华为光网络技术基础

光网络技术基础光网络技术基础华为公司光网络产品部华为公司光网络产品部第一部分第一部分光纤通信基础光纤通信基础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24.光纤通信系统光纤与光缆（一）一、概述一、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。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；)导火线年康宁公司的第根低耗光纤；3).爆炸性发展光纤衰减年年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SDH98年WDM（40G）2000年320G393年-SDH；98年-WDM（40G）；2000年-320G。光纤与光缆（二）2、优点1)容量巨大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。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。4光纤与光缆（三）二、光纤简介、光纤的构造1、光纤的构造由纤芯、包层与外涂敷层构成。由纤芯、包层与外涂敷层构成。涂层纤芯n1包层n2d1d2纤芯n1包层n2d1涂层n1n25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2).多模光纤其芯径50λm；多种模式的存在，产生模式色散，使传输容量减小输容量减小。3).单模光纤其芯径8~10λm；只允许一种传播模式，不存在模式色散，传输容量大。6单模光纤还可以再分为：G.652、G.653、G.655等。光纤与光缆（五）三、光纤的特性参数1、损耗系数αf每公里光纤对光功率信号的衰减值（dB/km）。每公里光纤对光功率信号的衰减值（d/）。2、色度色散系数D（κ）)色度色散的概念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。7单模光纤无模式色散，仅有材料色散与波导色散。光纤与光缆（六）衰耗SCL13101550CLG.653G.652波长nm1310nm波段1550nm波段8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。9第一部分第一部分光纤通信基础光纤通信基础1光纤与光缆1.光纤与光缆2.光源与光发送机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10光源与光发送机（一）一、对光源的要求1)发射波长适中1).发射波长适中2).发光功率大3).谱线窄4)温度特性好4).温度特性好5).工作寿命长11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P的优点1).线性度好)温度特性好2).温度特性好3).使用简单、价格低、寿命长电流2、LED缺点1)谱线宽510nm电流1).谱线宽：5~10nm2).与光纤的耦合效率低：1~2%123、LED应用小容量、短距离光源与光发送机（三）三、半导体激光器LDP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%电流2).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Ith2、LD缺点1)线性度差1).线性度差2).温度特性不如LED133、LD应用大容量、长距离光源与光发送机（四）四、光发送机四、光发送机1、框图输入予调制光源输入接口予处理调制电路光源组件14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。1).直接调制：用电信号直接改变光源的工作电流。光脉冲流P光脉冲流电流IthIB电脉冲流15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电脉冲流电脉冲流LD16光源与光发送机（七）4、光发送机主要技术指标发功率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。即所用光源器件的谱宽谱宽越窄越好根均方谱宽δκrms；-20dB谱宽δκ-20dB3).寿命30万小时以上1730万小时以上。光源与光发送机（八）光功率P光功率P光功率P1.01.0光功率P0.607nm0.01nmδλ-20dBa)：根均方谱宽b)：-20dB谱宽δλrms光源器件的二种谱宽18第一部分第一部分光纤通信基础光纤通信基础1.光纤与光缆光源与光发送机2.光源与光发送机3光接收器件与光接收机3.光接收器件与光接收机4光纤通信系统194.光纤通信系统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)噪声低3).体积小、寿命长二、PIN光二极管1工作机理1、工作机理在由硅、锗或Ⅲ-Ⅴ族化合物组成的PN结之间插入层I型材料而构成入一层I型材料而构成。负偏置时电子与空穴复合发光。20光接收器件与光接收机（二）PNIEXXPIN光二极管的构造与电场分布21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）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般仅几个PF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。22光接收器件与光接收机（四）3、PIN的特点与应用1)优点1).优点—附加噪声低；—使用方便，工作电压低；—寿命长、价格便宜。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。23适用于短距离的光纤通信系统。光接收器件与光接收机（五）三、APD光二极管1工作机理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。+NPοP+NPEο24X光接收器件与光接收机（六）2、APD的特性参数1)增益G1).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X2).倍增噪声指数因子XF（G）=Gx3).昀佳增益Gopt产生的光电流昀大，倍增噪声昀小。产生的光电流昀大，倍增噪声昀小。通过调节其偏压实现。25光接收器件与光接收机（七）3、APD的特点与应用1)优点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。26光接收器件与光接收机（八）四、光接收机1框图1、框图前置主均判决放大放大衡器再生27光接收器件与光接收机（九）2、光接收机的主要技术指标接收敏度1).接收灵敏度Pr在规定误码率要求的条件下（如1×10-10），光接收机需要的昀小光功率值（dBm）。2)过载光功率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昀大光功率值（dBm）。28第一部分第一部分光纤通信基础光纤通信基础1.光纤与光缆2光源与光发送机2.光源与光发送机3光接收器件与光接收机3.光接收器件与光接收机4.光纤通信系统294.光纤通信系统光纤通信系统（一）一、系统组成连接器连接器发接连接器连接器发送机接收机SR30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。要求：损耗系数小；色散系数低。3、光接收机作把光脉冲流转换电信流作用：是把光脉冲码流转换成电信号码流。要求：高灵敏度。314、光连接器与尾纤光纤通信系统（三）二、系统性能1误码性能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。32光纤通信系统（四）2)误码秒ES2).误码秒ES出现1个误码以上的秒。SDH：误块秒3)严重误码秒SES3).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HRDS4).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。33具三种：420km、280km、50km。光纤通信系统（五）2、定时性能1)抖动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/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）间偏离（10Hz）。漂移主要与温度有关。34第二部分：SDH第二部分：SDH1概述2速率与帧结构1.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.同步光缆系统网同步网络性能9.SDH网同步10.网络性能11.SDH传送网12.网络管理系统传送网网络管理系统35概述（一）一、SDH的产生一、SDH的产生1、PDH的缺点1).无国际统一的速率标准2)无国际统的光接口规范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；3688年：ITUT接受，并重新命名为SDH；88-90年：陆续通过9个建议。概述（二）二、SDH的特点1SDH的优点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)步复用特性可用软件次性提取/接入低速信号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2SDH的缺点2、SDH的缺点1).带宽利用率稍低：155Mb/s包括63个2Mb/s372).大量的软件控制、易产生重大故障概述（三）三、SDH基本概况1、SDH的等级STM1155Mb/sSTM-1：155Mb/s；STM-4：622Mb/s；STM-16：2.5Gb/s；STM-64：10Gb/s；STM-64：10Gb/s；38概述（四）2、SDH的设备种类1).终端复用器TM1).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SDH线路信号，或反之。OAM线路信号TMSTM-NPDH支路信号SDH支路信号39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