光纖通信系統(tǒng)（第3版） 課件 第9-11章 數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)性能、光纖通信網(wǎng)、光纖通信新技術(shù)

光纖通信系統(tǒng)2本章內(nèi)容簡(jiǎn)介為了滿(mǎn)足全程全網(wǎng)各種通信的要求，需要對(duì)通信網(wǎng)在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)相權(quán)衡的基礎(chǔ)上進(jìn)行規(guī)劃和設(shè)計(jì)。對(duì)通信系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)劃和設(shè)計(jì)時(shí)，首要考慮的因素是系統(tǒng)的傳輸性能。數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的各種傳輸性能指標(biāo)（如誤碼、抖動(dòng)、漂移和延時(shí)等）必須滿(mǎn)足系統(tǒng)傳輸性能的要求。本章主要講解系統(tǒng)的傳輸性能指標(biāo)要求以及相應(yīng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和規(guī)劃方法。

39.1數(shù)字傳輸模型目的方法分類(lèi)49.1.1數(shù)字傳輸模型原理及意義一個(gè)通信連接是通信網(wǎng)中從用戶(hù)至用戶(hù)，包括參與交換和傳輸?shù)母鱾€(gè)部分(如用戶(hù)線，終端設(shè)備，交換機(jī)，傳輸系統(tǒng)等)的傳輸全程。通信連接是根據(jù)用戶(hù)需要建立的各種機(jī)線設(shè)備的臨時(shí)組合。這些實(shí)際的連接有長(zhǎng)有短，結(jié)構(gòu)上有簡(jiǎn)單有復(fù)雜，傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)可能也不相同。5思考確定傳輸系統(tǒng)性能的模型應(yīng)該按照什么原則設(shè)定？是按照系統(tǒng)性能最佳的組合，還是按照可能出現(xiàn)的最壞情況進(jìn)行設(shè)計(jì)？

ITU-T提出了各種數(shù)字傳輸模型的建議。模型分為假設(shè)參考連接（HRX），假設(shè)參考數(shù)字鏈路（HRDL）和假設(shè)參考數(shù)字段（HRDS）等。在此基礎(chǔ)上，針對(duì)全光的光傳送網(wǎng)（OTN），ITU-T還提出了假設(shè)參考光通道（HROP）。9.1.2數(shù)字傳輸模型分類(lèi)

假設(shè)參考連接（HRX）

假設(shè)參考數(shù)字鏈路（HRDL）

假設(shè)參考數(shù)字段（HRDS）67圖9-1標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字假設(shè)參考連接HRX是按照最長(zhǎng)距離和最壞情況下考慮的全程64kb/s連接國(guó)際部分4段國(guó)內(nèi)部分5段HRX實(shí)際上是極端情況下的系統(tǒng)模型，按HRX設(shè)計(jì)的系統(tǒng)能滿(mǎn)足實(shí)際中的性能要求8圖9-2標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字假設(shè)參考連接（中等長(zhǎng)度）國(guó)際部分只有1段國(guó)內(nèi)部分3段實(shí)際連接一般都比最長(zhǎng)HRX短，因此引入了標(biāo)準(zhǔn)中等長(zhǎng)度HRX9圖9-3標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字假設(shè)參考連接（用戶(hù)接近ISC）注意與前2種模型的區(qū)別109.1.3光傳送網(wǎng)傳輸模型

光傳送網(wǎng)（OTN）是ITU-T最新的傳送網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，ITU-T專(zhuān)門(mén)制定了建議G.8021對(duì)其誤碼性能進(jìn)行了規(guī)范。為了與傳統(tǒng)的假設(shè)參考連接保持一致，G.8021建議針對(duì)OTN端到端誤碼性能也定義了一個(gè)27500km的假設(shè)參考光通道（HROP）。HROP引入了運(yùn)營(yíng)域的概念以取代了傳統(tǒng)的國(guó)內(nèi)和國(guó)際部分的劃分，其中包括本地運(yùn)營(yíng)域（LOD）、區(qū)域運(yùn)營(yíng)域（ROD）和骨干運(yùn)營(yíng)域（BOD），LOD和ROD可以看作是國(guó)內(nèi)部分，BOD是國(guó)外部分。

11圖9-4假設(shè)參考光通道9.2光接口性能9.2.1SDH光接口性能9.2.2WDM光接口性能121.SDH光接口分類(lèi)ITU-T根據(jù)傳輸距離和所用技術(shù)將SDH光接口歸納為局內(nèi)通信、短距離局間通信和長(zhǎng)距離局間通信三類(lèi)。實(shí)際應(yīng)用中分別使用不同代碼表示三類(lèi)光接口。13表9-1SDH光接口分類(lèi)應(yīng)用場(chǎng)合局內(nèi)通信局間通信短距離長(zhǎng)距離工作波長(zhǎng)（nm）13101310155013101550光纖類(lèi)型G.652G.652G.652G.652G.652G.654G.655目標(biāo)傳輸距離（km）≤2~15~40~80STM等級(jí)STM-1STM-4STM-16STM-64I-1I-4I-16I-64S-1.1S-4.1S-16.1S-64.1S-1.2S-4.2S-16.2S-64.2L-1.1L.4.1L-16.1L-64.1L-1.2L-4.2L-16.2L-64.2L-1.3L-4.3L-16.3L-64.3142.SDH光接口參數(shù)

光線路碼型

系統(tǒng)工作波長(zhǎng)范圍

光發(fā)送機(jī)接口

光通道

光接收機(jī)接口159.2.2WDM光接口參數(shù)

中心頻率偏差

光通道衰減

光通道色散16中心頻率偏差中心波長(zhǎng)（頻率）偏差定義為標(biāo)稱(chēng)中心波長(zhǎng)（頻率）與實(shí)際中心波長(zhǎng)（頻率）之差。影響其大小的主要因素有激光器頻率啁啾、信號(hào)帶寬、非線性效應(yīng)引起的頻譜展寬以及期間老化和溫度的影響。通道間隔n（GHz）50/100≥200最大中心頻率偏差（±GHz）待定n/517光通道衰減與SDH系統(tǒng)光通道衰減性能類(lèi)似，WDM系統(tǒng)光通道衰減也是一個(gè)范圍，其最大值主要受限于光放大器增益以及反射等因素。18應(yīng)用代碼Lx-y.zVx-y.zUx-y.z最大光通道衰減（dB）223344應(yīng)用代碼nLx-y.znVx-y.z最大光通道衰減（dB）2233光通道色散應(yīng)用代碼LVUnV3-y.2nL5-y.2nV5-y.2nL8-y.2目標(biāo)傳輸距離（km）80120160360400600640最大色散（ps/nm）160024003200720080001200012800表中所給出的無(wú)線路放大器和有線路放大器WDM系統(tǒng)在G.652光纖上的光通道色散限值，目標(biāo)距離的計(jì)算中假設(shè)光纖的色散系數(shù)是20ps/nm.km，比G.652光纖的實(shí)際色散系數(shù)值略大，也是基于最壞值的考慮。199.3光纖數(shù)字通信系統(tǒng)性能9.3.1誤碼9.3.2抖動(dòng)9.3.3漂移9.3.4延遲2021

對(duì)于一個(gè)數(shù)字通信系統(tǒng)而言，誤碼是最易觀察到的傳輸損傷。顧名思義，誤碼表示由于傳輸過(guò)程中各種干擾、噪聲、畸變等導(dǎo)致的接收的信號(hào)與發(fā)送信號(hào)不一致的情況，即差錯(cuò)。

數(shù)字傳輸系統(tǒng)的誤碼性能通常用誤碼率衡量，誤碼率是指在特定的一段時(shí)間內(nèi)所接收到的差錯(cuò)誤碼元數(shù)目與在同一時(shí)間內(nèi)所收到的碼元總數(shù)之比9.3.1誤碼（Error）22比特誤碼率誤碼率的數(shù)值通?？捎胣×10-P的形式表示，其中P為一整數(shù)。對(duì)于數(shù)字系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，實(shí)際上指的是比特誤碼率(BER)，它是指每個(gè)碼元為1比特時(shí)的誤碼率，其表達(dá)式為：

(9-2)23考察誤碼率的重要意義誤碼率是衡量數(shù)字系統(tǒng)傳輸質(zhì)量好壞的一個(gè)主要指標(biāo)。對(duì)于不同的通信業(yè)務(wù)，誤碼的影響后果也不同。對(duì)誤碼發(fā)生的形態(tài)和原因、誤碼的評(píng)定方法以及誤碼全程指標(biāo)的確定和在網(wǎng)絡(luò)各組成部分的合理分配等問(wèn)題的研究都是十分重要的，是提供光纖數(shù)字傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。241.誤碼產(chǎn)生原因絕大多數(shù)的誤碼發(fā)生形態(tài)可歸為兩類(lèi)：一類(lèi)是誤碼顯示出隨機(jī)發(fā)生形態(tài)，即誤碼往往是單個(gè)隨機(jī)發(fā)生的，具有偶然性。另一類(lèi)誤碼常常是突發(fā)的，成群發(fā)生的，這種誤碼在某個(gè)瞬間可能集中發(fā)生，而在其它大部分時(shí)間可能處于幾乎沒(méi)有誤碼的狀態(tài)。誤碼發(fā)生的原因是多方面的。理想的光纖傳輸系統(tǒng)是十分穩(wěn)定的傳輸通道，基本上不受外界電磁干擾的影響，造成誤碼的主要內(nèi)部機(jī)理有下列幾類(lèi)：各種噪聲源、色散引起的碼間干擾、定位抖動(dòng)產(chǎn)生的誤碼及復(fù)用器、交叉連接設(shè)備和交換機(jī)的誤碼等。259.2.3誤碼特性的評(píng)定方法1.長(zhǎng)期平均比特誤碼率

平均誤碼率是指測(cè)量期間內(nèi)收到的錯(cuò)誤比特?cái)?shù)與同一時(shí)期傳送的全部比特?cái)?shù)之比。用長(zhǎng)期平均比特誤碼率的方法來(lái)評(píng)定誤碼，即是在較長(zhǎng)的統(tǒng)計(jì)時(shí)間內(nèi)，考查其平均比特誤碼率不超過(guò)某一定值來(lái)衡量誤碼率的水平。長(zhǎng)期平均誤碼率適用于誤碼是單個(gè)隨機(jī)發(fā)生的情況。26長(zhǎng)期平均誤碼率的缺點(diǎn)對(duì)于突發(fā)的群誤碼的情況，長(zhǎng)期平均誤碼率不能正確地進(jìn)行評(píng)定。因?yàn)榭赡茉谀骋幌薅〞r(shí)間內(nèi)，由于突發(fā)群誤碼而導(dǎo)致誤碼率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)可以接收的水平，而在其它時(shí)間內(nèi)誤碼率非常小，結(jié)果二者的長(zhǎng)期平均誤碼率仍保持合格，這樣高誤碼率發(fā)生時(shí)期對(duì)通信業(yè)務(wù)質(zhì)量影響并未反映出來(lái)，或者說(shuō)沒(méi)有表示出誤碼隨時(shí)間的分布特性，因此采用這種評(píng)定方法有很大的局限性。27為了能正確地反映誤碼的分布信息，ITU-TG.821建議采用時(shí)間率的概念來(lái)代替平均誤碼率的評(píng)定方法。所謂誤碼時(shí)間率是以比特誤碼率超過(guò)規(guī)定閾值(BERT)的百分?jǐn)?shù)來(lái)表示的。這是在一個(gè)較長(zhǎng)的時(shí)間TL內(nèi)觀察誤碼，記錄每次平均取樣觀測(cè)時(shí)間T0內(nèi)的誤碼個(gè)數(shù)或誤碼率超過(guò)某一定值m的時(shí)間百分?jǐn)?shù)。2.誤碼的時(shí)間百分?jǐn)?shù)28圖9-5誤碼率隨時(shí)間的變化只要T0和TL選擇恰當(dāng)，就可以用來(lái)評(píng)價(jià)各種數(shù)字信息在單位時(shí)間內(nèi)誤碼的程度以及誤碼超過(guò)某一規(guī)定值的時(shí)間占總測(cè)量時(shí)間的百分?jǐn)?shù)。因此，是比較適用和便于測(cè)量的評(píng)定方法。T0為取定的適合于評(píng)定各種業(yè)務(wù)的單位時(shí)間，TL為測(cè)量誤碼率總時(shí)間。誤碼時(shí)間率閾值（BERT）

在ITU-TG.821建議中，把誤碼劣化狀態(tài)劃分為三個(gè)領(lǐng)域來(lái)考慮：

可以正常通信的領(lǐng)域，即可接受的領(lǐng)域，其閾值為1×10-6。

可以通信但質(zhì)量有所劣化的領(lǐng)域，即劣化領(lǐng)域，其閾值為1×10-6～1×10-3。

不能通信的領(lǐng)域，即不可接受的領(lǐng)域，其閾值為1×10-3。2930（1）N×64Kbit/s數(shù)字連接的誤碼性能

ITU-T建議G.821定義了2個(gè)參數(shù)來(lái)度量N×64Kbit/s(N≤31)通路27500km全程端到端連接的誤碼性能。

誤碼秒(ES)表示至少有一個(gè)誤碼的秒。

嚴(yán)重誤碼秒(SES)表示BER≥1×10－3的秒。3.誤碼性能的規(guī)范31誤碼性能要求ITU-T建議G.821對(duì)于N×64Kbit/s(N≤31)全程27500km端到端連接誤碼性能要求如下表所示。參數(shù)表示性能要求誤碼秒ESES占可用時(shí)間的比例ES％<8％嚴(yán)重誤碼秒SESSES占可用時(shí)間的比例SES％<0.2％32圖9-6N×64Kbit/s連接全程誤碼指標(biāo)的分配33（2）高比特率數(shù)字通道的性能誤碼性能參數(shù)G.826性能參數(shù)是以“塊”為基礎(chǔ)的一組參數(shù)。所謂“塊”指一系列與通道有關(guān)的連續(xù)比特，當(dāng)同一塊內(nèi)的任意比特發(fā)生差錯(cuò)時(shí)，就稱(chēng)該塊是差錯(cuò)塊。ITU-T所規(guī)定的3個(gè)高比特通道誤碼性能參數(shù)如下：

誤塊秒比(ESR)

嚴(yán)重誤塊秒比(SESR)背景誤塊比(BBER)高比特通道誤碼性能參數(shù)誤塊秒比（ESR）：當(dāng)某1秒具有1個(gè)或多個(gè)差錯(cuò)塊或至少出現(xiàn)1個(gè)網(wǎng)絡(luò)缺陷時(shí)就稱(chēng)為誤塊秒（ES）。在規(guī)定測(cè)量間隔內(nèi)出現(xiàn)的誤塊秒數(shù)與總的可用時(shí)間之比稱(chēng)為誤塊秒比（ESR）。

嚴(yán)重誤塊秒比（SESR）：當(dāng)某1秒內(nèi)包含有不少于30％的差錯(cuò)塊或者至少出現(xiàn)1種缺陷時(shí)認(rèn)為該秒為嚴(yán)重誤塊秒（SES）。在規(guī)定的測(cè)量時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)的SES數(shù)與總的可用時(shí)間之比稱(chēng)為嚴(yán)重誤塊秒比（SESR）。

背景誤塊比（BBER）：指扣除不可用時(shí)間和SES期間出現(xiàn)的差錯(cuò)塊以后所剩下的差錯(cuò)塊。

BBE數(shù)與扣除不可用時(shí)間和SES期間所有塊數(shù)后的總塊數(shù)之比稱(chēng)背景誤塊比（BBER）。3435誤碼性能要求ITU-T建議G.826對(duì)高比特率通道全程27500km端到端通道誤碼性能要求見(jiàn)下表所示。速率Mbit/s1.5～5>5～15>15～55>55～160>160～3500比特/塊800～50002000～80004000～200006000～2000015000～30000ESR0.040.050.0750.16未定SESR0.0020.0020.0020.002未定BBER2×10－42×10－42×10－42×10－410－436誤碼指標(biāo)的分配為了將27500km的指標(biāo)分配給各組成部分，G.826建議采用了按區(qū)段分配的基礎(chǔ)上再結(jié)合按距離分配的方法。這種分配方法技術(shù)上更加合理，且能照顧到大國(guó)及小國(guó)的利益。37圖9-7高比特率通道全程誤碼指標(biāo)分配光傳送網(wǎng)誤碼規(guī)范通道類(lèi)型比特率塊數(shù)/秒SESRBBERODU12.5Gbit/s2042010-32×10-5ODU210Gbit/s8202510-35×10-6ODU340Gbit/s32949210-31.25×10-638399.3.2抖動(dòng)（Jitter）抖動(dòng)是數(shù)字信號(hào)傳輸過(guò)程中的一種瞬時(shí)不穩(wěn)定現(xiàn)象。抖動(dòng)的定義是：數(shù)字信號(hào)的各有效瞬間對(duì)其理想時(shí)間位置的短時(shí)偏移。所謂短時(shí)偏移是指變化頻率高于10Hz的相位變化，對(duì)應(yīng)的低于10Hz的變化稱(chēng)為漂移。

對(duì)于高速大容量光纖數(shù)字傳輸系統(tǒng)而言，隨著傳輸速率的提高，脈沖的寬度和間隔越窄，抖動(dòng)的影響就越顯著。因?yàn)槎秳?dòng)使接收端脈沖移位，從而可能把有脈沖判為無(wú)脈沖，或反之，把無(wú)脈沖判為有脈沖，從而導(dǎo)致誤碼。40?t1?t2?t3?t4發(fā)送信號(hào)接收信號(hào)抖動(dòng)示意圖41抖動(dòng)的單位抖動(dòng)的大小或幅度通?？捎脮r(shí)間、相位度數(shù)或數(shù)字周期來(lái)表示。根據(jù)ITU-T建議，普遍采用數(shù)字周期來(lái)度量，即用“單位間隔”或稱(chēng)時(shí)隙(UI)來(lái)表示。1UI相當(dāng)于1比特信息所占有的時(shí)間間隔，它在數(shù)值上等于傳輸比特率的倒數(shù)。抖動(dòng)可以分為相位抖動(dòng)和定時(shí)抖動(dòng)。所謂相位抖動(dòng)是指?jìng)鬏斶^(guò)程中所形成的周期性的相位變化。所謂定時(shí)抖動(dòng)是指脈碼傳輸系統(tǒng)中的同步誤差。42表9-9PDH系列信號(hào)對(duì)應(yīng)的UI值碼速率Mbit/s2.0489.44834.368139.264單位抖動(dòng)(ns)48811829.17.18431.抖動(dòng)的來(lái)源在數(shù)字傳輸系統(tǒng)中，抖動(dòng)的來(lái)源有以下幾個(gè)方面：線路系統(tǒng)的抖動(dòng)隨機(jī)性抖動(dòng)系統(tǒng)性抖動(dòng)復(fù)用器的抖動(dòng)PDH復(fù)用器抖動(dòng)SDH復(fù)用器抖動(dòng)44線路系統(tǒng)的抖動(dòng)隨機(jī)性抖動(dòng)源各種噪聲源 定時(shí)濾波器失諧時(shí)鐘相位噪聲系統(tǒng)抖動(dòng)源碼間干擾限幅器的門(mén)限偏移激光器的圖案效應(yīng)45復(fù)用器的抖動(dòng)（1）PDH復(fù)用器的抖動(dòng)PDH體制采用插入比特的正碼速調(diào)整方法，在接收解復(fù)用側(cè)，需要把這些附加的插入比特全部扣除，從而形成了帶空隙的脈沖序列，由這樣的非均勻脈沖序列所恢復(fù)的時(shí)鐘就會(huì)帶有相位抖動(dòng)。（2）SDH復(fù)用器的抖動(dòng)在SDH復(fù)用器中采用指針調(diào)整機(jī)制。指針調(diào)整將產(chǎn)生相位躍變。由于指針調(diào)整是按字節(jié)為單位進(jìn)行的，一個(gè)字節(jié)含8bit，因而一次字節(jié)調(diào)整將產(chǎn)生8UI的相位躍變。462.抖動(dòng)性能的規(guī)范

PDH網(wǎng)的抖動(dòng)性能規(guī)范網(wǎng)絡(luò)接口的最大允許抖動(dòng)設(shè)備輸入口的抖動(dòng)和漂移容限設(shè)備抖動(dòng)傳遞特性

SDH網(wǎng)的抖動(dòng)性能規(guī)范網(wǎng)絡(luò)接口的最大允許抖動(dòng)設(shè)備輸入口的抖動(dòng)和漂移容限479.3.3漂移（Wander）9.4.1漂移的概念

漂移的定義為數(shù)字信號(hào)的特定時(shí)刻(例如最佳抽樣時(shí)刻)相對(duì)其理想時(shí)間位置的長(zhǎng)時(shí)間偏移。引起漂移的一個(gè)最普通的原因是環(huán)境溫度變化，它會(huì)導(dǎo)致光纜傳輸特性發(fā)生變化，從而引起傳輸信號(hào)延時(shí)的緩慢變化。因此漂移可以簡(jiǎn)單地理解為信號(hào)傳輸延時(shí)的慢變化。489.3.4延時(shí)（Delay）信號(hào)從一個(gè)地方傳輸?shù)搅硪粋€(gè)地方總是需要一定時(shí)間的，所需的時(shí)間就是信號(hào)傳輸延時(shí)。嚴(yán)格說(shuō)，延時(shí)是指數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)娜貉訒r(shí)，即數(shù)字信號(hào)以群速通過(guò)一個(gè)數(shù)字連接所經(jīng)歷的時(shí)間，又稱(chēng)包絡(luò)延時(shí)。當(dāng)延時(shí)過(guò)大時(shí)會(huì)使通路發(fā)生困難，因此必須加以控制。49延遲的產(chǎn)生在整個(gè)端到端通信連接中，可能產(chǎn)生延時(shí)的環(huán)節(jié)很多，主要由下面幾方面：傳輸系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和其它數(shù)字設(shè)備產(chǎn)生的延時(shí)

SDH引入的延時(shí)509.4光纖通信系統(tǒng)的可用性對(duì)光纖通信的要求是迅速、準(zhǔn)確和連接不間斷地工作。因此對(duì)系統(tǒng)的可靠性提出了較高的要求。

注意可靠性（Reliability）和可用性（Availability）的概念是不一樣的?？煽啃灾傅氖悄硞€(gè)產(chǎn)品和系統(tǒng)在一定條件下無(wú)故障地執(zhí)行指定功能的能力或可能性；而可用性指的是在要求的外部資源和條件得到保證的前提下，某個(gè)產(chǎn)品或系統(tǒng)在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)刻或時(shí)間區(qū)間內(nèi)處于可執(zhí)行規(guī)定功能狀態(tài)的能力。換而言之，可用性是產(chǎn)品或系統(tǒng)的可靠性、維修性和維修保障性的綜合反映。

51可靠性和可用性表示方法通常用來(lái)表示系統(tǒng)可靠性的參數(shù)有兩個(gè)：一個(gè)是平均故障間隔時(shí)間(MTBF)，單位為小時(shí)；另一個(gè)是故障率(λ)，單位為1/小時(shí)。λ＝1/MTBF。當(dāng)λ采用10-9/小時(shí)作為計(jì)量單位時(shí)，稱(chēng)為Fit，即1Fit＝10-9/小時(shí)。52可用性系統(tǒng)的可用性是指在給定的時(shí)間間隔內(nèi)處于良好工作狀態(tài)的能力。系統(tǒng)的可用性(A)用系統(tǒng)的可用時(shí)間與規(guī)定的總工作時(shí)間的比值來(lái)表示，即：式中：A為可用性可用時(shí)間即為系統(tǒng)的平均故障間隔時(shí)間MTBF

總的工作時(shí)間包括：平均故障間隔時(shí)間(MTBF)和平均故障修理時(shí)間(MTTR)所以

(9-4)53不可用性當(dāng)用失效率(不可用性)進(jìn)行計(jì)算時(shí)，表達(dá)式為：式中F為失效率不可用時(shí)間即平均故障修理時(shí)間(MTTR)，所以

(9-6)由于MTTR值較小，故式(9.6)可近似為

(9-7)因此

(9-8)549.4.2光纖通信系統(tǒng)可用性計(jì)算光纖通信系統(tǒng)主要包括PCM復(fù)用設(shè)備、光端機(jī)、中繼機(jī)、光纜、供電設(shè)備、備用轉(zhuǎn)換設(shè)備等。光纖通信多采用熱備用系統(tǒng)和自動(dòng)保護(hù)倒換設(shè)備來(lái)提高系統(tǒng)的可用性。設(shè)主用系統(tǒng)為n個(gè)，備用系統(tǒng)為m個(gè)，主、備用系統(tǒng)比為n：m。若單個(gè)系統(tǒng)失效率為F0，在（n+m）個(gè)系統(tǒng)中，只要有任意（m+1）個(gè)以上系統(tǒng)出現(xiàn)故障，就不能確保n個(gè)主用系統(tǒng)均正常工作。55可用性計(jì)算分析（1）（m+1）個(gè)系統(tǒng)同時(shí)出現(xiàn)故障的概率為(F0)m+1，所以在（n+m）個(gè)系統(tǒng)中，任意（m+1）個(gè)系統(tǒng)同時(shí)出現(xiàn)的故障概率為Cn+mm+1(F0)m+1，同理，在（n+m）個(gè)系統(tǒng)中，任意（m+2）個(gè)系統(tǒng)同時(shí)出現(xiàn)故障概率為Cn+mm+2(F0)m+2。因此，n個(gè)主用系統(tǒng)中有任何系統(tǒng)發(fā)生故障的失效率為：

(9-9)56可用性計(jì)算分析（2）一般情況下，在（n+m）個(gè)系統(tǒng)中，任意（m+2）個(gè)以上系統(tǒng)同時(shí)出現(xiàn)故障的概率相對(duì)很小，因此式(9-9)中，僅取第一項(xiàng)就能滿(mǎn)足精度要求，所以，式(9-9)可近似為(9-10)假設(shè)各個(gè)主用系統(tǒng)失效率相同，則每個(gè)主用系統(tǒng)發(fā)生故障的失效率為

(9-11)若系統(tǒng)中無(wú)備用系統(tǒng)即m＝0，則：F主＝F0。579.4.3光纖通信系統(tǒng)可用性指標(biāo)要求對(duì)光纖通信系統(tǒng)可用性的要求是：希望系統(tǒng)和設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)間應(yīng)盡可能長(zhǎng)，維護(hù)工作盡可能少。我國(guó)在“光纜通信進(jìn)網(wǎng)要求”中提出5000km光纜通信系統(tǒng)雙向全程容許每年4次全阻故障。當(dāng)取平均故障修復(fù)時(shí)間為6小時(shí)時(shí)，系統(tǒng)雙向全程的可用性可達(dá)到99.73％，折算到280km數(shù)字段的可用性為99.985％，420km數(shù)字段的可用性為99.9％。對(duì)于市內(nèi)光纜通信系統(tǒng)，若取平均故障修復(fù)時(shí)間為0.5小時(shí)，則50km市內(nèi)光纜通信系統(tǒng)可用性可達(dá)99.99％?？捎眯蚤L(zhǎng)度換算見(jiàn)式9-12。589.5光纖通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)

統(tǒng)計(jì)法統(tǒng)計(jì)法的基本思想就是假設(shè)允許一個(gè)預(yù)先確定的足夠小的系統(tǒng)先期失效概率，從而獲取所需的系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)（如再生段距離等）。最壞值法最壞值設(shè)計(jì)法，就是在設(shè)計(jì)系統(tǒng)的主要參數(shù)（如再生段距離）時(shí)，將所有的參數(shù)均按照最壞值選取，而不管其具體分布。影響系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要因素

功率預(yù)算

光源頻率啁啾

色度色散

偏振模色散

非線性59最壞值法設(shè)計(jì)過(guò)程

對(duì)于光纖通信系統(tǒng)而言，最主要的影響系統(tǒng)的因素是光纖損耗和色散，而其他的影響因素也可以換算成相應(yīng)的功率代價(jià)。因此，工程中使用最壞值法時(shí)，可以分別計(jì)算僅考慮損耗和色散的不同情況，在計(jì)算完成后進(jìn)行比較和分析，取其中較為保守的值作為設(shè)計(jì)結(jié)果。

如僅考慮光纖損耗則稱(chēng)為衰減受限系統(tǒng)，僅考慮色散的影響則稱(chēng)為色散受限系統(tǒng)。60611.衰減受限系統(tǒng)中繼距離計(jì)算62衰減限制系統(tǒng)中繼距離的計(jì)算

(9-13)式中：L－最大中繼距離(km)

Ac－S、R點(diǎn)間增加的光連接器衰減(dB)

As－光纖固定接頭平均衰減(dB／Km)Af—光纖的平均衰減(dB／Km)

Mc－光纜的富余度(dB／Km)ASR：系統(tǒng)S點(diǎn)和R點(diǎn)之間光纜線路容許的衰減(dB)

ASR=PS－PR－MePS－發(fā)送平均光功率(在S點(diǎn)測(cè)出的值)(dBm)PR－光接收機(jī)靈敏度(在R點(diǎn)測(cè)出的值)(dBm)

Me－設(shè)備富余度(dB)Me包括系統(tǒng)積累抖動(dòng)、均衡失調(diào)、外界干擾等。632.色散受限系統(tǒng)中繼距離計(jì)算在高速率光纖通信系統(tǒng)中，只考慮色散的影響，則系統(tǒng)的最大中繼距離主要由光纖的色散來(lái)確定，稱(chēng)為色散限制系統(tǒng)。對(duì)于色散限制系統(tǒng)，首先應(yīng)確定所設(shè)計(jì)的再生段的總色散（ps/nm），再據(jù)此選擇合適的系統(tǒng)分類(lèi)代碼及相應(yīng)的一整套光參數(shù)。通常，最經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)應(yīng)該選擇這樣一類(lèi)分類(lèi)代碼，它的最大色散值大于實(shí)際設(shè)計(jì)色散值，同時(shí)在滿(mǎn)足要求的系統(tǒng)分類(lèi)代碼中具有最小的最大色散值。64色散限制系統(tǒng)中繼距離的計(jì)算色散限制系統(tǒng)可達(dá)的再生段距離的最壞值可以用下式估計(jì)（9-14）其中DSR為S點(diǎn)和R點(diǎn)之間允許的最大色散值，可以由光接口參數(shù)規(guī)范中查到。Dm為允許工作波長(zhǎng)范圍內(nèi)的最大光纖色散，單位為ps/（nm·km），可以根據(jù)公式求得，也可取光纖色散分布最大值。在工程中的一個(gè)較為簡(jiǎn)明的工程計(jì)算公式表示為（9-15）

式中α為啁啾系數(shù)，λ單位為nm，B的單位為T(mén)b/s。65本章小結(jié)和知識(shí)點(diǎn)數(shù)字傳輸模型光接口性能光纖數(shù)字通信系統(tǒng)性能光纖通信系統(tǒng)的可用性光纖通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)光纖通信系統(tǒng)67光纖接入網(wǎng)用戶(hù)側(cè)的業(yè)務(wù)從傳統(tǒng)的話(huà)音為主逐漸向包括話(huà)音、視頻及各種交互式數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)融和的方向發(fā)展。接入網(wǎng)成為通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和發(fā)展的重點(diǎn)。光接入網(wǎng)是指在接入網(wǎng)中采用光纖作為主要傳輸媒質(zhì)的接入技術(shù)，具有傳輸容量大、傳輸距離長(zhǎng)、對(duì)業(yè)務(wù)透明性好等優(yōu)點(diǎn)，是固定接入領(lǐng)域內(nèi)最佳的解決方案。本章主要介紹光接入網(wǎng)原理及主要技術(shù)。教學(xué)課時(shí)為2學(xué)時(shí)。6810.1光接入網(wǎng)

通信網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)發(fā)展成為覆蓋全球的規(guī)模非常大的網(wǎng)絡(luò)，傳統(tǒng)上而言可以分為公共網(wǎng)絡(luò)和用戶(hù)網(wǎng)絡(luò)（也稱(chēng)用戶(hù)駐地網(wǎng)）兩部分。

接入網(wǎng)是各類(lèi)用戶(hù)與公共網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)用戶(hù)側(cè)與網(wǎng)絡(luò)側(cè)業(yè)務(wù)互通的最重要的網(wǎng)絡(luò)組成部分。6910.1.1接入網(wǎng)概述ITU-T建議G.902對(duì)接入網(wǎng)的定義如下：接入網(wǎng)是由業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)接口（SNI）和用戶(hù)網(wǎng)絡(luò)接口（UNI）之間的一系列傳送實(shí)體（如線路設(shè)施和傳輸設(shè)施）組成的、為傳送電信業(yè)務(wù)提供所需要的傳送承載能力的實(shí)施系統(tǒng)，可經(jīng)由Q3接口進(jìn)行配置和管理。G.902建議中涉及的傳送實(shí)體是為提供各類(lèi)通信業(yè)務(wù)所必要的傳送承載能力、由各類(lèi)有線和無(wú)線技術(shù)構(gòu)成的通信系統(tǒng)。70Y.1231IP接入網(wǎng)隨著Internet和各種IP類(lèi)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)應(yīng)用的快速普及，ITU-T提出了適應(yīng)于IP業(yè)務(wù)的IP接入網(wǎng)定義。建議Y.1231將IP接入網(wǎng)定義為IP用戶(hù)和ISP之間為提供所需的、接入到IP業(yè)務(wù)的能力的網(wǎng)絡(luò)實(shí)體的實(shí)現(xiàn)。Y.1231定義的接入網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)形式都較G.902靈活。為便于讀者理解和把握接入網(wǎng)的總體概念，本章中所涉及的接入網(wǎng)內(nèi)容主要以G.902建議為參照。712.接入網(wǎng)的定界接入網(wǎng)所覆蓋的范圍是由三個(gè)接口來(lái)定界，即網(wǎng)絡(luò)側(cè)經(jīng)業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)接口（SNI）與業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)（SN）相連；用戶(hù)側(cè)經(jīng)用戶(hù)網(wǎng)絡(luò)接口（UNI）與用戶(hù)相連；管理側(cè)經(jīng)Q3接口與電信管理網(wǎng)（TMN）相連，不具備Q3接口時(shí)通常需經(jīng)由協(xié)調(diào)設(shè)備（MD）與TMN相連。SN是提供業(yè)務(wù)的實(shí)體，是一種可以接入各種交換型和/或永久連接型電信業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)單元。72圖10-1接入網(wǎng)的定界733.接入網(wǎng)分層模型為了便于網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與管理，接入網(wǎng)按垂直方向分為三個(gè)獨(dú)立的層次。其中每一層為其相鄰的高階層提供傳送服務(wù)，同時(shí)又使用相鄰的低階層所提供的傳送服務(wù)，這三層分別是電路層、通道層和傳輸媒質(zhì)層。在網(wǎng)絡(luò)分層后，每一層仍顯得很復(fù)雜，因此可以進(jìn)一步將每一層網(wǎng)絡(luò)劃分為若干個(gè)子網(wǎng)，每一個(gè)子網(wǎng)又可以進(jìn)一步分割成若干個(gè)更小的子網(wǎng)。74圖10-2接入網(wǎng)通用協(xié)議參考模型754.接入網(wǎng)的主要特點(diǎn)（1）功能相對(duì)簡(jiǎn)單（2）業(yè)務(wù)多樣性（3）網(wǎng)徑較小（4）成本敏感（5）施工難度較高（6）對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力強(qiáng)76圖10-3接入網(wǎng)分類(lèi)示意圖線對(duì)增容技術(shù)PG數(shù)字用戶(hù)線技術(shù)（xDSL）電力線接入技術(shù)PLC有線接入網(wǎng)無(wú)線接入網(wǎng)有線無(wú)線混合接入網(wǎng)接入網(wǎng)銅線接入網(wǎng)光纖接入網(wǎng)光纖銅線混合接入網(wǎng)（HFC）固定終端無(wú)線接入網(wǎng)移動(dòng)終端無(wú)線接入網(wǎng)有源光纖接入網(wǎng)AON無(wú)源光纖接入網(wǎng)PON7710.1.2光纖接入網(wǎng)光纖接入網(wǎng)（OAN，OpticalAccessNetwork）是指在接入網(wǎng)中采用光纖作為主要傳輸媒質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)信息傳送的網(wǎng)絡(luò)形式。它不是傳統(tǒng)意義上的光纖傳輸系統(tǒng)，而是針對(duì)接入網(wǎng)環(huán)境所設(shè)計(jì)的特殊的光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)。781.光纖接入網(wǎng)的主要結(jié)構(gòu)光纖接入網(wǎng)采用光纖作為主要傳輸媒質(zhì)，而局側(cè)和用戶(hù)側(cè)發(fā)出和接收的均為電信號(hào)，所以在局側(cè)要進(jìn)行電/光變換，在用戶(hù)側(cè)要進(jìn)行光/電變換，才可實(shí)現(xiàn)中間線路的光信號(hào)傳輸。一個(gè)一般意義上的光纖接入網(wǎng)示意圖如圖10-4所示。一個(gè)光接入網(wǎng)主要由光線路終端OLT、光分配網(wǎng)絡(luò)ODN和光網(wǎng)絡(luò)單元ONU

等組成。79圖10-4光纖接入網(wǎng)示意圖80圖10-5光纖接入網(wǎng)的參考配置81有源光網(wǎng)絡(luò)AON和無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)PON無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)PON是指在OLT和ONU之間沒(méi)有任何有源的設(shè)備而只使用光纖等無(wú)源器件。PON對(duì)各種業(yè)務(wù)透明，易于升級(jí)擴(kuò)容，便于維護(hù)管理。有源光網(wǎng)絡(luò)（AON）中，用有源設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（如SDH環(huán)網(wǎng)）的ODT代替無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)中的ODN，傳輸距離和容量大大增加，易于擴(kuò)展帶寬，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和運(yùn)行的靈活性大，不足的是有源設(shè)備需要機(jī)房、供電和維護(hù)等輔助設(shè)施。82圖10-6ODN中的光通道83光纖接入網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)光纖接入網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要有總線形、環(huán)形和星形。由此又可以派生出樹(shù)形、雙星形、環(huán)形－星形等結(jié)構(gòu)，如圖10-7所示。圖10-7光纖接入網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)848510.1.3光纖接入網(wǎng)的應(yīng)用類(lèi)型根據(jù)ONU位置的不同，可以將OAN劃分為幾種基本的應(yīng)用類(lèi)型，即光纖到路邊FTTC、光纖到樓FTTB、光纖到家或辦公室FTTH/FTTO等。從發(fā)展來(lái)看，光接入網(wǎng)的普及主要受到成本和內(nèi)容等多方面的制約，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，以FTTH/O＋家庭（辦公室）無(wú)線網(wǎng)的形式實(shí)現(xiàn)寬帶接入可能是一種較好的選擇。8610.1.4光接入網(wǎng)性能指標(biāo)光接入網(wǎng)的性能指標(biāo)既包括了物理層的光纖傳輸、光通道衰減、雙向鏈路光功率預(yù)算等，也包括了誤碼和抖動(dòng)性能，對(duì)于特定的光接入網(wǎng)技術(shù)，還可能包含了帶寬分配、擁塞控制和流量控制等性能指標(biāo)。光接入網(wǎng)中最主要的性能指標(biāo)之一是鏈路的光功率預(yù)算，也即OLT與ONU間允許的能量損失。表示為87表10-1分光器插入損耗分光器類(lèi)型1:21:41:8或2:81:16或2：161:32或2:32FBT或PLC≤3.6dB≤7.3dB≤10.7dB≤14dB≤17.7dB表10-2最大光鏈路衰減88序號(hào)接口（光纖線路最長(zhǎng)傳輸距離1310nm時(shí)最大光鏈路衰減（dB）1490nm時(shí)最大光鏈路衰減（dB）11000Base-PX20U接口20km24-21000Base-PX20D接口20km-23.58910.1.2光接入網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

突發(fā)收發(fā)技術(shù)

突發(fā)同步技術(shù)

測(cè)距技術(shù)

多址接入技術(shù)

動(dòng)態(tài)帶寬分配技術(shù)

光功率的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)

服務(wù)質(zhì)量和安全技術(shù)90突發(fā)收發(fā)技術(shù)光接入網(wǎng)中需要具有突發(fā)收發(fā)的能力。例如對(duì)于采用TDMA的ONU而言，每個(gè)ONU只能在每一幀的特定時(shí)刻發(fā)送上行信號(hào)，因此需要有快速的功率開(kāi)啟和切斷的功能。同時(shí)對(duì)于光接入網(wǎng)中發(fā)送機(jī)的消光比也有較高的要求。多個(gè)ONU對(duì)應(yīng)于一個(gè)OLT，在每一時(shí)刻只有一個(gè)ONU發(fā)送信號(hào)，其他所有ONU都應(yīng)處于關(guān)斷狀態(tài)，此時(shí)要求其余所有ONU的殘留光之和不能對(duì)正在發(fā)光的ONU產(chǎn)生影響。OLT側(cè)也有類(lèi)似的問(wèn)題。如多個(gè)ONU發(fā)送的信號(hào)到達(dá)OLT側(cè)會(huì)有功率的波動(dòng)，OLT的接收機(jī)需要能靈活快速地調(diào)整接收電平，迅速地接收和恢復(fù)數(shù)據(jù)。91突發(fā)同步技術(shù)

由于各ONU與OLT的距離不同，因此各個(gè)信元信號(hào)經(jīng)傳輸延遲后，到達(dá)OLT時(shí)的比特相位不同，OLT接受到從ONU來(lái)的短脈沖數(shù)據(jù)流，這些數(shù)據(jù)流的比特相位各不相同且是未知。由于組成上行幀的各ONU傳輸?shù)男旁獢?shù)有限，為了不丟失有用信息，需有較快的比特同步，OLT處的比特同步必須在每個(gè)上行ONU短脈沖數(shù)據(jù)流期間建立。使得快速比特同步電路在幾個(gè)比特周期內(nèi)與輸入數(shù)據(jù)同步，從而把每個(gè)ONU發(fā)送的信號(hào)正確恢復(fù)出來(lái)。92測(cè)距技術(shù)光接入網(wǎng)的環(huán)境是典型的點(diǎn)到多點(diǎn)方式，由于各個(gè)ONU到OLT的距離不等，為了防止各個(gè)ONU所發(fā)上行信號(hào)發(fā)生沖突，OLT需要一套測(cè)距功能，以保證不同物理距離的ONU與OLT之間的“邏輯距離”相等，即傳輸延遲一致，以避免碰撞和沖突的出現(xiàn)。測(cè)距也即測(cè)量各個(gè)ONU到OLT的實(shí)際距離，并將所有的ONU到OLT的虛擬距離設(shè)置相等的過(guò)程。93測(cè)距實(shí)現(xiàn)測(cè)距過(guò)程分為三個(gè)子過(guò)程：靜態(tài)粗測(cè)距；靜態(tài)精測(cè)距；動(dòng)態(tài)精測(cè)距。系統(tǒng)初始化時(shí)或當(dāng)一個(gè)新的ONU加入時(shí)或一個(gè)ONU重新加電時(shí)，靜態(tài)粗測(cè)距起作用，為保證該過(guò)程對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊戄^小，采用低頻低電平信號(hào)作為測(cè)距信號(hào)；靜態(tài)精測(cè)距是達(dá)到所需測(cè)距精度的中間環(huán)節(jié)，每當(dāng)ONU被重新激活時(shí)都要進(jìn)行一次，它占據(jù)一個(gè)上行傳輸時(shí)隙；動(dòng)態(tài)精測(cè)距是在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，使用數(shù)據(jù)信號(hào)來(lái)進(jìn)行測(cè)距。精態(tài)精測(cè)距過(guò)程結(jié)束后，OLT指示ONU可以發(fā)送數(shù)據(jù)了，在發(fā)送數(shù)據(jù)過(guò)程中，OLT持續(xù)地測(cè)量各ONU環(huán)路延時(shí)，及時(shí)調(diào)整補(bǔ)償時(shí)延以適應(yīng)各種因素對(duì)環(huán)路時(shí)延的影響。94多址接入技術(shù)時(shí)分多址接入TDMA

波分多址接入WDMA

碼分多址接入CDMA95時(shí)分多址接入技術(shù)TDMA上行傳輸時(shí)將時(shí)間分成若干個(gè)時(shí)隙，每一時(shí)隙內(nèi)只安排一個(gè)ONU以分組方式向OLT發(fā)送分組信息。每個(gè)ONU嚴(yán)格按照預(yù)先規(guī)定的順序依次發(fā)送。為了避免與OLT距離不同的ONU所發(fā)的上行信號(hào)在OLT處發(fā)生沖突，OLT需要有一套復(fù)雜的測(cè)距功能，不斷測(cè)量每一ONU與OLT之間的時(shí)延（即邏輯距離），指揮每一個(gè)ONU調(diào)整發(fā)送時(shí)間，使之不至于互相沖突。96波分多址接入技術(shù)WDMA波分多址接入WDMA方式是采用不同的波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)于不同的ONU。采用單根光纖，兩個(gè)方向的信號(hào)（上行信號(hào)和下行信號(hào)），分別調(diào)在不同的波長(zhǎng)上。各個(gè)ONU不同波長(zhǎng)的上行光信號(hào)，送至光分路器并耦合進(jìn)光纖，該復(fù)用信號(hào)到達(dá)OLT后，利用WDM器件可分出屬于各個(gè)ONU的光信號(hào)，再經(jīng)過(guò)光電檢測(cè)器，解調(diào)出電信號(hào)。上行傳輸（從ONU到OLT）必須工作在1310nm波長(zhǎng)區(qū)，下行傳輸（OLT到ONU）工作在1310nm或1550nm波長(zhǎng)區(qū)。當(dāng)上、下行均工作在1310nm波長(zhǎng)區(qū)時(shí)，上行信號(hào)處于1310nm波長(zhǎng)區(qū)高端，下行信號(hào)處于1310nm波長(zhǎng)區(qū)低端。97碼分多址接入技術(shù)CDMA碼分多址接入CDMA方式是為每一個(gè)ONU分配一個(gè)多址碼，并將各ONU的上行信碼與其進(jìn)行模二加后，再去調(diào)制具有相同波長(zhǎng)的激光器，經(jīng)光分路器（OBD）合路后傳輸?shù)絆LT，通過(guò)檢測(cè)、放大和模二加等電路后，恢復(fù)出ONU送來(lái)的上行反碼。98

動(dòng)態(tài)帶寬分配在上行方向，任意時(shí)刻不同ONU對(duì)帶寬的需求是不一樣的，這就涉及到帶寬分配及其算法的問(wèn)題。帶寬分配要求提供一套最有效的在盡可能保證每個(gè)ONU需求的同時(shí)高效利用網(wǎng)絡(luò)資源的手段。帶寬分配算法既要考慮連接業(yè)務(wù)的性能特點(diǎn)和其服務(wù)質(zhì)量的要求，又要考慮接入控制的實(shí)時(shí)性。動(dòng)態(tài)帶寬分配可以通過(guò)包括消息和狀態(tài)機(jī)等技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。99光功率的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)每個(gè)ONU與中心接收機(jī)的光路損耗是不同的，所以中心節(jié)點(diǎn)的光接收機(jī)必須能夠應(yīng)付從一個(gè)突發(fā)到另一個(gè)突發(fā)的不同的光接受功率，因此，接收機(jī)需要較大的動(dòng)態(tài)范圍，并且能夠設(shè)定門(mén)限快速區(qū)分比特“0”和比特“1”。此外每個(gè)傳輸節(jié)點(diǎn)的輸出功率將根據(jù)該節(jié)點(diǎn)的光路損耗而進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而降低對(duì)光接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍的要求。100服務(wù)質(zhì)量和安全技術(shù)光接入網(wǎng)的服務(wù)質(zhì)量和安全技術(shù)是保證用戶(hù)對(duì)于不同業(yè)務(wù)類(lèi)型需求的關(guān)鍵技術(shù)。采用TDM方式傳送下行數(shù)據(jù)的光接入網(wǎng)，必須采取一定的認(rèn)證和鑒權(quán)機(jī)制，以保證每一個(gè)ONU只能獲得自己所需的信息。而對(duì)于上行信號(hào)而言，需要采取認(rèn)證機(jī)制以保證只有合法的ONU可以與OLT建立連接。同時(shí)針對(duì)用戶(hù)的不同類(lèi)型的業(yè)務(wù)，如對(duì)時(shí)延、誤碼率等要求不同的話(huà)音和視頻業(yè)務(wù)等采取不同的對(duì)策加以區(qū)別對(duì)待。10110.1.3無(wú)源光接入網(wǎng)PON

在光接入網(wǎng)中如果ODN全部是由無(wú)源器件組成，不包括任何有源節(jié)點(diǎn)，則這種光接入網(wǎng)就是無(wú)源光接入網(wǎng)PON。PON中的ODN部分僅由光分路器、光纜等無(wú)源器件組成，因此PON具有極高的可靠性，同時(shí)對(duì)環(huán)境的依賴(lài)程度小，是光接入網(wǎng)中最為看好的技術(shù)。同時(shí)，PON方案也是實(shí)現(xiàn)光接入網(wǎng)FTTH的各種方案中成本最低的.圖10-12實(shí)現(xiàn)FTTH方案成本對(duì)比

102103PON雙向傳輸一般情況下，PON中只采用一個(gè)分光器，稱(chēng)為一級(jí)分光模式。近年來(lái)，由于FTTH的需求日益增加，也開(kāi)始采用多個(gè)分光器級(jí)聯(lián)使用的模式，稱(chēng)為二級(jí)分光。PON雙向傳輸?shù)某Ｓ梅椒ㄊ窍滦行盘?hào)使用1490nm波長(zhǎng)，上行信號(hào)使用1310nm波長(zhǎng)。如果PON的分路比較高，即一個(gè)OLT需要連接較多ONU，且傳輸距離較長(zhǎng)時(shí)，也可考慮在OLT側(cè)設(shè)置光放大器，提高總的下行功率。ITU-T在G.983系列建議中規(guī)定，PON的分路比至少支持1：16或更高（目前多為1：32或1：64），OLT與ONU之間的物理距離不得少于20km。104基于ATM的APONAPON是基于ATM的PON接入技術(shù)，最早由全業(yè)務(wù)接入網(wǎng)組織（FSAN）于20世紀(jì)90年代提出，并由ITU-T完成標(biāo)準(zhǔn)化。APON下行方向采用TDM方式，并通過(guò)信頭的虛通道標(biāo)識(shí)符／虛通路標(biāo)識(shí)符（VPI/VCI）進(jìn)行二級(jí)尋址，并根據(jù)不同業(yè)務(wù)的QoS（服務(wù)質(zhì)量）進(jìn)行不同的轉(zhuǎn)接處理。上行方向則采用TDMA方式，各個(gè)ONU以最小1個(gè)ATM信元對(duì)應(yīng)的時(shí)隙占用上行帶寬。105圖10-13APON結(jié)構(gòu)示意圖106圖10-14APON幀結(jié)構(gòu)107基于Ethernet的EPONEPON是由國(guó)際電氣電子工程師協(xié)會(huì)IEEE提出并標(biāo)準(zhǔn)化。IEEE的第一英里以太網(wǎng)EFM（EthernetintheFirstMileStudy）工作組于2002年7月制定了EPON草案。EPON的ODN由無(wú)源分光器件和光纖線路構(gòu)成，EFM確定分路器的分光能力在1：16到1：128之間。上行和下行線路的光信號(hào)使用兩個(gè)不同波長(zhǎng)（1310nm/1490nm），速率均為1Gbit/s，傳輸距離可達(dá)20km。108EPON上下行方案在下行鏈路上，OLT以廣播方式發(fā)送以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀。通過(guò)1：N的無(wú)源分光器，數(shù)據(jù)幀到達(dá)各ONU，ONU通過(guò)檢查接收到的數(shù)據(jù)幀的目的媒體接入控制（MAC）地址和幀類(lèi)型（如：廣播幀、OAM幀）來(lái)判斷是否接收此幀．在上行鏈路上，各ONU的數(shù)據(jù)幀以突發(fā)方式通過(guò)共同的無(wú)源分配網(wǎng)傳輸?shù)絆LT，因此必須有一種多址接入方式保證每個(gè)激活的ONU能夠占用一定的上行信道帶寬?？紤]到業(yè)務(wù)的不對(duì)稱(chēng)性和ONU的低成本，EFM工作組決定在上行鏈路上采用TDMA方式。109圖10-15EPON下行信號(hào)示意110圖10-16EPON上行信號(hào)示意111千兆比特兼容的無(wú)源光接入網(wǎng)GPONITU-T在APON基礎(chǔ)上，提出了千兆比特兼容的無(wú)源光接入網(wǎng)GPON。GPON的主要設(shè)想是在PON上傳送多業(yè)務(wù)時(shí)保證高比特率和高效率。由于GPON一開(kāi)始就自下而上地重新考慮了PON的應(yīng)用和要求，為新的方案奠定了基礎(chǔ)，不再基于早先的APON標(biāo)準(zhǔn)。它一方面保留了與PON不是直接相關(guān)的許多功能，如OAM消息、DBA等；另一方面GPON則基于完全新的傳輸會(huì)聚（TC）層。GPON采用的是一個(gè)以幀為基礎(chǔ)的協(xié)議，用通用成幀程序（GFP）作業(yè)務(wù)映射。112GPON總體目標(biāo)幀結(jié)構(gòu)可以從622Mbit/s擴(kuò)展到2.5Gbit/s，并支持不對(duì)稱(chēng)比特率；對(duì)任何業(yè)務(wù)都保證高帶寬利用率和高效率；把任何業(yè)務(wù)（TDM和分組）都通過(guò)GFP裝入125μs的幀中；對(duì)純TDM業(yè)務(wù)作高效率的無(wú)開(kāi)銷(xiāo)傳送；通過(guò)帶寬指示器為每一ONT動(dòng)態(tài)分配上行帶寬。113圖10-17GPON總體結(jié)構(gòu)114圖10-18GPON協(xié)議模型115圖10-21上行接入控制示例新型PONWDMPONTDM-WDM混合PONXGPON和NGPON通信與信息工程學(xué)院11610.2計(jì)算機(jī)高速互聯(lián)光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)10.2.1光纖分布式數(shù)據(jù)接口10.2.2光纖通道10.2.3高速計(jì)算機(jī)光互連技術(shù)通信與信息工程學(xué)院11710.3智能光網(wǎng)絡(luò)

智能光網(wǎng)絡(luò)是下一代的光網(wǎng)絡(luò)，具有自動(dòng)發(fā)現(xiàn)功能，包括能夠自動(dòng)地發(fā)現(xiàn)業(yè)務(wù)、拓?fù)?、資源的變化；具有強(qiáng)大的計(jì)算功能，能夠根據(jù)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的這些變化，進(jìn)行計(jì)算、分析、推理和判斷，根據(jù)資源有效配置這一原則最終做出決定；具有快速的動(dòng)態(tài)的連接建立能力，并能為需要的業(yè)務(wù)提供保護(hù)和恢復(fù)功能；能夠提供不同類(lèi)型的、不同優(yōu)先級(jí)的服務(wù)等。11810.3.1智能光網(wǎng)絡(luò)概述智能光網(wǎng)絡(luò)另一個(gè)重要的特征是能夠?yàn)橛脩?hù)提供更新型、更多帶寬的服務(wù)，如按需帶寬業(yè)務(wù)、波長(zhǎng)批發(fā)、波長(zhǎng)出租、帶寬交易、光虛擬專(zhuān)用網(wǎng)（OVPN）等。學(xué)術(shù)界和工業(yè)界對(duì)于如何實(shí)現(xiàn)真正意義上的智能光網(wǎng)絡(luò)仍存在一些不同看法，目前包括ITU-T、IETF、OIF等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織都對(duì)此投入了巨大的精力，其中以ITU-T主導(dǎo)的自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)（ASON）被認(rèn)為是現(xiàn)階段實(shí)現(xiàn)智能光網(wǎng)絡(luò)的主要方法，而IETF提出的通用多協(xié)議標(biāo)記交換協(xié)議（GMPLS）是ASON的主要控制協(xié)議，OIF則側(cè)重于接口標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)發(fā)和規(guī)范。11912010.3.2自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)ASONASON最早是在2000年3月由ITU-T的Q19/13研究組正式提出，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化工作進(jìn)展迅速。ITU-T先后制訂出G.807（自動(dòng)交換傳送網(wǎng)絡(luò)功能需求）、G.8080（自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)）以及后續(xù)的ASON相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，IETF（因特網(wǎng)工程任務(wù)組）、OIF（光互聯(lián)網(wǎng)論壇）等組織也正在積極擴(kuò)展通用多協(xié)議標(biāo)記交換GMPLS協(xié)議，使其能成為ASON的路由和信令協(xié)議。121ASON基本思想ASON核心思想是在路由和信令控制下，完成自動(dòng)交換連接功能的新一代光網(wǎng)絡(luò)。ASON首次將信令和選路引入傳送網(wǎng)，通過(guò)智能的控制層面來(lái)建立呼叫和連接，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的路由設(shè)置、端到端業(yè)務(wù)調(diào)度和網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)恢復(fù)。

ASON的優(yōu)勢(shì)集中表現(xiàn)在其組網(wǎng)應(yīng)用的動(dòng)態(tài)、靈活、高效和智能方面。支持多粒度、多層次的智能，提供多樣化、個(gè)性化的服務(wù)是ASON的核心特征。

122圖10-29ASON的體系結(jié)構(gòu)123ASON中的連接在ASON中，一共定義了三種不同的連接：永久性連接（PC，PermanentConnection）交換式連接（SC，SwitchedConnection）軟永久性連接（SPC，Soft-permanentConnection）124圖10-30交換連接示意圖125ASON控制平面結(jié)構(gòu)控制平面是ASON的核心。就其實(shí)質(zhì)而言，控制平面是一個(gè)IP網(wǎng)絡(luò)。也就是說(shuō)ASON控制平面實(shí)際上是一個(gè)能實(shí)現(xiàn)對(duì)下層傳送網(wǎng)進(jìn)行控制的IP網(wǎng)絡(luò)?？刂破矫嬷饕ㄐ帕顓f(xié)議、路由協(xié)議和鏈路資源管理等。信令協(xié)議用于分布式連接的建立、維護(hù)和拆除等管理；路由協(xié)議為連接的建立提供選路服務(wù)；鏈路資源管理用于鏈路管理，包括控制信道和傳送鏈路的驗(yàn)證和維護(hù)。126圖10-31ASON控制平面節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)組件127圖10-32分布式呼叫和連接管理模型128圖10-33ASON網(wǎng)絡(luò)路由工作框架129圖10-34路由組件構(gòu)成示意13010.3.3通用多協(xié)議標(biāo)記交換GMPLSGMPLS（通用多協(xié)議標(biāo)簽交換）由MPLS擴(kuò)展而來(lái)，它對(duì)MPLS的標(biāo)簽及LSP（標(biāo)簽交換路徑）建立機(jī)制進(jìn)行了擴(kuò)展，從而產(chǎn)生了通用的標(biāo)簽及通用LSP（GLSP）。GMPLS除了支持具有分組交換能力的接口，還支持具有時(shí)分、空分以及波長(zhǎng)交換能力的接口。同時(shí)，GMPLS為光網(wǎng)絡(luò)提供了強(qiáng)有力的控制平面，從而使光網(wǎng)絡(luò)向?qū)Φ染W(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)成為可能。131控制平面引入GMPLS增加功能資源發(fā)現(xiàn)：跟蹤系統(tǒng)資源的可用性，例如業(yè)務(wù)量端口、帶寬以及復(fù)用能力；路由控制：提供路由能力、拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)以及流量工程；連接管理：通過(guò)上面的功能為不同的業(yè)務(wù)提供端到端的業(yè)務(wù)配置，連接管理包括連接的建立、刪除、修改以及連接查詢(xún)；連接恢復(fù)：為網(wǎng)絡(luò)提供更進(jìn)一步的保護(hù)。GMPLS控制平面可以提供一些在多設(shè)備廠家環(huán)境下傳統(tǒng)的管理平面很難提供的業(yè)務(wù)，它們包括端到端連接的配置、按需帶寬（BoD）、自動(dòng)流量工程、附加的保護(hù)和恢復(fù)以及光虛擬專(zhuān)用網(wǎng)（OVPN）等。132圖10-37不同等級(jí)LSP嵌套關(guān)系示例10.4全光網(wǎng)全光網(wǎng)（AON）是指信息從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的傳輸完全在光域進(jìn)行，以光節(jié)點(diǎn)取代現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的電節(jié)點(diǎn)，并用光纖將光節(jié)點(diǎn)連成為網(wǎng)，全部采用光波技術(shù)完成信息的傳輸和交換的寬帶網(wǎng)絡(luò)。它包括光傳輸、光放大、光再生、光選路、光交換、光存儲(chǔ)、光信息處理等先進(jìn)的全光技術(shù)。全光網(wǎng)克服了現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)在傳送和變換時(shí)的電子瓶頸，減少了信息傳輸?shù)膿砣?，大大提高了網(wǎng)絡(luò)的吞吐量。13310.4.1全光網(wǎng)原理全光網(wǎng)使用光節(jié)點(diǎn)取代了現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中的電節(jié)點(diǎn)（或光電混合節(jié)點(diǎn)），信號(hào)在通過(guò)光節(jié)點(diǎn)時(shí)不需要經(jīng)過(guò)光/電和電/光轉(zhuǎn)換，因此它不受檢測(cè)器、調(diào)制器等光電器件響應(yīng)速度的限制，對(duì)比特速率和調(diào)制方式透明，可以大大提高節(jié)點(diǎn)的吞吐量，克服了原有電子交換節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘偏移、漂移、串話(huà)、響應(yīng)速度慢、固有的RC參數(shù)等缺點(diǎn)。13410.4.2全光交換技術(shù)

傳統(tǒng)的光網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中業(yè)務(wù)的處理只能在電域進(jìn)行，需要在中間節(jié)點(diǎn)經(jīng)由光/電和電/光轉(zhuǎn)換，這種方式不僅成本高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且吞吐容量不足。

全光交換技術(shù)是指光網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)不需要任何光/電和電/光轉(zhuǎn)換，可以直接在光域?qū)⑤斎牍庑盘?hào)交換輸出到不同的輸出端。根據(jù)實(shí)現(xiàn)方式不同，主要分為光路交換技術(shù)和光分組交換技術(shù)。135空分光交換空分光交換技術(shù)是指通過(guò)控制光選通元件的通斷，實(shí)現(xiàn)空間任意兩點(diǎn)（點(diǎn)到點(diǎn)、一點(diǎn)到多點(diǎn)、多點(diǎn)到一點(diǎn)）的直接光通道連接。實(shí)現(xiàn)的方法是通過(guò)空間光路的轉(zhuǎn)換加以實(shí)現(xiàn)。最基本的元件是光開(kāi)關(guān)及相應(yīng)的光開(kāi)關(guān)陣列矩陣。136空分光交換137光波長(zhǎng)交換

光波長(zhǎng)交換（OpticalWavelengthSwitching）技術(shù)是以波分復(fù)用原理為基礎(chǔ)，主要分為波長(zhǎng)選擇法交換和波長(zhǎng)變換法交換。138圖10-41波分交換的原理框圖139光分組交換

光分組交換（OPS）是未來(lái)全光網(wǎng)的核心。在OPS的全光網(wǎng)中，業(yè)務(wù)層的數(shù)據(jù)包（例如IP數(shù)據(jù)）直接映射在光域的光分組上，由光域的光路由器或光交換機(jī)對(duì)光分組直接進(jìn)行處理，從而實(shí)現(xiàn)真正意義上的全光交換。但是由于目前的技術(shù)限制，尚不能對(duì)光信號(hào)實(shí)現(xiàn)直接的存儲(chǔ)、隊(duì)列、緩沖和分發(fā)等功能。但是從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，全光的分組交換OPS是光交換的發(fā)展方向。140光突發(fā)交換光突發(fā)交換OBS結(jié)合了電路交換和分組交換兩者的優(yōu)點(diǎn)。突發(fā)是光突發(fā)交換網(wǎng)中的基本交換單元，它由控制突發(fā)分組（BCP，作用相當(dāng)于分組交換中的分組頭）與突發(fā)數(shù)據(jù)BDP（凈載荷）兩部分組成。突發(fā)數(shù)據(jù)和控制分組在物理信道上是分離的，每個(gè)控制分組對(duì)應(yīng)于一個(gè)突發(fā)數(shù)據(jù)，這也是光突發(fā)交換的核心設(shè)計(jì)思想。14110.4.3全光網(wǎng)節(jié)點(diǎn)技術(shù)

光交叉連接OXC

光分插復(fù)用器OADM

全光波長(zhǎng)變換器142光纖通信系統(tǒng)144本章要點(diǎn)本章主要介紹包括相干光通信、光孤子技術(shù)、空間光通信和量子光通信等光纖通信新技術(shù)。本章教學(xué)課時(shí)為2學(xué)時(shí)。11.1相干光通信傳統(tǒng)的光纖通信系統(tǒng)采用的是強(qiáng)度調(diào)制/直接檢測(cè)(IM/DD)技術(shù)，其單路信道帶寬很有限（受光源和檢測(cè)器件開(kāi)關(guān)頻率的限制），難以適應(yīng)高速率大容量光纖通信系統(tǒng)的要求。同時(shí)，對(duì)光源的直接強(qiáng)度調(diào)制技