有線傳輸工程綜述

1、WTIWireless Technology Innovation Institute1BUPT通信工程師通信工程師 有線傳輸工程有線傳輸工程WTIWireless Technology Innovation Institute2概概 要要 光纖通信基本理論 光纖通信的發(fā)展及特點 基本光纖系統(tǒng)組成 光發(fā)送機、光接收機 光檢測器、光放大器 光傳送網(wǎng)技術 光層連網(wǎng)概述 同步數(shù)字(SDH)傳送網(wǎng)技術 WDM光傳送網(wǎng)絡 WDM光傳送網(wǎng)絡基本概念 波分復用光纖網(wǎng)絡特點WTIWireless Technology Innovation Institute3光纖通信基本理論光纖通信基本理論WTIWirele

2、ss Technology Innovation Institute4 (1) 光纖通信是以光作為信息載體，以光纖作為傳輸媒介的通信光纖通信是以光作為信息載體，以光纖作為傳輸媒介的通信方式。方式。光纖通信技術是光纖通信技術是30年來迅猛發(fā)展起來的高新技術，給世界年來迅猛發(fā)展起來的高新技術，給世界通信技術乃至國民經(jīng)濟、國防事業(yè)和人民生活帶來了巨大變革。通信技術乃至國民經(jīng)濟、國防事業(yè)和人民生活帶來了巨大變革。l 1966年，英籍華人高錕（年，英籍華人高錕（C. K. Kao)預見利用玻璃可以制成衰預見利用玻璃可以制成衰減為減為20dB/Km的通信光導纖維（即光纖）。當時世界上最優(yōu)秀的通信光導纖維（

3、即光纖）。當時世界上最優(yōu)秀的光學玻璃衰減高達的光學玻璃衰減高達1000dB/Km。l1970年，美國康寧（年，美國康寧（Corning）公司首先研制成衰減為）公司首先研制成衰減為20dB/Km的光的光纖。從此，光纖就進入了實用化的發(fā)展階段，世界各國紛紛開展光纖纖。從此，光纖就進入了實用化的發(fā)展階段，世界各國紛紛開展光纖通信的研究。通信的研究。WTIWireless Technology Innovation Institute5l高錕博士早就指出降低玻璃內(nèi)的過渡金屬雜質(zhì)離子是降低光纖高錕博士早就指出降低玻璃內(nèi)的過渡金屬雜質(zhì)離子是降低光纖衰耗的主要因素，后來研究發(fā)現(xiàn)衰耗的主要因素，后來研究發(fā)現(xiàn)O

4、H離子對衰耗也有重要影響，離子對衰耗也有重要影響，通過限制上面兩方面的雜質(zhì)離子，通過限制上面兩方面的雜質(zhì)離子，1980年，光纖衰減就降低到年，光纖衰減就降低到了了0.2dB/Km，接近理論值。，接近理論值。這就使得長距離的光纖通信成為這就使得長距離的光纖通信成為可能，這在光纖通信史上具有里程碑的意義?？赡埽@在光纖通信史上具有里程碑的意義。l我國目前也有相當多的公司可以拉制性能很好的通信光纖，比我國目前也有相當多的公司可以拉制性能很好的通信光纖，比如長飛、大唐電信等等。如長飛、大唐電信等等。l不同種類的光纖也相繼研發(fā)出來，比如不同種類的光纖也相繼研發(fā)出來，比如色散位移光纖、保偏光色散位移光纖、

5、保偏光纖、摻雜光纖、塑料光纖、光子晶體光纖等等。纖、摻雜光纖、塑料光纖、光子晶體光纖等等。WTIWireless Technology Innovation Institute6l 目前，半導體激光器不僅可以在室溫下工作，而且其直目前，半導體激光器不僅可以在室溫下工作，而且其直接調(diào)制速率可以達到接調(diào)制速率可以達到10Gbit/s乃至更高，逐漸滿足了高乃至更高，逐漸滿足了高效率、高速率、低啁啾、大功率、長壽命等要求。光纖效率、高速率、低啁啾、大功率、長壽命等要求。光纖與光源的逐年進步解決了衰減和色散問題，其結(jié)果是增與光源的逐年進步解決了衰減和色散問題，其結(jié)果是增加了光纖系統(tǒng)的通信容量。加了光纖系

6、統(tǒng)的通信容量。l 光探測器發(fā)展異常迅速。光探測器發(fā)展異常迅速。 (2)光纖通信系統(tǒng)中使用的光源經(jīng)歷了從發(fā)光二極管到半導光纖通信系統(tǒng)中使用的光源經(jīng)歷了從發(fā)光二極管到半導體激光器的進步。光探測器也達到了體激光器的進步。光探測器也達到了GHz的響應靈敏度。的響應靈敏度。WTIWireless Technology Innovation Institute7l 光放大器都是由增益介質(zhì)、能源、輸入輸出耦合結(jié)構(gòu)組成。根光放大器都是由增益介質(zhì)、能源、輸入輸出耦合結(jié)構(gòu)組成。根據(jù)增益介質(zhì)的不同，目前主要有兩類光放大器：據(jù)增益介質(zhì)的不同，目前主要有兩類光放大器： (3) 90年代初，光放大器的問世引起了光纖通信技

7、術的重大年代初，光放大器的問世引起了光纖通信技術的重大變革，這在光通信史上具有里程碑的意義。它節(jié)省了光電變換變革，這在光通信史上具有里程碑的意義。它節(jié)省了光電變換的中繼過程，而且實現(xiàn)了波長透明、速率透明和調(diào)制方式透明的中繼過程，而且實現(xiàn)了波長透明、速率透明和調(diào)制方式透明的光信號放大，從而誕生了采用波分復用（的光信號放大，從而誕生了采用波分復用（WDM）技術的新）技術的新一代光纖系統(tǒng)商用化。一代光纖系統(tǒng)商用化。 一類是用活性介質(zhì)一類是用活性介質(zhì)，如半導體材料和摻稀土元素（如，如半導體材料和摻稀土元素（如Nd，Sm， Ho，Er，Pr，Tm和和Yb）的光纖，利用受激輻射機制實）的光纖，利用受激輻射

8、機制實現(xiàn)光的直接放大，如半導體激光放大器和摻雜光纖放大器；現(xiàn)光的直接放大，如半導體激光放大器和摻雜光纖放大器；一類是基于光纖的非線性效應一類是基于光纖的非線性效應，利用受激散射機制實現(xiàn)光的直，利用受激散射機制實現(xiàn)光的直接放大，如光纖喇曼放大器和光纖布里淵放大器。接放大，如光纖喇曼放大器和光纖布里淵放大器。WTIWireless Technology Innovation Institute8l 在光纖放大器被新一代波分復用系統(tǒng)廣泛使用的同時，光纖放大器在光纖放大器被新一代波分復用系統(tǒng)廣泛使用的同時，光纖放大器的研究和開發(fā)也在不斷進步。的研究和開發(fā)也在不斷進步。l 最近五年，技術上已經(jīng)成熟的多種

9、類型的光放大器（最近五年，技術上已經(jīng)成熟的多種類型的光放大器（EDFA、GS-EDFA、TDFA、GS-TDFA和和RFA）已經(jīng)覆蓋了）已經(jīng)覆蓋了1365-1650nm波長范波長范圍，使得在上述范圍內(nèi)實施波分復用成為可能。圍，使得在上述范圍內(nèi)實施波分復用成為可能。l 拉曼放大器（拉曼放大器（RA）利用了光纖中的拉曼散射效應實現(xiàn)光信號的放大。）利用了光纖中的拉曼散射效應實現(xiàn)光信號的放大。由于受激拉曼散射效應的閾值很高，隨作近年來大功率半導體激光器由于受激拉曼散射效應的閾值很高，隨作近年來大功率半導體激光器的研制成功，這項光放大技術已經(jīng)開始走向?qū)嵱谩５难兄瞥晒?，這項光放大技術已經(jīng)開始走向?qū)嵱?。l光

10、通信窗口新的劃分：光通信窗口新的劃分：1570-1604nm稱為稱為L波段，短于波段，短于1525nm的波的波長范圍稱為長范圍稱為S波段，這個波段因為全波光纖的研制成功可以擴展到波段，這個波段因為全波光纖的研制成功可以擴展到1365nm。這兩個波段又可以分別稱為光通信的第。這兩個波段又可以分別稱為光通信的第4窗口和第窗口和第5窗口。窗口。WTIWireless Technology Innovation Institute9 工作波長為工作波長為0.85m多模光纖光通信系統(tǒng)；多模光纖光通信系統(tǒng)； 工作波長為工作波長為1.3m多模光纖光通信系統(tǒng)和單模光纖光通信系統(tǒng)；多模光纖光通信系統(tǒng)和單模光纖光

11、通信系統(tǒng)； 工作波長為工作波長為1.55m單模光纖光通信系統(tǒng)。而色散位移光纖（單模光纖光通信系統(tǒng)。而色散位移光纖（DSF，G.653）是應用于第三代光纖通信系統(tǒng)的一項重要成就。普通單模）是應用于第三代光纖通信系統(tǒng)的一項重要成就。普通單模光纖的零色散點在光纖的零色散點在1.31m附近，色散位移光纖將零色散點從附近，色散位移光纖將零色散點從1.31m移到移到1.55m，有效地解決了，有效地解決了1.55m光通信系統(tǒng)的色散問光通信系統(tǒng)的色散問題。題。 總之，在數(shù)十年的發(fā)展過程中，光纖通信系統(tǒng)經(jīng)歷了三代：總之，在數(shù)十年的發(fā)展過程中，光纖通信系統(tǒng)經(jīng)歷了三代：WTIWireless Technology

12、Innovation Institute10lSDH網(wǎng)絡可以算是第一代的光網(wǎng)絡，它的特點是以點到點波分復用網(wǎng)絡可以算是第一代的光網(wǎng)絡，它的特點是以點到點波分復用（WDM）傳輸系統(tǒng)為基礎，提供大容量、長距離、高可靠的業(yè)務傳送，）傳輸系統(tǒng)為基礎，提供大容量、長距離、高可靠的業(yè)務傳送，但所有的交換和選路在電層實現(xiàn)。但所有的交換和選路在電層實現(xiàn)。90年代中期發(fā)展的密集波分復用年代中期發(fā)展的密集波分復用（DWDM）光網(wǎng)絡技術進一步挖掘了光纖的帶寬潛力，提高了網(wǎng)絡的）光網(wǎng)絡技術進一步挖掘了光纖的帶寬潛力，提高了網(wǎng)絡的傳輸性能，但在聯(lián)網(wǎng)技術上沒有實現(xiàn)統(tǒng)一傳輸性能，但在聯(lián)網(wǎng)技術上沒有實現(xiàn)統(tǒng)一 lITU-T于上

13、世紀末提出的光傳送網(wǎng)（于上世紀末提出的光傳送網(wǎng)（OTN）可以認為是第二代光網(wǎng)絡，）可以認為是第二代光網(wǎng)絡，主要特點是在光層實現(xiàn)交換、選路等功能，從而成為真正意義上的主要特點是在光層實現(xiàn)交換、選路等功能，從而成為真正意義上的“光光”網(wǎng)絡。光分插復用器（網(wǎng)絡。光分插復用器（OADM）、光交叉連接器（）、光交叉連接器（OXC）等光）等光節(jié)點技術的成熟為節(jié)點技術的成熟為OTN的發(fā)展鋪平了道路，光網(wǎng)絡的拓撲形式從環(huán)網(wǎng)的發(fā)展鋪平了道路，光網(wǎng)絡的拓撲形式從環(huán)網(wǎng)向格形網(wǎng)演化，一些復雜的網(wǎng)絡功能（如保護和恢復）也得以實現(xiàn)。向格形網(wǎng)演化，一些復雜的網(wǎng)絡功能（如保護和恢復）也得以實現(xiàn)。目前，實際中的光網(wǎng)絡發(fā)展到了這

14、一階段目前，實際中的光網(wǎng)絡發(fā)展到了這一階段 光網(wǎng)絡技術的發(fā)展光網(wǎng)絡技術的發(fā)展-典型的光網(wǎng)絡技術：典型的光網(wǎng)絡技術：WTIWireless Technology Innovation Institute11l當前，國際電聯(lián)（當前，國際電聯(lián)（ITU-T）最先在）最先在2000年年3月的月的ITU-T SG 13會議上提會議上提出醞釀并提出了出醞釀并提出了“自動交換光網(wǎng)絡（自動交換光網(wǎng)絡（ASON）”的概念，其核心思想的概念，其核心思想是在光網(wǎng)絡中引入獨立的控制層面?；ヂ?lián)網(wǎng)工程任務組（是在光網(wǎng)絡中引入獨立的控制層面?；ヂ?lián)網(wǎng)工程任務組（IETF）將多）將多協(xié)議標簽交換（協(xié)議標簽交換（MPLS）技術與光

15、交換技術的有機結(jié)合，發(fā)展了通用）技術與光交換技術的有機結(jié)合，發(fā)展了通用多協(xié)議標簽交換（多協(xié)議標簽交換（GMPLS）技術，其實質(zhì)是想將日益成熟的）技術，其實質(zhì)是想將日益成熟的IP協(xié)議族協(xié)議族的應用于光網(wǎng)絡。這些不謀而合的舉措顯示了光網(wǎng)絡朝著智能化方向的應用于光網(wǎng)絡。這些不謀而合的舉措顯示了光網(wǎng)絡朝著智能化方向發(fā)展的一個新趨勢。光傳送網(wǎng)由于發(fā)展的一個新趨勢。光傳送網(wǎng)由于ASON的引入，其分層模型從傳統(tǒng)的引入，其分層模型從傳統(tǒng)的兩層結(jié)構(gòu)（管理平面和傳送平面），引入一個控制面，從而進化成的兩層結(jié)構(gòu)（管理平面和傳送平面），引入一個控制面，從而進化成三層（控制平面三層（控制平面/管理平面管理平面/傳送平面

16、），控制平面具有了傳統(tǒng)光傳送網(wǎng)傳送平面），控制平面具有了傳統(tǒng)光傳送網(wǎng)管理面的智能控制，業(yè)務提供由集中式人工配置演變?yōu)榉植际阶詣犹峁芾砻娴闹悄芸刂?，業(yè)務提供由集中式人工配置演變?yōu)榉植际阶詣犹峁┕?WTIWireless Technology Innovation Institute12l頻帶寬，通信容量大。頻帶寬，通信容量大。 光纖可利用的帶寬約為光纖可利用的帶寬約為50000GHz，1987年年投入使用的投入使用的1.7Gb/s光纖通信系統(tǒng)，一對光纖能同時傳輸光纖通信系統(tǒng)，一對光纖能同時傳輸24192路電路電話，話，2.4Gb/s系統(tǒng)，能同時傳輸系統(tǒng)，能同時傳輸30000多路電話。頻帶寬，對于

17、傳輸多路電話。頻帶寬，對于傳輸各種寬頻帶信息具有十分重要的意義，否則，無法滿足未來寬帶綜各種寬頻帶信息具有十分重要的意義，否則，無法滿足未來寬帶綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)(B-ISDN)發(fā)展的需要。發(fā)展的需要。l損耗低，中繼距離長。損耗低，中繼距離長。 目前實用石英光纖的損耗可低于目前實用石英光纖的損耗可低于0.2dB/km，比其它任何傳輸介質(zhì)的損耗都低，若將來采用非石英系極低損耗光比其它任何傳輸介質(zhì)的損耗都低，若將來采用非石英系極低損耗光纖，其理論分析損耗可下降至纖，其理論分析損耗可下降至10-9 dB/km。由于光纖的損耗低，所。由于光纖的損耗低，所以能實現(xiàn)中繼距離長，由石英光纖組成的光纖

18、通信系統(tǒng)最大中繼距以能實現(xiàn)中繼距離長，由石英光纖組成的光纖通信系統(tǒng)最大中繼距離可達離可達200多千米，由非石英系極低損耗光纖組成的通信系統(tǒng)，其最多千米，由非石英系極低損耗光纖組成的通信系統(tǒng)，其最大中繼距離則可達數(shù)千甚至數(shù)萬千米，這對于降低海底通信的成本、大中繼距離則可達數(shù)千甚至數(shù)萬千米，這對于降低海底通信的成本、提高可靠性和穩(wěn)定性具有特別的意義。提高可靠性和穩(wěn)定性具有特別的意義。 現(xiàn)代通信網(wǎng)的三大支柱是光纖通信、衛(wèi)星通信和無線電通信，而其現(xiàn)代通信網(wǎng)的三大支柱是光纖通信、衛(wèi)星通信和無線電通信，而其中光纖通信是主體，這是因為光纖通信本身具有許多突出的中光纖通信是主體，這是因為光纖通信本身具有許多突

19、出的優(yōu)點優(yōu)點：光通信技術特點光通信技術特點WTIWireless Technology Innovation Institute13l抗電磁干擾?？闺姶鸥蓴_。 光纖是絕緣體材料，它不受自然界的雷電干擾、電離層光纖是絕緣體材料，它不受自然界的雷電干擾、電離層的變化和太陽黑子活動的干擾，也不受電氣化鐵路饋電線和高壓設備的變化和太陽黑子活動的干擾，也不受電氣化鐵路饋電線和高壓設備等工業(yè)電器的干擾，還可用它與高壓輸電線平行架設或與電力導體復等工業(yè)電器的干擾，還可用它與高壓輸電線平行架設或與電力導體復合構(gòu)成復合光纜。合構(gòu)成復合光纜。l無串音干擾，保密性好。無串音干擾，保密性好。 光波在光纜中傳輸，很難從

20、光纖中泄漏出來，光波在光纜中傳輸，很難從光纖中泄漏出來，即使在轉(zhuǎn)彎處，彎曲半徑很小時，漏出的光波也十分微弱，若在光纖即使在轉(zhuǎn)彎處，彎曲半徑很小時，漏出的光波也十分微弱，若在光纖或光纜的表面涂上一層消光劑效果更好，這樣，即使光纜內(nèi)光纖總數(shù)或光纜的表面涂上一層消光劑效果更好，這樣，即使光纜內(nèi)光纖總數(shù)很多，也可實現(xiàn)無串音干擾，在光纜外面，也無法竊聽到光纖中傳輸很多，也可實現(xiàn)無串音干擾，在光纜外面，也無法竊聽到光纖中傳輸?shù)男畔?。的信息。l光纖線徑細、重量輕、柔軟。光纖線徑細、重量輕、柔軟。 光纖的芯徑很細，約為光纖的芯徑很細，約為0.1mm，它只，它只有單管同軸電纜的百分之一；光纜的直徑也很小，有單管

21、同軸電纜的百分之一；光纜的直徑也很小，8芯光纜的橫截面芯光纜的橫截面直徑約為直徑約為10mm，而標準同軸電纜為，而標準同軸電纜為47mm。利用光纖這一特點，使。利用光纖這一特點，使傳輸系統(tǒng)所占空間小，解決地下管道擁擠的問題，節(jié)約地下管道建設傳輸系統(tǒng)所占空間小，解決地下管道擁擠的問題，節(jié)約地下管道建設投資。此外，光纖的重量輕，光纜的重量比電纜輕得多，例如投資。此外，光纖的重量輕，光纜的重量比電纜輕得多，例如18管同管同軸電纜軸電纜1m的重量為的重量為11kg，而同等容量的光纜，而同等容量的光纜1m重只有重只有90g，這對于，這對于在飛機、宇宙飛船和人造衛(wèi)星上使用光纖通信更具有重要意義。在飛機、宇

22、宙飛船和人造衛(wèi)星上使用光纖通信更具有重要意義。WTIWireless Technology Innovation Institute14l光纖的原材料資源豐富，用光纖可節(jié)約金屬材料。光纖的原材料資源豐富，用光纖可節(jié)約金屬材料。 光纖的材料主要是光纖的材料主要是石英石英(二氣化硅二氣化硅)，地球上有取之不盡用之不竭的原材料，而電纜的主，地球上有取之不盡用之不竭的原材料，而電纜的主要材料是銅，世界上銅的儲藏量并不多，用光纖取代電纜，則可節(jié)約要材料是銅，世界上銅的儲藏量并不多，用光纖取代電纜，則可節(jié)約大量的金屬材料，具有合理使用地球資源的重大意義。光纖除具有以大量的金屬材料，具有合理使用地球資源的重

23、大意義。光纖除具有以上突出的優(yōu)點外，還具有耐腐蝕力強、抗核幅射、能源消耗小等優(yōu)點，上突出的優(yōu)點外，還具有耐腐蝕力強、抗核幅射、能源消耗小等優(yōu)點，其缺點是質(zhì)地脆、機械強度低，連接比較困難，分路、耦合不方便，其缺點是質(zhì)地脆、機械強度低，連接比較困難，分路、耦合不方便，彎曲半徑不宜太小等。這些缺點在技術上都是可以克服的，它不影響彎曲半徑不宜太小等。這些缺點在技術上都是可以克服的，它不影響光纖通信的實用。近年來，光纖通信發(fā)展很快，它已深刻地改變了電光纖通信的實用。近年來，光纖通信發(fā)展很快，它已深刻地改變了電信網(wǎng)的面貌，成為現(xiàn)代信息社會最堅實的基礎，并向我們展現(xiàn)了無限信網(wǎng)的面貌，成為現(xiàn)代信息社會最堅實的

24、基礎，并向我們展現(xiàn)了無限美好的未來。美好的未來。光纖通信時也具有如下缺點：光纖通信時也具有如下缺點：l光纖彎曲半徑不宜過??；光纖彎曲半徑不宜過??；l光纖的切斷和連接操作相對復雜；光纖的切斷和連接操作相對復雜；l 分路、耦合相對麻煩。分路、耦合相對麻煩。WTIWireless Technology Innovation Institute15信號光發(fā)射機光源中繼器檢測器光接收機信號電E/光O轉(zhuǎn)換光纖光O/電E轉(zhuǎn)換發(fā)送單元傳輸單元接收單元連接器件基本光纖系統(tǒng)組成WTIWireless Technology Innovation Institute16電發(fā)射機：電發(fā)射機：對來自信息源的信號進行處理，

25、如模對來自信息源的信號進行處理，如模/數(shù)轉(zhuǎn)換、多路復用等數(shù)轉(zhuǎn)換、多路復用等 。光發(fā)射機：光發(fā)射機：對光源的光載波進行調(diào)制，將電信號轉(zhuǎn)換成光信號，并耦合到光纖中去對光源的光載波進行調(diào)制，將電信號轉(zhuǎn)換成光信號，并耦合到光纖中去 。光纖光纜線路：光纖光纜線路：進行光信號的傳輸進行光信號的傳輸 中繼器：中繼器：把經(jīng)過衰減和畸變的光信號放大、整形、再生成一定長度的光信號，送入把經(jīng)過衰減和畸變的光信號放大、整形、再生成一定長度的光信號，送入光纖繼續(xù)傳輸，以保證整個系統(tǒng)的通信質(zhì)量光纖繼續(xù)傳輸，以保證整個系統(tǒng)的通信質(zhì)量 光接收機：光接收機：對經(jīng)過光纖傳輸過來的微弱光信號進行檢測，把光轉(zhuǎn)化為電信號，并對電對經(jīng)過

26、光纖傳輸過來的微弱光信號進行檢測，把光轉(zhuǎn)化為電信號，并對電信號進行放大、整形、再生后，輸入到電接收端機信號進行放大、整形、再生后，輸入到電接收端機 。 電接收機：電接收機：負責將光信號恢復成信息源的原信號負責將光信號恢復成信息源的原信號 。WTIWireless Technology Innovation Institute17 光纖的結(jié)構(gòu)光纖的結(jié)構(gòu) 纖芯纖芯 ：折射率較高，用來傳送光；：折射率較高，用來傳送光； 包層包層 ：折射率較低，與纖芯一起形成全反射；：折射率較低，與纖芯一起形成全反射； 保護套保護套 ：強度大，能承受較大沖擊，保護光纖。：強度大，能承受較大沖擊，保護光纖。纖芯纖芯包層

27、包層保護套保護套WTIWireless Technology Innovation Institute18光檢測器光檢測器是把光信號轉(zhuǎn)化為電信號的器件。光檢測器是把光信號轉(zhuǎn)化為電信號的器件。由于從光纖中傳輸過來的光信號一般非由于從光纖中傳輸過來的光信號一般非常微弱且產(chǎn)生了畸變，因此光通信系統(tǒng)常微弱且產(chǎn)生了畸變，因此光通信系統(tǒng)對光檢測器提出很高的要求。對光檢測器提出很高的要求。受激吸收是光檢測器的基本工作原理！受激吸收是光檢測器的基本工作原理！WTIWireless Technology Innovation Institute19l 光纖放大器l 半導體光放大器(SOA)WTIWireless

28、 Technology Innovation Institute20光傳送網(wǎng)技術光傳送網(wǎng)技術WTIWireless Technology Innovation Institute21光傳送網(wǎng)技術19981998年，年，ITU-TITU-T正式提出光傳送網(wǎng)（正式提出光傳送網(wǎng)（OTNOTN）的概念。從功能上看，的概念。從功能上看，OTNOTN的出發(fā)點是的出發(fā)點是在子網(wǎng)內(nèi)實現(xiàn)透明的光傳輸，在子網(wǎng)邊在子網(wǎng)內(nèi)實現(xiàn)透明的光傳輸，在子網(wǎng)邊界處采用光界處采用光/ /電電/ /光（光（O/E/OO/E/O）的再生技）的再生技術，從而構(gòu)成一個完整的光網(wǎng)絡術，從而構(gòu)成一個完整的光網(wǎng)絡 WTIWireless Tec

29、hnology Innovation Institute22光層連網(wǎng)概述v 支持網(wǎng)絡可重構(gòu)性，允許根據(jù)業(yè)務需求變化動態(tài)配置網(wǎng)絡邏輯拓撲支持網(wǎng)絡可重構(gòu)性，允許根據(jù)業(yè)務需求變化動態(tài)配置網(wǎng)絡邏輯拓撲v 消除電子設備引入的帶寬瓶頸，大大提高傳送網(wǎng)的吞吐容量消除電子設備引入的帶寬瓶頸，大大提高傳送網(wǎng)的吞吐容量v 允許旁路非落地業(yè)務，降低對節(jié)點路由器規(guī)模的要求允許旁路非落地業(yè)務，降低對節(jié)點路由器規(guī)模的要求v 提供了透明的光傳送平臺，允許互連任何新老系統(tǒng)和制式的信號提供了透明的光傳送平臺，允許互連任何新老系統(tǒng)和制式的信號v 采用合理的網(wǎng)絡分層技術減少建網(wǎng)成本和維護管理成本采用合理的網(wǎng)絡分層技術減少建網(wǎng)成本和

30、維護管理成本v 同時實現(xiàn)光層和數(shù)據(jù)業(yè)務層在不同粒度上的聯(lián)網(wǎng)，可以增強網(wǎng)絡整體資同時實現(xiàn)光層和數(shù)據(jù)業(yè)務層在不同粒度上的聯(lián)網(wǎng)，可以增強網(wǎng)絡整體資源利用率與組網(wǎng)靈活性源利用率與組網(wǎng)靈活性v 實現(xiàn)以波長為基礎的快速故障保護與自動恢復，保證光層服務質(zhì)量（實現(xiàn)以波長為基礎的快速故障保護與自動恢復，保證光層服務質(zhì)量（QoSQoS）v 支持網(wǎng)絡可擴展性，允許隨節(jié)點數(shù)目和業(yè)務量增長平滑升級現(xiàn)有網(wǎng)絡支持網(wǎng)絡可擴展性，允許隨節(jié)點數(shù)目和業(yè)務量增長平滑升級現(xiàn)有網(wǎng)絡v 網(wǎng)絡可靠性高、可維護性好，便于開通基于波長或光纖級別的新業(yè)務網(wǎng)絡可靠性高、可維護性好，便于開通基于波長或光纖級別的新業(yè)務WTIWireless Techn

31、ology Innovation Institute23OTN的分層網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)根據(jù)傳送網(wǎng)的通用原則，根據(jù)傳送網(wǎng)的通用原則，OTN被分被分解為若干獨立的層網(wǎng)絡，為反解為若干獨立的層網(wǎng)絡，為反映其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，每一層網(wǎng)絡又映其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，每一層網(wǎng)絡又可分割成不同子網(wǎng)和子網(wǎng)間鏈可分割成不同子網(wǎng)和子網(wǎng)間鏈路這種面向子層的劃分方案既路這種面向子層的劃分方案既是出于多協(xié)議業(yè)務適配到光網(wǎng)是出于多協(xié)議業(yè)務適配到光網(wǎng)絡傳輸?shù)膶嶋H需要，也是考慮絡傳輸?shù)膶嶋H需要，也是考慮到網(wǎng)絡維護管理的簡單性而得到網(wǎng)絡維護管理的簡單性而得出的必然結(jié)果出的必然結(jié)果 其中基于數(shù)字包封技術的其中基于數(shù)字包封技術的OCH層又層又可細分為光信道的凈

32、荷單元可細分為光信道的凈荷單元（OPU）、數(shù)據(jù)單元（）、數(shù)據(jù)單元（ODU）和傳輸單元（和傳輸單元（OTU）。）。OTN的分層結(jié)構(gòu)WTIWireless Technology Innovation Institute24 WTIWireless Technology Innovation Institute25波長路由透明性網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的擴展性可重構(gòu)型可擴容性可操作性可靠性和可維護性光傳送網(wǎng)的特點光傳送網(wǎng)的特點WTIWireless Technology Innovation Institute26光分插復用技術（OADM）l分波+空間交換單元+合波器光交叉連接技術（OXC）l空間交換l波長交換光傳

33、送網(wǎng)的節(jié)點技術光傳送網(wǎng)的節(jié)點技術WTIWireless Technology Innovation Institute27OTN管理通道 管理通道的傳輸方法 管理通道有兩種傳送方法，即中繼和透明傳送方法。所謂中繼傳送方法即管理通道信息在中繼段的線路光放大器上終結(jié)，然后再向下傳送；而透明傳送方法則是管理通道信息在中繼段的線路光放大器上不終結(jié)，直接向下傳送，直至下一個節(jié)點終結(jié) WTIWireless Technology Innovation Institute28同步數(shù)字同步數(shù)字(SDH)傳送網(wǎng)技術傳送網(wǎng)技術WTIWireless Technology Innovation Institute2

34、9 PDHPDH的特點與存在的主要問題的特點與存在的主要問題 面向話音業(yè)務面向話音業(yè)務 適合點對點傳輸適合點對點傳輸 存在多種地區(qū)性標準存在多種地區(qū)性標準 異步復用，逐級復接異步復用，逐級復接 不具備統(tǒng)一的光接口不具備統(tǒng)一的光接口 開銷缺乏，網(wǎng)管有限開銷缺乏，網(wǎng)管有限SDH技術概述WTIWireless Technology Innovation Institute302.SDH2.SDH的產(chǎn)生的產(chǎn)生 SDHSDH的研究工作始于的研究工作始于19861986年，其目的是建立光纖通信的用年，其目的是建立光纖通信的用標準，通過一組網(wǎng)絡單元提供一個經(jīng)濟、簡單、靈活的網(wǎng)絡應標準，通過一組網(wǎng)絡單元提供一

35、個經(jīng)濟、簡單、靈活的網(wǎng)絡應用。用。 美國貝爾通信研究所最先提出了光同步傳輸網(wǎng)概念，并稱美國貝爾通信研究所最先提出了光同步傳輸網(wǎng)概念，并稱之為同步光網(wǎng)絡（之為同步光網(wǎng)絡（SONETSONET）。）。 19881988年，美國國家標準協(xié)會（年，美國國家標準協(xié)會（ANSIANSI）通過了兩個最早的）通過了兩個最早的SONETSONET標準。標準。 國際電話電報咨詢委員會（國際電話電報咨詢委員會（CCITTCCITT）于）于19881988年接受了年接受了SONETSONET的概念，重新命名為同步數(shù)字系列的概念，重新命名為同步數(shù)字系列(SDH(SDH），建立了世界性的統(tǒng)），建立了世界性的統(tǒng)一標準。一標

36、準。WTIWireless Technology Innovation Institute313. SDH3. SDH的概念和特點的概念和特點SDHSDH是一套可進行同步信息傳輸、復用、分插和交叉連接的是一套可進行同步信息傳輸、復用、分插和交叉連接的標準化的數(shù)字信號技術體制。標準化的數(shù)字信號技術體制。統(tǒng)一網(wǎng)絡節(jié)點接口統(tǒng)一網(wǎng)絡節(jié)點接口 標準信息結(jié)構(gòu)等級標準信息結(jié)構(gòu)等級塊狀幀和開銷功能塊狀幀和開銷功能 同步復用映射結(jié)構(gòu)同步復用映射結(jié)構(gòu)適用多種傳輸媒質(zhì)適用多種傳輸媒質(zhì)SDHSDH傳送網(wǎng)是由一些基本網(wǎng)絡單元傳送網(wǎng)是由一些基本網(wǎng)絡單元(NE)(NE)組成的，在傳輸媒質(zhì)組成的，在傳輸媒質(zhì)上上( (如光纖、

37、微波等如光纖、微波等) )進行同步信息傳輸、復用、分插和交叉進行同步信息傳輸、復用、分插和交叉連接的傳送網(wǎng)絡連接的傳送網(wǎng)絡。WTIWireless Technology Innovation Institute324. SDH接口的標準速率等級 STM-N, N=1, 4, 16, 64 STM: Synchronous Transport Module 同步傳送模塊系列等級 標稱速率 速率等效話路數(shù) STM-1 155 Mb/s 155.520 Mb/s 1920 STM-4 622 Mb/s 622.080 Mb/s 7696 STM-16 2.5 Gb/s 2488.320 Mb/s 3

38、0720 STM-64 10 Gb/s 9953.280 Mb/s 122880WTIWireless Technology Innovation Institute33SDH的幀結(jié)構(gòu)與段開銷STM-1 STM-1 的幀結(jié)構(gòu)的幀結(jié)構(gòu)9261270凈負荷凈負荷（Payload）(含含POH)RSOHAU PTRMSOH幀重復周期幀重復周期125 s1234567899 270 字節(jié)字節(jié)WTIWireless Technology Innovation Institute34在在幀同步的基礎上幀同步的基礎上以字節(jié)為單位的時以字節(jié)為單位的時分復用分復用例如：例如：STM-1傳輸速率傳輸速率共為共為t

39、/s155.520Mbi800027098WTIWireless Technology Innovation Institute35再生段開銷（再生段開銷（RSOHRSOH） 負責管理再生段，可在再生器接入，也可在終端設備接入負責管理再生段，可在再生器接入，也可在終端設備接入復用段開銷（復用段開銷（MSOHMSOH） 負責管理由若干個復用段組成的再生段，只能負責管理由若干個復用段組成的再生段，只能在終端設備在終端設備接入，接入，它將透明的通過每個再生段，只能在管理單元組它將透明的通過每個再生段，只能在管理單元組（AUG）進行組合或分解的地方才能接入或終結(jié)）進行組合或分解的地方才能接入或終結(jié)段開

40、銷的主要功能及接入段開銷的主要功能及接入WTIWireless Technology Innovation Institute36SDHSDH自愈網(wǎng)自愈網(wǎng)自愈的概念自愈的概念: : 通信網(wǎng)絡發(fā)生故障時，無需人為干預，即可在通信網(wǎng)絡發(fā)生故障時，無需人為干預，即可在極短的時間內(nèi)從失效故障中自動恢復所攜帶的業(yè)務，極短的時間內(nèi)從失效故障中自動恢復所攜帶的業(yè)務，使用戶感覺不到網(wǎng)絡已出了故障。使用戶感覺不到網(wǎng)絡已出了故障。 自愈的基本原理是使網(wǎng)絡具備發(fā)現(xiàn)替代傳輸路自愈的基本原理是使網(wǎng)絡具備發(fā)現(xiàn)替代傳輸路由并重新確立通信的能力。由并重新確立通信的能力。WTIWireless Technology Innov

41、ation Institute37典型的自愈網(wǎng)典型的自愈網(wǎng)1. 1. 線路保護倒換線路保護倒換當出現(xiàn)故障時，業(yè)務由工作通道倒換到保護通道。當出現(xiàn)故障時，業(yè)務由工作通道倒換到保護通道。有有1:11:1方式和方式和1:N1:N方式方式2. ADM2. ADM自愈環(huán)自愈環(huán)采用分插復用器采用分插復用器ADMADM組成環(huán)形網(wǎng)實現(xiàn)自愈的一種保護方式。組成環(huán)形網(wǎng)實現(xiàn)自愈的一種保護方式。有有兩纖環(huán)和四纖環(huán)方式兩纖環(huán)和四纖環(huán)方式WTIWireless Technology Innovation Institute38WDM光傳送網(wǎng)絡光傳送網(wǎng)絡WTIWireless Technology Innovation I

42、nstitute39WDM（Wavelength Division Multiplexing，波分復用），波分復用）是利用多個激光器在單條光纖上同時發(fā)送多束不同波長是利用多個激光器在單條光纖上同時發(fā)送多束不同波長激光的技術。每個信號經(jīng)過數(shù)據(jù)（文本、語音、視頻等）激光的技術。每個信號經(jīng)過數(shù)據(jù)（文本、語音、視頻等）調(diào)制后都在它獨有的色帶內(nèi)傳輸。調(diào)制后都在它獨有的色帶內(nèi)傳輸。WDM能使電話公司和能使電話公司和其他運營商的現(xiàn)有光纖基礎設施容量大增。制造商已推其他運營商的現(xiàn)有光纖基礎設施容量大增。制造商已推出了出了WDM系統(tǒng)，也叫系統(tǒng)，也叫DWDM（密集波分復用）系統(tǒng)。（密集波分復用）系統(tǒng)。DWDM可以

43、支持可以支持150多束不同波長的光波同時傳輸，每多束不同波長的光波同時傳輸，每束光波最高達到束光波最高達到10Gb/s的數(shù)據(jù)傳輸率。這種系統(tǒng)能在一的數(shù)據(jù)傳輸率。這種系統(tǒng)能在一條比頭發(fā)絲還細的光纜上提供超過條比頭發(fā)絲還細的光纜上提供超過1Tb/s的數(shù)據(jù)傳輸率的數(shù)據(jù)傳輸率。WTIWireless Technology Innovation Institute40第一階段：萌芽期第一階段：萌芽期雙波長雙波長WDM（1310/1550nm）系統(tǒng)）系統(tǒng)80年代在美國年代在美國AT&T網(wǎng)網(wǎng)中使用，速率為中使用，速率為217Gb/s。第二階段：緩慢期第二階段：緩慢期TDM技術主導。技術主導。 波分復

44、用器波分復用器/解復用器和光放大器在解復用器和光放大器在90年年代初才開始商用化。代初才開始商用化。第三階段：第三階段：1995年開始年開始WDM技術發(fā)展很快，特別是基于摻鉺光纖放技術發(fā)展很快，特別是基于摻鉺光纖放大器大器EDFA的的1550nm窗口密集波分復用（窗口密集波分復用（DWDM）系統(tǒng)。）系統(tǒng)。 Ciena推出了推出了162.5Gb/s系統(tǒng)，而系統(tǒng)，而 Lucent公司推出的公司推出的WaveStar OLS 1.6T 1610Gb/s系統(tǒng)，目前已達系統(tǒng)，目前已達1.6Tb/s速速率。率。WDM的發(fā)展過程的發(fā)展過程WTIWireless Technology Innovation I

45、nstitute41發(fā)展迅速的主要原因在于：發(fā)展迅速的主要原因在于：（1）光電器件的迅速發(fā)展，特別是）光電器件的迅速發(fā)展，特別是EDFA的成熟和商用化，的成熟和商用化，使在光放大器（使在光放大器（15301565nm）區(qū)域采用技術成）區(qū)域采用技術成為可能；為可能；（2）利用）利用TDM方式已接近硅和鎵砷技術的極限，方式已接近硅和鎵砷技術的極限，TDM已已無太多的潛力，且傳輸設備價格高；無太多的潛力，且傳輸設備價格高；（3）已敷設）已敷設G.652光纖光纖1550nm窗口的高色散限制了窗口的高色散限制了TDM10Gb/s系統(tǒng)的傳輸，光纖色散的影響日益嚴重。從系統(tǒng)的傳輸，光纖色散的影響日益嚴重。從

46、電復用轉(zhuǎn)移到光復用，即從光頻上用各種復用方式來提高電復用轉(zhuǎn)移到光復用，即從光頻上用各種復用方式來提高復用速率是必然趨勢，復用速率是必然趨勢，WDM技術是目前能夠商用化最簡技術是目前能夠商用化最簡單的光復用技術。單的光復用技術。 WTIWireless Technology Innovation Institute42TFF的原理是采鍍膜的方式，以氣相沉積的原理，將所需膜層一層層的原理是采鍍膜的方式，以氣相沉積的原理，將所需膜層一層層鍍在薄平板玻璃（如鍍在薄平板玻璃（如Ohara WMS-02）上，當光線通過不同種的濾波）上，當光線通過不同種的濾波片后，不同的波長便被分別濾出，達到分波的效果。片

47、后，不同的波長便被分別濾出，達到分波的效果。AWG是在矽晶圓上沉積二氧化矽膜層，續(xù)以微影制程及反應式離子是在矽晶圓上沉積二氧化矽膜層，續(xù)以微影制程及反應式離子蝕刻法定義出數(shù)組波導，最后加上保護層即可制成；蝕刻法定義出數(shù)組波導，最后加上保護層即可制成；AWG原理是利原理是利用波導的物理特性將不同波長的波分出。用波導的物理特性將不同波長的波分出。FBG是以紫外線照射光纖，使光纖絲中的部分材質(zhì)變化成近似布拉是以紫外線照射光纖，使光纖絲中的部分材質(zhì)變化成近似布拉格繞射光柵，利用光學繞射的特性將不同波長的波分出。格繞射光柵，利用光學繞射的特性將不同波長的波分出。DWDM的關鍵元件技術的關鍵元件技術 當前

48、在光通迅界常用的DWDM大多是在15301565nm的波段中，分出32個或更多的波長。在當前市售的DWDM中，阿爾卡特（Alcatel）已推出能分出256信道的DWDM，朗訊（Lucent）所屬的貝爾實驗室也已經(jīng)研發(fā)出1022信道的DWDM。WTIWireless Technology Innovation Institute43EDFA光放大器。在光放大器。在EDFA的制造上是以常規(guī)石英系光纖為母材摻的制造上是以常規(guī)石英系光纖為母材摻進鉺離子，由于鉺離子的摻入，提供了一個進鉺離子，由于鉺離子的摻入，提供了一個1550nm的能帶，使得的能帶，使得原本的訊號和高功率泵激激光（原本的訊號和高功率泵

49、激激光（pumping laser，波長，波長980nm或或1480nm，功率，功率101500mW）得以提高光訊號的強度。）得以提高光訊號的強度。 MuxDeMux是是DWDM系統(tǒng)使用中不可或缺的兩種元件。系統(tǒng)使用中不可或缺的兩種元件。Mux是是負責將數(shù)個波長匯集至一起的元件；負責將數(shù)個波長匯集至一起的元件；DeMux則是負責將匯集至一則是負責將匯集至一起的波長分開的元件。未來起的波長分開的元件。未來MuxDeMux將朝向多信道數(shù)及高速將朝向多信道數(shù)及高速開發(fā)以外，推測也會陸續(xù)朝包含衰減器、加解密等增加追加價開發(fā)以外，推測也會陸續(xù)朝包含衰減器、加解密等增加追加價值的方向開發(fā)。值的方向開發(fā)。

50、OADM是是DWDM系統(tǒng)中一個重要的應用元件。其作用是在一個光系統(tǒng)中一個重要的應用元件。其作用是在一個光導纖維傳送網(wǎng)絡中塞入取出（導纖維傳送網(wǎng)絡中塞入取出（Add-Drop）多個波長信道；置）多個波長信道；置OADM于網(wǎng)絡的結(jié)點處，以控制不同波長信道的光訊號傳至適當于網(wǎng)絡的結(jié)點處，以控制不同波長信道的光訊號傳至適當?shù)奈恢?。塞入取出波道固定的的位置。塞入取出波道固定的OADM已進入量產(chǎn)，不過可藉由已進入量產(chǎn)，不過可藉由外部命令控制塞入取出波道的外部命令控制塞入取出波道的OADM仍在開發(fā)中。仍在開發(fā)中。DWDM系統(tǒng)的關鍵器件系統(tǒng)的關鍵器件WTIWireless Technology Innovat

51、ion Institute44OXC是下一代光通迅的路由交換機，用在因是下一代光通迅的路由交換機，用在因DWDM而生成的多而生成的多波道數(shù)據(jù)路由及線路調(diào)度，其功能包含網(wǎng)絡的路由器及電信的交波道數(shù)據(jù)路由及線路調(diào)度，其功能包含網(wǎng)絡的路由器及電信的交換機。換機。OXC設置于網(wǎng)絡上重要的匯接點，匯集各方不同波長的輸設置于網(wǎng)絡上重要的匯接點，匯集各方不同波長的輸入，再將各訊號以適當?shù)牟ㄩL輸送至合適的光導纖維中。它可提入，再將各訊號以適當?shù)牟ㄩL輸送至合適的光導纖維中。它可提供光導纖維切換（供光導纖維切換（Fiber switching，連接不同光導纖維，波長不，連接不同光導纖維，波長不轉(zhuǎn)換）、波長切換轉(zhuǎn)換）、波長切換 （Wavelength switching，連接不同光導纖維，連接不同光導纖維，波長經(jīng)轉(zhuǎn)換）、及波長轉(zhuǎn)換（波長經(jīng)轉(zhuǎn)換）、及波長轉(zhuǎn)換（Wavelength conversion，輸出至同，輸出至同一光導纖維，波長經(jīng)轉(zhuǎn)換）三種切換功能。一光導纖維，波長經(jīng)轉(zhuǎn)換）三種切換功能。OXC并提供路由恢復、并提供路由恢復、波長管理、及話務彈性調(diào)度，準備在下一代波長管理、及話務彈性調(diào)度，準備在下一代IP Over DWDM的電的電信網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)中，直接以光訊號傳送替換現(xiàn)有的電訊號交換信網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)中，直接以光訊號傳送替換現(xiàn)有的電訊號交換路由的地位。路由的地位。 D