第七章 光纤通信新技术

光纤通信1第7章光纤通信新技术光纤通信2本章内容、重点和难点本章内容DWDM技术的概念及系统结构。光接入网的概念及相关的接入技术。相干光通信技术。光弧子通信技术。全光通信网。本章重点和难点DWDM技术。光接入技术。全光通信网。第6章SDH技术光纤通信3学习本章目的和要求掌握DWDM技术及系统结构。了解光接入的原理，掌握光接入网的相关技术。了解相干光通信及光弧子通信的基本概念。了解全光网的概念。第6章SDH技术光纤通信47.1DWDM技术介绍：DWDM的原理DWDM关键技术和实现方式传输媒质（也就是光纤）的种类和特性DWDM系统组网光纤通信57.1.1DWDM概述1．DWDM技术产生背景传统的传输网络扩容方法采用空分多路复用（SDM）和时分多路复用（TDM）两种方式。（1）SDM靠增加光纤数量的方式线性增加传输系统的容量，传输设备也线性增加。空分多路复用的扩容方式十分受限。（2）TDM是比较常用的扩容方式，从PDH的一次群至四次群的复用，到SDH的STM-1、STM-4、STM-16至STM-64的复用。但达到一定的速率等级时，会受到器件和线路等特性的限制。DWDM技术不仅大幅度地增加了网络的容量，而且还充分利用了光纤的宽带资源，减少了网络资源的浪费。光纤通信67.1.1DWDM概述2．DWDM原理概述DWDM技术是利用单模光纤的带宽以及低损耗的特性，采用多个波长作为载波，允许各载波信道在一条光纤内同时传输。通常把光信道间隔较大（甚至在光纤的不同窗口上）的复用称为光波分复用（WDM），而把在同一窗口中信道间隔较小的WDM称为密集波分复用（DWDM）。DWDM系统的构成及光谱示意如图7-1所示。光纤通信77.1.1DWDM概述图7-1DWDM系统的构成及频谱示意图光纤通信87.1.1DWDM概述3．DWDM工作方式（1）双纤单向传输双纤单向传输指一根光纤只完成一个方向光信号的传输，反向光信号的传输由另一根光纤来完成。如图7-2所示，图7-2双纤单向传输的DWDM系统光纤通信97.1.1DWDM概述（2）单纤双向传输单纤双向传输指在一根光纤中实现两个方向光信号的同时传输，两个方向的光信号应安排在不同波长上。图7-3单纤双向传输的DWDM系统光纤通信107.1.1DWDM概述（3）光信号的分出和插入通过光分插复用器（OADM）可以实现各波长的光信号在中间站的分出与插入，即完成上/下光路，利用这种方式可以完成DWDM系统的环形组网。图7-4光信号的分出和插入传输光纤通信117.1.1DWDM概述4．DWDM的应用形式有开放式DWDM和集成式DWDM。开放式DWDM系统采用波长转换技术，将复用终端的光信号转换成符合ITU-T建议的波长，然后进行合波。集成式DWDM系统没有采用波长转换技术，它要求复用终端的光信号符合ITU-T建议的波长，然后进行合波。光纤通信127.1.1DWDM概述5．DWDM的优越性（1）超大容量（2）对数据“透明”（3）系统升级时能最大限度地保护已有投资（4）高度的组网灵活性、经济性和可靠性（5）可兼容全光交换光纤通信137.1.2DWDM系统结构1．DWDM器件DWDM器件分为合波器和分波器两种，如图7-5所示。合波器的主要作用是将多个信号波长合在一根光纤中传输。分波器的主要作用是将在一根光纤中传输的多个波长信号分离。图7-5DWDM器件光纤通信147.1.2DWDM系统结构2．DWDM的几种网络单元类型DWDM设备可分为光终端复用器（OTM）、光线路放大器（OLA）、光分插复用器（OADM）和电中继器（REG）几种类型。以华为公司的波分320G设备为例讲述各种网单元的作用。（1）光终端复用器（OTM）在发送方向，OTM把波长为λ1～λ16（或λ32）的STM-16信号经合波器复用成DWDM主信道，然后对其进行光放大，并附加上波长为λs的光监控信道。在接收方向，OTM先把光监控信道取出，然后对DWDM主信道进行光放大，经分波器解复用成16（或32）个波长的STM-16信号。OTM的信号流向如图7-6所示。光纤通信157.1.2DWDM系统结构图7-6OTM信号流向图光纤通信167.1.2DWDM系统结构（2）光放大器（OLA）每个传输方向的OLA先取出光监控信道（OSC）并进行处理，再将主信道进行放大，然后将主信道与OSC合路并送入光纤。如图7-7所示。图7-7OLA信号流向图光纤通信177.1.2DWDM系统结构（3）光分插复用器（OADM）OADM设备接收线路的光信号后，先提取监控信道，再用WPA将主光通道预放大，通过MR2单元把含有16或32路STM-16的光信号按波长取下一定数量后送出设备，要插入的波长经MR2单元直接插入主信道，再经功率放大后插入本地光监控信道，向远端传输。以MR2为例，其信号流向如图7-8所示。光纤通信187.1.2DWDM系统结构图7-8静态OADM（32/2）信号流向图光纤通信197.1.2DWDM系统结构（4）两个OTM背靠背组成的光分插复用器用两个OTM背靠背的方式组成一个可上/下波长的OADM，如图7-9所示。图7-9两个OTM背靠背组成的OADM信号流向图光纤通信207.1.2DWDM系统结构（5）电中继器（REG）以STM-16信号的中继为例，其的信号流向如图7-10所示。图7-10电中继器（REG）的信号流向图光纤通信217.1.2DWDM系统结构3．DWDM网络的一般组成（1）点到点组网DWDM的点到点组网示意图如图7-11所示。（2）链形组网DWDM的链形组网示意图如图7-12所示。（3）环形组网DWDM环形组网示意图如图7-13所示。图7-11DWDM的点到点组网示意图光纤通信227.1.2DWDM系统结构图7-13DWDM的环形组网示意图图7-12DWDM的链形组网示意图光纤通信237.1.2DWDM系统结构4．DWDM网络的保护点到点线路保护主要有两种保护方式一种是基于单个波长、在SDH层实施的1+1或1︰N的保护；另一种是基于光复用段上的保护，在光路上同时对合路信号进行保护，这种保护也称光复用段保护（OMSP）。另外还有基于环网的保护。光纤通信247.2光接入技术以前的接入网主要是铜缆网，携带的业务主要是电话业务。铜缆网的故障率很高，维护运行成本也很高，为了减少铜缆网的维护运行费用和故障率，光接入网技术应运而生。光纤通信257.2.1光接入网的基本概念1．光接入网基本概念及位置所谓接入网就是指端局到用户环路之间的所有机线设备，通常又称为用户网，如图7-14所示。光接入网（OAN）是指本地交换机或远端交换模块与用户设备之间采用光传输或部分采用光传输的系统。图7-14接入网在电信网中的位置光纤通信267.2.1光接入网的基本概念2．OAN的优点与功能（1）减少网路的维护运行费用，降低故障率。（2）利于开发新业务，特别是宽带多媒体业务，加强竞争力，提高业务收入。（3）大大延长传输距离，扩大交换机的覆盖范围。（4）引入OAN后，连接到用户设备的双绞线或同轴电缆段的长度很短，可实现宽带传输，充分利用现有的巨大的网络投资。功能：OAN可为企事业单位和居民住宅用户服务；OAN工作于多厂家、多类型交换机环境；OAN能提供所有原来铜缆网所提供的业务（主要是2Mbit/s以下速率的业务），并能升级提供图像和数据等宽带业务。光纤通信277.2.1光接入网的基本概念3．OAN的参考配置图7-15所示的是OAN的参考配置。可见，光接入网又可定义为：共享同一网络侧接口且由光接入传输系统支持的一系列接入链路，由光线路终端（OLT）、光分配网（ODN）、光网络单元（ONU）及适配功能（AF）组成，可能包括若干与同一OLT相连的ODN。OLT的作用是为OAN提供网络侧与本地交换机之间的接口，完成电/光转换，并经一个或多个ODN与用户侧的ONU通信。ODN的功能是完成光信号功率的分配。ONU的作用是提供远端用户侧接口，完成光/电转换。AF为ONU和用户设备提供适配功能。光纤通信287.2.1光接入网的基本概念图7-15OAN的参考配置光纤通信297.2.2无源光网络（PON）1．无源光网络（PON）的应用类型与组网应用类型：按ONU所处的位置不同，可将PON分为3种基本的应用类型，光纤到路边（FTTC），光纤到大楼（FTTB），光纤到家（FTTH）和/或光纤到办公室（FTTO）。如图7-16所示。图7-16PON基本应用类型光纤通信307.2.2无源光网络（PON）组网：PON的组网有总线结构、树形结构、星形结构和混合结构。如图7-17所示，图中SP是光分支器，一个OLT一般能带500个用户，一个ONU可带4、16、32、64个用户。图7-17无源光网络的组网光纤通信317.2.2无源光网络（PON）2．PON的业务支持能力PON可支持2.048Mbit/s以下速率的窄带业务，基本业务有下面7种：普通电话业务（POTS）、租用线、分组数据、ISDN基本速率接入（BRA）、ISDN基群速率接入（PRA）、n×64kbit/s和2.048Mbit/s（成帧和不成帧）。可支持宽带业务，诸如单向广播式业务（如CATV业务）、双向交互式业务（如VOD或数据通信业务）和模拟广播业务等。图7-18所示是采用TDM+FDM+WDM方式传送宽带图像业务的PON系统。光纤通信327.2.2无源光网络（PON）图7-18TDM+FDM+WDM的PON系统光纤通信337.2.3数字环路载波（DLC）1．数字环路载波系统构成DLC是业务节点（SN）和用户终端设备之间的接入网设备，在SN与用户所在地之间采用点对点的有源光网络传输系统。DLC系统由局端机（COT）、远端机（RT）和光线路终端（OLT）三部分组成，如图7-19所示。图7-19DLC系统参考配置光纤通信347.2.3数字环路载波（DLC）2．DLC系统的特点（1）COT和SN之间通过标准的2Mbit/s和n×2Mbit/s数字接口相接。（2）COT和RT之间使用光传输设备传送信息，光传输设备既传送用户信息也用于传送监测信号、公务及其他数据信号的辅助信道。（3）RT与用户终端设备之间采用标准化的用户接口。光纤通信357.2.3数字环路载波（DLC）3．DLC系统的功能（1）DLC系统不解释信令，提供PSTN用户口信令信息的双向传输功能，提供ISDND通道信息的双向传输功能。（2）DLC系统提供透明传送ISDNB通道或PCM64kbit/s信道的双向传送功能。（3）DLC系统提供各部分的性能监测、告警信号。提供每个用户口的状态信息。通过标准化的Q接口与TMN相连。（4）DLC系统的COT到RT之间可以采用各种标准化的SDH和PDH传输系统实现接入网传输功能。（5）DLC系统提供“公务”等辅助功能。利用内嵌操作信道完成管理信息的传送。光纤通信367.2.3数字环路载波（DLC）4．灵活数字环路系统（FDLC）为提高信道资源的利用率，可采用动态分配时隙的方法，这种DLC系统称为灵活数字环路系统（FDLC）。在DLC设备内加入集线/压缩功能，在相同的传输速率下可容纳更多的用户，如采用4∶1的集线比，可在2Mbit/s的传输速率下传送120路电话（如图7-20所示）。图7-21所示的是另一种灵活分配时隙的例子，在2Mbit/s信道的30个时隙中，12个时隙留作租用线业务，将108路电话以6∶1的集线比在余下的18个时隙中传输，在COT处恢复为4个2Mbit/s进入交换机。光纤通信377.2.3数字环路载波（DLC）图7-204︰1集线的FDLC图7-21另一种FDLC用法光纤通信387.2.4混合光纤同轴网（HFC）1．HFC的基本概念双向HFC网络能进行交互式通信，它是在现有CATV的单向HFC网络基础上改造而成的，如图7-22所示。2．HFC的特点（1）HFC的优点①频带宽②传输速率高③灵活性④经济性（2）需要解决的问题①频谱相互间的干扰问题。②噪声干扰的“漏斗效应”问题。③共享带宽，要解决好信道争用的问题。④进行交互式数据通信