干线传输网教程.doc

新疆广电光缆干线网技术简介
密集波分复用DWDM（Dense Wavelength Division Multiplexing）
光放大技术：EDFA具有高增益、高输出、宽频带、低噪声、增益特性与偏振无关，以及数据速率与格式透明等一系列优点。
DWDM系统对EDFA有一个特殊要求----增益平坦。EDFA在1.55微米波长窗口的工作带宽为30—40纳米，将它用于DWDM系统时，因各信道的波长不同而有增益偏差，经过多级放大后增益偏差累积，低电平信道信号的SNR恶化，高电平信道信号也因光纤非线性效应而使信号特性恶化，最终造成整个系统不能正常工作。
1、 增益均衡技术：利用损耗特性和放大器的增益波长特性相反的增益均衡器来抵消增益的不均匀性。
2、 光纤技术：通过改变光纤材料或利用不同光纤的组合来改变掺铒光纤的特性，从而改善EDFA的增益特性。光纤技术除了改善增益特性外，还可改善EDFA的噪声特性和扩宽增益带宽。
克服色散的技术：
在1550nm波长附近，G.652光纤的色散系数典型值为17ps/nm.km。当光纤的衰减问题得到解决后，色散受限就成为系统长距离传输的主要问题。色散容纳（DA）技术就是通过一些技术手段减小或消除色散的影响，延长传输距离。
1、压缩光源的谱线宽度：色散对光脉冲传输的影响主要表现在经过传输的光脉冲将受到展宽，而这种展宽的大小在一定传输距离的情况下，取决于传输光纤的色散系数和光源发送的光波的频谱宽度。光源的频谱越宽（频率啁啾系数越大），光纤色散对光脉冲的展宽越大。
频率啁啾是单纵模激光器特有的系统损伤。当单纵模激光器工作于直接调制时，注入电流的变化会引起载流子密度的变化，进而使有源区的折射率发生变化，结果使激光器的谐振腔的光通路长度发生变化，导致波长随时间偏移，发生所谓的频率啁啾现象，表现为光源的波长稳定性差，光谱宽。当光脉冲经过光纤传输后，由于光纤的色散作用，使受频率啁啾影响的光脉冲波形发生展宽。
减小频率啁啾系数的一个有效方法是，采用外调制的激光器（即间接调制光源）。它是由一个恒定的光源和一个光调制器组成，通过使用恒定光源，避免了直接调制时激励电流的变化，从而减小了光源发出光波长的偏移，达到降低频率啁啾系数的目的。
目前在DWDM系统中，几乎所有的光源均采用外调制激光器。
2、色散补偿光纤的使用：色散补偿光纤（DCF）是一种特制的光纤，其色散系数为负值，恰好与G.652光纤相反，可以抵消G.652光纤色散的影响。通常这类光纤的典型色散系数为-90ps/nm.km，因而DCF只需在总线路长度上占G.652光纤长度的1/5，即可使总链路色散值接近于零。通常认为采用DCF来进行色散补偿是一种简单易行的无源补偿方法，这种方法的主要缺点是DCF的衰减较大，约为0.5db/km，需要使用EDFA来补偿其引入的衰减。另外，在设计时，每个中继段的长度与DCF的长度都必须匹配，一旦确定，要改变比较困难。
理论上DCF可以放置在光纤线路的任何位置，然而由于DCF的模场直径很小，光传输的有效作用面积小，对强光产生严重的非线性效应，因此，设计时不适宜将其安排在光放大器的输出端，而置于接收机端。
3、选用新型光纤：
G.655非零色散位移光纤（NZDSF）----其零色散点在1550nm窗口旁边，即在EDFA的有效带宽之外，使该窗口的色散系数和衰减系数均更加适合DWDM技术的应用。
大有效面积光纤（LEFA）----在G.655光线的基础上增大了模场直径，从而使光纤的传输有效面积得到了增大。通过这种技术措施，可以减小光纤的非线性效应，得到更好的信噪比。
光合波和分波技术：
光合波器和分波器在超高速、大容量DWDM系统中起着关键作用，其性能的优劣对系统传输质量具有决定性的影响。合波与分波器的性能指标主要有插入损耗和串扰，DWDM系统对其的要求是：（1）损耗及偏差小；（2）信道间的串扰小；（3）低的偏振相关性。
DWDM系统中常用的光合波与光分波器主要有介质膜干涉型、光栅型、熔锥型、阵列波导型等。
节点技术：
DWDM光传输网中的节点分为光交叉连接（OXC）节点、光分插（OADM）节点和混合节点（同时具有OXC和OADM功能的节点。
OXC节点的功能类似于SDH网络中的数字交叉连接设备（DXC），只不过是以光波信号为操作对象在光域上实现的，无需进行光电/电光转换和电信号处理。OXC又分为静态节点和动态节点：在静态节点中，不同光路信号的物理连接状态是固定的，其技术实现的难度比较小。在动态OXC节点中，不同光路信号的物理连接状态是可以根据需要进行实时改变的，它是真正实现DWDM光传输网的许多关键性功能（如动态路由选择、网络实时恢复和重构、网络自愈等）的必要前提。严格讲，OXC对传输的光信号是完全透明的，其操作实现与光信号的调制方式和信号格式无关。
OXC主要由光交叉连接矩阵、波长转换接口及管理控制单元等模块组成。光交叉连接矩阵是关键部分，当有多条（例如M条）光纤接入和输出，每条光纤上有N个波长时，为实现无阻塞、低延迟、宽带和高可靠的要求，光交叉连接矩阵实现全交叉的容量应为（M×N）×（M×N）。
OXC在未来的全光传输网络中，起着十分重要的作用，甚至可以说，它是真正意义上的网络节点。当光缆中断或节点失效时，OXC能自动完成故障隔离、重选路由、重新配置网络等操作，使传输业务不中断。当业务发展需要对网络结构进行调整时，OXC可以简单迅速地完成网络的调度和升级。
同样地，OADM节点的功能类似于SDH网络中的数字分插复用设备（ADM），它可以直接以光波信号为操作对象，利用光波分复用技术在光域上实现波长信道的上下。OADM节点也可分为静态OADM节点和动态OADM节点，在静态OADM节点中，使用上下固定波长的光路信号，在动态OADM节点中，可以根据需要选择上下不同波长的光路信号。
OXC和OADM的工作模型图。

网络管理技术：
监测、控制和管理是所有网络运营的最基本问题。对DWDM光传输网，网络管理技术主要包括以下几个方面的内容：
（1）网络及其各组成部分的电气特性（或光谱特性）的监测，包括对光信号功率变化和波长（或频率）的稳准度、系统噪声与非线性效应、系统的传输色散与衰减、系统各单元部件的接口状态等的监测，还包括对网络的部分单元工作状态的控制等。
（2）网络的故障监测与保护自愈管理，包括局部或全局的故障诊断（故障位置诊断和故障状态诊断）和故障节点或路由隔离自适应实时保护倒换和网络自愈、重构的实现控制等。
（3）网络传输结构管理，包括波长路由管理、波长变换的控制管理等，这是光域内实现网络无阻塞连接和重建的关键。
实际上，为保证DWDM系统的安全运营，在物理上，总是将监控系统设计成独立于工作信道与设备的单独体系。例如：在传输过程中使用单独的一个波长（优选1510nm），不依赖于任何一个业务信道；在速率上选用E1的低速率，保证长距离无需进行有源放大，提高可靠性；在中继时不使用EDFA而采用光接收机和光发送机，实现对系统上各网元设备的监视和管理；在软件上，开发智能程序，实现DWDM系统的自动测试与维护管理。

光同步传送网SDH
一、SDH的产生
1、 准同步数字体系（PDH—Plesiochronous Digtal Hierachy）
（1） PDH的复接：PDH在将用户的话路复接为一次群（如30路）时，各话路是在同一个时钟系统的控制下进行的，因此，采用的是同步复接方式。但是，PDH在复接为高次群（如二次、三次、四次群等）时，则采取异步复接方式，异步复接又称为准同步复接。由于参与复接的各支路码流，可能来自不同的设备，而这些设备又各有各的主时钟，于是在复接前要进行码速调整，把参与复接的各支路码流调整为同步码流，然后进行复接。
（2） PDH的缺点：
①由于历史原因，PDH有两个不同的基础码流速率。美国和日本基础码流速率为1.54Mbit/s，我国和欧洲则为2.048 Mbit/s。由此使得这些传输体制间不能互相兼容，不能直接互通。
②各种PDH间，光接口不统一。所谓光接口是指线路码型、工作波长范围、发送平均光功率范围、光源谱线宽度、最小消光比、最小接收灵敏度等。由于这些接口不统一，致使不同厂家生产的设备在线路上不能互通，必须环卫标准接口后才能互通，从而增加了设备成本，而且不灵活。
③PDH的复接方式基本上是异步复接，低速支路的信号被深深地“埋”在高速支路中，如需将低速支路信号从高速支路中取出，必须将高速支路一步一步地解复用，将低速信号取出，再由低向高一步一步复用上去。显然，无论从经纪上还是设备的复杂性上，都是不利的。
④在PDH的帧结构中，没有足够的管理比特，不适应网络管理、运行和维护。
⑤PDH无法提供最佳路由选择。
2、 SDH的提出和基本特点
由于PDH的缺点，在光纤通信迅速发展的情况下，如果在原有的PDH技术体制基础上进行改造，将是十分困难和得不偿失的。于是，国际电联（CCITT,现改为国际电信联盟标准部——ITU-T）在美国贝尔实验室提出的SONET（光同步数字网----Synchronous Optical Network）的基础上，于1988年制订了同步数字系列（SDH）这种新的技术体制。从1988年到1995年共通过了16个有关SDH的决议，从而给出了SDH的基本框架。
SDH的基本特点如下：
①SDH网是一个高度统一的、标准的、智能化的网络。信息在这里同步传输、同步复用、同步交叉连接。
②具有统一的接口标准。
③有一套标准化的信息结构等级，称为同步传输模块STM-N。
④帧结构是块状的，其中安排了丰富的管理比特，可在全程范围内实现管理和操作。
⑤SDH可以兼容PDH中的两种（欧洲和北美）码速进入SDH帧结构中。同时还能容纳宽带综合业务网（B-ISDN）中异步传输模块（ATM）信元及容纳各种业务信号。
⑥SDH网中采取同步复用方式和复用块结构，因此，在帧结构中各种不同等级的码流是有规律排列的而且与网络是同步的。可以想象，这样就有可能利用软件从高速信号中一次直接取出低速支路信号。

SDH也存在相应的缺点：
①SDH的频带利用率不如PDH；
②由于SDH中采用的指针调整技术将产生相位跃变，经多次PDH/SDH变化的信号在低频抖动和漂移性能上将受到较大损伤；
③由于大规模采用软件管理和集中控制技术，一旦出现人为错误、软件故障或计算机病毒，将会导致全网瘫痪。为此，人们对SDH的软件测试、网络拓扑等问题上提出了更高要求。
二、有关SDH的一些基本概念
1、SDH的速率：SDH传输网中的信号是以同步传输模块（STM）的形式来传输的。STM具有一套标准化的结构等级STM-N(N=1,4,16,64)。
它的特点：一是同步传输；二是以模块化形式传输。
根据ITU-T的建议，他们的码速率分别为：
STM-1: 155520Mbit/s（155M）
STM-4: 622080Mbit/s（622M）
STM-16: 2488320Mbit/s（2.5G）
STM-64: 9953280Mbit/s（10G）
2、SDH的帧结构：（如图）
图的上一半，表示SDH的信号是由左向右一帧、一帧传输的，图的下一半，是其中一帧的详细结构。

①SDH的帧结构是以字节为基础的，一个字节=8比特；一帧中共有9行，270×N列；传输顺序是从上到下，由左向右的；在SDH网中任何等级的STM传输一帧所用的时间均为125μs,这是SDH的一个特点。
②信息净负荷（Payload）区：指在帧结构中存放等待传输的各种业务信息的地方。
③段开销（Section Overhead简写为SOH）区：指在网络节点的信息码流中扣除信息净负荷后的字节，用作网络运行、管理和维护。
④管理单元指针（Administrative Unit Pomter简写为AU PTR）区：由一组码构成，这组码对应的值与信息在信息净负荷区中的位置（位置被编了号）相对应。这样，使得接收端能准确地从信息净负荷区分离出信息净负荷来。AU PTR还可用于频率调整，以便实现网络各支路同步工作。
3、SDH的复用结构和映射方法：
（1）容器C（Container）：容器（如C3,C4,C12）是一种信息结构，用来装载各种速率的业务信号。参与SDH复用的各种速率的业务信号都应首先通过码速调整等适配技术“装”进一个合适的标准容器。所谓适配，就是将某一层网络上的特征信息进行处理，以便适合于在下一层网络上传送。常见的适配功能有：复用、编码、速率变换、VC组合与分解和模数转换等。已“装载”完成的标准容器又将作为后面的虚容器VC的净负荷。
（2）虚容器VC:（Virtual container）：（如VC3,VC4,VC12）是SDH中最重要的一种信息结构。主要支持SDH通道层连接。虚容器由容器C输出的信息净负荷和通道开销POH组成。这个过程成为映射。VC的输出作为后面单元（TU或AU）的信息净负荷。
虚容器VC还有一个重要的特点：除在VC的组合及分解点外，VC在SDH的传送过程中作为一个独立体，在通道内任一点取出或插入，不分解。另外，VC的包封速率与SDH网络是同步的。因此，不同的VC互相是同步的，然而，虚容器VC的内容是容许“装载”来自不同容器的异步净负荷。
（3）支路单元TU（Tributary Unit）：是一种提供了低阶通道层和高阶通道层之间适配的信息结构。AU由VC和一个相应的支路单元指针来构成，为支路信息载入高阶虚容器做准备，并且通过它的指针来指出这个虚容器在高一阶虚容器中的位置。这种在净负荷中对虚容器位置的安排成为定位。
（4）支路单元组TUG（Tributary Unit Group）：是由一个或多个在高阶VC净负荷中固定地占有规定位置的支路单元组成。这种TU经TUG到高阶VC以及后面从AU到STM-N的过程称为复用，复用的方法是字节间插。
（5）管理单元AU（Adminitrative Unit）：是一种提供了高阶通道层和复用段层之间适配的信息结构。由一个相应的高阶VC和一个相应的管理单元指针组成。管理单元指针（AU-PTR）的作用是指示这个相应的高阶VC在STM-N内的位置。
（6）管理单元组AUG（Adminitrative Unit Group）：由一个或多个在STM帧中占据固定位置的管理单元按字节间插方式组成。
（7）同步传输模块ATM-N：由一个AUG和相应的段开销（SOH）组成STM-1，再由N个STM-1同步复用为STM-N。
映射、定位、复用过程（以PDH 2.048Mbit/s映射、定位、复用为STM-1为例说明）：
1)数字信号2.048Mbit/s→进入容器C12进行速率调整→变为2.224Mbit/s；
2)2.224Mbit/s→进入虚容器VC-12，加入POH→变为2.240Mbit/s；
3) 2.240Mbit/s→进入支路单元TU-12，加入指针→变为2.304Mbit/s；
4)三个 2.304Mbit/s→复接为TUG-2，3×2.304Mbit/s=6.912Mbit/s；
5)7个TUG-2→复接为TUG-3,即7×6.912Mbit/s=48.384Mbit/s；
6)3个TUG-3加上POH→被划入VC-4→变为150.336Mbit/s；
3×48.384Mbit/s+5.148Mbit/s（POH）=150.336Mbit/s；
7)VC-4加PTR→变为AU-4,即150.336Mbit/s+0.576Mbit/s=150.912Mbit/s；
8)将单个150.912Mbit/s直接置入AUG；
9)将N个AUG→经字节间插，加上SOH→变为STM-N。若N=1，即
150.912Mbit/s×1+4.608Mbit/s=155.520Mbit/s。

4、SDH的通道、复用段和再生段：

PT指通道终端，是虚容器的组合、分解点。完成对净负荷的复用和解复用，并完成对通道开销的处理；
MST指复用段终端，完成复用段的功能，如产生和终结复用段开销（MSOH）;
RST指再生段终端，该功能块在构成SDH帧结构过程中产生再生段开销RSOH，在相反方向则终结再生段开销。
5、SDH的关键设备—复用设备和交叉连接设备：
SDH中的复用设备有两种：
1）复用器
①终端复用器（TM—Terminal Multiplexer）：与PDH不同，SDH中用综合的终端多次复用的分立复用器，一次完成复用功能，并进行电-光转换，然后送入光纤。终端复用器也可将输入支路中的信号灵活地分配给STM-N帧中的任何位置。
②分插复用器（ADM—Add Drop Multiplexer）：分插复用器能够在不需对信号进行解复用和完全终结STM-N的情况下，经G.703接口接入各种准同步信号的能力；也能够将STM-N接入STM-M（N>M）内作它的任何支路，或将若干个STM-N信号结合成为单个STM-M（M>N）等。
2）数字交叉连接器（SDXC）
SDXC实质上是兼有复用、配线、保护/恢复、监测和网络管理等多种功能的一种传输设备，其交叉连接功能也可理解为一种交换功能。
SDXC的基本功能：
①电路调度功能：在SDH网络所服务的范围内，当出现重要会议或重大活动等需要占用电路时，SDXC可根据需要对通信网中电路重新调配，迅速提供电路；当网络发生故障时，SDXC能够迅速提供网络的重新配置。上述操作均通过控制系统完成，而不像传统的PDH是由人工在配线架上来操作。
②业务的汇集和疏导功能：SDXC能将同一方向传输过来的业务填充到同一传输方向的通道中；将不同的业务分类导入不同的传输通道中。
③保护倒换功能：一旦SDH网络某一传输通道出现故障，SDXC可对复用段、通道进行保护倒换，接入保护通道。通道层可以预先划分出优先等级，由于这种保护倒换对网络的全面情况不需作了解，因此具有很快的倒换速度。
此外，SDXC还具有：开放宽带业务、网络恢复、不完全通道段监视及测试接入等功能。

新疆广电光缆干线网
新疆广电光缆干线网采用DWDM+SDH的组网方式，将每一路SDH信号转化为固定波长送入DWDM设备实现超远距离传输。这种传输方式可以充分利用DWDM系统传输容量大，适合远距离传输的特点，同时又具备了SDH系统业务接入形式丰富、调度灵活的特点，为干线网在全疆传送各类业务奠定了基础。
干线网所用DWDM系统为16波系统，根据ITU-T的G.692建议，DWDM系统的频率间隔应为100GHz的整数倍，参考频率为193.1THz，标称中心频率从192.1THz（相当于1560.61nm）起至196.1THz（相当于1528.77nm）。中心频率如下表所示：
光信道
中心波长
中心频率
λ1
1548.51nm
193.6THz
λ2（国干网在用）
1549.32nm
193.5THz
λ3
1550.12nm
193.4THz
λ4
1550.92nm
193.3THz
λ5
1551.72nm
193.2THz
λ6
1552.52nm
193.1THz
λ7
1553.33nm
193.0THz
λ8（南北疆拟用）
1554.13nm
192.9THz
λ9
1554.94nm
192.8THz
λ10
1555.75nm
192.7THz
λ11（南北疆在用）
1556.55nm
192.6THz
λ12（东疆、南疆部分在用）
1557.36nm
192.5THz
λ13
1558.17nm
192.4THz
λ14
1558.98nm
192.3THz
λ15
1559.79nm
192.2THz
λ16
1560.61nm
192.1THz

干线网SDH设备接入波分的示意如下图所示：

注： M16/M32和D16/D32为合波、分波板；WPA、WBA为光放板；SC1为监控信号处理板；SCA为监控信道接入板 ；
省干SDH设备的发送信号是经过调制，符合DWDM接入光信号规范（ITU-T G.957）的固定波长的光信号，经合波器复用成DWDM主信道信号，然后对其进行光放大，并附加上波长为λs的光监控信道后送入线路光纤；在接收方向，DWDM设备先把光监控信道取出，然后对DWDM主信道进行光放大，经分波器解复用成16个波长的信号，其中第11波就是对端SDH设备发送的信号。这种SDH和DWDM的组网方式适用于一个方向业务的传送，如和田、伊宁等省干链路末端的站点只接收和发送一个方向的光信号，就是使用这种方式进行组网
在有两个或多个方向需进行传输时，只需将上图所示的波分设备以背靠背的方式分别连接到两个方向的SDH设备上就可以完成信号的传输。以石河子站为例，该站需收发昌吉的业务，还要收发奎屯方向的业务，因此在组网上用两个DWDM设备分别分插昌吉和奎屯的光信号，分别接入SDH对应的板件；SDH对应板件发送的光信号也分别通过DWDM设备复用并传送到昌吉和奎屯。

干线网大部分上下业务的节点站都对应着两个方向的业务，从而完成业务的链形传送。以上是DWDM和SDH系统在节点站组网的情况，而DWDM系统在长途传输过程中，由于光纤的损耗导致光功率的下降，需要在一定距离进行光功率的中继放大，以弥补线路的损耗，一般DWDM系统在100km左右需要进行一次光功率放大，这些放大站主要都是由光放大板组成的。

中继放大站设备在每个传输方向配有光线路放大器。每个传输方向先取出光监控信道并处理，再将主信道进行放大，然后将主信道与光监控信道合路并送入光纤线路。整个设备安装在一个子架内。图中每个方向都采用一对WPA+WBA的方式来进行光线路放大，也可用单一WLA或WBA的方式来进行单向的光线路放大。

关于“同步”
（1） 网同步：网同步是数字网特有的问题。实现网同步的目标是使网中所有交换节点的时钟频率和相位都控制在预先确定的容差范围内，以便使网内各交换节点的全部数字流实现正确有效的交换。
（2）

省干目前主要传输了数字电视、数字视频和数据业务。
数字电视和数字视频业务是将已复用的数字电视节目TS码流通过适配器打包适配，成为传输设备45Mb/s接口可传输的DS3信号，从而完成数字电视节目的传送，在接收端通过适配器将SDH传输网络传送的DS3信号转换成TS码流，再送入QAM调制器调制后转变成射频信号传输到用户。
其中数字视频的上下行均采用MPEG-2的压缩方式进行传输，保证了图像质量和传输带宽之间的平衡。
数据业务主要是利用IP over SDH的方式来进行传输，其中包括将数据IP包通过以太POS板的形式接入SDH设备，通过SDH的透传功能实现IP业务的长途传输；此外还有利用MPLS技术，将若干个VC12虚拟成10/100M的以太网端口，从而实现数据业务的传输。