12011年3月光通信基礎(chǔ)知識2提綱SDH技術(shù)光纖與光纜光的基本知識光接入技術(shù)WDM技術(shù)室內(nèi)光纜3培訓(xùn)目標(biāo)了解光學(xué)的基本原理；掌握光纖的特性；了解光纖通信基本原理；了解光纖通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；4第一章光學(xué)原理1.1光的概念1.2光的傳播51.1光的概念光是一種能量形態(tài)，它可以從一種物體傳播到另一種物體而不需要任何物體作為媒介。關(guān)于光的學(xué)術(shù)解釋大致分為三種:即輻射學(xué)、波動學(xué)和量子學(xué)，而對光的描述用波動學(xué)則最為恰當(dāng)。光的本質(zhì)是電磁波，而人們可見的光波則是電磁波頻譜中很小的一個波段，它的波長范圍在380nm到780nm之間，波長小于380nm的波又分別稱為紫外線X射線和伽馬射線，而波長大于380nm的波則分別稱為紅外線和無線電波。光纖通信的波譜在1.67×1014Hz～3.75×1014Hz之間，即波長在0.8μm～1.8μm之間，屬于紅外波段，將0.8μm～0.9μm稱為短波長，1.0μm～1.8μm稱為長波長，2.0μm以上稱為超長波長。1.1光的概念61.1光的概念光波波譜圖71.1光的概念各種單位的換算公式c＝3×108m/s(真空)1MHz（兆赫）＝106Hzλ＝c/f1GHz（吉赫）＝109Hz1μm（微米）＝10?6m1THz（太赫）＝1012Hz1nm（納米）＝10?9m1PHz（拍赫）＝1015Hz1?（埃）＝10?10m81.2光的傳播光在同一媒介中沿直線傳播,在不同媒介中,光的傳播速度是不同的,在真空中的傳播速度為30萬公里/秒。光在真空中的傳播速度與光在媒介中的傳播速度之比值稱之為該媒介的折射率。光的傳播速度=波長×頻率，c＝f×λ。光的頻率：光每秒鐘波動的次數(shù)，也可以定義為光每秒鐘通過某一固定點的波數(shù)。不同波長的光，其頻率是不同的，而同一波長的光在不同的媒介中其頻率是固定的。但同一種光在不同的媒介中其波長是不同的。1.2.1光的傳播91.2光的傳播光在相對于其波長為光滑的界面上所產(chǎn)生的反射為鏡面反射。在鏡面反射的情況下：1、入射線、反射線和過入射點的界面法線位于同一平面內(nèi)；2、入射線和界面法線的夾角與反射線和界面法線的夾角相等，并分別位于法線的兩側(cè)。

1.2.2光的鏡面反射定律1.2.3光的折射定律光線穿過光滑界面進入第二種媒介時,其傳播方向遵循以下規(guī)律:1、入射線、折射線和過入射點的界面法線位于同一平面內(nèi)；2、假設(shè)入射線和界面法線的夾角為B1,折射線和界面法線的夾角為B2,入射光線所處的媒介的折射率為n1,折射光線所處的媒介的折射率為n2,則入射線和折射線分別位于界面法線的兩側(cè)且滿足：n1*sin(B1)=n2*sin(B2)。

101.2光的傳播光的反射、折射111.2光的傳播光線由高折射率媒介進入低折射率媒介,當(dāng)折射線的折射角B2達(dá)到90度時,此時入射線的入射角B1就被稱為折射零界角。如果光線的入射角大于零界角時,就不會有折射光線了,此時光線被全部反射了,這種現(xiàn)象被稱為全反射。光纖通信就是利用光的全反射原理設(shè)計的。1.2.4光的全反射121.2光的傳播光在絕對真空中，能量不會被吸收，但在其他媒介中，光有可能轉(zhuǎn)化為熱能，也有能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能或其他能量形式，這種現(xiàn)象稱為媒介對光的吸收。某些材料，它可以讓特定波長的波通過而將其他波長的波吸收，利用這一特性便可制作濾光片。在某種特定條件下，某些媒介對光的吸收為負(fù)值，光線通過該媒介時，光強會增加，當(dāng)然需要給該媒介補充額外的能量，這就是激光器的制造原理。1.2.5光的吸收131.2光的傳播1.2.6光的散射1.2.7光的漫反射與漫透射光在不均勻的媒介中傳播時，無數(shù)雜亂無章的界面會對光進行多次無序的反射和折射，這種現(xiàn)象稱為散射。當(dāng)光線遇到某一媒介表面，該媒介表面的粗糙度與光的波長接近或略大于時光的波長時，光線便會向四面八方散開，散開的光線有的回到原媒介，稱為漫反射，有的進入該媒介，稱為漫透射。141.2光的傳播1.2.8光的偏振1.2.9光的干涉現(xiàn)象1.2.10光的衍射光波有垂直于光傳播方向的電場,對于每一個光波,都有一個由場方向和傳播方向組成的平面,那就是波的偏振面。大多數(shù)光源發(fā)出的光都是非偏振光,這種光波的扁振面是雜亂無章的。某些透明晶體僅對便振面在某一特定方向上的光波有透射，通過這種晶體透射出光，稱為偏振光。

當(dāng)兩個波長相同，相位固定的波相遇時，同相位的光波會相互疊加而異相位的光波則相互抵消，這種現(xiàn)象就是光的干涉。

光線繞著障礙物邊緣發(fā)生彎曲的現(xiàn)象，稱為光的衍射。光譜分析儀就是利用光的干涉和衍射原理制作的。

15第二章光纖與光纜2.3光纖的傳輸特性2.2光纖的導(dǎo)光原理2.1光纖的結(jié)構(gòu)和分類2.4光纜的結(jié)構(gòu)和種類162.1光纖的結(jié)構(gòu)和分類2.1.1光纖的結(jié)構(gòu)

1.光纖結(jié)構(gòu)光纖由纖芯、包層和涂覆層3部分組成，如圖2-1所示。圖2-1光纖的結(jié)構(gòu)172.1光纖的結(jié)構(gòu)和分類（1）纖芯：纖芯位于光纖的中心部位。直徑d1=4μm～50μm，單模光纖的纖芯為4μm～10μm，多模光纖的纖芯為50μm。纖芯的成分是高純度SiO2，摻有極少量的摻雜劑（如GeO2，P2O5），作用是提高纖芯對光的折射率（n1），以傳輸光信號。（2）包層：包層位于纖芯的周圍。直徑d2=125μm，其成分也是含有極少量摻雜劑的高純度SiO2。而摻雜劑（如B2O3）的作用則是適當(dāng)降低包層對光的折射率（n2），使之略低于纖芯的折射率，即n1＞n2，它使得光信號封閉在纖芯中傳輸。2.1.1光纖的結(jié)構(gòu)182.1光纖的結(jié)構(gòu)和分類

（3）涂覆層：光纖的最外層為涂覆層，包括一次涂覆層，緩沖層和二次涂覆層。一次涂覆層一般使用丙烯酸酯、有機硅或硅橡膠材料；緩沖層一般為性能良好的填充油膏；二次涂覆層一般多用聚丙烯或尼龍等高聚物。涂覆的作用是保護光纖不受水汽侵蝕和機械擦傷，同時又增加了光纖的機械強度與可彎曲性，起著延長光纖壽命的作用。涂覆后的光纖其外徑約1.5mm。通常所說的光纖為此種光纖。2.1.1光纖的結(jié)構(gòu)192.1光纖的結(jié)構(gòu)和分類2.1.2光纖的分類

1.按光纖的材料分類（1）石英光纖；(2）全塑光纖；

2.按光纖截面上折射率分布分類（1）階躍型光纖；（2）漸變型光纖；圖2-2光纖的折射率分布20

光在階躍折射率光纖和漸變折射率光纖的傳播軌跡分別如圖2-3和圖2-4所示。圖2-3光在階躍折射率多模光纖中的傳播圖2-4光在漸變折射率多模光纖中的傳播2.1光纖的結(jié)構(gòu)和分類212.1光纖的結(jié)構(gòu)和分類3、按傳輸模數(shù)分類按傳輸模的數(shù)量不同，光纖分為多模光纖和單模光纖。傳播模式概念：當(dāng)光在光纖中傳播時，如果光纖纖芯的幾何尺寸遠(yuǎn)大于光波波長時，光在光纖中會以幾十種乃至幾百種傳播模式進行傳播。如圖2-5中所示。這些不同的光束稱為模式。圖2-5光在階躍折射率光纖中的傳播222.1光纖的結(jié)構(gòu)和分類（1）多模光纖當(dāng)光纖的幾何尺寸（主要是芯徑d1）遠(yuǎn)大于光波波長時（約1μm），光纖傳輸?shù)倪^程中會存在著幾十種乃至幾百種傳輸模式，這樣的光纖稱為多模光纖。如圖2-3和圖2-4所示。（2）單模光纖當(dāng)光纖的幾何尺寸（主要是芯徑d1

）較小，與光波長在同一數(shù)量級，如芯徑d1在4μm～10μm范圍，這時，光纖只允許一種模式（基模）在其中傳播，其余的高次模全部截止，這樣的光纖稱為單模光纖。如圖2-6所示。圖2-6光在單模光纖中的傳播軌跡232.1光纖的結(jié)構(gòu)和分類4、按照ITU-T關(guān)于光纖的建議標(biāo)準(zhǔn)分類（1）G.652光纖

G.652光纖，也稱標(biāo)準(zhǔn)單模光纖（SMF），是指色散零點（即色散為零的波長）在1310nm附近的光纖。它的折射率分布如圖2-7所示。圖（a）表示的階躍折射率設(shè)計稱為匹配包層型，圖（b）表示的階躍折射率設(shè)計被稱為凹陷包層型。

圖2-7G.652光纖的折射率242.1光纖的結(jié)構(gòu)和分類4、按照ITU-T關(guān)于光纖的建議標(biāo)準(zhǔn)分類

（2）G.653光纖

G.653光纖也稱色散位移光纖（DSF），是指色散零點在1550nm附近的光纖，它相對于G.652光纖，色散零點發(fā)生了移動，所以叫色散位移光纖。（3）G.654光纖

G.654光纖是截止波長移位的單模光纖。其設(shè)計重點是降低1550nm的衰減，其零色散點仍然在1310nm附近，因而1550nm窗口的色散較高。G.654光纖主要應(yīng)用于海底光纖通信。（4）G.655光纖

由于G.653光纖的色散零點在1550nm附近，DWDM系統(tǒng)在零色散波長處工作易引起四波混頻效應(yīng)。為了避免該效應(yīng)，將色散零點的位置從1550nm附近移開一定波長數(shù)，使色散零點不在1550nm附近的DWDM工作波長范圍內(nèi)。這種光纖就是非零色散位移光纖（NDSF）。

252.1光纖的結(jié)構(gòu)和分類4、按照ITU-T關(guān)于光纖的建議標(biāo)準(zhǔn)分類

（5）G.656光纖

G．656光纖是一種寬帶非零色散平坦光纖，其特點在工作波長范圍內(nèi)色散應(yīng)該大于所要求的非零值，有效面積合適，色散斜率基本為零。G.656光纖既可以顯著降低系統(tǒng)的色散補償成本，又可以發(fā)掘光纖潛在的巨大帶寬，可以保證通道間隔100GHz、40Gbit/s系統(tǒng)至少傳輸400km。（6）G.657光纖

G.657彎曲不敏感單模光纖同時具有極好的彎曲能力和低水峰。G.657光的抗彎曲性能在1800nm工作窗口范圍內(nèi)抑制了附加損耗。不僅適合L波段使用，而且易于安裝，尤其是在光纖到戶的網(wǎng)絡(luò)中，光纖的彎曲半徑能滿足沿最小的墻角甫設(shè)。不僅如此，G.657光纖的模場直徑與標(biāo)準(zhǔn)的G.652單模光纖一致，這使其與G.652光纖有低的連接損耗，包括熔接損耗和插損等。適用于FTTH。262.2.1折射和折射率

光線在不同的介質(zhì)中以不同的速度傳播，描述介質(zhì)的這一特征的參數(shù)就是折射率，或稱折射指數(shù)。折射率可由下式確定：

n=c/v

其中ν是光在某種介質(zhì)中的速度，с是光在真空中的速度。在折射率為n的介質(zhì)中，光傳播速度變?yōu)閏/n，光波長變?yōu)?/p>

0/n（

0表示光在真空中的波長）。表2-1中給出了一些介質(zhì)的折射率。表2-1不同介質(zhì)的折射率材料空氣水玻璃石英鉆石折射率1.0031.331.52～1.891.432.422.2光纖的導(dǎo)光原理27

當(dāng)一條光線照射到兩種介質(zhì)相接的邊界時，入射光線分成兩束：反射光線和折射光線（如圖2-9所示）。圖2-8光的折射圖2-9光的反射斯涅耳定律給出了定義這些光線方向的規(guī)則：

1=

3

n1sin

1=n2sin

2

全反射是光信號在光纖中傳播的必要條件。2.2光纖的導(dǎo)光原理282.2.2光的偏振光波屬于橫波，即光的電磁場振動方向與傳播方向垂直。如果光波的振動方向始終不變，只是光波的振幅隨相位改變，這樣的光稱為線偏振光，如圖2-10（c）和圖2-10（d）所示。從普通光源發(fā)出的光不是偏振光，而是自然光，如圖2-10（a）所示。自然光在傳播的過程中，由于外界的影響在各個振動方向的光強不相同，某一個振動方向的光強比其他方向占優(yōu)勢，這種光稱為部分偏振光，如圖2-10（b）所示。2.2光纖的導(dǎo)光原理圖2-10光的偏振292.3.1衰減

衰耗系數(shù)是多模光纖和單模光纖最重要的特性參數(shù)之一，在很大程度上決定了多模和單模光纖通信的中繼距離。

衰耗系數(shù)的定義為：每公里光纖對光信號功率的衰減值。其表達(dá)式為：

a=10lgPi/Po單位為dB/km

其中：Pi為輸入光功率值（W瓦特）；

Po為輸出光功率值（W瓦特）；

如某光纖的衰耗系數(shù)為a=3dB/km，則Pi/Po=2，意味著經(jīng)過一公里光纖傳輸后，其光信號功率值減小了一半。長度為L公里的光纖總的衰耗值為A=aL。

光纖產(chǎn)生衰耗的原因很多，主要有：吸收衰耗、散射衰耗、其它衰耗（包括微彎曲衰耗等）。

2.3光纖的傳輸特性302.3.2色散

當(dāng)一個光脈沖從光纖中輸入，經(jīng)過一段長度的光纖傳輸之后，其輸出端的光脈沖會變寬，甚至有了明顯的失真，這說明光纖對光脈沖有展寬的作用，即光纖存在色散。這主要是光脈沖的前端和后端在光纖中傳輸?shù)木嚯x不一致，導(dǎo)致脈沖變寬。

光纖的色散可以分為三部分，即模式色散、材料色散和波導(dǎo)色散。

模式色散：主要對多模光纖而言，對單模光纖來說，因只有一個模式傳播，不存在模式色散的問題。定義為;多模光在多模光纖中傳輸時會存在許多種傳輸模式，而每種傳輸模式具有不同的傳播速度和相位，因此雖然在輸入端同時輸入光脈沖信號，但到達(dá)接收端時的時間卻不一致，于是產(chǎn)生了脈沖展寬的現(xiàn)象，叫模式色散。

材料色散：是指組成光纖的材料二氧化硅本身所產(chǎn)生的色散。

波導(dǎo)色散：波導(dǎo)色散是指由光纖的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)所引起的色散。

2.3光纖的傳輸特性312.3.3光纖傳輸?shù)姆蔷€性效應(yīng)光纖中的非線性效應(yīng)包括：①散射效應(yīng)（受激布里淵散射SBS和受激拉曼散射SRS等）;②與克爾效應(yīng)相關(guān)的影響，即與折射率密切相關(guān)（自相位調(diào)制SPM、交叉相位調(diào)制XPM、四波混頻效應(yīng)FWM），其中四波混頻、交叉相位調(diào)制對系統(tǒng)影響嚴(yán)重。

2.3光纖的傳輸特性321．光纜的結(jié)構(gòu)光纜由纜芯、護層和加強芯組成。（1）纜芯纜芯由光纖的芯數(shù)決定，可分為單芯型和多芯型兩種。（2）護層護層主要是對已成纜的光纖芯線起保護作用，避免受外界機械力和環(huán)境損壞。護層可分為內(nèi)護層（多用聚乙烯或聚氯乙烯等）和外護層（多用鋁帶和聚乙烯組成的LAP外護套加鋼絲鎧裝等）。（3）加強芯加強芯主要承受敷設(shè)安裝時所加的外力。2.4光纜的結(jié)構(gòu)和種類2.4.1光纜的結(jié)構(gòu)331．按傳輸性能、距離和用途分可分為市話光纜、長途光纜、海底光纜和用戶光纜。2．按光纖的種類分可分為多模光纜、單模光纜。3．按光纖套塑方法分可分為緊套光纜、松套光纜、束管式光纜和帶狀多芯單元光纜。4．按光纖芯數(shù)多少分可分為單芯光纜、雙芯光纜、四芯光纜、六芯光纜、八芯光纜、十二芯光纜和二十四芯光纜等。2.4光纜的結(jié)構(gòu)和種類2.4.2光纜的種類345．按加強件配置方法分光纜可分為中心加強構(gòu)件光纜（如層絞式光纜、骨架式光纜等）、分散加強構(gòu)件光纜（如束管兩側(cè)加強光纜和扁平光纜）、護層加強構(gòu)件光纜（如束管鋼絲鎧裝光纜）和PE外護層加一定數(shù)量的細(xì)鋼絲的PE細(xì)鋼絲綜合外護層光纜。6．按敷設(shè)方式分光纜可分為管道光纜、直埋光纜、架空光纜和水底光纜。7．按護層材料性質(zhì)分光纜可分為聚乙烯護層普通光纜、聚氯乙烯護層阻燃光纜和尼龍防蟻防鼠光纜。2.4光纜的結(jié)構(gòu)和種類2.4.2光纜的種類358．按傳輸導(dǎo)體、介質(zhì)狀況分光纜可分為無金屬光纜、普通光纜和綜合光纜。9．按結(jié)構(gòu)方式分光纜可分為扁平結(jié)構(gòu)光纜、層絞式結(jié)構(gòu)光纜、骨架式結(jié)構(gòu)光纜、鎧裝結(jié)構(gòu)光纜（包括單、雙層鎧裝）和高密度用戶光纜等。10．目前通信用光纜可分為：（1）室(野)外光纜——用于室外直埋、管道、槽道、隧道、架空及水下敷設(shè)的光纜。（2）軟光纜——具有優(yōu)良的曲撓性能的可移動光纜。（3）室（局）內(nèi)光纜——適用于室內(nèi)布放的光纜。（4）設(shè)備內(nèi)光纜——用于設(shè)備內(nèi)布放的光纜。（5）海底光纜——用于跨海洋敷設(shè)的光纜。（6）特種光纜——除上述幾類之外，作特殊用途的光纜。

2.4光纜的結(jié)構(gòu)和種類2.4.2光纜的種類362.4光纜的結(jié)構(gòu)和種類2.4.3光纜的型號

光纜型號由它的型式代號和規(guī)格代號構(gòu)成，中間用一短橫線分開。（1）光纜型式由五個部分組成，如圖2-11所示。圖2-11光纜型式的組成部分372.4光纜的結(jié)構(gòu)和種類2.4.3光纜的型號圖中：Ⅰ：分類代號及其意義為：

GY——通信用室（野）外光纜；GR——通信用軟光纜；

GJ——通信用室（局）內(nèi)光纜；GS——通信用設(shè)備內(nèi)光纜；

GH——通信用海底光纜；GT——通信用特殊光纜。Ⅱ：加強構(gòu)件代號及其意義為：無符號——金屬加強構(gòu)件；F——非金屬加強構(gòu)件；

G——金屬重型加強構(gòu)件；H——非金屬重型加強構(gòu)件。382.4光纜的結(jié)構(gòu)和種類2.4.3光纜的型號Ⅲ：派生特征代號及其意義為：

D——光纖帶狀結(jié)構(gòu)；G——骨架槽結(jié)構(gòu)；

B——扁平式結(jié)構(gòu)；Z——自承式結(jié)構(gòu)。

T——填充式結(jié)構(gòu)。Ⅳ：護層代號及其意義為；

Y——聚乙烯護層；V——聚氯乙烯護層；

U——聚氨酯護層；A——鋁-聚乙烯粘結(jié)護層；

L——鋁護套； G——鋼護套；

Q——鉛護套； S——鋼-鋁-聚乙烯綜合護套；392.4光纜的結(jié)構(gòu)和種類2.4.3光纜的型號Ⅴ：外護層的代號及其意義為：外護層是指鎧裝層及其鎧裝外邊的外護層，外護層的代號及其意義如表2-2所示。

表2-2外護層代號及其意義代號鎧裝層（方式）代號外護層（材料）0無0無1——1纖維層2雙鋼帶2聚氯乙烯套3細(xì)圓鋼絲3聚乙烯套4粗圓鋼絲——5單鋼帶皺紋縱包——40

（2）光纜規(guī)格由五部分七項內(nèi)容組成，如圖2-12所示。圖2-12光纜的規(guī)格組成部分2.4光纜的結(jié)構(gòu)和種類41

圖中：

Ⅰ：光纖數(shù)目用1、2、……，表示光纜內(nèi)光纖的實際數(shù)目。

Ⅱ：光纖類別的代號及其意義。

J——二氧化硅系多模漸變型光纖；

T——二氧化硅系多模突變型光纖；

Z——二氧化硅系多模準(zhǔn)突變型光纖；

D——二氧化硅系單模光纖；X——二氧化硅纖芯塑料包層光纖； S——塑料光纖。

Ⅲ：光纖主要尺寸參數(shù)用阿拉伯?dāng)?shù)（含小數(shù)點數(shù)）及以μm為單位表示多模光纖的芯徑及包層直徑，單模光纖的模場直徑及包層直徑。2.4光纜的結(jié)構(gòu)和種類422.4光纜的結(jié)構(gòu)和種類

Ⅳ：帶寬、損耗、波長表示光纖傳輸特性的代號由a、bb及cc三組數(shù)字代號構(gòu)成。a——表示使用波長的代號，其數(shù)字代號規(guī)定如下：1——波長在0.85μm區(qū)域；2——波長在1.31μm區(qū)域；3——波長在1.55μm區(qū)域。注意，同一光纜適用于兩種及以上波長，并具有不同傳輸特性時，應(yīng)同時列出各波長上的規(guī)格代號，并用“/”劃開。bb——表示損耗常數(shù)的代號。兩位數(shù)字依次為光纜中光纖損耗常數(shù)值（dB/km）的個位和十位數(shù)字。cc——表示模式帶寬的代號。兩位數(shù)字依次為光纜中光纖模式帶寬分類數(shù)值（MHz·km）的千位和百位數(shù)字。單模光纖無此項。432.4光纜的結(jié)構(gòu)和種類Ⅴ：適用溫度代號及其意義。A——適用于?40℃～+40℃B——適用于?30℃～+50℃C——適用于?20℃～+60℃

D——適用于?5℃～+60℃44第三章SDH技術(shù)3.1SDH的技術(shù)背景3.2SDH的速率與幀結(jié)構(gòu)3.3SDH的復(fù)用結(jié)構(gòu)和步驟3.4SDH設(shè)備的邏輯組成3.5SDH的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)453.1SDH的技術(shù)背景3.1SDH的技術(shù)背景

1．PDH存在的主要問題（1）兩大體系，3種地區(qū)性標(biāo)準(zhǔn)，使國際間的互通存在困難。北美和日本采用以1.544Mbit/s為基群速率的PCM24路系列，但略有不同，中國采用以2.048Mbit/s為基群速率的PCM30/32路系列。如表3-1所示。（2）無統(tǒng)一的光接口，無法實現(xiàn)橫向兼容。（3）準(zhǔn)同步復(fù)用方式，上下電路不便。（4）網(wǎng)絡(luò)管理能力弱，建立集中式電信管理網(wǎng)困難。（5）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)缺乏靈活性（6）面向話音業(yè)務(wù)46表3-1 準(zhǔn)同步數(shù)字體系一次群（基群）二次群三次群四次群北美24路1.544Mbit/s96路（24×4）6.312Mbit/s672路（96×6）44.736Mbit/s4032路（672×6）274.176Mbit/s日本24路1.544Mbit/s96路（24×4）6.312Mbit/s480路（96×5）32.064Mbit/s1440路（480×3）97.782Mbit/s歐洲中國30路2.048Mbit/s120路（30×4）8.448Mbit/s480路（120×4）34.368Mbit/s1920路（480×3）139.264Mbit/s3.1SDH的技術(shù)背景473.1SDH的技術(shù)背景2．SDH的概念所謂SDH是一套可進行同步信息傳輸、復(fù)用、分插和交叉連接的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)字信號的結(jié)構(gòu)等級。

SDH網(wǎng)絡(luò)則是由一些基本網(wǎng)絡(luò)單元（NE）組成的，在傳輸媒質(zhì)上（如光纖、微波等）進行同步信息傳輸、復(fù)用、分插和交叉連接的傳送網(wǎng)絡(luò)。它的基本網(wǎng)元有終端復(fù)用器（TM）、分插復(fù)用器（ADM）、同步數(shù)字交叉連接設(shè)備（SDXC）和再生中繼器（REG）等。483.1SDH的技術(shù)背景3．SDH的優(yōu)勢

A、接口方面：SDH體制有一套標(biāo)準(zhǔn)的信息結(jié)構(gòu)等級，即有一套標(biāo)準(zhǔn)的速率等級。

B、復(fù)用方式：由于低速SDH信號是以字節(jié)間插方式復(fù)用進高速SDH信號的幀結(jié)構(gòu)中的，這樣就使低速SDH信號在高速SDH信號的幀中的位置是固定的、有規(guī)律的。

C、運行維護方面：SDH信號的幀結(jié)構(gòu)中安排了豐富的用于運行維護（OAM）功能的開銷字節(jié)，使網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控功能大大加強，也就是說維護的自動化程度大大加強。

D、統(tǒng)一的網(wǎng)管。491．SDH的速率

SDH采用一套標(biāo)準(zhǔn)化的信息結(jié)構(gòu)等級，稱為同步傳送模塊STM-N（N=1，4，16，64，…），相應(yīng)各STM-N等級的速率為

STM-1 155.520Mbit/s STM-4 622.080Mbit/s STM-16 2488.320Mbit/s STM-64 9953.280Mbit/s3.2SDH的速率與幀結(jié)構(gòu)502．SDH的幀結(jié)構(gòu)

SDH幀結(jié)構(gòu)是一種以字節(jié)為基本單元的矩形塊狀幀結(jié)構(gòu)，其由9行和270×N列字節(jié)組成，如圖3-1所示。幀周期為125

s。幀結(jié)構(gòu)中字節(jié)的傳輸是由左到右逐行進行。對于STM-1而言，其信息結(jié)構(gòu)為9行×270列的塊狀幀結(jié)構(gòu)，傳輸速率：fb=9×270×8×8000=155.520Mbit/s。從結(jié)構(gòu)組成來看，整個幀結(jié)構(gòu)可分成3個區(qū)域，分別是段開銷區(qū)域、信息凈負(fù)荷區(qū)域和管理單元指針區(qū)域。3.2SDH的速率與幀結(jié)構(gòu)51圖3-1STM-N幀結(jié)構(gòu)3.2SDH的速率與幀結(jié)構(gòu)52

（1）段開銷（SOH）區(qū)域段開銷是指SDH幀結(jié)構(gòu)中為了保證信息凈負(fù)荷正常、靈活、有效地傳送所必須附加的字節(jié)，主要用于網(wǎng)絡(luò)的OAM功能。段開銷分為再生段開銷（RSOH）和復(fù)用段開銷（MSOH）。（2）信息凈負(fù)荷（Payload）區(qū)域信息凈負(fù)荷區(qū)域主要用于存放各種業(yè)務(wù)信息比特，也存放了少量可用于通道性能監(jiān)視、管理和控制的通道開銷（POH）字節(jié)。（3）管理單元指針區(qū)域管理單元指針（AU-PTR）是一種指示符，其作用是用來指示凈負(fù)荷區(qū)域內(nèi)的信息首字節(jié)在STM-N幀內(nèi)的準(zhǔn)確位置，以便在接收端能正確分離凈負(fù)荷。3.2SDH的速率與幀結(jié)構(gòu)533．SDH的特點（1）新型的復(fù)用映射方式：同步復(fù)用方式和靈活的映射結(jié)構(gòu)。（2）接口標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一：全世界統(tǒng)一的NNI，體現(xiàn)了橫向兼容性。（3）網(wǎng)絡(luò)管理能力強：幀結(jié)構(gòu)中豐富的開銷比特。（4）組網(wǎng)與自愈能力強：采用先進的ADM、DXC等組網(wǎng)。（5）兼容性好：具有完全的前向兼容性和后向兼容性。（6）先進的指針調(diào)整技術(shù)：可實現(xiàn)準(zhǔn)同步環(huán)境下的良好工作。（7）獨立的虛容器設(shè)計：具有很好的信息透明性。（8）系列標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范：便于國內(nèi)、國際互連互通。注：SDH最為核心的三個特點是同步復(fù)用、強大的網(wǎng)絡(luò)管理能力和統(tǒng)一的光接口及復(fù)用標(biāo)準(zhǔn)。3.2SDH的速率與幀結(jié)構(gòu)3.2SDH的速率與幀結(jié)構(gòu)541．SDH的通用復(fù)用映射結(jié)構(gòu)

SDH的通用復(fù)用映射結(jié)構(gòu)，如圖3-2所示。將各種信號裝入SDH幀結(jié)構(gòu)凈負(fù)荷區(qū)，需要經(jīng)過映射、定位校準(zhǔn)和復(fù)用3個步驟。3.3SDH的復(fù)用結(jié)構(gòu)和步驟圖3-2SDH的通用復(fù)用映射結(jié)構(gòu)552．我國的SDH復(fù)用映射結(jié)構(gòu)我國采用的復(fù)用映射結(jié)構(gòu)使得每種速率的信號只有惟一的復(fù)用路線到達(dá)STM-N，接口種類由5種簡化為3種，主要包括C-12，C-3和C-4三種進入方式。圖3-3我國的SDH復(fù)用映射結(jié)構(gòu)3.3SDH的復(fù)用結(jié)構(gòu)和步驟563．復(fù)用單元（1）容器（C）容器是一種用來裝載各種速率業(yè)務(wù)信號的信息結(jié)構(gòu)，其基本功能是完成PDH信號與VC之間的適配（即碼速調(diào)整）。

ITU-T規(guī)定了5種標(biāo)準(zhǔn)容器，C-11、C-12、C-2、C-3和C-4，每一種容器分別對應(yīng)于一種標(biāo)稱的輸入速率，即1.544Mbit/s、2.048Mbit/s、6.312Mbit/s、34.368Mbit/s和139.264Mbit/s?？蓞⒁妶D6-3所示。我國的SDH復(fù)用映射結(jié)構(gòu)僅涉及C-12、C-3及C-4。3.3SDH的復(fù)用結(jié)構(gòu)和步驟57

（2）虛容器（VC）虛容器是用來支持SDH通道層連接的信息結(jié)構(gòu)，由信息凈負(fù)荷（容器的輸出）和通道開銷（POH）組成，即

VC?n=C?n+VC?nPOHVC可分成低階VC和高階VC兩類。

TU前的VC為低階VC，有VC-11、VC-12、VC-2和VC-3（我國有VC-12和VC-3）；

AU前的VC為高階VC，有VC-4和VC-3（我國有VC-4）。用于維護和管理這些VC的開銷稱為通道開銷（POH）。管理低階VC的通道開銷稱為低階通道開銷（LPOH）。管理高階VC的通道開銷稱為高階通道開銷（HPOH）。3.3SDH的復(fù)用結(jié)構(gòu)和步驟58

（3）支路單元（TU）支路單元是一種提供低階通道層和高階通道層之間適配功能的信息結(jié)構(gòu)，是傳送低階VC的實體，可表示為TU-n（n=11，12，2，3）。

TU-n由低階VC-n和相應(yīng)的支路單元指針（TU-nPTR）組成，即

TU-n=低階VC-n+TU-nPTR

（4）支路單元組（TUG）支路單元組是由一個或多個在高階VC凈負(fù)荷中占據(jù)固定的、確定位置的支路單元組成。有TUG-3和TUG-2兩種支路單元組。

1×TUC-2=3×TU-12 1×TUG-3=7×TUG-2=21×TU-12 1×VC-4=3×TUG-3=63×TU-123.3SDH的復(fù)用結(jié)構(gòu)和步驟59（5）管理單元（AU）管理單元是一種提供高階通道層和復(fù)用段層之間適配功能的信息結(jié)構(gòu)，是傳送高階VC的實體，可表示為AU-n（n=3，4）。它是由一個高階VC-n和一個相應(yīng)的管理單元指針（AU-nPTR）組成，

AU-n=高階VC-n+AU-nPTR（6）管理單元組（AUG）管理單元組是由一個或多個在STM-N凈負(fù)荷中占據(jù)固定的、確定位置的管理單元組成。例如：1×AUG=1×AU-4（7）同步傳送模塊（STM-N）

N個AUG信號按字節(jié)間插同步復(fù)用后再加上SOH就構(gòu)成了STM-N信號（N=4，16，64，…），即N×AUG+SOH=STM-N3.3SDH的復(fù)用結(jié)構(gòu)和步驟60

各種信號復(fù)用映射進STM-N幀的過程都要經(jīng)過映射、定位和復(fù)用3個步驟。

（1）映射映射（Mapping）即裝入，是一種在SDH網(wǎng)絡(luò)邊界處，把支路信號適配裝入相應(yīng)虛容器的過程。例如，將各種速率的PDH信號先分別經(jīng)過碼速調(diào)整裝入相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)容器，再加進低階或高階通道開銷，以形成標(biāo)準(zhǔn)的VC。

（2）定位定位（Alignmem）是把VC-n放進TU-n或AU-n中，同時將其與幀參考點的偏差也作為信息結(jié)合進去的過程。通俗講，定位就是用指針值指示VC-n的第一個字節(jié)在TU-n或AU-n幀中的起始位置。3.3SDH的復(fù)用結(jié)構(gòu)和步驟4SDH的復(fù)用映射步驟61

（3）復(fù)用復(fù)用（Multiplex）是一種將多個低階通道層的信號適配進高階通道或者把多個高階通道層信號適配進復(fù)用段層的過程，即指將多個低速信號復(fù)用成一個高速信號。其方法是采用字節(jié)間插的方式將TU組織進高階VC或?qū)U組織進STM-N。復(fù)用過程為同步復(fù)用，復(fù)用的路數(shù)可參見圖6-4。如：

1×STM-1=1×AUG=1×AU-4=1×VC-4=3×TUG-3=21×TUG-2=63×TU-12=63×VC-121×STM-1=1×AUG=1×VC-4=3×TUG-3=3×TU-3=3×VC-31×STM-1=1×AUG=1×VC-4STM-N=N×STM-13.3SDH的復(fù)用結(jié)構(gòu)和步驟62SDH傳輸網(wǎng)由各種網(wǎng)元構(gòu)成，網(wǎng)元的基本類型有終端復(fù)用器（TM）、分插復(fù)用器（ADM）、同步數(shù)字交叉連接設(shè)備（SDXC）等。TM、ADM和SDXC的主要功能框圖如圖3-4所示。圖3-4SDH網(wǎng)元功能示意圖3.4SDH設(shè)備的邏輯組成3.4SDH設(shè)備的邏輯組成

631.終端復(fù)用器（TM）

TM的作用是將準(zhǔn)同步電信號（2Mbit/s、34Mbit/s或140Mbit/s）復(fù)接成STM-N信號，并完成電/光轉(zhuǎn)換；也可將準(zhǔn)同步支路信號和同步支路信號（電的或光的）或?qū)⑷舾蓚€同步支路信號（電的或光的）復(fù)接成STM-N信號，并完成電/光轉(zhuǎn)換。在收端則完成相反的功能。3.4SDH設(shè)備的邏輯組成642．分插復(fù)用器（ADM）（1）概念及作用

ADM是一個三端口設(shè)備，有兩個線路（也稱群路）口，和一個支路口，支路信號可以是各種準(zhǔn)同步信號，也可以是同步信號。

ADM作用是從主流信號中分出一些信號并接入另外一些信號。（2）連接能力

ADM設(shè)備應(yīng)具有支路——群路（上/下支路信號）和群路——群路（直通）的連接能力。支路——群路又可分為部分連接和全連接，如圖3-5（a）和（b）所示。支路——支路的連接功能，如圖3-5（c）所示。具有支路——支路連接能力的ADM設(shè)備進行有機地組合，可實現(xiàn)小型DXC的功能，如圖3-5（d）所示。（3）應(yīng)用：常用于線性網(wǎng)和環(huán)形網(wǎng)。3.4SDH設(shè)備的邏輯組成65圖3-5ADM設(shè)備的連接能力3.4SDH設(shè)備的邏輯組成663．?dāng)?shù)字交叉連接設(shè)備（DXC）（1）基本概念

DXC是一種具有一個或多個準(zhǔn)同步數(shù)字體系（G.702）或同步數(shù)字體系（G.707）信號的端口，可以在任何端口信號速率（及其子速率）間進行可控連接和再連接的設(shè)備。適用于SDH的DXC稱為SDXC，SDXC能進一步在端口間提供可控的VC透明連接和再連接。這些端口信號可以是SDH速率，也可以是PDH速率。3.4SDH設(shè)備的邏輯組成67（2）基本結(jié)構(gòu)

DXC由復(fù)用/解復(fù)用器和交叉連接矩陣組成。DXC的簡化結(jié)構(gòu)，如圖6-32所示。

DXC的核心部分是交叉連接矩陣，參與交叉連接的速率一般等于或低于接入速率。而交叉連接速率與接入速率之間的轉(zhuǎn)換需要由復(fù)用和解復(fù)用功能來完成。3.4SDH設(shè)備的邏輯組成圖3-6DXC簡化結(jié)構(gòu)68（3）基本功能分離本地交換業(yè)務(wù)和非本地交換業(yè)務(wù)；為非本地交換業(yè)務(wù)（如專用電路）迅速提供可用路由；為臨時性重要事件（如政治事件、重要會議和運動會）迅速提供電路；網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時，迅速提供網(wǎng)絡(luò)的重新配置；按業(yè)務(wù)流量的季節(jié)性變化使網(wǎng)絡(luò)最佳化；網(wǎng)絡(luò)運營者可以自由地在網(wǎng)中使用不同的數(shù)字體系（PDH或SDH）。3.4SDH設(shè)備的邏輯組成69（4）DXC的分類

DXC配置類型通常用DXCX/Y表示，其中X表示接入端口數(shù)據(jù)流的最高等級，Y表示參與交叉連接的最低級別。

X和Y可以是數(shù)字0，1，2，3，4，5，6，…，其中0表示64kbit/s的電路速率；1，2，3，4分別表示PDH中的一至四次群速率，其中4也代表SDH中的STM-1等級；5和6分別表示SDH中的STM-4和STM-16等級。常用的有：

DXC1/0，主要提供64kbit/s電路的數(shù)字交叉連接功能；

DXC4/1，允許所有PDH的1～4次群電信號和STM-1信號接入和進行交叉連接，主要用于局間中繼網(wǎng)；

DXC4/4，允許PDH的140Mbit/s和SDH的155Mbit/sPDH接入和進行交叉連接，一般用于長途網(wǎng)。3.4SDH設(shè)備的邏輯組成703.4SDH設(shè)備的邏輯組成（5）DXC與常規(guī)數(shù)字交換機的主要區(qū)別：如表3-2所示。表3-2 DXC與常規(guī)數(shù)字交換機的主要區(qū)別比較對象DXC交換機交換對象多個電路組成的電路群（2Mbit/s～155Mbit/s）單個電路（64kbit/s）業(yè)務(wù)控制交叉連接矩陣由外部操作系統(tǒng)控制，用來連至TMN交換由用戶業(yè)務(wù)信號控制保持時間靜態(tài)交換，每個電路群是半永久性的電路（幾個小時～幾天～幾個月～幾年）動態(tài)交換，每個電路是暫時連接（幾秒～幾分鐘～幾十分鐘）阻塞情況無有網(wǎng)關(guān)功能有無714．再生中繼器（REG）再生中繼器的功能是對經(jīng)傳輸衰減后的信號進行放大、整形和判決再生，以延長傳輸距離。首先將線路口接收到的光信號變換成電信號，然后對電信號進行放大、整形和判決再生，最后再把電信號轉(zhuǎn)換為光信號送到線路上。3.4SDH設(shè)備的邏輯組成723.5SDH的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)的物理拓?fù)浞褐妇W(wǎng)絡(luò)的形狀，它反映了物理上的連接性。網(wǎng)絡(luò)的基本物理拓?fù)溆?種類型，如圖3-7所示。圖3-7網(wǎng)絡(luò)基本物理拓?fù)漕愋?33.5SDH的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)1．線形概念：涉及通信的所有點串聯(lián)起來，并使首末兩個點開放。優(yōu)缺點：經(jīng)濟，生存性較差。應(yīng)用：市話局間中繼網(wǎng)和本地網(wǎng)中使用較多。2．星形（樞紐形）概念：當(dāng)涉及通信的所有節(jié)點中有一個特殊節(jié)點與其余所有節(jié)點直接相連，而其余節(jié)點間不能直接相連，便形成星形拓?fù)?。?yōu)缺點：成本較低，生存性較差。應(yīng)用：星形拓?fù)渫ǔＳ糜谟脩艚尤刖W(wǎng)。743.5SDH的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)3．樹形概念：將點到點拓?fù)鋯卧哪┒它c連接到幾個特殊點時就形成了樹形拓?fù)?。樹形拓?fù)淇梢钥闯墒蔷€形拓?fù)浜托切瓮負(fù)涞慕Y(jié)合。應(yīng)用：適合于廣播式業(yè)務(wù)，不適于提供雙向通信業(yè)務(wù)。有線電視網(wǎng)多采用這種網(wǎng)絡(luò)。4．環(huán)形概念：當(dāng)涉及通信的所有點串聯(lián)起來，且首尾相連，沒有任何點開放時，就形成了環(huán)形網(wǎng)。應(yīng)用：用于長途干線網(wǎng)和市話局間中繼網(wǎng)及本地網(wǎng)。753.5SDH的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)5．網(wǎng)孔形當(dāng)涉及通信的許多節(jié)點直接互連時就形成了網(wǎng)孔形拓?fù)?，如果所有的點都直接互連時則稱為網(wǎng)狀形。優(yōu)缺點：可靠性很高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。應(yīng)用：一級長途干線。

注：由SDH網(wǎng)元組成的SDH傳輸網(wǎng)有多種形式，圖3-8所示為4種常用的SDH網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。一般來說，本地網(wǎng)（即接入網(wǎng)或用戶網(wǎng)）中，適于用環(huán)形和星形，有時也可用線形拓?fù)?。在市?nèi)局間中繼網(wǎng)中適于用環(huán)形和線形拓?fù)?，而長途網(wǎng)可能需要網(wǎng)孔形拓?fù)浜铜h(huán)形拓?fù)洹?63.5SDH的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖3-8SDH傳輸網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)舉例773.6SDH的保護機制

自愈網(wǎng)能在網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)意外故障情況時自動恢復(fù)業(yè)務(wù)，其基本原理是使網(wǎng)絡(luò)具備發(fā)現(xiàn)替代傳輸路由，并在一定時限內(nèi)重新建立通信。自愈網(wǎng)：指通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時，無需人為干預(yù)，網(wǎng)絡(luò)就能在極短的時間內(nèi)從失效故障中自動恢復(fù)所攜帶的業(yè)務(wù)，使用戶感覺不到網(wǎng)絡(luò)已出了故障。自愈網(wǎng)技術(shù)可分為“保護”型和“恢復(fù)”型兩類。保護型自愈要求在節(jié)點之間預(yù)先提供固定數(shù)量的用于保護的容量配置，以構(gòu)成備用路由。當(dāng)工作路由失效時，業(yè)務(wù)將從工作路由迅速倒換到備用路由。保護倒換的時間很短（小于50ms）?；謴?fù)型自愈所需的備用容量較小，網(wǎng)絡(luò)中并不預(yù)先建立備用路由。當(dāng)發(fā)生故障時，利用網(wǎng)絡(luò)中仍能正常運轉(zhuǎn)的空閑信道建立迂回路由，恢復(fù)受影響的業(yè)務(wù)，恢復(fù)時間較長。3.6.1SDH自愈網(wǎng)783.6SDH的保護機制3.6.1SDH自愈網(wǎng)

有3種自愈技術(shù)：線路保護倒換、ADM自愈環(huán)和DXC網(wǎng)狀自愈網(wǎng)。前兩種是保護型策略，后一種是恢復(fù)型策略。要理解自愈技術(shù)，首先要明確界定再生段、復(fù)用段和通道。如圖3-9。圖3-9再生段、復(fù)用段和通道示意圖793.6SDH的保護機制3.6.2線路保護倒換

基本原理：當(dāng)出現(xiàn)故障時，業(yè)務(wù)由工作通道倒換到保護通道。類型：線路保護倒換有1+1和1︰N兩種方式。（1）1+1方式如圖3-10（a）所示，1+1方式采用并發(fā)優(yōu)收。（2）1︰N方式如圖3-10（b）所示，保護段（1個）由N（N=1～14）個工作段共用，當(dāng)其中任意一個出現(xiàn)故障時，均可倒至保護段。

（3）1+1方式與1︰N方式的不同

1+1方式，正常情況下保護段傳送業(yè)務(wù)信號，所以不能提供無保護的額外業(yè)務(wù)；

1︰1的保護方式，在正常情況下，保護段不傳業(yè)務(wù)信號，因而可以在保護段傳送一些級別較低的額外業(yè)務(wù)信號，也可不傳。803.6SDH的保護機制圖3-10線路保護倒換813.6SDH的保護機制3.6.2線路保護倒換（4）倒換類型與倒換模式雙向倒換：兩個方向的信道都倒換到保護段；單向倒換：故障信道倒換到保護信道時便完成了倒換?；謴?fù)模式：工作段故障被恢復(fù)，工作通道由保護段倒回工作段。非恢復(fù)模式：即使故障恢復(fù)后倒換仍保持。線路保護倒換可以采用雙向倒換也可采用單向倒換，這兩種倒換方式都可使用恢復(fù)模式或非恢復(fù)模式。線路保護倒換的特點：業(yè)務(wù)恢復(fù)時間短（小于50ms），易配置和管理，可靠性高，但成本較高。823.6SDH的保護機制3.6.3自愈環(huán)保護

定義：所謂自愈環(huán)（Self-HealingRing，SHR）是指采用分插復(fù)用器（ADM）組成環(huán)形網(wǎng)實現(xiàn)自愈的一種保護方式，如圖3-11所示。圖3-11ADM自愈環(huán)833.6SDH的保護機制3.6.3自愈環(huán)保護分類：根據(jù)自愈環(huán)的結(jié)構(gòu)，可分為通道保護環(huán)和復(fù)用段保護環(huán)。通道保護環(huán)，保護的單位是通道（如VC-12，VC-3或VC-4），倒換與否以離開環(huán)的每一個通道信號質(zhì)量的優(yōu)劣而定，一般利用告警指示信號（AIS）來決定是否應(yīng)該進行倒換。這種環(huán)屬于專用保護，保護時隙為整個環(huán)專用，在正常情況下保護段往往也傳業(yè)務(wù)信號。復(fù)用段保護環(huán)，業(yè)務(wù)量的保護以復(fù)用段為基礎(chǔ)，倒換與否按每一對節(jié)點間復(fù)用段信號質(zhì)量的優(yōu)劣而定。復(fù)用段保護環(huán)需要采用自動保護倒換（APS）協(xié)議，多屬于共享保護，即保護時隙由每一個復(fù)用段共享，正常情況下保護段往往是空閑的。843.6SDH的保護機制3.6.3自愈環(huán)保護

根據(jù)環(huán)中節(jié)點間信息的傳送方向，自愈環(huán)可分為單向環(huán)和雙向環(huán)。單向環(huán)中收發(fā)業(yè)務(wù)信息的傳送線路是一個方向。雙向環(huán)中收發(fā)業(yè)務(wù)信息的傳送線路是兩個方向。通常，雙向環(huán)工作于復(fù)用段倒換方式，單向環(huán)工作于通道倒換方式或復(fù)用段倒換方式。根據(jù)環(huán)中每一對節(jié)點間所用光纖的最小數(shù)量來分，自愈環(huán)有二纖環(huán)和四纖環(huán)。對于雙向復(fù)用段倒換環(huán)既可用二纖方式也可用四纖方式，而對于通道倒換環(huán)只可用二纖方式。85

1．二纖單向通道保護環(huán)二纖單向通道保護環(huán)：兩根光纖，一根傳業(yè)務(wù)信號，稱W1光纖，另一根保護，稱P1光纖（如圖3-12）。采用1+1保護方式。圖3-12二纖單向通道保護環(huán)3.6SDH的保護機制86

2．二纖雙向通道保護環(huán)二纖雙向通道保護環(huán)：采用兩根光纖，可分為1+1和1︰1兩種方式。圖3-13所示為1+1方式的二纖雙向通道保護環(huán)的結(jié)構(gòu)。圖3-13二纖雙向通道保護環(huán)3.6SDH的保護機制87

3．四纖雙向復(fù)用段共享保護環(huán)在每個區(qū)段（節(jié)點間）采用兩根工作光纖（一發(fā)一收，Wl和W2）和兩根保護光纖（一發(fā)一收，P1和P2），如圖3-14所示。圖3-14四纖雙向復(fù)用段共享保護環(huán)3.6SDH的保護機制88

4．二纖雙向復(fù)用段共享保護環(huán)

采用了時隙交換技術(shù)，如圖3-15所示。在一根光纖中同時載有工作通路W1和保護通路P2，在另一根光纖中同時載有工作通路W2和保護通路P1。每條光纖上的一半通路規(guī)定作為工作通路（W），另一半通路作為保護通路（P），一條光纖的工作通路（W1），由沿環(huán)的相反方向的另一條光纖上的保護通路（P1）來保護；反之亦然。對于傳送STM-N的二纖雙向復(fù)用段共享保護環(huán)，實現(xiàn)時是利用W1/P2光纖中的一半AU-4時隙（例如從時隙1到N/2）傳送業(yè)務(wù)信號，而另一半時隙（從時隙N/2+1到N）留給保護信號。另一根光纖W2/P1也同樣處理。也就是說，編號為m的AU-4工作通路由對應(yīng)的保護通路在相反方向的第（N/2+m）個AU-4來保護。3.6SDH的保護機制893.6SDH的保護機制圖3-15二纖雙向復(fù)用段共享保護環(huán)90第四章WDM技術(shù)4.1WDM的基本概念4.2DWDM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)4.3CWDM概述91

1．WDM技術(shù)產(chǎn)生背景

傳統(tǒng)的傳輸網(wǎng)絡(luò)擴容方法采用空分多路復(fù)用（SDM）和時分多路復(fù)用（TDM）兩種方式。（1）SDM靠增加光纖數(shù)量的方式線性增加傳輸系統(tǒng)的容量，傳輸設(shè)備也線性增加。空分多路復(fù)用的擴容方式十分受限。（2）TDM是比較常用的擴容方式，從PDH的一次群至四次群的復(fù)用，到SDH的STM-1、STM-4、STM-16至STM-64的復(fù)用。但達(dá)到一定的速率等級時，會受到器件和線路等特性的限制。

DWDM技術(shù)不僅大幅度地增加了網(wǎng)絡(luò)的容量，而且還充分利用了光纖的寬帶資源，減少了網(wǎng)絡(luò)資源的浪費。4.1WDM概述922．DWDM原理概述

DWDM技術(shù)是利用單模光纖的帶寬以及低損耗的特性，采用多個波長作為載波，允許各載波信道在一條光纖內(nèi)同時傳輸。通常把光信道間隔較大（甚至在光纖的不同窗口上）的復(fù)用稱為光波分復(fù)用（WDM），而把在同一窗口中信道間隔較小的WDM稱為密集波分復(fù)用（DWDM）。

DWDM系統(tǒng)的構(gòu)成及光譜示意如圖4-1所示。4.1WDM概述93圖4-1DWDM系統(tǒng)的構(gòu)成及頻譜示意圖4.1WDM概述943．DWDM工作方式（1）雙纖單向傳輸雙纖單向傳輸指一根光纖只完成一個方向光信號的傳輸，反向光信號的傳輸由另一根光纖來完成。如圖7-2所示。圖4-2雙纖單向傳輸?shù)腄WDM系統(tǒng)4.1WDM概述95

（2）單纖雙向傳輸單纖雙向傳輸指在一根光纖中實現(xiàn)兩個方向光信號的同時傳輸，兩個方向的光信號應(yīng)安排在不同波長上。圖4-3單纖雙向傳輸?shù)腄WDM系統(tǒng)4.1WDM概述96

（3）光信號的分出和插入通過光分插復(fù)用器（OADM）可以實現(xiàn)各波長的光信號在中間站的分出與插入，即完成上/下光路，利用這種方式可以完成DWDM系統(tǒng)的環(huán)形組網(wǎng)。圖4-4

光信號的分出和插入傳輸4.1WDM概述97

4．DWDM的應(yīng)用形式有開放式DWDM和集成式DWDM。開放式DWDM系統(tǒng)采用波長轉(zhuǎn)換技術(shù)，將復(fù)用終端的光信號轉(zhuǎn)換成符合ITU-T建議的波長，然后進行合波。集成式DWDM系統(tǒng)沒有采用波長轉(zhuǎn)換技術(shù)，它要求復(fù)用終端的光信號符合ITU-T建議的波長，然后進行合波。4.1WDM概述98

1．DWDM器件

DWDM器件分為合波器和分波器兩種，如圖4-5所示。合波器的主要作用是將多個信號波長合在一根光纖中傳輸。分波器的主要作用是將在一根光纖中傳輸?shù)亩鄠€波長信號分離。圖4-5DWDM器件4.2DWDM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)99

2．DWDM的幾種網(wǎng)絡(luò)單元類型

DWDM設(shè)備可分為光終端復(fù)用器（OTM）、光線路放大器（OLA）、光分插復(fù)用器（OADM）和電中繼器（REG）幾種類型。以華為公司的波分320G設(shè)備為例講述各種網(wǎng)單元的作用。（1）光終端復(fù)用器（OTM）在發(fā)送方向，OTM把波長為λ1～λ16（或λ32）的STM-16信號經(jīng)合波器復(fù)用成DWDM主信道，然后對其進行光放大，并附加上波長為λs的光監(jiān)控信道。在接收方向，OTM先把光監(jiān)控信道取出，然后對DWDM主信道進行光放大，經(jīng)分波器解復(fù)用成16（或32）個波長的STM-16信號。OTM的信號流向如圖4-6所示。4.2DWDM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)100圖4-6OTM信號流向圖4.2DWDM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)101

（2）光放大器（OLA）每個傳輸方向的OLA先取出光監(jiān)控信道（OSC）并進行處理，再將主信道進行放大，然后將主信道與OSC合路并送入光纖。如圖4-7所示。圖4-7OLA信號流向圖4.2DWDM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)102

（3）光分插復(fù)用器（OADM）

OADM設(shè)備接收線路的光信號后，先提取監(jiān)控信道，再用WPA將主光通道預(yù)放大，通過MR2單元把含有16或32路STM-16的光信號按波長取下一定數(shù)量后送出設(shè)備，要插入的波長經(jīng)MR2單元直接插入主信道，再經(jīng)功率放大后插入本地光監(jiān)控信道，向遠(yuǎn)端傳輸。以MR2為例，其信號流向如圖4-8所示。4.2DWDM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)103圖4-8

靜態(tài)OADM（32/2）信號流向圖4.2DWDM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)104

（4）兩個OTM背靠背組成的光分插復(fù)用器用兩個OTM背靠背的方式組成一個可上/下波長的OADM，如圖4-9所示。圖4-9

兩個OTM背靠背組成的OADM信號流向圖4.2DWDM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)105

（5）電中繼器（REG）以STM-16信號的中繼為例，其的信號流向如圖4-10所示。圖4-10

電中繼器（REG）的信號流向圖4.2DWDM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1063．DWDM網(wǎng)絡(luò)的一般組成（1）點到點組網(wǎng)

DWDM的點到點組網(wǎng)示意圖如圖4-11所示。（2）鏈形組網(wǎng)

DWDM的鏈形組網(wǎng)示意圖如圖4-12所示。（3）環(huán)形組網(wǎng)

DWDM環(huán)形組網(wǎng)示意圖如圖4-13所示。圖4-11DWDM的點到點組網(wǎng)示意圖

4.2DWDM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)107

圖4-13DWDM的環(huán)形組網(wǎng)示意圖

圖4-12DWDM的鏈形組網(wǎng)示意圖4.2DWDM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)108

4．DWDM網(wǎng)絡(luò)的保護點到點線路保護主要有兩種保護方式一種是基于單個波長、在SDH層實施的1+1或1︰N的保護；另一種是基于光復(fù)用段上的保護，在光路上同時對合路信號進行保護，這種保護也稱光復(fù)用段保護（OMSP）。另外還有基于環(huán)網(wǎng)的保護。4.2DWDM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)109

1、粗波分復(fù)用是密集波分復(fù)用的近親，它們的區(qū)別有兩點：（1）CWDM載波通道間距較寬，因此一根光纖上只能復(fù)用2到16個左右波長的光波，“粗”與“密集”稱謂的差別就由此而來；（2）CWDM調(diào)制激光采用非冷卻激光，而DWDM采用的是冷卻激光，它需要冷卻技術(shù)來穩(wěn)定波長，實現(xiàn)起來難度很大，成本也很高。CWDM避開了這一難點，CWDM系統(tǒng)采