数字光纤通信系统课件.ppt
225页
第5章 数字光纤通信系统5.1 数字光纤通信系统概述数字光纤通信系统概述5.2 PDH数字光纤传输系统数字光纤传输系统5.3 SDH光同步数字传输系统光同步数字传输系统5.4 SDH传送网传送网5.5 SDH系统同步与定时系统同步与定时5.6 光波分复用系统光波分复用系统5.7 全光通信系统全光通信系统第第 5 章章 数字光纤通信系统数字光纤通信系统返回主目录 第5章 数字光纤通信系统第第5章章 数字光纤通信系统数字光纤通信系统5.1 数字光纤通信系统概述数字光纤通信系统概述 5.1.1 光纤通信基本概念光纤通信基本概念 数字光纤通信, 是以光波运载数字信号, 以光导纤维为传输媒介的一种通信方式1996年，英籍华人“光通信之父”高锟(C.K.Kilo)博士根据介质波导理论提出了光纤通信的概念 光纤通信有如下的显著特点 1. 线径细线径细, 重量轻重量轻 由于光纤的直径小, 只有0.1 mm左右, 所以制成光缆后与电缆比要细得多, 因而重量轻, 有利于长途和市话干线布放, 而且便于制造多芯光缆。
第5章 数字光纤通信系统 2. 损耗极低损耗极低 由于技术的发展, 现在制造出的光纤介质纯度很高, 因而损耗极低现已制出的在光波导 1.55 mm窗口的衰耗低于 0.18 dB/km 由于损耗极低, 所以传输的距离可以很长, 这就大大减少了数字传输系统中中继站的数目, 既可降低成本, 也可提高通信质量 3. 传输的频带宽、传输的频带宽、 信息容量大信息容量大 由于光波频率高, 因此用光来携带信号则信息量大现在已经发展到几十千兆比特/秒的光纤通信系统, 它可传输几十万路和几千路彩色电视节目 第5章 数字光纤通信系统 4. 不受电磁干扰、不受电磁干扰、 防腐和不会锈蚀防腐和不会锈蚀 因光纤是非金属材料, 它不会受到电磁干扰, 也不会发生锈蚀, 具有防腐的能力 5. 不怕高温不怕高温, 防爆、防爆、 防火性能强防火性能强 因光纤是石英玻璃材料, 熔点高达2000℃以上, 所以不怕高温, 有防火的性能因而可用于矿井下、军火仓库、石油、 化工等易燃易爆的环境中 6. 光纤通信保密性好光纤通信保密性好 由于光纤在传输光信号时向外泄漏小, 不会产生串话等干扰, 因而光纤通信保密性好。
第5章 数字光纤通信系统 由于光纤通信具有一系列的突出优点, 随着科学技术的进步, 光纤通信技术近年来发展速度之快、应用范围之广, 出乎人们的预料, 它是世界信息革命的一个重要标志, 是现代通信技术的重要组成部分可以说有了光纤通信, 就为构筑信息高速公路打下了基础, 光纤通信成为通向信息社会的桥梁 第5章 数字光纤通信系统 5.1.2 数字光纤通信系统的组成数字光纤通信系统的组成 数字光纤通信系统与一般通信系统一样, 它由发送设备、 传输信道和接收设备三大部分构成 现在普遍采用的数字光纤通信系统, 是采用数字编码信号经强度调制-直接检波的数字通信系统这里的强度是指光强度, 即单位面积上的光功率强度调制是利用数字信号直接调制光源的光强度, 使之与信号电流成线性变化直接检波, 是指信号在光接收机的光频上检测出数字脉冲信号光纤通信系统组成原理方框图如图 5.1 所示 第5章 数字光纤通信系统图 5.1 光纤通信系统组成原理方框图 第5章 数字光纤通信系统 在发送设备中, 有源器件把数字脉冲电信号转换为光信号(E/O变换), 送到光纤中进行传输。
在接收设备中, 设有光检测器件, 将接收到的光信号转换为数字脉冲信号(O/E变换) 在其传输的路途中, 当距离较远时, 采用光中继设备, 把信号经过中继再生处理后传输 实用系统是双方向的, 其结构图如图 5.2 所示 图中, 数字端机主要是把用户各种数字信号, 包括数字程控交换机和数字接口, 通过复用设备组成一定的数字传输结构(帧结构), 不同速率等级的数字信号流送至光端机, 光端机把数字端机送来的数字信号进行处理, 变成光脉冲送入光纤进行传输, 接收端进行相反的变换 第5章 数字光纤通信系统图 5.2 数字光纤通信传输系统结构方框图 第5章 数字光纤通信系统 光端机主要由光发送、光接收、信号处理及辅助电路组成在光发送部分完成电/光变换, 在光接收部分主要完成光/电变换信号处理, 主要指把数字端机送来的数字脉冲信号再处理, 以及各种码型变换, 使之适应光传输及其他目的辅助电路主要包括告警、公务、监控及区间通信等等 光中继机的作用, 主要是将光纤长距离传输后, 受到的衰耗及色散畸变的光脉冲信号, 转换为电信号后经放大整形、定时、再生还原为规则的数字脉冲信号。
经过再调制光源, 变为光脉冲信号送入光纤继续传输, 达到延长传输距离的目的 第5章 数字光纤通信系统 5.1.3 光纤和光缆光纤和光缆 1. 光纤光纤 光纤就是导光的玻璃纤维的简称, 是石英玻璃丝, 它的直径只有0.1 mm, 如同人的头发丝粗细在通信中, 它和原来传送的明线、电缆一样, 是一种新型的信息传输介质, 但它比以上两种方式传送的信息量要高出成千上万倍, 可达到上百千兆比特/秒, 而且衰耗极低 2. 光纤的导光原理光纤的导光原理 光纤为什么能够导光, 能传送大量信息呢? 这要研究其传输理论, 但其传输理论涉及的数学、 物理知识面相当广, 它要用到微分方程、场论等等高等数学知识及物理的微电子学、 光学等高深理论这里我们用简单的比喻, 从物理概念上来说明, 以加深对光纤传输信息的理解 第5章 数字光纤通信系统 光纤是利用光的全反射特性来导光的在物理中学习过光从一种介质向另一种介质传播, 由于它们在不同介质中传输速率不一样, 因此, 当通过两个不同的介质交界面就会发生折射 若现在有两种不同介质, 其折射率分别为n0, n1而且n1＞n0, 设界面为XX′, 折射率小的称光疏媒质, 折射率大的称光密媒质。
假定光线从光疏媒质射向光密媒质, 其折射情况如图5.3所示图中，入射角为θ0——入射光线与法线YY′夹角, 折射角为θ1——折射光线与YY′夹角，由图可见，θ1＜θ0 第5章 数字光纤通信系统图 5.3 光的折射示意图 第5章 数字光纤通信系统 若使光束从光密媒质射向光疏媒质时, 则折射角大于入射角，如图5.4所示如果不断增大θ0可使折射角θ1达到90°, 这时的θ1称为临界角如果继续增大θ1, 则折射角会大于临界角, 使光线全部返回光密媒质中, 这种现象称为光的全反射当光线从光密媒质射向光疏媒质, 且入射角大于临界角时, 就会产生全反射现象, 光纤就是利用这种全反射来传输光信号的 根据这一原理, 在制造光纤时, 使光纤芯的折射率高, 在外面涂上一包屏层, 可使折射率低, 当选择一定的角度θ0时，射入纤芯的光束将会全部返回纤芯中这就要制造一种像水管一样的光导管, 在光导管壁及光纤芯包的边界使之形成光束的全反射, 从而达到将光束都集中在光纤芯部传输而不向外泄漏, 就似水管中的水流那样, 使之永远在水管中流动 第5章 数字光纤通信系统图5.4 临界角和光线的全反射 第5章 数字光纤通信系统 要做成这样的光导管, 除了对光纤芯部的折射率有要求以外, 还要使靠近纤芯与包层的边沿具有极小的光损耗, 使能量都集中在光芯中传播。
当然, 这就对光纤材料提出了很高的要求由于石英玻璃质地脆、易断裂, 为了保护光纤表面, 提高抗拉强度，以便于实用, 一般都在裸光纤外面进行两次涂覆而构成光纤芯线光纤芯线结构如图5.5所示 光纤的芯线由纤芯、包层、涂覆层、套塑四部分组成 包层的外面涂覆一层很薄的涂覆层, 涂覆的材料为硅铜树脂或聚氨基甲醚乙脂, 涂覆层的外面套塑, 套塑的原料大都采用尼龙、聚乙烯或聚本烯等塑料 第5章 数字光纤通信系统图5.5 光纤芯线的剖面构造 第5章 数字光纤通信系统 3. 单模光纤及特性参数单模光纤及特性参数 根据波导传输波动理论分析, 光纤的传播模式可分为多模光纤和单模光纤 1) 多模光纤 多模光纤即能承受多个模式的光纤, 如图5.6(a)、(b)所示这种光纤结构简单、易于实现, 接头连接要求不高, 用起来方便, 也较便宜因而在早期的数字光纤通信系统(PDH系列)中采用但这种光纤传输带宽窄、衰耗大、时延差大, 因而已逐步被单模光纤代替 第5章 数字光纤通信系统 2) 单模光纤 单模光纤即只能传送单一基模的光纤, 如图5.6(c)所示。
这种光纤从时域看不存在时延差, 从频域看, 传输信号的带宽比多模光纤宽得多, 有利于高码率信息长距离传输单模光纤的纤芯直径一般为4~10 μm, 包层即外层直径一般为125μm, 比多模光纤小得多 3) 单模光纤的主要特性 光纤的特性参数及定义相当复杂在一般数字光纤工程中， 单模光纤所需的主要参数有: 模场直径、衰减系数和工作波长或截止波长等 第5章 数字光纤通信系统 图 5.6 裸光纤结构示意图(a) 阶跃型多模光纤(SI); (b) 梯度型多模光纤(GI); (c) 单模光纤 第5章 数字光纤通信系统 (1) 截止波长λ 截止波长通常是判断光纤是否在单模工作的一个重要参数, 只有当工作波长大于截止波长时才能保证光纤在单模工作 (2) 模场直径d 模场直径是单模光纤的一个重要参数到目前为止, 模场直径的确切定义还没有明确规定从物理概念上我们可理解为, 对于单模光纤, 基模场强在光纤横截面近似为高斯分布, 如图5.7所示通常将纤芯中场分布曲线最大值 1/e 处所对应的宽度定义为模场直径, 用d表示。
第5章 数字光纤通信系统图5.7 基模场强分布曲线 第5章 数字光纤通信系统 (3) 衰减系数α 衰减系数是在工程上设计光纤通信系统时, 必须要用到的一个重要参数它是指沿光纤传播方向光信号的损耗, 它是决定光纤中继段长度的重要因素衰减量的大小通常用衰减系数α来表示, 单位是dB/km, 其定义为 式中, Pi为输入光纤的光功率；Po为光纤输出的光功率; L为光纤的长度(单位为km) 第5章 数字光纤通信系统 4. 光缆光缆 为了使光纤能在工程中实用化, 能承受工程中拉伸、 侧压和各种外力作用, 还要具有一定的机械强度才能使性能稳定 因此, 将光纤制成不同结构、不同形状和不同种类的光缆以适应光纤通信的需要 根据不同的用途和条件, 制成的光缆种类很多, 但其基本结构是相同的光缆主要由缆芯、护套和加强元件组成 1) 缆芯 缆芯是由光纤芯组成的, 它可分为单芯和多芯两种单芯型缆芯和多芯型缆芯结构的比例如表 5.1 所示 第5章 数字光纤通信系统 第5章 数字光纤通信系统 单芯型由单根二次涂覆处理后的光纤组成。
多芯型由多根经二次涂覆处理后的光纤组成, 它又分为带状结构和单位式结构目前国内外对二次涂覆主要采用下列两种保护结构: (1) 紧套结构 如图 5.8(a)所示, 在光纤与套管之间有一个缓冲层, 其目的是为了减少外面应力对光纤的作用缓冲层一般采用硅树脂, 二次被覆用尼龙口这种光纤的优点是: 结构简单、使用方便 (2) 松套结构 如图5.8(b)所示, 将一次涂覆后的光纤放在一个管子中, 管中充油膏, 形成松套结构这种光纤的优点是: 机械性能好, 防水性好, 便于成缆 第5章 数字光纤通信系统 图 5.8 紧套和松套光纤结构示意图(a) 紧套光纤结构示意图； (b) 松套光纤结构示意图 第5章 数字光纤通信系统 2) 强度元件 由于光纤的材料比较脆, 容易断裂, 为了使光缆便于承受敷设安装时所加的外力等, 在光缆内中心或四周要加一根或多根加强元件加强元件的材料可用钢丝或非金属的纤维——增强塑料(FRP)等 3) 护层 光缆的护层主要是对已形成的光纤芯线起保护作用, 避免受外部机械力和环境损坏。
因此, 要求护层具有耐压力、防潮、 湿度特性好、重量轻、耐化学侵蚀、阻燃等特点光缆的护层又分内护层和外护层, 内护层一般采用聚乙烯或聚氦乙烯等, 外护层可根据敷设条件而定, 要采用由钻带和聚乙烯组成的LAP外护套加钢丝铠装等 第5章 数字光纤通信系统 4) 光缆的种类 在公用通信网中用的光缆结构如表 5.2 所示 下面介绍几种有代表性的光缆结构形式 (1) 层绞式光缆 它是将若干根光纤芯线以强度元件为中心绞合在一起的一种结构, 如图5.9(a)所示特点是成本低, 芯线数不超过10根 (2) 单位式光缆 它是将几根至十几根光纤芯线集合成一个单位, 再由数个单位以强度元件为中心绞合成缆, 如图5.9(b)所示, 其芯线数一般适用于几十芯 第5章 数字光纤通信系统 第5章 数字光纤通信系统 (3) 骨架式光缆 这种结构是将单根或多根光纤放入骨架的螺旋槽内, 骨架中心是强度元件, 骨架上的沟槽可以是V型、U型或凹型, 如图5.9(c)所示由于光纤在骨架沟槽内具有较大空间, 因此当光纤受到张力时, 可在槽内作一定的位移, 从而减少了光纤芯线的应力应变和微变, 这种光纤具有耐侧压、抗弯曲、抗拉的特点。
(4) 带状式光缆 它是将4～12根光纤芯线排列成行, 构成带状光纤单元, 再将多个带状单元按一定方式排列成缆, 如图5.9(d)所示这种光缆的结构紧凑, 采用此种结构可做成上千芯的高密度用户光缆 第5章 数字光纤通信系统 图 5.9光缆的基本结构(a) 层绞式； (b) 单位式； (c) 骨架式； (d) 带状 第5章 数字光纤通信系统5.2 PDH数字光纤传输系统数字光纤传输系统 在第 4 章, 对PDH系列的帧结构组成已经讲述, 这里主要讲述PDH数字系列的光纤传输系统及其网络接口PDH数字光纤通信传输系统方框图结构如图5.2所示系统终端设备由数字端机和光端机组成, 对其PDH系列来说, 主要是指在方框图中的电端机的PCM一、 二、 三、 四次群(PCM高次群)它是根据系统业务容量来确定PCM高次群的等级的正如第4 章中所讲述的, 它是以PCM30／32路基群即 2 Mb／s速率接口为基础, 采用按码位异步复接方式, 按一定帧结构进行逐级复接而成 第5章 数字光纤通信系统 在发端为复接, 在接收端为分接, 从高次群中分接出低次群数字信号。
随着数字集成技术的发展, PDH系统设备已把数字端机、光端机集成在一个物理体中, 体积很小(窄架), 这些设备根据不同用户、 不同用途, 把复接的数字码进行PDH系列光传输码型的变换(线路编码), 组成如4B1H、1B1H等不同帧结构系统的传输设备随着光通信技术的发展, 按国家组网的有关规定, 近年来，PDH系列设备只在公网中用作市话网的中继传输系统, 但是, 在许多专用信息传输系统中它也得到广泛应用 在我国公用网及数据网中, PDH系列的数字结构, 主要用于数字网络接口标准, 特别是 2 Mb／s速率的接口, 在数据、卫星、 移动通信系统中普遍采用 第5章 数字光纤通信系统 1. PDH系统电接口主要参数系统电接口主要参数 CCITT在G703 协议中, 对以2.048 Mb/s为基础的PDH系列规定接口特性、速率、码型, 如表 5.3 所示 第5章 数字光纤通信系统G921规定的标称比特容差如表5.4所示 2. PDH系统光接口主要参数系统光接口主要参数 系统发光功率如表 5.5所示 第5章 数字光纤通信系统 系统光接收灵敏度, 当BER=1×10-10时所需的最低接口光功率如表5.6 所示。
第5章 数字光纤通信系统5.3 SDH光同步数字传输系统光同步数字传输系统 5.3.1 SDH光同步数字传输系统的概念及特点光同步数字传输系统的概念及特点 1.SDH系统的基本概念系统的基本概念 SDH系统是国际电联(ITU-T)在 20 世纪 80 年代后期推出的一种光传输数字通信体系SDH概念的核心是从统一的国家电信网和国际互通的高度来组建数字通信网SDH网以其卓越的性能被公认为新一代理想的宽带传送网, 它代表了数字通信发展的方向, 并且将成为信息高速公路传送网基础 SDH系列, 实质上是在光纤上进行同步信息传输的一些网络单元(NE) 它有国际上统一的网络节点接口(NNI), 如图5.10 所示, 从而简化了信号互通和信号的传输复接, 交叉连接和交换过程 第5章 数字光纤通信系统表5.10 NNI的位置示意图 第5章 数字光纤通信系统 它有一套标准化的信息结构等级, 称为“同步传输模块”STM-N(N为1, 4, 16, 64, …), 如表5.7所示 2. SDH系统的特点系统的特点 SDH系统具有如下特点： ① SDH系统是采用以字节间插同步方式复接, 而成为更高等级的SDH传送模块STM-N的, 因此, 从STM-N中容易分出支路信号, 分/插复用灵活, 可动态改变网络配置。
第5章 数字光纤通信系统 第5章 数字光纤通信系统 ② 有充足的开销, 有可扩展的管理维护(OAM)能力 ③ 兼容了国际上1.544 Mb/s和2.048 Mb/s系列, 为国际通信接口提供方便 ④ STM-N信号帧中, 含有线路终端功能, 便于光电合一, 光接口标准化, SDH具有横向兼容性, 设备可在多供货商环境下互通 ⑤ 有效网管和网络动态配置, 容易实现自愈环的组网, 提高网络可用性, 并能降低维护费用 ⑥ 8 kHz帧频与字节同步复用, 为将SDH传输终端综合进数字交换并简化交换设备提供了可能 第5章 数字光纤通信系统 ⑦ 适用于支撑(ITU-T)关于B-ISDN用户/网接口标准速率定为155 Mb/s和622 Mb/s, 而且已建议采用STM帧作为传送ATM信元物理层的一种方式, 从而使SDH成为支撑B-ISDN的重要传输手段 综上所述, 可归纳为三大特点: ① 有标准光接口; ② 同步字节复用(复接); ③ 强大的网络管理功能。
任何事物都不是十全十美的, SDH系统也有不足之处: 第5章 数字光纤通信系统 ① 由于增加了大量的维护管理比特, 因此频带利用率不如PDH系统如果按收容2.048 Mb/s的STM-1(155.520 Mb/s), SDH只有63个 2 Mb/s(PDH四次群有64个) ② 由于在复接中采用了指针调整技术, 使技术设备复杂 ③ 由于大量采用了软件技术进行控制、 管理与维护, 如果出现人为和设备、软件故障及计算机病毒侵入, 会导致系统发生重大故障, 甚至造成系统瘫痪 随着技术的不断发展、 进步, 传输信道的带宽更宽, 这些弱点会逐渐被克服 第5章 数字光纤通信系统 5.3.2 SDH的开销的开销(OH)功能功能 1. 开销开销(OH)的概念的概念 在第 4 章中已讲述了SDH系列的帧结构 在帧结构中的开销安排为三大部分, 其中一部分为段开销区, 用SOH表示; 在净负荷区还含有通道开销, 用Vc-POH表示 所谓开销, 是指在帧结构中安排的一些特殊比特, 是分层使用的。
它是在网络节点接口数据流中扣除信息净负荷之后的部分, 在SDH系统中作为段层和通道层运行、管理、监视和维护用的比特 2. 开销分类开销分类 第5章 数字光纤通信系统 1) 段开销SOH SOH段开销作为段层性能监视、管理和维护的信息, 进一步分为再生段开销(RSOH)和复用段开销(MSOH), 其中, RSOH可在再生器接入, 也可以在终端设备接入 MSOH将透明地通过再生器, 能终结在AUG的组合和分解点, 即终端设备处 SOH在帧结构中的位置为前9列8行, 其中第1～3行为RSOH, 第5～第9行则为MSOH, 如图 5.11所示 2) 通道开销Vc-POH 它主要用于复用(复接)Vc进入STM的开销比特, 安排在净负荷中分为两类: 第5章 数字光纤通信系统图 5.11 STM-1 SOH字节安排 第5章 数字光纤通信系统 第一类: 低阶Vc-POH(Vc-11/Vc-12 POH), 其主要功能有低阶Vc通道功能监视, 维护信号以及告警状态指示 第二类: 高阶Vc-POH(Vc-3/Vc-4 POH), 其主要功能有高阶Vc通道性能监视, 告警状态指示, 维护信号以及复用结构指示等。
3. 段开销段开销(SOH)安排安排 这里以STM-1的SOH为例说明, 如图5.11所示 1) 帧定位字节: A1和A2 A1和A2用来识别帧的起始位置, 它具有确定的二进制数值, 即A1为11110110, A2为00101000 第5章 数字光纤通信系统 STM-1帧内安排了3个A1和3个A2帧定位字节, 占帧长的0.25%, 主要是为实现帧同步而设立的 对于STM-N, 帧定位由3×N个A1及3×N个A2组成在收信正常(包括帧失步)时, 再生器直接转发定帧字节; 收信故障时, 再生器产生定帧字节 在再生器中, 定帧字节应不经扰码, 全透明传输 2) STM识别字符: C1Ｃ1用来识别每个STM-1信号在STM-N复用结构中的位置 3) 数据通信字节(DCC): D1～D12 DCC用来构成SDH管理网的传送通路, 在STM-1中, D1、 D2、D3共192 kb/s的通路作为再生段的DCC; 字节D4～D12共576 kb/s的通路字节作为复用段的DCC。
第5章 数字光纤通信系统 4) 公务联络字节: E1、E2 这两个字节可作为话音通信的公务联络通路, E1是再生段开销(RSOH)的一部分, 并可在再生段接入, E2是复用段开销(MSOH)的一部分, 并可在复用段终端接入 5) 使用者通路字节: F1 这个字节留给使用者(网络使用者)使用, 主要为特殊维护目的提供临时数据/音频通路的连接 6) BIP-8 字节: B1 该字节用作再生段的误码监测, 这是使用偶校验的比特间插奇偶校验8位码 (BIP-8) B1是通过计算前一个STM-N帧扰码后的所有比特而得到的, 置于扰码前的B1位置 第5章 数字光纤通信系统 7) BIP-N×24字节: B2 B2字节用于复用段误码监测(对于STM-1有三个字节共24比特, 使用偶校验)它是对前一个STM-N帧中除了SOH的第 1 到第 3 行外的全部比特进行计算而获得, 结果置于扰码前的B2字节位置 产生方式与BIP-8 类似 8) 自动保护倒换(APS)通路字节: K1, K2(b1～b5)9) 同步状态字节: Z1(b5~b8)Z1字节的b5~b8比特用作同步状态消息。
10) 空闲字节: Z1(b1～b4)和Z2其功能尚未正式确定 11) 复用段远端失效指示字节: K2(b6~b8) 第5章 数字光纤通信系统 5.3.3 SDH系列的复用系列的复用 在第4章中已讲述了数字复接的基本概念, 在这里主要讲字节的同步复接 1. 复用结构复用结构 SDH复接过程: 由一些基本单元经过若干复接步骤, 并采用了净负荷的指针技术, 这样可避免复用设备接口滑动, 又可以容易地接入同步净负荷, 因而这是复接的一个重要革新 按ITU-T G.709 协议, SDH的复用结构如图5-12 所示 从图5.12看出, 各种低速率等级的数字信号分别进入其相应的接口容器C, 主要完成其适配功能 第5章 数字光纤通信系统图 5.12 G-709复用结构 第5章 数字光纤通信系统 在ITU-T G-709 协议中, 已规定了5种标准接口容器C-11、 C-12、C-2、C-3、C-4的标准比特速率, 而我国制定的行业标准 有 3种 : C-12(PDH 2.048 Mb/s)、 C-3(34.368Mb/s)和 C-4(139.264 Mb/s), 如图5-13所示。
从图 5.13 中可见, 其复接过程首先要分别经过映射、 指针处理、定位和形成TU的过程, 如图5-14所示 首先采用脉冲插入的PDH数字信号形成容器C, 再加上通道开销构成Vc, 这是SDH中最重要的信息结构, 主要支持通路层连接Vc(虚容器)的包封速率与网络是同步的, 在包封内部允许装载各种不同的准同步支路信号Vc在SDH网中传输时总是保持完整不变, 因而可作为一个独立的实体在通道中取出或插入, 进行同步复用和交叉连接处理十分灵活方便 第5章 数字光纤通信系统图5-13 我国的SDH基本复用结构 第5章 数字光纤通信系统图 5.14 POH支路形成TU过程 第5章 数字光纤通信系统 2. 复用过程复用过程 1) 映射 所谓映射, 就是把PDH系列各种速率数字信号和ATM信元经过适配处理进入虚容器Vc的过程 (1) PDH系列的映射 为适应各种不同的网络应用, 目前有异步映射、同步映射、 浮动模式映射、锁定模式映射等多种方式现在, 一般采用浮动的异步映射方式 (2) ATM信元映射。
ATM信元是指异步转移模式ATM的信息结构, 也是宽带 B-ISDN信息网的信息结构单元,并以信元cell为基本单位 第5章 数字光纤通信系统 按ITU-T 协议, 每个信元长53个字节, ATM信元的映射就是利用将每个信元的字节结构与所用虚容器字节结构(包括级联结构Vc-X，X≥1)进行定位对准来实现的, 因Vc-X容量有可能不是ATM信元长度(53字节)的整数倍, 所以允许cell跨越V c-X边界ATM信元前面5个字节为信头, 其余48个字节为信息域在信息域，映射进入Vc-X之前要进行扰码, 在信头期间停止扰码, 并保持状态不变当Vc-X信号终结时进行逆变换, 只对信息域进行解扰码后传送给ATM层(恢复cell信元) 2) 指针调整 (1) 指针描述 指针可以认为是Vc在AU或TU帧内提供的一种灵活和动态定位的方法, 因此指针不仅能容纳Vc和SOH在相位上的差别, 而且能够容纳帧速率的差异 指针的作用可归纳为三条: 第5章 数字光纤通信系统 ·当网络处于同步工作状态时, 指针用来作同步信号间的相位校准。
·当网络失去同步时, 指针用作频率和相位校准, 当网络处于异步工作时, 指针用作频率跟踪校准 ·指针还可以用来容纳网络中的频率抖动和漂移 (2) 指针分类 指针(PTR)主要有AU-PTR和TU-PTR两类 AU-PTR主要指AU-4 PTR; TU-PTR主要指TU-11和TU-12以及TU-3 PTR ·AU-4 PTR主要是提供PDH系列的四次群139.264 Mb/s的数字信号进入Vc-4的灵活动态定位方法它包括了指针位置以及指针值的码字安排, 频率调整以及标识符NDF 第5章 数字光纤通信系统 ·TU-12 PTR主要是PDH系列的一次群2.048 Mb/s的数字信号(通常称为2 Mb/s接口)进入Vc-12 而为其浮动映射提供的一种灵活动态定位的方法, 与Vc的实际内容无关 TU-12 PTR包括了指针位置、 字节以及指针值的比特安排, 频率调整及新标识符NDF等 ·TU-3 PTR主要提供PDH三次群(34.368 Mb/s)的数字信号进入Vc-3, 为其提供动态、灵活的定位方法, 定位过程与Vc-3的实际内容无关。
TU-3 PTR也同样包括了位置指示字节、指针值以及频率调整和新数据标识符NDF等 第5章 数字光纤通信系统 3) 通道开销Vc-POH 在前面讲述开销中, 提到了通道开销, 它是在PDH系列(视为信息净负荷)适配进虚容器前, 即终结在虚容器组装和拆卸点的虚容器的字节比特安排, 称为通道开销Vc-POH, 它能提供通信的完整性, 分为两类: ·低阶Vc-POH(Vc-11/Vc-12 POH), 在一般复接于帧结构中用V5、J2、K2和K4四个字节表示C-12加上V c-12 POH构成了V c-12 ·高阶Vc-POH(用HPOH表示)(Vc-3/Vc-4 POH)一般在子帧复接结构中, 依次分别插入9个字节(J1、B3、 C2、 G、F2、H4、 F3、K3、N1)构成V c-4 第5章 数字光纤通信系统 4) 复用过程 综上所述, SDH系列复用的单元包括了若干容器C-n、虚容器Vc-n、支路单元TU-n、支路单元组T UG-n、管理单元A U-n和管理单元组A UG-n(n为单元等级序号)。
复用过程可用下列式子来表述: C-n+Vc-n POH=Vc-n (5.3.1) Vc-n+TU-n PTR=TU-n (5.3.2) TU-n×N=TUG2 (5.3.3) TUG2×N=TUG3 (5.3.4) 第5章 数字光纤通信系统 AU-n×N=AUG (5.3.6) AUG×N=STM-N (5.3.7) STM-1×N=STM-N(5.3.8) 下面举例说明我国PDH系列一次群2.048 Mb/s速率和四次群139.264 Mb/s速率复用为STM-1的过程 例 1 利用AU-4复用线路直接从C-12复用的方法, 步骤如图5-15所示 图 5.15 中的复用过程为: 标称速率为2.048 Mb/s PDH一次群数字信号(2 Mb/s接口)先进入C-12作适配处理, 加上Vc-n POH构成Vc-12后, 其速率为2.240 Mb/s。
Vc-12加上TU-12 PTR, 以指明Vc-12相对TU-12的相位, 并经速率调准和相位对准后的TU-12速率变为2.304 Mb/s 第5章 数字光纤通信系统图 5.15 利用AU-4直接从C-12复用的方法 第5章 数字光纤通信系统 又经均匀同步复接,即均匀间插组成TUG-2(3×2.304 Mb/s), 再经7个TUG-2单字节间插组成TUG-3(加上塞入字节使速率达到 49.536 Mb/s), 再由三个TUG-3经字节间插加上高阶POH和塞入字节后构成Vc-4 净负荷, 速率为150.336 Mb/s最后加上AU-4 PTR的576 kb/s的指针信号组成了AU-4, 速率为150.912 Mb/s单个AUG直接接入加上4.608 Mb/s的段开销组成 STM-1(标称速率为155.520 Mb/s)的帧结构 例 2 利用AU-4直接从C-4复用的方法, 如图5.16 所示 第5章 数字光纤通信系统图5.16 利用AU-4直接从C-4复用的方法 第5章 数字光纤通信系统 其复用过程为: 标称速率为139.264 Mb/s的PDH系列四次群数字信号进入C-4, 经适配处理后输出为149760 Mb/s, 加上每帧9个字节的HPOH高阶通道开销, 相当于576kb/s(C-4+Vc POH=Vc-4), 便构成Vc-4高阶虚容器(速率为150336 Mb/s), 它与AU-4净负荷容量一样, 但速率可能不一致, 需要进行调整。
AU-4PTR的作用就是指明Vc-4相对AU-4的相位,占有9个字节相当于容量为576 kb/s, 加上AU-4 PTR指针后的AU-4速率为150912 Mb/s, 得到单个AU-4直接置入AUG, 再由AUG经单字节间插加上段开销4608 Mb/s的数字信号就构成了STM-1标称速率为155520Mb/s的SDH信号若由N个AUG经单字节间插加上段开销, 便构成了STM-N的SDH系列数字信号 第5章 数字光纤通信系统 3. IP over SDH IP over SDH技术是把IP直接接入到SDH光同步数字系列中其简单过程为: IP的数据包根据RFC1662规范, 简单地插入到PPP帧中的信息段, 然后再由SDH通道层的业务适配器把封装后的IP数据包映射到SDH的同步净负荷区, 再经过SDH传输层和段层, 加上相应的开销, 把净负荷装入到SDH帧中(符合RFC1619: PPP over SDH要求), 最后到达光层, 在光纤中传输 其示意图分层模型结构如图 5.17 所示 IP over SDH标准已由我国武汉光通信研究院提出并经ITU—T通过, 作为国际标准。
目前, 是我国在国际电联(ITU)首次被采纳的标准, 而且是作为IP over SDH的通信技术国际标准 第5章 数字光纤通信系统图 5.17 IP over SDH分层模型 第5章 数字光纤通信系统 5.3.4 SDH设备设备 SDH设备是根据SDH帧结构和复接方法来设计的, 为了使设备在组网中与其他设备互通及兼容, 就需要制订统一标准, 对各种设备进行规范根据信息流程, 通过定义来设计设备的基本“积木块”结构为此, CCITT(现为ITU-T) G781规定了SDH复用设备协议结构G782又规定了SDH复用设备的类型和一般特性G783 协议给出了SDH设备的基本功能块的功能描述 SDH设备分为终端复用设备(TM)、 分/插复用设备(ADM)和同步数字交叉连接设备(SDXC)等这些设备都是由各种逻辑功能块组合而成的 1. TM、ADM复用设备 第5章 数字光纤通信系统 在SDH系统中, 有两种复用设备, 一种称为终端复用器TM, 另一种称为分/插复用器ADM TM设备主要用于点对点的系统以及ADM链路的两端, 在我国一级干线网的传输系统中广泛应用。
ADM设备充分体现了SDH系统的优越性, 由于它在组网中可灵活应用于上、下电路, 它不但可用于点对点的传输, 而且大量地用于链路和环型网, 在我国的二级干线和本地网中得到广泛应用 1) TM终端复用器 TM的主要功能是实现将PDH信号(指G703 协议接口信号或STM-N信号)复接成高速的STM-M信号(M＞N)并完成电光相互转换, 使其在光纤中传输 第5章 数字光纤通信系统 目前, TM终端复用设备分两种情况 一种情况是接口终端复用设备, 如图 5.18(a)所示, 按G703 协议规定的各类PDH系列信号作为支路的输入、输出信号,这些信号可以是2 Mb/s、34 Mb/s(很少用)、140 Mb/s的信号, 也可以是异步传送模式ATM信号, 或其他视频等宽带业务信号, 或这些信号的混合信号这些信号可以是固定(如以63个2 Mb/s 接入STM-1)接入, 也可以是各种准同步PDH系列信号混合，还可以灵活的方式进入STM-N中, 以及灵活地分配给STM-N帧结构中的任意位置 第二种情况为高阶终端复用设备, 如图5.18(b)所示。
它是实现同步系列各级信号之间的复接/分接, 即将若干个STM-N同步复接为STM-M, 或相反处理: 从STMC -M信号分接出STM-N信号(M=4N)这里的输入端口可以有4, 8, 16, …个端口 第5章 数字光纤通信系统图5.18终端复用设备简图（a)接口终端复用设备（b)高阶终端复用设备 第5章 数字光纤通信系统 2) ADM分/插复用设备 ADM设备充分体现了SDH系统的特点, 在SDH系统中具有比PDH更灵活的上、下电路功能, 如图5.19 所示ADM设备可以替代TM作为终端复用器, 如图5.20 所示它可在系统中间站方便地将支路信号从主信号码流中提取出来, 也可将支路信号方便地插入到主信号码流中这里有两种类型: 一种是在STM-M信号中满足PDH支路的分/插信号, 而另一种是在STM信号中实现满足同步数字信号STM-M与STM-N的插/分信号, 从而方便地实现网络中信号码流的分配、交叉与组合在实际应用中, 有多种类型的设备 第5章 数字光纤通信系统图 5.19 同步ADM代替PDH的ADM 第5章 数字光纤通信系统图 5.20 ADM用作终端复接器 第5章 数字光纤通信系统 ADM设备不但可用在点对点的传输上, 而且可方便地用于链状网和环型网，成为SDH网中最活跃的设备。
以STM-1为例, SDH的ADM设备及功能组成框图如图5.21所示图中所示ADM设备, 一般由基本盘和根据应用要求的扩展盘构成基本盘一般由控制盘、交换盘、复接盘、通信盘、辅助盘、电源盘等组成其中，支路盘接口速率是2 Mb/s、34 Mb/s和140 Mb/s 2. SDH系统的数字交叉连接设备系统的数字交叉连接设备SDXC 1) DXC的基本概念 现代通信技术的发展, 使数字传输系统的种类越来越多, 带宽越来越宽, 容量越来越大, 网络也越来越复杂, 智能化也越来越高 第5章 数字光纤通信系统图 5.21 ADM功能图 第5章 数字光纤通信系统 按传统的人工数字配线架把不同种类、 不同速率(容量)的数字传输系统互连的方式不仅效率低、可靠性差, 而且费用高, 它已不能满足适应动态变化、快速连接的传输网络配置和管理要求因而就出现了相当于数字配线架自动化的设备——数字交叉连接设备DXC 数字交叉连接设备DXC是SDH数字系统一个重要组成部分, 它对提高SDH系统组网的灵活性和自愈能力有很大作用 我们把SDH系统的DXC称为SDXC，它是一种具有1个或多个PDH准同步数字系列(G702)或SDH同步数字系列(G707)信号, 可以对任何端口信号(和/或其子速率信号)与其他端口的信号(和/或其子速率信号)间, 进行可控连接和再连接的设备。
第5章 数字光纤通信系统 SDXC能进一步在接口端口间提供可控Vc的透明连接和再连接这些接口端口信号可以是PDH速率, 也可以是SDH速率, 如图5.22所示此外, SDXC能支持G84所规定的控制和管理功能SDXC能处理包含各种等级信号及其混合体的Vc, 对这些Vc信号实现连接和再连接(交换功能)Vc信号按照一个周期顺序映射到STM-1信号中, 一个特定的Vc是固定在同一个列组中, 这样, Vc的交换就变成了STM帧结构中列组间的交换, 如图5-23所示 第5章 数字光纤通信系统5.22 PDH与SDH交叉连接 第5章 数字光纤通信系统图 5.23 交换实现虚容器交换 第5章 数字光纤通信系统 从某种意义上讲, 交叉连接也就是实现一种“交换功能”, 和数字程控交换机不同之处在于, SDXC交换的是多个电路群 就交叉连接矩阵而言, SDXC远非数字交换机那样动态变化, 基本上是永久性的, 因而有人称DXC为“静态交换”或冻结的交换“由外部操作系统控制”DXC与数字交换机的的比较见表5.8 SDXC采用了SDH复用原理, 因而省去了DXC内的全套背靠背复用设备, 使设备变得简单、 灵活和经济。
SDXC是虚容器连接, 由于SDH中Vc都是可识别的, 因此不需对信号进行任何调整, 可以很方便地进行任何级别的交叉连接 第5章 数字光纤通信系统 第5章 数字光纤通信系统 2) 交叉连接设备 交叉连接设备组成原理方框图如图5.24所示, 它由交叉连接矩阵、控制系统、外部时钟、线路时钟、TMN接口、告警指示、调配线以及输入、输出接口等组成 此设备能在STM-1信号间交换Vc, 并且能交换任何级别的Vc, 可提供8×8个STM-1信号容量, 可用9个这种挂钩装在一个板上组成16×16个STM-1的更大容量, 还可用更多的电路板组成一个方阵开关供更大的系统应用, 使用非常灵活 典型的交叉连接设备如图5.25所示 第5章 数字光纤通信系统图 5.24 DXC方框图 第5章 数字光纤通信系统图 5.25 阿尔卡特1641 SX交叉连接的体系结构 第5章 数字光纤通信系统 3) DXC的主要特点 根据DXC组成的基本原理, 已知DXC的核心是交叉连接网络用于SDH系统环境中的交叉连接有下述几个特点: ① 信号独立性: 无论哪个数字体系的信号, 交叉连接网络都可进行交叉连接。
② 无阻塞: DXC对任意带宽的支路信号都能进行无阻塞的交叉连接, 甚至对广播方式也是如此 ③ 周期性: 在每一个125 μs帧中所有支路信号都周期性地在固定位置上重复出现 ④ 同步性: 使所有输入并行的信号频率和相位完全相同 ⑤ 冗余性: 在SDH系统中传送了大量的话务量, 因而系统必须有很高的可靠性与可用性 第5章 数字光纤通信系统 在某些特殊地方采用或提高了冗余单元, 为了防止故障, 交换网络一般都是三备份的 ⑥ 透明性: 数字程控交换机和交叉连接设备的一个重要区别是, 后者必须保存流经该系统传输信号中的定时信号, 因为SDXC取代了DDF(数字配线架), 数字多路复用器各个信号的定时信息必须经过系统传送, 并在输出处再生 3. SDH再生中继设备再生中继设备 在长途传输的SDH系统中, 间隔一定距离后须加再生中继设备, 其设备组成及功能如下: 1) 再生设备模型及功能 再生中继设备的一般设备模型如图5.26 所示, 下面从几个参考点来简单分析。
第5章 数字光纤通信系统图 5.26 SDH中继设备模型 第5章 数字光纤通信系统 参考点A: 此处是经光缆衰减的STM-N全帧光信号, 经过物理接口SPI(收)进行光/电变换、均衡放大、判决处理、定时提取, 再定时等形成全帧电信号 参考点B: 在此收到从SPI来的STM-N全帧电信号, 送入再生段终端RST(收), 对STM-N全帧电信号进行帧定位、解扰码处理并提取RSOH字节, 并送入开销接口(OHA) 参考点C: 在此收到空缺的RSOH的STM-N信号, 并把此信号送入RST(发)在此之前还要在RST(收)中完成BIP-8误码计数与B1字节的校验, 对帧失步OOF、帧丢失LOF条件进行检验, 并经S2报告给SEMF功能块 第5章 数字光纤通信系统 在RST(发)中，它要完成把本地产生的RSOH字节(从OHA来)插入STM-N信号中, 然后形成全帧STM-N信号, 并对该扰码的信号进行扰码, 在此还应完成对此信号进行比特间插奇偶校验计算, 计算结果插入下一帧B1字节中 参考点B′: 把形成的STM-N全帧电信号送入SPI(发), 在此进行电/光变化, 将信号变为光缆上传送的光信号。
在SPI(发)还要进行发送光失效、激光偏流门限和激光器温度检测, 经S1报告给SEMF 参考点A′: 在这里实现光信号的再发送, 把重新组合的含有RSOH的全光STM-N帧信号通过光缆向下游发送 第5章 数字光纤通信系统 2) 其他功能块的作用 (1) 再生中继设备定时发生器(RTG) RTG内包含定时滤波器和内部振荡器T1为从SPI提取的定时信号输入; T0为定时信号的输出一套再生器具有两个方向再生功能, 因此应在两个方向各设一个RTG, 以保证时钟的方向性(一定要避免时钟形成环路) (2) 同步设备管理功能(SEMF) SEMF的功能是将从参考点S1,S2 送来的数据、硬件告警等原始信号进行处理后送给相关功能块 第5章 数字光纤通信系统 (3) 消息通信功能(MCF) 这里主要处理SEMF信息, 把它送入有关数据通道, 也可直接转送上游数据通道, 实现远端监视和控制整个线路运行状态 它有F和Q两个接口, 分别与电信管理网TMN和操作系统连接 (4) 开销接入(OHA)。
开销接入主要用于RSOH的相关字节、公务联络接口、使用者通道和备用服务接口 再生中继设备还包括公务联络和电源部分等 第5章 数字光纤通信系统5.4 SDH传送网传送网 5.4.1 SDH传送网概念传送网概念 1. SDH传送网分层模型传送网分层模型 SDH传送网是对SDH信号系统进行分层描述的一种模型, 是使用功能分层的分析方法建立模型, 然后对分层模型进行再分析(解剖)SDH系统分层模型如图5.27 所示 SDH传送网分为三层： 电路层、 通道层和传输媒体层 1) 电路层 电路层主要为用户提供各种数字业务信号 第5章 数字光纤通信系统图 5.27 SDH传送网分层模型 第5章 数字光纤通信系统 它包括电路交换网提供的语声信号; 分组交换网提供的数据信号以及PDH系列异步电路传输信号、同步数据信号(64 kb/s, 384 kb/s, …, 以及ISDN的2B+D、 30B+D)及宽带交换信号(如异步转移模式ATM信号); 还有LAN(局域网)、 MAN(城域网)计算机网信号和图像信号等。
2) 通道层 通道层主要实现使电路层信号通过接口并使之进入SDH终端的功能其步骤是首先通过适配进入虚容器处理后在高阶复用(接)汇合, 并要提供通道连接和通道监视等功能 3) 传输媒体层 传输媒体层又分为段层和物理媒体层, 其含义如图5.28 所示 第5章 数字光纤通信系统图 5.28 再生段、 复用段及通道意义的图解 第5章 数字光纤通信系统 ① 段层: 可分为复用段层和再生段层, 其中, 复用段层为通道层提供同步和复用功能, 完成复用段开销MSOH处理和传递; 再生段层获得再生器与复用段终端之间的信息传递, 如定帧、扰码、解扰、 再生段误码监测、 再生段开销RSOH处理、 监视和传递等 ② 物理媒体层: 可分为光纤、 电缆、 微波和卫星传输媒体 ·光纤传输媒体是最适合于传送SDH信号的传输媒体, 因此称SDH为“光同步传输体系”ITU-T对SDH光接口有较全面的要求, 规范了很多对PDH系统未曾标准化要求的光参数 ·电缆传输媒体有同轴电缆传输的SDH系统, 如STM-1低速率的系统，以及在局内或近距离也采用75Ω同轴电缆的传输媒体。
第5章 数字光纤通信系统 ③ 数字微波与卫星SDH系统: SDH系统虽然是基于光纤来设计的, 但为了地面和空间传输通道互为备用, CCIR规范了数字微波与卫星SDH系统，是其速率为155 Mb/s和622 Mb/s的传输系统(其技术在下一章讲述) 2. 传送网的光、电接口传送网的光、电接口 1) 电接口 电接口主要表现为PDH系列与SDH的接口以及STM-1或STM-N 与STM-M接口, 交叉连接点的技术要求包括比特率、 容差、 眼图、 码型变换、信号功率电平等 2) 光接口 光接口的主要功能是在再生段实现横向兼容, 使各种标准光接口网络单元在光路直接互连 第5章 数字光纤通信系统 (1) 光接口分类 光接口按其应用场合不同分为局内通信、 短距离局间通信、长距离局间通信, 并分别用I、S、L来表示以上三种情况 字母后第一位表示STM等级, 第二位表示工作窗口和所用光纤类型例如，S-4.2 表示的是用于短距离局间通信的光接口， 属STM-4 等级，2代表所用光纤类型为G652光纤，标准波长λ=1550 nm。
光接口分类如表 5.9 所示 (2) 光接口参数规范 传送网的光接口位置如图 5.29所示 图中, S点是紧挨着发送机(TX)的活动连接器CTX的参考点; R点是紧靠着接收机(RX)的活动连接器CRX前面的参考点 第5章 数字光纤通信系统图 5.29 光接口位置 第5章 数字光纤通信系统 第5章 数字光纤通信系统 ① 光线路码型 光接口线路码型为加扰的NRZ码, 采用7级扰码器, 其生成多项式为x7+x6+1(第 5 章已讲述) ② 系统运行波长范围 系统运行波长范围受到一系列因素的制约, 主要是受模式噪声、光纤内部衰减和色散影响 ③ 发送机发送机的参数主要有光谱特性、平均发送光功率(在S点处测得, 是发送机所送的伪随机序列信号的平均功率)、消光比、眼图模板等 第5章 数字光纤通信系统 ④ 光通道光通道参数是指采用光纤通道的衰减范围规范、 最大色散值及反射系数等 ⑤ 接收机的参数有： ·接收机灵敏度: 定义为R点处要达到1×10-10的BER值所需要的平均接收功率的最小可接收值, 如图5.30所示。
·接收机过载功率: 定义为R点处要达到1×10－10的BER值所允许的平均接收光功率的最大可接收值过载光功率与接收灵敏度之间的差值就是接收机的动态范围, 如图5.30所示 在系统设计时总希望动态范围大一些, 通常, APD接收机的动态范围比PIN-FET接收机增加了5～10 dB, 典型的PIN-FET和APD接收机的动态范围分别为20～30 dB, 30~40 dB 第5章 数字光纤通信系统图5.30接收灵敏度、过载点和动态范围 第5章 数字光纤通信系统 1. SDH光缆传输线路系统参考数字段光缆传输线路系统参考数字段 1) 假设参考通道 两个用户间的国际最长参考通道(HRP)长度为7500 km, 我国最长HRP的全长为6900 km长途传输网络又可区分为长途网、中继网和用户网等三部分长途网中两个最远长途传输节点之间的距离为6500km, 在中继网、用户网间分别为100 km, 而实际中都小于HRP 2) 假设参考数字段 两个相邻数字配线架或等效设备(例如数字交叉连接设备)之间, 用来传送一种规定速率的数字信号的全部装置构成一个数字段, 而假设参考数字段(HRDS)是具有一定长度和指标规范的数字段, 网络性能是以HRDS为基础来分配的。
第5章 数字光纤通信系统 2. SDH传输系统的主要指标传输系统的主要指标 1) 误码指标 在SDH传输系统通道的误码性能, 是以“块”为基础的一组参数 所谓“块”, 是指一系列与通道有关的连续比特对于SDH而言, BIP-n为单个监视块, 当与块有关的任意比特发生差错时, 就称该块为“误块”(EB)误码性能参数的评价, 只有在通道处于可用状态时才有效 (1) 误块秒比(ESR) 当某1秒具有1个或多个误块时,这1秒就称为误块秒,在规定测量时间间隔内出现的误块秒数与总的可用时间之比称为误块秒比(ESR) 第5章 数字光纤通信系统 (2) 严重误块秒比(SESR) 当某一秒内包含有不少于30%的误块或者至少出现一个严重扰动期(SDP)时, 认为该秒为严重误块秒(SES)在规定测量时间内出现的SES数与总的可用时间之比, 称为严重误块秒比 SESR= SESR主要反映系统抗干扰能力, 它与环境条件、 自身抗干扰能力等有关, 与速率关系不大 (3) 背景误块比(BBER)。
扣除不可用时间和SES期间出现的误块以后, 剩下的误块称为背景误块BBEBBE数与扣除不可用时间和SES期间所有块数后的总块数之比称为BBER 第5章 数字光纤通信系统 以上三项指标中, SESR要求最严, BBER要求最松, 只要通道满足了SESR指标, BBER指标也能自动满足 (4) 误码指标分配 SDH系统(高比特率通道)误码性能指标的分配采用了按区段, 并结合按距离的分配方法, 如图5.31所示 ① 全程指标分配 图5.31中, IG为终结节点, PTP为通道终结点, 国际部分是指两个终结国家IG之间部分, 因而它实际上包含了两边终结国家的IG到国际边界之间的段落、中间国家及国家间部分(如海缆段)国际部分按每个中间国家可分得2%端到端指标, 最多允许4个中间国家, 两边终结国家(即其IG到国际边界段), 各分得1%的端到端指标,然后再按距离每500 km分得1%的端到端指标 第5章 数字光纤通信系统图 5.31 高比特率通道全程指标分配 第5章 数字光纤通信系统 国家间部分(不论海缆还是陆地)不含IG, 因而不分给固定区段指标, 只按每500 km分给1%的指标处理。
举例: 有A、 B两个国家, 其各自实际路由长度(国内IG到PTP距离) A为3000 km, B为300 km, 途经四个中间国家 C、 D、 E、 F, 用海缆相连, 这几个国家的路由长度为 7000 km, 海缆实际路由长度为8000 km, 则总端到端通道指标为 高比特率通道端到端的全程误码性能指标如表5.10 所示 第5章 数字光纤通信系统 第5章 数字光纤通信系统 此全程端到端参考通道距离为27.500 km, 只要上表中有任一误码性能参数不满足, 就认为该通道不满足性能要求端到端的误码性能测试时间为1个月 ② 国内指标分配 前面已经提出国内数字段划分, 国内标准通道长为 6900 km, 国际接口局IG到通道终点PTP之间为3450 km, 按分配标准, 我国国内应分得24.5%端到端指标国内网分为用户网和转接网(称核心网和传送网), 由长途网和中继网组成 用户网环境复杂、条件恶劣, 分给6%端到端指标; 按转接网距离成比例分配直至再生段为止, 相当于每千米分得0.0055%端到端指标 照此原则, 我国SDH系统数字段误码指标分配如表 5.11、表5.12、表5.13和表5.14所示。
当实际数字段长度不是标准的HRDS时, 可按距离成比例变化 第5章 数字光纤通信系统 第5章 数字光纤通信系统 第5章 数字光纤通信系统 第5章 数字光纤通信系统 第5章 数字光纤通信系统 2) 抖动指标 对于不同的SDH网络单元任意互连, 而又要求不影响网络传输质量, 就必需使各网络接口最大允许抖动不超过规定标准 抖动对各类业务的影响不同数字编码语声信号对抖动要求指标较低, 然而人眼对相位变化敏感性强由于现在彩色电视套色是由副载波的相位决定的, 因此对抖动指标的要求更高 例如, PAL彩色电视信号允许峰—峰抖动大约为5ns, 相对于STM-1 系统, 传输速率则为0.78UI的峰—峰抖动对抖动的要求一般用抖动容限指标描述SDH网络接口抖动容限如表5.15和图5.32所示 第5章 数字光纤通信系统图 5.32 SDH设备抖动容限模板 第5章 数字光纤通信系统 第5章 数字光纤通信系统 抖动容限定义为, 施加在输入STM-N信号上, 能使光设备产生1dB光功率代价的正弦抖动峰—峰值表中A、B分别为SDH系统光纤传输线路中使用的再生中继器型号, 一般情况优先使用A型再生器。
3. SDH光传输线路中继段长度计算光传输线路中继段长度计算 在设计光纤传输再生中继段距离长度时, 通常采用的方法是最坏值设计法, 此方法是将所有参数值都按最坏值选取, 而不管其具体分布这种设计方法不存在先期失效问题在排除人为和自然界破坏因素后, 按最坏值设计的系统, 在其寿命终结, 富余度用完, 且处于极端温度条件下仍能100%地保证系统性能要求 第5章 数字光纤通信系统 此设计系统留有相当大的富余度, 各项光参数分布相当宽, 使结果比较保守, 再生段一般偏短, 系统成本一般偏高 在设计时可分两种情况, 一种是损耗受限系统, 另一种是色散受限系统, 根据这两种情况计算结果比较, 中继段小者采用为工程中继段 根据实际工程计算经验, 一般采用单模光纤是由损耗受限情况决定的现在的SDH系统都是采用单模光纤, 所以我们这里主要讲损耗受限系统系统的设计参数, 是根据S和R点之间所有光功率损耗和光缆富余度来确定总光通道衰减值的 损耗受限系统的实际可达再生段距离L可用下式来估算： 第5章 数字光纤通信系统其中 在以上公式中： PT——发送光功率(dBm); PR——接收灵敏度(dBm); AC——系统配置时需要的活动连接器损耗； 第5章 数字光纤通信系统 PP——光通道的功率代价(dB); Ａf——再生段平均光缆损耗系数(dB/km)；Af公式中，afi为单盘光缆衰减系数；n为再生段内光缆盘散； As——再生段光纤接头平均损耗系数(dB/km)；As公式中，asi为单个光纤接头损耗； (n-1)为再生段内光纤接头总数； Lf——单盘光缆长度(km); Mc——光缆富余度(km)。
采用最坏值法设计时用以下公式计算： 第5章 数字光纤通信系统 在以上公式中，带下角标“m”的参数为相应参数的最坏值 还有如映射法、蒙特卡洛法以及高斯近似法等统计法设计, 采用何种设计法由设计部门根据情况而定 第5章 数字光纤通信系统 5.4.3 SDH系统组网、保护与恢复系统组网、保护与恢复 1. SDH系统的组网系统的组网 SDH系统有巨大的优越性, 只有在组网时才能充分发挥出来在以前的传统组网中, 为提高传输设备利用率而增加线路占空系数, 网中的各节点都建立许多直达通路, 使网络结构复杂, 而SDH组网, 采用优化网络结构, 建立强大的运营、 维护、 管理(OAM)功能, 降低传输费用, 支持新业务 我国的SDH系统的网络结构, 一般都采用有自愈功能的环型网结构及少部分的点对点线性结构(一级干线), 全国SDH系统组网分为四个层面, 如图5.33所示 第5章 数字光纤通信系统图 5.33 SDH网络结构 第5章 数字光纤通信系统 最高层为一级干线网, 它是国家骨干网, 是由比较大的省会城市构成网型网结构, 并辅以少量线型网。
在业务量大的汇结点城市装有DXC 4/4, 具有STM-N接口和PDH系列的140 Mb/s接口 第二层为二级干线网, 主要实现省内的骨干环型网(少量线型网), 其主要汇接点有DXC 4/4和DXC 4/1, 有PDH的2 Mb/s、 34 Mb/s和140 Mb/s接口, 也有SDH系列接口, 具有灵活的调度电路能力 第三层一般为中继线网(长途市局和市内局间连接), 可按区域组成若干环, 由ADM组成各类自愈环, 也可以以路由备用方式构成两节点环 第5章 数字光纤通信系统 由ADM设备构成这些环具有很高的生成性, 还具有业务量的疏导功能它主要采用复用段倒换环方式, 根据业务量大小决定是四纤还是二纤的倒换环中继线网可作为长途网与中继网, 中继网与市话网之间的网关或接口, 还可作为PDH系列与SDH之间的网关 第四层面为用户接入网 它是SDH网中最庞大、最复杂的部分, 从建设投资来看, 它占50%以上用户光纤化正在实施, 光纤到路边FTTC, 光纤到大楼FTTB, 光纤到家庭FTTH(最终目标), 这些均要作长远考虑, 应搞一体化的SDH/CATV网, 开通多媒体业务, 直至提供图像、电视和高清晰度电视等宽带业务。
第5章 数字光纤通信系统 2. SDH系统的保护系统的保护 随着光纤传输容量的增大, 传输的可靠性、可用性以及对线性故障的应变能力至关重要根据统计, 如遇到天灾人祸, 通常一根光缆中光纤同时被阻断的故障占传输系统故障的80%左右, 这对于用户来说, 可能造成无法估量的损失如果不采取保护措施, 要使一个结构庞大、复杂的网和系统具有高度可靠性是困难的为提高其网络的可靠性, 自愈系统的概念被提了出来所谓自愈系统, 就是指那种在故障状态下, 自动取代故障网元, 保证业务正常工作能力的系统 第5章 数字光纤通信系统 1) 自愈环保护原理 自愈环结构总类多, 按环中每个节点插入支路信号在环中流动的方向来分, 可分为单向环和双向环; 按倒换层次分, 可分为通道倒换环和复用段倒换环; 按环中每一对节点间所用光纤的最小数量来分, 可分为二纤环和四纤环 SDH自愈环结构分类如表 5.16 所列 (1) 二纤单向通道倒换环 在二纤单向通道倒换环中, 用S表示一根光纤用于传送信号, 另一根用P表示的光纤用于保护, 此倒换环采用“首端桥接, 末端倒换结构”, 参见图5.34(a)所示。
业务信号与保护信号分别由两光纤携带 第5章 数字光纤通信系统 第5章 数字光纤通信系统图 5.34 二纤单向通道倒换环 第5章 数字光纤通信系统 例如在节点A入环, 在节点C为目的的AC信号同时进入发送方向光纤S1和P1, 即所谓1+1的双馈保护方式其中, S1光纤沿顺时针方向送至分支节点C, P1光纤沿逆时针方向把信号送入节点C在节点C按照两通道信号优劣选用一路作为分路信号, 一般情况是首先选取S1光纤送来的信号 当BC节点间光缆被切断时, 若两光纤同时切断, 如图5.34(b)所示, 在节点C, 从S1送来的AC信号丢失, 这时按通道选优准则, 此时倒换开关将会转至P1光纤, 接收经P1光纤送来的AC信号, 使AC间的业务得以维持, 不会丢失当故障排除后, 又可恢复原位 第5章 数字光纤通信系统 (2) 二纤双向通道倒换环 二纤双向通道倒换中, 1+1方式与上述原理基本相同, 只是返回信号沿相反方向返回而已这种倒换主要采用1∶1方式, 采用APS(自动保护倒换)字节协议, 但可用备用通道传额外业务, 可造较短路由, 易于查找故障。
由于采用1∶1备份方式可进一步演变为M∶N双向通道保护,它只对某些业务(有选择性)实施保护, 从而大大提高可用业务容量这种倒换需要网管系统进行管理, 会增加保护恢复时间 (3) 四纤双向复用段倒换环 第5章 数字光纤通信系统 四纤双向环主要采取一主一备方式, 它用两根光纤传业务(一发一收), 另两根光纤作保护(一发一收) 其中, 业务光纤S1形成顺时针方向业务环, S2形成逆时针方向业务环, 而保护光纤P1和P2分别形成与S1、S2方向相反的两个保护环, 在每根光纤上都有倒换开关作保护倒换用, 如图 5.35(a)所示 正常情况下,从A点进入环,沿S1光纤传输到C节点当BC节点间光缆切断(4根光纤全断)时, 利用APS协议, 在B和C节点各有两个倒换开关执行环回功能, 从而维持环的连续性, 如图5.35(b)所示在B节点, 光纤S1和P1沟通, 光纤S2和P2沟通 在C点也完成类似功能其他节点要确保P1和P2上传送的信号在本节点完成桥接功能 第5章 数字光纤通信系统图 5.35 四纤双向复用段倒换环 第5章 数字光纤通信系统 (4) 二纤双向复用段倒换环。
如图5.35所示, 在光纤S1上传送的高速业务信号与P2上的保护信号传输方向相同如果利用时隙交换(TSI)技术, 可使S1和P2光纤上信号都置于一根光纤(称S1/P2光纤)此时, S1/P2光纤的一半时隙(例如时隙1到M)用于传业务信号, 另一半时隙(时隙M+1至N, 其中M≤N/2)留给保护信号同理,S2与P1光纤信号可置于一根光纤(S2/P1)上这样, 在给定光纤上的保护信号时隙可用来保护另一根光纤上的反向业务信号于是, 四纤环可简化为二纤环, 只是专用保护光纤变为非专用保护光纤而已 第5章 数字光纤通信系统 2) 自动线路保护 自动线路保护是传统的信号传输系统采用的保护方式 一般都用备份来保护，即用光纤系统备份(包括设备备份和线路备份)进行保护，分为1+1结构和1∶n结构，其工作原理是： 当工作通道中断或性能劣化到一定程度时，系统将主信号自动转换到备用系统这种保护方式使业务恢复时间很短，可在 50 ms以内接通，它对于传输系统网络节点的光、电元件失效故障很有效，但对于光缆切断，特别是同一缆芯的所有光纤被切断时，此种方法就无能为力了，SDH环型网保护方显出“英雄”本色。
第5章 数字光纤通信系统 3. SDH系统的网络管理系统的网络管理 1) SDH网络管理等级 在前面讲述SDH系统的特点时, 提到了SDH系统有强大的网络管理功能这里主要讲SDH网络管理系统的组成、功能及接口等 典型的SDH系统网络管理等级由三级组成, 如图5.36所示 图中，从上至下为网络管理层(称网络控制层NCL)、 单元管理层(EM)和网络单元层(NE)NCL对所辖网络进行集中式或分布式控制、管理 单元管理层直接控制设备, 其功能由NCL分配, 如保护规划、告警过滤、协议转换等其主要目标是为了减少直接流进网络管理系统的信息流, 防止过载, 也可尽量减少网络响应时间 第5章 数字光纤通信系统图5.36 网络管理等级 第5章 数字光纤通信系统 2) SDH网络管理功能 (1) 一般功能 ·嵌入控制通路的管理: 为了SDH NE间能进行通信, 必须对构成其逻辑通信链路的ECC进行有效的管理 ·时间标记: 是以1 s 为单位的时间标记, 时间应由NE的本地实时时钟来显示。
·其他一般功能: 包括安全、 软件下载、 远端注册等 (2) 故障管理 ·告警监视: 涉及到网络中发生的事件/条件的检出报告 ·告警历史管理: 涉及告警记录 主要存储器按要求记录或读出 第5章 数字光纤通信系统 ·故障诊断测试 (3) 性能管理 ·性能数据采集: 按协议G82X规定的误码性能有关事件采集, 这些事件是利用SDH帧结构中有关性能基元采集的 ·性能数据报告: 性能数据经OS/NE接口报告 ·在不可用时间内的性能监视 (4) 配置管理 配置管理按TMN原理, 主要实施对网络单元的控制、识别和数据交换 (5) 安全管理 安全管理涉及注册、口令和安全等级等 第5章 数字光纤通信系统 (6) 账目(计费)管理 账目管理涉及计费功能和资费功能 3) SDH设备网管接口 SDH网络管理主要有Q接口和F接口。
·Q接口：它包含有电信管理网中的信息结构的全部七层功能, 可参阅电信TMN内容 ·F接口: 是SDH设备与计算机接口 ·协议栈: 协议是指计算机与设备之间的一系列约定, 而协议栈则为按程序堆积起来的协议 4) SDH网管信息的传送通道 第5章 数字光纤通信系统 SDH网管信息的传送通道有以下几种 ·由DCC支持的SDH ECL传送 ·SDH系统以外的X.25网络传送 ·SDH的DCC通道协议 第5章 数字光纤通信系统5.5 SDH系统同步与定时系统同步与定时 5.5.1 SDH系统网同步与定时概念系统网同步与定时概念 1. SDH系统同步与定时要求系统同步与定时要求 数字通信系统同步与定时是决定通信质量的关键如果一个数字系统或数字网, 不能使数字信号同步与定时达到要求, 则数字信号如一团乱麻, 理不出头绪, 就无法实现信息交流 在前一章已讲过, 数字系统必须要实现同步(网同步)SDH系统允许不同规格的净负荷(PDH系列数字信号)实现混合传输, 这对传输应用十分方便, 但对SDH系统组网带来不利。
在SDH系统中的2 Mb/s信号既可能是单独传来, 也可能是嵌入在高次群信号中一起传来, 这带来两者定时性能的很大差异 第5章 数字光纤通信系统 但对于SDH网中的DXC和ADM都有分插和重选路由的能力, 因而在网中很难区分具有不同路径的2 Mb/s信号, 也就难以确定最适用于作网络定时的 2 Mb/s信号, 这就给网络规划带来困难 另一方面, SDH系统一般以自愈环组网, 路由备用和DXC的自动配置功能, 带来了网络应用的灵活性和高生成性, 但也给网同步定时的选择带来了复杂性 还有, SDH特有的指针调整, 会在SDH/PDH网边界产生较大的相位跃变因为一般有 8 UI的指针调整影响, 对于2Mb/s信号, 即有3.9 μs的相位变化, 因而存在抖动和漂移影响 第5章 数字光纤通信系统 (2) 局间应用 局间同步分配采用树型拓扑结构, 如图5.39所示使SDH网内的所有节点都能同步, 但又要避免形成定时信号环路, 造成同步不稳定, 低等级的时钟只能接收更高级或同一等级时钟的定时, 尽量避免在TU内传送的 2.048 Mb/s的基群信号的时钟作局间时钟同步信号, 而应直接以STM-N信号中的同步信号作为定时信号(同步信号)。
第5章 数字光纤通信系统 综上所述, 对于SDH系统组网的同步与定时，必须采取措施严格地控制, 提出定时的严格要求SDH系统网同步的主要任务为: ①使来自上游交换局的数字信号帧与本局帧建立并保持帧同步 ②同步各交换局的钟频, 以减小各交换局之间因频差所引起的滑动 ③ 将相位漂移转化为滑动 世界各国关于网同步设计的方式大致有四种: 主从同步方式、准同步方式、互同步方式、其他方式(混合方式或分布方式) 第5章 数字光纤通信系统 我国采用的SDH系统组网同步方案, 是以主从同步方式建设的, 如图5.37所示它使用一系列分级时钟, 每一级都与上一级时钟同步, 最高一级称基准主时钟(PRG), 通过同步分配网, 分配给下面各级时钟(从时钟) 2. SDH网同步等级结构网同步等级结构 1) 我国的主从同步等级结构 SDH网同步结构通常采用主从同步方式, 如图5.37所示 要求所有的网络单元时钟的定时, 都能最终跟踪至全国的基准主时钟, 一般分为三级, 按ITU-T的有关规定为: 第5章 数字光纤通信系统图5.37 主从同步方式 第5章 数字光纤通信系统 基准主时钟G811规范(一级)、网络单元从时钟G811规范(二级)、SDH设备从时钟G81s(三级)。
为保证时钟稳定可靠, 特设立了备用时钟同步系统 2) 应用场合 SDH同步定时分配随SDH网络应用场合不同而异, 一般分为两种应用场合结构 (1) 局内应用 局内同步分配采用星型拓扑结构, 如图5.38 所示局内所有的网络单元时钟都直接由本局内最高质量的时钟提供,此时称时钟为局专用综合定时设备(BITS)参考时钟它的时钟来源于别的交换节点的同步链路, 并能直接或间接地跟踪至全网基准时钟 第5章 数字光纤通信系统图5.38 局内应用同步网结构 第5章 数字光纤通信系统 (2) 局间应用 局间同步分配采用树型拓扑结构, 如图5.39所示使SDH网内的所有节点都能同步, 但又要避免形成定时信号环路, 造成同步不稳定, 低等级的时钟只能接收更高级或同一等级时钟的定时, 尽量避免在TU内传送的 2.048 Mb/s的基群信号的时钟作局间时钟同步信号, 而应直接以STM-N信号中的同步信号作为定时信号(同步信号) 第5章 数字光纤通信系统图5.39 局间分配的同步网结构 第5章 数字光纤通信系统5.5 2SDH组网同步中应注意的问题组网同步中应注意的问题 SDH组网同步中应注意以下问题： ①不能用SDH运载的2Mb/s净负荷传送同步信号, 因为SDH对 2 Mb/s信号映射引入幅度为2UI的抖动, 频率极低, 难以滤除抖动。
TU-12指针调整引入了幅度为8UI(2 Mb/s为3.9 ns)的低频抖动整个同步通道允许漂移仅为6 ns ②在SDH网中一定要避免出现定时环路问题因为在SDH网中从可靠性出发, 可能不止一个时钟参考源此外, 当出现线路故障时, DXC与ADM将重新配置可能构成的定时环路 第5章 数字光纤通信系统 ③ 应尽量减少定时传递链路长度 ④ 应从分散路由获得主、 备用基准时钟 ⑤ 受控时钟应从其他同级或高一级设备获得基准 ⑥ 选择可用性高的传输系统传送基准 ⑦ 对同步定时系统几点新的思考: ·只要有可能, 尽量选用来自EITS的外同步信号来同步SDH网元 ·每一个节点最好能从两个独立通道接收同步基准信号 第5章 数字光纤通信系统 ·同步网应是星型、 树型, 绝不能成环型 ·不要使用SDH信号运载的2 Mb/s信号作为同步信号 ·在建设SDH传送网时一定要做好网同步定时规划 ·发展中的SDH同步定时网是: 第5章 数字光纤通信系统5.6 光波分复用系统光波分复用系统 为进一步挖掘光纤传输的频带资源, 以满足多种宽带业务(会议电视、高清晰度电视等)对传输容量的要求, 克服传统的点到点单个波长的光纤通信方式的局限性, 现已将波分复用系统投入了商用。
它使光纤上单个波长(一个波长为一个光信道)的传输变为多个波长同时传输(多个光信道), 从而大大提高了信息传输容量 通过世界上一些发达国家前几年的研究、现场试验, 目前, 波分复用系统商用产品已达到32×10 Gb/s, 40×10 Gb/s(400 Gb/s), 在实验室已达到132×20 Gb/s(264Tb/s)现在，我国已建成了多个WDM系统及WDM网络 第5章 数字光纤通信系统 5.6.1 光波分复用系统基本概念光波分复用系统基本概念 1. 光波分复用系统组成光波分复用系统组成 光波分复用系统的组成如图5.40所示首先, 在光终端设备中通过波长转换, 将传输信号标准波长转换为波分复用系统使用的系列工作波长, 然后多路光信号通过光复用器耦合到一根光纤上, 经放大后在光纤线路中传输 在一定距离后设置光纤放大器, 对衰减后的光信号进行光中继放大当到达接收端后, 将放大的光耦合信号解复用为多路光信号, 然后通过波长转换, 将每路的光信号的工作波长再转换为标准波长 第5章 数字光纤通信系统图5.40 光波分复用系统组成 第5章 数字光纤通信系统 2. 光波分复用传输原理光波分复用传输原理 光波分复用传输系统WDM传输原理图如图5.41所示。
5.41(a)中是在一根光纤中同时单向传输几个不同波长的光波信号首先把信号通过光源变为不同波长的光波信号；然后， 通过光波分复用WDM耦合到一根光纤中传输, 如图中的λ1, λ2,…,λn; 最后，当光信号到达收端时，把光耦合信号解复, 通过光检测器取得多波长(λ1,λ2,…,λn)光信号 图5.41(b)所示为双向传输光波分复用原理图, 其过程与单向传输相同 第5章 数字光纤通信系统图5.41 WDM传输原理图 第5章 数字光纤通信系统 3. 光波分复用波长区通路划分光波分复用波长区通路划分 在光波分复用系统中, 是以波长来表述其通路的，如λ1～λ8即为8通路, 有8个波长, 称为标称中心波长或标称中心频率 各通路间的频率间隔一般有50 GHz、100 GHz、200 GHz等 随着间隔的不同, 标称中心频率和标称中心波长也不同 通路间隔: 主要是指在光波分复用系统中两相邻通路间的标称波长（频率）之差 通路间隔可以均匀相等, 也可以不等, 我们这里讲的是均匀等间隔的系统 标称中心波长: 在光波分复用系统中, 每个信号通路所对应的中心波长称为标称中心波长, 或称为标称中心频率。
目前国际上一般以193.1 THz为参考频率, 标称波长为1552.52 nm 第5章 数字光纤通信系统 目前所开发的光纤在1310 nm和1550 nm窗口, 世界上研究的NZ-DSF非零色散移位光纤, 其工作波长可移至1520 nm或1570 nm在实验室实验的2.64 Tb/s的光波分复用系统总带宽达1529 nm～1564 nm 实用的光波分复用系统, 至少应提供16波长的通路, 根据需要也可以是8通路、4通路等 下面列出16和8 通路中心频率和中心波长, 如表5.17所示 第5章 数字光纤通信系统 第5章 数字光纤通信系统 5.6.2 光波分复用系统结构光波分复用系统结构 光波分复用系统（WDM）主要由光发射机、 光接收机、 光放大器、光纤（光缆）、光监控信道和网络管理系统 6 大部分组成 其结构示意图如图5.42所示 如图 5.42 所示, 光波分复用系统的简单工作过程为: 首先把终端SDH端机的光信号送到光发射端, 经光转发器(OTU)把符合ITU-IG.957 协议的非特定波长的光信号转换成具有特定波长的光信号, 再利用合波器合成多通路的光信号, 经功率放大器（BA）放大后, 送入光纤信道传输, 同时插入光监控信号。
第5章 数字光纤通信系统图5.42 WDM系统结构示意图 第5章 数字光纤通信系统 经过一段距离（可达上万里）需要对光纤信号进行光信号放大现在, 一般使用掺铒光放大器（EDFA）, 由于是多波长工作, 因此要使EDFA对不同波长光信号具有相同的放大增益（采用放大增益平担技术）, 还要考虑多光信道同时工作情况, 保证多光信道增益竞争不会影响传输性能放大后的光信号经过光纤（光缆）传输到接收端, 经长途传输后衰减的主信道弱光信号经PA放大后, 利用分波器从主信道光信号中分出特定波长的光信号对主接收机的主要要求为: ① 要满足光信号接收的灵敏度； ② 要符合过载功率的要求; 第5章 数字光纤通信系统 ③ 能承受一定的光噪声信号; ④ 有足够O/E的电带宽特性 光监控部分主要用以监控系统内各信道的传输情况 在发送端, 插入本节点产生的波长（1510 nm）光监测信号（其中包含有光波分复用的帧同步用字节、公务字节和网管所用的开销字节等）,与光信道的光信号合波输出在接收端要从光合波信号中分出光监控信号（1550 nm）和业务光信道信号。
光波分复用系统管理: 主要经过光监控信道传送的开销字节及其他节点的开销字节对WDM系统进行管理 第5章 数字光纤通信系统 5.6.3 光波分复用的分层模型及功能描述光波分复用的分层模型及功能描述 1. WDM系统的分层概念系统的分层概念 在现代通信系统中, 系统的信号流程分析一般用分层模型和功能配置来描述这里的光波分复用系统其承载客户一般是SDH送来的光信号WDM系统的分层模型如图5.43所示, 图中,SDH层也可称为SDH再生段层, 主要提供用户信息,并组成SDH帧信号, 使之通过E/O变换为SDH光信号, 进入WDM系统光层中 光层中的光通道层主要是为业务信号提供光通道上端到端的透明传送, 它包括提供灵活的光通道层连接, 重新安排适配及开销处理, 以确保系统运营管理及监测能力 第5章 数字光纤通信系统图 5.43 WDM系统分层模型 第5章 数字光纤通信系统 光复用段层为多波长光信号提供系统（网络）功能, 完成其多波长光复用段适配信息完整和复用段开销处理功能以及为保证复用段层的操作和管理能力而提供的监测功能。
光传输层为光信号提供在各种光纤上传输的功能, 包括光放大以及对光在传输中的色散监视和管理等功能 光波分复用系统对于收容SDH信号而言, 可分为集成系统和开放系统两类集成系统: 是指把标准光波和长距离色散受限距离的光源, 集成在SDH设备中, 整个系统构造比较简单, 没有增加多余设备在这个系统中的STM-NTM, ATM及REG都必须符合WDM系统的光接口要求 第5章 数字光纤通信系统 开放系统:是指在同一的WDM系统中, 不同厂商的SDH设备(系统)可以互通(兼容), 并可以把SDH非规范的光波长转换为标准波长 2. WDM系统的功能描述系统的功能描述 对于一个完整的WDM系统, 可用如图5.44所示的WDM系统功能结构图来描述根据光信号传送的距离远近, WDM系统可分为两类：其一为无线路光放大器传输系统, 其二为有线路光放大器的传输系统 第5章 数字光纤通信系统图5.44 WDM系统功能结构图 第5章 数字光纤通信系统 在光波分复用系统中的传输线路, 特别是在要下载SDH信号和再上SDH信号的情况下, 要用电再生器。
因此, 在WDM系统中应有此功能, 在需要时就设立电再生器, 否则不加功能结构中有、无线路光放大器的EDM系统的参考配置应有所差异, 如图5.45、图5.46所示 以上两种线路配置图中, Tx1…Txn为不同波长光发射器；Rx1…Rxn为不同波长光接收器; OM／OA为光合波与光放大器集成; OA／OD为光前置放大器与光分波器集成; OA为光放大器 图中所示各参考点的定义如表5.18所示 第5章 数字光纤通信系统图 5.45 无线路光放大器的WDM系统 第5章 数字光纤通信系统 图 5.46 有线路光放大器的WDM系统 第5章 数字光纤通信系统 第5章 数字光纤通信系统 在有线路光放大器的WDM系统中, 放大器设置情况与通路的波长数目有关, 分两种情况:一种为长距离区段, 其目标距离一般为80 km; 另一种为很长距离区段, 其目标距离一般为120 km 在无线路光放大器的WDM 系统中，标称距离与通路波长数目有关, 分三种距离区段:其一为长距离, 目标距离为80 km; 其二为很长距离, 目标距离为 120 km; 其三为超长距离, 目标距离为 160 km。
第5章 数字光纤通信系统 5.6.4 光波分复用系统的主要设备光波分复用系统的主要设备 在前面我们已经讲了光波分复用系统的主要结构, 如图5.42所示该系统的主要设备有: 光转发器(OTU)、 光合波器/分波器、光纤放大器, 这里主要介绍这几种关键的设备器件 1. 光转发器光转发器 在光波分复用系统中, 首先要把从客户来的光信号, 转换成标准波长光信号后, 再送入合波器对于开放式的WDM系统, 允许不同厂商的SDH光接口的非标准波长进入, 如图5.45中的S1,…,Sn波长光信号, 然后通过光转发器转换为标准波长 第5章 数字光纤通信系统 光转发器(OTU)即为波长转换器, 其功能是实现把非标准的波长转换为ITU-T所规范的标准波长, 即要符合G.692 要求的光接口 目前,商用的仍然是光/电/光(O/E/O)的转换方式,此种方式技术上较成熟,易于实现,由于在转换中进行了电再生处理,信号质量得到了改善从发展来看,采用光/光(O/O)变换极其有利于集成, 这种波长转换器目前尚无商用介绍，但是在研制中的却不少。
在研制中的技术主要有基于半导体光放大器的交叉增益调制(XCM)、交叉相位调制(XPM)、四波混频调制(FWM)以及布拉格反射器和双稳型LD等方法构成的全光波长变换器等 当转发器(OTU)在发送端使用时, 其作用是使SDH设备的光信号与波分复用的光信号之间完成接口转换 第5章 数字光纤通信系统 在接收端使用时, 主要实现其反变换, 把波分复用的光信号恢复为开放的SDH系列的光信号 在有再生中继器的WDM系统中也同样要经OTU转换这几种OTU, 随着在系统中应用场合情况不同, 其主要参数要求也不相同, 如表5.19所示 2. 光波分复用器和解复用器光波分复用器和解复用器 光波分复用器和解复用器如图5.47中的合波器和分波器 能将不同光源波长的光信号合在一起, 经一根光纤输出传输的器件叫合波器，又称复用器；反之, 将经一根光纤送来的多波长光信号分解为不同波长分别输出的器件叫分波器, 又称解复用器 第5章 数字光纤通信系统 第5章 数字光纤通信系统图5.47 光栅型光波分复用器结构示意图 第5章 数字光纤通信系统 光波分复用器和解复用器对系统传输质量起着决定性影响。
对它们的主要要求是: ·损耗及其偏差要小; ·信道间的干扰要小; ·通道损耗要平坦; ·偏振的相关性要低 光波分复用器和解复用器主要有介质膜滤波器、各种光栅型和星型耦合器等多种结构形式这里简单介绍一种光栅型光波分复用和解复用器, 其结构示意图如图5.47所示 第5章 数字光纤通信系统 光栅型光波分复用器与棱镜分光作用一样它是在一块能够投射或反射的平面上刻划平行且等距的沟痕,形成许多具有相同间隔的狭缝, 当含有多波长的光信号通过光栅时产生衍射, 不同成分的光信号将以不同的角度出射 光栅型光波分复用器种类较多, 图5.47为闪耀光栅型它主要由透镜和光栅组成, 一般用体积较小的自聚焦透镜, 为使器件紧凑, 使光栅直接刻划在透镜端面形成当光纤阵列的光信号输入光纤后，经幽静准直, 以等根数的平行光束射向闪耀光栅, 由于光栅的衍射作用, 不同波长的光信号以方向略有差异的各种平行光束返回透镜传输, 再经透镜聚焦后以一定规律分别注入输出光纤中 第5章 数字光纤通信系统 另外还有阵列波导光栅(AWG)型光波分复用器, 它主要采用半导体加工工艺构筑光波导结构, 如图 5.48 所示。
图 5.48 为1×8波分复用器它是根据光波导之间的功率耦合与波长、间隔、材料等特性有关, 采用半导体加工工艺制造出来的光波分复用器这种结构可以实现数十个乃至上百个波长复用与解复用AWG型光波分复用器具有波长间隔小, 信道数多, 通道平坦等优点, 适合超高速、大容量的光波分复用系统使用, 它是目前研制、 开发和应用的重点 第5章 数字光纤通信系统图5.48 1×8波分复用器 第5章 数字光纤通信系统 3. 掺铒光纤放大器掺铒光纤放大器(EDFA) 在光波分复用系统中, 光纤放大器是关键设备, 它是将光波信号直接放大的一种器件如光纤中掺铒(三阶稀土元素)而形成的掺铒光纤放大器件, 还有掺镨, 掺加等元素的光放大器 现在已经实用化而且用得较多的是掺铒光纤放大器 1) 掺铒光纤放大器(EDFA) 在石英光纤的芯层中掺入铒（Er）三价稀土元素, 形成一种特殊光纤, 在泵浦光源的激励下可放大光信号, 因此称为掺铒光纤放大器（EDFA）其主要特点是高增益、高输出、宽频带、低噪声其增益特性与偏振无关, 对传输的数据比特率与格式透明。
第5章 数字光纤通信系统 在波分复用中, 利用光纤放大器技术, 可以把该波段内的所有波长衰减的光信号同时放大在WDM的发送端用光纤放大器作功率放大器, 提高进入光纤线路放大器的功率; 在WDM的接收端解复用之前, 设置光纤放大器作为前置放大, 提高接收机灵敏度, 这是原来再生中继器无能为力的特别对于光纤接入网, 更需要光纤放大器把信号放大后才能分支到各用户终端 由于有光放大器的应用, 才使波分复用系统实用化, 也使波分复用接入网技术成为可能 2） 掺铒光纤放大器（EDFA）基本结构及工作过程 掺铒光纤放大器（EDFA）主要由掺铒光纤泵浦源、光耦合器、光隔离器等组成, 如图5.49所示 第5章 数字光纤通信系统图5.49 EDFA的基本组成 第5章 数字光纤通信系统 掺铒光纤:这里采用工作波长1550nm的光纤(掺铒元素), 掺杂的浓度根据光纤放大器的光纤长度而定, 长度越长, 掺杂浓度越小 (如长度10 m掺杂浓度为330×10-6, 长度为60～90 m掺杂浓度为30×10-6) 光泵浦源是一种能量较强的激励光源, 在此光激励下才能增强光能, 光泵浦源功率可用大功率半导体激光器提供。
光耦合器的作用是将光信号和泵浦源合在一起, 当较弱的信号光与较强的泵浦源进入掺铒光纤时, 泵浦光激活铒粒子 在信号光子的感应下, 铒离子受激辐射, 产生能级跃迁, 跃迁到基层, 将一模一样的光子注入信号光中, 完成放大作用 光隔离器的作用是抑制光反射, 以确保光放大器工作稳定 第5章 数字光纤通信系统 要使隔离大于40 dB, 一般配置两个隔离器, 一个在输入端, 以消除上段因放大的(自发)发射光信号反向传输可能引起的干扰;另一个在输出端, 保护器件免受下级的逆反射 光纤放大器的特性主要有增益特性, 输出功率和噪声特性 增益特性表明该放大器的放大能力,同一般放大器增益定义一样, 是输出与输入功率之比，通常为15～40 dB它的增益大小与许多因素有关 改变掺杂成分可改善EDFA的增益特性平坦度;采用隔离器吸收最大增益点峰值功率, 可使增益均衡, 扩大EDFA的带宽 还有其他类型的光纤放大器, 如掺镨光纤放大器（PDFA）(它对改造现有光纤通信扩容升级有现实意义), 掺铅、掺钆、 掺氟化物等光纤放大器, 现在正开发并逐步得到应用的还有半导体光放大器(SOA)。
第5章 数字光纤通信系统 5.6.5 光波分复用线路光纤光波分复用线路光纤 1. G.652、、 G.653、、 G.654、、 G.655光纤光纤 在目前的光纤通信中广泛采用的是G.652、 G.653、 G.654、 G.655G.652光纤目前称为1310 nm波长性能最佳单模光纤, 适用于1310 nm和1530 nm以下的单通路中; G.653是在1550 nm波长性能最佳的单模光纤, 此光纤零色散从1310 nm移至1530 nm工作波长, 所以又称为色散移位光纤, 也主要用在SDH系统中; G.654光纤, 称为截止波长移位的单模光纤, 主要用于海底光纤通信; G.655光纤称之为非零色散移位单模光纤, 它使零色散技术不在1550 nm, 而将移至1570 nm 及1510～1520 nm附近, 主要用于1530 nm 工作波长源, 在较长距离的波分复用中应用 第5章 数字光纤通信系统 ２２. 非零色散移位光纤（非零色散移位光纤（NE-DSF）） 由于在WDM系统中的上述光纤, 在长途传输时采用了光放大器（EDFA）, 这可能引起非线性效应, 会出现（FWM）回波混频效应，以致会引起信道回串扰。
为有效抑制FWM（回波混频效应），因而引出了另一种新型光纤——非零色散单模移位光纤（NE-DSF），它属于G.65 5 光纤改光纤改 进型, 此种光纤除零色散点移动外, 其余特性与G.655等常用光纤相同根据理论分析, DE-DSF光纤传输率至少可达 80 Gb/s以上, 而且色散距离达数百公里, 还可保持最小色散系数 目前, 世界上一些著名通信公司对NE-DSF光纤的研究开发工作很感兴趣 第5章 数字光纤通信系统 5.6.6 光波分复用的主要技术光波分复用的主要技术 1. 光源技术光源技术 在光通信中, 光信号是由光源产生的, 因此在光波分复用系统中光源占有重要的位置系统中所用的光源称做激光器, WDM系统对光源的发光波长要求精确而且稳定性要好; 激光器集成芯片的成本要低对光源的波长要进行精确的设定和控制, 必须有配套的波长监测与稳定技术目前采用的方法主要有两种:一种是温度反馈控制技术, 它是通过激光器芯片所在的热沉上的温度检测控制相应的温控电路, 达到控制波长和稳定波长的目的; 另一种是波长反馈控制法, 它是通过输出端检测光波长, 利用相应的输出电压与标准参考电压的差值来控制激光器的温度, 形成闭环控制, 使之锁定在中心波长上。
第5章 数字光纤通信系统 2. 滤光技术滤光技术 由于通信中光波分复用系统是以光波长（频率）为载体, 因而也有类似频分复用那样的滤波技术, 这里称为滤光技术 此技术在WDM系统及全光通信系统中得到了广泛应用 允许特定波长（频率）的光信号通过的器件称为滤光器如果通过滤光器的波长可调整改变, 则称该滤光器为波长可调谐滤光器 3. 色散补偿技术色散补偿技术 在SDH光通信系统中, 传输距离主要受衰减限制, 而在波分复用系统, 采用了光纤放大器之后, 衰减限制问题得以解决 第5章 数字光纤通信系统 然而，传输距离增加, 光纤色散却也随之增加，所以, 现在又提出色散问题例如，G.655(1550 nm)光纤在光中继传输时的距离（2.5 Gb/s）为4528 km, 而受色散限制, 在速率为10 Gb/s时传输距离为 283 km, 当传输速率增加为40Gb/s 时，色散增加, 此时传输距离下降到18 km 在已建立的SDH光通信系统中, 大量采用了常规G.652单模光纤由于光纤放大器EDFA工作在1530 nm, 使1530 nm窗口成为长距离、大容量光纤通信优先窗口, 而G.652光纤在1530nm工作时色散较大, 为充分利用现有资源, 在波分复用系统中仍利用此窗口。
因此, 必须采取措施解决色散问题, 其中方法之一就是采用色散补偿技术 第5章 数字光纤通信系统 色散补偿又称光均衡, 其基本原理是, 当光脉冲信号经过长距离光纤传输后, 由于色散的影响, 会使信号发生畸变这时, 可用一段色散补偿光纤来修正, 以消除畸变例如在1530 nm波段, 利用具有大的负波长色散补偿光纤（DCF)来进行有效的色散补偿, 即在已建好的1310 nm单模光纤中, 每隔一定距离, 插入长度调整好的色散补偿光纤, 对色散进行补偿, 使整个光传输线路的总色散为零人们通常把这段特殊的具有负色散的光纤称为色散补偿光纤为克服色散影响, 还可采用如色散管理技术、 色散支持传输技术以及特殊的光调制技术等 第5章 数字光纤通信系统 ４４. 光纤放大器的增益平坦技术光纤放大器的增益平坦技术 光纤放大器技术的实用化促进了WDM系统的发展, 但对于EDFA, 有一个特殊的要求——增益平坦一般的EDFA在其工作波段内有一定的增益平坦, 常用带内增益平坦度GF表示, 它是指在整个通带内最大增益与最小波长点的增益之差 当然在WDM系统中, GF越小越好, 否则由于增益的波动, 特别在多个EDFA级联后, 这种增益会产生线性积累, 当信号到达接收端时, 增益高的波长信道可使接收机过载, 而增益低的波长信道信噪比低又达不到要求, 使整个系统不能正常工作。
因此对WDM系统的每个EDFA, 规定其宽带的增益平坦度（GF）不能超过1dB 第5章 数字光纤通信系统 为了保证在WDM系统中各个EDFA增益平坦, 采取了一些特殊技术, 如选用在EDFA的增益平坦区域的波长区工作; 采用增益均衡技术; 采用光电反馈环的增益控制; 利用激光器辐射的全光控制; 利用双芯有源光纤控制等 5. 系统的监控技术系统的监控技术 设置光纤放大器的WDM系统与常规的SDH光同步传输系统不同, 在EDFA的光中继器上, 业务信号不能作上、下话路传输, 也无电接口接入, 只有光信号放大功能在SDH系统中的开销字节也没有安排对 第5章 数字光纤通信系统 A进行控制和监控的字节, 因而需增加一个电信号对EDFA工作状态进行控制另外，也要完善对WDM系统工作的监控、 管理技术, 如对部件故障的故障告警、故障定位、运行中的质量参数监控以及线路中断时备用线路的控制等一般采用的监控技术有以下几种: ① 带外波长监控技术; ② 带内波长监控技术; ③ 带内、 带外混合波长监控技术等。
监控信道的一般物理接口符合G.703要求, 信道速率为2.048 Mb/s（其通路帧结构中32时隙)可根据不同情况设计时隙作用与字节安排, 其监控信道接口参数如表5.20所示 第5章 数字光纤通信系统 第5章 数字光纤通信系统5.7 全光通信系统全光通信系统 5.7.1 全光通信系统基本概念全光通信系统基本概念 全光通信系统是一个全新的事物, 它是数字通信、 波分复用系统的更高阶段发展究竟什么是全光通信系统? 它有何特点? 人们提出了全光通信系统(即全光网)的概念: 从数字信源节点到目的点之间的传输过程都在光域内它有以下特征: ·最佳性，要通过波长选择性器件来实现路由选择, 光包交换是最佳方向 ·透明性, 光传输全部在光域内进行, 不会有电信号转换, 因此对信号有透明性(数据速率透明和信号格式透明) 第5章 数字光纤通信系统 ·系统网络结构的扩展性, 这里主要指模块化的扩展能力, 扩展用户、容量、种类等 ·可重构性, 全光系统中对光纤折断或节点损坏能作出反应, 实现恢复、 临时连接等。
·可操作性, 主要体现在对全光通信系统的管理、 维护的独有特征 全光通信系统有的也称全光网, 其分层结构模型是对它定义和研究的基础从已发布的协议(草案)已明确了在全光传送分层结构中加入了光层的建议, 它包括光信道层、光复用段层和光传输断层, 如图5.50所示 第5章 数字光纤通信系统图5.50 全光通信系统(网)分层结构 第5章 数字光纤通信系统 ① 光信道层: 主要为从PDH、 SDH复用段来的客户数字复接信息(以数字帧为基础)选择路由和分配波长; 为灵活的网络选路安排光信道连接, 处理光信道开销; 提供光信道层的检测、管理功能, 并实现业务切换和保护倒换功能 ② 光复用段层: 主要为多波长信号提供网络功能; 为多波长信号选路重新安排光复用段功能; 为多波长光复用段适配信息的完整性, 处理光复用段开销; 为网络的运行和维护提供光复用段的检测和管理功能 ③ 光传输段层: 为光信号在不同类型的光传输媒介(如G.652, G.653, G.655光纤等)上提供传输功能, 同时要实现对光放大器的检测和控制功能。
第5章 数字光纤通信系统 5.7.2 全光通信系统关键技术全光通信系统关键技术 由于全光通信系统是在光波分复用技术比较成熟的基础上发展起来的, 因此其技术特征是: 综合了原SDH系统、WDM系统以及自身的技术特点, 一般说来有以下关键技术: ① 以光波分复用系统的技术为基础 ② 光交换技术随着光波分复用系统的应用, 每秒总量达几百上千兆及太比特(Tb/s)的数字信息要由交换来处理, 由于众所周知的电子瓶颈限制问题, 通信研究人员在交换系统中引入了光子技术, 实现光交换由于有了光交换技术, 在光交换节点不经过E/O和O/E转换，不受检测器、调制器等光电器件响应速度的限制, 对比特率和调制方式透明, 可实现宽带的信号交换 第5章 数字光纤通信系统 ③ 类似于SDH系统分插复用器ADM的光分插复用技术(OADM), 在光传输系统中可方便地上、下光信号 ④ 类似于SDH系统中的光交叉连接技术“ODXC”, 在光传输系统中完成光路信号交接 ⑤ 全光通信系统技术，即组成全光网的维护、控制和管理技术, 它包括结构管理、特性管理、差错管理等技术。
第5章 数字光纤通信系统 5.7.3 全光通信网及光网拓扑全光通信网及光网拓扑 与SDH传送网的分析方法类似，由全光通信系统构筑的全光网(WDM), 一般也可用分层模型来研究 全光网的拓扑分为物理拓扑和逻辑拓扑物理拓扑是指网络节点间的物理连接关系, 它是指光节点与光纤链路的联结（集合）,是通过光波分复用系统实现与光交换、光信号源的链接 由于WDM系统的应用以及OADM、OXC和光交换设备的出现, 使各系统连接成全光网其连接方式与一般网络拓扑类型类似,可分为线型、星型、环型、树型、网孔型等 第5章 数字光纤通信系统 全光网的逻辑拓扑主要指节点之间的业务分布, 要考虑节点间业务流量、矩阵优化、流量分布及阻塞等情况还有一种是指分层结构, 对各层及层间的功能指定特定的含义, 便于在网络设计、优化时从理论上建立模型和利用计算机进行辅助设计与分析 1. 全光网的规划与设计全光网的规划与设计 全光网的规划与设计应根据网络用户业务的需求, 确定网络的配置, 其中包括光纤（光缆）对数, 光交叉节点连接, 光纤放大器以及光波分插复用设备等。
在规划设计时, 一方面要优化, 使网络的光纤传输对数及交叉连接节点最少; 另一方面要进行网络的保护与恢复, 这是保证全光通信网正常运转的重要手段, 也是在全光网规划与设计中要认真考虑的问题 第5章 数字光纤通信系统 全光网保护与恢复的方法较多, 主要表现在光线路故障的保护与恢复和光通道(光电器件)故障的保护与恢复, 具体分析与SDH网络类似在多种网络拓扑结构上具有较强保护和恢复功能的网络主要是如图 5.34所示的具有重建功能的环型网络 此网络保持了较高的生存性, 其自身具有自愈功能, 因此在WDM全光通信系统组网中得到了广泛的应用与SDH光同步数字环网相比, 这里的交叉连接设备为光交换设备(OXC), 分插复用设备为光分插复用设备(OADM), 其组成原理如图5.51所示它们可分为单纤环、 双纤环和四纤环等 第5章 数字光纤通信系统图5.51 利用OADM组成的环 第5章 数字光纤通信系统 采用环网的全光通信网络要使环路正确实施保护, 还要注意以下一些问题: 第一, 在什么情况下实施倒换如在光纤断裂(无光), 光传输质量太差致使接收信号误码率等指标不符合要求时应实施倒换。
第二, 倒换的协调问题主要解决在需要倒换的情况下, 如何实施倒换才能使网中的传输通道顺畅，倒换节点动作协调 第三, 光传送功率的管理问题因为是全光网, 在环网故障中要倒换, 调配光通道、光节点, 而发送光功率及光放大功率, 都与通路和节点发送光功率密切相关, 因此, 对全光网中的设备, 如光发送、光接收、光放大等性能功率要进行控制, 因而必须加强这方面的管理, 其具体内容可参阅其他专著 第5章 数字光纤通信系统 2. 全光网的管理全光网的管理 全光网的网络管理与SDH相比有其自己的特点和特殊要求: ① 在全光网中, 用户信息的传送/复用/选路/监视等处理功能都要在光域内进行, 因此光网络的管理方式必须适合光层管理的特点 ② 在全光网中, 节点设备由于有OXC和OADM,因此应引入对这些设备的管理实体 ③ 由于全光网的协议透明性, 在单一的物理构架中可同时存在多种形式的协议流, 光网络中的协议无法预知, 因此全光网络需要自己的网络管理信息结构和开销方案 第5章 数字光纤通信系统 ④ 由于全光网络要实用, 必须支持各种传送业务, 那么对WTM全光网络管理必须考虑与现已建立的SDH/ATM传送网的兼容、配合问题。
根据以上要求, 参照电信管理网TMN系统结构来设计全光网的管理系统, 其系统结构如图5.52所示此系统采用数据网来传送网管信息, 它与光的传输网本身分开, 通过ITU-T协议的数据通信网(DCN)， 如G.773中X.25协议等来进行 连 接 此 网 管 系 统 不 仅 提 供 了 全 光 网 络 与 光 设 备（OXC/OADM）等网管功能, 而且还能实现网络的操作系统与网元之间的通信功能在操作系统和网络单元之间通过Q3接口进行连接 第5章 数字光纤通信系统图5.52 全光网管理系统结构 第5章 数字光纤通信系统 5.7.4 IP over WDM(全光因特网全光因特网) 随着Internet技术的发展, IP业务的实用化技术研究进展神速IP over ATM已经商用, 我国的IP over SDH技术协议标准（武汉光通信研究院制订）已被ITU-T采纳为国际IP over SDH标准美国在1998年就宣布建设“IP over DWDM”光因特网, 目前已实现了美国提出的全球基础设施GII战略为解决全球Internet宽带业务, IP over WDM将大大改变世界的通信面貌IP over WDM称为光因特网或优化光互连网, 这是新一代的WDM系统, 如图5.53所示。
是IP数据网与WDM全光网的结合, 是以高性能路由器通过光分插复用器（OADM）或光分复用器（WDM）直接接入WDM全光网中, 以实现IP数据包直接在多波长光路上的传输 第5章 数字光纤通信系统图5.53 光互连网体结构 第5章 数字光纤通信系统 全光网（IPover WDM）的分层模型如图5.54所示, 大体上分为应用层、网络层、物理层 其中，应用层一般指IP多媒体业务; 物理层都是用成熟的光纤为媒介; 网络层完成把多媒体信号都集中到IP数据包中, 再以IP的格式适配进入WDM物理层在光纤上直接运行IP数据包, 省去了中间的ATM及SDH设备, 可以与IP的不对称业务量特性相匹配这样可以充分利用宽带, 大大节省网络运营成本, 从而间接地降低了用户使用多媒体IP业务的费用这是一种发展中的最直接、最简单、最经济的IP网络体系结构, 特别适用于超大型的IP骨干网 第5章 数字光纤通信系统图5.54 IP over WDM分层模型 第5章 数字光纤通信系统 全光互连网是一个发展中的全新技术, 它与现行的SDH网、 WDM系统和WDM的联系是不能割断的。
由用户IP的光信号至整个网络的传送, 涉及的领域很广泛, 因此, IP进入光网的分层是可以重叠的下面为IP进入光传输层的实现过程: 由IP→ATM→SDH→光网 由IP→SDH→光网 由IP→光网 由上可见， 技术的发展不是跳跃式的, 而是逐渐地弃旧迎新, 发展到由IP直接进入光网, 与原来的网络会共存一段时间 第5章 数字光纤通信系统 但由于IP直接进入光网将大大降低成本、降低用户费用，这个竞争筹码促使世界各大公司都对此开展研究, 特别是光通信领域的光器件受限是要首先研究的难题，目前具有光功能的光器件还不能达到微电子器件的同等效能其中急需解决的问题有全光交换机、全光分插复用、光交叉连接、各种光接口, 以及网络的生存, 全光网的管理及光集成技术领域等最新技术。
