光纖通信課件第六章002

第6章 光纖通信新技術1本章內(nèi)容、重點和難點本章內(nèi)容DWDM技術的概念及系統(tǒng)結構。光接入網(wǎng)的概念及相關的接入技術。相干光通信技術。光孤子通信技術。全光通信網(wǎng)。本章重點和難點DWDM技術。光接入技術。全光通信網(wǎng)。第6章 光纖通信新技術2學習本章目的和要求掌握DWDM技術及系統(tǒng)結構。了解光接入的原理，掌握光接入網(wǎng)的相關技術。了解相干光通信及光孤子通信的基本概念。了解全光網(wǎng)的概念。第6章 光纖通信新技術36.1DWDM技術介紹：DWDM的原理DWDM關鍵技術和實現(xiàn)方式傳輸媒質(zhì)（也就是光纖）的種類和特性DWDM系統(tǒng)組網(wǎng)46.1.1DWDM概述

1．DWDM技術產(chǎn)生背景

盡管目前光纖通信單信道實用化系統(tǒng)的傳輸速率發(fā)展到了10Gbit/s，線路的利用率有了很大提高，但與光纖巨大的帶寬潛力相比還微不足道。本章將介紹光空分復用、光時分復用、光頻分復用、光碼分復用、光副載波復用和波分復用等常用的幾種光復用技術。

復用技術是為了提高通信線路的利用率，而采用的在同一傳輸線路上同時傳輸多路不同信號而互不干擾的技術。(1)光時分復用(OTDM)光時分復用(OTDM)技術指利用高速光開關把多路光信號在時域里復用到一路上的技術。即將多個高速電調(diào)制信號分別轉(zhuǎn)換為等速率的光信號，然后在光層上利用超窄光脈沖進行時域復用。56.1.1DWDM概述(2)空分復用（SDM）空分復用就是利用空間分割，根據(jù)需要構成不同的信道進行光復用的一種復用技術。(3)光副載波復用(OSCM)光副載波復用(OSCM)技術是將基帶信號首先調(diào)制到GHz的副載波上，再把副載波調(diào)制到THz的光載波上。(4)光碼分復用(OCDM)光碼分復用(OCDM)技術是CDM(CodeDivisionMultiplexing)技術和光纖通信技術相結合的產(chǎn)物，在這種復用技術中，每個信道不是占用一個給定的波長、頻率或者時隙，而是以一個特有的編碼脈沖序列方式來傳送其比特信息。在該通信系統(tǒng)中，每個用戶都擁有一個惟一的地址碼，該碼是一組光正交碼中的一個。66.1.1DWDM概述

光波分復用、光時分復用、光副載波復用和光碼分復用都是正在使用和研究的光纖復用技術，這些技術的使用能增加線路容量，提高線路利用率。傳統(tǒng)的傳輸網(wǎng)絡擴容方法采用空分多路復用（SDM）和時分多路復用（TDM）兩種方式。（1）SDM靠增加光纖數(shù)量的方式線性增加傳輸系統(tǒng)的容量，傳輸設備也線性增加。空分多路復用的擴容方式十分受限。（2）TDM是比較常用的擴容方式，從PDH的一次群至四次群的復用，到SDH的STM-1、STM-4、STM-16至STM-64的復用。但達到一定的速率等級時，會受到器件和線路等特性的限制。DWDM技術不僅大幅度地增加了網(wǎng)絡的容量，而且還充分利用了光纖的寬帶資源，減少了網(wǎng)絡資源的浪費。76.1.1DWDM概述光纖通信經(jīng)過30多年的發(fā)展，單信道實用化系統(tǒng)的傳輸速率從1976年的45Mbit/s發(fā)展到了40Gbit/s，線路的利用率得到了很大提高(但與光纖巨大的帶寬潛力相比這點帶寬還微不足道)。(5)光波分復用(WDM)光波分復用(WDM)技術是在一芯光纖中同時傳輸多波長光信號的一項技術。其基本原理是在發(fā)送端將不同波長的光信號組合起來，并耦合到光纜線路上的同一根光纖中進行傳輸，在接收端將組合波長的光信號分開，并作進一步處理，恢復出原信號后送入不同的終端。為了進一步提高光纖帶寬利用率，相鄰兩光載波的間隔將越來越小，用波長來衡量其間隔就很不方便，一般認為：當相鄰光載波的間隔小到0.1nm(10GHz)以下時，此時的復用習慣稱為光頻分復用。86.1.1DWDM概述

2．DWDM原理概述

波分復用系統(tǒng)的工作波長可以從0.8μs到1.7μs，由此可見，它可以適用于光纖所有低衰減、低色散窗口.WDM技術是利用單模光纖的帶寬以及低損耗的特性，采用多個波長作為載波，允許各載波信道在一條光纖內(nèi)同時傳輸。

DWDM和CWDM技術實際上它們是同一種技術，只是通道間隔不同。WDM系統(tǒng)的通道間隔為幾十納米以上，例如最早的1310/1550nm兩波長系統(tǒng)，它們之間的波長間隔達兩百多納米，這是在當時技術條件下所能實現(xiàn)的WDM系統(tǒng)。

隨著技術的發(fā)展，特別是EDFA（摻鉺光纖放大器）的商用化，使WDM系統(tǒng)的應用進入了一個新的時期。

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WDM系統(tǒng)的頻譜分布圖6.1.1DWDM概述106.1.1DWDM概述

DWDM是密集波分復用的英文縮寫。DWDM系統(tǒng)是一種波長間隔更緊密的WDM系統(tǒng)。現(xiàn)在的通道間隔則更小，只有0.8-2nm，甚至小于0.8nm，所謂密集是針對波長間隔而言的.

CWDM技術是為了滿足接入網(wǎng)應用的要求，是一種近來流行的被稱為粗波分復用的技術CWDM系統(tǒng)是在1530-1560nm的頻譜范圍內(nèi)每隔10nm分配一個波長，此時可以使用頻譜較寬的、對中心波長精確度要求低的、比較便宜的激光器，通常為了節(jié)約投資成本不使用放大器.1550nm窗口的工作波長區(qū)為1530-1565nm.

DWDM系統(tǒng)的構成及光譜示意如圖6-1所示。116.1.1DWDM概述圖6-1DWDM系統(tǒng)的構成及頻譜示意圖126.1.1DWDM概述3．DWDM工作方式

WDM系統(tǒng)從不同的角度可以分為不同的類型，常見的分類方法有：從傳輸方向分，可以分為雙纖單向波分復用系統(tǒng)和單纖雙向波分復用系統(tǒng)；從光接口類型分，可以分為集成式波分復用系統(tǒng)和開放式波分復用系統(tǒng)。

開放式DWDM系統(tǒng)采用波長轉(zhuǎn)換技術，將復用終端的光信號轉(zhuǎn)換成符合ITU-T建議的波長，然后進行合波。集成式DWDM系統(tǒng)沒有采用波長轉(zhuǎn)換技術，它要求復用終端的光信號符合ITU-T建議的波長，然后進行合波。136.1.1DWDM概述

（1）雙纖單向傳輸雙纖單向傳輸指一根光纖只完成一個方向光信號的傳輸，反向光信號的傳輸由另一根光纖來完成。如圖6-2所示，圖6-2雙纖單向傳輸?shù)腄WDM系統(tǒng)146.1.1DWDM概述（2）單纖雙向傳輸單纖雙向傳輸指在一根光纖中實現(xiàn)兩個方向光信號的同時傳輸，兩個方向的光信號應安排在不同波長上。圖6-3單纖雙向傳輸?shù)腄WDM系統(tǒng)156.1.1DWDM概述（3）集成式波分復用系統(tǒng)

考慮到各波長之間的影響最小和更多廠家的設備能互通工作，WDM使用的激光器發(fā)出的光的中心波長、波長間隔、中心頻率偏移等均有嚴格的規(guī)定，必需符合ITU-TG.692建議。(4)開放式波分復用系統(tǒng)

開放式系統(tǒng)就是在波分復用器前加入波長轉(zhuǎn)換器(OpticalTransitionUnit，OTU)，將SDH非規(guī)范的波長轉(zhuǎn)換為標準波長，如下圖所示。

開放式WDM系統(tǒng)166.1.1DWDM概述（5）光信號的分出和插入通過光分插復用器（OADM）可以實現(xiàn)各波長的光信號在中間站的分出與插入，即完成上/下光路，利用這種方式可以完成DWDM系統(tǒng)的環(huán)形組網(wǎng)。圖6-4光信號的分出和插入傳輸176.1.1DWDM概述

4．DWDM的優(yōu)越性(1)超大容量?？梢猿浞掷霉饫w的巨大帶寬潛力，使一根光纖上的傳輸容量比單波長傳輸增加幾十至上萬倍。(2)N個波長復用以后在一根光纖中傳輸，在大容量長途傳輸時可以節(jié)約大量的光纖。(3)對數(shù)據(jù)“透明”。波分復用通道對傳輸信號是完全透明的，即對傳輸碼率、數(shù)據(jù)格式及調(diào)制方式均具有透明性，可同時提供多種協(xié)議的業(yè)務，不受限制地提供端到端業(yè)務。(4)可擴展性好,兼容全光交換。(5)降低器件的超高速要求。(6)高度的組網(wǎng)靈活性、經(jīng)濟性和可靠性,系統(tǒng)升級時能最大限度地保護已有投資。186.1.1DWDM概述

5．影響波分復用系統(tǒng)性能的因素（1）制作技術和成本限制（2）串擾影響（3）穩(wěn)頻（4）阻塞特性196.1.1DWDM概述6.WDM對光源和光電檢測器的要求

（1）對光源的要求①激光器輸出波長保持穩(wěn)定②激光器應具有比較大的色散容納值③采用外調(diào)制技術（2）對光檢測器的要求

光檢測器應具有多波長檢測能力。206.1.2DWDM系統(tǒng)結構1．DWDM器件DWDM器件分為合波器和分波器兩種，如圖6-5所示。合波器的主要作用是將多個信號波長合在一根光纖中傳輸。分波器的主要作用是將在一根光纖中傳輸?shù)亩鄠€波長信號分離。圖6-5DWDM器件21DWDM的工作原理:一般來說，DWDM系統(tǒng)主要由以下五部分組成：光發(fā)射機、光中繼放大、光接收機、光監(jiān)控信道和網(wǎng)絡管理系統(tǒng)。(1)光發(fā)射機是DWDM系統(tǒng)的核心，除了對DWDM系統(tǒng)中發(fā)射激光器的中心波長有特殊的要求外，還需要根據(jù)DWDM系統(tǒng)的不同應用(主要是傳輸光纖的類型和無電中繼傳輸?shù)木嚯x)來選擇具有一定色度色散容限的發(fā)射機。

(2)光中繼放大經(jīng)過長距離光纖傳輸后(80～120km)，需要對光信號進行光中繼放大。在接收端，光前置放大器(PA)放大經(jīng)傳輸而衰減的主信道光信號后，利用分波器從主信道光信號中分出特定波長的光信號送往各終端設備。6.1.2DWDM系統(tǒng)結構22

(3)光監(jiān)控信道

隨著EDFA的商用化進程的發(fā)展，在DWDM系統(tǒng)中通常使用EDFA作為中繼器，這樣使無電中繼距離大大提高，因而在DWDM系統(tǒng)中的監(jiān)控內(nèi)容增加了對EDFA的監(jiān)控與管理的內(nèi)容。在DWDM系統(tǒng)中是通過增加一個新的波長來對EDFA的工作狀態(tài)進行監(jiān)控。除監(jiān)控線路中的EDFA之外，DWDM系統(tǒng)中的監(jiān)控系統(tǒng)還應完成對各波道工作狀態(tài)的監(jiān)控。監(jiān)控信號所傳信息包括幀同步字節(jié)、公務字節(jié)和網(wǎng)管所用的開銷字節(jié)等。

6.1.2DWDM系統(tǒng)結構236.1.2DWDM系統(tǒng)結構

2．DWDM的幾種網(wǎng)絡單元類型DWDM設備可分為光終端復用器（OTM）、光線路放大器（OLA）、光分插復用器（OADM）和電中繼器（REG）幾種類型。以華為公司的波分320G設備為例講述各種網(wǎng)單元的作用。（1）光終端復用器（OTM）在發(fā)送方向，OTM把波長為λ1～λ16（或λ32）的STM-16信號經(jīng)合波器復用成DWDM主信道，然后對其進行光放大，并附加上波長為λs的光監(jiān)控信道。在接收方向，OTM先把光監(jiān)控信道取出，然后對DWDM主信道進行光放大，經(jīng)分波器解復用成16（或32）個波長的STM-16信號。OTM的信號流向如圖6-6所示。246.1.2DWDM系統(tǒng)結構圖6-6OTM信號流向圖256.1.2DWDM系統(tǒng)結構（2）光放大器（OLA）每個傳輸方向的OLA先取出光監(jiān)控信道（OSC）并進行處理，再將主信道進行放大，然后將主信道與OSC合路并送入光纖。如圖6-7所示。圖6-7OLA信號流向圖266.1.2DWDM系統(tǒng)結構

WDM已經(jīng)成為光纖通信的主要發(fā)展方向，因而光分插復用器(OADM)和光數(shù)字交叉連接器OXC將成為光傳送網(wǎng)中的關鍵器件，其性能直接對通信網(wǎng)絡的性能構成影響。

（3）光分插復用器（OADM）OADM設備接收線路的光信號后，先提取監(jiān)控信道，再用WPA將主光通道預放大，通過MR2單元把含有16或32路STM-16的光信號按波長取下一定數(shù)量后送出設備，要插入的波長經(jīng)MR2單元直接插入主信道，再經(jīng)功率放大后插入本地光監(jiān)控信道，向遠端傳輸。以MR2為例，其信號流向如圖6-8所示。276.1.2DWDM系統(tǒng)結構圖6-8靜態(tài)OADM（32/2）信號流向圖28

OADM的功能波長上、下話路的功能。具有波長轉(zhuǎn)換功能。具有光中繼放大和功率平衡功能。提供復用段和通道保護倒換功能，支持各種自愈環(huán)。具有多業(yè)務接入功能。（4）OXC的結構和功能

OXC是一種光網(wǎng)絡節(jié)點設備，它可以在光層上進行交叉連接和靈活的上下話路操作，同時還提供網(wǎng)絡監(jiān)控和管理功能，它是實現(xiàn)可靠的網(wǎng)絡保護與恢復以及自動配線和監(jiān)控的重要手段.6.1.2DWDM系統(tǒng)結構29

OXC的功能與SDH網(wǎng)絡中的DXC設備的功能相比，它們在網(wǎng)絡中的地位和作用相同，但功能上存在下列區(qū)別。

OXC是在光域完成交叉連接功能的，而DXC是在電層上進行交叉連接。

OXC可以對不同速率和采用任何傳輸格式的信號進行交叉連接操作；DXC設備針對不同傳輸格式和不同傳輸速率的信號的處理方式不同。

DXC受電子速率的限制，交叉連接速率較低；OXC無論在交叉連接速率、接入速率以及總?cè)萘康确矫?，都?yōu)于DXC。

OXC中無需進行時鐘信號同步與開銷處理，便于網(wǎng)絡升級(無需更換設備)，而DXC必須進行時鐘信號同步與開銷處理，在網(wǎng)絡升級時必須更換設備。6.1.2DWDM系統(tǒng)結構306.1.2DWDM系統(tǒng)結構

（5）兩個OTM背靠背組成的光分插復用器用兩個OTM背靠背的方式組成一個可上/下波長的OADM，如圖6-9所示。圖6-9兩個OTM背靠背組成的OADM信號流向圖316.1.2DWDM系統(tǒng)結構

（6）電中繼器（REG）以STM-16信號的中繼為例，其的信號流向如圖6-10所示。圖6-10電中繼器（REG）的信號流向圖326.1.2DWDM系統(tǒng)結構

3．DWDM網(wǎng)絡的一般組成（1）點到點組網(wǎng)DWDM的點到點組網(wǎng)示意圖如圖6-11所示。（2）鏈形組網(wǎng)DWDM的鏈形組網(wǎng)示意圖如圖6-12所示。（3）環(huán)形組網(wǎng)DWDM環(huán)形組網(wǎng)示意圖如圖6-13所示。圖6-11DWDM的點到點組網(wǎng)示意圖

336.1.2DWDM系統(tǒng)結構

圖6-13DWDM的環(huán)形組網(wǎng)示意圖圖6-12DWDM的鏈形組網(wǎng)示意圖346.1.2DWDM系統(tǒng)結構4．DWDM網(wǎng)絡的保護點到點線路保護主要有兩種保護方式一種是基于單個波長、在SDH層實施的1+1或1︰N的保護；另一種是基于光復用段上的保護，在光路上同時對合路信號進行保護，這種保護也稱光復用段保護（OMSP）。另外還有基于環(huán)網(wǎng)的保護。35下圖為采用分路器和光開光復用段保護(OMSP)

6.1.2DWDM系統(tǒng)結構366.2光接入技術

電信網(wǎng)包含了為在不同地方的用戶提供各種電信業(yè)務的所有傳輸及復用設備、交換設備及各種線路設施等。接入網(wǎng)是電信網(wǎng)的重要組成部分，負責將電信業(yè)務透明地傳送到用戶。接入網(wǎng)由業(yè)務結點接口(SNI)和用戶網(wǎng)絡接口(UNI)之間的一系列傳送實體(如線路設施和傳輸設施)組成，為供給電信業(yè)務而提供所需的傳送承載能力，可經(jīng)由網(wǎng)絡管理接口(Q3)配置和管理。原則上對接入網(wǎng)可以實現(xiàn)的UNI和SNI的類型和數(shù)目沒有限制。接入網(wǎng)不解釋信令。以前的接入網(wǎng)主要是銅纜網(wǎng)，攜帶的業(yè)務主要是電話業(yè)務。銅纜網(wǎng)的故障率很高，維護運行成本也很高，為了減少銅纜網(wǎng)的維護運行費用和故障率，光接入網(wǎng)技術應運而生。37

接入網(wǎng)的界定電信管理網(wǎng)(TMN)接入網(wǎng)(AN)業(yè)務結點接口(SNI)業(yè)務結點(SN)Q3接口Q3接口用戶網(wǎng)絡接口(UNI)6.2光接入技術386.2.1光接入網(wǎng)的基本概念1．光接入網(wǎng)基本概念及位置所謂接入網(wǎng)就是指端局到用戶環(huán)路之間的所有機線設備，通常又稱為用戶網(wǎng)，如圖6-14所示。光接入網(wǎng)（OAN）是指本地交換機或遠端交換模塊與用戶設備之間采用光傳輸或部分采用光傳輸?shù)南到y(tǒng)。圖6-14接入網(wǎng)在電信網(wǎng)中的位置396.2.1光接入網(wǎng)的基本概念2．OAN的優(yōu)點與功能（1）減少網(wǎng)路的維護運行費用，降低故障率。（2）利于開發(fā)新業(yè)務，特別是寬帶多媒體業(yè)務，加強競爭力，提高業(yè)務收入。（3）大大延長傳輸距離，擴大交換機的覆蓋范圍。（4）引入OAN后，連接到用戶設備的雙絞線或同軸電纜段的長度很短，可實現(xiàn)寬帶傳輸，充分利用現(xiàn)有的巨大的網(wǎng)絡投資。功能：OAN可為企事業(yè)單位和居民住宅用戶服務；OAN工作于多廠家、多類型交換機環(huán)境；OAN能提供所有原來銅纜網(wǎng)所提供的業(yè)務（主要是2Mbit/s以下速率的業(yè)務），并能升級提供圖像和數(shù)據(jù)等寬帶業(yè)務。406.2.1光接入網(wǎng)的基本概念

3．OAN的參考配置圖6-15所示的是OAN的參考配置。可見，光接入網(wǎng)又可定義為：共享同一網(wǎng)絡側(cè)接口且由光接入傳輸系統(tǒng)支持的一系列接入鏈路，由光線路終端（OLT）、光分配網(wǎng)（ODN）、光網(wǎng)絡單元（ONU）及適配功能（AF）組成，可能包括若干與同一OLT相連的ODN。OLT的作用是為OAN提供網(wǎng)絡側(cè)與本地交換機之間的接口，完成電/光轉(zhuǎn)換，并經(jīng)一個或多個ODN與用戶側(cè)的ONU通信。ODN的功能是完成光信號功率的分配。ONU的作用是提供遠端用戶側(cè)接口，完成光/電轉(zhuǎn)換。AF為ONU和用戶設備提供適配功能。416.2.1光接入網(wǎng)的基本概念圖6-15OAN的參考配置42

光接入網(wǎng)的拓撲結構OLTONUONUONU單星形網(wǎng)OLTODNONUONUONU雙星形網(wǎng)OLTONUONUONUONUONU總線形網(wǎng)OLTONUONUONUONUONUONU環(huán)形網(wǎng)6.2.1光接入網(wǎng)的基本概念436.2.2無源光網(wǎng)絡（PON）1．無源光網(wǎng)絡（PON）的應用類型與組網(wǎng)無源光網(wǎng)絡（PON）是指在交換局和用戶之間的光分配網(wǎng)絡中沒有任何有源電子設備，即在光分支點采用無源光分路器構成的光接入網(wǎng)絡，其網(wǎng)絡拓撲可以是樹型、星形、總線形.

圖6-16PON基本應用類型446.2.2無源光網(wǎng)絡（PON）PON的優(yōu)勢主要有：PON具有成本低、便于維護、對各種業(yè)務透明等優(yōu)點；室外設備是純介質(zhì)網(wǎng)絡，避免了有源設備的電磁干擾和雷電影響，減少了線路和外部設備的故障率，提高了系統(tǒng)的可靠性；擴容比較簡單，不涉及硬件設備改造，只需軟件升級，具有良好的擴展性；對業(yè)務透明性較好，原則上可適用于任何制式和速率的信號；能夠平滑地過渡到光纖到戶（FTTH），是目前FTTH的主要解決方案，因而具有廣闊的應用前景.

456.2.2無源光網(wǎng)絡（PON）應用類型：按ONU所處的位置不同，可將PON分為3種基本的應用類型，光纖到路邊（FTTC），光纖到大樓（FTTB），光纖到家（FTTH）和/或光纖到辦公室（FTTO）在FTTC結構中，ONU設置在路邊的人孔或電線桿上的分線盒處，有時也可以設置在交接箱處。FTTC一般采用雙星形結構，從ONU到用戶之間采用雙絞線銅纜，若要傳送寬帶業(yè)務則要用高頻電纜或同軸電纜。

FTTB是將ONU直接放在大樓內(nèi)(如企業(yè)、事業(yè)單位辦公樓或居民住宅公寓內(nèi))，再由銅纜將業(yè)務分配到各個用戶。FTTB比FTTC的光纖化程度更進一步，更適合高密度用戶區(qū)，也更容易滿足未來寬帶業(yè)務傳輸?shù)男枰?66.2.2無源光網(wǎng)絡（PON）

如果將FTTC結構中設置在路邊的ONU換成無源光分路器，將ONU移到大企業(yè)事業(yè)單位(如公司、政府機關、大學或研究所)的辦公室內(nèi)就成了FTTO。將ONU移到用戶家里就成了FTTH。

FTTH是一種全透明全光纖的光接入網(wǎng)，適于引入新業(yè)務，對傳輸制式、帶寬和波長等基本上沒有限制，并且ONU安裝在用戶處，供電、安裝維護等都比較方便。476.2.2無源光網(wǎng)絡（PON）FTTH作為廣義的寬帶接入方式，可以適應不同時期、不同用戶的多種接入需求，實現(xiàn)低成本、靈活的組網(wǎng)方案.對于帶寬需求不高的居民小區(qū)普通用戶，可以采取光纖到小區(qū)，將ONU模塊放置在小區(qū)，通過這里的中心交換機再接到各個樓的用戶；對于公司用戶，可以采用光纖到大樓，公司共享一個ONU模塊，根據(jù)公司的業(yè)務需求，實時動態(tài)分配帶寬；對于特殊用戶，直接實現(xiàn)FTTH（或光纖到桌面）,ONU/ONT模塊放置在用戶家中，為用戶提供傳統(tǒng)語音、CATV/HDTV和高速數(shù)據(jù)服務，這就是今后要實現(xiàn)的真正意義上的FTTH；對于一些重要會議現(xiàn)場，經(jīng)常有大量媒體進行現(xiàn)場報道，進行遠程視頻、網(wǎng)絡視頻直播，對傳輸速率要求很高。這時可以采用光纖到桌面（FTTD），將光纖接到新聞現(xiàn)場，提供高速的接入服務486.2.2無源光網(wǎng)絡（PON）

組網(wǎng)：PON的組網(wǎng)有總線結構、樹形結構、星形結構和混合結構。如圖6-17所示，圖中SP是光分支器，一個OLT一般能帶500個用戶，一個ONU可帶4、16、32、64個用戶。圖6-17無源光網(wǎng)絡的組網(wǎng)496.2.2無源光網(wǎng)絡（PON）2．PON的業(yè)務支持能力PON可支持2.048Mbit/s以下速率的窄帶業(yè)務，基本業(yè)務有下面7種：普通電話業(yè)務（POTS）、租用線、分組數(shù)據(jù)、ISDN基本速率接入（BRA）、ISDN基群速率接入（PRA）、n×64kbit/s和2.048Mbit/s（成幀和不成幀）?？芍С謱拵I(yè)務，諸如單向廣播式業(yè)務（如CATV業(yè)務）、雙向交互式業(yè)務（如VOD或數(shù)據(jù)通信業(yè)務）和模擬廣播業(yè)務等。圖6-18所示是采用TDM+FDM+WDM方式傳送寬帶圖像業(yè)務的PON系統(tǒng)。506.2.2無源光網(wǎng)絡（PON）圖6-18TDM+FDM+WDM的PON系統(tǒng)516.2.3數(shù)字環(huán)路載波（DLC）

1．數(shù)字環(huán)路載波系統(tǒng)構成DLC是業(yè)務節(jié)點（SN）和用戶終端設備之間的接入網(wǎng)設備，在SN與用戶所在地之間采用點對點的有源光網(wǎng)絡傳輸系統(tǒng)。DLC系統(tǒng)由局端機（COT）、遠端機（RT）和光線路終端（OLT）三部分組成，如圖6-19所示。圖6-19DLC系統(tǒng)參考配置526.2.3數(shù)字環(huán)路載波（DLC）2．DLC系統(tǒng)的特點（1）COT和SN之間通過標準的2Mbit/s和n×2Mbit/s數(shù)字接口相接。（2）COT和RT之間使用光傳輸設備傳送信息，光傳輸設備既傳送用戶信息也用于傳送監(jiān)測信號、公務及其他數(shù)據(jù)信號的輔助信道。（3）RT與用戶終端設備之間采用標準化的用戶接口。536.2.3數(shù)字環(huán)路載波（DLC）3．DLC系統(tǒng)的功能（1）DLC系統(tǒng)不解釋信令，提供PSTN用戶口信令信息的雙向傳輸功能，提供ISDND通道信息的雙向傳輸功能。（2）DLC系統(tǒng)提供透明傳送ISDNB通道或PCM64kbit/s信道的雙向傳送功能。（3）DLC系統(tǒng)提供各部分的性能監(jiān)測、告警信號。提供每個用戶口的狀態(tài)信息。通過標準化的Q接口與TMN相連。（4）DLC系統(tǒng)的COT到RT之間可以采用各種標準化的SDH和PDH傳輸系統(tǒng)實現(xiàn)接入網(wǎng)傳輸功能。（5）DLC系統(tǒng)提供“公務”等輔助功能。利用內(nèi)嵌操作信道完成管理信息的傳送。546.2.3數(shù)字環(huán)路載波（DLC）

4．靈活數(shù)字環(huán)路系統(tǒng)（FDLC）為提高信道資源的利用率，可采用動態(tài)分配時隙的方法，這種DLC系統(tǒng)稱為靈活數(shù)字環(huán)路系統(tǒng)（FDLC）。在DLC設備內(nèi)加入集線/壓縮功能，在相同的傳輸速率下可容納更多的用戶，如采用4∶1的集線比，可在2Mbit/s的傳輸速率下傳送120路電話（如圖6-20所示）。圖7-21所示的是另一種靈活分配時隙的例子，在2Mbit/s信道的30個時隙中，12個時隙留作租用線業(yè)務，將108路電話以6∶1的集線比在余下的18個時隙中傳輸，在COT處恢復為4個2Mbit/s進入交換機。556.2.3數(shù)字環(huán)路載波（DLC）圖7-204︰1集線的FDLC圖6-21另一種FDLC用法566.2.4混合光纖同軸網(wǎng)（HFC）

1．HFC的基本概念雙向HFC網(wǎng)絡能進行交互式通信，它是在現(xiàn)有CATV的單向HFC網(wǎng)絡基礎上改造而成的，如圖6-22所示。

2．HFC的特點（1）HFC的優(yōu)點①頻帶寬②傳輸速率高③靈活性④經(jīng)濟性（2）需要解決的問題①頻譜相互間的干擾問題。②噪聲干擾的“漏斗效應”問題。③共享帶寬，要解決好信道爭用的問題。④進行交互式數(shù)據(jù)通信時要注意安全性和可靠性。576.2.4混合光纖同軸網(wǎng)（HFC）圖6-22雙向HFC網(wǎng)絡結構586.2.4混合光纖同軸網(wǎng)（HFC）3．HFC網(wǎng)絡結構雙向HFC網(wǎng)絡的結構如圖6-22所示，主要由以下部分組成。

（1）局端設備：相當CATV系統(tǒng)的前端設備，但功能擴展了。①對各業(yè)務節(jié)點設備的接口功能。②各路射頻信號的混合。③光電轉(zhuǎn)換。④提供監(jiān)控接口功能。

（2）光纖饋線網(wǎng)與光節(jié)點

（3）同軸電纜信號傳輸與分配網(wǎng)，含雙向放大器及分配器等。（4）綜合業(yè)務單元（ISU）ISU分單用戶（H-ISU）和多用戶（M-ISU）兩類。596.2.4混合光纖同軸網(wǎng)（HFC）4．HFC頻帶分配頻帶分配如表6-1所示。波

段頻

率

范

圍業(yè)

務R5.00～30.0(上行)電視及非廣播業(yè)務R130.0～42.0（上行）電信業(yè)務I48.5～92.0模擬廣播電視FM87.0～108.0調(diào)頻廣播A1111.0～167.0模擬廣播電視III167.0～223.0模擬廣播電視A2223.0～295.0模擬廣播電視B295.0～463.0模擬廣播電視IV470.0～582.0數(shù)字或模擬廣播電視V582.0～710.0電信業(yè)務（1）（VOD等）VI710.0～750.0電信業(yè)務（2）（電話、數(shù)據(jù)）606.2.4混合光纖同軸網(wǎng)（HFC）

5．HFC的業(yè)務支持能力（1）基于數(shù)字傳輸?shù)臉I(yè)務①普通電話業(yè)務（POTS）②p×64kbit/s租用線業(yè)務③E1（成幀與不成幀）業(yè)務④ISDN業(yè)務：BRA和PRA⑤數(shù)據(jù)業(yè)務⑥數(shù)字視頻業(yè)務（如VOD）⑦個人通信業(yè)務（PCS）（2）模擬業(yè)務①模擬廣播電視②調(diào)頻廣播616.2.4混合光纖同軸網(wǎng)（HFC）

6．HFC的用戶設備HFC的用戶設備由綜合業(yè)務單元（ISU）與電信業(yè)務終端和/或有線電視終端組成。ISU提供與電信業(yè)務終端和/或有線電視終端的接口功能。常見的ISU有電纜調(diào)制解調(diào)器（CM）和機頂盒（SetTopBox）。CM用于提供數(shù)據(jù)通信業(yè)務，連接PC或局域網(wǎng)。CM具有標準以太接口，可以連接單臺PC，也可以接多臺PC或局域網(wǎng)。機頂盒用于配合電視機收看模擬的或數(shù)字的廣播電視節(jié)目。功能強的機頂盒可同時具有CM的功能，用戶可通過電視機上網(wǎng)，同樣CM也可能兼有接收模擬和數(shù)字廣播電視的功能。626.2.5固定無線接入（FWA）

1．固定無線接入的基本概念和特點

（1）基本概念固定無線接入是指業(yè)務節(jié)點到用戶終端間部分或全部采用了無線傳輸?shù)慕尤敕绞?。其終端不含或含有有限的移動性。（2）無線本地環(huán)路的優(yōu)點①系統(tǒng)安裝快捷，維護方便，費用低。②網(wǎng)絡靈活性高，擴容方便，便于網(wǎng)絡重組和用戶變遷。③有有限的移動性，方便用戶，享受到移動通信的部分功能，且僅僅支付普通市話費用即可。④免去干線建設，提高了農(nóng)村電話網(wǎng)建設的速度和安全性。⑤頻譜利用率高，可以構建高密度的室內(nèi)無線電話網(wǎng)。636.2.5固定無線接入（FWA）

2．固定無線接入的系統(tǒng)構成典型的固定無線接入系統(tǒng)由下述單元組成，如圖6-23所示。圖6-23固定無線系統(tǒng)的參考配置646.2.5固定無線接入（FWA）（1）用戶單元是用戶攜帶的或固定在某一位置的無線收發(fā)信機，分為固定式、移動式和便攜式3種。它為用戶提供電話、傳真等終端的標準接口，也可與終端做成一體。（2）基站基站通過無線接口提供與用戶單元之間的無線信道。（3）基站控制器提供與基站、網(wǎng)絡和操作維護中心的接口，提供無線信道控制和基站監(jiān)測等功能，并完成與交換機的轉(zhuǎn)換。（4）網(wǎng)管中心網(wǎng)管中心管理整個固定無線接入系統(tǒng)。它的功能包括配置管理、故障管理、性能管理、安全管理和計費管理。656.2.5固定無線接入（FWA）3．固定無線接入的分類按照服務對象和覆蓋范圍，固定無線接入可分成以下3類。

（1）宏區(qū)：又稱大區(qū)，覆蓋區(qū)半徑為5～55km，主要用于農(nóng)村、山區(qū)、沿海和沙漠地區(qū)。

（2）微區(qū)：覆蓋區(qū)半徑為0.5～5km，主要用于城市、郊區(qū)和農(nóng)村。（3）微微區(qū)：覆蓋區(qū)半徑為50～500m，主要用于大城市人口密集的區(qū)域。666.2.5固定無線接入（FWA）4．業(yè)務和功能支持電話、話帶數(shù)據(jù)和傳真等固定電話網(wǎng)提供的業(yè)務。（1）支持公網(wǎng)交換機所發(fā)出的撥號音、忙音等信號音。（2）支持DTMF信號和拍叉簧功能，及各項派生業(yè)務。（3）支持基本業(yè)務及補充業(yè)務的透明傳送。（4）具有用戶識別鑒權功能。（5）固定無線接入用戶的管理。（6）系統(tǒng)能提供對固定用戶終接設備的檢測監(jiān)視能力。（7）呼叫處理能力。676.2.5固定無線接入（FWA）

5．固定無線接入中采用的無線傳輸技術

（1）微波一點多址接入系統(tǒng)是一種利用無線傳輸?shù)膹V播性，實現(xiàn)多個分散點用戶業(yè)務的集中的通信系統(tǒng)，又稱無線用戶集中器。（2）蜂窩移動通信系統(tǒng)用于固定接入在移動蜂窩系統(tǒng)的基礎上針對固定接入的特點進行改造的，以降低成本，適合于本地環(huán)路環(huán)境。（3）專用的無線接入技術由廠商根據(jù)無線接入的特點自行制定標準專門為用于本地環(huán)路而開發(fā)的技術，沒有統(tǒng)一的國際標準。（4）無繩通信系統(tǒng)用于固定接入：有CT2系統(tǒng)和DECT系統(tǒng)。686.2.5固定無線接入（FWA）圖6-24CT2系統(tǒng)結構①CT2系統(tǒng)主要用作公用電話網(wǎng)的接入手段，而不是獨立的網(wǎng)絡，結構如圖6-24所示。696.2.5固定無線接入（FWA）

②DECT系統(tǒng)DECT系統(tǒng)繼承了CT2的一些特點，克服了一些缺點，特點是DECT系統(tǒng)有良好的越區(qū)切換功能。DECT系統(tǒng)可利用多時隙組合支持較高速率的數(shù)據(jù)鏈路，用于144kbit/s的ISDN2B+D業(yè)務、G4傳真機業(yè)務等。DECT系統(tǒng)也采用32kbit/s的ADPCM語音壓縮編碼，語音質(zhì)量很好。DECT系統(tǒng)有很強的定位能力，可以自動找到1000個用戶。DECT系統(tǒng)還具有較強的信令能力，呼叫建立快，通路變化迅速，既可呼出，也可呼入。706.2.5固定無線接入（FWA）

6．固定無線接入的應用（1）人口稀疏的農(nóng)村、邊緣地區(qū)及庫區(qū)（2）城市新興商業(yè)區(qū)和居民區(qū)（3）在難于架設有線的地方（4）臨時應用或緊急措施716.3相干光通信技術相干光——是由兩個激光器產(chǎn)生的具有空間疊加、相互干涉特性的激光。相干光通信——在發(fā)射端對光載波進行幅度、頻率或相位調(diào)制，在接收端，則采用零差檢測或外差檢測等相干檢測技術進行信息接收的通信方式。相干光通信系統(tǒng)可以把光頻段劃分為許多頻道，從而使光頻段得到充分利用，即多信道光纖通信。與強度調(diào)制—直接檢測系統(tǒng)不同，相干光纖通信系統(tǒng)在光接收機中增加了外差或零差接收所需的本地振蕩光源，該光源輸出的光波與接收到的已調(diào)光波在滿足波前匹配和偏振匹配的條件下，進行光電混頻。726.3相干光通信技術相干光通信系統(tǒng)與IM-DD系統(tǒng)比較，主要有以下優(yōu)點。（1）光接收機靈敏度高，中繼距離長（2）頻率選擇性好，通信容量大（3）具有多種調(diào)制方式1．相干光通信系統(tǒng)的基本原理與組成

光接收機接收的信號光和本地振蕩器產(chǎn)生的本振光經(jīng)混頻器作用后，光場發(fā)生干涉，由光檢測器輸出的光電流經(jīng)處理后以基帶信號形式輸出。由于混頻輸出光信號的中頻信號功率分量帶有信號光的幅度、頻率或相位信息，因此發(fā)端不管采用哪種調(diào)制方式，均可以在中頻功率分量反映出來，所以相干光接收方式適合于所有調(diào)制方式的通信。73

相干檢測原理方框圖光檢測器電信號處理本地光振蕩器信號光混頻器基帶信號ωsωL6.3相干光通信技術746.3相干光通信技術相干光通信系統(tǒng)由光發(fā)射機、光纖和光接收機組成。圖6-25相干光通信系統(tǒng)的結構示意圖756.3相干光通信技術如圖6-25所示，光源發(fā)出頻率為fs的光脈沖，通過調(diào)制器將已經(jīng)變成電信號的信號源調(diào)制到光脈沖包絡上，通過長距離線路傳輸后，到達接收端，接收端采用外差技術，首先通過耦合器將光信號和本振光源信號同時送到光電檢測器接收，本振光源頻率為fs+fIF，信號光和本振光在滿足波前匹配和偏振匹配的條件下混頻，得到頻率為fIF的中頻信號，該信號經(jīng)過放大后送到解調(diào)器解調(diào)，最終到達接收電路完成通信過程。相干光通信系統(tǒng)靈敏度的提高主要是因為它采用了本地振蕩得到了一定的增益，根據(jù)無線電知識中外差接收技術知識可以得到光電檢測器的電流:766.3相干光通信技術式中：η為光電檢測量子效率，h為普朗克常量，e為電子電量，f為光頻率，Ps為信號光功率，PL為本振光功率，m為調(diào)制系數(shù)，(t-τg)為群延時，ωs、ωL和φs、φL分別為信號光和本振光的角頻率和相位。相干檢測的方式（1）零差檢測選擇ωL=ωs,即ωIF=0。零差檢測接收光功率可以放大幾個數(shù)量級，雖然噪聲也增大，但仍能使靈敏度大幅提高，但技術復雜，必須嚴格控制相位變化，使φs－φL保持不變，同時要求ωL=ωs。（2）外差檢測選擇ωL≠ωs,即ωIF=ωs－ωL＞0。外差檢測也能提高靈敏度，信噪比改善比零差檢測低3dB，但因無需實現(xiàn)相位鎖定，接收機設計相對簡單。776.3相干光通信技術（1）光發(fā)射機光發(fā)射機的組成框圖如下圖所示。光發(fā)射機框圖786.3相干光通信技術①調(diào)制方式光發(fā)射機中的光調(diào)制器根據(jù)調(diào)制方式的不同，可分為ASK、FSK和PSK3種形式，這3種形式的已調(diào)光波圖如圖6-26所示。②調(diào)制方式的比較ASK方式最簡單，缺點是要損失一部分光源功率，通斷消光比不理想，耦合時所附加的插入損耗較大。FSK方式的一個突出優(yōu)點是無需外部調(diào)制器，可對半導體激光器進行直接注入電流調(diào)制，但這種方式對激光器要求較高。PSK方式的接收靈敏度最高可達20光子/比特，適用于長距離無中繼傳輸，但它對光源的線寬要求極高。796.3相干光通信技術圖6-26各種調(diào)制方式的波形806.3相干光通信技術（2）光纖單模光纖作為一種傳輸媒介，其作用是將已調(diào)光波從發(fā)送端傳送到接收端，傳送模式為基模。（3）光接收機光接收機的組成框圖如圖6-27所示。圖6-27光接收機框圖816.4光孤子通信技術

1．光孤子通信技術的起源孤子（Soliton）又稱孤立波，是經(jīng)光纖長距離傳輸之后，其幅度和波形寬度都不變的超短光脈沖(ps數(shù)量級)，或者說是一種在傳播過程中形狀、幅度和速度都維持不變的脈沖狀行波。有人把孤子定義為：孤子與其他同類孤立波相遇后，能維持其幅度、形狀和速度不變。1834年英國海軍工程師ScottRussel觀察到河面上船過后隆起的水波可以保形傳輸，從此揭開了孤子理論的研究序幕。1973年，Hasegawa與Tappert一起從理論上證明了光孤子脈沖能在光纖中保形傳輸這一現(xiàn)象，這種發(fā)現(xiàn)誘發(fā)了人們將光孤子作為一種信息載體用于高速通信的遐想。光孤子通信——是利用光孤子作為載體的通信方式。826.4光孤子通信技術2．光孤子通信技術的基本原理光孤子(OpticalSoliton)就是一種具有雙曲正割形狀的光脈沖，這種脈沖在光纖中傳輸是利用光纖的群速度色散（GVD）和非線性作用中的自相位調(diào)制（SPM）兩種影響達到平衡的情況下，從而能保持原來的形狀傳輸。利用光孤子的這種特性，可以實現(xiàn)超長距離、超大容量的光通信。色散——使經(jīng)過光纖傳輸一定距離后的光信號出現(xiàn)波形展寬的現(xiàn)象。非線性效應——在入射光功率較強的條件下，光纖折射率隨光強度變化的現(xiàn)象。83非線性效應在強光作用下，光纖的n可以表示為這種折射率隨光強變化的特性稱為克爾效應。設波長為λ，光強為的光脈沖在長度為L的光纖中傳輸，則光強感應的折射率變化，由此引起的相位變化為這種使脈沖不同部位產(chǎn)生不同相移的特性，稱為自相位調(diào)制（SPM）。SPM引起脈沖載波頻率隨時間的變化為該頻移使脈沖頻率改變分布，在脈沖下降部分，頻率升高，在脈沖上升部分，頻率降低，這種現(xiàn)象即脈沖被線性調(diào)頻或稱為啁啾。6.4光孤子通信技術84設已調(diào)波的頻譜較窄，近似單色平面波，則由于克爾效應，其傳播常數(shù)β為式中P為光功率。Aeff為有效光纖截面積。將該式β0在和P=0附近級數(shù)展開，可得式中右邊第三項和第四項正好體現(xiàn)的是光纖的色散和非線性效應，因此，只要適當選擇相關參數(shù)，使這兩項的絕對值相等，則光纖色散和非線性效應便相互抵消，使輸入脈沖寬度保持不變，形成穩(wěn)定的光孤子。6.4光孤子通信技術85

光孤子通信系統(tǒng)的構成框圖孤子源調(diào)制脈沖源探測EDFAEDFAEDFAEDFA光纖傳輸系統(tǒng)隔離器6.4光孤子通信技術866.4光孤子通信技術

光孤子源產(chǎn)生一系列脈沖寬度很窄的光脈沖（即光孤子流），作為信息載體進入光調(diào)制器，使信息對光孤子進行調(diào)制。被調(diào)制的光孤子流經(jīng)摻鉺光纖放大器和光隔離器后，進入光纖中傳輸。為克服光纖損耗帶來的光孤子減弱，在光纖線路上周期性地插入EDFA，向光孤子注入能量，以補償光纖傳輸而引起的能量損耗，確保光孤子穩(wěn)定傳輸。在接收端，通過光檢測器和解調(diào)裝置，恢復光孤子所承載的信息。

3．光孤子通信技術的新進展

（1）理論研究進展

首先，在理論方法方面，基于標準非線性薛定諤方程和逆散射理論，深入研究了理想孤子解的基本結構和特征；基于光孤子通信系統(tǒng)的實際結構和擾動非線性薛定諤方程，建立了研究光孤876.4光孤子通信技術子傳輸特性的各種擾動理論方法，深入研究了光孤子的動力學過程、動態(tài)演化特性、穩(wěn)定性及穩(wěn)定傳輸?shù)臈l件和能力；基于光孤子的粒子性，建立了分析孤子相互作用的各種理論方法，揭示了光時分復用、波分復用系統(tǒng)中光孤子相互作用的機制和規(guī)律。其次，在光孤子通信系統(tǒng)分析設計模型方面，基于不同系統(tǒng)結構、運行條件和性能要求，研究了光孤子傳輸方案和理論模型，建立了平均孤子或?qū)б行墓伦幽Ｐ图皠討B(tài)孤子和絕熱孤子傳輸方案，確立了系統(tǒng)結構的基本模式。（2）色散管理孤子（DMS）

經(jīng)過十余年對孤子脈沖傳輸研究，探索了各種實驗系統(tǒng)方案和系統(tǒng)設計方法，解決了許多關鍵技術，脈沖在光纖中傳輸時所886.4光孤子通信技術產(chǎn)生的色散、損耗和非線性是公認的三大影響孤子脈沖傳輸?shù)囊蛩?，摻鉺光纖放大器(EDFA)問世后，損耗問題已經(jīng)得到很好的解決，但是隨著孤子脈沖源脈寬的越來越窄，色散作用越來越影響孤子的傳輸，于是對色散進行補償成為一個緊要的技術，現(xiàn)在光孤子通信系統(tǒng)的色散補償大體有兩類技術：一類是弱色散和局部色散補償；另一類是周期性全局強色散補償。DMS比普通孤子系統(tǒng)具有更長的光中繼距離，可達120～140km，而普通孤子系統(tǒng)僅為30～50km。896.4光孤子通信技術采用如圖6-28所示的實驗裝置：增益開關DFB激光器產(chǎn)生5GHz脈沖串，啁啾參量C=?2.29，并采用普通單模光纖（SMF）和色散補償光纖（DCF）搭配進行孤子脈沖傳輸，其中SMF長度為30km，D=17ps/nm·km，DCF的長度為8km，D=?62ps/nm·km，通過利用DCF補償色散，傳輸38km以后的孤子脈沖仍能保持原來的形狀，并且啁啾參量C=?1.57，也就是說經(jīng)過色散補償后的DMS改善了脈沖的傳輸質(zhì)量。圖6-285GHz，38km色散管理孤子傳輸試驗圖906.4光孤子通信技術3.光孤子通信實用化研究進程

歐共體各國協(xié)同組建了多項孤子發(fā)展項目，歐洲各相關光通信公司、研究所和大學基本上都參加了其項目研究，下表給出了其中三個項目的基本情況。916.4光孤子通信技術

4．光孤子通信實用化研究進程20世紀90年代前，孤子技術在實驗室完成的.1995年后開始現(xiàn)場試驗和實用化研究?，F(xiàn)已經(jīng)日趨成熟并已引起工業(yè)界和電信運營商的高度重視，它將是下一代光纖通信的主流方式。926.5全光通信網(wǎng)1．全光網(wǎng)(All-OpticalNetworks，AON)的概念所謂全光通信網(wǎng)是指信號以光的形式穿過整個網(wǎng)絡，直接在光域內(nèi)進行信號的傳輸、再生、光交叉連接（OXC）、光分叉復用（OADM）和交換/選路，中間不需經(jīng)過光電、電光轉(zhuǎn)換，因此它不受檢測器、調(diào)制器等光電器件響應速度的限制，對比特速率和調(diào)制方式透明，可以大大提高整個網(wǎng)絡的傳輸容量和交換節(jié)點的吞吐量.