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1、光网络第四次总复习辅导课 主要考核内容： 第1部分概述（介绍光通信系统） 第2部分 SDH网络 第3部分 基于WDM的光传送网 第4部分 MSTP 第5部分 城域光网络第1部分 概述主要内容：光网络的概念 光通信系统的整体框架1.1光网络的概念概念：光网络是指以光纤为基础传输链路所组成的一种通信体系网络结构。 特点：光网络（光传送网）是在光通道层上实现互联，即以光波长为基本互联单位。 1.2光纤通信系统的整体框架结构系统组成框图： *发送端机、接收端机 *光纤 *中继器系统组成结构发射端机、接收端机、中继器内容：组成结构及各部分的功能关键光器件的工作原理（LD、光电检测器、EDFA）光导纤维
2、内容：光纤的结构与分类、光纤的导光原理光纤的传输特性、新型单模光纤1、光发射机（1）光发射机的功能 调制：直接调制间接调制 码型：NRZ(SDH) 光发射机的结构及各部分的功能： （2）激光器激光器的功能：电/光转换 工作原理光与物质相互作用过程 能级的概念: 自发辐射 受激吸收 受激辐射 受激吸收的概念及特点II、跃迁过程中不产生新的光子。受激辐射的概念及特点：概念： 处于高能级上的电子 受到外来光子的作用，外来光子的能量 跃迁：电子从高能级跃迁到低能级 同时产生一个新的光子，其能量I、外界光子（外来光子的能量）的作用的条件下，进行受激跃迁。II、新产生的一个光子全同光子。III、具有光放大
3、的作用。激光器的组成：光学谐振腔、激活物质、泵浦源 M1 M2 自发辐射 0 说明：三者缺一不可。 激光器的性能 阈值特性： 光谱特性： 调制特性： 阈值特性： 阈值电流：当外加电流达到某一数值时，输出光功率将急剧增加，将产生激光振荡，此时的外加电流被称为。用符号表示。 结论：当时，激光器发出的是荧光。 当时，激光器产生激光。光谱特性： 调制特性：2、 光接收机（1）光接收机的结构及各部分的功能 时钟恢复电路：信号码型：NRZ信号频谱密度：NRZ功率谱中无时钟频率成分。 RZ功率谱中有时钟频率成分。技术指标：接收灵敏度、动态范围（4）光电检测器： 工作原理：光电效应 光电效应的概念： 产生光电
4、效应的条件： 半导体光电检测器的种类：PIN：光电转换APD: 光电转换、光放大作用 说明：产生光电效应的区域耗尽层 耗尽层越大，光电转换的转换效率就越大。 性能参数: 接收灵敏度计算动态范围计算3、中继器 （1）具有电再生功能的中继器： 结构： 功能：放大、整形 说明：在电层完成的（2）EDFA 工作原理受激辐射 泵浦源：1.3光导纤维1、光纤的结构2、光纤的分类（1） 按照光纤的横截面折射率分布来进行划分均匀光纤阶跃型光纤n1n1n2n2 说明：非均匀光纤渐变型光纤n(r) n1n1n2n2 说明：折射率分布: 含义 ： 相对折射率差， 折射指数（表示折射率分布形状的参数） （2）根据纤芯
5、中所传输的模式数量来进行划分 单模光纤和多模光纤 说明：光波长窗口长波长区（不可见光区） 1.31m和1.55m短波长区（可见光区） 0.85m特点：1.31m理论上的色散最小点1.55m理论上衰减最小点3、导光原理（1）阶跃型光纤阶跃型光纤的导光原理全反射 n2 n1 光轴 产生全反射的条件：* * 说明：两者同时成立 其中临界角 集光能力数值孔径的概念：表示光纤集光能力的物理量。表达式：数值孔径相对折射指数差（2） 渐变型光纤 渐变型光纤的导光原理折射定律+全反射 r4 n(r4) 3 n(r3) r3 ds r2 2 dr R n(r2) 1 dz n(r1) r z 0 n(0)集光能
6、力 本地数值孔径的概念： 本地数值孔径平方律光纤自聚焦的概念：说明：不存在理想的自聚焦光纤。近似自聚焦光纤平方律光纤平方律光纤的特点：模式色散最小。4、模式理论分析法中的重要结论 重要的参数 V V归一化频率,它是一个无量纲的参数。 = 工作状态分析：传输状态（或导波状态）截止状态临界状态，或W=0 单模传输条件 主模 次高模 5、光纤的传输特性 光纤传输特性内容：衰减特性和色散特性（1）衰减特性 原因：两种（2） 色散特性 光纤的色散：光纤中传送的信号是由不同的频率成分和不同的模式成分构成的，而且它们有不同的传输速度，从而出现脉冲展宽的现象。这种现象就是。 色散的分类 模式色散： 材料色散：
7、波导色散：色散的度量：色散系数D （单位：ps/nmkm）5、 新型单模光纤(1) 色散位移单模光纤总色散 1.31 波导色散 材料色散 总色散 1.55 概念：衰减和色散最小点均在1.55m。 思路：通过改变光纤的折射率分布，可改变波导色散的大小。（2） 非零色散光纤非零色散光纤是指光纤的工作波长不是在1.55m，而是在1.541.565m. 色散值：约1.04.0ps/kmnm1.4 光纤通信系统性能1 衰减对中继距离的影响 2、色散对中继距离的影响（1）色散的概念： （2）色散的分类 光纤色散包括材料色散、波导色散和模式色散。前两种色散是由于信号不是由单一频率而引起的，后一种色散是由于信
8、号不是单一模式而引起的。 （3）色散的影响程度：与光纤的分类有关 光纤分类 （4）色散受限系统当光源与光纤色散相互作用的结果，限制了中继距离。影响的因素：与激光器的结构和使用的材料有关码间干扰：码间干扰产生的原因： 影响的因素：脉冲展宽的影响越显著（中继距离） 模分配噪声：产生的因素 光源多纵模激光器 t1 t2光谱特性（呈现）： 模分配噪声的产生： 啁啾声：产生的因素光源单纵模激光器光源的光谱特性： 啁啾声的产生：影响中继距离的因素3、最大中继距离的计算 （1）衰减受限系统仅考虑衰减的影响 极限值设计法计算最大中继距离： （单位km） （2）色散受限系统仅考虑色散的影响 I、多纵摸激光器（M
9、LM）或发光二极管（LED） （单位km） II、单纵模激光器（SLM） 单纵模激光器的色散代价主要是由啁啾声决定的，其中继距离计算公式如下： III、最大中继距离的计算 速率与最大中继距离计算的关系： 155Mb/s以下的光通信系统：只计算衰减的影响 622Mb/s光通信系统： 光源：多纵模激光器 取0.115L、LD中取最小的作为最大中继距离。2.5Gb/s光纤通信系统：（一般1Gb/s以上的光通信系统必须使用单纵模激光器） 光源：单纵模激光器（衰减与色散） L、LC中取最小的作为最大中继距离。10Gbit/s及 10Gbit/s以上的SDH光线路 光源；单纵模激光器影响的因素：光纤色散、
10、啁啾声、极化模色散、光纤的非线性限制。举例：若一个622Mbit/s单模光缆通信系统，其系统总体要求如下： 系统中采用InGaAs隐埋异质结构多纵模激光器，其阈值电流小于50mA，标称波长1=1310nm，波长变化范围为tmin=1295nm，tmax=1325nm。光脉冲谱线宽度max2nm。发送光功率PT=2dBm。如用高性能的PIN-FET组件，可在BER=110-10条件下得到接收灵敏度PR=-30dBm，动态范围D20dB。 那么考虑采用直埋方式情况下，光缆工作环境温度范围为时，计算最大中继距离。解：1.衰减的影响 若考虑光通道功率代价PP =1dB，光连接器衰减AC=1dB（发送和
11、接收端各一个），光纤接头损耗AS=0.1dB/km，光纤固有损耗=0.28dB/km，取ME=3.2dB MC=0.1dB/km,则由式（4-1）得 =53.75km 2色散的影响 利用（4-4），并取光纤色散系数D2ps/(kmnm) = 46km 由上述计算可以看出，中继段距离只能小于46km，对于大于46km的线段，可采用加转接站的方法解决。第2部分 SDH网络主要内容： SDH基本概念 SDH的网络节点接口、速率和帧结构 SDH中的基本复用、映射结构 SDH网元1、SDH的基本概念概念：SDH网是由一些SDH的网络单元（NE）组成的，在光纤上进行同步信息传输、复用、分插和交叉连接的网络
12、2、SDH速率和帧结构（1）同步数字体系的速率 同步传输模块：SDH所使用的信息结构等级被称为STM-N同步传输模块。说明：STM-1是最基础传输模块。其速率是155.520 Mbit/s。 STM-N与STM-1之间的关系：高等级的STM-N信号是将N个STM-1按字节间插同步复用后所获得的。其中N是正整数，目前国际标准化N的取值为：N=1、4、16、64、256。举例：画出STM-1的帧结构，并计算其速率。信息结构（块状）：9行 270列一帧的字节数：9270=2430一帧的比特数：24308=19440速率：STM-N等级的速率：STM-1 155.520Mb/sSTM-4 622.08
13、0Mb/s STM-16 2488.320Mb/s STM-64 9953.280Mb/sSTM-256 39813.12 Mb/s（2）帧结构 SDH的帧结构：共有9行，270N列 图5-2 STM-N的帧结构结论：SDH的帧结构为一种块状帧结构， 帧周期为125s。帧结构的区域划分：三个区域：段开销（SOH）区（RSOH+MSOH）管理单元指针。信息净负荷区（包括POH+有效信息）3、SDH中的基本复用、映射结构（1）SDH复用结构SDH的复用结构是由一些基本复用单元组成的有若干中间复用步骤的复用结构与过程。基本复用单元复用单元实际上是一种信息结构。常用的复用单元有容器（C）、虚容器（VC
14、）、管理单元（AU）、管理单元组（AUG）、支路单元（TU）、支路单元组（TUG）等。容器C概念：它是一种装载各种速率业务信号的信息结构.容器种类：5种标准容器。C-11 1.544Mb/s C-12 2.048Mb/s C-2 6.312Mb/s C-3 34.368(或44.736)Mb/s C-4 139.264Mb/s 我国SDH复用结构说明： 复用： 映射： 定位：结论：支持三种支路接口2Mb/s、34Mb/s和140Mb/s。说明：关于通道、复用段、再生段的说明REGREGTMTM图5-5 SDH传输系统中通道、复用段、再生段间的关系 5、SDH网元 SDH网络的基本网络单元：TM
15、、ADM、DXC、REG四种 6、SDH光传输系统（1） 系统结构 最基本结构（2） 自愈环 单向环与双向环： 通道环与复用环：（3）网络误码性能 技术指标：ESR、SESR、BBE 7、SDH传送网第3部分 基于WDM的光传送网主要内容： 光波分复用的概念及特点波分复用系统1、光波分复用的概念及特点 （1）基本概念 WDM光波分复用是指将两种或多种各自携带有大量信息的不同波长的光载波信号，在发射端经复用器汇合，并将其耦合到同一根光纤中进行传输，在接收端通过解复用器对各种波长的光载波信号进行分离，然后由光接收机做进一步的处理，使原信号复原。分类：DWDM：波长间隔0.82nmCWDM：波长间隔
16、10nmWDM： 2、波分复用系统（1）WDM系统要求 G.655非零色散位移单模光纤非零色散单模光纤（2）波分复用系统结构 图5-14 WDM系统总体结果示意图（3）WDM系统的基本应用形式 (4) WDM网络的关键设备 OTM光终端复用器 功能：上下波长OADM的功能 OXC 3、基于WDM的光传送网 （1）WDM光传送网分层结构图 5-27 WDM光传送网的功能分层模型图光通道层所接收的信号来自电通道层光复用段层主要负责为两个相邻波长复用器之间的多波长信号提供连接功能。光传输段层为各种不同类型的光传输媒质（如G.652、G.653、G.655光纤）上所携带的光信号提供传输。说明：光层：光
17、通道层、光复用段层和光传输段层构成。（2）光通道网络 光通道网络是基于波长路由的网络.它是根据光波长来识别每一个光通道，并可以在光域上完成基于波长路由的光信号处理。 光通道层的逻辑功能模型 图 5-28 WDM 光传送网的逻辑功能块图各部分功能：光复用段保护、光通道连接。第4部分 基于SDH的多业务传送平台(MSTP) 主要内容：MSTP的基本概念及特点 MSTP中的关键技术级联链路容量调整方案(LCAS)通用成帧（GFP）协议 多业务传送平台4.1 MSTP的基本概念及特点1、MSTP的基本概念MSTP是指能够同时实现TDM、ATM、以太网等业务的接入、处理和传送功能，并能提供统一网管的、基
18、于SDH的平台。基于SDH的多业务传送平台的功能模型：2、MSTP的技术特点：4.2 MSTP中的关键技术一、级联与虚级联1、级联与虚级联的概念概念：级联是一种组合过程，通过将几个C-n的容器组合起来，构成一个大的容器来满足数据业务传输的要求，这就是级联。级联种类：下面以VC-4的级联为例进行说明。相邻级联的概念：是指利用同一个STM-N中相邻的VC-4级联成VC-4-Xc，以此作为一个整体信息结构进行传输。虚级联的概念：是指将分布在同一个STM-N中不相邻的VC-4或分布在不同STM-N中的VC-4按级联关系构成VC-4-Xv,以这样一个整体结构进行业务信号的传输。2、VC-4相邻级联与虚级
19、联的实现（1）VC-4的相邻级联 VC-4的相邻级联标志：通过AU-4指针内的级联指示字节H4表示。VC-4-Xc的结构模型： 图7-2 VC-4-Xc结构（2）VC-4的虚级联VC-4的虚级联标志：通过AU-4指针内的级联指示字节H4表示。二、链路容量调整方案(LCAS)LCAS协议性质：是一种双向协议。三、通用成帧（GFP）协议概念：GFP是一种先进的数据信号适配、映射技术，可以透明地将上层的各种数据信号封装为可以在SDH/OTN传输网络中有效传输的信号。第5部分 城域光网络 主要内容：城域网的概念 骨干层传输技术5.1城域网的概念 概念：城域网是在一个城市内的各分布节点间传输信息的本地分配网络。 城域网的分层结构：采用分层结构， 核心层、汇聚层、接入层 图6-1宽带IP网络示意图3.2骨干层传输技术IP over SDH、IP over WDM、GE、MSTP