《光纖通信技術(shù)》教學(xué)PPT

《光纖通信技術(shù)》教學(xué)PPT,光纖通信技術(shù),光纖通信,技術(shù),教學(xué),PPT 第第6章波分復(fù)用章波分復(fù)用6.1 波分復(fù)用的基本概念波分復(fù)用的基本概念6.2 波分復(fù)用技術(shù)波分復(fù)用技術(shù)6.3 波分復(fù)用系統(tǒng)波分復(fù)用系統(tǒng)6.4 基于基于WDM的光傳送網(wǎng)的光傳送網(wǎng)6.1 波分復(fù)用的基本概念光纖通信復(fù)用技術(shù)主要分為：光波復(fù)用和光信號復(fù)用兩大類。光波復(fù)用包括波分復(fù)用(WDM)和空分復(fù)用(SDM)，光信號復(fù)用包括光時分復(fù)用(OTDM)和光頻分復(fù)用(OFDM)，此外還有光碼分復(fù)用(OCDMA)。1光波復(fù)用(1)波分復(fù)用（WDM）光波分復(fù)用是指將兩種或多種各自攜帶有大量信息的不同波長的光載波信號，在發(fā)射端經(jīng)復(fù)用器匯合，并將其耦合到同一根光纖中進行傳輸，在接收端通過解復(fù)用器對各種波長的光載波信號進行分離，然后由光接收機做進一步的處理，使原信號復(fù)原，這種復(fù)用技術(shù)不僅適用于單模或多模光纖通信系統(tǒng)，同時也適用于單向或雙向傳輸。(2)空分復(fù)用（SDM）空分復(fù)用就是利用空間分割，根據(jù)需要構(gòu)成不同的信道進行光復(fù)用的一種復(fù)用技術(shù)。2光信號復(fù)用(1)光頻分復(fù)用（OFDM）當光載波之間的間隔較小時，用波長來衡量其間隔就很不方便，所以對于波長間隔小于1nm的系統(tǒng)習(xí)慣稱為OFDM系統(tǒng)。(2)光時分復(fù)用（OTDM）OTDM是指可以將多個高速電調(diào)制信號分別轉(zhuǎn)換為等速率的光信號，然后在光層上利用超窄光脈沖進行時域復(fù)用。(3)OCDMA在OCDMA通信系統(tǒng)中，每個用戶都擁有一個惟一的地址碼，該碼是一組光正交碼中的一個。6.2 光波分復(fù)用技術(shù)6.2.1 WDM、DWDM和CWDM6.2.2 WDM的特點6.2.3 WDM與光纖6.2.4 WDM對光源和光電檢測器的要求6.2.1 WDM、DWDM和CWDMDWDM和CWDM技術(shù)實際上它們是同一種技術(shù)，只是通道間隔不同。WDM系統(tǒng)的通道間隔為幾十納米以上，例如最早的1310/1550nm兩波長系統(tǒng)，它們之間的波長間隔達兩百多納米，這是在當時技術(shù)條件下所能實現(xiàn)的WDM系統(tǒng)。隨著技術(shù)的發(fā)展，特別是EDFA（摻鉺光纖放大器）的商用化，使WDM系統(tǒng)的應(yīng)用進入了一個新的時期。6.2.1 WDM、DWDM和CWDM圖6-1 WDM系統(tǒng)的頻譜分布圖 6.2.1 WDM、DWDM和CWDMDWDM是密集波分復(fù)用的英文縮寫。DWDM系統(tǒng)是一種波長間隔更緊密的WDM系統(tǒng)。所謂密集是針對波長間隔而言的，而且DWDM技術(shù)其實是WDM技術(shù)的一種具體表現(xiàn)形式。為了滿足接入網(wǎng)應(yīng)用的要求，因而近來流行一種稱為粗波分復(fù)用的技術(shù)，即CWDM技術(shù)。6.2.1 WDM、DWDM和CWDM圖6-2 1550nm DWDM系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖 6.2.1 WDM、DWDM和CWDMCWDM系統(tǒng)是在1 5301 560nm的頻譜范圍內(nèi)每隔10nm分配一個波長。無論是DWDM，還是CWDM，它們的本質(zhì)都是相同的，即都是建立在頻譜分割基礎(chǔ)之上的不同表述形式。WDM系統(tǒng)中光波長區(qū)的分配問題。6.2.2 WDM的特點（1）光波分復(fù)用器結(jié)構(gòu)簡單、體積小、可靠性高（2）提高光纖的頻帶利用率（3）降低對器件的速率要求（4）提供透明的傳送通道（5）可更靈活地進行光纖通信組網(wǎng)（6）存在插入損耗和串光問題6.2.3 WDM與光纖圖6-3 WDM與光纖特性 6.2.4 WDM對光源和光電檢測器的要求 1對光源的要求(1)激光器的輸出波長保持穩(wěn)定(2)激光器應(yīng)具有比較大的色散容納值(3)采用外調(diào)制技術(shù)2對光檢測器的要求光檢測器應(yīng)具有多波長檢測能力。6.2.4 WDM對光源和光電檢測器的要求圖6-4 溫度反饋控制原理示意圖 6.2.4 WDM對光源和光電檢測器的要求圖6-5 波長反饋控制原理示意圖 6.3 波分復(fù)用系統(tǒng)6.3.1 波分復(fù)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)6.3.2 WDM系統(tǒng)的基本應(yīng)用形式6.3.3 WDM系統(tǒng)中的光監(jiān)控信道6.3.1 波分復(fù)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖6-6 WDM系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)示意圖（單向）6.3.2 WDM系統(tǒng)的基本應(yīng)用形式1單向結(jié)構(gòu)2雙向結(jié)構(gòu)1單向結(jié)構(gòu)圖6-7 單向結(jié)構(gòu)WDM傳輸系統(tǒng) 2雙向結(jié)構(gòu)圖6-8 雙向結(jié)構(gòu)WDM傳輸系統(tǒng) 6.3.3 WDM系統(tǒng)中的光監(jiān)控信道 隨著EDFA的商用化進程的發(fā)展，在WDM系統(tǒng)中通常使用EDFA作為中繼器，這樣使無電中繼距離大大提高，因而在WDM系統(tǒng)中的監(jiān)控內(nèi)容增加了對EDFA的監(jiān)控與管理的內(nèi)容。在WDM系統(tǒng)中是通過增加一個新的波長來對EDFA的工作狀態(tài)進行監(jiān)控。除監(jiān)控線路中的EDFA之外，WDM系統(tǒng)中的監(jiān)控系統(tǒng)還應(yīng)完成對各波道工作狀態(tài)的監(jiān)控。監(jiān)控信號所傳信息包括幀同步字節(jié)、公務(wù)字節(jié)和網(wǎng)管所用的開銷字節(jié)等。6.4 基于WDM的光傳送網(wǎng)6.4.1 WDM光傳送網(wǎng)分層結(jié)構(gòu)6.4.2 WDM網(wǎng)絡(luò)的交換形式和波長路由機制6.4.3 WDM網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵設(shè)備OADM和OXC6.4.4 采用光波分復(fù)用技術(shù)的高速光纖通信線路6.4.5 WDM網(wǎng)絡(luò)的生存性6.4.1 WDM光傳送網(wǎng)分層結(jié)構(gòu)1光傳送網(wǎng)與通信網(wǎng)之間的關(guān)系2WDM光傳送網(wǎng)分層結(jié)構(gòu)1光傳送網(wǎng)與通信網(wǎng)之間的關(guān)系圖6-9 通信網(wǎng)的分層結(jié)構(gòu) 2WDM光傳送網(wǎng)分層結(jié)構(gòu)(1)分層結(jié)構(gòu)(2)光通道網(wǎng)絡(luò) 光通道層的邏輯功能模型 光復(fù)用段層的邏輯功能塊模型(3)WDM光傳送網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)單元連接模型2WDM光傳送網(wǎng)分層結(jié)構(gòu)圖6-10 WDM光傳送網(wǎng)的功能分層模型圖 2WDM光傳送網(wǎng)分層結(jié)構(gòu)圖6-11 WDM光傳送網(wǎng)的邏輯功能模塊圖 2WDM光傳送網(wǎng)分層結(jié)構(gòu)圖6-12 VWP機制的波長轉(zhuǎn)換過程示意圖 2WDM光傳送網(wǎng)分層結(jié)構(gòu)圖6-13 WDM光傳送網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)單元連接模型圖 6.4.2 WDM網(wǎng)絡(luò)的交換形式和波長路由機制 1WDM網(wǎng)絡(luò)的交換形式2波長路由機制1WDM網(wǎng)絡(luò)的交換形式(1)光路交換(2)分組交換(3)光突發(fā)交換(4)光分組流交換1WDM網(wǎng)絡(luò)的交換形式圖6-14 廣播式星形光網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖 1WDM網(wǎng)絡(luò)的交換形式圖6-15 光分組交換網(wǎng)絡(luò)節(jié)點結(jié)構(gòu) 1WDM網(wǎng)絡(luò)的交換形式圖6-16 光突發(fā)交換網(wǎng)絡(luò)節(jié)點結(jié)構(gòu) 1WDM網(wǎng)絡(luò)的交換形式圖6-17 光分組流交換數(shù)據(jù)包格式 2波長路由機制 圖6-18 WDM網(wǎng)絡(luò)中的波長通路 6.4.3 WDM網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵設(shè)備OADM和OXCWDM已經(jīng)成為光纖通信的主要發(fā)展方向，因而光分插復(fù)用器(OADM)和光數(shù)字交叉連接器OXC將成為光傳送網(wǎng)中的關(guān)鍵器件，其性能直接對通信網(wǎng)絡(luò)的性能構(gòu)成影響。1OADM(1)OADM的功能波長上、下話路的功能。具有波長轉(zhuǎn)換功能。具有光中繼放大和功率平衡功能。提供復(fù)用段和通道保護倒換功能，支持各種自愈環(huán)。具有多業(yè)務(wù)接入功能。1OADM(2)OADM的基本結(jié)構(gòu) 由分波器、空間交換單元和合波器組成的OADM 由耦合單元、濾波單元和合波器構(gòu)成的OADM 電聲光可調(diào)濾波器構(gòu)成的OADM 由波長光柵路由器(WGR)構(gòu)成的OADM1OADM圖6-19 OADM節(jié)點主光通道的體系結(jié)構(gòu)框圖 1OADM圖6-20 基于分波器、空間交換單元和合波器組成的OADM 1OADM圖6-21 由耦合單元、濾波單元和合波器構(gòu)成的OADM結(jié)構(gòu) 1OADM圖6-22 由電聲光可調(diào)濾波器構(gòu)成的OADM結(jié)構(gòu) 1OADM圖6-23 由波長光柵路由器(WGR)構(gòu)成的OADM的結(jié)構(gòu)圖 2OXC(1)OXC的功能 與SDH網(wǎng)絡(luò)中的DXC設(shè)備的功能相比，它們在網(wǎng)絡(luò)中的地位和作用相同，但功能上存在下列區(qū)別。OXC是在光域完成交叉連接功能的，而DXC是在電層上進行交叉連接。OXC可以對不同速率和采用任何傳輸格式的信號進行交叉連接操作；DXC設(shè)備針對不同傳輸格式和不同傳輸速率的信號的處理方式不同。DXC受電子速率的限制，交叉連接速率較低；OXC無論在交叉連接速率、接入速率以及總?cè)萘康确矫?，都?yōu)于DXC。OXC中無需進行時鐘信號同步與開銷處理，便于網(wǎng)絡(luò)升級(無需更換設(shè)備)，而DXC必須進行時鐘信號同步與開銷處理，在網(wǎng)絡(luò)升級時必須更換設(shè)備。2OXC(1)OXC的功能 OXC的實現(xiàn)方式OXC共有三種實現(xiàn)方式：光纖交叉連接、波長交叉連接和波長轉(zhuǎn)換交叉連接。2OXC圖6-24 OXC的實現(xiàn)方式 2OXC(1)OXC的功能 OXC的主要功能OXC可以在光纖和波長兩個層面上為網(wǎng)絡(luò)提供帶寬管理，如動態(tài)重構(gòu)光網(wǎng)絡(luò)、提供光信道的交叉連接以及本地上、下話路操作、動態(tài)調(diào)節(jié)各個光纖中的流量分布等。同時在出現(xiàn)繼纖故障時，OXC還能提供1+1光復(fù)用段保護。2OXC(2)OXC結(jié)構(gòu) 基于WDM技術(shù)和空分復(fù)用技術(shù)的OXC 基于空分技術(shù)和可調(diào)光濾波器技術(shù)的OXC 基于分送耦合開關(guān)的第一類和第二類OXC 基于平行波長的開關(guān)的OXC 完全基于波長交換的OXC結(jié)構(gòu)2OXC圖6-25 OXC的一般結(jié)構(gòu) 2OXC圖6-26 WDM技術(shù)和空分復(fù)用技術(shù)相結(jié)合的OXC的結(jié)構(gòu) 2OXC圖6-27 基于空分技術(shù)和可調(diào)光濾波器技術(shù)的OXC結(jié)構(gòu) 2OXC圖6-28 基于分送耦合開關(guān)的OXC結(jié)構(gòu) 2OXC圖6-29 基于平行波長的開關(guān)的OXC結(jié)構(gòu) 2OXC圖6-30 完全基于波長交換的OXC結(jié)構(gòu) 6.4.4 采用光波分復(fù)用技術(shù)的高速光纖通信線路1影響波分復(fù)用系統(tǒng)性能的因素2與WDM系統(tǒng)設(shè)計有關(guān)的幾個問題1影響波分復(fù)用系統(tǒng)性能的因素(1)制作技術(shù)和成本限制(2)串擾影響(3)穩(wěn)頻(4)阻塞特性2與WDM系統(tǒng)設(shè)計有關(guān)的幾個問題（1）WDM系統(tǒng)中的最小和最大光功率 最小光功率 最大光功率（2）信噪比、通道間隔、總通道數(shù)傳輸距離的影響（3）最大中繼距離的計算2與WDM系統(tǒng)設(shè)計有關(guān)的幾個問題圖6-31 典型WDM系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖 2與WDM系統(tǒng)設(shè)計有關(guān)的幾個問題圖6-32 SNR與EDFA級聯(lián)數(shù)K的關(guān)系 6.4.5 WDM網(wǎng)絡(luò)的生存性1網(wǎng)絡(luò)生存性的概念2網(wǎng)絡(luò)生存性策略保護和恢復(fù)3WDM網(wǎng)絡(luò)保護1網(wǎng)絡(luò)生存性的概念網(wǎng)絡(luò)的生存性是指網(wǎng)絡(luò)在經(jīng)受各種故障(網(wǎng)絡(luò)失效和設(shè)備失效)后能夠維持可接受業(yè)務(wù)質(zhì)量的能力。經(jīng)常出現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)故障包括以下幾種。設(shè)備故障鏈路故障軟件故障2網(wǎng)絡(luò)生存性策略保護和恢復(fù)為了保證網(wǎng)絡(luò)的正常工作，必須建立一個具有快速、可靠的交叉連接機制和重選路由技術(shù)的保護倒換方案。就網(wǎng)絡(luò)生存性而言，它包含兩個方面的內(nèi)容：保護和恢復(fù)。(1)保護恢復(fù)技術(shù)分類(2)網(wǎng)絡(luò)生存性性能指標2網(wǎng)絡(luò)生存性策略保護和恢復(fù)（1）保護恢復(fù)技術(shù)分類按網(wǎng)絡(luò)中所使用的協(xié)議層次進行劃分：1.IP層恢復(fù)技術(shù)2.ATM層恢復(fù)技術(shù)3.SDH層恢復(fù)技術(shù)4.光層恢復(fù)技術(shù)WDM網(wǎng)絡(luò)的恢復(fù)方案又可分為保護倒換和利用OXC重新選路進行業(yè)務(wù)恢復(fù)兩種。2網(wǎng)絡(luò)生存性策略保護和恢復(fù)(2)網(wǎng)絡(luò)生存性性能指標冗余度是指網(wǎng)絡(luò)中總的空閑容量與總工作容量之比。恢復(fù)率是指已恢復(fù)的通道數(shù)占原來失效的總通道數(shù)的比例?；謴?fù)時間是與恢復(fù)率有關(guān)的指標，它是指在以一定恢復(fù)率為目標的情況下，恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)所需要的時間。3WDM網(wǎng)絡(luò)保護(1)WDM系統(tǒng)線路保護方式 基于單個波長的、在SDH層上實現(xiàn)的1+1或1n保護 光復(fù)用段保護(OMSP)(2)WDM環(huán)網(wǎng)的保護 WDM環(huán)形網(wǎng)絡(luò)的分類 兩纖環(huán)(3)網(wǎng)狀網(wǎng)的OXC保護3WDM網(wǎng)絡(luò)保護圖6-33 采用分路器和光開光復(fù)用段保護(OMSP)3WDM網(wǎng)絡(luò)保護圖6-34 兩纖單向配置環(huán) 3WDM網(wǎng)絡(luò)保護圖6-35 兩纖雙向配置環(huán)(集中波長產(chǎn)生)3WDM網(wǎng)絡(luò)保護圖6-36 OXC節(jié)點的保護示意圖