1、1,第1节 光纤通信概述,START,2,1.1 光纤通信的发展现状,1光纤通信发展的里程碑1966年高锟博士发表的论文用于光频的光纤表面波导。2光纤通信发展的实质性突破1970年美国康宁公司制造出当时世界上第一根超低损耗光纤。3光纤通信爆炸性的发展（1）光纤损耗1970年：20dB/km； 1972年：4dB/km；1974年：1.1dB/km； 1976年：0.5dB/km；1979年：0.2dB/km； 1990年：0.14dB/km。,3,1.1 光纤通信的发展现状,（2）光器件光发送器件： 砷化镓铝半导体激光器异质结条形激光器分布反馈式激光器（DFB-LD）和多量子阱（MQW）激光器
2、。光接收器件： Si-PIN APD。（3）光纤通信系统从小容量到大容量、从短距离到长距离、从PDH SDH DWDM。在智能光网络（ION）、光分插复用器（OADM）、光交叉连接设备（OXC）等方面也取得巨大进展。,4,1.2 光纤通信的光波波谱,1 光波波谱光波是电磁波，光波范围包括红外线、可见光、紫外线，其波长范围为：300m6103m。可见光由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种颜色的连续光波组成，其中红光的波长最长，紫光的波长最短。波长再短就是X射线、射线。电磁波波谱图如图1-1所示。,5,1.2 光纤通信的光波波谱,图1-1 电磁波波谱图,6,1.2 光纤通信的光波波谱,2光纤通信的光波
3、波谱光纤通信的波谱在1.671014Hz3.751014Hz之间，即波长在0.8m1.8m之间，属于红外波段，将0.8m0.9m称为短波长，1.0m1.8m称为长波长，2.0m以上称为超长波长。各种单位的换算公式如表1-1所示。 表1-1 各种单位的换算公式,7,1.3 光纤通信系统的基本组成,1.3.1 光纤通信系统的基本组成所谓光纤通信，就是利用光纤来传输携带信息的光波以达到通信的目的。数字光纤通信系统方框图如图1-2所示。由光发射机、光纤和光接收机组成。,图1-2 数字光纤通信系统方框图,8,1.3 光纤通信系统的基本组成,光发射机的作用就是进行电/光转换，并把转换成的光脉冲信号码流输入
4、到光纤中进行传输。光源器件一般是LED和LD。光纤：完成光波的传输。光接收机的作用就是进行光/电转换。光收器件一般是PIN和APD。,9,1.4 光纤通信的特点与应用,1.4.1 光纤通信的特点（1）通信容量大 （2）中继距离长（3）保密性能好 （4）适应能力强（5）体积小、重量轻、便于施工和维护（6）原材料来源丰富，潜在价格低廉（7）光纤通信同样也存在着如下缺点： 需要光/电和电/光变换部分； 光直接放大难； 电力传输困难； 弯曲半径不宜太小； 需要高级的切断接续技术； 分路耦合不方便。,10,1.4 光纤通信的特点与应用,1.4.2 光纤通信的应用（1）光纤在公用电信网间作为传输线。（2）
5、局域网中的应用。（3）光纤宽带综合业务数字网及光纤用户线。（4）作为危险环境下的通信线。诸如发电厂、化工厂、石油库等场所。（5）满足不同网络层面的应用。核心网层面、城域网层面、局域网层面等。（6）应用于专网。光纤通信主要应用于电力、公路、铁路、矿山等通信专网。,11,第2节 光纤和光缆,12,2.1 光纤的结构和类型,2.1.1 光纤的结构1. 光纤结构光纤由纤芯、包层和涂覆层3部分组成，如图2-1所示。,图2-1 光纤的结构,13,2.1 光纤的结构和类型,（1）纤芯：纤芯位于光纤的中心部位。直径d1=4m50m，单模光纤的纤芯为4m10m，多模光纤的纤芯为50m。纤芯的成分是高纯度SiO2
6、，掺有极少量的掺杂剂（如GeO2，P2O5），作用是提高纤芯对光的折射率（n1），以传输光信号。（2）包层：包层位于纤芯的周围。直径d2=125m，其成分也是含有极少量掺杂剂的高纯度SiO2。而掺杂剂（如B2O3）的作用则是适当降低包层对光的折射率（n2），使之略低于纤芯的折射率，即n1n2，它使得光信号封闭在纤芯中传输。,14,2.1 光纤的结构和类型,（3）涂覆层：光纤的最外层为涂覆层，包括一次涂覆层，缓冲层和二次涂覆层。一次涂覆层一般使用丙烯酸酯、有机硅或硅橡胶材料；缓冲层一般为性能良好的填充油膏；二次涂覆层一般多用聚丙烯或尼龙等高聚物。涂覆的作用是保护光纤不受水汽侵蚀和机械擦伤，同时又
7、增加了光纤的机械强度与可弯曲性，起着延长光纤寿命的作用。涂覆后的光纤其外径约1.5mm。通常所说的光纤为此种光纤。,15,2.1 光纤的结构和类型,2光纤的折射率分布与光线的传播图2-3所示为两种典型光纤的折射率分布情况。一种称为阶跃折射率光纤；另一种称为渐变折射率光纤，如图2-3 （a）、（b）所示。,图2-3 光纤的折射率分布,16,2.1 光纤的结构和类型,光在阶跃折射率光纤和渐变折射率光纤的传播轨迹分别如图2-5和图2-6所示。,图2-5 光在阶跃折射率多模光纤中的传播,图2-6 光在渐变折射率多模光纤中的传播,17,2.2 光纤的导光原理,1折射和折射率光线在不同的介质中以不同的速度
8、传播，描述介质的这一特征的参数就是折射率，或称折射指数。折射率可由下式确定：n = c/v其中是光在某种介质中的速度，是光在真空中的速度。在折射率为n的介质中，光传播速度变为c/n，光波长变为0/n（ 0表示光在真空中的波长）。表2-1中给出了一些介质的折射率。,表2-1 不同介质的折射率,18,2.2 光纤的导光原理,当一条光线照射到两种介质相接的边界时，入射光线分成两束：反射光线和折射光线（如图2-9所示）。,图2-9 光的折射,图2-10 光的反射,斯涅耳定律给出了定义这些光线方向的规则：1 = 3 n1sin 1 = n2sin 2 全反射是光信号在光纤中传播的必要条件 。,19,2.
9、3 光纤的分类,（1）多模光纤当光纤的几何尺寸（主要是芯径d1）远大于光波波长时（约1m），光纤传输的过程中会存在着几十种乃至几百种传输模式，这样的光纤称为多模光纤。如图2-5和图2-6所示。（2）单模光纤当光纤的几何尺寸（主要是芯径d1 ）较小，与光波长在同一数量级，如芯径d1 在4m10m范围，这时，光纤只允许一种模式（基模）在其中传播，其余的高次模全部截止，这样的光纤称为单模光纤。如图2-7所示。,20,2.3 光纤的分类,图2-7 光在单模光纤中的传播轨迹,21,2.3 光纤的分类,2按传输波长分类光纤可分为短波长光纤和长波长光纤。短波长光纤的波长为0.85m（0.8m0.9m）长波长
10、光纤的波长为1.3m1.6m，主要有1.31m和1.55m两个窗口。3按套塑结构分类按套塑结构不同，光纤可分为紧套光纤和松套光纤。,22,2.3 光纤的分类,4单模光纤的分类ITU-T建议规范了G.652、G.653、G.654和G.655四种单模光纤。（1）G.652光纤G.652光纤，也称标准单模光纤（SMF），是指色散零点（即色散为零的波长）在1 310nm附近的光纤。它的折射率分布如图2-8所示。图（a）表示的阶跃折射率设计称为匹配包层型，图（b）表示的阶跃折射率设计被称为凹陷包层型。（2）G.653光纤G.653光纤也称色散位移光纤（DSF），是指色散零点在1 550nm附近的光纤，
11、它相对于G.652光纤，色散零点发生了移动，所以叫色散位移光纤。,23,2.3 光纤的分类,4单模光纤的分类（3）G.654光纤G.654光纤是截止波长移位的单模光纤。其设计重点是降低1 550nm的衰减，其零色散点仍然在1 310nm附近，因而1 550nm窗口的色散较高。G.654光纤主要应用于海底光纤通信。（4）G.655光纤由于G.653光纤的色散零点在1 550nm附近，DWDM系统在零色散波长处工作易引起四波混频效应。为了避免该效应，将色散零点的位置从1 550nm附近移开一定波长数，使色散零点不在1 550nm附近的DWDM工作波长范围内。这种光纤就是非零色散位移光纤（NDSF）
12、。,24,2.3 光纤的分类,这四种单模光纤的主要性能指标是衰减、色散、偏振模色散（ PMD）和模场直径 。另：G.653光纤是为了优化1 550nm窗口的色散性能而设计的，但它也可以用于1 310nm窗口的传输。由于G.654光纤和G.655光纤的截止波长都大于1 310nm，所以G.654光纤和G.655光纤不能用于1 310nm窗口。,25,2.4 光纤的传输特性,光纤的传输特性主要是指光纤的损耗特性和色散特性，另有机械特性和温度特性。1光纤的损耗特性光波在光纤中传输，随着传输距离的增加，而光功率强度逐渐减弱，光纤对光波产生衰减作用，称为光纤的损耗（或衰减）。光纤的损耗限制了光信号的传播
13、距离。光纤的损耗主要取决于吸收损耗、散射损耗、弯曲损耗3种损耗。（1）吸收损耗光纤吸收损耗是制造光纤的材料本身造成的损耗，包括紫外吸收、红外吸收和杂质吸收。,26,2.4 光纤的传输特性,（2）散射损耗由于材料的不均匀使光信号向四面八方散射而引起的损耗称为瑞利散射损耗。光纤制造中，结构上的缺陷会引起与波长无关的散射损耗。（3）弯曲损耗光纤的弯曲会引起辐射损耗。实际中，有两种情况的弯曲：一种是曲率半径比光纤直径大得多的弯曲；一种是微弯曲。决定光纤衰减常数的损耗主要是吸收损耗和散射损耗，弯曲损耗对光纤衰减常数的影响不大 。,27,2.4 光纤的传输特性,（4）衰减系数光纤的衰减系数是指光在单位长度
14、光纤中传输时的衰耗量，单位一般用dB/km。它是描述光纤损耗的主要参数。在单模光纤中有两个低损耗区域，分别在1 310nm和1 550nm附近，即通常说的1 310nm窗口和1 550nm窗口；1 550nm窗口又可以分为C-band（1 525nm1 562nm）和L-band（1 565nm1 610nm）。如图2-14所示。,28,2.4 光纤的传输特性,图2-14 光纤的特性,29,2.4 光纤的传输特性,3光纤的机械特性光纤的机械特性主要包括耐侧压力、抗拉强度、弯曲以及扭绞性能等，使用者最关心的是抗拉强度。（1）光纤的抗拉强度光纤的抗拉强度很大程度上反映了光纤的制造水平。 影响光纤抗
15、拉强度的主要因素是光纤制造材料和制造工艺。 预制棒的质量。 拉丝炉的加温质量和环境污染。 涂覆技术对质量的影响。 机械损伤。,30,2.4 光纤的传输特性,（3）光纤的寿命光纤的寿命，习惯称使用寿命，当光纤损耗加大以致系统开通困难时，称其已达到了使用寿命。从机械性能讲，寿命指断裂寿命。（4）光纤的机械可靠性一般来说，二氧化硅包层光纤的机械可靠性已经得到广泛的认可。为了提高光纤的机械可靠性，在光纤的外包层中掺入二氧化钛，从而增加网络的寿命。,31,2.4 光纤的传输特性,4光纤的温度特性光纤的温度特性，是指在高、低温条件下对光纤损耗的影响，一般是损耗增大。如图2-19 所示。,图2-19 光纤低
16、温特性曲线,32,2.5 光缆的结构,1光缆的结构光缆由缆芯、护层和加强芯组成。（1）缆芯缆芯由光纤的芯数决定，可分为单芯型和多芯型两种。（2）护层护层主要是对已成缆的光纤芯线起保护作用，避免受外界机械力和环境损坏。护层可分为内护层（多用聚乙烯或聚氯乙烯等）和外护层（多用铝带和聚乙烯组成的LAP外护套加钢丝铠装等）。（3）加强芯加强芯主要承受敷设安装时所加的外力。,33,2.5 光缆的结构,图2-21 12芯松套层绞式直埋光缆,图2-20 6芯紧套层绞式光缆,34,2.5 光缆的结构,图2-22 12芯松套层绞式直埋防蚁光缆,35,2.6 光缆的种类,1按传输性能、距离和用途分可分为市话光缆、
17、长途光缆、海底光缆和用户光缆。2按光纤的种类分可分为多模光缆、单模光缆。3按敷设方式分可分为管道光缆、直埋光缆、架空光缆和水底光缆。4按光纤芯数多少分 可分为单芯光缆、双芯光缆、四芯光缆、六芯光缆、八芯光缆、 十二芯光缆和二十四芯光缆等。,36,第3节 光端机,37,3.1 光端机组成,光发送机与光接收机统称为光端机。光端机位于电端机和光纤传输线路之间，如图4-1所示。,图4-1 光纤通信系统组成,光纤通信系统主要包括光纤（光缆）和光端机。每一部光端机又包含光发送机和光接收机两部分，通信距离长时还要加光中继器。光发送机完成E/O转换，光接收机完成O/E转换，光纤实现光信号的传输，光中继器延长通
18、信距离。,38,3.1 光发送机,作用：是把从电端机送来的电信号转变成光信号，并送入光纤线路进行传输。对光发送机的要求：（1）有合适的输出光功率光发送机的输出光功率，是指耦合进光纤的功率，亦称入纤功率。光源应有合适的光功率输出，一般为0.01mW5mW。（2）有较好的消光比消光比的定义为全“1”码平均发送光功率与全“0”码平均发送光功率之比。可用下式表示（4-1）式中，P11为全“1”码时的平均光功率；P00为全“0”码时的平均光功率。一般要求EXT10dB。,39,3.1.1 光发送机的基本组成,数字光发送机的基本组成包括均衡放大、码型变换、复用、扰码、时钟提取、光源、光源的调制电路、光源的
19、控制电路（ATC和APC）及光源的监测和保护电路等。如图4-2。,图4-2 数字光发送机原理方框图,40,3.1.1 光发送机的基本组成,（1）均衡放大：补偿由电缆传输所产生的衰减和畸变。（2）码型变换：将HDB3码或CMI码变化为NRZ码。 （3）复用：用一个大传输信道同时传送多个低速信号的过程。（4）扰码：使信号达到“0”、“1”等概率出现，利于时钟提取。（5）时钟提取：提取PCM中的时钟信号，供给其它电路使用。（6）调制（驱动）电路：完成电/光变换任务。（7）光源：产生作为光载波的光信号。（8）温度控制和功率控制： 稳定工作温度和输出的平均光功率。（9）其他保护、监测电路：如光源过流保护
20、电路、无光告警电路、LD偏流（寿命）告警等。,41,3.1.2 光源的调制,1光源光源的作用是产生作为光载波的光信号，对光源的要求是： 发送光波的中心波长应在0.85m、1.31m和1.55m附近。光谱的谱线宽度要窄，以减小光纤色散对带宽的限制。 电/光转换效率高，发送光束方向性好，以提高耦合效率。 允许的调制速率要高或响应速度要快，以满足系统大的传输容量。 器件的温度稳定性好，可靠性高，寿命长。 器件体积小，重量轻，安装使用方便，价格便宜。,42,3.1.2 光源的调制,2调制方式有直接调制（内调制）和间接调制（外调制）。（1）直接调制 基本概念及调制原理直接调制就是将电信号直接注入光源，使
21、其输出的光载波信号的强度随调制信号的变化而变化，又称为内调制。调制原理如图4-3所示。 特点调制简单、损耗小、成本低。但存在波长(频率)的抖动。,43,3.1.2 光源的调制,图4-3 直接光强度数字调制原理,图4-4 间接调制激光器的结构,44,3.2 光接收机,光接收机作用是将光纤传输后的幅度被衰减、波形产生畸变的、微弱的光信号变换为电信号，并对电信号进行放大、整形、再生后，再生成与发送端相同的电信号，输入到电接收端机，并且用自动增益控制电路（AGC）保证稳定的输出。光接收机中的关键器件是半导体光检测器，它和接收机中的前置放大器合称光接收机前端。前端性能是决定光接收机的主要因素。,45,3
22、.2.1 光接收机的基本组成,强度调制直接检波（IM-DD）的光接收机方框图如图4-15所示，主要包括光电检测器、前置放大器、主放大器、均衡器、时钟恢复电路、取样判决器以及自动增益控制（AGC）电路等。,图4-15 数字光接收机方框图,46,3.2.1 光接收机的基本组成,1光电检测器光电检测器是把光信号变换为电信号的关键器件，对其要求是： 在系统的工作波长上要有足够高的响应度，即对一定的入射光功率，光电检测器能输出尽可能大的光电流。 波长响应要和光纤的3个低损耗窗口兼容。 有足够高的响应速度和足够的工作带宽。 产生的附加噪声要尽可能低，能够接收极微弱的光信号。 光电转换线性好，保真度高。 工
23、作性能稳定，可靠性高，寿命长。 功耗和体积小，使用简便。,47,3.2.1 光接收机的基本组成,2放大器光接收机的放大器包括前置放大器和主放大器两部分。对前置放大器要求是较低的噪声、较宽的带宽和较高的增益。前置放大器的的类型目前有3种：低阻抗前置放大器、高阻抗前置放大器和跨阻抗前置放大器（或跨导前置放大器）。主放大器一般是多级放大器，它的功能主要是提供足够高的增益，把来自前置放大器的输出信号放大到判决电路所需的信号电平。并通过它实现自动增益控制（AGC），以使输入光信号在一定范围内变化时，输出电信号应保持恒定输出。主放大器和AGC决定着光接收机的动态范围。,48,3.2.1 光接收机的基本组成
24、,3均衡器均衡器的作用是对已畸变(失真)和有码间干扰的电信号进行均衡补偿，减小误码率。4再生电路再生电路的任务是把放大器输出的升余弦波形恢复成数字信号，由判决器和时钟恢复电路组成。5自动增益控制（AGC）AGC就是用反馈环路来控制主放大器的增益。作用是增加了光接收机的动态范围，使光接收机的输出保持恒定。,49,3.2.3 光接收机的主要指标,数字光接收机主要指标有光接收机的灵敏度和动态范围。（1）光接收机的灵敏度光接收机的灵敏度是指在系统满足给定误码率指标的条件下，光接收机所需的最小平均接收光功率Pmin（mW）。工程中常用毫瓦分贝（dBm）来表示，即(4-2)（2）光接收机的动态范围光接收机
25、的动态范围是指在保证系统误码率指标的条件下，接收机的最低输入光功率（dBm）和最大允许输入光功率（dBm）之差（dB）。即 (4-3),50,3.3 光中继器,光信号在传输过程会出现两个问题： 光纤的损耗特性使光信号的幅度衰减，限制了光信号的传输距离； 光纤的色散特性使光信号波形失真，造成码间干扰，使误码率增加。以上两点不但限制了光信号的传输距离，也限制了光纤的传输容量。为增加光纤的通信距离和通信容量，必须设置光中继器。光中继器的功能是补偿光能量损耗，恢复信号脉冲形状有： 补偿衰减的光信号； 对畸变失真的信号波形进行整形。光中继器主要有两种：一种是传统的光中继器（即光电中继器），另一种是全光中
26、继器。,51,3.3.1 光电中继器,1光电中继器的构成传统的光中继器采用光电光（O-E-O）转换形式的中继器。如图4-18所示。,图4-18 典型的数字光中继器原理方框图,2光电中继器的结构形式有的设在机房中，有的是箱式或罐式，有的是直埋在地下或架空光缆在电杆上。,52,3.3.2 全光中继器,目前全光放大器主要是掺铒光纤放大器。掺铒光纤放大器是一个直接对光波实现放大的有源器件，其工作原理如图4-19所示。用掺铒光纤放大器作中继器的优点是，设备简单，没有光电光的转换过程，工作频带宽。缺点是，光放大器作中继器时，对波形的整形不起作用。,图4-19 掺铒光纤放大器用作光中继器的原理框图,53,第
27、4节 SDH技术,54,4.1 SDH的产生和基本概念,表4-1 准同步数字体系（PDH）,55,4.1 SDH的产生和基本概念,1PDH存在的主要问题（1）两大体系，3种地区性标准，使国际间的互通存在困难。北美和日本采用以1.544Mbit/s为基群速率的PCM24路系列，但略有不同，中国采用以2.048Mbit/s为基群速率的PCM30/32路系列。如表6-1所示。（2）无统一的光接口，无法实现横向兼容。（3）准同步复用方式，上下电路不便。（4）网络管理能力弱，建立集中式电信管理网困难。（5）网络结构缺乏灵活性（6）面向话音业务,56,4.1 SDH的产生和基本概念,2SDH的产生1984
28、年美国贝尔提出一种新的传输体制光同步传送网（SYNTRAN）。1985年ANSI通过此标准，形成了国家的正式标准，并更名为同步光网络（SONET）。1986年这一体系成为美国数字体系的新标准。同时，引起了ITU-T的关注。1988年ITU-T接受了SONET的概念，并进行了适当的修改，重新命名为同步数字体系（SDH），使之成为不仅适于光纤，也适于微波和卫星传输。1989年，ITU-T在其蓝皮书上发表了G.707、G.708和G.709三个标准，从而揭开了现代信息传输崭新的一页。,57,4.1 SDH的产生和基本概念,3SDH的概念所谓SDH是一套可进行同步信息传输、复用、分插和交叉连接的标准化
29、数字信号的结构等级。SDH网络则是由一些基本网络单元（NE）组成的，在传输媒质上（如光纤、微波等）进行同步信息传输、复用、分插和交叉连接的传送网络。它的基本网元有终端复用器（TM）、分插复用器（ADM）、同步数字交叉连接设备（SDXC）和再生中继器（REG）等。,58,4.2 SDH的速率与帧结构,1SDH的速率SDH采用一套标准化的信息结构等级，称为同步传送模块STM-N（N=1，4，16，64，），相应各STM-N等级的速率为STM-1 155.520Mbit/sSTM-4 622.080Mbit/sSTM-16 2 488.320Mbit/sSTM-64 9 953.280Mbit/s,
30、59,4.2 SDH的速率与帧结构,2SDH的帧结构SDH帧结构是一种以字节为基本单元的矩形块状帧结构，其由9行和270N 列字节组成，如图6-2所示。帧周期为125s。帧结构中字节的传输是由左到右逐行进行。对于STM-1而言，其信息结构为9行270列的块状帧结构，传输速率：fb=927088 000=155.520Mbit/s。从结构组成来看，整个帧结构可分成3个区域，分别是段开销区域、信息净负荷区域和管理单元指针区域。,60,4.2 SDH的速率与帧结构,图6-2 STM-N帧结构,61,4.2 SDH的速率与帧结构,（1）段开销（SOH）区域段开销是指SDH帧结构中为了保证信息净负荷正常
31、、灵活、有效地传送所必须附加的字节，主要用于网络的OAM功能。段开销分为再生段开销（RSOH）和复用段开销（MSOH）。 （2）信息净负荷（Payload）区域信息净负荷区域主要用于存放各种业务信息比特，也存放了少量可用于通道性能监视、管理和控制的通道开销（POH）字节。（3）管理单元指针区域管理单元指针（AU-PTR）是一种指示符，其作用是用来指示净负荷区域内的信息首字节在STM-N帧内的准确位置，以便在接收端能正确分离净负荷。,62,4.2 SDH的速率与帧结构,3SDH的特点（1）新型的复用映射方式：同步复用方式和灵活的映射结构。（2）接口标准统一：全世界统一的NNI，体现了横向兼容性。
32、（3）网络管理能力强：帧结构中丰富的开销比特。（4）组网与自愈能力强：采用先进的ADM、DXC等组网。（5）兼容性好：具有完全的前向兼容性和后向兼容性。（6）先进的指针调整技术：可实现准同步环境下的良好工作。 （7）独立的虚容器设计：具有很好的信息透明性。（8）系列标准规范： 便于国内、国际互连互通。注：SDH最为核心的三个特点是同步复用、强大的网络管理能力和统一的光接口及复用标准。,63,4.2 SDH的速率与帧结构,4SDH应用的若干问题（1）频带利用率低：频带利用率不如传统的PDH系统高。（2）抖动性能劣化：引入了指针调整技术，使抖动性能劣化。（3）软件权限过大：给安全带来隐患。须进行强
33、的安全管理。（4）定时信息传送困难：分插、重选路由及指针调整所致。（5）IP业务对SDH传送网结构的影响。,64,4.3 映射原理与同步复用,同步复用和映射方法是SDH最有特色的内容之一。它使数字复用由PDH僵硬的大量硬件配置转变为灵活的软件配置。它可将PDH两大体系的绝大多数速率信号都复用进STM-N帧结构中。,65,4.3.1 基本复用映射结构,1SDH的通用复用映射结构SDH的通用复用映射结构，如图6-3所示。将各种信号装入SDH帧结构净负荷区，需要经过映射、定位校准和复用3个步骤。,图6-3 SDH的通用复用映射结构,66,4.3.1 基本复用映射结构,2我国的SDH复用映射结构我国采
34、用的复用映射结构使得每种速率的信号只有惟一的复用路线到达STM-N ，接口种类由5种简化为3种，主要包括C-12，C-3和C-4三种进入方式。,图6-4 我国的SDH复用映射结构,67,4.3.2 基本复用映射步骤,各种信号复用映射进STM-N帧的过程都要经过映射、定位和复用3个步骤。（1）映射映射（Mapping）即装入，是一种在SDH网络边界处，把支路信号适配装入相应虚容器的过程。例如，将各种速率的PDH信号先分别经过码速调整装入相应的标准容器，再加进低阶或高阶通道开销，以形成标准的VC。（2）定位定位（Alignmem）是把VC-n放进TU-n或AU-n中，同时将其与帧参考点的偏差也作为
35、信息结合进去的过程。通俗讲，定位就是用指针值指示VC-n的第一个字节在TU-n或AU-n帧中的起始位置。,68,4.3.2 基本复用映射步骤,（3）复用复用（Multiplex）是一种将多个低阶通道层的信号适配进高阶通道或者把多个高阶通道层信号适配进复用段层的过程，即指将多个低速信号复用成一个高速信号。其方法是采用字节间插的方式将TU组织进高阶VC或将AU组织进STM-N。复用过程为同步复用，复用的路数可参见图6-4。如：1STM-1=1AUG=1AU-4=1VC-4=3TUG-3=21TUG-2=63TU-12=63VC-121STM-1=1AUG=1VC-4=3TUG-3=3TU-3=3V
36、C-31STM-1=1AUG=1VC-4STM-N=NSTM-1,69,4.4 SDH开销,SDH开销是指用于SDH网络的运行、管理和维护的比特。SDH的开销分两类：段开销SOH和通道开销POH，分别用于段层和通道层的维护。SOH分为再生段开销（RSOH）和复用段开销9MSOH）两种。 RSOH负责管理再生段，可在再生器接入，也可在终端设备接入；MSOH负责管理复用段，它将透明地通过每个再生器，只能在AUG组合或分解的地方才能接入或终结。POH主要用于通道性能监视及告警状态的指示。有低阶通道开销（LPOH）和高阶通道开销（HPOH）两种，LPOH在低阶VC-n的组装和拆卸处接入或终接HPOH在
37、高阶VC-n的组装和拆卸处接入或终接。各种开销对应于相应的管理对象，如图6-22所示。,70,4.4 SDH开销,图6-22 SDH开销的类型和作用,71,4.4.1 段开销（SOH）,STM-1的段开销（SOH）字节安排，如图6-23所示。STM-N（N1，N=4，16，）的SOH字节，可利用字节间插方式构成，安排规则如下：第1个STM-1的SOH被完整保留，其余N1个SOH中仅保留A1，A2、B2和 M1字节，其他字节均省去。以STM-1为例。,图6-23 STM-1 SOH字节安排,72,4.4.1 段开销（SOH）,（1）定帧字节：A1和A2A1和A2字节的作用是识别一帧的起始位置，以
38、区分各帧，即实现帧同步功能。A1和A2的十六进制码分别为：F6和28。对于STM-N帧，定帧字节由3N个A1字节和3N个A2字节组成。在接收端若连续3ms检测不到定帧字节A1和A2，则产生帧丢失（LOF）告警。A1和A2不经扰码，全透明传送。当收信正常时，再生器直接转发该字节；当收信故障时，再生器产生该字节。,73,4.4.1 段开销（SOH）,（2）再生段踪迹字节：J0该字节用于确定再生段是否正确连接。该字节被用来重复发送“段接入点识别符”，以便使段接收机能据此确认其与指定的发送端是否处于持续的连接状态。若收到的值与所期望的值不一致，则产生再生段踪迹标识失配（RS-TIM）告警。（3）数据通
39、信通路（DCC）：D1D12DCC用来构成SMN的传送链路，在网元之间传送OAM信息。D1D3字节称为再生段DCC，用于再生段终端间传送OAM信息，速率为192kbit/s（364kbit/s）。D4D12字节称为复用段DCC，用于复用段终端之间传送OAM信息，速率为576kbit/s（964kbit/s）。,74,4.4.1 段开销（SOH）,（6）比特间插奇偶校验8位码（BIP-8）：B1不中断业务的前提下，提供误码性能监测，采用BIP-n的方法。B1字节用于再生段在线误码监测，使用偶校验的比特间插奇偶校验码。BIP-8误码监测的原理如下：发送端对上一STM-N帧除SOH的第一行以外的所有
40、比特扰码后按8比特为一组分成若干码组，如图6-24所示。将每一码组内的第1个比特组合起来进行偶校验，如校验后“1”的个数为奇数，则本帧B1字节的第1个比特置为“1”，如检验后“1”的个数为偶数，则本帧B1字节的第1个比特置为“0”。以此类推，组成本帧扰码前的B1（b1b8）字节数值。收端进行校验。当B1误码过量，误块数超过规定值时，系统产生再生段误码率越限（RS-EXC）告警。,75,4.4.1 段开销（SOH）,图6-24 BIP-N偶校验运算方法,76,4.4.1 段开销（SOH）,（7）比特间插奇偶校验N24位码（BIP-N24）：B2B2字节用作复用段在线误码监测，其误码监测的原理与B
41、IP-8（B1）类似，只不过计算的范围是对前一个STM-N 帧中除了RSOH（SOH的第一至第三行）以外的所有比特进行BIP-N24计算，并将计算结果置于本帧扰码前的B2字节位置上。误码检测在接收设备进行，监测过程与BIP-8类似，将监测结果用M1字节中的复用段远端差错指示（MS-REI）将误块的情况回送发送端。若B2误码过量，检测的误块个数超过规定值时，本端产生复用段误码率过限（MS-EXC）告警。,77,4.4.1 段开销（SOH）,（8）自动保护倒换（APS）通路字节：K1和K2（b1b5）这两个字节用作MS-APS指令，实现复用段的保护倒换，响应时间较快，一般小于50ms。若系统发生复
42、用段的保护倒换，则产生保护倒换（PS）告警。（9）复用段远端缺陷指示（MS-RDI）字节：K2（b6b8）MS-RDI用来向发送端回送指示信号，表示接收端已经检测到上游段缺陷（即输入失效）或正在接收复用段告警指示信号（MS-AIS）。MS-RDI产生是在扰码前将K2字节的（b6b8）插入“110”码。（10）复用段远端差错指示（MS-REI）字节：M1该字节用作收端向发端回传由BIP-N24（B2）所检出的差错块（误块）个数（0255），用M1的（b2b8）表示。,78,4.4.1 段开销（SOH）,（11）同步状态字节：S1（b5b8）S1（b5b8）表示同步状态消息，4个比特可以表示16种
43、不同的同步质量等级。其中“0000”表示同步质量不知道；“1111”表示不应用作同步；“0010”表示G.811时钟信号；“0100”表示G.812转接局时钟信号；“1000”表示G.812本地局时钟信号；“1011”表示同步设备定时源（SETS）信号；其他编码保留未用。若在优先级表中配置了外部源，当外部源失效后，产生EXC-SYN-LOS告警，表示外同步时钟源丢失。（12）备用字节在图6-23中的表示国内使用的保留字节；表示与传输媒质有关的特征字节；未标记的用作将来国际标准确定。,79,4.5 SDH网元,SDH传输网由各种网元构成，网元的基本类型有终端复用器（TM）、分插复用器（ADM）、
44、同步数字交叉连接设备（SDXC）等。TM、ADM和SDXC的主要功能框图如图6-30所示。,图6-30 SDH网元功能示意图,80,4.5 SDH网元,1终端复用器（TM）TM的作用是将准同步电信号（2 Mbit/s、34 Mbit/s或140Mbit/s）复接成STM-N信号，并完成电/光转换；也可将准同步支路信号和同步支路信号（电的或光的）或将若干个同步支路信号（电的或光的）复接成STM-N信号，并完成电/光转换。在收端则完成相反的功能。,81,4.5 SDH网元,2分插复用器（ADM）（1）概念及作用ADM是一个三端口设备，有两个线路（也称群路）口，和一个支路口，支路信号可以是各种准同步
45、信号，也可以是同步信号。ADM作用是从主流信号中分出一些信号并接入另外一些信号。（2）连接能力ADM设备应具有支路群路（上/下支路信号）和群路群路（直通）的连接能力。支路群路又可分为部分连接和全连接，如图6-31（a）和（b）所示。支路支路的连接功能，如图6-31（c）所示。具有支路支路连接能力的ADM设备进行有机地组合，可实现小型DXC的功能，如图6-31（d）所示。（3）应用：常用于线性网和环形网。,82,4.5 SDH网元,图6-31 ADM设备的连接能力,83,4.5 SDH网元,4再生中继器（REG）再生中继器的功能是对经传输衰减后的信号进行放大、整形和判决再生，以延长传输距离。首先
46、将线路口接收到的光信号变换成电信号，然后对电信号进行放大、整形和判决再生，最后再把电信号转换为光信号送到线路上。,84,4.6 SDH传送网,传送网主要指逻辑功能意义上的网络，即网络的逻辑功能集合。传输网是指实际信息传递设备（如光缆）组成的物理网络。传送是从信息传递的功能过程来描述，而传输是从信号在具体物理媒质中传输的物理过程来描述。传送网可以有基于SDH的传送网、基于PDH的传送网和基于ATM的传送网等。,85,4.6.2 SDH传送网的物理拓扑,网络的物理拓扑泛指网络的形状，它反映了物理上的连接性。网络的基本物理拓扑有5种类型，如图6-35所示。,图6-35 网络基本物理拓扑类型,86,4
47、.6.2 SDH传送网的物理拓扑,1线形概念：涉及通信的所有点串联起来，并使首末两个点开放。优缺点：经济，生存性较差。应用：市话局间中继网和本地网中使用较多。2星形（枢纽形）概念：当涉及通信的所有节点中有一个特殊节点与其余所有节点直接相连，而其余节点间不能直接相连，便形成星形拓扑。优缺点：成本较低，生存性较差。应用：星形拓扑通常用于用户接入网。,87,4.6.2 SDH传送网的物理拓扑,3树形概念：将点到点拓扑单元的末端点连接到几个特殊点时就形成了树形拓扑。树形拓扑可以看成是线形拓扑和星形拓扑的结合。应用：适合于广播式业务，不适于提供双向通信业务。有线电视网多采用这种网络。4环形概念：当涉及通
48、信的所有点串联起来，且首尾相连，没有任何点开放时，就形成了环形网。应用：用于长途干线网和市话局间中继网及本地网。,88,4.6.2 SDH传送网的物理拓扑,5网孔形当涉及通信的许多节点直接互连时就形成了网孔形拓扑，如果所有的点都直接互连时则称为网状形。优缺点：可靠性很高，但结构复杂，成本较高。应用：一级长途干线。注：由SDH网元组成的SDH传输网有多种形式，图6-36所示为4种常用的SDH网络结构。一般来说，本地网（即接入网或用户网）中，适于用环形和星形，有时也可用线形拓扑。在市内局间中继网中适于用环形和线形拓扑，而长途网可能需要网孔形拓扑和环形拓扑。,89,4.6.2 SDH传送网的物理拓扑
49、,图6-36 SDH传输网络结构举例,90,4.7 SDH自愈网,自愈网能在网络出现意外故障情况时自动恢复业务，其基本原理是使网络具备发现替代传输路由，并在一定时限内重新建立通信。,91,4.7.1 SDH自愈网,自愈网：指通信网络发生故障时，无需人为干预，网络就能在极短的时间内从失效故障中自动恢复所携带的业务，使用户感觉不到网络已出了故障。自愈网技术可分为“保护”型和“恢复”型两类。保护型自愈要求在节点之间预先提供固定数量的用于保护的容量配置，以构成备用路由。当工作路由失效时，业务将从工作路由迅速倒换到备用路由。保护倒换的时间很短（小于50ms）。恢复型自愈所需的备用容量较小，网络中并不预先建立备用路由。当发生故障时，利用网络中仍能正常运转的空闲信道建立迂回路由，恢复受影响的业务，恢复时间较长 。,
