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传输与接入重点1第一章光纤通信概述1.1光纤通信的发展概述1973〜1976年的短波长(850nm)多模光纤通信系统被认为是第一代光纤通信系统，其传输速率为50〜l00Mbit/s，中继距离为10km。1976〜1982年的长波长（1310nm)多模和单模光纤通信系统构成了第二代光纤通信系统，其传输速率为140Mbit/s,中继距离为20〜50km»。1982-1988年的长波长（I310nm)单模光纤实用化通信系统的大规模应用是第三代光纤通信系统的主要特征，其传输信号为准同步数字体系（PDH)的各次群信号，传输距离为50km左右。1988年后到现在为第四代光纤通信系统的发展时期，主要特征是开始建设和应用同步数字体系（SDH)光纤传输网络，传输速率达2.5Gbit/s，中继距离为80km左右，传输波长从I310nm转向I550nm,并开始采用光纤放大器（EDFA)、光波分复用（WDM)等技术。目前，光纤传输网络核心汇聚层逐渐向自动交换光网络（ASON)方向发展，中继层面快速过渡到以多业务传送平台（MSTP)，接入层向PON过渡。1.1.2光纤通信的发展趋势光纤通信的优点：1，通信容量大；2，传输距离长；3，抗电磁干扰；4，环境适应性好，重量轻易敷设；5，保密性好；6，大容量传输中体现出极高的性价比。未来的趋势：1，大容量与高速化；2，全光化；3业务多样化；4，智能化；从目前光纤传输网络的技术主流趋势上看，干线网络已经基本构建为DWDM技术+EDFA放大+G.655光纤，城域核心汇聚层网络正在形成粗波分复用（CWDM)技术与MSTP技术并进.本地接入层网络正在建设MSTP技术和PON技术的平台.1.2光纤纤芯的折射率高于包层的折射率，从而形成一种光波导效应，使大部分的光被束缚在纤芯中传输，实现光信号的传输。纤芯中广泛应用的掺杂剂为二氧化锗（Ge02)、五氧化二磷（P2O5)等，包层中主要的掺杂剂为三氧化二硼（B203)、氟(F)等。光纤分类：按光折射分布分类，阶跃光纤和渐变光纤；按传输模式数目，单模和多模光纤。多模——g.651单模——g.652，g.653，g.654，g.655。1.2.2光线的色散和损耗光线的色散和损耗是限制光无中继传输距离的两个重要因素。色散是指不同频率的电磁波以不同的相速度和群速度在介质中传播的物理现象。模式色散和波长色散。模式色散与光源谱宽无关，仅由传播模式间相位常数的差异导致的色散效应称为模式色散。单模光纤不存在模式色散，仅存在波长色散。不同波长或频率成分的光信号在光纤中传播时由于速度不同引起的光脉冲展宽现象称为波长色散。因产生机理不同分为材料色散和波导色散。波导色散为负色散。2.光纤损耗光纤损耗限制光纤最大无中继传输距离。损耗的主要机理是光能量的吸收损耗、散射损耗及辐射损耗。瑞利散射其大小与光波长的4次方成反比，因为对短波长窗口的影响较大。光纤损耗与波长的关系：有三个低损耗窗口0.85μm，1.30μm，1.55μm。1.2.3光纤的非线性效应单模光纤的非线性效应分为受激散射效应（受激拉曼散射和受激布里渊散射）和非线性折射效应（自相位调制、交叉相位调制和四波混频）。四波混频效率取决于通路间隔和光纤色散。通路间隔越窄，光纤色散越小，不同光波间相位匹配就越好，FWM效率也就越高，影响也越重。3.光弧子光孤子（Soliton)是一种光脉冲序列，在光纤长距离传输过程中能始终保持其波形和速度不变。1.2.4常用的单模光纤1.G652光纤G652光纤属常规型单模光纤(SMF)1其零色散波长在I310nm附近，最低损耗在I550mn附近，1310nm典型衰耗值为0.34dB/km,I550nm波长上正色散值为17ps/G652光纤是目前城域网使用得最多的光纤，它有两个应用窗口：1310nm和1550nm,对于短距离的单波长MSTP/SDH系统，设备光接口一般使用1310nm波长，而在长距离无中继环境传输下通常使用I550nm波长。2.G653光纤G653光纤又称作色散位移光纤（DSF)。相对于G652光纤通过改变折射率的分布将I310nm附近的零色散点，位移到1550mn附近，从而使光纤的低损耗窗口与零色散窗口重合。这类光纤最佳的应用环境是单波长远距离传输。G653光纤在1550nm附近的色散系数极小，趋近于零，用于DWDM系统时，FWM效应非常显著，会产生非常严重的干扰。因此G653光纤不适合于DWDM系统。3.G.655光纤G655光纤又称为非零色散位移光纤（NZDSF)。G655光纤在I550nm窗口保留了一定的色散，使得光纤同时具有了较小色散和最小衰减。G655光纤非零色散的特性，能够避免FWM的影响，适用于DWDM环境。1.2.5光源与光纤的耦合1.数值孔径传输与接入重点2从空气中入射到光纤纤芯端面上的光线被光纤捕获成为束缚光线的最大入射角θmax为临界光锥的半角,称其为光纤的数值孔径（NA)。NA与纤芯和包层的折射率分布有关，而与光纤的直径无关。对于阶跃光纤，NA反映光纤捕捉光线能力的大小。NA越大，光纤捕捉光线能力越强，光纤与光源之间的偶和效率越高。2.光源与光纤之间的耦合通过直接耦合和透镜耦合实现光纤与光源的耦合。1.3光缆光缆的节后分为缆芯、加强元件和护层。冲用的典型结构可分为层绞式、骨架式、带状光纤和束管式。1.4光通信器件1.半导体发光二极管半导体发光二极管（LED)是一前向偏置的PN结，注入的少数载流子（P型半导体的电子或N型半导体的空穴）通过自发辐射过程进行复合，产生激光。光纤通信中使用较多的是曲_发光二极管（SLED)和边发光二极管（ELED)。LED是一种非阀值器件，及发光功率随工作电流增加而增大。LED的工作基于半导体的自发辐射，因此LED谱线宽度较宽，调制效率低。但LED使用寿命长，成本低，适用于短距离、小容量、低造价的传输系统.2.半导体激光器半导体激光器（LD）利用受激辐射产生激光，是一种阀值器件。虽然价格较LED贵，但光束相干性好，适合于高速率、大容量的光纤通信系统。电流较小时激光器发射的是荧光，电流大于阀值时才能产生大功率激光。LD激光器广泛使用的原因：1，LD的发光波长适合在光纤的低损耗窗口传输2，通过电流可以方便进行强度调制。3，与光纤的耦合效率高。4，响应速度快、光束的相干性好，适合高速率、大容量的光纤通信系统。5，可采用半导体集成技术批量生产。1.4.2光检测器光检测器负责完成光-电转换。通信中常用的光检测器有光电二极管（PIN）和雪崩二极管（APD）1.（PIN)光电二极管在P型半导体和N型号半导体之间加入一种轻微掺杂的本征半导体，这样的光电二极管称为PIN光电二极管，I的含义是指中间这一层是本征半导体。PIN光电二极管的耗尽层很宽，几乎是整个本征半导体的宽度，而P型半导体与N型半导体的宽度与之相比是很小的，因而大部分光均在此区域被吸收，从而提高了量子效率和响应速度。2.雪崩光电二极管最常用的是具有地被噪声结构的拉通型的APD（RAPD）.1.4.3光无源器件光纤连接器、光纤耦合器、光纤光栅和光隔离器。光纤光栅由一段折射率沿其长度周期性变化的光纤构成，其以特有的高波长选择性能、易于光纤耦合、插入损耗低、结构简单、体积小等优点。1.4.4光开关1，微电机械光开关系统2，电光开关3，热光开关4，SOA光开关。1.4.5光滤波器1.5数字光纤通信系统强制调制-直接检波是光纤通信系统常用的一种调制/检波方式。抽样频率为8KHZ,周期为125μs。一个8位码。光信号的调制方法分为直接调制（模拟和数字）和间接调制（电折射、M-Z、声光布拉格、电吸收MQW）。1.5.3PDH传输体制PCDM30/32系统每一个复帧周期是2ms，共有32个时隙，其中30个话路，时隙TS0被用作帧同步信号的传输，TS16作为心灵鸡汤复帧同步信号的传输。每个时隙包含8bit，所以每个帧有8*32=256bit，码速率为256bit/125μm=2.048Mbit/s。PDH采用逐级复用和解复用方式。能很好的适应低速点对点通信。第2章SDH技术2.1.1SDH的速率体系SONET的基本帧结构9行、90列字节构成的二维结构，每个字节8比特。STM-1155.52Mbit/sSTM-N,其速率是STM-1的N倍，N=1，4，16，64。传输与接入重点3A1，A2代表帧定位字节；J0为再生段踪迹字节；D1~D12为数据通路(DCC)；E1，E2为公务联络字节；K1,K2（b1~b5）为自动保护倒换（APS）通道；其中K2（b6~b8）为复用单远端缺失（MS-RDI）指示字节“110”。S1为同步状态字节。2.2SDH复用映射结构将2M信号经过码速调整装载到标准容器C-12，再加上相应的低阶通道开销使其成为VC-12的信息结构。在VC-12加上TU-PTR(支路单元指针)形成TU-12信息结构，3个TU-12经过字节间插复用合成TUG-2，7个TUG-2经过字节间插复用合成TUG-3的信息结构，3个TUG3通过字节间插复用合成C4，再加上相应的高阶通道开销使其成为VC4，在VC4加上AU-PTR变成管理单元AU-4，1个AU4组成一个AUG，N个AUG加上相应的段开销形成同步传送模块STM-N2.3SDH的光接口S-短距离居间通信，L-长距离，V-甚长距离，U-超长距离光接口的性能规范2.4SDH传送结构基本物理拓扑有线型、星型、树型、环型和网状网。2.4.2SDH功能分层电路层网络：面向公用交换业务。通道层网络：由各种类型的电路层网络共享，并能将各种电路层业务映射进复用段层所要求的格式内。传输介质层网络：它为通道层网络节点间提供合适的通道容量，主要面向跨越线路系统的系统的点到点传送。2.4.3SDH网元形式光纤通信网络是由光缆线路和网元节点构成的，SDH常见的网元形式有终端复用器TM、分插复用器ADM、再生中继器REG和数字交叉连接DXC等。1.终端复用器的主要功能是将PDH低速信号复用到告诉的SDH信号中，或将高速SDH信号复用到更高速的STM-N信号中，以及完成逆过程。2.分插复用器为在无需分接或终结整个STM-N信号的条件下，能分出或插入STM-N信号中的任何支路信号的设备。3.再生中继器就是接收经过长途传输后衰减了的、有畸变的STM-N信号，并对它进行放大、均衡、再生后发送出去。REG只对再生段开销RSOH进行处理。4.数字交叉连接DXC是一种具有一个或多个PDH或SDH信号接口，可以在任何接口之间对信号及其子速率信号进行可控连接和再连接的设备。2.5SDH保护技术三种常用自愈保护方式比较二纤单向通道保护二纤双向复用段保护四纤双向复用段保护节点数KKK线路速率STM-NSTM-NSTM-N环传输容量STM-NK/2*STM-NK*STM-N通道保护使用专用保护，保护时隙为整个环专用。复用段保护使用公用保护，保护时隙由每对节点共享。单向通道保护环使用“首段桥接，末端倒换”。2.6SDH同步我国数字同步网分三级，采用主从同步方式。网元时钟SEC的三种工作模式：正常工作模式、保持模式、自由震荡模式。2.7SDH网络管理电信管理网TMN的管理功能分为：性能管理、故障管理、配置管理、账务管理和安全管理。一个完整的SDH管理系统可分为5个逻辑层次，涉及SDH的管理是网络管理层、网元管理层、网元层。第3章DWDM技术3.1DWDM的工作原理WDM技术就是在单根光纤内同时传送多个不同波长，使得光纤通信系统容量得以倍增的一种技术。1550nm的掺饵光纤放大器（edfa）的商用化使得波长间隔传输与接入重点4更加紧密，0.8-2nm这种叫密集波分系统。波分复用的优点：1、充分利用光纤巨大的带宽资源。2、对不同信号具有很好的兼容性。3、节约投资。4、降低光电器件的超高速要求。5、可以灵活组网。3.1.2工作方式DWDM的工作方式包括双纤单向传输和单纤双向传输。3.2.DWDM的系统组成DWDM系统主要由发送/接收光复用终端单元和中继线路放大单元组成。OTU的基本功能是完成G.957到G.692的波长转