自考光纤通信技术第1章概述

第1章概述1.1光纤通信的基本概念1.2光纤通信网络的发展现状1.3光纤通信网络的发展趋势1.1光纤通信的基本概念•利用光导纤维传输光波信号的通信方式称为光•光波属于电磁波的范畴。•属于光波范畴之内的电磁波包括紫外线、可见光和红外线。1.1光纤通信的基本概念•图1-1电磁波的种类和名称1.1光纤通信的基本概念•光导纤维（简称为光纤）本身是一种介质，目前实用通信光纤的基础材料是SiO2，因此它是属于介质光波导的范畴。•对于SiO2光纤，在上述波长区内的三个低损耗窗口，是目前光纤通信的实用工作波长，即0.85μm、1.31μm及1.55μm。返回1.2光纤通信网络的发展现状•1.2.1光网络的基本概念•1.2.2光网络的组网技术现状返回1.2光纤通信网络的发展现状•1.2.1光网络的基本概念光网络是光纤通信网络的简称，它是指以光纤为基础传输链路所组成的一种通信体系结构。换句话说，光网络就是一种基于光纤的电信网。1.2光纤通信网络的发展现状光网络兼顾“光”和“网络”两层含义：即可通过光纤提供大容量、长距离、高可靠的链路传输手段，同时在上述媒质基础上，可利用先进的电子或光子交换技术，并引入控制和管理机制，实现多节点间的联网以及基于资源和业务需求的灵活配置功能。1.2光纤通信网络的发展现状光网络是由光传输系统和在光域内进行交换/选路的光节点构成，并且光传输系统的传输容量和光节点的处理能力非常大，电层面的处理通常是在边缘网络中进行的，边缘节点是通过光通道实现与光网络的直接连通。图1-3所示为基于WDM的多波长光网络总体结构图。光网络常使用的设备有OTM（光终端复用器）、OADM（光分插复用器）和OXC（光数字交叉连接器）。1.2光纤通信网络的发展现状图1-3基于WDM的多波长光网络总体结构示意图1.2光纤通信网络的发展现状光网路节点（ONN）是用户终端与光网络的接口界面，可提供交叉连接和选路等功能，用于控制、分配光信号的路径，从而实现源节点和目的节点之间的光连接。网络中的光电转换和电子处理器件主要集中在边缘节点用于业务上路和下路操作。可见这种光网络不是一种纯光的光网络，它的控制、管理以及处理仍然是由电层来完成的。返回1.2光纤通信网络的发展现状•1.2.2光网络的组网技术现状从光网络的发展进程来看，光网络可以分为三代。第一代是以光同步网（SDH）为代表的，仅仅在光层面实现大容量的传输，而所有的交叉连接、选路和其他智能化的操作都是在电层面来完成。1.2光纤通信网络的发展现状光传送网（OTN）和全光网络（AON）可以认为是第二代光网络，OTN是在子网内实现透明的光传输，而在子网边界处采用光/电/光（O/E/O）的3R再生（包括光放大、时钟恢复和光判决等）技术，以此构成光网络，而在AON网络中，信号的传送、复用、选路、监控和某些智能是在光层面上完成。1.2光纤通信网络的发展现状第三代光网络将是以自动交换光网络（ASON）为代表的智能光网络。智能化的ASON能够构建在OTN或SDH之上，实现动态的、基于信令和策略驱动的控制。1.2光纤通信网络的发展现状从广义的角度看，光网络应该覆盖城域网和接入网，由于这两种网络在网络中位置不同，各自的技术特征也不同，因此可根据需求选择不同的技术。通常城域骨干网中可供选择的技术有SDH、DWDM、OTN、MSTP、ASON等，接入网中常使用的技术包括SDH、CWDM、MSTP、EPON、GPON、PTN等。1.2光纤通信网络的发展现状SDH技术：是第一代光网络的应用技术，它是由一系列的SDH网元构成，可通过光纤链路实现同步信息的大容量、长距离、高可靠的业务传送、复用、分插、交叉连接。但其中所有的交叉连接和选路功能是在电层完成的。1.2光纤通信网络的发展现状波分复用技术：在WDM系统中，可使多种波长的信号可以同时在一根光纤中实现长距离的传送，这种技术极大地提高了光纤的通信容量。1.2光纤通信网络的发展现状MSTP技术：基于SDH的多业务传送平台（MSTP），利用已敷设的大量SDH运营网络，能够同时实现TDM、ATM、以太网等业务的接入、处理和传送功能，并能提供统一的网管运营平台。1.2光纤通信网络的发展现状OTN技术：是以波分复用技术为基础、在光层完成业务信号的传送、复用、选路、交换和监控等，并保证其性能指标和生存性。从功能上看，OTN能够在子网内实现透明的光传输，而在子网边界处采用光/电/光（O/E/O）的3R再生技术，从而构建起一个完整的光传送网。1.2光纤通信网络的发展现状ASON技术：是一种智能化的第三代光网络技术。这种技术是通过能够提供自动发现和动态连接建立功能的分布式（或部分分布式）控制平面，基于OTN或SDH网络实现动态的、基于信令和策略动态控制的一种网络技术。1.2光纤通信网络的发展现状PON（无源以太网）技术：是以光纤为传输媒质，具有高接入带宽、全程无源分光传输的特点，在管理运维、带宽性能、综合业务提供、带宽分配策略、组网灵活性等方面，较其他接入技术具有明显的优势。1.2光纤通信网络的发展现状常使用的主要有EPON（以太无源光网络）技术和GPON（吉比特无源光网络）技术。EPON利用PON技术与以太网技术的有效结合，将信息封装成以太网帧进行传输，从而实现基于PON拓扑结构下的以太网接入，利于与现有以太网的兼容。GPON技术是新一代光接入技术，在抗干扰性、带宽特性、接入距离、维护管理等方面均具有巨大优势。可更好地支持话音、数据、视频等多业务流的接入。1.2光纤通信网络的发展现状PTN（分组传送网）技术：是面向连接的、以分组交换为核心的、承载电信级以太网业务为主、兼容传统TDM、ATM等业务的综合传送技术。返回1.3光纤通信网络的发展趋势•1.3.1发展趋势•1.3.2关键技术返回1.3光纤通信网络的发展趋势•1.3.1发展趋势随着互联网和视频业务的快速发展，特别是无线智能手机的迅速普及，IP业务流量持续强劲增长，运营商的骨干传送网所面对的压力也越来越大，因此预计到2013年最大段落容量将达10T，100G的需求将占据主导，并2015年左右将进入规模部署阶段。1.3光纤通信网络的发展趋势城域光网络的发展呈现出以下趋势：•网络结构逐步扁平化•接口以太化•传送内核分组化•融合化•双平面返回1.3光纤通信网络的发展趋势•1.3.2关键技术1.大容量、超长距离传输技术从调制格式和复用方式来看，可采用基于偏振复用结合的多相位调制的调制方式，如偏振复用四相相移键控（PDM-QPSK）、8/16相相移键控（8PSK/16PSK）以及基于低速子波复用的正交频分复用（OFDM），也可采用光时分复用技术。1.3光纤通信网络的发展趋势从调制编码解调来看，目前主要可采用直接解调和相干解调两种方式，其中相干解调主要采用数字信号处理（DSP）技术来实现，显著降低了相干通信中对于激光器特性的要求。（1）正交频分复用：鉴于OFDM的技术优势，将其引入到光纤通信系统中是近年来的一个研究热点。•（2）光时分复用：OTDM能够克服因放大器级联而带来的增益不平坦和光纤非线性的限制，在未来采用全光交换和全光路由的网络中，OTDM技术的一些特点使其作为全光网络关键技术之一更具吸引力，例如上下话路方便，可适用于本地网和骨干网。1.3光纤通信网络的发展趋势（3）偏振复用：利用光在单模光纤中传输的偏振特性，将传输波长的两个独立且相互正交的偏振态作为独立信道分别用于传输两路信号，这样可成倍提高系统容量和频谱利用率。1.3光纤通信网络的发展趋势•1.3.2关键技术2.全光缓存器全光缓存器，是全光包交换网络中的关键器件。目前“光缓存”可以分为两类：一类是通过减慢光的传播速度所制作的慢光型全光缓存器；另一类是通过延长光传输路径构建的，包括光纤延迟线或光纤环型全光缓存器。1.3光纤通信网络的发展趋势•1.3.2关键技术3.光层调度技术作为实现OTN光层调度的核心设备ROADM，ROADM采用可配置的光器件，从而实现OTN节点中任意波长、波长组的上下、阻断和直通配置。这样通过引入ROADM设备，可组建大规模的PXC（光子交叉）网络，以实现OTN光层波长交叉调度功能。返回