的 研究。
1985年，英国南安普顿大学的迈尔斯等人制成了掺铒 光纤激光器。
在短短的几年时间里，EDFA的研究工作硕果累累， 并迅速实用化。
光放大器不需要把光信号转换为电信号，可以直接
放大光信号。
输入光信号
光放大器
被放大的光信号
光放大器的优点：
(1)支持任何比特率和信号调制格式，因为光放大器 只是简单地放大输入的光信号功率。这种属性通常 被描述为光放大器对任何比特率以及信号格式是透 明的。
(2)多波长，光放大器不仅支持单个信号波长放大， 而且支持一定波长范围的光信号放大。
Gs =2
反射率R=0.32，可得GFPA=7.1，即增益为8.5dB；
Gs =3
反射率R=0.32，可得GFPA=867，即增益为29.4dB。 说明： 能够通过改变单程功率放大因子，可增加FPA放大 器的增益
➢ 随着反射系数的降低，增益振荡幅度逐渐减小， 法布里-珀罗放大器（FPA）变成了行波放大器 （TWA）
渊散射
光通过介质时，由于入射光与分子运动相互作用而
引起的频率发生变化的散射叫拉曼散射，又称拉曼
效应。 光强
瑞利散射
拉曼散射 反斯 托克
斯光
布里 渊散射
布里 渊散射
拉曼散射 斯托 克斯
8.2 半导体光放大器
8.2.1 半导体光放大器的原理
8.2.2 半导体光放大器的特性
8.2.1 半导体光放大器的原理
半导体光放大器（SOA，Semiconductor Optical Amplifier）是通过受激辐射放大入射光信号，本质 上，SOA是一个没有反馈的激光器，其核心是当放 大器被光或电泵浦时，使粒子数反转获得光增益。
光纤通信基础（PPT版）
光纤通信基础（PPT版）
光纤通信技术，简称光纤通信，由纤芯，包层和涂层组成，内芯一般为几十微米或几微米，中间层称为包层，通过纤芯和包层的折射率不同，从而实现光信号在纤芯内的全反射也就是光信号的传输，涂层的作用就是增加光纤的韧性保护光纤。
光纤结构
光纤由纤芯，包层和涂层组成，内芯一般为几十微米或几微米，中间层称为包层，通过纤芯和包层的折射率不同，从而实现光信号在纤芯内的全反射也就是光信号的传输，涂层的作用就是增加光纤的韧性保护光纤。
光纤通信是利用光波作载波，以光纤作为传输媒质将信息从一处传至另一处的通信方式。
发展历史
1966年英籍华人高锟博士发表了一篇划时代性的论文，他提出利用带有包层材料的石英玻璃光学纤维，能作为通信媒质。
从此，开创了光纤通信领域的研究工作。
1977年美国在芝加哥相距7000米的两电话局之间，首次用多模光纤成功地进行了光纤通信试验。
0.85微米波段的多模光纤为第一代光纤通信系统。
1981年又实现了两电话局间使用1.3微米多模光纤的通信系统，为第二代光纤通信系统。
1984年实现了1.3微米单模光纤的通信系统，即第三代光纤通信系统。
20世纪80年代中后期又实现了1.55微米单模光纤通信系统，即第四代光纤通信系统。
20世纪末或21世纪初发明了第五代光纤通信系统，用光波分复用提高速率，用光波放大增长传输距离的系统，光孤子通信系统可以获得极高的速率，在该系统中加上光纤放大器有可能实现极高速率和极长距离的光纤通信。
光纤通信网络 SDH部分
– 由A到C的信号以及由C返回A的信号都是沿S1顺时针及P1逆时针，所 以它是一个单向环
• 当B和C节点间的光缆被切断时
– 在节点C，由于从A经S1来的AC信号丢失，按并发优收原则，倒换开 关将由S1转向P1，接收由A节点经P1而来的AC信号作为分路信号， 从而使AC间的业务信号得以维持，不会丢失
– 故障排除后，开关返回原来位置
N N N N N N
• 树型
– 当将点到点拓扑单元的末端节点连接到几个特殊节点时就构 成了树形拓扑 – 树形拓扑可以看成是线形拓扑和星形拓扑的结合。这种拓扑 结构适合于广播式业务，但不适于提供双向通信业务
• 环形网应用
– 将通信网中的所有节点串联起来，而且首尾相连，没有任 何节点开放时，就形成了环形网 – 这种网络拓扑具有很高的生存性，即自愈功能，因此环形 网在SDH网中得到了最广泛的应用
• 传送网分层以后，每一层仍然很复杂，地理上覆盖的 范围很大。因此将每一层在水平方向上按照内部的结 构分割为若干个子网和链路连接
网络的分层与分割
电信管理网TMN
用户
用户
交叉连接功能
电路层
通道层
接入点
子网
传输媒质层
SDH 传送网分层模型
电 路 层 网 络
低 阶 通 道 层 高 阶 通 道 层
电 路 层 VC3 VC4
二纤双向复用段倒换环
• 四纤双向复用段倒换环 中S1上的业务信号与P2上的保 护信号的传输方向完全相同，都是顺时针。利用时隙 交换技术，可使光纤S1和P2上的信号都置于一根光纤 上，这根光纤就称为S1/P2光纤，这时，这根光纤上的 一半时隙如奇时隙用于传业务信号，而另一半时隙如 偶时隙留给保护信号 • 同样也有S2/P1光纤 • S1/P2上的保护信号时隙可保护S2/P1上的业务信号， 而S2/P1上的保护信号时隙可保护S1/P2上的业务信号 • 四纤环就可以简化为二纤环 • 对于二纤双向复用段倒换环我们一般采用奇偶时隙保 护，也有其他的保护形式，如前半时隙传业务信号， 后半时隙传保护信号
第8章 DWDM网元类型、网络拓扑及保护
网网系系网光网网网管管管网管管管网网网网网网网网图816环形组网时网络管理信息通道备份示意图某段传输失效时但是当某段中某站点两端都失效时或者是在点对点和链形组网中某段传输失效时网络管理信息通道将失效这样网络管理者就不能获取失效站点的监控信息也不能对失效站点进行操作
光网络基础知识
目录
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第 8 章 DWDM 网元类型、网络拓扑及保护.............................................................................8-1 8.1 DWDM 网元类型 ................................................................................................................ 8-1 8.1.1 光终端复用设备 ....................................................................................................... 8-1 8.1.2 光线路放大设备 ....................................................................................................... 8-2 8.1.3 光分插复用设备 ....................................................................................................... 8-2 8.1.4 电中继设备 .............................................................................................................. 8-4 8.2 DWDM 网络的物理拓扑 ..................................................................................................... 8-5 8.2.1 点到点组网 .............................................................................................................. 8-5 8.2.2 链形组网 .................................................................................................................. 8-5 8.2.3 环形组网 .................................................................................................................. 8-5 8.3 DWDM 组网考虑的要素 ..................................................................................................... 8-7 8.3.1 色散 ......................................................................................................................... 8-7 8.3.2 光功率...................................................................................................................... 8-8 8.3.3 光信噪比 .................................................................................................................. 8-8 8.3.4 非线性效应 ............................................................................................................ 8-10 8.4 DWDM 网络保护 .............................................................................................................. 8-15 8.4.1 光通道保护 ............................................................................................................ 8-15 8.4.2 光线路保护 ............................................................................................................ 8-16 8.4.3 网络管理信息通道备份 .......................................................................................... 8-16
光网络基础知识
目录
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第 8 章 DWDM 网元类型、网络拓扑及保护.............................................................................8-1 8.1 DWDM 网元类型 ................................................................................................................ 8-1 8.1.1 光终端复用设备 ....................................................................................................... 8-1 8.1.2 光线路放大设备 ....................................................................................................... 8-2 8.1.3 光分插复用设备 ....................................................................................................... 8-2 8.1.4 电中继设备 .............................................................................................................. 8-4 8.2 DWDM 网络的物理拓扑 ..................................................................................................... 8-5 8.2.1 点到点组网 .............................................................................................................. 8-5 8.2.2 链形组网 .................................................................................................................. 8-5 8.2.3 环形组网 .................................................................................................................. 8-5 8.3 DWDM 组网考虑的要素 ..................................................................................................... 8-7 8.3.1 色散 ......................................................................................................................... 8-7 8.3.2 光功率...................................................................................................................... 8-8 8.3.3 光信噪比 .................................................................................................................. 8-8 8.3.4 非线性效应 ............................................................................................................ 8-10 8.4 DWDM 网络保护 .............................................................................................................. 8-15 8.4.1 光通道保护 ............................................................................................................ 8-15 8.4.2 光线路保护 ............................................................................................................ 8-16 8.4.3 网络管理信息通道备份 .......................................................................................... 8-16
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数字化就是在通信网的各个部分(核心网和接入网)及各个 环节(传输、交换、接入、终端等)全面采用数字技术。目前核 心网(或称骨干网)已实现了数字化，采用了数字传输和数字交 换技术，其优越性已十分明显。 接入网的情况比较复杂，模 拟的东西还大量存在，如电话网从核心网边缘的端局交换机到 用户终端的用户环路，大量使用的还是模拟二线；有线电视系 统也基本上是模拟的；新近采用的非对称数字用户线(ADSL) 实际上是模数混合体制。
随着计算机网络的出现和发展，特别是因特网(Internet)扩 展到全世界，对数据业务量的需求不断增长，近十年来，几 乎每半年翻一番。数据业务量猛增的主要推动力是因特网的 WWW业务和高速多媒体业务。因此，用不了多少时间， 数 据业务的总量将超过电话业务。此外，电视会议、远程教育、 电子商务等应用都要求通信网提供高速数据和视频业务，而 这些业务所需的带宽都远大于电话业务。因此业务综合化必 将导致网络的宽带化。
今天， 在核心网内以光纤为传输媒质，采用DWDM技术 实现宽带传输，同时采用光交换技术构成全光通信网，已成为 现实。
在接入网中，光纤正在伸向用户，从光纤到路边(FTTC)、 光纤到大楼(FTTB)发展到光纤到交接箱(FTTCab)，最后将实 现光纤到家(FTTH)。 当然， 从带宽需求和经济性考虑，接 入网采用光纤没有必要也不可能如同核心网那样采用DWDM 技术，而是采用比较简单和廉价的光纤通信设备。 因此接入 网和核心网实现宽带化的技术途径是不同的。本章将分别予 以介绍。
SDH传送网分层模型如图8.1所示。自上而下依次为电路 层网络、通道层网络和传输媒质层网络。
传送 网 电路 层网络
通道 层网络 传输 媒质层网 络
64 kb/ s电 路交 换网
示例
分组 交 换网
租用 线 电路 网
SD H VC －n1通道网
SD H VC －通3 道网 n＝ 1,2
SDH传送网的分层模型
电路层网络涉及到电路层接入点之间的信息传递并直接 为用户提供通信业务，如电路交换业务、分组交换业务、租 用线业务和BISDN虚通路等。根据提供业务的不同可以分为 不同的电路层网络，如64 kb/s电路交换网、 分组交换网、 租 用线电路网和ATM交换网等。电路层网络的设备包括用于各 种交换业务的交换机(例如电路交换机或分组交换机)和用于租 用线业务的交叉连接设备等。电路层网络与相邻的通道层网 络是相互独立的。
综合业务数字网(包括窄带和宽带)的主要目的是要实现接 入部分的数字化，提供端到端数字连接，从而支持综合业务， 但由于种种原因，并没有普遍推广应用。所以现在只能说接入 网正处于数字化的过程中，还不能说已实现了数字化。
综合化，主要指业务的综合，即通信网要由原来的单一业 务网(如电话网、 分组数据网)发展为能同时提供多种业务(包 括话音、 数据、 图像等)， 特别是多媒体业务的网络。数字化 是综合化的前提。当各种类型的消息都用统一的数字符号表示 时，通过端到端的数字传输，便能实现综合业务。长期以来， 通信网的主要业务是话音，所以电信网基本上等同于电话网； 电信网中还有一种业务是电报， 相当于原始的低速数据业务。
1. 传送网的分层和分割
传送网是分层的，由垂直方向的连续的传送网络层(即层 网络)叠加而成，从上而下分别为电路层、 通道层和传输媒质 层(又分为段层和物理层)。每一层网络为其相邻的高一层网络 提供传送服务，同时又使用相邻的低一层网络所提供的传送 服务。 提供传送服务的层称为服务者(Server)，使用传送服务 的层称为客户(Client)， 因而相邻的层网络之间构成了客户/服 务者关系。
通道层网络用于通道层接入点之间的信息传递并支持不 同类型的电路层网络，为电路层网络提供传送服务，其提供 传输链路的功能与PDH中的2 Mb/s、34 Mb/s 和140Mb/s， SDH中的VC11、VC12、VC2、VC3 和VC4，以及BISDN中的虚 通道功能类似。
能够对通道层网络的连接性进行管理控制是SDH网的重 要特性之一，SDH传送网中的通道层网络还可进一步分为高 阶通道层网络和低阶通道层网络。
传输媒质层网络为通道层网络结点提供合适的通道容量， 并且可以进一步分为段层网络和物理媒质层网络(简称物理层)， 其中段层网络是为了保证通道层的两个结点间信息传递的完 整性，物理层是指具体的支持段层网络的传输媒质，如光缆 或无线。SDH网中的段层网络还可以进一步细分为复用段层 网络和再生段层网络，其中复用段层网络涉及复用段终端之 间的端到端的信息传递，再生段层网络涉及再生器之间或再 生器与复用段终端之间的信息传递。一个完整的SDH传送网 分层模型如图8.2所示。
通信网络从电话业务为主演进到多媒体业务为主，每个 用户占用的带宽由64 kb/s要提高到6 Mb/s左右，由此估计总 业务量约增加100倍。
如果考虑到今后要支持高清晰度电视等更宽带宽的业务， 则总业务量还会不断增加。所以网络宽带化首先是人们的迫切 需求。另一方面，由于光纤通信技术的成就，特别是密集波分 复用(DWDM)技术的发展，使得网络的传输带宽大大增加。如 果双绞铜线的传输带宽按2 Mb/s估计，一根光纤采用DWDM技 术，传输容量可达到20～200 Gb/s， 也就是说， 光纤的传输容 量是铜线的一万至十万倍。因此宽带化意味着光纤将成为主要 的传输媒质。
8.2 SDH 传 送 网
8.2.1 SDH传送网的功能结构
一个电信网有两大功能群：传送功能群和控制功能群。 所谓传送网就是完成传送功能的手段，当然传送网也能传递各 种网络控制信息。传送网主要指逻辑功能意义上的网络，是一 个复杂庞大的网络。为了便于网络的设计和管理，通常用分层 (Laying)和分割(Partitioning)的概念，将网络的结构元件按功能 分为参考点(接入点)、拓扑元件、传送实体和传送处理功能四 大类。网络的拓扑元件分为三种，即层网络、子网和链路， 只需这三种元件就可以完全地描述网络的逻辑拓扑，从而使网 络的结构变得灵活，网络描述变得容易。
第 8 章 光纤通信网络
8.1 通信网的发展趋势
8.2 SDH传送网
8.3 WDM光网络
8.4 光接入网
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第8章 光纤通信网络
8.1通信网的发展趋势
通信网总的发展趋势是数字化、综合化和宽带化。与光纤 通信关系最为密切的是宽带化，这是人类社会发展到信息时代 的迫切需求， 也是科技进步的必然产物。
随着计算机网络的出现和发展，特别是因特网(Internet)扩 展到全世界，对数据业务量的需求不断增长，近十年来，几 乎每半年翻一番。数据业务量猛增的主要推动力是因特网的 WWW业务和高速多媒体业务。因此，用不了多少时间， 数 据业务的总量将超过电话业务。此外，电视会议、远程教育、 电子商务等应用都要求通信网提供高速数据和视频业务，而 这些业务所需的带宽都远大于电话业务。因此业务综合化必 将导致网络的宽带化。
今天， 在核心网内以光纤为传输媒质，采用DWDM技术 实现宽带传输，同时采用光交换技术构成全光通信网，已成为 现实。
在接入网中，光纤正在伸向用户，从光纤到路边(FTTC)、 光纤到大楼(FTTB)发展到光纤到交接箱(FTTCab)，最后将实 现光纤到家(FTTH)。 当然， 从带宽需求和经济性考虑，接 入网采用光纤没有必要也不可能如同核心网那样采用DWDM 技术，而是采用比较简单和廉价的光纤通信设备。 因此接入 网和核心网实现宽带化的技术途径是不同的。本章将分别予 以介绍。
SDH传送网分层模型如图8.1所示。自上而下依次为电路 层网络、通道层网络和传输媒质层网络。
传送 网 电路 层网络
通道 层网络 传输 媒质层网 络
64 kb/ s电 路交 换网
示例
分组 交 换网
租用 线 电路 网
SD H VC －n1通道网
SD H VC －通3 道网 n＝ 1,2
SDH传送网的分层模型
电路层网络涉及到电路层接入点之间的信息传递并直接 为用户提供通信业务，如电路交换业务、分组交换业务、租 用线业务和BISDN虚通路等。根据提供业务的不同可以分为 不同的电路层网络，如64 kb/s电路交换网、 分组交换网、 租 用线电路网和ATM交换网等。电路层网络的设备包括用于各 种交换业务的交换机(例如电路交换机或分组交换机)和用于租 用线业务的交叉连接设备等。电路层网络与相邻的通道层网 络是相互独立的。
综合业务数字网(包括窄带和宽带)的主要目的是要实现接 入部分的数字化，提供端到端数字连接，从而支持综合业务， 但由于种种原因，并没有普遍推广应用。所以现在只能说接入 网正处于数字化的过程中，还不能说已实现了数字化。
综合化，主要指业务的综合，即通信网要由原来的单一业 务网(如电话网、 分组数据网)发展为能同时提供多种业务(包 括话音、 数据、 图像等)， 特别是多媒体业务的网络。数字化 是综合化的前提。当各种类型的消息都用统一的数字符号表示 时，通过端到端的数字传输，便能实现综合业务。长期以来， 通信网的主要业务是话音，所以电信网基本上等同于电话网； 电信网中还有一种业务是电报， 相当于原始的低速数据业务。
1. 传送网的分层和分割
传送网是分层的，由垂直方向的连续的传送网络层(即层 网络)叠加而成，从上而下分别为电路层、 通道层和传输媒质 层(又分为段层和物理层)。每一层网络为其相邻的高一层网络 提供传送服务，同时又使用相邻的低一层网络所提供的传送 服务。 提供传送服务的层称为服务者(Server)，使用传送服务 的层称为客户(Client)， 因而相邻的层网络之间构成了客户/服 务者关系。
通道层网络用于通道层接入点之间的信息传递并支持不 同类型的电路层网络，为电路层网络提供传送服务，其提供 传输链路的功能与PDH中的2 Mb/s、34 Mb/s 和140Mb/s， SDH中的VC11、VC12、VC2、VC3 和VC4，以及BISDN中的虚 通道功能类似。
能够对通道层网络的连接性进行管理控制是SDH网的重 要特性之一，SDH传送网中的通道层网络还可进一步分为高 阶通道层网络和低阶通道层网络。
传输媒质层网络为通道层网络结点提供合适的通道容量， 并且可以进一步分为段层网络和物理媒质层网络(简称物理层)， 其中段层网络是为了保证通道层的两个结点间信息传递的完 整性，物理层是指具体的支持段层网络的传输媒质，如光缆 或无线。SDH网中的段层网络还可以进一步细分为复用段层 网络和再生段层网络，其中复用段层网络涉及复用段终端之 间的端到端的信息传递，再生段层网络涉及再生器之间或再 生器与复用段终端之间的信息传递。一个完整的SDH传送网 分层模型如图8.2所示。
通信网络从电话业务为主演进到多媒体业务为主，每个 用户占用的带宽由64 kb/s要提高到6 Mb/s左右，由此估计总 业务量约增加100倍。
如果考虑到今后要支持高清晰度电视等更宽带宽的业务， 则总业务量还会不断增加。所以网络宽带化首先是人们的迫切 需求。另一方面，由于光纤通信技术的成就，特别是密集波分 复用(DWDM)技术的发展，使得网络的传输带宽大大增加。如 果双绞铜线的传输带宽按2 Mb/s估计，一根光纤采用DWDM技 术，传输容量可达到20～200 Gb/s， 也就是说， 光纤的传输容 量是铜线的一万至十万倍。因此宽带化意味着光纤将成为主要 的传输媒质。
8.2 SDH 传 送 网
8.2.1 SDH传送网的功能结构
一个电信网有两大功能群：传送功能群和控制功能群。 所谓传送网就是完成传送功能的手段，当然传送网也能传递各 种网络控制信息。传送网主要指逻辑功能意义上的网络，是一 个复杂庞大的网络。为了便于网络的设计和管理，通常用分层 (Laying)和分割(Partitioning)的概念，将网络的结构元件按功能 分为参考点(接入点)、拓扑元件、传送实体和传送处理功能四 大类。网络的拓扑元件分为三种，即层网络、子网和链路， 只需这三种元件就可以完全地描述网络的逻辑拓扑，从而使网 络的结构变得灵活，网络描述变得容易。
第 8 章 光纤通信网络
8.1 通信网的发展趋势
8.2 SDH传送网
8.3 WDM光网络
8.4 光接入网
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第8章 光纤通信网络
8.1通信网的发展趋势
通信网总的发展趋势是数字化、综合化和宽带化。与光纤 通信关系最为密切的是宽带化，这是人类社会发展到信息时代 的迫切需求， 也是科技进步的必然产物。