《光网络》第四次总复习辅导课主要考核内容:◆第1部分概述(介绍光通信系统)◆第2部分SDH网络◆第3部分基于WDM的光传送网◆第4部分MSTP◆第5部分城域光网络第1部分概述主要内容:·光网络的概念·光通信系统的整体框架1.1光网络的概念概念:光网络是指以光纤为基础传输链路所组成的一种通信体系网络结构。特点:光网络(光传送网)是在光通道层上实现互联,即以光波长为基本互联单位。1.2光纤通信系统的整体框架结构◆系统组成框图:*发送端机、接收端机*光纤*中继器◆系统组成结构◆发射端机、接收端机、中继器内容:组成结构及各部分的功能关键光器件的工作原理(LD、光电检测器、EDFA)◆光导纤维内容:光纤的结构与分类、光纤的导光原理光纤的传输特性、新型单模光纤1、光发射机(1)光发射机的功能·调制:直接调制间接调制·码型:NRZ(SDH)·光发射机的结构及各部分的功能:(2)激光器·激光器的功能:电/光转换·工作原理——光与物质相互作用过程能级的概念:自发辐射受激吸收受激辐射·受激吸收的概念及特点II、跃迁过程中不产生新的光子。·受激辐射的概念及特点:概念:①处于高能级2E上的电子②受到外来光子的作用,外来光子的能量12EEhf③跃迁:电子从高能级2E跃迁到低能级1E④同时产生一个新的光子,其能量12EEhfI、外界光子(外来光子的能量12EEhf)的作用的条件下,进行受激跃迁。II、新产生的一个光子——全同光子。III、具有光放大的作用。·激光器的组成:光学谐振腔、激活物质、泵浦源M1M2自发辐射11r12rll0说明:三者缺一不可。·激光器的性能阈值特性:光谱特性:调制特性:阈值特性:阈值电流:当外加电流达到某一数值时,输出光功率将急剧增加,将产生激光振荡,此时的外加电流被称为~。用符号tI表示。结论:①当tII时,激光器发出的是荧光。②当tII时,激光器产生激光。光谱特性:调制特性:2、光接收机(1)光接收机的结构及各部分的功能时钟恢复电路:信号码型:NRZ信号频谱密度:NRZ功率谱中无时钟频率成分。RZ功率谱中有时钟频率成分。技术指标:接收灵敏度、动态范围(4)光电检测器:·工作原理:光电效应·光电效应的概念:·产生光电效应的条件:·半导体光电检测器的种类:PIN:光电转换APD:光电转换、光放大作用cgfhEf说明:产生光电效应的区域——耗尽层耗尽层越大,光电转换的转换效率就越大。性能参数:接收灵敏度——计算动态范围——计算3、中继器(1)具有电再生功能的中继器:·结构:·功能:放大、整形说明:在电层完成的(2)EDFA·工作原理——受激辐射·泵浦源:1.3光导纤维1、光纤的结构2、光纤的分类(1)按照光纤的横截面折射率分布来进行划分·均匀光纤——阶跃型光纤说明:·非均匀光纤——渐变型光纤说明:折射率分布:2/1])(21)[0()(arnrn含义:Δ——相对折射率差,121nnn——折射指数(表示折射率分布形状的参数)(2)根据纤芯中所传输的模式数量来进行划分单模光纤和多模光纤说明:光波长窗口长波长区(不可见光区)n1n2n1n2n1n2n1n2n(r)——1.31μm和1.55μm短波长区(可见光区)——0.85μm特点:1.31μm——理论上的色散最小点1.55μm——理论上衰减最小点3、导光原理(1)阶跃型光纤①阶跃型光纤的导光原理——全反射n2n1光轴产生全反射的条件:*21nn*Ci90说明:两者同时成立其中临界角121sinnnC②集光能力数值孔径的概念:表示光纤集光能力的物理量。表达式:数值孔径21nNA——相对折射指数差(2)渐变型光纤①渐变型光纤的导光原理——折射定律+全反射r4n(r4)θ3n(r3)r3dsr2θ2drRn(r2)θ1dzn(r1)rθzφ0n(0)②集光能力*本地数值孔径的概念:*本地数值孔径222)()(nrnrNA③平方律光纤自聚焦的概念:说明:不存在理想的自聚焦光纤。近似自聚焦光纤——平方律光纤]1)[0()(2222rgnrn平方律光纤的特点:模式色散最小。4、模式理论分析法中的重要结论①重要的参数——VV——归一化频率,它是一个无量纲的参数。201aknV=2201an②工作状态分析:传输状态(或导波状态)——21kk→cVV截止状态——2k→cVV临界状态——2k,或W=0→cVV③单模传输条件40483.20V主模01LP0cV次高模11LP40483.2cV5、光纤的传输特性光纤传输特性内容:衰减特性和色散特性(1)衰减特性原因:两种散射损耗吸收损耗(2)色散特性①光纤的色散:光纤中传送的信号是由不同的频率成分和不同的模式成分构成的,而且它们有不同的传输速度,从而出现脉冲展宽的现象。这种现象就是~。②色散的分类·模式色散:·材料色散:·波导色散:色散的度量:色散系数D(单位:ps/nm·km)5、新型单模光纤(1)色散位移单模光纤波导色散材料色散总色散1.55λ概念:衰减和色散最小点均在1.55μm。思路:通过改变光纤的折射率分布,可改变波导色散的大小。(2)非零色散光纤非零色散光纤是指光纤的工作波长不是在1.55μm,而是在1.31λ总色散1.54~1.565μm.色散值:约1.0~4.0ps/km·nm1.4光纤通信系统性能1.衰减对中继距离的影响2、色散对中继距离的影响(1)色散的概念:(2)色散的分类光纤色散包括材料色散、波导色散和模式色散。前两种色散是由于信号不是由单一频率而引起的,后一种色散是由于信号不是单一模式而引起的。(3)色散的影响程度:与光纤的分类有关光纤分类同一数量级波导色散材料色散单模光纤波导色散材料色散—占主导地位—模式色散多模光纤(4)色散受限系统当光源与光纤色散相互作用的结果,限制了中继距离。影响的因素:啁啾声模分配噪声码间干扰——与激光器的结构和使用的材料有关①码间干扰:码间干扰产生的原因:影响的因素:增加—光源谱宽——光纤色散系数——码速—Dfb—→脉冲展宽的影响越显著(中继距离↓)②模分配噪声:产生的因素光纤的色散光源的光谱特性光源——多纵模激光器t1t2光谱特性(呈现):保持不变——随机起伏性多纵模性纵模p模分配噪声的产生:②啁啾声:产生的因素光纤的色散光源的光谱特性光源——单纵模激光器光源的光谱特性:啁啾声的产生:影响中继距离的因素)啁啾声(单纵模激光器多纵模激光器)模分配噪声—光纤色散的作用结果—码间干扰(3、最大中继距离的计算(1)衰减受限系统——仅考虑衰减的影响极限值设计法计算最大中继距离:CfSfEPCRCTRTMLAAMPAAPPL/α(单位km)(2)色散受限系统——仅考虑色散的影响I、多纵摸激光器(MLM)或发光二极管(LED)DBLDλε610(单位km)II、单纵模激光器(SLM)单纵模激光器的色散代价主要是由啁啾声决定的,其中继距离计算公式如下:2271400BDLCλαIII、最大中继距离的计算速率与最大中继距离计算的关系:·155Mb/s以下的光通信系统:只计算衰减的影响CfSfEPCRCTRTMLAAMPAAPPL/α·622Mb/s光通信系统:综合效果光纤与光源光谱特性的光源:多纵模激光器CfSfEPCRCTRTMLAAMPAAPPL/αDBLDλε610ε取0.115L、LD中取最小的作为最大中继距离。·2.5Gb/s光纤通信系统:(一般1Gb/s以上的光通信系统必须使用单纵模激光器)光源:单纵模激光器(衰减与色散)CfSfEPCRCTRTMLAAMPAAPPL/α2271400BDLCλαL、LC中取最小的作为最大中继距离。·10Gbit/s及10Gbit/s以上的SDH光线路光源;单纵模激光器影响的因素:光纤色散、啁啾声、极化模色散、光纤的非线性限制。举例:若一个622Mbit/s单模光缆通信系统,其系统总体要求如下:系统中采用InGaAs隐埋异质结构多纵模激光器,其阈值电流小于50mA,标称波长λ1=1310nm,波长变化范围为λtmin=1295nm,λtmax=1325nm。光脉冲谱线宽度Δλmax≤2nm。发送光功率PT=2dBm。如用高性能的PIN-FET组件,可在BER=1×10-10条件下得到接收灵敏度PR=-30dBm,动态范围D≥20dB。那么考虑采用直埋方式情况下,光缆工作环境温度范围为C0~C26时,计算最大中继距离。解:1.衰减的影响若考虑光通道功率代价PP=1dB,光连接器衰减AC=1dB(发送和接收端各一个),光纤接头损耗AS=0.1dB/km,光纤固有损耗α=0.28dB/km,取ME=3.2dBMC=0.1dB/km,则由式(4-1)得CSfEPCRTMAAMPAPPL2α=1.01.028.02.31230253.75km2.色散的影响利用(4-4),并取光纤色散系数D≤2ps/(km·nm)DBLDλε610=22080.622100.1156=46km由上述计算可以看出,中继段距离只能小于46km,对于大于46km的线段,可采用加转接站的方法解决。第2部分SDH网络主要内容:·SDH基本概念·SDH的网络节点接口、速率和帧结构·SDH中的基本复用、映射结构·SDH网元1、SDH的基本概念概念:SDH网是由一些SDH的网络单元(NE)组成的,在光纤上进行同步信息传输、复用、分插和交叉连接的网络2、SDH速率和帧结构(1)同步数字体系的速率同步传输模块:SDH所使用的信息结构等级被称为STM-N同步传输模块。说明:STM-1是最基础传输模块。其速率是155.520Mbit/s。STM-N与STM-1之间的关系:高等级的STM-N信号是将N个STM-1按字节间插同步复用后所获得的。其中N是正整数,目前国际标准化N的取值为:N=1、4、16、64、256。举例:画出STM-1的帧结构,并计算其速率。信息结构(块状):9行270列一帧的字节数:9×270=2430一帧的比特数:2430×8=19440速率:)/(520.15510125827096sMbfb传一帧的时间一帧比特数STM-N等级的速率:STM-1155.520Mb/sSTM-4622.080Mb/sSTM-162488.320Mb/sSTM-649953.280Mb/sSTM-25639813.12Mb/s(2)帧结构①SDH的帧结构:共有9行,270×N列图5-2STM-N的帧结构结论:SDH的帧结构为一种块状帧结构,②帧周期为125μs。④帧结构的区域划分:三个区域:段开销(SOH)区(RSOH+MSOH)管理单元指针。信息净负荷区(包括POH+有效信息)3、SDH中的基本复用、映射结构(1)SDH复用结构复用结构基本复用单元SDH的复用结构是由一些基本复用单元组成的有若干中间复用步骤的复用结构与过程。①基本复用单元复用单元实际上是一种信息结构。常用的复用单元有容器(C)、虚容器(VC)、管理单元(AU)、管理单元组(AUG)、支路单元(TU)、支路单元组(TUG)等。·容器C概念:它是一种装载各种速率业务信号的信息结构.容器种类:5种标准容器。C-111.544Mb/sC-122.048Mb/sC-26.312Mb/sC-334.368(或44.736)Mb/sC-4139.264Mb/s②我国SDH复用结构说明:复用:映射:定位:结论:支持三种支路接口2Mb/s、34Mb/s和140Mb/s。说明:■关于通道、复用段、再生段的说明图5-5SDH传输系统中通道、复用段、再生段间的关系5、SDH网元SDH网络的基本网络单元:TM、ADM、DXC、REG四种6、SDH光传输系统(1)系统结构