第5章光纖傳輸系統(tǒng)

《光纖通信簡(jiǎn)明教程》原榮1第5章光纖傳輸系統(tǒng)5.1光纖通信系統(tǒng)基礎(chǔ)5.2SDH光纖傳輸系統(tǒng)5.3異步傳輸模式（ATM）技術(shù)5.4IP互聯(lián)網(wǎng)5.5光纖/電纜混合（HFC）網(wǎng)5.6波分復(fù)用（WDM）系統(tǒng)5.7光正交頻分復(fù)用（O-OFDM）光纖傳輸系 統(tǒng)5.8光纖技術(shù)在移動(dòng)通信中的應(yīng)用《光纖通信簡(jiǎn)明教程》原榮2前言至此，我們已介紹了構(gòu)成光纖傳輸系統(tǒng)所必須的傳輸介質(zhì)—光纖和光纜，用于發(fā)射光信號(hào)的激光器和光發(fā)射機(jī)，用于接收光信號(hào)的光探測(cè)器和光接收機(jī)，在傳輸線(xiàn)路中對(duì)光信號(hào)進(jìn)行放大的光放大器，以及光纖傳輸系統(tǒng)經(jīng)常用到的光無(wú)源器件。本章將首先簡(jiǎn)要介紹數(shù)字通信的基礎(chǔ)——脈沖編碼（PCM），光纖傳輸系統(tǒng)用到的調(diào)制、編碼和復(fù)用技術(shù)；接著講解光纖通信系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)，如同步數(shù)字制式（SDH）系統(tǒng)、異步傳輸模式（ATM）技術(shù)和國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IP）；然后介紹光纖/電纜混合（HFC）網(wǎng)、波分復(fù)用（WDM）系統(tǒng)；最后給出光正交頻分復(fù)用（O-OFDM）光纖傳輸系統(tǒng)和射頻信號(hào)光纖傳輸（RoF）系統(tǒng)?！豆饫w通信簡(jiǎn)明教程》原榮35.1概述5.1.1脈沖編碼——將模擬信號(hào)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)5.1.2信道編碼——減少誤碼方便時(shí)鐘提取5.1.3信道復(fù)用——提高信道容量，充分利用光纖帶寬5.1.4光調(diào)制——讓光攜帶聲音和數(shù)字信號(hào)《光纖通信簡(jiǎn)明教程》原榮45.1光纖通信系統(tǒng)的構(gòu)成光纖通信系統(tǒng)目標(biāo)：利用光纖的優(yōu)良傳輸特性實(shí)現(xiàn)

大容量通信：光頻率高

長(zhǎng)距離通信：光纖損耗極低

高可靠性通信：保密性，抗干擾性為各種信息提供傳送服務(wù)光纖通信系統(tǒng)的種類(lèi)：按傳輸信號(hào)類(lèi)型分：

模擬光纖通信系統(tǒng)，數(shù)字光纖通信系統(tǒng)

按光波的調(diào)制檢測(cè)手段分

非相干光通信系統(tǒng)（IM-DD強(qiáng)度調(diào)制直接檢波方式）

相干光通信系統(tǒng)：相干調(diào)制和外差檢測(cè)，相干調(diào)制利用要傳輸?shù)男盘?hào)來(lái)改變光載波的頻率、相位和振幅，外差檢測(cè)，利用一束與本機(jī)振蕩產(chǎn)生的激光與輸入的信號(hào)光在混頻器中進(jìn)行混頻，得到與信號(hào)光的頻率、相位和振幅按相同規(guī)律變化的中頻信號(hào)《光纖通信簡(jiǎn)明教程》原榮55.1光纖通信系統(tǒng)的構(gòu)成光纖通信系統(tǒng)的種類(lèi)：按光載波路數(shù)分：

單路光纖通信系統(tǒng)，多路光纖通信系統(tǒng)

按波長(zhǎng)劃分

長(zhǎng)波長(zhǎng)（1.31,1.55），中繼距離小于或等于10Km

短波長(zhǎng)（0.85），中繼距離大于100Km

超長(zhǎng)波長(zhǎng)（大于2um），中繼距離大于或等于1000Km，使用非石英光纖

按光纖模式分：

單模光纖通信系統(tǒng)：采用單模光纖，容量大，距離長(zhǎng)。多模光纖通信系統(tǒng)：多模梯度光纖，傳輸頻率受限，140Mbit/s

孤子光通信：用光纖的非線(xiàn)性進(jìn)行超大容量，超長(zhǎng)距離的通信方式。光孤子是一種特殊的波《光纖通信簡(jiǎn)明教程》原榮65.1光纖通信系統(tǒng)的構(gòu)成單路數(shù)字非相干光纖通信系統(tǒng)《光纖通信簡(jiǎn)明教程》原榮75.1光纖通信系統(tǒng)的構(gòu)成在電域?qū)π畔⑦M(jìn)行必要的處理：數(shù)字化模擬信號(hào)----數(shù)字信號(hào)抽樣、量化、編碼（PCM）復(fù)用單路數(shù)字電信號(hào)---多路數(shù)字電信號(hào)碼型變換NRZ---線(xiàn)路碼型常用的電線(xiàn)路碼型包括AMI，HDB3、CMI等

在光纖通信系統(tǒng)中，從電端機(jī)輸出的是適合于電纜傳輸?shù)碾p極性碼。光源不可能發(fā)射負(fù)光脈沖，因此必須進(jìn)行碼型變換，以適合于數(shù)字光纖通信系統(tǒng)傳輸?shù)囊?。?shù)字光纖通信系統(tǒng)普遍采用二進(jìn)制二電平碼，即“有光脈沖”表示“１”碼，“無(wú)光脈沖”表示“0”碼。

數(shù)字光纖通信是數(shù)字通信和光纖通信的優(yōu)化組合

數(shù)字通信：抗干擾能力強(qiáng)，易于集成，轉(zhuǎn)接方便

光纖通信：頻帶寬因此在通信網(wǎng)中數(shù)字通信是光纖通信的主要方式《光纖通信簡(jiǎn)明教程》原榮95.1.1脈沖編碼——

將模擬信號(hào)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)光纖通信系統(tǒng)光源的發(fā)射功率和線(xiàn)性都有限，因此通常選擇二進(jìn)制脈沖傳輸，因?yàn)閭鬏敹M(jìn)制脈沖信號(hào)對(duì)接收機(jī)SNR的要求非常低（15.6dB），對(duì)光源的非線(xiàn)性要求也不苛刻。脈沖編碼調(diào)制（Pulse-CodeModulation，PCM）是光纖傳輸模擬信號(hào)的基礎(chǔ)。解碼后的基帶信號(hào)質(zhì)量幾乎只與編碼參數(shù)有關(guān)，而與接收到的SNR關(guān)系不大。假如接收到的信號(hào)質(zhì)量不低于一定的誤碼率，此時(shí)解碼SNR只與編碼比特?cái)?shù)有關(guān)。圖5.1.1表示PCM編碼過(guò)程。在說(shuō)明該圖之前，讓我們簡(jiǎn)要地介紹一下實(shí)現(xiàn)PCM通信的3個(gè)最基本的過(guò)程，即取樣、量化和編碼?！豆饫w通信簡(jiǎn)明教程》原榮101.取樣取樣是分別以固定的時(shí)間間隔T取出模擬信號(hào)的瞬時(shí)幅度值(簡(jiǎn)稱(chēng)樣值)的過(guò)程，如圖5.1.1(b)所示。要想實(shí)現(xiàn)模擬/數(shù)字(A/D)變換,首先要進(jìn)行取樣。取樣定理:若取樣頻率不小于模擬信號(hào)帶寬的兩倍，則取樣后的樣值波形只需通過(guò)低通濾波器即可恢復(fù)出原始的模擬信號(hào)波形。圖5.1.1(b)表示具體的取樣過(guò)程，由圖可見(jiàn)，時(shí)間上連續(xù)的信號(hào)變成了時(shí)間上離散的信號(hào)，因而給時(shí)分多路復(fù)用技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。但這種樣值信號(hào)，本身在幅度取值上仍是連續(xù)的（稱(chēng)為脈沖幅度調(diào)制（PAM）信號(hào)），因此仍屬模擬信號(hào)，它不僅無(wú)法抵御噪聲的干擾，而且也不能用有限位數(shù)的二進(jìn)碼組加以表示?！豆饫w通信簡(jiǎn)明教程》原榮11圖5.1.1PCM編碼過(guò)程《光纖通信簡(jiǎn)明教程》原榮122.量化所謂量化指的是將幅度為無(wú)限多個(gè)連續(xù)樣值變成有限個(gè)離散樣值的處理過(guò)程。具體來(lái)說(shuō)，就是將樣值的幅度變化范圍劃分成若干個(gè)小間隔，每一個(gè)小間隔稱(chēng)之為一個(gè)量化級(jí)，當(dāng)某一樣值落入在某一個(gè)小間隔內(nèi)時(shí)，可采用“四舍五入”的方法分級(jí)取整，近似看成某一規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值。這樣一來(lái)，就可以用有限個(gè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值來(lái)表示樣值的大小。當(dāng)然量化后的信號(hào)和原來(lái)的信號(hào)是有差別的，稱(chēng)之為量化誤差，對(duì)于圖5.1.1(c)所示的均勻量化，各段的量化誤差均為

0.5。經(jīng)過(guò)量化后的各樣值可用有限個(gè)值來(lái)表示，進(jìn)而即可進(jìn)行編碼?！豆饫w通信簡(jiǎn)明教程》原榮133.編碼《光纖通信簡(jiǎn)明教程》原榮14表5.1.18個(gè)樣值電平值與二進(jìn)制代碼的對(duì)應(yīng)關(guān)系至此，將一路模擬信號(hào)變成用二進(jìn)制代碼表示的脈沖信號(hào)的處理過(guò)程就結(jié)束了。所產(chǎn)生的信號(hào)稱(chēng)之為PCM信號(hào)。而描述所含信息量的大小，可用傳輸速率來(lái)表示，即每秒鐘所傳輸?shù)拇a元（比特）數(shù)目（比特/秒，bit/s）。《光纖通信簡(jiǎn)明教程》原榮15我國(guó)PCM通信制式的基礎(chǔ)速率《光纖通信簡(jiǎn)明教程》原榮164.PCM編碼《光纖通信簡(jiǎn)明教程》原榮174.PCM編碼《光纖通信簡(jiǎn)明教程》原榮185.1.2信道編碼

——減少誤碼方便時(shí)鐘提取

對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行編碼的理由是：(1)為了使接收再生電路把相位或頻率鎖定到信號(hào)定時(shí)上；(2)因?yàn)楣饨邮諜C(jī)采用電容耦合，接收機(jī)不能對(duì)直流和低頻分量響應(yīng)，使長(zhǎng)連零信號(hào)的幅度逐漸下降，經(jīng)判決電路后會(huì)產(chǎn)生誤碼，如圖5.1.3所示?！豆饫w通信簡(jiǎn)明教程》原榮19圖5.1.3光接收機(jī)電容耦合使長(zhǎng)連零信號(hào)幅度下降導(dǎo)致判決產(chǎn)生誤碼《光纖通信簡(jiǎn)明教程》原榮20幾種有效的信道編碼方式使非歸零碼（NRZ）的“1”碼在T/2周期時(shí)由高電平變成低電平，即由非歸零碼變成歸零碼（RZ）；使用產(chǎn)生隨機(jī)碼的編碼多項(xiàng)式對(duì)NRZ碼進(jìn)行擾碼，確保長(zhǎng)連“1”（高電平）或長(zhǎng)連“0”（低電平）光脈沖串不出現(xiàn)；使用相位調(diào)制碼，如曼徹斯特（Manchester）編碼，不管輸入信號(hào)如何，輸出占空比總是50%，如圖5.1.6（c）所示；在P-I特性的線(xiàn)性部分的半功率點(diǎn)偏置LED或LD，這樣發(fā)射光脈沖是雙極性碼，相當(dāng)于三電平編碼，如圖5.1.6（d）所示；在半功率點(diǎn)偏置光源，并用差分輸入信號(hào)驅(qū)動(dòng)它，發(fā)射脈沖總是正負(fù)相間變化，因此減小了所有的低頻分量，如圖5.1.6（e）和圖5.1.6（f）所示；使用很高電平的窄脈沖進(jìn)行脈沖位置調(diào)制（PPM），在判決前進(jìn)行積分和再生，以便恢復(fù)輸入信號(hào)，如圖5.1.6（g）所示。簡(jiǎn)單的二電平碼會(huì)帶來(lái)如下問(wèn)題：

?在碼流中，出現(xiàn)“１”碼和“0”碼的個(gè)數(shù)是隨機(jī)變化的，因而直流分量也會(huì)發(fā)生隨機(jī)波動(dòng)(基線(xiàn)漂移)，給光接收機(jī)的判決帶來(lái)困難。

?在隨機(jī)碼流中，容易出現(xiàn)長(zhǎng)串連“１”碼或長(zhǎng)串連“0”碼，這樣可能造成位同步信息丟失，給定時(shí)提取造成困難或產(chǎn)生較大的定時(shí)誤差。

?不能實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)(不中斷業(yè)務(wù))的誤碼檢測(cè)，不利于長(zhǎng)途通信系統(tǒng)的維護(hù)。《光纖通信簡(jiǎn)明教程》原榮22編碼的目的使輸出的二進(jìn)制碼不要產(chǎn)生長(zhǎng)連“1”或長(zhǎng)連“0”，而是使“1”碼和“0”碼盡量相間排列。這樣既有利于時(shí)鐘提取，也不會(huì)產(chǎn)生因長(zhǎng)連零信號(hào)幅度下降使判決產(chǎn)生誤碼。

數(shù)字光纖通信系統(tǒng)對(duì)線(xiàn)路碼型的主要要求是保證傳輸?shù)耐该餍?，具體要求有：

(1)能限制信號(hào)帶寬，減小功率譜中的高低頻分量。這樣就可以減小基線(xiàn)漂移、提高輸出功率的穩(wěn)定性和減小碼間干擾，有利于提高光接收機(jī)的靈敏度。

(2)能給光接收機(jī)提供足夠的定時(shí)信息。因而應(yīng)盡可能減少連“１”碼和連“0”碼的數(shù)目，使“1”碼和“0”碼的分布均勻，保證定時(shí)信息豐富。

(3)能提供一定的冗余碼，用于平衡碼流、誤碼監(jiān)測(cè)和公務(wù)通信。但對(duì)高速光纖通信系統(tǒng)，應(yīng)適當(dāng)減少冗余碼，以免占用過(guò)大的帶寬。4.3.1擾碼為了保證傳輸?shù)耐该餍?，在系統(tǒng)光發(fā)射機(jī)的調(diào)制器前，需要附加一個(gè)擾碼器，將原始的二進(jìn)制碼序列加以變換，使其接近于隨機(jī)序列。相應(yīng)地，在光接收機(jī)的判決器之后，附加一個(gè)解擾器，以恢復(fù)原始序列。擾碼與解擾可由反饋移位寄存器和對(duì)應(yīng)的前饋移位寄存器實(shí)現(xiàn)。擾碼改變了“１”碼與“0”碼的分布，從而改善了碼流的一些特性。例如：擾碼前：1100000011000…

擾碼后：1101110110011…①不能完全控制長(zhǎng)串連“１”和長(zhǎng)串連“0”序列的出現(xiàn)②沒(méi)有引入冗余，不能進(jìn)行在線(xiàn)誤碼監(jiān)測(cè)；③信號(hào)頻譜中接近于直流的分量較大，不能解決基線(xiàn)漂移。因?yàn)閿_碼不能完全滿(mǎn)足光纖通信對(duì)線(xiàn)路碼型的要求，所以許多光纖通信設(shè)備除采用擾碼外還采用其它類(lèi)型的線(xiàn)路編碼。擾碼有下列缺點(diǎn)：4.3.2mBnB碼

mBnB碼是把輸入的二進(jìn)制原始碼流進(jìn)行分組，每組有m個(gè)二進(jìn)制碼，記為mB，稱(chēng)為一個(gè)碼字，然后把一個(gè)碼字變換為n個(gè)二進(jìn)制碼，記為nB，并在同一個(gè)時(shí)隙內(nèi)輸出。這種碼型是把mB變換為nB，所以稱(chēng)為mBnB碼，其中m和n都是正整數(shù)，n>m，一般選取n=m+1。mBnB碼有1B2B、3B4B、5B6B、8B9B、17B18B等等。

1.mBnB碼編碼原理最簡(jiǎn)單的mBnB碼是1B2B碼，即曼徹斯特碼，這就是把原碼的“０”變換為“01”，把“1”變換為“10”。因此最大的連“０”和連“１”的數(shù)目不會(huì)超過(guò)兩個(gè)，例如1001和0110。但是在相同時(shí)隙內(nèi)，傳輸1比特變?yōu)閭鬏?比特，碼速提高了1倍。

以3B4B碼為例，輸入的原始碼流3B碼，共有(23)8個(gè)碼字，變換為4B碼時(shí)，共有(24)16個(gè)碼字，見(jiàn)表4.2。為保證信息的完整傳輸，必須從4B碼的16個(gè)碼字中挑選8個(gè)碼字來(lái)代替3B碼。設(shè)計(jì)者應(yīng)根據(jù)最佳線(xiàn)路碼特性的原則來(lái)選擇碼表。例如：在3B碼中有2個(gè)“0”，變?yōu)?B碼時(shí)補(bǔ)1個(gè)“１”；在3B碼中有2個(gè)“1”，變?yōu)?B碼時(shí)補(bǔ)1個(gè)“0”。而000用0001和1110交替使用；111用0111和1000交替使用。同時(shí)，規(guī)定一些禁止使用的碼字，稱(chēng)為禁字，例如0000和1111。01111111111011011101100101110110101001100100001110110110010101001000011001001000010000004B3B

表4.23B和4B的碼字

作為普遍規(guī)則，引入“碼字?jǐn)?shù)字和”(WDS)來(lái)描述碼字的均勻性，并以WDS的最佳選擇來(lái)保證線(xiàn)路碼的傳輸特性。所謂“碼字?jǐn)?shù)字和”，是在nB碼的碼字中，用“-1”代表“0”碼，用“+1”代表“１”碼，整個(gè)碼字的代數(shù)和即為WDS。如果整個(gè)碼字“１”碼的數(shù)目多于“0”碼，則WDS為正；如果“0”碼的數(shù)目多于“1”碼，則WDS為負(fù)；如果“0”碼和“1”碼的數(shù)目相等，則WDS為0。例如：對(duì)于0111，WDS=+2；對(duì)于0001，WDS=-2；對(duì)于0011，WDS=0。nB碼的選擇原則是：盡可能選擇|WDS|最小的碼字，禁止使用|WDS|最大的碼字。以3B4B為例，應(yīng)選擇WDS=0和WDS=±2的碼字，禁止使用WDS=±4的碼字。表4.3示出根據(jù)這個(gè)規(guī)則編制的一種3B4B碼表，表中正組和負(fù)組交替使用。線(xiàn)路碼（4B）信號(hào)碼（3B）模式2（負(fù)組）模式1（正組）WDS碼子WDS碼子-20010+211011117-21000+20111110601010010101015010010100110040011000110011300101001010102-20001+211100011-20100+210110000

表4.3一種3B4B碼表

我國(guó)3次群和4次群光纖通信系統(tǒng)最常用的線(xiàn)路碼型是5B6B碼，其編碼規(guī)則如下：

5B碼共有(25)32個(gè)碼字，變換6B碼時(shí)共有(26)64個(gè)碼字，其中WDS=0有20個(gè)，WDS=±2有15個(gè)，WDS=-2有15個(gè)，共有50個(gè)|WDS|最小的碼字可供選擇。由于變換為6B碼時(shí)只需32個(gè)碼字，為減少連“１”和連“0”的數(shù)目，刪去：000011、110000、001111和111100。當(dāng)然禁用WDS=±4和±6的碼字。表4.4示出根據(jù)這個(gè)規(guī)則編制的一種5B6B碼表，正組和負(fù)組交替使用。表中正組選用20個(gè)WDS=0和12個(gè)WDS=+2，負(fù)組選用20個(gè)WDS=0和12個(gè)WDS=-2。線(xiàn)路碼（6B）信號(hào)碼（5B）模式2（負(fù)組）模式1（正組）WDS碼子WDS碼子-2000101+21110101111131-2001001+21101101111030-2010001+2101101110129011100001110001110028-2000110+21110011101127011010001101001101026011001001100101100125續(xù)表mBnB碼是一種分組碼，設(shè)計(jì)者可以根據(jù)傳輸特性的要求確定某種碼表。mBnB碼的特點(diǎn)是：

(1)碼流中“0”和“1”碼的概率相等，連“0”和連“1”的數(shù)目較少，定時(shí)信息豐富。(2)高低頻分量較小，信號(hào)頻譜特性較好，基線(xiàn)漂移小

(3)在碼流中引入一定的冗余碼，便于在線(xiàn)誤碼檢測(cè)。mBnB碼的缺點(diǎn)是傳輸輔助信號(hào)比較困難。因此，在要求傳輸輔助信號(hào)或有一定數(shù)量的區(qū)間通信的設(shè)備中，不宜用這種碼型。2.編譯碼器有兩種編譯碼電路：

?一種是組合邏輯電路，就是把整個(gè)編譯碼器都集成在一小塊芯片上，組成一個(gè)大規(guī)模專(zhuān)用集成塊，國(guó)外設(shè)備大多采用這種方法。

?一種是把設(shè)計(jì)好的碼表全部存儲(chǔ)到一塊只讀存儲(chǔ)器(PROM)內(nèi)而構(gòu)成，國(guó)內(nèi)設(shè)備一般采用這種方法。以3B4B碼為例，碼表存儲(chǔ)編碼器的工作原理示于圖4.22。首先把設(shè)計(jì)好的碼表存入PROM內(nèi)，待變換的信號(hào)碼流通過(guò)串-并變換電路變?yōu)?比特一組的碼b1、b2、b3，并行輸出作為PROM的地址碼，在地址碼作用下，PROM根據(jù)存儲(chǔ)的碼表，輸出與地址對(duì)應(yīng)的并行4B碼，再經(jīng)過(guò)并-串變換電路，讀出已變換的4B碼流。

圖中A、B、C三條線(xiàn)為組別控制控制線(xiàn)，當(dāng)WDS=±2時(shí)，從A、B分別送出控制信號(hào)，通過(guò)C線(xiàn)決定組別。

譯碼器與編碼器基本相同，只是除去組別控制部分。譯碼時(shí)，把送來(lái)的已變換的4B信號(hào)碼流，每4比特并聯(lián)為一組，作為PROM的地址，然后讀出3B碼，再經(jīng)過(guò)并-串變換還原為原來(lái)的信號(hào)碼流。其他的mBnB碼編譯碼電路原理相同，只是電路復(fù)雜程度有所區(qū)別。

4.3.3插入碼

插入碼是把輸入二進(jìn)制原始碼流分成每m比特(mB)-一組，然后在每組mB碼末尾按一定規(guī)律插入一個(gè)碼，組成m+1個(gè)碼為一組的線(xiàn)路碼流。根據(jù)插入碼的規(guī)律，可以分為mB1C碼、mB1H碼和mB1P碼。

1.插入碼的編碼原理

mB1C碼的編碼原理是，把原始碼流分成每m比特(mB)一組，然后在每組mB碼的末尾插入1比特補(bǔ)碼，這個(gè)補(bǔ)碼稱(chēng)為C碼，所以稱(chēng)為mB1C碼。補(bǔ)碼插在mB碼的末尾，連“0”碼和連“1”碼的數(shù)目最少。mB1C碼的結(jié)構(gòu)如圖4.23所示，例如：

mB碼為：100110001101……mB1C碼為：1001110100101010……C碼的作用是引入冗余碼，可以進(jìn)行在線(xiàn)誤碼率監(jiān)測(cè)；同時(shí)改善了“0”碼和“1”碼的分布，有利于定時(shí)提取。mB1H碼是mB1C碼演變而成的，即在mB1C碼中，扣除部分C碼，并在相應(yīng)的碼位上插入一個(gè)混合碼(H碼)，所以稱(chēng)為mB1H碼。所插入的H碼可以根據(jù)不同用途分為三類(lèi)：第一類(lèi)是C碼，它是第m位碼的補(bǔ)碼，用于在線(xiàn)誤碼率監(jiān)測(cè)；第二類(lèi)是L碼，用于區(qū)間通信；第三類(lèi)是G碼，用于幀同步、公務(wù)、數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)等信息的傳輸。

圖4.23mB1C碼的結(jié)構(gòu)

常用的插入碼是mB1H碼，有1B1H碼、4B1H碼和8B1H碼。以4B1H碼為例，它的優(yōu)點(diǎn)是碼速提高不大，誤碼增值??；可以實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)誤碼檢測(cè)、區(qū)間通信和輔助信息傳輸。

缺點(diǎn)是碼流的頻譜特性不如mBnB碼。但在擾碼后再進(jìn)行4B1H變換，可以滿(mǎn)足通信系統(tǒng)的要求。

在mB1P碼中，P碼稱(chēng)為奇偶校驗(yàn)碼，其作用和C碼相似，但P碼有以下兩種情況：

(1)P碼為奇校驗(yàn)碼時(shí)，其插入規(guī)律是使m+1個(gè)碼內(nèi)“1”碼的個(gè)數(shù)為奇數(shù)，例如：mB碼為：100000001110……mB1P碼為：1000000100101101……

當(dāng)檢測(cè)得m+1個(gè)碼內(nèi)“１”碼為奇數(shù)時(shí)，則認(rèn)為無(wú)誤碼。(2)P碼為偶校驗(yàn)碼時(shí)，其插入規(guī)律是使m+1個(gè)碼內(nèi)“１”碼的個(gè)數(shù)為偶數(shù)，例如：mB碼為：100000001110……mB1P碼為：1001000000111100……

當(dāng)檢測(cè)得m+1個(gè)碼內(nèi)“１”碼為偶數(shù)時(shí)，則認(rèn)為無(wú)誤碼。2.編譯碼器和mBnB碼不同，mB1H碼沒(méi)有一一對(duì)應(yīng)的碼結(jié)構(gòu)，所以mB1H碼的變換不能采用碼表法，一般都采用緩存插入法來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖4.24示出4B1H編碼器原理，它由緩存器、寫(xiě)入時(shí)序電路、插入邏輯和讀出時(shí)序電路四部分組成。4B1H碼是每4個(gè)信號(hào)碼插入一個(gè)H碼，因此變換后碼速增加1/4。設(shè)信號(hào)碼的碼速為34368kb/s，經(jīng)4B1H變換后，線(xiàn)路碼的碼速為(5/4)34368kb/s=42960kb/s。34368kb/s的NRZ信號(hào)碼送入緩存器。圖4.244B1H編碼器原理

緩存器是4D觸發(fā)器，它利用鎖相環(huán)中的4分頻信號(hào)作為寫(xiě)入時(shí)序脈沖，隨機(jī)但有順序地把34368kb/s信號(hào)碼流分為4比特一組，與H碼一起并聯(lián)送入插入邏輯。

插入邏輯電路實(shí)際上是一個(gè)5選1的電路，它利用鎖相環(huán)中5分頻電路輸出讀出時(shí)序脈沖。由插入邏輯輸出碼速為42960kb/s的4B1H碼。圖4.25示出4B1H譯碼器原理，它由B碼還原、H碼分離、幀同步和相應(yīng)的時(shí)鐘頻率變換電路組成。把42960kb/s的4B1H碼加到緩存器，因4B1H碼是5比特為一組，所以緩存器應(yīng)有5級(jí)，并用不同的時(shí)鐘寫(xiě)入。圖4.254B1H譯碼器原理

頻率變換電路要保證向各個(gè)部分提供所需的準(zhǔn)確時(shí)鐘信號(hào)。通過(guò)緩存器，實(shí)際上已把B碼和H碼分開(kāi)，只要用34368kHz的時(shí)鐘把B碼按順序讀出，B碼就還原了。

B碼的還原電路實(shí)際上就是并串變換電路，由4選1電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。數(shù)字光纖通信系統(tǒng)常用幾種線(xiàn)路碼的主要性能列于表4.5?！豆饫w通信簡(jiǎn)明教程》原榮51SDH干線(xiàn)采用擾碼的NRZ碼大多數(shù)高性能干線(xiàn)系統(tǒng)使用擾碼的NRZ碼，如SDH干線(xiàn)。這種碼型最簡(jiǎn)單，帶寬窄，SNR高，線(xiàn)路速率不增加，沒(méi)有光功率代價(jià)，無(wú)需編碼，只要一個(gè)擾碼器即可，使其最適合長(zhǎng)距離系統(tǒng)應(yīng)用?！豆饫w通信簡(jiǎn)明教程》原榮52CMI編碼ITU-TG.703建議中規(guī)定：PDH接口速率139.264Mb/s使用；SDH接口速率155.520

Mb/s的物理/電接口使用；CMI編碼規(guī)定輸入碼字為“0”時(shí)，輸出為01；輸入碼字為“1”時(shí)，輸出為00或11。《光纖通信簡(jiǎn)明教程》原榮53線(xiàn)路碼型的主要參數(shù)(1)碼速提高率H若普通二進(jìn)制的碼速率為f1，線(xiàn)路碼的碼速率為f2，則H=(f2-f1)/f1?100%(2)最大同符號(hào)連續(xù)次數(shù)不同碼型計(jì)算方法不同(3)誤碼倍增系數(shù)M=還原二進(jìn)制碼中的總誤碼數(shù)/線(xiàn)路碼中總誤碼數(shù)誤碼倍增：傳輸中發(fā)生的誤碼使接收端的解碼發(fā)生多個(gè)錯(cuò)誤要使M小必須付出光功率的代價(jià)(4)翻轉(zhuǎn)電平差DD=誤碼時(shí)高電平碼元總數(shù)/正常時(shí)高電平碼元總數(shù)《光纖通信簡(jiǎn)明教程》原榮54線(xiàn)路碼型的主要參數(shù)(5)冗余度R線(xiàn)路碼型變換前后碼流大小不一樣，變換后的碼流冗余了部分定時(shí)、監(jiān)測(cè)、管理等信息R=(f2-f1)/f1

R大的線(xiàn)路碼傳送速率低，但傳送輔助信號(hào)能力強(qiáng)，充分利用冗余部分，R大些也值得，R大碼型實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單《光纖通信簡(jiǎn)明教程》原榮555.1.3信道復(fù)用

——提高信道容量，充分利用光纖帶寬

信道復(fù)用目的：提高信道容量，充分利用光纖帶寬信道，方便光纖傳輸，把多個(gè)低容量信道以及開(kāi)銷(xiāo)信息，復(fù)用到一個(gè)大容量傳輸信道。可以在電域和光域同時(shí)復(fù)用多個(gè)信道到一根光纖上。因此，復(fù)用后的多個(gè)信道共享光源的光功率和光纖的傳輸帶寬。在電域內(nèi)，信道復(fù)用有時(shí)分復(fù)用（TDM）、頻分復(fù)用（FDM）和正交頻分復(fù)用（OFDM）、微波副載波復(fù)用（SCM）和碼分復(fù)用（CDM）；在光域內(nèi)，與此相對(duì)應(yīng)，信道復(fù)用也有光時(shí)分復(fù)用（OTDM）、光頻分復(fù)用即波分復(fù)用（WDM）和光正交頻分復(fù)用（O-OFDM），以及光碼分復(fù)用（OCDM），如圖5.1.5所示。此外，還有空分復(fù)用，比如雙纖雙向傳輸就是空分復(fù)用。《光纖通信簡(jiǎn)明教程》原榮56圖5.1.5光纖通信系統(tǒng)利用的各種復(fù)用技術(shù)碼分復(fù)用(CDM，CodeDivisionMultiplexing)是靠不同的編碼來(lái)區(qū)分各路原始信號(hào)的一種復(fù)用方式，主要和各種多址技術(shù)結(jié)合產(chǎn)生了各種接入技術(shù)，包括無(wú)線(xiàn)和有線(xiàn)接入。頻分復(fù)用(FDM，F(xiàn)requencyDivisionMultiplexing)就是將用于傳輸信道的總帶寬劃分成若干個(gè)子頻帶(或稱(chēng)子信道)，每一個(gè)子信道傳輸1路信號(hào)。波分復(fù)用指在同一根光纖中同時(shí)讓兩個(gè)或兩個(gè)以上的光波長(zhǎng)信號(hào)通過(guò)不同光信道各自傳輸信息,稱(chēng)為光波分復(fù)用技術(shù),簡(jiǎn)稱(chēng)WDM。光波分復(fù)用包括頻分復(fù)用和波分復(fù)用。光頻分復(fù)用(FDM)技術(shù)和光波分復(fù)用(WDM)技術(shù)無(wú)明顯區(qū)別,因?yàn)楣獠ㄊ请姶挪ǖ囊徊糠?光的頻率與波長(zhǎng)具有單一對(duì)應(yīng)關(guān)系。通常也可以這樣理解,光頻分復(fù)用指光頻率的細(xì)分,光信道非常密集。光波分復(fù)用指光頻率的粗分,光信道相隔較遠(yuǎn),甚至處于光纖不同窗口。

時(shí)分復(fù)用(TimeDivisionMultiplexer,TDM)是把一個(gè)傳輸通道進(jìn)行時(shí)間分割以傳送若干話(huà)路的信息，把N個(gè)話(huà)路設(shè)備接到一條公共的通道上，按一定的次序輪流的給各個(gè)設(shè)備分配一段使用通道的時(shí)間。當(dāng)輪到某個(gè)設(shè)備時(shí)，這個(gè)設(shè)備與通道接通，執(zhí)行操作。與此同時(shí)，其它設(shè)備與通道的聯(lián)系均被切斷。待指定的使用時(shí)間間隔一到，則通過(guò)時(shí)分多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)把通道聯(lián)接到下一個(gè)要連接的設(shè)備上去。《光纖通信簡(jiǎn)明教程》原榮605.1.4光調(diào)制

——讓光攜帶聲音和數(shù)字信號(hào)在無(wú)線(xiàn)電廣播和通信系統(tǒng)中，調(diào)制是用數(shù)字或模擬信號(hào)改變載波的幅度、頻率或相位的過(guò)程。調(diào)制分相干調(diào)制和非相干調(diào)制；非相干調(diào)制---改變載波的幅度；相干調(diào)制---改變載波的頻率或相位；光通信系統(tǒng)中非相干調(diào)制有直接調(diào)制和外調(diào)制兩種；直接調(diào)制---信息直接調(diào)制光源的輸出光強(qiáng)；外調(diào)制---信息通過(guò)外調(diào)制器對(duì)連續(xù)輸出光進(jìn)行調(diào)制；最常用的光纖系統(tǒng)都是采用非相干的強(qiáng)度調(diào)制-直接檢測(cè)(IM/DD)方式；近來(lái)，采用偏振復(fù)用正交相移鍵控（PM-QPSK）調(diào)制，在接收端使用相干檢測(cè)，能夠?qū)崿F(xiàn)在現(xiàn)有10Gb/s光纖線(xiàn)路上傳輸40Gb/s信號(hào)，這種相干檢測(cè)受到重視?！豆饫w通信簡(jiǎn)明教程》原榮61圖5.1.6（a）表示用快速上下移動(dòng)快門(mén)，使光波間斷通過(guò)遮光板的孔洞，從而實(shí)現(xiàn)光的脈沖調(diào)制。

（d）脈沖調(diào)制（e）偏振調(diào)制《光纖通信簡(jiǎn)明教程》原榮62改變E0(t)的調(diào)制是幅度調(diào)制改變f(t)的調(diào)制是頻率調(diào)制改變

(t)的調(diào)制是相位調(diào)制《光纖通信簡(jiǎn)明教程》原榮63IM/DD方式在發(fā)送端，電信號(hào)直接調(diào)制（IM）光載波的強(qiáng)度；在接收端，光信號(hào)被光電二極管直接探測(cè)（DD），從而恢復(fù)發(fā)射端的電信號(hào)。《光纖通信簡(jiǎn)明教程》原榮64圖5.1.7光通信采用的調(diào)制方式《光纖通信簡(jiǎn)明教程》原榮65圖5.1.8IM/DD方式實(shí)現(xiàn)圖解《光纖通信簡(jiǎn)明教程》原榮66副載波調(diào)制（SCM）副載波調(diào)制是首先用信息信號(hào)調(diào)制一個(gè)比基帶信號(hào)最高頻率高幾倍的載波然后用該載波信號(hào)再去調(diào)制光波。因?yàn)樾盘?hào)是用光波傳輸?shù)模d波對(duì)光波而言只扮演著副載波的作用，所以這種技術(shù)就稱(chēng)為副載波調(diào)制（SCM，Subcarriermodulation）。《光纖通信簡(jiǎn)明教程》原榮67SCM分類(lèi)模擬調(diào)制

用輸入模擬信號(hào)調(diào)制高頻正弦波的過(guò)程叫模擬調(diào)制。在接收端基帶信號(hào)的恢復(fù)是通過(guò)低通濾波器，濾除所有的高頻成分而得到的。頻率調(diào)制

它是保持正弦載波的幅度不變，改變它的頻率，使其成為輸入信號(hào)電壓的函數(shù)。相位調(diào)制

它是保持正弦載波的幅度和頻率不變，改變它的相位，而使其輸出調(diào)制信號(hào)為輸入信號(hào)電壓的函數(shù)?！豆饫w通信簡(jiǎn)明教程》原榮68當(dāng)調(diào)制信號(hào)是數(shù)字信號(hào)時(shí)，調(diào)制原理與模擬強(qiáng)度調(diào)制相同，只要用脈沖波取代正弦波即可。但是工作點(diǎn)的選擇不同，模擬強(qiáng)度調(diào)制選在P-I特性的線(xiàn)性區(qū)；而數(shù)字調(diào)制選在閾值點(diǎn)。模擬強(qiáng)度調(diào)制 數(shù)字強(qiáng)度調(diào)制《光纖通信簡(jiǎn)明教程》原榮691.模擬強(qiáng)度光調(diào)制《光纖通信簡(jiǎn)明教程》原榮702.數(shù)字強(qiáng)度光調(diào)制《光纖通信簡(jiǎn)明教程》原榮71例5.1.1“1”碼內(nèi)的光振蕩數(shù)量計(jì)算

《光纖通信簡(jiǎn)明教程》原榮725.2 SDH光纖傳輸系統(tǒng)5.2.1

時(shí)分復(fù)用工作原理5.2.2SDH基本概念5.2.3SDH幀結(jié)構(gòu)和傳輸速率5.2.4SDH復(fù)用映射結(jié)構(gòu)5.2.5SDH設(shè)備類(lèi)型和系統(tǒng)組成5.2.6SDH物理層5.2.7SDH網(wǎng)同步的電時(shí)分復(fù)用光纖通信系統(tǒng)《光纖通信簡(jiǎn)明教程》原榮73從PDH到SDH在SDH出現(xiàn)以前，電信網(wǎng)中所用的數(shù)字傳輸系統(tǒng)都屬于準(zhǔn)同步數(shù)字制式（PDH），它可以很好地適應(yīng)傳統(tǒng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，卻無(wú)法適應(yīng)動(dòng)態(tài)聯(lián)網(wǎng)的要求，也難以支持新業(yè)務(wù)應(yīng)用和現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)管理。因此，光同步數(shù)字制式（SDH）應(yīng)運(yùn)而生，成為新一代公認(rèn)的理想傳輸體制。同步數(shù)字制式（SDH）光纖傳輸系統(tǒng)可以說(shuō)是一種最典型的電時(shí)分復(fù)用（TDM）應(yīng)用?！豆饫w通信簡(jiǎn)明教程》原榮745.2.1時(shí)分復(fù)用工作原理時(shí)分復(fù)用（TDM）是采用交錯(cuò)排列多路低速模擬或數(shù)字信道到一個(gè)高速信道上傳輸?shù)募夹g(shù)。時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)的輸入可以是模擬信號(hào)，也可以是數(shù)字信號(hào)。目前TDM通信方式的輸入信號(hào)多為數(shù)字比特流，所以，我們只討論數(shù)字信號(hào)時(shí)分復(fù)用?！豆饫w通信簡(jiǎn)明教程》原榮75數(shù)字輸入時(shí)分復(fù)用原理圖應(yīng)用：PCMSDHAPONEPON《光纖通信簡(jiǎn)明教程》原榮76時(shí)分復(fù)用（TDM）原理利用脈沖編碼調(diào)制（PCM）方法，將語(yǔ)音模擬信號(hào)經(jīng)取樣、量化和編碼三個(gè)過(guò)程轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)。為了實(shí)現(xiàn)TDM傳輸，要把傳輸時(shí)間按幀劃分，每幀125s，把幀又分成若干個(gè)時(shí)隙，在每個(gè)時(shí)隙內(nèi)傳輸一路信號(hào)的1個(gè)字節(jié)（8比特），當(dāng)每路信號(hào)都傳輸完1個(gè)字節(jié)后就構(gòu)成1幀，然后再?gòu)念^開(kāi)始傳輸每一路的另1個(gè)字節(jié)，以便構(gòu)成另1幀。也就是說(shuō)，它將若干個(gè)原始的脈沖調(diào)制信號(hào)在時(shí)間上進(jìn)行交錯(cuò)排列，從而形成一個(gè)復(fù)合脈沖串，如圖5.2.1（b）所示，該脈沖串經(jīng)光纖信道傳輸后到達(dá)接收端。在接收端，采用一個(gè)與發(fā)送端同步的類(lèi)似于旋轉(zhuǎn)式開(kāi)關(guān)的器件，完成TDM多路脈沖流的分離。為了速率適配，沒(méi)用時(shí)隙用空隙字節(jié)填充，在接收端把它們分離出來(lái)，并丟棄它們。在幀頭，插入一些定時(shí)、誤碼檢測(cè)和開(kāi)銷(xiāo)比特(FOH)，其目的是為使解復(fù)用器與復(fù)用器同步，并進(jìn)行誤碼檢測(cè)。《光纖通信簡(jiǎn)明教程》原榮77

圖5.2.1

數(shù)字輸入時(shí)分復(fù)用原理圖《光纖通信簡(jiǎn)明教程》原榮785.2.2SDH的基本概念SDH由一些基本的SDH網(wǎng)絡(luò)單元組成，在光纖上進(jìn)行同步信息傳輸、復(fù)用和交叉連接。在SDH傳輸網(wǎng)中，信息具有一套標(biāo)準(zhǔn)化的結(jié)構(gòu)等級(jí)，稱(chēng)為同步傳送模塊STM-N，其中N=1、4、16、64、256，這些模塊具有矩形幀結(jié)構(gòu)，允許安排豐富的比特開(kāi)銷(xiāo)用于網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行、維護(hù)和管理（OAM）；它有一套特殊的同步復(fù)用與映射方法，使得現(xiàn)存的PDH、SDH及寬帶綜合業(yè)務(wù)接入網(wǎng)（B-ISDN）中的ATM信元都能進(jìn)入其幀結(jié)構(gòu)，因而具有適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)?！豆饫w通信簡(jiǎn)明教程》原榮79SDH的網(wǎng)絡(luò)單元（設(shè)備）SDH的基本網(wǎng)絡(luò)單元有終端復(fù)用器（TM）、分插復(fù)用器（ADM）、數(shù)字交叉連接設(shè)備（DXC）等，它們的功能各異，但都有互通的標(biāo)準(zhǔn)光接口；而且由于微處理器的大量采用，使得網(wǎng)絡(luò)單元及整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的智能程度大大提高，因而易于網(wǎng)絡(luò)的配置和控制，利于網(wǎng)絡(luò)的升級(jí)換代?！豆饫w通信簡(jiǎn)明教程》原榮80圖5.2.2PDH和SDH分插信號(hào)的比較《光纖通信簡(jiǎn)明教程》原榮81采用SDH分插復(fù)用（ADM），可以利用軟件直接一次分插出2Mb/s支路信號(hào)，十分簡(jiǎn)單和方便《光纖通信簡(jiǎn)明教程》原榮825.2.3SDH幀結(jié)構(gòu)和傳輸速率SDH光纖通信系統(tǒng)可以說(shuō)是一種最典型的電時(shí)分復(fù)用（TDM）應(yīng)用。在SDH傳輸網(wǎng)中，信息采用標(biāo)準(zhǔn)化的模塊結(jié)構(gòu)，即同步傳送模塊STM-N（N=1、4、16、64和256），其中N=1是基本的標(biāo)準(zhǔn)模塊信號(hào)?！豆饫w通信簡(jiǎn)明教程》原榮83圖5.2.3STM-N幀結(jié)構(gòu)SDH的幀結(jié)構(gòu)是塊狀幀，傳輸按從左到右，由上而下按順序一個(gè)一個(gè)字節(jié)傳送，直至整個(gè)9270

N個(gè)字節(jié)都傳送完為止，然后再轉(zhuǎn)入下一幀，如此一幀一幀地傳送，每秒共8000幀?！豆饫w通信簡(jiǎn)明教程》原榮84SDH幀結(jié)構(gòu)和傳輸速率在SDH傳輸網(wǎng)中，信息采用標(biāo)準(zhǔn)化的模塊結(jié)構(gòu)，即同步傳送模塊STM-N（N=1、4、16和64），其中N=1是基本的標(biāo)準(zhǔn)模塊信號(hào)。塊狀幀由橫向270N列和縱向9行字節(jié)（1字節(jié)為8比特）組成，因而全幀由2430個(gè)字節(jié)，相當(dāng)于19440個(gè)比特組成，幀重復(fù)周期仍為125s。因此對(duì)于STM-1而言（N=1），每秒傳送速率為（8bit/字節(jié)9270字節(jié)）/幀8000幀/s=155.52Mb/s；對(duì)于STM-16而言（N=16），每秒傳送速率為89270168000=2480.32Mb/s。?！豆饫w通信簡(jiǎn)明教程》原榮855.2.4適用我國(guó)的SDH復(fù)用映射結(jié)構(gòu)為了得到標(biāo)準(zhǔn)的STM-N傳送模塊，必須采取有效的方法將各種支路信號(hào)裝入SDH幀結(jié)構(gòu)的凈荷域內(nèi)，為此，需要經(jīng)過(guò)映射、定位校準(zhǔn)和復(fù)用這三個(gè)步驟?！豆饫w通信簡(jiǎn)明教程》原榮86圖5.2.5SDH的等級(jí)復(fù)用首先幾個(gè)低比特率信號(hào)復(fù)用成STM-0信號(hào)，接著3個(gè)STM-0信號(hào)復(fù)用成STM-1信號(hào)，幾個(gè)低比特率信號(hào)也可以直接復(fù)用成STM-1信號(hào)。然后4個(gè)STM-1信號(hào)復(fù)用成STM-4信號(hào)，以此復(fù)用下去，最后4個(gè)STM-64信號(hào)復(fù)用成STM-256（39813.12Mb/s）信號(hào)?！豆饫w通信簡(jiǎn)明教程》原榮875.2.5SDH設(shè)備類(lèi)型和系統(tǒng)組成圖5.2.6適合我國(guó)制式的STM-1復(fù)用設(shè)備a）終端復(fù)用器（TM）b）分插復(fù)用器（ADM）c）分插復(fù)用器上/下話(huà)路的功能示意圖《光纖通信簡(jiǎn)明教程》原榮88SDH設(shè)備完成的工作終端復(fù)用器（TM）的主要任務(wù)是將低速支路信號(hào)或者低速SDH信號(hào)復(fù)用進(jìn)高速的SDH設(shè)備。分插復(fù)用器（ADM）具有靈活地分插任意支路信號(hào)的能力。數(shù)字交叉連接設(shè)備（DXC）是一種集復(fù)用、交叉連接（自動(dòng)化配線(xiàn)）、保護(hù)/恢復(fù)、監(jiān)控和網(wǎng)管等功能為一體的傳輸設(shè)備。《光纖通信簡(jiǎn)明教程》原榮89圖5.2.7DXC功能簡(jiǎn)圖

a）電DXC原理圖b）光DXC原理圖

圖5.2.7a表示DXC的功能簡(jiǎn)圖，傳輸系統(tǒng)送來(lái)的信號(hào)在輸入端解復(fù)用成m個(gè)并行的信號(hào)，然后由交叉連接矩陣按照預(yù)先存放的交叉連接表或動(dòng)態(tài)計(jì)算出的交叉連接表，按時(shí)隙交換原理對(duì)這些信號(hào)重新安排通道，最后再將這些重新安排后的信號(hào)復(fù)用成高速信號(hào)輸出。圖5.2.7b表示的光學(xué)接口可以是光纖信道、SDH設(shè)備光接口、千兆位速率以太網(wǎng)光接口，也可以是WDM系統(tǒng)的波長(zhǎng)信道、光正交頻分復(fù)用（O-OFDM）系統(tǒng)的波帶等?！豆饫w通信簡(jiǎn)明教程》原榮90圖5.2.8STM-1分插復(fù)用器構(gòu)成的SDH點(diǎn)對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)通常，SDH系統(tǒng)為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)和環(huán)狀系統(tǒng)。在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)中，由包含復(fù)用功能和光接口的線(xiàn)路終端復(fù)用器（TM）、光纜、中繼器（如果配置的話(huà)）組成。中繼器可以是常規(guī)的光-電-光再生器，也可以是使用EDFA的全光中繼器。《光纖通信簡(jiǎn)明教程》原榮91圖5.2.9用戶(hù)網(wǎng)通過(guò)匯接網(wǎng)接入骨干網(wǎng)《光纖通信簡(jiǎn)明教程》原榮92STM-1/4/16/64SDH

設(shè)備

《光纖通信簡(jiǎn)明教程》原榮93STM-1/4/16/64SDH設(shè)備《光纖通信簡(jiǎn)明教程》原榮945.2.6SDH物理層ITU-T標(biāo)準(zhǔn)G.957和G.691已對(duì)SDH物理層作了規(guī)范；光接口規(guī)范的基本目的是為了在中繼段上實(shí)現(xiàn)橫向兼容，即允許不同廠(chǎng)家的產(chǎn)品在中繼段上互通，并保證中繼段的各項(xiàng)性能指標(biāo)不變。同時(shí)，具有標(biāo)準(zhǔn)光接口的網(wǎng)絡(luò)單元可以經(jīng)光路直接相連，即減少了不必要的光/電轉(zhuǎn)換，節(jié)約了網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行成本。《光纖通信簡(jiǎn)明教程》原榮95表5.2.1光接口分類(lèi)光接口規(guī)范規(guī)定了不同應(yīng)用等級(jí)使用的光纖類(lèi)型（多模光纖或單模光纖）、光源波長(zhǎng)和類(lèi)型（LED或LD）、允許中繼段的光纖損耗和色散值、傳輸距離等。根據(jù)應(yīng)用環(huán)境不同，按照傳輸距離的長(zhǎng)短可分為局內(nèi)應(yīng)用、短距離局內(nèi)應(yīng)用、長(zhǎng)距離局內(nèi)應(yīng)用、超長(zhǎng)距離局內(nèi)應(yīng)用和特長(zhǎng)距離局內(nèi)應(yīng)用5個(gè)等級(jí)，如表5.2.1所示。通常，短距離低速率應(yīng)用使用1310nm的多縱模F-P激光器，長(zhǎng)距離高速率應(yīng)用使用1550nm的單縱模分布反饋激光器（DFB）。如果使用線(xiàn)路光放大器，如摻鉺光纖放大器（EDFA），則中繼距離可達(dá)到400~600km。《光纖通信簡(jiǎn)明教程》原榮96網(wǎng)同步的目的是使網(wǎng)中所有交換節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘頻率和相位都控制在預(yù)先確定的容差范圍內(nèi)，以便使各交換節(jié)點(diǎn)的全部數(shù)字流實(shí)現(xiàn)正確有效的交換；否則，會(huì)使交換緩存器中產(chǎn)生信息比特流的溢出和丟失。5.2.7SDH網(wǎng)同步《光纖通信簡(jiǎn)明教程》原榮975.2.7SDH網(wǎng)同步圖5.2.10時(shí)鐘在局間分配的樹(shù)形同步網(wǎng)結(jié)構(gòu) 圖5.2.11時(shí)鐘在局內(nèi)分配的星形同步網(wǎng)結(jié)構(gòu)《光纖通信簡(jiǎn)明教程》原榮98同步方式—主從同步目前，世界各國(guó)公用網(wǎng)中交換節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘的同步采用主從同步方式。我國(guó)主從同步方式采用ITU-T規(guī)范的4級(jí)時(shí)鐘，每一級(jí)時(shí)鐘都同步于上一級(jí)時(shí)鐘，網(wǎng)中最高一級(jí)時(shí)鐘稱(chēng)為基準(zhǔn)主時(shí)鐘（PRC），一般采用銫原子鐘，精度為11011。該時(shí)鐘經(jīng)同步分配網(wǎng)分配給二級(jí)本地局時(shí)鐘、三級(jí)端局從時(shí)鐘，如圖5.2.10所示。最低一級(jí)時(shí)鐘為數(shù)字小交換機(jī)、遠(yuǎn)端模塊或SDH網(wǎng)元設(shè)備的內(nèi)置時(shí)鐘，如石英晶振，精度為106~108?！豆饫w通信簡(jiǎn)明教程》原榮99除國(guó)內(nèi)網(wǎng)采用主從同步方式外，我國(guó)與其他國(guó)家的數(shù)字網(wǎng)采用偽同步方式。所謂偽同步就是大家都采用銫原子時(shí)鐘，都遵守G.811規(guī)范，由于時(shí)鐘精度高，網(wǎng)間各局的時(shí)鐘頻率和相位雖不完全相同，但誤差很小，接近同步，于是稱(chēng)為偽同步。在國(guó)際網(wǎng)接口處，網(wǎng)間采用偽同步是正常工作方式。同步方式—偽同步方式《光纖通信簡(jiǎn)明教程》原榮1005.3異步傳輸模式（ATM）技術(shù)

5.3.1從同步模式（STM）到異步模式（ATM）

SDH網(wǎng)是一個(gè)運(yùn)行高效、維護(hù)能力強(qiáng)大的傳輸系統(tǒng)，它將時(shí)間分割成周期為125s的幀，使用傳統(tǒng)的同步時(shí)分技術(shù)，要求所有的數(shù)據(jù)按照一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的傳輸速率（如155Mb/s等）進(jìn)行傳送，所以稱(chēng)SDH系統(tǒng)為同步傳輸模式(STM)，它的分級(jí)也用STM-N表示。傳統(tǒng)的SDH設(shè)備不適合B-ISDN使用，因?yàn)樵诙嗝襟w的雙向應(yīng)用中，上/下行的傳輸速率是不對(duì)稱(chēng)的,而SDH系統(tǒng)只傳輸恒定的比特率業(yè)務(wù)，上/下行傳輸速率和帶寬總是相同?！豆饫w通信簡(jiǎn)明教程》原榮1015.3.1從同步模式（STM）

到異步模式（ATM）

為此，人們就提出一種與同步傳輸模式（STM）技術(shù)相對(duì)應(yīng)的異步傳輸模式（ATM）技術(shù)。ATM可支持可變速率業(yè)務(wù)，支持時(shí)延要求較小的業(yè)務(wù)，具有支持多業(yè)務(wù)多比特率的能力，因此ATM接入系統(tǒng)能夠完成不同速率的多種業(yè)務(wù)接入，它既能夠提供窄帶業(yè)務(wù)，又能提供寬帶業(yè)務(wù)，即能提供全業(yè)務(wù)接入。ATM技術(shù)簡(jiǎn)化了分組通信協(xié)議，并由硬件對(duì)簡(jiǎn)化的協(xié)議進(jìn)行處理，交換節(jié)點(diǎn)不再對(duì)信息進(jìn)行差錯(cuò)控制，從而減小了延時(shí)，極大地提高了網(wǎng)絡(luò)的通信處理能力。ATM技術(shù)已廣泛應(yīng)用于A(yíng)TM交換和ADSL和APON接入網(wǎng)中。目前，ATM已通過(guò)ADSL進(jìn)入許多家庭?！豆饫w通信簡(jiǎn)明教程》原榮1025.3.2ATM的基本概念A(yù)TM本質(zhì)上是一種高速分組傳送模式，它將話(huà)音、數(shù)據(jù)及圖像等所有的數(shù)字信息分解成長(zhǎng)度一定的數(shù)據(jù)塊，并在各數(shù)據(jù)塊前加上信頭（即信息發(fā)往的地址、丟棄優(yōu)先級(jí)等控制信息）構(gòu)成信元。只要獲得空閑信元，即可以插入信息發(fā)送出去。因插入的信息位置不固定，故稱(chēng)這種傳送方式為異步傳送模式（ATM）。

《光纖通信簡(jiǎn)明教程》原榮103圖5.3.1STM時(shí)隙復(fù)用

與ATM標(biāo)志復(fù)用的比較《光纖通信簡(jiǎn)明教程》原榮104STM幀長(zhǎng)為125s，它靠幀內(nèi)的時(shí)隙位置來(lái)識(shí)別通路。ATM則靠信頭來(lái)識(shí)別通路，故稱(chēng)這種復(fù)用為信頭復(fù)用或統(tǒng)計(jì)復(fù)用。ATM采用長(zhǎng)度固定的信元，信元像STM的時(shí)隙一樣定時(shí)出現(xiàn)。因此，可以采用硬件高速地對(duì)信頭進(jìn)行識(shí)別和交換處理。由此可見(jiàn)，ATM傳輸技術(shù)融合了電路傳送模式與分組傳送模式的特點(diǎn)。《光纖通信簡(jiǎn)明教程》原榮1055.3.3ATM信元結(jié)構(gòu)ATM網(wǎng)絡(luò)運(yùn)載的信息被分組成一個(gè)個(gè)固定長(zhǎng)度的信元（53個(gè)字節(jié)）。ATM信元分為兩部分：信頭和凈荷。信頭占5個(gè)字節(jié)，凈荷占48個(gè)字節(jié)，每個(gè)字節(jié)8個(gè)比特。信頭包含執(zhí)行路由選擇的通道識(shí)別符和信道識(shí)別符、流量控制符及其他功能。信頭的主要任務(wù)是用來(lái)識(shí)別一個(gè)異步時(shí)分復(fù)用信息流上屬于相同虛信道（VC）的信元。在A(yíng)TM信頭中有流量控制域（GFC）、虛通道/虛信道標(biāo)志符（VPI/VCI）、凈荷類(lèi)型域（PT）、信元丟棄優(yōu)先級(jí)指示域（CLP）和信頭校驗(yàn)碼（HEC）等比特?！豆饫w通信簡(jiǎn)明教程》原榮1065.3.4ATM復(fù)用和交換原理在信頭的各個(gè)組成部分中，VPI和VCI是最重要的。這兩部分合起來(lái)構(gòu)成了一個(gè)信元的路由信息，也就是這個(gè)信元從哪里來(lái)到哪里去。ATM交換機(jī)就是依據(jù)各個(gè)信元上的VPIVCI值，決定把它們送到哪一條出線(xiàn)上去的。運(yùn)行維護(hù)（OAM)信元的作用是承載B-ISDN中的運(yùn)行維護(hù)信息，例如故障、告警等?！豆饫w通信簡(jiǎn)明教程》原榮107圖5.3.3ATM、STM和IP數(shù)據(jù)分組比較ATM信元都是定長(zhǎng)的，在沒(méi)有信息傳送時(shí)，在線(xiàn)路上傳送的是空閑信元，因此，如果我們觀(guān)察一條B-ISDN中的通信線(xiàn)路，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，時(shí)間仍是被劃分成一個(gè)個(gè)等長(zhǎng)的小時(shí)隙，每個(gè)小時(shí)隙都正好是一個(gè)ATM信元。這有些類(lèi)似于SDH的同步時(shí)分復(fù)用情況，而不同于IP分組交換網(wǎng)中的情況，如圖5.3.3所示。《光纖通信簡(jiǎn)明教程》原榮108VC、VP、物理鏈路以及物理層之間的關(guān)系VC、VP、物理鏈路以及物理層之間的關(guān)系如圖5.3.4所示。物理層是運(yùn)載ATM信元的通路，其目的地點(diǎn)由ATM信頭表明。一個(gè)物理層可包括多個(gè)物理鏈路，而每個(gè)物理鏈路可運(yùn)載多個(gè)VP，每個(gè)VP又包含多個(gè)VC。虛信道（VC）提供兩個(gè)或多個(gè)端點(diǎn)之間的ATM信元傳輸，這些端點(diǎn)可能用于用戶(hù)與用戶(hù)、用戶(hù)與網(wǎng)絡(luò)或網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)間的信息傳送。ATM信元信息凈荷被送到進(jìn)行復(fù)用/交換處理的VC端點(diǎn)，VC的路由選擇在VC交換單元完成。該路由選擇包括將輸入VC鏈路的VCI值轉(zhuǎn)換為輸出VC鏈路的VCI值?！豆饫w通信簡(jiǎn)明教程》原榮109圖5.3.4VC、VP、物理鏈路

以及物理層之間的關(guān)系《光纖通信簡(jiǎn)明教程》原榮110圖5.3.5aATM虛信道(VC)復(fù)用《光纖通信簡(jiǎn)明教程》原榮111圖5.3.5ATMb虛通道復(fù)用《光纖通信簡(jiǎn)明教程》原榮112圖5.3.6ATM系統(tǒng)中的VP和VC交換示意圖《光纖通信簡(jiǎn)明教程》原榮1135.3.5ADSL接入系統(tǒng)電信公司為了有效利用現(xiàn)有電話(huà)線(xiàn)資源，提高接入網(wǎng)的速度和帶寬，以便獲得更多的利潤(rùn)，并滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)高速數(shù)據(jù)和寬帶業(yè)務(wù)的需求，開(kāi)發(fā)了數(shù)字用戶(hù)線(xiàn)（xDSL）技術(shù)。xDSL有高速數(shù)字用戶(hù)線(xiàn)（HDSL）、非對(duì)稱(chēng)數(shù)字用戶(hù)線(xiàn)（ADSL）和甚高頻數(shù)字用戶(hù)線(xiàn)（VDSL）之分。ADSL除提供T1/E1業(yè)務(wù)外，還能提供普通電話(huà)業(yè)務(wù)、IP業(yè)務(wù)和點(diǎn)播電視業(yè)務(wù)，適用于家庭使用。最大特點(diǎn)是無(wú)須改動(dòng)現(xiàn)有銅纜網(wǎng)絡(luò)設(shè)施就能提供寬帶業(yè)務(wù)。所以1998年10月ITU-T提出了G.992.1建議，規(guī)定了全速率的ADSL技術(shù)規(guī)范。隨后，又推出G.992.2建議，規(guī)定了用戶(hù)端不用分離器的ADSL技術(shù)規(guī)范（G.Lite），其目的是降低設(shè)備安裝的復(fù)雜性和成本?！豆饫w通信簡(jiǎn)明教程》原榮114圖5.3.7ADSL系統(tǒng)構(gòu)成《光纖通信簡(jiǎn)明教程》原榮115ATM/ADSL接入圖5.3.7表示用于異步傳輸模式（ATM）的ADSL系統(tǒng)的構(gòu)成，由圖可見(jiàn)，ADSL分離/合路器由高通濾波器和低通濾波器組成，完成低頻電話(huà)信號(hào)和寬帶數(shù)據(jù)和視頻信號(hào)的分離和合路。在下行方向，ADSL分離/合路器將電話(huà)信號(hào)和經(jīng)過(guò)ADSL局端收發(fā)器處理的寬帶業(yè)務(wù)信號(hào)復(fù)合在一起，通過(guò)同一對(duì)電話(huà)線(xiàn)傳輸?shù)接脩?hù)端的ADSL分離/合路器，在這里電話(huà)信號(hào)由低通濾波器取出送到電話(huà)端機(jī)，而寬帶業(yè)務(wù)信號(hào)由高通濾波器取出送到ADSL遠(yuǎn)端收發(fā)器。在上行方向，使用ADSL分離器，將寬帶信號(hào)和窄帶信號(hào)復(fù)合在一起，通過(guò)電話(huà)線(xiàn)傳到電話(huà)局后，通過(guò)信號(hào)合路/分離器時(shí)，如果是語(yǔ)音信號(hào)就傳到交換機(jī)上，如果是數(shù)字信號(hào)就接入Internet。ITU-TG.992.1除規(guī)范了ATM的ADSL外，還規(guī)范了一種用于同步傳輸模式（STM）的ADSL?！豆饫w通信簡(jiǎn)明教程》原榮116圖5.3.8基于DMT的ADSL系統(tǒng)的傳輸頻譜ADSL采用頻分復(fù)用（FDM）方式，載波間距是4.3125kHz，音頻段占0~4kHz，用于傳輸普通電話(huà)業(yè)務(wù)（POTS）。高頻數(shù)據(jù)段占用25kHz~1.1MHz，其中25~138kHz用于上行傳輸。傳輸速度下行快、上行慢，正好滿(mǎn)足大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合，同時(shí)也可以大大減小近端串音。下行傳輸速率與距離有關(guān)，一般來(lái)說(shuō)，隨著傳輸距離的增加，傳輸速率會(huì)下降。對(duì)于3km以?xún)?nèi)的傳輸距離，下行傳輸速率可以達(dá)到8Mb/s；當(dāng)6km時(shí)速率降低到1.5Mb/s。上行速率通常為640kb/s?！豆饫w通信簡(jiǎn)明教程》原榮117ADSL的優(yōu)缺點(diǎn)ADSL最大特點(diǎn)是無(wú)需改動(dòng)現(xiàn)有銅纜網(wǎng)絡(luò)設(shè)施就能提供寬帶業(yè)務(wù)；主要缺點(diǎn)是對(duì)線(xiàn)路的苛刻要求，目前國(guó)內(nèi)只有少部分雙絞線(xiàn)對(duì)可以開(kāi)通ADSL業(yè)務(wù)。與同軸電纜和光纖相比，雙絞線(xiàn)的帶寬畢竟是有限的。因此，ADSL僅僅是近期接入的一種過(guò)渡性方式，隨著光纖到家的推進(jìn)，ADSL終究將被淘汰。《光纖通信簡(jiǎn)明教程》原榮1185.3.6ATM的現(xiàn)狀和未來(lái)G.983.1規(guī)定APON接入網(wǎng)傳輸系統(tǒng)下行傳輸速率最高為622Mb/s，隨著PON分光比的增加，光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）數(shù)也隨之增多，每個(gè)ONU所用的帶寬就有限。后來(lái)出現(xiàn)了EPON、GPON，鑒于A(yíng)PON與其他PON比較，標(biāo)準(zhǔn)復(fù)雜，成本高，在傳輸以太網(wǎng)和IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)時(shí)效率低，以及在A(yíng)TM層上適配和提供業(yè)務(wù)復(fù)雜，APON較低的承載效率以及在A(yíng)TM層上適配和提供業(yè)務(wù)復(fù)雜等缺點(diǎn)，現(xiàn)在A(yíng)PON已漸漸淡出人們的視線(xiàn)。ADSL接入實(shí)際上是ATMoverADSL到家的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)中，基于A(yíng)TMVC的虛交換方式取代了電路交換方式。此外，ATM系統(tǒng)可以適應(yīng)不同的速率（非對(duì)稱(chēng)速率），完全滿(mǎn)足ADSL上/下行速率不對(duì)稱(chēng)的要求?！豆饫w通信簡(jiǎn)明教程》原榮119圖5.3.10ATMoverADSL到家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)《光纖通信簡(jiǎn)明教程》原榮120在A(yíng)TM協(xié)議提出時(shí)，想用它來(lái)替代IP。然而，由于IP的獨(dú)特性，從臺(tái)式計(jì)算機(jī)到核心路由器都離不開(kāi)它，很難被取代。一種可能的接入是IP數(shù)據(jù)包封裝在A(yíng)TM信元中，然后ATM又把IP數(shù)據(jù)包交給SDH，或者使IP層具有ATM功能，IP直接和光傳送網(wǎng)相連。這就是IPoverATM，使IP路由穿越了ATM，同時(shí)它也提供網(wǎng)絡(luò)流量工程。目前世界上大量安裝的IP骨干網(wǎng)就是就是基于這種技術(shù)。之后出現(xiàn)的多協(xié)議標(biāo)記交換（MPLS）技術(shù)，也對(duì)ATM構(gòu)成了威脅，因?yàn)镸PLS傳輸?shù)男旁?500個(gè)字節(jié)，比ATM53個(gè)字節(jié)的信元更大，更便于數(shù)據(jù)網(wǎng)使用。不過(guò)，很多MPLS路由器內(nèi)部交換功能都使用ATM硬件完成高速數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)，至少?gòu)倪@方面來(lái)看，ATM可以繼續(xù)存在。目前正在制定著的光傳輸網(wǎng)（OTN）標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)備讓40/100Gb/s以太網(wǎng)直接進(jìn)入OTN

。不過(guò)，這只是一個(gè)設(shè)想，標(biāo)準(zhǔn)還在制定過(guò)程中?！豆饫w通信簡(jiǎn)明教程》原榮1215.4IP互聯(lián)網(wǎng)5.4.1IP簡(jiǎn)述5.4.2以太網(wǎng)5.4.3IP骨干網(wǎng)技術(shù)及其演進(jìn)5.4.4多協(xié)議標(biāo)記交換（MPLS）5.4.5通用多協(xié)議標(biāo)記交換（GMPLS）《光纖通信簡(jiǎn)明教程》原榮1225.4.1IP簡(jiǎn)述因特網(wǎng)協(xié)議（IP）是互聯(lián)網(wǎng)的基本聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，也是當(dāng)今世界上用得最廣泛的聯(lián)絡(luò)技術(shù)。以太網(wǎng)（Ethernet）的幀格式與因特網(wǎng)協(xié)議（IP）一致，特別適合于傳輸IP數(shù)據(jù)。以太網(wǎng)和因特網(wǎng)均采用相同的傳輸控制協(xié)議（TCP）和簡(jiǎn)單網(wǎng)管協(xié)議（SNMP）；既可以用于低速同軸鏈路傳輸，也可以用于高速光纖線(xiàn)路傳輸。采用IP協(xié)議的廣域網(wǎng)是光互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)際上它是一種以光纖為物理媒質(zhì)的IP數(shù)據(jù)網(wǎng)，其底層物理傳輸網(wǎng)為光傳輸網(wǎng)(OTN)。在傳統(tǒng)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中，主要設(shè)備是ATM交換機(jī)、路由器等；而在光傳輸網(wǎng)中，主要設(shè)備是DWDM設(shè)備，如光分插復(fù)用器（OADM）和光交叉連接設(shè)備（OXC）、光放大器等?！豆饫w通信簡(jiǎn)明教程》原榮123傳統(tǒng)上，IP網(wǎng)絡(luò)提供“盡力而為”服務(wù)，即IP網(wǎng)盡最大能力將一個(gè)數(shù)據(jù)包從它的發(fā)送地傳輸?shù)侥康牡?。然而，不同的包可能選擇不同的路由以不同的延時(shí)在網(wǎng)絡(luò)中傳輸，假如網(wǎng)絡(luò)存在擁塞，一些包就不得不被丟棄，造成數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。為此，提出了一種等級(jí)服務(wù)措施，將待發(fā)送的數(shù)據(jù)包分組成不同的等級(jí)，以不同的速度處理。路由器把“加速級(jí)”數(shù)據(jù)包排在隊(duì)列的最前面，“確保級(jí)”數(shù)據(jù)包排在其后，而沒(méi)有要求的數(shù)據(jù)包則排在最后，這放在最后的數(shù)據(jù)包能否被發(fā)送只能聽(tīng)其自然了。與多協(xié)議標(biāo)記交換相比（見(jiàn)3.3.4節(jié)），IP協(xié)議的這種“盡力而為”服務(wù)不能提供端對(duì)端的QoS。IP簡(jiǎn)述《光纖通信簡(jiǎn)明教程》原榮1245.4.2以太網(wǎng)以太網(wǎng)（Ethernet）是當(dāng)前最流行的一種使用IP協(xié)議的局域網(wǎng)（LAN）技術(shù)。現(xiàn)在以太網(wǎng)一詞泛指所有采用CSMA/CD協(xié)議的局域網(wǎng)。以太網(wǎng)是最成功的聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。以太網(wǎng)的幀格式與因特網(wǎng)協(xié)議（IP）的一致，特別適合于傳輸IP數(shù)據(jù)。速率等級(jí)有10Mb/s、100Mb/s、1Gb/s、10Gb/s和40Gb/s可按需升級(jí)。正在開(kāi)發(fā)的還有100Gb/s光纖以太網(wǎng)，也即將商用?！豆饫w通信簡(jiǎn)明教程》原榮125圖5.4.1IEEE802.3規(guī)定的以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)一幀由幀頭（前導(dǎo)碼）、幀頭結(jié)束符、源地址、數(shù)據(jù)送往上層協(xié)議的類(lèi)型、目的地址、可變長(zhǎng)度數(shù)據(jù)字節(jié)和幀校驗(yàn)（FCS）組成。幀長(zhǎng)可變，最長(zhǎng)為1526個(gè)字節(jié)?！豆饫w通信簡(jiǎn)明教程》原榮126未來(lái)的以太網(wǎng)以太網(wǎng)技術(shù)的固有機(jī)制不提供端到端的包延時(shí)、包丟失率以及帶寬控制能力，難以支持實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量。同時(shí)，目前以太網(wǎng)也不能提供故障定位以及多用戶(hù)共享節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)所必需的計(jì)費(fèi)統(tǒng)計(jì)能力。而且，以太網(wǎng)的建設(shè)需要單獨(dú)架線(xiàn)，投入高，施工麻煩；總之，由于以太網(wǎng)在計(jì)費(fèi)、質(zhì)量、尋址、管理、安全以及私有性等方面存在諸多問(wèn)題，因此，傳統(tǒng)以太網(wǎng)必須經(jīng)過(guò)改造后才能順利地應(yīng)用于公用電信網(wǎng)。不過(guò)，采用GMPLS光網(wǎng)絡(luò)只需IP和WDM層就可以完成以前包括ATM和SDH網(wǎng)絡(luò)完成的功能（見(jiàn)圖5.4.8）。在GMPLS中，標(biāo)記交換通道（LSP）承載的凈荷類(lèi)型包括以太網(wǎng)IP數(shù)據(jù)包、ATM信元、SDH幀等（見(jiàn)5.4.3節(jié)）?！豆饫w通信簡(jiǎn)明教程》原榮127圖5.4.2以太網(wǎng)通過(guò)路由器接入因特網(wǎng)在因特網(wǎng)中，每個(gè)設(shè)備都有它自己的IP地址，并且在一個(gè)給定的網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)，所有的設(shè)備必須有相同的IP網(wǎng)絡(luò)地址和唯一的主機(jī)編號(hào)。《光纖通信簡(jiǎn)明教程》原榮1285.4.3IP骨干網(wǎng)

技術(shù)及其演進(jìn)在光互聯(lián)網(wǎng)中，高性能的IP交換機(jī)或路由器可直接通過(guò)光纖連接到光網(wǎng)絡(luò)核心層，如圖5.4.3所示，核心層是WDM網(wǎng)絡(luò)，主要設(shè)備是光分插復(fù)用器、光交叉連接器（OXC）、光放大器等?！豆饫w通信簡(jiǎn)明教程》原榮129圖5.4.4幾種可能的IP接入技術(shù)如何將IP接入光傳送網(wǎng)，還沒(méi)有定論。不過(guò)，光互聯(lián)網(wǎng)論壇推薦的幾種可能的IP接入技術(shù)如圖5.4.4所示。最近OTN標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)想是IP直接進(jìn)入OTN

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《光纖通信簡(jiǎn)明教程》原榮130圖5.4.5設(shè)想的光層演進(jìn)圖5.4.5表示IP進(jìn)入光傳輸網(wǎng)的途徑，圖5.4.5（a）表示現(xiàn)在IP通過(guò)SDH、ATM或WDM進(jìn)入光通道傳輸網(wǎng)的示意圖；圖5.4.5（b）表示未來(lái)IP進(jìn)入光傳輸網(wǎng)波段的途徑，IP可能依次通過(guò)SDH（或ATM、WDM）進(jìn)入光通道，然后再接入光波段傳輸網(wǎng)，或者再通過(guò)光快速電路交換接入光波段。或許會(huì)有一種新協(xié)議取代IP，通過(guò)光快速電路交換進(jìn)入光波段傳輸網(wǎng)?！豆饫w通信簡(jiǎn)明教程》原榮131圖5.4.6光互聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)圖5.4.6給出了光互聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)，圖中WDM環(huán)網(wǎng)為核心網(wǎng)，終端設(shè)備是OADM和OXC；SDH環(huán)網(wǎng)為次核心網(wǎng)，終端設(shè)備是ADM和DXC。IP路由器、ATM交換機(jī)可以直接或通過(guò)光纖和SDH環(huán)或光傳送網(wǎng)（OTN）環(huán)相連?！豆饫w通信簡(jiǎn)明教程》原榮1325.4.4多協(xié)議標(biāo)記交換（MPLS）MPLS使用簡(jiǎn)單的標(biāo)記交換原理取代IP一跳一跳（HopbyHop）的轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程，節(jié)省了每一跳都需要高層處理的時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)了快速、高效的轉(zhuǎn)發(fā)。MPLS把路由和轉(zhuǎn)發(fā)合并在一起，它綜合了OSI參考模型中的L2層標(biāo)記交換功能和L3層的路由功能。它吸收了ATM高速交換的優(yōu)點(diǎn)，并引入了面向連接的控制技術(shù)。《光纖通信簡(jiǎn)明教程》原榮1335.4.5通用多協(xié)議標(biāo)記交換（GMPLS）通用多協(xié)議標(biāo)記交換（GMPLS）繼承了幾乎所有MPLS網(wǎng)絡(luò)的特性和協(xié)議，并對(duì)MPLS的標(biāo)簽和標(biāo)簽交換通道（LSP）機(jī)制進(jìn)行了擴(kuò)展，從而產(chǎn)生了通用的標(biāo)簽及通用的LSP（GLSP）。而GMPLS除了支持GLSP的分組交換接口外，還支持時(shí)隙交換、波長(zhǎng)交換接口，甚至還支持空分交換接口，如圖5.4.7所示，即既支持IP/ATM接口，也支持SDH、WDM接口和光纖交換接口?！豆饫w通信簡(jiǎn)明教程》原榮134圖5.4.7GMPLS支持多種交換接口，多條低階標(biāo)記交換通道（LSP）構(gòu)成1條高階LSP一個(gè)接口可以復(fù)用多條相同的標(biāo)記交換通道（LSP）《光纖通信簡(jiǎn)明教程》原榮135圖5.4.8GMPLS

和MPLS的區(qū)別

采用GMPLS光網(wǎng)絡(luò)可以不再需要ATM和SDH層，而只需IP和WDM層就可以完成以前包括ATM和SDH網(wǎng)絡(luò)完成的功能。同時(shí)，GMPLS為光網(wǎng)絡(luò)提供強(qiáng)有力的控制平面，通過(guò)GMPLS，光網(wǎng)絡(luò)控制平面能夠?qū)崿F(xiàn)資源發(fā)現(xiàn)并動(dòng)態(tài)配置管理、路由控制和流量工程、連接管理和恢復(fù)等功能?！豆饫w通信簡(jiǎn)明教程》原榮136MPLS與GMPLS的不同在MPLS中，LSP是單向的；而在GMPLS中，LSP是雙向的。GMPLS協(xié)議的上游節(jié)點(diǎn)可以限制下游節(jié)點(diǎn)選擇標(biāo)簽的范圍，無(wú)論是單跳光網(wǎng)絡(luò)，還是多跳光網(wǎng)絡(luò)，這種做法在沒(méi)有波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換的光網(wǎng)絡(luò)中是十分有益的。GMPLS將網(wǎng)絡(luò)劃分成分組交換層、時(shí)分交換層、波長(zhǎng)交換層和光纖交換層4個(gè)層次。每個(gè)層都是獨(dú)立的，各層間的路由交換可以由邊緣路由器實(shí)現(xiàn)?！豆饫w通信簡(jiǎn)明教程》原榮1375.5光纖/電纜混合（HFC）網(wǎng)信源前端到小區(qū)使用光纜，小區(qū)到用戶(hù)使用同軸電纜傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)叫光纖/電纜混合網(wǎng)（HFC），如圖5.5.1所示。它是一種典型的頻分復(fù)用光纖通信系統(tǒng)，主要任務(wù)是把多頻道模擬視頻信號(hào)以FDM技術(shù)復(fù)用在一起，通過(guò)光纖和電纜以廣播的形式傳送到千家萬(wàn)戶(hù)，未來(lái)目標(biāo)是從單向發(fā)送模擬視頻信號(hào)逐步向雙向數(shù)字網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)。為此，我們首先介紹頻分復(fù)用工作原理?！豆饫w通信簡(jiǎn)明教程》原榮1385.5.1頻分復(fù)用（FDM）工作原理為了充分利用光纖的帶寬，人們首先采用電頻分復(fù)用對(duì)多路信號(hào)進(jìn)行復(fù)用，然后再去調(diào)制光載波，所以它是一種副載波復(fù)用技術(shù)。圖5.5.1為電頻分復(fù)用（FDM）的原理圖。本質(zhì)上，頻分復(fù)用把基帶帶寬分別為(f)1、(f)2、…、(f)N的多個(gè)信息頻率通道，分別調(diào)制到不同的載波上，然后再“堆積”在一起，以便形成一個(gè)合成的電信號(hào)，最后用這一合成信號(hào)以某種調(diào)制方式去調(diào)制光載波。經(jīng)光纖信道傳輸后，在接收端對(duì)光信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，再進(jìn)一步借助帶通濾波器（BITPF）與各信道的頻率選擇器（電相干檢測(cè)），將各基帶信息分離和重現(xiàn)出來(lái)?！豆饫w通信簡(jiǎn)明教程》原榮139圖5.2.1電頻分復(fù)用

光纖傳輸系統(tǒng)原理圖《光纖通信簡(jiǎn)明教程》原榮140電頻分復(fù)用（FDM）和

光頻分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用的區(qū)別而光頻分復(fù)用解調(diào)，是用光纖法布里-珀羅濾波器或者采用相干檢測(cè)技術(shù)，首先把各個(gè)光載波分離和重現(xiàn)出來(lái)，然后用這里討論的帶通濾波器和各信道的頻率選擇器，把基帶信號(hào)分離和重現(xiàn)出來(lái)。FDM與TDM也不同，F(xiàn)DM是將各路信號(hào)的頻譜分別搬移到互不重疊的頻譜上，而TDM是在時(shí)域上采用交錯(cuò)排列多路低速模擬或數(shù)字信道到一個(gè)高速信道上。因此，信道傳輸FDM信號(hào)時(shí)，各路信號(hào)盡管在時(shí)間上重疊，但其頻譜是不交錯(cuò)的。與時(shí)分復(fù)用（TDM）比較，TDM發(fā)送同步（時(shí)鐘）脈沖，已確保發(fā)送兩端的路序在時(shí)間上一一對(duì)應(yīng)；而在FDM中，則要求在發(fā)送端和接收端各路載波在頻率及相位上相同?！豆饫w通信簡(jiǎn)明教程》原榮141FDM技術(shù)的典型應(yīng)用----

光纖同軸電纜混合網(wǎng)絡(luò)（HFC）假