《電信傳輸原理》課件第4章 光纖傳輸原理

第4章光纖傳輸原理內(nèi)容提要2光纖通信系統(tǒng)的構(gòu)成光纖接入網(wǎng)光纖以太網(wǎng)基于SDH的光傳輸網(wǎng)基于DWDM的光傳輸網(wǎng)未來光傳送網(wǎng)4.1光纖通信系統(tǒng)的構(gòu)成光纖傳輸，即以光信號作為信息載體，光導(dǎo)纖維作為傳輸媒介進(jìn)行信息傳輸?shù)耐ㄐ欧绞?，屬于有線通信的一種。光纖傳輸一般使用光纜進(jìn)行傳輸，單根光導(dǎo)纖維的數(shù)據(jù)傳輸速率最高可達(dá)Tbps量級，在不使用中繼器的情況下，傳輸距離可達(dá)上千公里。

光纖通信有著無可比擬的優(yōu)越性，是目前通信網(wǎng)絡(luò)中最主要的傳輸技術(shù)。4.1.1光纖通信系統(tǒng)模型光纖通信系統(tǒng)由光發(fā)射機(jī)、光接收機(jī)、光中繼器、光纖連接器及耦合器的無源器件等五個(gè)部分組成。圖4-1光纖通信系統(tǒng)組成（1）光發(fā)射機(jī)光發(fā)射機(jī)是實(shí)現(xiàn)電/光信號轉(zhuǎn)換的光端機(jī)。它由光源、驅(qū)動器和調(diào)制器組成。其功能是將來自于信號源的電信號對光源發(fā)出的光波進(jìn)行調(diào)制，成為已調(diào)光波，然后再將已調(diào)的光信號耦合到光纖中傳輸。目前，光纖傳輸鏈路均采用半導(dǎo)體發(fā)光二極管（LED）或半導(dǎo)體激光器（LD）作為光源。(a)半導(dǎo)體發(fā)光二極管（LED）

(b)半導(dǎo)體激光器（LD）圖4-2光源實(shí)例圖（2）光接收機(jī)

光接收機(jī)是實(shí)現(xiàn)光/電轉(zhuǎn)換的光端機(jī)。它由光檢測器和光放大器組成。其功能是將光纖或光纜傳輸來的光信號，經(jīng)光檢測器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺ㄒ曨l、音頻或射頻），然后，再將這微弱的電信號經(jīng)放大電路放大到足夠的電平，送至用戶接收端。

目前光纖傳輸系統(tǒng)中的光電檢測器是主要有PIN光電二極管和雪崩光電二極管（APD）。（3）光纖或光纜

光纖或光纜構(gòu)成光的傳輸通路。其功能是將發(fā)射端發(fā)出的已調(diào)光信號，經(jīng)過光纖或光纜的遠(yuǎn)距離傳輸后，耦合到接收端的光檢測器上去，完成傳送信息任務(wù)。與銅纜類似，光纜可以架空鋪設(shè)，也可以鋪設(shè)在管道內(nèi)、鋪設(shè)于海底或直埋于地下。圖4-3光纜的鋪設(shè)圖（4）中繼器

中繼器由光檢測器、光源和判決再生電路組成。它的作用有兩個(gè)：一個(gè)是補(bǔ)償光信號在光纖中傳輸時(shí)受到的衰減；另一個(gè)是對波形失真的脈沖進(jìn)行校正。（5）光纖連接器、耦合器等無源器件

由于光纖或光纜的長度受光纖拉制工藝和光纜施工條件的限制，且光纖的拉制長度也是有限度的。因此一條光纖線路可能存在多根光纖相連接的問題。于是，光纖間的連接、光纖與光端機(jī)的使用連接及耦合，對光纖連接器、耦合器等無源器件的使用是必不可少的。

4.1.2光纖導(dǎo)光原理光纖的基本結(jié)構(gòu)纖芯涂覆層包層圖4-4光纖基本結(jié)構(gòu)實(shí)用的光纖是由多層透明介質(zhì)構(gòu)成的，一般可以分為三層：折射率較大的纖芯、折射率較低的包層和外涂覆層，如圖4-4所示。纖芯：用來導(dǎo)光。通信用的光纖，其纖芯的直徑為5～10

m（單模光纖）或50～80

m（多模光纖）。包層：提供在纖芯內(nèi)發(fā)生光全反射的條件。包層可做成單層，也可做成多層。包層外直徑均為125

m。涂覆層：一般分為一次涂覆和二次涂覆層（套塑），有保護(hù)裸光纖不受外界微變應(yīng)力的作用、防水、染成各種顏色加以區(qū)分等作用。

按照纖芯和包層的折射率差異，光纖又可以分為階躍型光纖和漸變型光纖。按纖芯折射率分布：

階躍折射率分布和漸變折射率分布思考：為什么纖芯的折射率要高于包層折射率？（a）階躍型光纖結(jié)構(gòu)

(b)漸變型光纖結(jié)構(gòu)圖4-5兩種光纖結(jié)構(gòu)射線理論分析法

光纖屬于介質(zhì)圓波導(dǎo)，分析導(dǎo)光原理很復(fù)雜，可采用波動理論與射線理論分析導(dǎo)光原理。射線理論是忽略波長λ的光學(xué)特性，用光射線去代表光能量在光纖中傳輸?shù)姆椒?，這種理論對于光纖的芯徑遠(yuǎn)大于工作光波長（2a

λ）的多模光纖，分析傳輸原理是有效的。射線理論分析方法主要是利用基本的光學(xué)定律：（1）直線傳播定律光在均勻介質(zhì)中是沿直線傳播的，其傳播速為，其中：c＝3×105km/s，是光在真空中的傳播速度；n是介質(zhì)的折射率。

（2）反射定律反射線位于入射線和法線所決定的平面內(nèi)，反射線和入射線處于法線的兩側(cè)，反射角等于入射角，即有：θ1=θ'1

（4-1）圖4-6光射線的反射和折射（a）（3）折射定律折射線位于入射線和法線所決定的平面內(nèi)，折射線和入射線位于法線的兩側(cè)，且滿足：（4-2）（b）

（c）圖4-6光射線的反射和折射光從一種介質(zhì)傳播到另一種介質(zhì)的交界面時(shí)，因兩種介質(zhì)的折射率不等，將會在交界面上發(fā)生反射和折射現(xiàn)象。介質(zhì)折射率大的為光密介質(zhì)，折射率小的為光疏介質(zhì)。下面以階躍型光纖為例，闡述光纖的導(dǎo)光原理圖4-7階躍型光纖的導(dǎo)光原理如果

i小于纖芯包層界面的臨界角

c=arcsin（n2/n1），則一部分光線折射進(jìn)包層，最終被溢出而損耗掉，另一部分反射進(jìn)入纖芯。如此幾經(jīng)反射、折射后，很快就被損耗掉了。如果

i減小到

0，如光線②，則

z也減小到

z0，即

z0=（90°

c），而

i增大。如果

i增大到略大于臨界角

c時(shí)，則此光線將會在纖芯和包層界面發(fā)生全反射，能量全部反射回纖芯。當(dāng)它繼續(xù)傳播再次遇到芯包界面時(shí)，再次發(fā)生全反射。如此反復(fù)，光線就能從一端沿著折線傳到另一端?！锉仨氃诶w芯的界面上產(chǎn)生全反射的光線才能限制在光纖纖芯中傳輸，且

0是最大接收角，2

0為光纖對光的最大可接收角?！纠?-2】已知光纖纖芯的折射率

，包層的折射率

的光纖

，問其數(shù)值孔徑是多少？☆數(shù)值孔徑NA(NumericalAperture)物理意義：NA大小反映了光纖捕捉光線的能力。（4-3）式中，解：波動理論分析法

射線光纖理論分析方法雖然形象地給出了光纖中光的傳輸原理，但其是假定光波長趨于0時(shí)的近似分析方法，無法對光在光纖中的傳輸狀態(tài)進(jìn)行嚴(yán)格的定量分析，因此需要引入波動光學(xué)理論分析方法。

波動光學(xué)理論分析方法的核心是求解波動方程。式中，E和H分別是電場強(qiáng)度矢量和磁場強(qiáng)度矢量，k為波數(shù)，表示為ω為角頻率，ε和μ分別為介電常數(shù)和磁導(dǎo)率。簡化形式的波動方程（4-4）

考慮光纖的外形是圓柱形，纖芯和包層是存在一定折射率差的石英（SiO2）材料。因此，可以把光纖抽象為一個(gè)圓柱形介質(zhì)波導(dǎo)體，z軸是軸向坐標(biāo)（光信號傳播的前進(jìn)方向）。用求解波動方程的方法考察光在光纖中具體的傳播和存在形式，即在圓柱坐標(biāo)系中求解

6個(gè)變量。由于波動方程只有2個(gè)方程，因此需要進(jìn)行必要的矢量變換。光纖中波動方程的求解柱面坐標(biāo)系下的波動方程

求得光纖中任一處的EZ和HZ，再分別代入上式，便可以得到光纖中的完整電磁場分布。波動方程的求解

運(yùn)用分離變量法求解波動方程經(jīng)過一系列數(shù)學(xué)處理，可得：上式是貝塞爾方程，式中m是貝塞爾函數(shù)的階數(shù)，稱為方位角模數(shù)，它表示纖芯沿方位角

繞一圈場變化的周期數(shù)。方程解的討論根據(jù)邊界條件的假設(shè)，在纖芯和包層中波動方程的解（分別對應(yīng)纖芯和包層中場的存在形式）應(yīng)該不一樣。纖芯中應(yīng)該是振蕩場，場的能量可以沿z軸方向傳輸；包層中應(yīng)該是衰減場，理想情況下應(yīng)該沒有場存在，這也符合前述的穩(wěn)態(tài)傳輸條件假設(shè)，即場能量只存在于纖芯中。由于波動方程中的各系數(shù)都是待定的，因此波動方程的求解可能得到許多組解，也即對應(yīng)著可能會在光纖中存在多種形式的傳輸場。模式存在條件總結(jié)對每一個(gè)傳播模來說，應(yīng)該僅能存在纖芯中，而在包層中衰減無窮大，即不能在包層中存在，場的全部能量都沿光纖軸線方向傳輸。如果某一個(gè)模式在包層中沒有衰減，稱該模式被截止。不同的模式具有不同的模截止條件，滿足該條件時(shí)能以傳播模形式在纖芯中傳輸，否則該模式被截止；在所有的模式中，僅有LP01模不存在模截止條件，即截止頻率為0。也就是說，當(dāng)其它所有模式均截止時(shí)該模式仍能傳輸，稱LP01模為基模。光纖中單模傳輸?shù)臈l件為：

0＜V

＜2.405（4-13）式中，

【例4-3】

階躍型光纖的相對折射指數(shù)差

＝0.01，纖芯折射率n1=1.48，纖芯半徑a=3

m，要保證單模傳輸，問工作波長應(yīng)如何選擇？解：單模傳輸條件是0<V<2.405即：解得：

綜上，對于工作波長的光波可以保證在該光纖中單模傳輸。

光信號經(jīng)過一定距離的光纖傳輸后要產(chǎn)生衰減和畸變，因而輸出信號和輸入信號不同，光脈沖信號不僅幅度要減小，而且波形要展寬。產(chǎn)生信號衰減和畸變的主要原因是光在光纖中傳輸時(shí)存在損耗和色散等性能劣化。

損耗和色散是光纖的最主要的傳輸特性，它們限制了系統(tǒng)的傳輸距離和傳輸容量。本節(jié)主要討論光纖損耗和色散的機(jī)理和特性。4.1.3光纖傳輸特性1.損耗特性

光纖的損耗將導(dǎo)致傳輸信號的衰減。在光纖通信系統(tǒng)中，當(dāng)入纖的光功率和接收靈敏度給定時(shí)，光纖的損耗將是限制無中繼傳輸距離的重要因素。當(dāng)工作波長為時(shí)，L公里長光纖的衰減及光纖每公里衰減可用下式表示：

式中：Pi、Po分別為光纖的輸入、輸出的光功率，單位W。L為光纖長度，單位km。（4-14）（4-15）【例4-4】如果發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率為1mW，接收機(jī)的靈敏度為

，計(jì)算衰減系數(shù)為0.2dB/km的光纖鏈路的最大傳輸距離。解：由于的最小值是由接收器的靈敏度來決定的，則，由公式（4-15）得：光纖損耗的產(chǎn)生機(jī)理造成光纖中能量損失的原因是吸收損耗、散射損耗和輻射損耗。吸收損耗與光纖材料有關(guān)，散射損耗與光纖材料及光纖中的結(jié)構(gòu)缺陷有關(guān)，輻射損耗則是由光纖幾何形狀的微觀和宏觀擾動引起的，附加損耗則是光纖使用時(shí)所引入的傳輸損耗。吸收損耗本征吸收是由材料中的固有吸收引起的。物質(zhì)中存在著紫外光區(qū)域光譜的吸收和紅外光區(qū)域的吸收。吸收損耗與光波長有關(guān)。紫外吸收帶是由于原子躍遷引起的。紅外吸收是由分子振動引起的。SiO2的光纖材料中含有一定的摻雜劑（如鍺Ge，硼B(yǎng)，磷P等）和躍遷金屬雜質(zhì)（如鐵Fe，銅Cu，鉻Cr等）。這些成分的存在把紫外吸收尾部轉(zhuǎn)移到更長的波長上去。所含的雜質(zhì)離子，在相應(yīng)的波長段內(nèi)有強(qiáng)烈的吸收。雜質(zhì)含量越多，損耗越嚴(yán)重。除了躍遷金屬雜質(zhì)吸收外，氫氧根離子（OH-）的存在也產(chǎn)生了大的吸收。散射損耗散射損耗是由于材料不均勻，使光散射而引起的損耗。瑞利散射損耗瑞利散射是由于光纖內(nèi)部的密度不均勻引起的。瑞利散射損耗的大小與1/λ4成正比。波導(dǎo)散射損耗光纖在制造過程中，會發(fā)生某些缺陷。這就會產(chǎn)生散射損耗。圖4-8光纖損耗窗口附加損耗

光纖使用時(shí)過程中所引入的傳輸損耗稱為附加損耗。光纖受到某種外力作用時(shí)，會產(chǎn)生一定曲率半徑的彎曲。彎曲后的光纖可以傳光，但會使光的傳播途徑改變。一些傳輸模變?yōu)檩椛淠＃鹉芰康男孤?。宏彎圖4-9彎曲損耗2.色散特性在物理學(xué)中，色散是指不同顏色的光經(jīng)過透明介質(zhì)后被分散開的現(xiàn)象。在光纖中，信號的不同模式或不同頻率在傳輸時(shí)具有不同的群速度，因而信號達(dá)到終端時(shí)會出現(xiàn)傳輸時(shí)延差，從而引起信號畸變，這種現(xiàn)象統(tǒng)稱為色散。對于數(shù)字信號，色散會引起光脈沖展寬，嚴(yán)重時(shí)形成碼間干擾，導(dǎo)致誤碼率增加。根據(jù)色散產(chǎn)生的原因，光纖的色散主要分為：模式色散、材料色散、波導(dǎo)色散和偏振模色散。色散決定了光纖的傳輸帶寬，限制了系統(tǒng)的傳輸速率或中繼距離。色散一般用時(shí)延差來表示，所謂時(shí)延差，是指不同頻率的信號成分傳輸同樣的距離所需要的時(shí)間之差。2.色散特性

在多模光纖中，不同模式沿光纖軸向傳播的群速度不同，到達(dá)終端時(shí)必會有先有后，出現(xiàn)時(shí)延差，形成模式色散。模式色散圖4-11多模階躍光纖的模式色散估算階躍型多模光纖的最大模式色散：

在多模階躍光纖中，傳輸最快和最慢的兩條光線分別是沿軸心傳播的光線①和以臨界角

c入射的光線②，如圖4-11所示。設(shè)光線②所用時(shí)間為τmax和光線①所用時(shí)間為τmin；到達(dá)終端的時(shí)間差△t=τmax-τmin

設(shè)在長為L的光纖中，光線①和②沿軸方向傳播的速度分別為c/n1和c/n1sinθc。因此，光纖的模式色散為：（4-16）當(dāng)光纖的長度越長，模式色散就越大；當(dāng)相對折射率差

越大，模式色散就越嚴(yán)重。

材料色散光纖材料的折射率隨光波長的變化而變化，使得光信號各頻率的群速度不同，引起傳輸時(shí)延差，形成材料色散。這種色散取決于光纖材料折射率的波長特性和光源的線譜寬度。對于譜線寬度為Δλ的光波，經(jīng)過長度為L的光纖后，由材料色散引起的時(shí)延差為:（4-17）式中，是光纖材料色散系數(shù)，是光源的譜線寬度。

波導(dǎo)色散光纖波導(dǎo)結(jié)構(gòu)引起的色散稱為波導(dǎo)色散，也稱為結(jié)構(gòu)色散。取決于波導(dǎo)尺寸和纖芯包層的相對折射率差。波導(dǎo)色散系數(shù)D(

)定義為：（4-18）光纖波導(dǎo)色散的計(jì)算式為：（4-19）

t＝

·D(

)·L(ps)偏振模色散光信號的兩個(gè)正交偏振態(tài)在光纖中因不同的傳播速度而引起的色散稱為偏振模色散。偏振模色散是單模光纖特有的一種色散(PMD)。圖4-12偏振模色散3.非線性效應(yīng)光纖的制造材料本身并不是一種非線性材料，但光纖的結(jié)構(gòu)使得光波以較高的能量沿光纖長度聚集在很小的光纖截面上，會引起明顯的非線性光學(xué)效應(yīng)，對光纖傳輸系統(tǒng)的性能和傳輸特性產(chǎn)生影響。特別是近幾年來，隨著光纖放大器的出現(xiàn)和大量使用，提高了傳輸光纖中的平均入纖光功率，使光纖非線性效應(yīng)顯著增大。所以光纖非線性效應(yīng)及其可能帶來的對系統(tǒng)傳輸性能的影響必須加以考慮。

在高強(qiáng)度電磁場中電介質(zhì)的響應(yīng)會出現(xiàn)非線性效應(yīng)，光纖也不例外，這種非線性響應(yīng)分為受激散射和非線性折射。受激散射受激散射分為彈性散射和非彈性散射。彈性散射中，被散射的光的頻率（或光子能量）保持不變，相反在非彈性散射中被散射的光的頻率將會降低。

光纖中最常見的非彈性散射現(xiàn)象包括受激拉曼散射（SRS）和受激布里淵散射（SBS），這兩種散射都可以理解為一個(gè)高能量的光子被散射成一個(gè)低能量的光子，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)能量為兩個(gè)光子能量差的另一個(gè)量子。SRS和SBS對光通信的不利影響是，光信號功率一旦達(dá)到拉曼或布里淵散射閾值，約65%能量將變成反向傳輸?shù)乃雇锌怂共ā＿@一方面消耗信號功率，另一方面反向斯托克斯波將使激光器工作不穩(wěn)定。受激散射非線性折射

非線性折射效應(yīng)是指材料的折射率和入射光功率有關(guān)。一般情況下，石英的折射率是一個(gè)固定值，這在較低入纖功率情況下是成立的。在較高入纖功率下，考慮到非線性的影響，石英的折射率會發(fā)生變化，并產(chǎn)生一個(gè)非線性相位移。折射率擾動引起三種非線性效應(yīng)：自相位調(diào)制、交叉相位調(diào)制和四波混頻。SPM（SelfPhaseModulation）是指傳輸過程中光脈沖自身相位變化，導(dǎo)致脈沖頻譜展寬的現(xiàn)象。從原理上，自相位調(diào)制可用來實(shí)現(xiàn)調(diào)相，可在光纖中產(chǎn)生光孤子，實(shí)現(xiàn)光孤子通信。(1)自相位調(diào)制（SPM）(2)交叉相位調(diào)制（CPM）CPM（CrossPhaseModulation）是一個(gè)脈沖對其他信道脈沖相位的作用。當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)不同波長的光波在光纖的非線性作用下，將產(chǎn)生CPM，其產(chǎn)生機(jī)理與SPM相似。CPM與SPM不同的是SPM發(fā)生在單信道或多信道系統(tǒng)中，而CPM則僅出現(xiàn)在多信道系統(tǒng)中。CPM的作用是復(fù)雜的，但可用非零色散位移光纖能有效地限制CPM。(3)四波混頻四波混頻FWM（FourWaveMixing）是指由兩個(gè)或三個(gè)波長的光波混合后產(chǎn)生的新光波，其原理如下圖所示。四波混頻與信道間隔關(guān)系密切，信道間隔越小，F(xiàn)WM越嚴(yán)重。FWM對波分復(fù)用系統(tǒng)的影響為：一是將波長的部分能量轉(zhuǎn)換為無用的新生波長，從而損耗光信號的功率；二是新生波長可能與某信號波長相同或重疊，造成干擾。這種非線性效應(yīng)會嚴(yán)重地?fù)p壞眼圖并產(chǎn)生系統(tǒng)誤碼。(3)四波混頻1.常用光纖類型4.1.4常用光纖光纜類型根據(jù)ITU-T規(guī)定，目前常用的單模光纖包括G.652光纖（常規(guī)單模光纖）、G.653光纖（色散位移光纖）、G.654光纖（1550nm低損耗光纖）、G.655光纖（非零色散位移光纖）、G.656光纖（色散平坦光纖）、G.657光纖（彎曲損耗不敏感單模光纖）和DCF光纖（色散補(bǔ)償光纖）等。G.652光纖G.652光纖又稱為常規(guī)單模光纖或標(biāo)準(zhǔn)單模光纖，被廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)通信和圖像傳輸。在1310nm窗口處有零色散。在1550nm窗口處有較大的色散，達(dá)+18ps/nm·km，不利于高速率大容量系統(tǒng)。G.653光纖G.653光纖又稱為色散位移光纖，將在λ＝1310nm附近的零色散點(diǎn)，移至1550nm波長處，使其在λ＝1550nm波長處的損耗系數(shù)和色散系數(shù)均很小。主要用于單信道長距離海底或陸地通信干線，其缺點(diǎn)是不適合波分復(fù)用系統(tǒng)。常用光纖類型G.654光纖

G.654光纖又稱為1550nm損耗最小光纖，它在λ＝1550nm處損耗系數(shù)很小，α＝0.2dB/km，光纖的彎曲性能好。主要用于無需插入有源器件的長距離無再生海底光纜系統(tǒng)。其缺點(diǎn)是制造困難，價(jià)格貴。G.655光纖G.655光纖稱為非零色散位移光纖。G.655光纖在1550nm波長處有一低的色散（但不是最?。?，能有效抑制“四波混頻”等非線性現(xiàn)象。適用于速率高于10Gb/s的使用光纖放大器的波分復(fù)用系統(tǒng)，但在長距離、高速率傳輸系統(tǒng)中仍然需要進(jìn)行色散補(bǔ)償。常用光纖類型G.656光纖為充分開發(fā)和利用光纖的有效帶寬，需要光纖在整個(gè)光纖通信的波長段（1310～1550nm）能有一個(gè)較低的色散，G.656色散平坦光纖就是能在1310～1550nm波長范圍內(nèi)呈現(xiàn)低的色散（≤1ps/nm·km）的一種光纖。G.657光纖G.657光纖的彎曲半徑可達(dá)5～10mm，可以像銅纜一樣沿著建筑物內(nèi)很小的拐角安裝（直角拐彎），可以有效降低了光纖布線的施工難度和成本。常用光纖類型DCF光纖DCF是一種具有大的負(fù)色散和負(fù)色散斜率的光纖，用來補(bǔ)償常規(guī)光纖工作于1310nm或1550nm處所產(chǎn)生的較大的正色散。DCF方案是指在標(biāo)準(zhǔn)單模光纖(SMF-SingleModeFiber)中插入一段或幾段與其色散斜率相反的DCF，傳輸一定距離后色散達(dá)到一定的均衡，從而把系統(tǒng)色散限制于規(guī)定范圍內(nèi)。DCF的長度、位置與系統(tǒng)需要補(bǔ)償色散的量和其自身性能有關(guān)。常用光纖類型2.光纜結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)光纜結(jié)構(gòu)由纜芯、加強(qiáng)元件和護(hù)層三部分組成。其中纜芯是光纜結(jié)構(gòu)的主體，它的作用主要是妥善安置光纖，使光纖在各種外力影響下仍能保持優(yōu)良的傳輸性能。纜芯按結(jié)構(gòu)可分為層絞式、骨架式、帶式、束管式4種。單獨(dú)的成品光纖，雖然已具有一定抗拉強(qiáng)度，但仍經(jīng)不起實(shí)用場合的彎折、扭曲和側(cè)壓力的作用。欲使成品光纖能達(dá)到通信工程的實(shí)用要求，必須像通信用的各種銅線電纜那樣，將光線制作成光纜。（a）層絞式光纖束光纜

（b）中心束管式帶狀光纜（c）層絞式帶狀光纜（d）骨架式光纜圖4-13常用光纜類型

護(hù)層位于纜芯外圍，是由護(hù)套等構(gòu)成的多層組合體。護(hù)層分為填充層、內(nèi)護(hù)層、防水層、緩沖層、鎧裝層和外護(hù)層等。護(hù)層結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)敷設(shè)條件選定，敷設(shè)方式主要有管道、直埋、架空、水底（或海底）、隧道等幾種：光纜中加強(qiáng)元件的作用是提升光纜的抗機(jī)械拉伸負(fù)荷能力，這也是光纜結(jié)構(gòu)與電纜結(jié)構(gòu)的主要不同點(diǎn)。加強(qiáng)元件有兩種設(shè)置方式，一種是放在纜芯中心的中心加強(qiáng)方式，常用于層絞式和骨架式，另一種是放在護(hù)層中的外層加強(qiáng)方式，常用于帶式和束管式。光纜結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)（1）管道光纜是指在城市光纜環(huán)路、人口稠密場所和橫穿馬路時(shí)過街路口，將光纜穿入用于保護(hù)的白色聚乙烯塑料管內(nèi)一類光纜。這類光纜具有較好的抗壓特性。（2）直埋光纜是一種長途干線光纜，經(jīng)過遼闊的田野、戈壁時(shí)，直接埋入規(guī)定深度和寬度纜溝中一種光纜。（3）架空光纜是指光纜線路經(jīng)過地形陡峭，跨越江河等特殊地形條件和城市市區(qū)無法直埋，借助吊掛鋼索或自身具有抗拉元件懸掛在已有的電線桿、塔上的一類光纜。（4）水底光纜是一種穿越江河湖泊海底的光纜。因?yàn)槠浞笤O(shè)于水下，要求具有非常好的密封不透水性能。水下光纜可分為淺水光纜和海底光纜。（5）隧道光纜是指光纜線路經(jīng)過公路、鐵路等交通隧道、涵洞用光纜。要求這種光纜具有一定的抗沖擊能力，多采用玻璃纖維復(fù)合棒作光纜加強(qiáng)件，吸收沖擊波撞擊。

此外，光纜還必須有防止潮氣浸入光纜內(nèi)部的措施，一種是在纜芯內(nèi)填充油膏，稱為充油光纜；另一種是采用主動充氣方式，稱為充氣光纜。

按照光纜使用環(huán)境場所的不同，可將光纜分為：室內(nèi)光纜、室外光纜和特種光纜三種：（1）室內(nèi)光纜

用于室內(nèi)環(huán)境中，光纜所受的機(jī)械作用力、溫度變化和雨水作用非常小，因此，室內(nèi)光纜主要特點(diǎn)是尺寸小，重量輕，柔軟，耐彎，便于布線，易于分支及阻燃等。（2）室外光纜

用于室外敷設(shè)的光纜。由于光纜在室外環(huán)境中使用，故光纜需要經(jīng)受到各種外界機(jī)械作用力、溫度變化的影響、風(fēng)雨雷電等的作用，這樣室外光纜必須具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，能夠扺抗風(fēng)雨雷電的浸襲，并具有良好的溫度穩(wěn)定性等，因此，所需的保護(hù)措施更多，結(jié)構(gòu)較室內(nèi)光纜要復(fù)雜的多。（3）特種光纜

是指在特殊場合使用、具有特殊結(jié)構(gòu)并滿足特殊性能要求一類光纜。主要包括：海底光纜，電力系統(tǒng)光纜，阻燃光纜，軍用光纜，防蟻光纜、防鼠光纜以及防輻射光纜等。3.光纖的制作工藝

在光纖光纜制造過程中，要求嚴(yán)格控制并保證光纖原料的純度，這樣才能生產(chǎn)出性能優(yōu)良的光纖光纜產(chǎn)品，同時(shí)，合理的選擇生產(chǎn)工藝也是非常重要的。光纖的制造要經(jīng)歷光纖預(yù)制棒制備、光纖拉絲等具體的工藝步驟。制備光纖預(yù)制棒兩步法工藝：第一步采用氣相沉積工藝生產(chǎn)光纖預(yù)制棒的芯棒；在氣相沉積獲得的芯棒上施加外包層制成大光纖預(yù)制棒。常用的氣相沉積技術(shù)分類見圖4-14~4-16所示。圖4-14常用氣相沉積技術(shù)圖4-15氣相沉積工藝——MCVD法圖4-16VAD工藝圖4-17光纖預(yù)制棒示意圖用戶側(cè)的業(yè)務(wù)從傳統(tǒng)的話音為主逐漸向包括話音、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)。隨著通信業(yè)務(wù)量的不斷增加，傳統(tǒng)的接入方式已經(jīng)滿足不了需求，因此只有帶寬能力強(qiáng)的光纖接入才能將瓶頸打開，核心網(wǎng)和城域網(wǎng)的容量潛力才能真正發(fā)揮出來。4.2光纖接入網(wǎng)4.2.1光纖接入網(wǎng)概念光纖接入網(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、對業(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。

圖4-18光纖接入網(wǎng)模型光纖接入網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)（1）支持更高速率的寬帶業(yè)務(wù)。（2）光纖可以克服銅線電纜無法克服的一些限制因素。（3）光纖接入網(wǎng)的性能不斷提高，價(jià)格不斷下降，而銅纜的價(jià)格在不斷上漲。（4）光纖接入網(wǎng)提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，有完善的監(jiān)控和管理系統(tǒng)，能適應(yīng)將來寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)的需要，有效解決接入網(wǎng)的“瓶頸”問題，使信息高速公路暢通無阻。光纖接入網(wǎng)的缺點(diǎn)（1）光纖接入的初期成本比較高，接入時(shí)用戶需購買一對光/電轉(zhuǎn)換設(shè)備(俗稱光貓)，光纖鋪設(shè)過程很耗時(shí)，而且一旦投資了成本就不可撤回。（2）光纖接入所需工程量大，造價(jià)高，不適合層數(shù)較少的住宅。單單每樓的一臺設(shè)備造價(jià)加上光纖的鋪設(shè)的成本與所帶的用戶比，前期太大的投入就不合適。另外，與無線接入網(wǎng)相比，光纖接入網(wǎng)還需要管道資源。4.2.2光纖接入網(wǎng)基本結(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)和用戶側(cè)發(fā)出和接收的均為電信號，所以在局側(cè)要進(jìn)行電/光變換，在用戶側(cè)要進(jìn)行光/電變換，才可實(shí)現(xiàn)中間線路的光信號傳輸。一個(gè)一般意義上的光纖接入網(wǎng)示意圖如圖4-19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。圖4-19光纖接入網(wǎng)模型光接入網(wǎng)的參考配置如圖4-20所示，從圖中可以看出，一個(gè)光纖接入網(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。圖4-20光接入網(wǎng)參考配置（1）光線路終端（OLT）是光接入網(wǎng)的核心部件，相當(dāng)于傳統(tǒng)通信網(wǎng)中的交換機(jī)或路由器，主要是提供通信網(wǎng)絡(luò)與光分配網(wǎng)絡(luò)（ODN）之間的光接口，并提供必要的手段來傳送不同的業(yè)務(wù)。OLT可以設(shè)置在本地交換機(jī)接口處也可以放置在局端，可以是獨(dú)立的設(shè)備也可以是與其他設(shè)備集成在一個(gè)總設(shè)備內(nèi)。（2）光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）ONU位于光分配網(wǎng)絡(luò)（ODN）和用戶之間。ONU的網(wǎng)絡(luò)具有光接口，而用戶側(cè)為電接口，因此需要具有光/電變換功能，并能實(shí)現(xiàn)對各種電信號的處理與維護(hù)功能。ONU一般要求具備對用戶側(cè)業(yè)務(wù)需求進(jìn)行必要的處理（如成幀）和調(diào)度等功能。（3）光分配網(wǎng)絡(luò)（ODN）ODN位于ONU和OLT之間，主要功能是完成信號的管理分配任務(wù)。無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）指在OLT和ONU之間沒有任何有源的設(shè)備而只使用光纖等無源器件。PON對各種業(yè)務(wù)透明，易于升級和擴(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)）的光遠(yuǎn)程終端（ODT）代替無源光網(wǎng)絡(luò)中的光分配網(wǎng)絡(luò)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)等輔助措施。從系統(tǒng)配置上又可將光纖接入網(wǎng)分為無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）和有源光網(wǎng)絡(luò)（AON）。4.2.3光纖接入網(wǎng)應(yīng)用類型

根據(jù)光網(wǎng)絡(luò)單元ONU位置的不同，可以將光纖接入網(wǎng)劃分為幾種基本的應(yīng)用類型，即光纖到路邊FTTC、光纖到樓宇FTTB、光纖到用戶家庭FTTH/O等圖4-21光纖接入網(wǎng)應(yīng)用類型（1）FTTC

光纖到路邊，從路邊到各用戶使用星型結(jié)構(gòu)，是光纖接入網(wǎng)應(yīng)用較早時(shí)期的典型方案。圖4-22FTTC示意圖FTTC的優(yōu)點(diǎn)是可以利用部分用戶側(cè)現(xiàn)有的銅線資源，缺點(diǎn)是作為一種光纖/銅線混合系統(tǒng)，其運(yùn)維成本較高，用戶側(cè)較長的銅線不利于要求較高的寬帶業(yè)務(wù)的應(yīng)用，且長遠(yuǎn)來看，銅線將面臨淘汰。（2）FTTB光纖到用戶樓宇，是FTTC方案的改進(jìn)，將光電轉(zhuǎn)換向用戶側(cè)推進(jìn)，直接將ONU部署在辦公樓或居民住宅樓內(nèi)的某個(gè)公共地方，光纖進(jìn)入大樓后就轉(zhuǎn)換為電信號，然后用同軸電纜或雙絞銅線分配到各用戶。圖4-23FTTB示意圖FTTB通常為點(diǎn)到多點(diǎn)結(jié)構(gòu)，一個(gè)OUN為多個(gè)用戶提供接入，通常采用FTTC+xDSL技術(shù)或FTTB+Ethernet技術(shù)。FTTB的光纖化較FTTC高，因此較適用于在用戶密度較高的場合使用。（3）FTTH/O

光纖到用戶家庭或辦公室，是光接入網(wǎng)較為理想的應(yīng)用方案。將ONU直接部署在用戶家里或辦公室，中心局到用戶之間全部為光連接和光傳輸，是一種全光纖的接入網(wǎng)圖4-24FTTH/O示意圖FTTH/O的顯著技術(shù)特點(diǎn)是不但提供更大的帶寬，而且增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)對數(shù)據(jù)格式、速率、波長和協(xié)議的透明性，放寬了對環(huán)境條件和供電等要求，簡化了維護(hù)和安裝。綜上所述：FTTH和FTTC更適合分散的個(gè)人用戶的接入；FTTB則更適合單位和密集小區(qū)用戶的接入。4.2.4光纖接入網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)突發(fā)收發(fā)技術(shù)突發(fā)同步技術(shù)測距技術(shù)多址接入技術(shù)動態(tài)帶寬分配技術(shù)光功率的動態(tài)調(diào)節(jié)服務(wù)質(zhì)量和安全技術(shù)（1）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，因此需要有快速的功率開啟和切斷的功能。同時(shí)對于光接入網(wǎng)中發(fā)送機(jī)的消光比也有較高的要求。多個(gè)ONU對應(yīng)于一個(gè)OLT，在每一時(shí)刻只有一個(gè)ONU發(fā)送信號，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正在發(fā)光的ONU產(chǎn)生影響。OLT側(cè)也有類似的問題。如多個(gè)ONU發(fā)送的信號到達(dá)OLT側(cè)會有功率的波動，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)。

由于各ONU與OLT的距離不同，因此各個(gè)信元信號經(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)送的信號正確恢復(fù)出來。（2）突發(fā)同步技術(shù)（3）測距技術(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)上行信號發(fā)生沖突，OLT需要一套測距功能，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)。測距也即測量各個(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)置相等的過程。（4）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CDMA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)的上行信號在OLT處發(fā)生沖突，OLT需要有一套復(fù)雜的測距功能，不斷測量每一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。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對應(yīng)于不同的ONU。采用單根光纖，兩個(gè)方向的信號（上行信號和下行信號），分別調(diào)在不同的波長上。各個(gè)ONU不同波長的上行光信號，送至光分路器并耦合進(jìn)光纖，該復(fù)用信號到達(dá)OLT后，利用WDM器件可分出屬于各個(gè)ONU的光信號，再經(jīng)過光電檢測器，解調(diào)出電信號。上行傳輸（從ONU到OLT）必須工作在1310nm波長區(qū)，下行傳輸（OLT到ONU）工作在1310nm或1550nm波長區(qū)。當(dāng)上、下行均工作在1310nm波長區(qū)時(shí)，上行信號處于1310nm波長區(qū)高端，下行信號處于1310nm波長區(qū)低端。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)制具有相同波長的激光器，經(jīng)光分路器（OBD）合路后傳輸?shù)絆LT，通過檢測、放大和模二加等電路后，恢復(fù)出ONU送來的上行反碼。

（5）動態(tài)帶寬分配在上行方向，任意時(shí)刻不同ONU對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。動態(tài)帶寬分配可以通過包括消息和狀態(tài)機(jī)等技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。（6）光功率的動態(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)需要較大的動態(tài)范圍，并且能夠設(shè)定門限快速區(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)，從而降低對光接收機(jī)的動態(tài)范圍的要求。（7）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)是保證用戶對于不同業(yè)務(wù)類型需求的關(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。而對于上行信號而言，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)針對用戶的不同類型的業(yè)務(wù)，如對時(shí)延、誤碼率等要求不同的話音和視頻業(yè)務(wù)等采取不同的對策加以區(qū)別對待。4.2.5無源光網(wǎng)絡(luò)

在光接入網(wǎng)中如果ODN全部是由無源器件組成，不包括任何有源節(jié)點(diǎn)，則這種光接入網(wǎng)就是無源光接入網(wǎng)PON。PON中的ODN部分僅由光分路器、光纜等無源器件組成，因此PON具有極高的可靠性，同時(shí)對環(huán)境的依賴程度小，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4-25實(shí)現(xiàn)FTTH方案成本對比PON雙向傳輸一般情況下，PON中只采用一個(gè)分光器，稱為一級分光模式。近年來，由于FTTH的需求日益增加，也開始采用多個(gè)分光器級聯(lián)使用的模式，稱為二級分光。PON雙向傳輸?shù)某Ｓ梅椒ㄊ窍滦行盘柺褂?490nm波長，上行信號使用1310nm波長。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。根據(jù)傳送信號數(shù)據(jù)格式的不同，PON可以進(jìn)一步地分為基于Ethernet的EPON和吉比特兼容的GPON等。1.基于Ethernet的EPONEPON的ODN由無源分光器件和光纖線路構(gòu)成，EFM（EthernetintheFirstMileStudy）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使用兩個(gè)不同波長（1310nm/1490nm），速率均為1Gbit/s，傳輸距離可達(dá)20kmEPON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1：N的無源分光器，數(shù)據(jù)幀到達(dá)各ONU，ONU通過檢查接收到的數(shù)據(jù)幀的目的媒體接入控制（MAC）地址和幀類型（如：廣播幀、OAM幀）來判斷是否接收此幀．在上行鏈路上，各ONU的數(shù)據(jù)幀以突發(fā)方式通過共同的無源分配網(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)的不對稱性和ONU的低成本，EFM工作組決定在上行鏈路上采用TDMA方式。圖4-26EPON下行信號傳輸方案圖4-27EPON上行信號傳輸方案2.基于吉比特兼容的GPONGPON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。具有高帶寬、高效率、大覆蓋范圍、用戶接口豐富等眾多優(yōu)點(diǎn)，被大多數(shù)運(yùn)營商視為實(shí)現(xiàn)接入網(wǎng)業(yè)務(wù)寬帶化、綜合化改造的理想技術(shù)。GPON具有如下主要技術(shù)特點(diǎn)：（1）業(yè)務(wù)能力強(qiáng)，具有全業(yè)務(wù)接入能力。（2）可提供較高帶寬和較遠(yuǎn)的覆蓋距離。（3）帶寬分配靈活，有服務(wù)質(zhì)量保證。（4）ODN無源特性減少了故障點(diǎn)，便于維護(hù)。（5）PON可以采用級聯(lián)的ODN結(jié)構(gòu)，大大節(jié)約了主干光纜。（6）系統(tǒng)擴(kuò)展容易，便于升級。圖4-28GPON總體結(jié)構(gòu)GPON主要由光線路終端（OLT）、光網(wǎng)絡(luò)單光網(wǎng)絡(luò)終端（ONU/ONT）及光纖分配網(wǎng)（ODN）組成，由無源光分路器件將OLT的光信號分到各個(gè)ONU。GPON系統(tǒng)的工作原理：

在下行方向上，OLT以廣播方式將由數(shù)據(jù)包組成的幀經(jīng)由無源光分支器發(fā)送到各個(gè)ONU。每個(gè)ONU收到全部的數(shù)據(jù)流，然后根據(jù)ONU的媒體訪問控制（MAC）地址取出特定的數(shù)據(jù)包。

在上行方向上多個(gè)ONU共享干線信道容量和信道資源。由于無源光合路器的方向?qū)傩裕瑥腛NU來的數(shù)據(jù)幀只能到達(dá)OLT，而不能到達(dá)其他ONU。4.3光纖以太網(wǎng)4.3.1以太網(wǎng)的概念及分類圖4-29以太網(wǎng)發(fā)展歷程

光纖以太網(wǎng)指利用在光纖上運(yùn)行以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包接入SP網(wǎng)絡(luò)或在SP網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行接入。底層連接可以以任何標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)速度運(yùn)行，包括10Mbit/s、100Mbit/s、1Gbit/s或10Gbit/s，但在此情況下，這些連接必須以全雙工速度運(yùn)行。

隨著光纖技術(shù)在全世界的廣泛應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)信息量的急劇膨脹和人們對信息傳輸速度的要求的不斷提高，為了滿足各行業(yè)網(wǎng)絡(luò)低價(jià)格、高帶寬的需求，光纖以太網(wǎng)將以太網(wǎng)的普遍性、靈活性、簡單性與光纖的可靠性和速度結(jié)合在一起，使得該技術(shù)在各行各業(yè)上發(fā)揮巨大的作用2.以太網(wǎng)的分類（1）標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)

標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)的速率是10Mbit/s，通常定位在網(wǎng)絡(luò)的接入層，最大傳輸距離為100m，標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)通常用于接入層最終用戶和接入層交換機(jī)之間的連接，一般不適用于匯聚層和核心層。IEEE802.3常用的線纜有：①

10BASE-5：粗同軸電纜，最大傳輸距離500m；②

10BASE-2：細(xì)同軸電纜，最大傳輸距離200m；③

10BASE-T：雙絞線，最大傳輸距離100m；④10BASE-F：光纖，最大傳輸距離2000m。

前面的數(shù)字表示傳輸速度，單位是“Mbit/s”，最后的一個(gè)數(shù)字表示單段網(wǎng)線長度（基準(zhǔn)單位是100m），BASE表示“基帶”的意思（2）快速以太網(wǎng)

快速以太網(wǎng)速率能達(dá)到100Mbit/s，為用戶提供更高的網(wǎng)絡(luò)帶寬。從標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)升級到快速以太網(wǎng)不需要對網(wǎng)絡(luò)做太大的改動，通常只需將原有的集線器或者以太網(wǎng)交換機(jī)升級成快速以太網(wǎng)交換機(jī)，用戶更換一塊100Mbit/s的網(wǎng)卡即可，而網(wǎng)線等傳輸介質(zhì)無需更換?？焖僖蕴W(wǎng)的采用傳輸介質(zhì)有：①100BASE-TX：是一種使用5類數(shù)據(jù)級無屏蔽雙絞線或屏蔽雙絞線的快速以太網(wǎng)技術(shù)。使用兩對雙絞線，一對用于發(fā)送，一對用于接收數(shù)據(jù)。在傳輸中使用4B/5B編碼方式，信號頻率為125MHz。使用RJ-45連接器。它的最大網(wǎng)段長度為100米。它支持全雙工的數(shù)據(jù)傳輸；②100BASE-T4：是一種可使用3、4、5類無屏蔽雙絞線或屏蔽雙絞線的快速以太網(wǎng)技術(shù)。使用4對雙絞線，3對用于傳送數(shù)據(jù)，1對用于檢測沖突信號。在傳輸中使用8B/6T編碼方式，信號頻率為25MHz，使用RJ-45連接器，最大網(wǎng)段長度為100米；③100BASE-FX：是一種使用光纜的快速以太網(wǎng)技術(shù)，可使用單模和多模光纖（62.5和125um）。多模光纖連接的最大距離為550米，單模光纖連接的最大距離為3000米。在傳輸中使用4B/5B編碼方式，信號頻率為125MHz。它使用MIC/FDDI連接器、ST連接器或SC連接器。它的最大網(wǎng)段長度為150m、412m、2000m或更長至10公里，這與所使用的光纖類型和工作模式有關(guān)，它支持全雙工的數(shù)據(jù)傳輸。100BASE-FX特別適合于有電氣干擾的環(huán)境、較大距離連接、或高保密環(huán)境等情況下的適用；（3）吉比特以太網(wǎng)

吉比特以太網(wǎng)是在基于以太網(wǎng)協(xié)議的基礎(chǔ)之上，對IEEE802.3以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行擴(kuò)展，將快速以太網(wǎng)的傳輸速率100Mbit/s提高了10倍，達(dá)到了1Gb/s。吉比特以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)為IEEE802.3z（光纖與銅纜）和IEEE802.3ab（雙絞線）。

吉比特以太網(wǎng)可用于交換機(jī)之間的連接，現(xiàn)在很多匯聚層、接入層的以太網(wǎng)交換機(jī)均提供吉比特接口，彼此之間互聯(lián)可以組成更大的網(wǎng)絡(luò)。技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

線纜類型傳輸距離

1000BASE-T銅質(zhì)EIA/TIA5類（UTP）非屏蔽雙絞線4對

100m1000BASE-CX銅質(zhì)屏蔽雙絞線25m1000BASE-SX多模光纖，50/62.5μm光纖，使用波長為850nm的激光

550m/275m1000BASE-LX單模光纖，9μm光纖，使用波長為1300nm的激光

2～15km表4-1吉比特以太網(wǎng)的傳輸介質(zhì)和距離（4）十吉比特以太網(wǎng)（10G以太網(wǎng)）10Gbit/s以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)由IEEE802.3工作組于2000年正式制定，10G以太網(wǎng)仍使用與10Mbit/s和100Mbit/s以太網(wǎng)相同的形式，同樣使用IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)的幀格式和流量控制方式。10G以太網(wǎng)達(dá)到很高的傳輸速率，由于10G以太網(wǎng)技術(shù)的復(fù)雜性及原來傳輸介質(zhì)的兼容性問題，目前只能在光纖上傳輸，與原來企業(yè)常用的雙絞線不兼容了。10G以太網(wǎng)最主要的特點(diǎn)如下：

①保留802.3以太網(wǎng)的幀格式；

②保留802.3以太網(wǎng)的最大幀長和最小幀長；

③只使用全雙工工作方式，完全改變了傳統(tǒng)以太網(wǎng)的半雙工的廣播工作方式；

④只使用光纖作為傳輸媒介而不使用銅線；

⑤使用點(diǎn)對點(diǎn)鏈路，支持星形結(jié)構(gòu)的局域網(wǎng)；

⑥10G以太網(wǎng)數(shù)據(jù)率非常高，不直接和端用戶相連；

⑦創(chuàng)造了新的光物理媒體相關(guān)（PMD）子層。

（4）十吉比特以太網(wǎng)（10G以太網(wǎng)）4.3.2以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)組成

以太網(wǎng)是一種計(jì)算機(jī)LAN，是由若干個(gè)站點(diǎn)（網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)）和將其連接到網(wǎng)上所使用的設(shè)備以及站點(diǎn)間傳輸信息的介質(zhì)組成的。各站點(diǎn)間的通信是通過符合上述標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的以太網(wǎng)，以傳輸介質(zhì)接入控制的方法實(shí)現(xiàn)。其傳輸介質(zhì)也需遵守相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的以太網(wǎng)物理層的性能規(guī)范，信息在各種設(shè)備與傳輸介質(zhì)中的運(yùn)行，圖4-30以太網(wǎng)組成實(shí)例框圖下面將從以太網(wǎng)中傳輸信號的形式、各種設(shè)備、傳輸介質(zhì)以及以太網(wǎng)介質(zhì)接入控制規(guī)范等方面來進(jìn)行簡單介紹。1.信號形式

以太網(wǎng)中傳輸?shù)男盘柺且詭男问酱嬖诘模且蕴W(wǎng)通信信號的基本單元。在以太網(wǎng)中不允許非幀形式的信號存在，一旦發(fā)現(xiàn)有非幀形式的信號就會將其丟棄。2.通信工作模式一般在使用CSMA/CD介質(zhì)接入規(guī)則的早期以太網(wǎng)站點(diǎn)之間采用半雙工工作模式。現(xiàn)今以太網(wǎng)的工作方式則以全雙工方式為主，交換機(jī)可以隔離每個(gè)端口，只將幀發(fā)送到正確的目的地（如果目的地已知），而不是發(fā)送每個(gè)幀到每臺設(shè)備，數(shù)據(jù)的流動因而得到了有效的控制，顯然沒有爭用問題，也就不必使用CSMA/CD協(xié)議。3.以太網(wǎng)的主要設(shè)備

以太網(wǎng)的主要設(shè)備包括網(wǎng)卡、中繼器、網(wǎng)橋、交換機(jī)、路由器和服務(wù)器。（1）網(wǎng)卡

是網(wǎng)絡(luò)接口控制器的簡稱，也稱網(wǎng)絡(luò)接口適配器。其主要的功能是將各站點(diǎn)連到以太網(wǎng)的介質(zhì)上，是計(jì)算機(jī)和工作站間的網(wǎng)絡(luò)接口。各站點(diǎn)無網(wǎng)卡就無法上網(wǎng)，因此是將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)連接到網(wǎng)上必備的設(shè)備。

（2）中繼器是以太網(wǎng)的核心，所有站點(diǎn)都必須連接到中繼器內(nèi)部總線的各端口上。中繼器和其連接的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通常稱為一個(gè)網(wǎng)段。

（3）網(wǎng)橋網(wǎng)橋是可以連接若干個(gè)網(wǎng)段的多端口設(shè)備。當(dāng)一個(gè)網(wǎng)段上站點(diǎn)太多時(shí)，會發(fā)生過多的競爭與碰撞，造成通信的中斷或使網(wǎng)絡(luò)利用率下降。為了克服這種缺點(diǎn)，可將此網(wǎng)段分割成若干個(gè)小網(wǎng)段并利用網(wǎng)橋?qū)⑵溥B接起來，進(jìn)行過濾、轉(zhuǎn)發(fā)等，以達(dá)到減少競爭與碰撞的目的。由于網(wǎng)橋連接成的網(wǎng)絡(luò)被稱為一個(gè)廣播域，是若干個(gè)網(wǎng)段（碰撞域）上各站點(diǎn)的集合。

（4）交換機(jī)交換機(jī)的功能與網(wǎng)橋相類似，不同的地方是通常幀交換可以使用專用的集成電路ASIC或多個(gè)CPU，可以并行收發(fā)多個(gè)幀信息，而且所有的端口都可以同時(shí)收發(fā)信息。

（5）路由器路由器是用于將多種不同類型LAN連接在一起的設(shè)備。由路由器將多種不同類型的LAN連接在一起可以形成干線網(wǎng)絡(luò)，復(fù)蓋整個(gè)城市或國家。例如因特網(wǎng)便是覆蓋世界范圍的巨大的路由網(wǎng)絡(luò)。

（6）網(wǎng)關(guān)網(wǎng)關(guān)工作在高層協(xié)議，用于不同高層協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)之間的信息變換。路由器便是網(wǎng)關(guān)其中的一種。

以太網(wǎng)采用的傳輸介質(zhì)分為電纜和光纜兩類。其中電纜包括同軸電纜與雙絞線對等，而光纜則包括多模光纜和單模光纜，4.3.3LAN接入組網(wǎng)案例分析1.IP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)IP網(wǎng)絡(luò)可以分成骨干網(wǎng)絡(luò)和本地網(wǎng)絡(luò)，骨干網(wǎng)絡(luò)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和覆蓋面可分為：國家級骨干網(wǎng)絡(luò)、省級骨干網(wǎng)絡(luò)、城域網(wǎng)。城域網(wǎng)分為：核心層、匯聚層和接入層三個(gè)層次。

骨干核心層主要由一些核心路由器組成，路由器之間通過高速傳輸鏈路相連，通過骨干核心層連接到不同的全國性骨干網(wǎng)絡(luò)。匯聚層介于接入層和核心層之間，主要由三層交換機(jī)、BAS（寬帶接入服務(wù)器）和接入路由器等組成，用于匯聚接入層的不同業(yè)務(wù)流。用戶接入層則是最靠近用戶端的網(wǎng)絡(luò)，通過不同的接入手段接入到不同類型的用戶端，提供寬帶、語音、視頻、專線等業(yè)務(wù)的接入。圖4-31IP城域網(wǎng)的分層結(jié)構(gòu)－組網(wǎng)模型2.寬帶接入組網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖4-32典型的寬帶接入的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)3.FTTx+LAN接入案例FTTx+LAN是一種利用光纖加五類網(wǎng)絡(luò)線方式實(shí)現(xiàn)寬帶接入的模式。FTTx+LAN方式能實(shí)現(xiàn)吉比特光纖到小區(qū)（大樓）中心交換機(jī)，中心交換機(jī)和樓道交換機(jī)以百兆光纖或五類網(wǎng)絡(luò)線相連，樓道內(nèi)采用綜合布線，用戶上網(wǎng)速率可達(dá)10Mb/s，網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展性強(qiáng)，投資規(guī)模小。

另有光纖到辦公室、光纖到戶、光纖到桌面等多種補(bǔ)充接入方式滿足不同用戶的需求。FTTx+LAN方式采用星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，用戶共享接入交換機(jī)的帶寬。圖4-33FTTx+LAN接入案例圖4-34ONU+IAD一體化的樓道箱示意圖4.4基于SDH的光傳輸網(wǎng)

光纖大容量數(shù)字傳輸目前都采用同步時(shí)分復(fù)用（TDM）技術(shù)，復(fù)用又分為若干等級，先后有兩種傳輸體制：準(zhǔn)同步數(shù)字系列（PDH）和同步數(shù)字系列（SDH），這里重點(diǎn)講述SDH技術(shù)。4.4.1SDH基本概念1.SDH的定義

隨著通信網(wǎng)的發(fā)展和用戶的需求，基于點(diǎn)對點(diǎn)傳輸?shù)臏?zhǔn)同步（PDH）系統(tǒng)暴露出一些固有的、難以克服的弱點(diǎn)，已經(jīng)不能滿足大容量高速傳輸?shù)囊?。為了適應(yīng)現(xiàn)代通信網(wǎng)的發(fā)展，產(chǎn)生了高速大容量光纖技術(shù)和智能網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合的新體制——同步數(shù)字系列（SDH）。SDH它是一個(gè)將復(fù)接、線路傳輸及交換功能融為一體的、并由統(tǒng)一網(wǎng)管系統(tǒng)操作的綜合信息傳送網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)現(xiàn)諸如網(wǎng)絡(luò)的有效管理、開通業(yè)務(wù)時(shí)的性能監(jiān)視、動態(tài)網(wǎng)絡(luò)維護(hù)、不同供應(yīng)廠商之間的互通等多項(xiàng)功能，它大大提高了網(wǎng)絡(luò)資源利用率，并顯著降低管理和維護(hù)費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)了靈活、可靠和高效的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行與維護(hù)。2.SDH的特點(diǎn)（1）有全世界統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接口，包括統(tǒng)一的數(shù)字速率等級、幀結(jié)構(gòu)、復(fù)接方法、線路接口、監(jiān)控管理等等。。（2）采用標(biāo)準(zhǔn)化的信息結(jié)構(gòu)等級，可簡單地將STM-1進(jìn)行字節(jié)間插同步復(fù)接而得到更高速率的同步數(shù)字信號。（3）SDH的幀結(jié)構(gòu)中安排了豐富的開銷比特，使網(wǎng)絡(luò)的管理和維護(hù)功能大大加強(qiáng)，（4）采用同步復(fù)用方式和靈活的復(fù)用映射結(jié)構(gòu)，利用設(shè)置指針的辦法，可以在任意時(shí)刻，在總的復(fù)接碼流中確定任意支路字節(jié)的位置，從而使上下業(yè)務(wù)十分容易。（6）SDH對網(wǎng)管設(shè)備的接口進(jìn)行了規(guī)范，使不同廠家的網(wǎng)管系統(tǒng)互聯(lián)成為可能。（7）SDH與現(xiàn)有PDH完全兼容，體現(xiàn)了后向兼容性。SDH體系并非完美無缺，其缺陷主要表現(xiàn)在三個(gè)方面：頻帶利用率低，指針調(diào)整機(jī)理復(fù)雜，軟件的大量使用使系統(tǒng)容易受到計(jì)算機(jī)病毒的侵害。（5）SDH確定了統(tǒng)一新型的網(wǎng)絡(luò)部件（TM，ADM，REG以及DXC）。這些部件都有世界統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。4.4.2SDH的速率與幀結(jié)構(gòu)1.SDH的速率SDH具有統(tǒng)一規(guī)范的速率。SDH信號以同步傳輸模塊（STM）的形式傳送。SDH信號最基本的同步傳輸模塊是STM-1，其速率為155.520Mbit/s。更高等級的STM-N信號是將STM-1經(jīng)字節(jié)間插同步復(fù)接而成。其中，N是正整數(shù)。目前SDH僅支持N=1，4，16，64。等級STM-1STM-4STM-16STM-64速率

（Mb/s）155.520622.0802488.3209953.280表4-2ITU-TG.707建議規(guī)范的SDH標(biāo)準(zhǔn)速率2.SDH幀結(jié)構(gòu)圖4-35SDH幀結(jié)構(gòu)STM-N的幀結(jié)構(gòu)由3部分組成：段開銷（SOH），管理單元指針（AU-PTR），信息凈負(fù)荷（Payload）。（1）信息凈負(fù)荷（Payload）信息凈負(fù)荷區(qū)就是幀結(jié)構(gòu)中存放各種信息容量的地方。圖4-35中橫向?yàn)榈?0至第270×N列、縱向第1至第9行的2349×N個(gè)字節(jié)都屬于凈負(fù)荷區(qū)域。當(dāng)然，其中還有少量的用于通道性能監(jiān)視、管理和控制的通道開銷字節(jié)（POH）。（2）段開銷（SOH）段開銷是指STM-N幀結(jié)構(gòu)中為了保證信息凈負(fù)荷正常靈活傳送所必須的附加字節(jié)，主要是供網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行、管理和維護(hù)使用的字節(jié)。

段開銷又分為再生段開銷（RSOH）和復(fù)用段開銷（MSOH），分別對相應(yīng)的段層進(jìn)行監(jiān)控。（3）管理單元指針（AU-PTR）

管理單元指針是一種指示符，主要用來指示信息凈負(fù)荷的第1個(gè)字節(jié)在STM-N幀內(nèi)的準(zhǔn)確位置，以便在接收端正確地分解。圖4-35中第4行的9×N列，共9×N個(gè)字節(jié)是保留給AU-PTR用的。4.4.3SDH的基本網(wǎng)絡(luò)單元SDH傳輸網(wǎng)是由不同類型的網(wǎng)元設(shè)備通過光纜線路的連接組成，通過不同的網(wǎng)元完成SDH網(wǎng)絡(luò)的傳送功能，SDH常見的網(wǎng)元設(shè)備類型有終端復(fù)用器（TM）、分插復(fù)用器（ADM）、再生中繼器（REG）和數(shù)字交叉連接（DXC）等。1.終端復(fù)用器（TM）圖4-36終端復(fù)用器2.分插復(fù)用器（ADM）圖4-37分/插復(fù)用器ADM分插復(fù)用器用于SDH傳輸網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)接站點(diǎn)處，例如鏈的中間結(jié)點(diǎn)或環(huán)上節(jié)點(diǎn)，是SDH網(wǎng)上使用最多、最重要的一種網(wǎng)元設(shè)備，它是一種具有三個(gè)端口的設(shè)備。3.再生中繼器（REG）圖4-38再生中繼器REG的最大特點(diǎn)是不上下（分/插）電路業(yè)務(wù)，只放大或再生光信號。REG的功能就是接收經(jīng)過長途傳輸后衰減了的、有畸變的STM-N信號，對它進(jìn)行放大、均衡、再.生后發(fā)送出去。4.數(shù)字交叉連接設(shè)備（DXC）圖4-39數(shù)字交叉連接設(shè)備DXC

數(shù)字交叉連接設(shè)備DXC具有一個(gè)或多個(gè)PDH或SDH信號接口，可以在任何接口之間對信號及其子速率信號進(jìn)行可控連接和再連接的設(shè)備。

4.5基于DWDM的光傳輸網(wǎng)提高光纖通信系統(tǒng)的容量的方法包括時(shí)分復(fù)用（TDM）、波分復(fù)用（WDM）、空分復(fù)用（SDM）、模分復(fù)用（MDM）和極化復(fù)用（PDM）等

最常見的TDM方法的主要缺點(diǎn)是當(dāng)電信號的傳輸速率達(dá)到較高等級（如10Gbit/s或更高時(shí)），對于光器件（如激光器和調(diào)制器）的開關(guān)速率等性能要求較高，實(shí)現(xiàn)難度較大，同時(shí)光纖中的色散和非線性等也限制了調(diào)制信號的速率。波分復(fù)用（WDM）為代表的多信道光纖通信系統(tǒng)成為實(shí)現(xiàn)大容量傳輸?shù)闹饕夹g(shù)方案之一。4.5.1波分復(fù)用原理1.波分復(fù)用定義圖4-40WDM原理示意圖光波分復(fù)用（WDM，WavelengthDivisionMultiplexing）技術(shù)是在一根光纖上能同時(shí)傳送多波長光信號的一項(xiàng)技術(shù)。它是在發(fā)送端將不同波長的光信號組合起來（復(fù)用），并耦合到光纜線路上的同一根光纖中進(jìn)行傳輸，在接收端又將組合波長的光信號分開（解復(fù)用）并作進(jìn)一步處理，恢復(fù)出原信號送入不同的終端。因此，此項(xiàng)技術(shù)稱為光波長分割復(fù)用，簡稱光波分復(fù)用（WDM）技術(shù)。2.波分復(fù)用技術(shù)特點(diǎn)（1）充分利用光纖的巨大帶寬資源（2）同時(shí)傳輸多種不同類型的信號（3）節(jié)省線路投資

（4）降低器件的超高速要求（5）高度的組網(wǎng)靈活性、

經(jīng)濟(jì)性和可靠性4.5.2DWDM系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

實(shí)際的WDM系統(tǒng)主要由五部分組成：光發(fā)射機(jī)、光中繼放大、光接收機(jī)、光監(jiān)控信道和網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)。圖4-41DWDM系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)4.5.3DWDM技術(shù)選型WDM系統(tǒng)中的光纖傳輸技術(shù)與一般的光纖通信系統(tǒng)相比，由于存在傳輸速率高和信道數(shù)量多等特點(diǎn)，因此存在著一些特殊的要求，包括光纖選型、色散補(bǔ)償技術(shù)和色散均衡技術(shù)等。1.光纖選型

在使用1550nm波長段的光纖通信系統(tǒng)中，對單波長、長距離的通信采用G.653

（DSF，色散位移光纖）光纖具有很大的優(yōu)越性。但當(dāng)G.653光纖用于WDM系統(tǒng)中時(shí)，可能在零色散波長區(qū)出現(xiàn)嚴(yán)重的非線性效應(yīng)，其中四波混頻FWM對系統(tǒng)的影響尤為明顯。FWM效應(yīng)產(chǎn)生的大量寄生波長或感生波長與初始的某個(gè)傳輸波長一致，造成嚴(yán)重的干擾。如在已有的G.653光纖線路上開通WDM系統(tǒng)，一般可以采用非等間隔布置波長和增大波長間隔等方法。但總的來看，G.653光纖不適合于高速率、大容量、多波長的WDM系統(tǒng)。1.光纖選型f12f331f221f332f223f13f321f231f312f132f213f123f3f2f1頻率信道1信道3信道2fFWM=f1±f2±f3圖4-42四波混頻效應(yīng)原理G.653光纖在1550nm波長處色散為零，F(xiàn)WM效應(yīng)明顯，因此不適合用于WDM系統(tǒng)。

為了有效抑制四波混頻效應(yīng)，可以選擇G.655非零色散位移光纖（NZDSF）。這樣既避開了零色散區(qū)（避免FWM效應(yīng)），同時(shí)又保持了較小的色散值，利于傳輸高速率的信號。而為了適應(yīng)WDM系統(tǒng)單個(gè)信道的傳輸速率需求，可以使用偏振模色散性能較好的G.655B和G.655C光纖。

從系統(tǒng)成本角度考慮，尤其是對原有采用G.652光纖的系統(tǒng)升級擴(kuò)容而言，在G.652光纖線路上增加色散補(bǔ)償元件以控制整個(gè)光纖鏈路的總色散值也是一種可行的辦法。未來WDM系統(tǒng)中可能會利用整個(gè)O、S、C和L波長段，因此色散平坦光纖G.656光纖可能會得到較大的應(yīng)用。

1.光纖選型2.色散補(bǔ)償技術(shù)

當(dāng)DWDM系統(tǒng)在逐步提高單波速率和提高波道數(shù)的過程中，逐步由衰耗受限系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)樯⑹芟尴到y(tǒng)，那么，色散因素如何處理就成為DWDM系統(tǒng)的一個(gè)必須要解決的技術(shù)。下面介紹幾種較為成熟的色散補(bǔ)償技術(shù)。(1)色散補(bǔ)償光纖（DCF）DCF的品質(zhì)因數(shù)FOM（FigureofMerit）定義為:

（4-20）式中,FOM為品質(zhì)因數(shù)，單位（ps/nm·dB）；D——色散系數(shù)，單位（ps/nm·km）α——衰減系數(shù)，單位（dB/km）。FOM是DCF的重要參數(shù)，可以用來對不同類型的DCF進(jìn)行性能比較。對光纖一階群速度色散（GVD）完全補(bǔ)償?shù)臈l件為（4-21）

式中:——傳輸光纖在波長處的色散系數(shù)；——色散補(bǔ)償光纖在波長處的色散系數(shù)；——傳輸光纖的長度；——色散補(bǔ)償光纖的長度。

(1)色散補(bǔ)償光纖（DCF）

為了得到具有較大負(fù)色散系數(shù)的DCF，必須控制波導(dǎo)色散。現(xiàn)在已經(jīng)有大量的商用DCF用于補(bǔ)償G.652光纖在C波段和L波段傳輸時(shí)的色散。常規(guī)單模光纖在1550nm附近具有高的色散，不利于高速率光纖通信系統(tǒng)色散補(bǔ)償光纖在1550nm附近具有負(fù)色散，可以抵消常規(guī)單模光纖的正色散圖4-43DCF與常規(guī)單模光纖色散特性比對(2)啁啾光纖光柵色散補(bǔ)償技術(shù)

啁啾光纖光柵色散補(bǔ)償?shù)幕驹硎牵哼惫饫w光柵中，諧振波是位置的函數(shù)，因此不同波長的入射光在啁啾光纖光柵的不同位置上反射并具有不同的時(shí)延，短波長分量經(jīng)受的時(shí)延長，長波長分量經(jīng)受的時(shí)延短，光柵所引入的時(shí)延與光纖中傳輸時(shí)造成的時(shí)延正好相反，二者引入的時(shí)延差相互抵消，使脈沖寬度得以恢復(fù)。圖4-44啁啾光纖光柵色散補(bǔ)償(3)偏振模（PMD）色散補(bǔ)償技術(shù)

目前國際上主要是以兩種方式對PMD進(jìn)行補(bǔ)償，即在傳輸?shù)墓饴飞现苯訉庑盘栠M(jìn)行補(bǔ)償或在光接收機(jī)內(nèi)對電信號進(jìn)行補(bǔ)償。兩者的實(shí)質(zhì)都是利用某種光的或電的延遲線對PMD造成的兩偏振模之間的時(shí)延差進(jìn)行補(bǔ)償。

其基本原理為：首先在光或電上將兩偏振模信號分開，然后用延遲線分別對其進(jìn)行延時(shí)補(bǔ)償，在反饋回路的控制下，使兩偏振模之間的時(shí)延差為零，最后將補(bǔ)償后的兩偏振模信號混合輸出。3.色散均衡技術(shù)

在原有采用G.652光纖的系統(tǒng)中，采用色散補(bǔ)償技術(shù)只能實(shí)現(xiàn)整個(gè)鏈路或者其中部分?jǐn)?shù)字段的總色散為零，但是由于色散補(bǔ)償元件是分段式的使用的，這就可能造成光纖鏈路的色散值呈現(xiàn)起伏波動的情況，這也不利于WDM系統(tǒng)。因此需要引入色散均衡技術(shù)，在保證整個(gè)鏈路色散最小的同時(shí)，中間任意數(shù)字段的色散起伏都不會很大。4.5.4DWDM關(guān)鍵技術(shù)（1）光源的波長準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度

在DWDM系統(tǒng)中，首先要求光源具有較高的波長準(zhǔn)確度，否則可能會引起不同波長信號之間的干擾。再有就是必須對光源的波長進(jìn)行精確的設(shè)定和控制，否則波長的漂移必然會造成系統(tǒng)無法穩(wěn)定、可靠地工作。所以要求在WDM系統(tǒng)中要有配套的波長監(jiān)測與穩(wěn)定技術(shù)。（2）光信道的串?dāng)_問題

光信道的串?dāng)_是影響接收機(jī)的靈敏度的重要因素。信道間的串?dāng)_大小主要取決于光纖的非線性和復(fù)用器的濾波特性。在信道間隔為1.6nm或0.8nm的情況下，目前使用的光解復(fù)用器在系統(tǒng)中可以保證光信道間的隔離度大于25dB，可以滿足WDM系統(tǒng)的要求，但對更高速率的系統(tǒng)尚待研究。（3）光纖色散對傳輸?shù)挠绊憜栴}WDM系統(tǒng)中普遍使用了光放大器，光纖線路的損耗得以有效解決，但隨著總傳輸距離不斷延長，色散累計(jì)值也會隨之增加，系統(tǒng)成為色散性能受限系統(tǒng)。對于WDM系統(tǒng)中單個(gè)信道速率達(dá)到10Gb/s乃至40Gb/s以上時(shí)，需要采取色散補(bǔ)償措施。（4）光纖的非線性效應(yīng)問題

在WDM系統(tǒng)中，隨著EDFA等放大器的使用，入纖的光功率顯著增大，光纖在一定條件下將呈現(xiàn)非線性特性，會對系統(tǒng)的性能，包括信道間串?dāng)_和接收機(jī)靈敏度等產(chǎn)生影響。（5）光放大器引入的傳輸損傷

在WDM系統(tǒng)中，各光信道之間的信號傳輸功率有可能發(fā)生起伏變化，這就要求EDFA能夠根據(jù)信號的變化，實(shí)時(shí)地動態(tài)調(diào)整自身的工作狀態(tài)，從而減少信號波動的影響，保證整個(gè)信道的穩(wěn)定。在WDM系統(tǒng)中，如果有一個(gè)或幾個(gè)信道的輸入光功率發(fā)生變化甚至輸入中斷時(shí)，剩下的信道增益即輸出功率會產(chǎn)生躍變，甚至?xí)鹁€路阻塞。所以EDFA必須具有增益鎖定功能來避免某些信道完全斷路時(shí)對其他信道的影響。4.6未來光傳送網(wǎng)

隨著新型業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)的核心正在由TDM（時(shí)分復(fù)用）向IP轉(zhuǎn)變。目前光/電轉(zhuǎn)換的SDH+WDM傳送網(wǎng)組網(wǎng)方式帶寬利用率不高，缺乏靈活性；SDH本身技術(shù)特點(diǎn)已經(jīng)不適合IP為核心的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的發(fā)展需求，而WDM則是組網(wǎng)能力差，保護(hù)能力弱，也急需改進(jìn)。未來傳送網(wǎng)要有一定的智能化，要有更高的安全性、更高的速率、更高的帶寬、更高的帶寬利用率、更長的傳輸距離和強(qiáng)大的網(wǎng)管功能。4.6.1智能