光网络技术基础

光网络技术基础华为公司光网络产品部2第一部分光纤通信基础1.光纤与光缆2.光源与光发送机3.光接收器件与光接收机4.光纤通信系统3光纤与光缆（一）一、概述利用光纤来传输携带通信信息的光波，以实现通信的目的。1、发展简史1).里程碑—1966年高锟著名文章（PIEE）；2).导火线—1970年康宁公司的第一根低耗光纤；3).爆炸性发展A）.光纤衰减：70年：20dB/km；72年：4dB/km；76年：0.5dB/km；79年：0.2dB/km；90年：0.14dB/km。B）.系统：76年-45Mb/s；85年-多模系统；90年-单模系统；93年-SDH；98年-WDM（40G）；2000年-320G。4光纤与光缆（二）2、优点1).容量巨大理论上一根光纤：100亿个话路。现在实验室已实现50万个话路。2).中继距离长现已实现100公里无中继；若使用光放大器可实现640公里无中继传输。3).保密性能好光在纤芯中传输，无泄露。4).适用能力强不怕外界电磁干扰、耐腐蚀、可弯曲性好。5).体积小、重量轻、便于施工与维护直埋、架空、水下。5光纤与光缆（三）二、光纤简介1、光纤的构造由纤芯、包层与外涂敷层构成。纤芯n1包层n2包层n2涂层涂层d1d2n1n26光纤与光缆（四）2、光纤的分类1).传播模式的概念用麦氏方程解决光在光纤中的传输问题，当纤芯尺寸大于光波长时，存在多种模式-基模与高次模。2).多模光纤其芯径50m；多种模式的存在，产生模式色散，使传输容量减小。3).单模光纤其芯径8~10m；只允许一种传播模式，不存在模式色散，传输容量大。单模光纤还可以再分为：G.652、G.653、G.655等。7光纤与光缆（五）三、光纤的特性参数1、损耗系数f每公里光纤对光功率信号的衰减值（dB/km）。2、色度色散系数D（）1).色度色散的概念A）.模式色散不同的模式具有不同的传播速度。仅对多模光纤有效。B）.材料色散不同波长的光在光纤中具有不同的传播速度。C）.波导色散光在不同结构的光纤中具有不同的传播速度。单模光纤无模式色散，仅有材料色散与波导色散。8光纤与光缆（六）G.653G.652波长nm1310nm波段1550nm波段衰耗SCL9光纤与光缆（七）2).色度色散系数每公里长度的光纤传输单位光源谱宽时所产生的脉冲展宽值（ps/nm.km）。仅对单模光纤有效。10第一部分光纤通信基础1.光纤与光缆2.光源与光发送机3.光接收器件与光接收机4.光纤通信系统11光源与光发送机（一）一、对光源的要求1).发射波长适中2).发光功率大3).谱线窄4).温度特性好5).工作寿命长12光源与光发送机（二）二、发光二极管LED是由砷化钾类的P、N型材料构成的二极管（正偏置）。1、LED的优点1).线性度好2).温度特性好3).使用简单、价格低、寿命长2、LED缺点1).谱线宽：5~10nm2).与光纤的耦合效率低：1~2%3、LED应用小容量、短距离P电流13光源与光发送机（三）三、半导体激光器LD谐振腔产生振荡—受激发光。1、LD的优点1).谱线窄：1~2nm2).与光纤的耦合效率高：20%3).阈值器件：IIth时，发微光；IIth时，发激光2、LD缺点1).线性度差2).温度特性不如LED3、LD应用大容量、长距离Ith电流P14光源与光发送机（四）四、光发送机1、框图输入接口予处理调制电路光源组件15光源与光发送机（五）2、调制方式1).直接调制：用电信号直接改变光源的工作电流。电流IthP电脉冲流光脉冲流IB16光源与光发送机（六）2).外调制：为克服在高速率时采用直接调制出现的啁啾现象—光源的发射波长发生偏移。让激光器连续发光，用电信号间接控制光源的工作电流。3、直接调制电路+5V电脉冲流LD17光源与光发送机（七）4、光发送机主要技术指标1).发送光功率Ps在规定伪随机码序列的调制下，光发送机在参考点S的平均发光功率，如-2～+3dBm。2).谱宽即所用光源器件的谱宽，谱宽越窄越好。根均方谱宽rms；-20dB谱宽-20dB3).寿命30万小时以上。18光源与光发送机（八）δλ-20dBnm光功率P1.00.01a)：根均方谱宽b)：-20dB谱宽光源器件的二种谱宽1.00.607光功率Pδλrmsnm19第一部分光纤通信基础1.光纤与光缆2.光源与光发送机3.光接收器件与光接收机4.光纤通信系统20光接收器件与光接收机（一）一、对光接收器件的要求1).量子效率高2).噪声低3).体积小、寿命长二、PIN光二极管1、工作机理在由硅、锗或Ⅲ-Ⅴ族化合物组成的PN结之间插入一层I型材料而构成。负偏置时电子与空穴复合发光。21光接收器件与光接收机（二）PNIXEPIN光二极管的构造与电场分布22光接收器件与光接收机（三）2、PIN的特性参数1).响应度（量子效率）R单位光功率信号入射时产生的光电流（A/W）。Is(t)=RP(t)2).结电容Cd一般仅几个PF。它对PIN的响应时间及光接收机灵敏度都有影响。23光接收器件与光接收机（四）3、PIN的特点与应用1).优点—附加噪声低；—使用方便，工作电压低；—寿命长、价格便宜。2).缺点—响应度低（因无放大作用）；所制接收机的灵敏度不高。3).PIN的应用适用于短距离的光纤通信系统。24光接收器件与光接收机（五）三、APD光二极管1、工作机理在高反偏压下内部形成高电场区，光生载流子（空穴电子对）作高速运动提高碰撞电离效应产生出几十倍的新空穴电子对，形成较大的光电流。P+NPXE25光接收器件与光接收机（六）2、APD的特性参数1).增益G经APD放大后的光电流与首次光电流之比。Is(t)=GRP(t)2).倍增噪声指数因子XF（G）=Gx3).最佳增益Gopt产生的光电流最大，倍增噪声最小。通过调节其偏压实现。26光接收器件与光接收机（七）3、APD的特点与应用1).优点放大作用。大大提高灵敏度，约10~20dB。2).缺点产生倍增噪声。3).APD的应用适用于大容量、长距离的光纤通信系统。27光接收器件与光接收机（八）四、光接收机1、框图前置放大主放大均衡器判决再生28光接收器件与光接收机（九）2、光接收机的主要技术指标1).接收灵敏度Pr在规定误码率要求的条件下（如1×10-10），光接收机需要的最小光功率值（dBm）。2).过载光功率在规定误码率要求的条件下（如1×10-10），光接收机所能承受的最大光功率值（dBm）。29第一部分光纤通信基础1.光纤与光缆2.光源与光发送机3.光接收器件与光接收机4.光纤通信系统30光纤通信系统（一）一、系统组成发送机接收机SR连接器连接器31光纤通信系统（二）1、光发送机作用：是把电信号码流转换成光脉冲码流，并输入到光纤中进行传输。要求：发光功率大；谱线窄或色散容限大。2、光纤是传输光信号的媒质。要求：损耗系数小；色散系数低。3、光接收机作用：是把光脉冲码流转换成电信号码流。要求：高灵敏度。4、光连接器与尾纤32光纤通信系统（三）二、系统性能1、误码性能误码：经光接收机的接收与判决再生后，码流中的某些比特出现了差错。—适用于PDH系统。误块：适用于SDH系统（检验矩阵）。1).平均误码率BER规定时间内，发生差错的比特数与传输比特总数之比。SDH：误块率。33光纤通信系统（四）2).误码秒ES出现1个误码以上的秒。SDH：误块秒3).严重误码秒SES出现30%以上误码的秒。SDH：严重误块秒4).关于假设参考数字段HRDS误码性能是针对HRDS的。2个相邻的数字配线架之间的全部装置—数字段。具有一定长度与指标规范的数字段—HRDS。三种：420km、280km、50km。34光纤通信系统（五）2、定时性能1).抖动数字脉冲信号的特定时刻相对于其理想位置的偏离。抖动会劣化系统性能。抖动原因：噪声、码间干扰、时钟的不稳定、映射/去映射、指针调整等。2).漂移数字脉冲信号的特定时刻相对于其理想位置的长时间偏离（10Hz）。漂移主要与温度有关。35第二部分：SDH1.概述2.速率与帧结构3.开销4.净负荷指针5.复用与映射6.同步复用设备7.数字交叉连接设备8.同步光缆系统9.SDH网同步10.网络性能11.SDH传送网12.网络管理系统36概述（一）一、SDH的产生1、PDH的缺点1).无国际统一的速率标准2).无国际统一的光接口规范3).上下电路成本高、结构复杂4).无国际统一的光接口规范5).网络OAM能力差2、SDH的产生86年：SONET；88年：ITU-T接受，并重新命名为SDH；88-90年：陆续通过9个建议。37概述（二）二、SDH的特点1、SDH的优点1).速率统一：155Mb/s、622Mb/s、2.5Gb/s、10Gb/s2).光接口统一：帧结构一致3).一步复用特性：可用软件一次性提取/接入低速信号4).强大的OAM能力：容量的5%用于OAM5).组网灵活、具有自愈功能：复用段、通道保护等2、SDH的缺点1).带宽利用率稍低：155Mb/s包括63个2Mb/s2).大量的软件控制、易产生重大故障38概述（三）三、SDH基本概况1、SDH的等级STM-1：155Mb/s；STM-4：622Mb/s；STM-16：2.5Gb/s；STM-64：10Gb/s；39概述（四）2、SDH的设备种类1).终端复用器TM设在线形网的端站，把PDH/SDH支路信号复用成SDH线路信号，或反之。PDH支路信号SDH支路信号OAM线路信号STM-NTM40概述（五）2).分插复用器ADM设在网络的中间局站，完成直接上、下电路功能。STM-NSTM-N西侧线路信号PDH支路信号SDH支路信号OAM东侧线路信号ADM41概述（六）3).再生器REG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。OAM东侧线路信号西侧线路信号STM-NSTM-NREG42概述（七）4).数字交叉连接设备兼有同步复用、分插、交叉连接、网络的自动恢复与保护等多项功能。STM-NSTM-NPDH支路信号SDH支路信号DXC43第二部分：SDH1.概述2.速率与帧结构3.开销4.净负荷指针5.复用与映射6.同步复用设备7.数字交叉连接设备8.同步光缆系统9.SDH网同步10.网络性能11.SDH传送网12.网络管理系统44速率与帧结构(一）一、SDH的等级与速率等级速率（Mb/s）含2M数量SM-1SM-4SM-16SM-64155.520622.0809953.2802488.320632561008403245速率与帧结构(二）二、STM-N的帧结构9行270N列的块状结构。9×270×N字节SOHSTM-N净负荷(含POH)传输方向9×N261×N270×N列SOHAUPTRT=125s46速率与帧结构(三）STM-1的帧结构：9行270列。段开销SOH：段层的运行、管理、维护；管理单元指针AUPTR：指示净负荷位置；净负荷：存放信息，以VC形式出现。SOH净负荷传输方向9261270列SOHAUPTRT=125s47第二部分：SDH1.概述2.速率与帧结构3.开销4.净负荷指针5.复用与映射6.同步复用设备7.数字交叉连接设备8.同步光缆系统9.SDH网同步10.网络性能11.SDH传送网12.网络管理系统48开销(一）一、段开销1、作用：提供再生段与复用段的OAM（运行、管理、维护）。2、类型：再生段开销RSOH、复用段开销MSOH3、字节安排（见下页）4、字节功能1).A1、A2-帧定位识别每一帧的起始位置，码型为：F628（H）。2).J0-再生段跟踪字节内容是再生段接入点识别符号，使收、发正确对接。49开销(二）A1A1A1A2A2A2J0B1E1F1D1D2D3AU-PTR(管理单元指针)B2B2B2K1K2D4D5D6D7D8D9D10D11D12S1M1E2RSOHMSOH9行传输方向T=125s国内使用字节传输媒质指示字节空格：国际使用字节50开销(三）3).B1-再生段