傳輸基礎(chǔ)知識介紹 網(wǎng)絡(luò)部傳輸數(shù)據(jù)組 二 00九年十一月三日 光纖傳輸基本原理 光纖通信所用的光波長范圍在 800 1600 光的傳播是通過電場、磁場的狀態(tài)隨時間變化的規(guī)律表現(xiàn)出來的。 光纖心線的剖面結(jié)構(gòu)示意圖 2塑）裸光纖橫截面結(jié)構(gòu)示意圖 光纖心線的橫截面結(jié)構(gòu)示意圖 光 纖 光纖的傳播模式 在光纖的數(shù)值 孔徑角內(nèi)，以某一角度射入光纖端面，并能在光纖的纖芯到包層界面上形成全反射的傳播光線就可稱為一個光的 傳輸模式 。 高次模 基模 低次模 光纖的傳輸特性 衰減 色散 偏振模色散 光纖的非線性效應(yīng) 衰 減 衰減表明光纖對光能的傳輸損耗。 光在光纖中傳播時，平均光功率沿光纖長度按照指數(shù)規(guī)律減少 : P(L)=P(0)10( L/10) 式中： P(0)在 L 0處注入光纖的光功率 P(L)傳輸?shù)捷S向距離 衰減系數(shù) （ L） (10/L) P(L)/P(0) dB/減譜 衰減系數(shù)與波長的函數(shù)關(guān)系 衰減起因 損耗 本征 非本征 吸收 紫外吸收 金屬離子 紅外吸收 射 瑞利散射 波導(dǎo)缺陷 米氏散射 受激布里淵散射 受激拉曼散射 色 散 光纖中的信號是由不同的頻率成分和不同的模式成分來攜帶的，這些不同的頻率成分和不同的模式成分的傳輸速度不同，從而引起 色散 脈沖展寬 T 色散的種類 (1)材料色散 ：材料的折射率是波長的非限性函數(shù) ， 使得光的傳播速度隨波長而改變 。 由此引起的色散叫材料色散 。 (2)波導(dǎo)色散： 同一模式的相位常數(shù)隨波長而變 ， 而引起的色散 。 (3)模式色散： 多模光纖中 ， 即使在同一波長 ， 不同模式的傳播速度也不同 ， 由此引起的色散 。 又稱模式色散 。 (4)偏振模色散 ：單模光纖中實際存在偏振方向相互正交的兩個基模 。 當(dāng)光纖存在雙折射時 ， 這兩個模式的傳輸速度不同 ， 由此而引起的色散即偏振模色散 。 光纖的類型 多模光纖 ：纖芯直徑為 50在一定的工作波長下，有多個模 式在光纖中傳輸 單模光纖 ：纖芯直徑很小，約 4理論上只傳輸一種模式 單模光纖 標(biāo)準(zhǔn)單模光纖（ 色散位移單模光纖（ 1550 非零色散位移光纖（ 色散補(bǔ)償光纖（ 色散平坦光纖 標(biāo)準(zhǔn)單模光纖（ 簡單階躍匹配包層型 簡單階躍下凹內(nèi)包層型 相對折射率差 偏低 高的 能大大改變光纖的抗彎性 ， 損耗 光纖抗彎性稍差 零色散波長在 1310波長 1550 標(biāo)準(zhǔn)單模光纖（ 在我國占 99%以上。雖稱 1310絕大 部分卻用于 1550 原因是在 1310大器。 它可傳輸 基群的 傳輸 10G，面臨色散受限的難題（色度色散與 色散位移單模光纖（ 實現(xiàn)了在 1550 可以 20需任何色散補(bǔ)償。 1550 選用純 最大優(yōu)點：在 1550 制造困難，價格昂貴，不實用。 非零色散位移光纖（ 1994年專門為 特定得最小色散保證抑制四波混頻非線性。 非零色散位移光纖（ 因既可傳輸 0G，又可傳以 0以近年倍受青睞。但 理想的 為在光纖的有效橫截面積與色散斜率二方面難以均衡。 目前， 國際統(tǒng)一規(guī)范。 大的有效面積，會有效地避免非線性效應(yīng)，但 將導(dǎo)致色散斜率的增加。 小的色散斜率將會便于色散的補(bǔ)償；但其有效 面積卻減小。 色散平坦光纖 制作難度大，且光纖衰減大，所以不實用。 色散補(bǔ)償光纖 色散問題嚴(yán)重阻礙 1310以研制了這種光纖。 在升級系統(tǒng)中加入很短得一段負(fù)色散光纖，即可抵消幾十公里常規(guī)光纖在 1550 光接口標(biāo)準(zhǔn)與參數(shù) 1、 光接口類型與代碼 . 第一類光接口 不含光放大器以及線路速率低于 10G/ . 第二類光接口 含光放大器以及線路速率達(dá)到 10G/ 光接口標(biāo)準(zhǔn)與參數(shù) . 光接口代碼： W ： I - 代表局內(nèi)通信 (2 S - 代表短距離通信 (20 L - 代長距離通信 (80 V - 代表甚長距離通信 (120 U - 代表超長距離通信 (160 y ：代表 Y=1、 4、 16、 64。 光接口標(biāo)準(zhǔn)與參數(shù) Z ：代表使用光纖類型與工作窗口； 1 作波長為 1310 2 作波長為 1550 3 作波長為 1550 5 作波長為 1550 例： 作在 550 傳輸速率為 作在 310 傳輸速率為 光纜結(jié)構(gòu)圖 一個將復(fù)接、線路傳輸、交叉連接及交換功能融為一體的，并由統(tǒng)一的網(wǎng)管系統(tǒng)進(jìn)行管理的綜合業(yè)務(wù)傳送網(wǎng)絡(luò) 涉及領(lǐng)域：長途通信、交換、接入、移動等等。 應(yīng)用趨勢：逐步從長途通信、市話局間中繼通信轉(zhuǎn)向用戶網(wǎng)。 一） 沒有國際統(tǒng)一的速率標(biāo)準(zhǔn) 22M、 8M、 34M、 140M、 565M； 美： 45M、 274M； 日本： 32M、 100M； 沒有國際統(tǒng)一的光接口規(guī)范（多種碼型變換方案） 上下電路需大量硬件、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高： 需要用硬件進(jìn)行逐級復(fù)用與解復(fù)用（背靠背）； 網(wǎng)絡(luò)的 足夠的開銷字節(jié) 。 準(zhǔn)同步數(shù)字系列 (400Mb/s 100Mb/s 32Mb/s s 日本系列 274Mb/s 45Mb/s s 565Mb/s 139Mb/s 34Mb/s 8Mb/s 2 Mb/s s 北美系列 歐洲系列 4 4 4 4 4 4 3 5 6 7 4 s 分插信號流程的比較 二） 優(yōu)點： 速率統(tǒng)一： 155M、 622M、 10G； 光接口與幀結(jié)構(gòu)統(tǒng)一： N=1、 4、 16、 64）； 一步復(fù)用特性：可從高速信號中直接提取 /接入低速信號 強(qiáng)大的 能力實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)管理的智能化： 豐富的開銷（碼流量的 5%）、強(qiáng)大的軟件技術(shù)； 組網(wǎng)靈活、網(wǎng)絡(luò)的生存性強(qiáng)： 可組多種類型網(wǎng)絡(luò)、具有自愈能力、可在線升級； 前、后向兼容。 缺點： 帶寬利用率稍低，如 1553個 2個 34M。 為同步傳送模塊 具有頁狀矩形幀結(jié)構(gòu) 。 等級 S T M - 1 S T M - 4 S T M - 1 6 S T M - 6 4速率（ M b i t / s ） 1 5 5 . 5 2 0 6 2 2 . 0 8 0 2 4 8 8 . 3 2 0 9 9 5 3 . 2 8 0四） . 終端復(fù)用器 線形網(wǎng)的端站，把 路信號復(fù)用成 反之。 路信號 M 五） . 分插復(fù)用器 在網(wǎng)絡(luò)的中間局站，完成直接上、下電路功能 。 側(cè)線路信號 側(cè)線路信號 六） . 再生器 在網(wǎng)絡(luò)的中間局站，目的是延長傳輸距離，但不能上、下電路。 側(cè)線路信號 西側(cè)線路信號 七） . 數(shù)字交叉連接設(shè)備 有同步復(fù)用、分插、交叉連接、網(wǎng)絡(luò)的自動 恢復(fù)與保護(hù)等多項功能的 備。 八） . 線形網(wǎng) M . 樹形網(wǎng) M M 九） . 環(huán)形網(wǎng) 輸方向 9 270 1 3 4 5 9 9 N 261 N 傳輸方向270 N （含少量 信息凈負(fù)荷（含少量 ）行、 270列共 2430個字節(jié)組成。傳送時按由左到右、由上至下的順序進(jìn)行，直到整個幀傳送完畢。每秒傳送 8000幀。因此其傳輸速率為： 270 9 8 8000=s 信息凈負(fù)荷區(qū)域是幀結(jié)構(gòu)中存放各種信息容量的地方。 凈負(fù)荷中包含通道開銷（ 復(fù)用段開銷 能在管理單元組 管理指針 來指示信息凈負(fù)荷的第 1個字節(jié)在 便在接收端正確地分解。 再生段開銷 可在終端設(shè)備接入 。 段開銷 要供網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行、管理和維護(hù)使用。由再生段開銷 分層的好處 虛容器 N 1 140Mb/s 45Mb/s 34Mb/s s 2Mb/s s 3 3 4 1 容器 支路單元 管理單元 支路單元組 管理單元組 同步傳送模塊 定位校準(zhǔn) 復(fù) 用 映 射 我國采用的復(fù)用映射結(jié)構(gòu) 虛容器 N 1 140Mb/s 34Mb/s 3 容器 支路單元 管理單元 支路單元組 管理單元組 同步傳送模式 定位校準(zhǔn) 復(fù)用 2Mb/s 映射 歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會采用的復(fù)用映射結(jié)構(gòu)是 高階虛容器中沒有 國選用的是歐洲復(fù)用映射結(jié)構(gòu)。 支路單元和管理單元 支路單元 （ 是一種為低階通道層與高階通道層提供適配功能的信息結(jié)構(gòu) ，它由低階 組成 。 管理單元 （ 是一種為高階通道層與復(fù)用段層提供適配功能的信息結(jié)構(gòu) ， 它由高階 組成 。 指針 但 映射 將各種支路信號適配裝入相應(yīng)的虛容器 它的實質(zhì)就是使各種支路信號與相應(yīng) 便使 用和交叉連接的實體。 定位調(diào)整 指明低階 階 U/ 設(shè)置指針可以為 U）幀內(nèi)的定位提供一種靈活和動態(tài)的方法，因而指針能夠容納 復(fù)用 將多個支路單元（ 配到高階 過程稱為復(fù)用。 這里的復(fù)用是同步復(fù)用。 映射復(fù)用過程 N 1 Mb/s 碼速調(diào)整 U U 復(fù)用 7復(fù)用 復(fù)用 155M） 622M） 1個 1 140M） 3個 3 34M） 63個 63 2M） 4個 4 140M） 12個 12 34M） 252個 252 2M） 開銷 ：為保證信息凈負(fù)荷正常靈活傳送所必 須附加的額外的消費(fèi)字節(jié)。 復(fù)用段 ： 再生段 ： 通道 ：高 /低階通道開銷的插入點和分解點之間的路由途徑稱為通道。 開銷、復(fù)用段、再生段、及通道的定義 開銷的分類 再生段開銷（ 復(fù)用段開銷（ 高階通道開銷（ 低階通道開銷（ 段開銷（ 通道開銷（ 開銷 2 1 1 4 7 10 0 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 123456789 定位字節(jié) 2：用于識別幀的起始位置。 再生段誤碼監(jiān)視字節(jié) 用于再生段誤碼監(jiān)視。 復(fù)用段誤碼監(jiān)視字節(jié) 24）：用于復(fù)用段誤碼監(jiān)視。公務(wù)字節(jié) 2： 用來提供公務(wù)聯(lián)絡(luò)語聲通路。 使用者通路 特定維護(hù)目的而提供臨時數(shù)據(jù) /語聲通路 。再生段蹤跡字節(jié)：該字節(jié)重復(fù)發(fā)送“段接入點識別符”，以便讓接收機(jī)確認(rèn)它與預(yù)定的發(fā)送端是否處于持續(xù)的連接狀態(tài) 。 自動保護(hù)倒換（ 路 2：用作復(fù)用段 復(fù)用段遠(yuǎn)端誤碼指示（ 節(jié) 字節(jié)用來傳送由 與傳輸媒質(zhì)有關(guān)的特定字節(jié) ： 至第 8比特表示同步消息，可以表示 16種不同的同步時鐘質(zhì)量等級。用于時鐘自動倒換，防止時鐘成環(huán) 數(shù)據(jù)通信通路（ 用來構(gòu)成 數(shù)據(jù)通信通路（ ）：用來構(gòu)成 管理網(wǎng)的傳送鏈路 。 通道 1+1保護(hù)是以通道為基礎(chǔ)的，倒換與 否按分出的每一通道信號質(zhì)量的優(yōu)劣而定。 通常利用簡單的通道 據(jù)，而不需 換時間不超過 10 通道 1+1保護(hù)使用并發(fā)優(yōu)收原則。插入時 ，通道業(yè)務(wù)信號同時饋入工作通路和保護(hù)通 路；分出時，同時收到工作通路和保護(hù)通路 兩個通道信號，按其信號的優(yōu)劣來選擇一路 作為分路信號。 W P 并發(fā) 優(yōu)收 通 道 1+1 保 護(hù) L 復(fù)用段保護(hù)是以復(fù)用段為基礎(chǔ)的，倒換與否按每兩站間的復(fù)用段信號質(zhì)量 的優(yōu)劣而定。當(dāng)復(fù)用段出故障時，整個站間的業(yè)務(wù)信號都轉(zhuǎn)到保護(hù)通路，從而 達(dá)到保護(hù)的目的。 復(fù)用段 1+1保護(hù)方式，業(yè)務(wù)信號發(fā)送時同時跨接在工作通路和保護(hù)通路。正 常時從工作通路接收業(yè)務(wù)信號，復(fù)用段故障時，自動切換到保護(hù)通路接收業(yè)務(wù) 信號。系統(tǒng)的復(fù)用段 1+1保護(hù)為單向或雙向切換復(fù)原模式。 S L S 復(fù) 用 段 1+1 保 護(hù) 復(fù)用段 1:1保護(hù)，業(yè)務(wù)信號并不總是同時跨接在工作通路和保護(hù)通路上的所以 還可以在保護(hù)通路上開通額外業(yè)務(wù)信號。當(dāng)工作通路發(fā)生故障時，保護(hù)通路將甩 掉額外業(yè)務(wù)，根據(jù) 過跨接和切換操作，完成業(yè)務(wù)信號的保護(hù)。系統(tǒng)的 復(fù)用段 1:1保護(hù)為雙向切換復(fù)原模式。 L 主業(yè)務(wù) L 業(yè)務(wù) 外業(yè)務(wù) 額外業(yè)務(wù) 復(fù) 用 段 1： 1 保 護(hù) A P P W A B C D A P P W A B C D 倒換 二纖單向通道倒換環(huán)的保護(hù)方式與通道 1+1保護(hù)相同，也是基于并發(fā)優(yōu) 收的原則，以 需要 a. 正常工作時 b. 出現(xiàn)故障時 二 纖 單 向 通 道 倒 換 環(huán) A P P W A B C D A P P W A B C D 倒換 每一節(jié)點在支路信號分插功能前的每一高速線路上都有一倒換開關(guān)當(dāng) 間的光纜故障時，節(jié)點 的保護(hù)倒換開關(guān)將利用 環(huán)回 倒換功能能保證在故障情況下仍維持環(huán)的連續(xù)性，使業(yè)務(wù)信號不產(chǎn)生中斷。 a. 正常工作時 b. 出現(xiàn)故障時 二 纖 單 向 復(fù) 用 段 倒 換 環(huán) C C A C D B C C A C D B 倒換 有兩根業(yè)務(wù)光纖 (一收一發(fā) )和兩根保護(hù)光纖 (一收一發(fā) )。當(dāng) 光纜被切斷時，利用 節(jié)點中兩根倒換開關(guān)執(zhí)行環(huán)回功能，維 持環(huán)回功能。 a.