光纤通信技术及光传输技术

1．光纤通信系统的基本组成

光纤是光导纤维的简称，光纤通信是以光波作为信息载体，以光纤作为传输媒介的一种通信方式。光纤通信技术（optical fiber communications）从光通信中脱颖而出，已成为现代通信的主要支柱之一，在现代通信网中起着举足轻重的作用。

光纤通信具有容量大、频带宽、传输损耗小、抗电磁干扰能力强、通信质量高等优点，与同轴电缆相比可以节约大量有色金属和能源。自1977年世界上第一个光纤通信系统在美国芝加哥投入运行以来，光纤通信发展极为迅速，新器件、新工艺、新技术不断涌现，现已成为各种通信干线的主要传输手段。

由于激光具有高方向性、高相干性、高单色性等显著优点，光纤通信中的光波主要是激光。光纤通信系统主要由光发送机、光接收机、光缆传输线路、光中继器和各种无源光器件构成。

1）光发送机

光发送机是实现电/光转换的光端机，它由光源、驱动器和调制器等组成，作用是将来自电端机的电信号对光源发出的光波进行调制，然后再将已调的光信号耦合到光纤传输。所谓电端机就是常规的电子通信设备。

2）光接收机

光接收机是实现光/电转换的光端机，它由光检测器和光放大器等组成，作用是将光纤传来的光信号，经光检测器转变为信号，然后再将这些微弱的电信号经放大电路放大后，送到接收端的电端机去。

3）光纤

光纤构成光的传输通路，作用是将发信端发出的已调光信号，经过光纤的远距离传输后，耦合到收信端的光检测器上去，完成信息的传输任务。

4）中继器

中继器由光检测器、光源和判决再生电路组成。它的作用有两个：一个是补偿光信号在光纤中传输时的衰减；另一个是对波形失真的脉冲进行整形。

5）光纤连接器、耦合器等无源器件

由于光纤的长度受到光纤拉制工艺和光纤施工条件的限制，一条光纤线路上可能存在多根光纤的连接问题。因此，光纤间的链接、光纤与光端机的连接及耦合，对光纤连接器、光纤耦合器等无源器件的使用是必不可少的。

2．SDH/PDH

在数字通信系统中，传送的信号都是数字化的脉冲序列。这些数字信号流在数字交换设备之间传输时，其速率必须完全保持一致，才能保证信息传送的准确无误，这就叫作“同步”。

在数字传输系统中，有两种数字传输系列：一种叫作“准同步数字系列”（Plesiochronous Digital Hierarchy，PDH）；另一种叫作“同步数字系列”（Synchronous Digital Hierarchy，SDH）。

采用准同步数字系列的系统，是在数字通信网的每个节点上都分别设置高精度的时钟，这些时钟信号都具有统一的标准速率。尽管每个时钟的精度都很高，但总有一些微小的差别。为了保证通信的质量，要求这些时钟的差别不能超过规定的范围。因此这种同步方式严格来说不是真正的同步，所以叫作“准同步”。

在以往的电信网中多使用PDH 设备。这种系列对传统的点到点通信有较好的适应性。而随着数字通信的迅速发展，点到点的直接传输越来越少，大部分数字传输都要经过转接，因而PDH 系列不再适合现代电信业务开发的需要以及现代化电信网管理的需要。SDH 就是为适应这种新的需要而出现的传输体系。

最早提出SDH 概念的是美国贝尔通信研究所，称其为光同步网络（SONET），它是高速大容量光纤传输技术和高度灵活、便于管理控制的智能网技术的有机结合。SONET 标准规定了帧格式以及光学符号的特性，将比特流压缩成光信号在光纤上传输，它的高速和帧格式决定了它可以支持灵活的传输业务。1988年，CCITT 接受了SONET 的概念，重新将其命名为“同步数字系列（SDH）”，使它不仅适用于光纤，也适用于微波和卫星传输的技术体制，并且使其网络管理功能大大增强。在国际上，SONET 和SDH 这两个标准是被同等对待的，SDH已被推荐为B-ISDN 的物理层协议标准。

SONET 定义了线路速率的等级结构，其传输速率以51.84 Mb/s 为基础进行倍乘。这个51.84 Mb/s 速率对于电信号就称为第1 级同步传送信号，记为STS-1；相应的光载波则称为“第1 级光载波”，记为OC-1，现已定义了8 个等级的速率标准。SDH 速率为155.52 Mb/s，称为“第1 级同步传送模块”，记为STM-1，表6-1列出了两种标准速率等级的对应关系。

表6-1　SDH 传输速率对照表

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SDH 技术与PDH 技术相比，具有以下优点。

（1）网络管理能力大大加强。

（2）提出了自愈网的新概念。用SDH 设备组成的带有自愈保护能力的环网形式，可以在传输媒体主信号被切断时，通过自愈网自动恢复正常通信。

（3）统一的比特率，统一的接口标准。

（4）采用字节复接技术，使网络中上下支路信号变得十分简单。

若把SDH 技术与PDH 技术的主要区别用铁路运输类比的话，PDH 技术如同散装列车，各种货物（业务）堆在车厢内，若想把某一包特定货物（某一项传输业务）在某一站取下，需把车上的所有货物先全部卸下，找到所需要的货物，然后再把剩下的货物及该站新装货物移到车上运走。因此，PDH 技术在凡是需上下电路的地方都需要配备大量的复接设备。而SDH 技术就好比集装箱列车，各种货物（业务）贴上标签后装入集装箱，然后小箱子装入大箱子，一级套一级，这样通过各级标签，就可以在高速行驶的列车上准确地将某一包货物取下，而不需将整个列车“翻箱倒柜”（通过标签可准确地知道某一包货物在第几车厢及第几级箱子内）。所以，只有在SDH 中才可以实现简单的上下电路。

3．MSTP 与MSAP

1）MSTP——基于SDH 的多业务传送平台

基于SDH 的多业务传送平台（MSTP）是指基于SDH 平台同时实现TDM、ATM、以太网等业务的接入、处理和传送，提供统一网管的多业务节点。MSTP 主要是为了适应城域网多业务的需求而发展起来的新一代SDH 技术，以SDH 为基础平台，从单纯支持2 Mb/s、155 Mb/s 等话音业务的SDH 接口向包括以太网和ATM 等多业务接口演进，将多种不同业务通过VC 或VC 级联方式映射入SDH 时隙进行处理。目前，MSTP 除具有所有标准SDH 传送节点所具有的功能模块外，一般还包括ATM 处理模块、以太网处理模块。

MSTP 的技术优势在于解决了 SDH 技术对于数据业务承载效率不高的问题；解决了ATM/IP 对于TDM 业务承载效率低、成本高的问题；解决了IP QoS 不高的问题；解决了RPR技术组网限制问题，实现了双重保护，提高了业务安全系数；增强了数据业务的网络概念，提高了网络检测、维护能力；降低了业务选型风险；实现了降低投资、统一建网、按需建设的组网优势；适应全业务竞争需求，快速提供业务。但SDH/MSTP 网络在客户接入中存在着接入网统一管理难度大，以及接入电缆多、后期维护困难等问题。

2）多业务接入平台

由于MSTP 平台接入层存在前述的问题，需要一种能使接入网络更加灵活、更易于管理、具备更强的可扩展性并且能降低运营成本、提高运维效率的多业务接入平台，（Multi-Service Access Platform，MSAP）由此产生。

MSAP 是一种定位在接入层为用户提供多业务接口的新型接入设备。它以SDH 技术为内核，采用模块化设计，提供多个业务扩展槽，集成了多种接入方案。根据用户需求，上行可以按需提供155 Mb/s 接口或622 Mb/s 接口直接接入现有的SDH 传输网和MSTP 传输网。下行可以根据业务的需要随时插入以太网接口板、PDH 模式光板等多种业务接口板。可以通过以太网光口直接接入用户分支点的收发器设备，或者通过PDH 模式光口接入用户分支点PDH模式并直接提供V35，E1 接口的远端接入设备，从而提供不同的V35、以太网、E1 接口，省去原有接入方式上的接口转换部分。

MSAP 是接入层综合组网技术，是满足大客户组网需求而出现的一种融合性技术，是MSTP 有益的补充，弥补主流传输厂家在配线层两端产品的不足之处。

4．OTN

OTN（Optical Transport Network，光传送网），是以波分复用技术为基础、在光层组织网络的传送网，是下一代的骨干传送网。

全业务运营时代，电信运营商都将转型成为ICT（即信息和通信技术，是电信服务、信息服务、IT 服务及应用的有机结合）综合服务提供商。业务的丰富性带来对带宽的更高需求，直接反映为对传送网能力和性能的要求。光传送网（Optical Transport Network，OTN）技术由于能够满足各种新型业务需求，从幕后渐渐走到台前，成为传送网发展的主要方向。

OTN 是以波分复用技术为基础、在光层组织网络的传送网，是下一代的骨干传送网。OTN是通过G.872、G.709、G.798 等一系列ITU-T 的建议所规范的新一代“数字传送体系”和“光传送体系”，将解决传统WDM 网络无波长/子波长业务调度能力差、组网能力弱、保护能力弱等问题。

OTN 跨越了传统的电域（数字传送）和光域（模拟传送），是管理电域和光域的统一标准。

OTN 处理的基本对象是波长级业务，它将传送网推进到真正的多波长光网络阶段。由于结合了光域和电域处理的优势，OTN 可以提供巨大的传送容量、完全透明的端到端波长/子波长连接以及电信级的保护，是传送宽带大颗粒业务的最优技术。

OTN 的主要优点是完全向后兼容，它可以建立在现有的SONET/SDH 管理功能基础上，不仅对存在的通信协议完全透明，而且还为 WDM 提供端到端的连接和组网能力，它为ROADM 提供光层互联的规范，并补充了子波长汇聚和疏导能力。

OTN 概念涵盖了光层和电层两层网络，其技术继承了SDH 和WDM 的双重优势，关键技术特征体现为：① 多种客户信号封装和透明传输；② 大颗粒的带宽复用、交叉和配置；③ 强大的开销和维护管理能力；④ 增强了组网和保护能力。