光纤通信应用技术(工信部)

1烽火通信信息产业部武汉邮电科学研究院王加强烽火通信教师简历王加强——毕业于北京邮电大学（原北京邮电学院）信息产业部武汉邮电科学研究院高级工程师中国通信学会会员光纤通信专业技术资格认证培训师具有光纤传输系统设计与施工测量经历编著出版专业技术教材:1.《光纤通信工程》（人民邮电出版社—2002）2.《光纤通信技术》（武汉大学出版社—2007）为中国电信、移动、联通等通信运营商，广电、电力、铁道、高速等部门担任光纤传输工程技术培训3烽火通信内容提要•光纤通信概述•光纤传输系统与指标•光波分复用(DWDM)系统•光纤与光缆•光发送与光接收•光无源器件•光放大与色散补偿技术•光缆工程施工与测量•光纤网络管理与维护4烽火通信光纤通信概述5烽火通信通信业务的迅猛增长主要体现为对传输带宽的需求光纤通信以其独特的优越性、巨大的传输带宽成为当今最主要的信息传输方式光纤通信在所有信息传输领域均获得广泛应用6烽火通信光纤通信网络•以光波为信号载体，以光导纤维为传输介质的通信方式即为光纤通信•光纤传输具有独特的优越性、巨大的传输带宽•目前，百分之八十五以上的信息（语音、数据、图象）通过光纤传输•我国各通信运营商与各行业、部门的专用网建设的光缆骨干网、城域网及用户接入网总长度已达680万公里以上7烽火通信光纤通信的特点•传输带宽达数百THz，通信容量极大。•传输衰耗低，中继距离长。•光缆重量轻、尺寸小，便于敷设与维护。•抗电磁干扰,特别有利于电力网通信.•无信号间串扰，保密性好。•材料来源广，成本相对低。8烽火通信光纤传输的应用问题•光纤使用中不能弯曲过小•光纤线路的连接操作较复杂（固定、活动）•光的分路与耦合较困难9烽火通信光纤通信的技术演变大气光通信1966年：高锟的论点1970年：光纤（康宁）器件（贝尔）、1976（中国武汉）系统建设：市话（1982）——长话（1987）——八纵八横波长应用：850nm——1310nm——1550nm（S、C、L）光纤应用：MMF——SMF——新型：G.655、LEAF、EDF、DCF信号类型：模拟——数字（PDH——SDH）传输速率：8M、34M、140M、——155M、622M、2.5G、10G使用波长:单一波长——波分复用——密集波分复用(DWDM)网络技术：光分插复用（OADM）——光交叉连接（OXC）——自动光交换（ASON）10烽火通信光纤通信的应用类型•公用网：市话局间中继、长途干线系统（国际、一级、二级）、移动网•专用网：铁道、电力、军事、石油、高速、政务、金融、公安等•广电网：HFC图象传输（CATV）•计算机网：WAN、MAN、FRN、DDN•用户接入网：FTTC、FTTB、FTTH、FTTO•接入技术：APON、EPON、GPON•接入速率：10Mbps、100Mb/s（到户）、千Mb/s（到楼）（G）万Mb/s（10G）Tb/s（出口）11烽火通信行业专网的特点•对信号带宽的要求不断提高•业务类型具有共性：传统语音业务高速INTERNET接入内部系统互联视频会议高清视频监控网络数据存储•网络布局复杂，管理与维护困难•一般无备用或保护系统,可靠性要求高12烽火通信专用网络业务类型及带宽传统语音业务——0.5M(16路)高速INTERNET接入——3-6M内部系统互联——2-4M视频会议——10M高清视频监控——8M网络数据存储——4M合计带宽需求量：25M—35M13烽火通信光缆传输的不同应用网络干线光网络城域光网络ADSS光缆OPGW光缆水下光缆管道光缆DuctCableUnderwaterCable办公室直埋光缆DirectBurialCableSOHO架空光缆G655&G652光纤G652光纤千兆以太网光纤光缆WRI多模光纤FTTC&FTTB电力通信专用光缆信息化智能小区ANLAN爬坡直埋光缆防蚁光缆通信中心XX大学XX大厦接入光网络通信分中心接入服务器阻燃光缆大芯数带状光缆14烽火通信光纤通信系统涉及的产品（1）光传输设备：光端机、中继机、波分复用机（2）光纤、光缆及附件：接头盒、终端盒、光配线架（3）光电器件：有源器件：光源、光探测器、光放大器、波长转换器等无源器件：连接器、隔离器、耦合器、波分复用器等（4）测试仪器与专用工具：误码分析仪、光时域反射仪（OTDR）、光谱分析仪光源、光功率计、光纤熔接机、米勒钳、切割器等。15烽火通信光纤传输系统16烽火通信单信道光传输系统光纤数字通信系统的技术指标：（1）误码指标：平均误码率BER误码秒ES严重误码秒SES误码块EB误块秒比ESR（2）抖动与漂移性能（3）光发送与接收的技术指标光端机中继机光端机交换交换E/OO/EO/E/O17烽火通信光纤传输扩容方式•光纤通信技术主要围绕提高传输容量与增大传输距离发展。(PDH——SDH——WDM）•提高传输容量的手段有：1、SDM—采用增加光纤对扩大通信容量。2、TDM—不断提高信道传输速率。3、WDM—增加光纤中信道(波长)数量。•增大传输距离的方式有：1、进行光放大2、采用色散补偿与前向纠错技术3、实现光孤子通信18烽火通信光波分复用技术（WDM）•WDM的含义–WavelengthDivisionMultiplexing–利用一根光纤可以同时传输多个不同波长的光载波的特点，把光纤可能应用的波长范围划分成若干个波段，每个波段用作一个独立的通道传输一种预定波长（其信号类型、制式与速率均可不同）的光信号。合波器Tx1TxnEDFA分波器Rx1RxnEDFAEDFA19烽火通信光波分复用的特点•优点充分利用光纤带宽实现超大容量传输–EDFA直接光放大，降低成本–对速率和调制方式透明–系统升级容易–有限的传输速率可降低光纤色散的影响–网络层次分明，业务调度方便–适应未来光网络建设的要求高容量,低成本,透明性,波长分插复用20烽火通信光波分复用的特点主要技术问题–光纤非线性的影响,特别是四波混频–需宽带增益平坦的光放大器–光源的波长稳定性和波长一致性–光无源器件的插入衰耗及可靠性21烽火通信TDM和WDM技术合用•利用TDM和WDM两种技术使网络容量巨增1.根据不同的光纤类型选择TDM的最高传输速率2.根据传输容量的大小选择DWDM复用的光信道数•WDM的容量（总传输速率）–由两方面因素决定：可同时使用的波道数N，以及每一波道可传输的最大速率（容量）V，WDM的容量即传输的最大信息速率C=N╳V。22烽火通信光波分复用应用类型DWDM(DenseWDM)密集波分复用–波长间隔小于1000GHz(约8nm），一般在1550nm窗口采用，用于长距离传输CWDM(CoarseWDM)粗波分复用–波长间隔介于10nm到50nm，通常为20nm，可在1310nm和1550nm窗口采用，用于城域网WWDM(WideWDM)宽波分复用–波长间隔大于50nm，一般指1310nm/1550nm复用，仍用于接入网，但很少用于长距离传输23烽火通信OMUTXOTU11TXOTU22TXOTU3232…EMUOWUOSCODURXOTU1621RXOTU163231…OMTDWDM系统结构图OMUTXOTU11TXOTU22TXOTU3232…EMUOWUOSCODURXOTU1621RXOTU163231…OMTOBAOPAOPAOBAEMUOWUOSCILAOLAOLA24烽火通信-45-40-35-30-25-20-15-10-501547.601548.291548.991549.681550.371551.071551.761552.461553.151553.841554.541555.231555.921556.621557.311558.001558.701559.391560.091560.783210Gbit/s光谱图25烽火通信波长转换特点：*使用DWDM和线路放大器优点：*低成本增加带宽OADMOADMOADMIPATMSDHIPoxcOADMOADMOADMWDMWDM1n1n特点：*基于波长的自愈环优点：*快速保护的OADM环*直接连接其他业务网络降低成本特点：*使用OXC优点：*更为灵活的配置网络点-到-点单WDM自愈环全光网络多个WDM自愈环光纤网络组网方式26烽火通信点到点组网点到点组网是最基本的组网应用形式，通常用于端到端的业务传送。该组网方式主要由OMT站点和OLA站点组成传输系统。27烽火通信链形组网链型组网包括二种情况，一种是在点到点组网中引入OADM站点，另一种是跨数字段连接。可根据业务需求进行动态的波长分配，使业务调度具有灵活性，成为一个业务可调度的系统。28烽火通信环形组网在DWDM网络的规划中，环型组网是应用比较多的组网方式，该方式可提供光通道保护、光复用段保护和光线路保护。工程上既可采用OADM作为节点设备,也可采用OMT设备背靠背的方式进行环形组网。29烽火通信光分插复用(OADM)技术•波长分插应用使得某些波长可以经过OTU的转发直接通过中间局,而不需要经过SDH终端设备,可以使某些波长在中间局的终端设备上终结,也就是说某些波长在中间局上下业务。•一个光波长在被数字终端设备(如SDH)再生和再定时之前,可以通过多达10个中间站,这些中间站(可以是OMT,OADM)具有波长分插功能。•如果某个波长在中间局不需要上下业务，那么采用ＯＴＵ的通过方式而省去ＳＤＨ终端设备。30烽火通信OADOBAEMUOWUOSC光波长分插复用示意OADRXOUTRXOTUTXOTUTXOTUTXOTUTXOTUOPAOADOPAOADOBARXOUTRXOTUTXOTUTXOTUTXOTUTXOTUOADM固定信道31烽火通信…去复用去复用1N复用复用1N………1m1m(a)固定式去复用N去复用1……1m1m…复用复用1N……1m1m…光交叉连接（OXC）技术(b)可重配置式波长变换波长变换光层次的波长管理、波长交换与路由选择32烽火通信CATV光网络结构(HFC)前端服务区200~2000家庭用户干线放大器线路延伸器干线网(星型)光节点配线网(树型)用户引入线光节点光节点分路器分路器分路器33烽火通信用户接入网系统(PON)交换机OLTOLTOLT1:N1:N1:NnONUpFTTCFTTBFTTH传输链路34烽火通信EPON的原理——信号复用•EPON系统采用WDM技术，实现单纤双向多波长传输•为了分离同一根光纤上多个用户的来去方向的信号，采用以下两种复用技术：–下行数据流采用TDM技术；–上行数据流采用TDMA技术。1490nm（数据）、1550nm（图象）1310nm35烽火通信EPON的原理——信号复用成本更低•光模块的节约•光纤的节约服务质量更好•设备发挥主控功能36烽火通信广播方式EPON的原理——下行数据37烽火通信EPON的原理——上行数据TDMA方式38烽火通信EPON原理—OLT和ONU的工作ONU的操作•ONU通过下行控制帧的时间戳与OLT同步；•ONU等待发现帧（gate）•ONU进行发现处理，包括：测距，指定带宽。•ONU等待授权，ONU只能在授权时间发送数据OLT的操作•产生时间戳消息，用于系统参考时间•通过MPCP帧指配带宽•进行测距操作•控制ONU注册39烽火通信EPON的原理——MPCP•MPCP在OLT和ONU之间规定了一种控制机制——MPCP协调数据的有效发送和接收：–系统运行过程中上行方向在一个时刻只允许一个ONU发送–位于OLT的高层负责处理发送的定时、不同ONU的拥塞报告，从而优化PON系统内部的带宽分配•MPCP有两种操作模式：自动发现（初始化）模式和普通模式。–自动发现模式用来检测新连接的ONU，测量环路延时和ONU的MAC地址–普通模式给所有已经初始化的ONU分配传输带宽40烽火通信FTTH网络拓扑结构AN5116AN5006-05AN5006