光通信那些事 2

2、光传输技术

光传输网络发展经历了PDH、SDH、MSTP、WDM、PTN、OTN和MS-OTN技术的发展和革新，最终将迈进AON（All Optical Network全光网络）。

光传输网发展历程

2.1 PDH准同步数字系列（Plesiochronous Digital Hierarchy，PDH)

骨灰级技术

PDH设备虽然属于光传输设备，但主要处理的是电信号，使用电信号进行传输，传输速率在150M 以内。

没有世界性的标准（欧洲、北美和日本的速率标准不同）。没有世界性的标准光接口规范。结构复杂，硬件数量大，上下电路成本高，也缺乏灵活性。网络运行、维护和管理能力差。SDH出现后，取代了PDH。PDH设备现在只应用于带宽需求小于34M的两点之间的通信。

2.2 SDH同步数字系列（Synchronous Digital Hierarchy，SDH) 技术过时了，设备已经不卖了

早期的光传输技术，一种将复接、线路传输及交换功能 融为一体、并有统一网管系统 操作的综合信息传送网络。可以实现网络有效管理、实时业务监控、动态网络维护、不同厂商设备间的互通等多项功能；能大大提高网络资源利用率、降低管理及维护费用、实现灵活可靠和高效的网络运行与维护；同时规范了数字信号的帧结构、复用方式、传输速率等级，接口码型等特性；改善了PDH的不利于大容量传输缺点。传输速率有：155Mbps、622Mbps、2.5Gbps、10Gbps、40Gbps。

速率和光接口统一。管理能力强。上下电路方便。采用自愈混合环形网结构，有抗单次故障能力，当一个通道出现故障，可以从另外一条保护通道进行传输。目前现网还有大量存量设备，但已经不在上面进行新技术开发，正在被逐步替代。

2.3 WDM波分复用技术（Wavelength Division Multiplex，WDM）一些欧美厂商当前还自诩牛X的技术

把不同波长的光信号复用到一根光纤中进行传送的方式，有DWDM和CWDM两种，当前主流是DWDM 。在波分技术出现之前，所有的传输技术都是一根芯缆只能传递一波，而波分复用技术可以让一根芯缆传输多个波长 ，目前常见的波分系统有80/96/106/120/160波，主流是96波和120波系统，承载更多的波数是波分未来演进方向之一。

单个光波信号的传输速率有：2.5Gbps、10Gbps、40Gbps、100Gbps、200Gbps、400Gbps、800Gbps。当前小于100Gbps的系统也在网超10年了，主流设备厂家都已经不在销售了。

一根芯缆传输多个波长，提升了网络容量支持远距离传送解决了光纤资源不足的问题。目前线网还在大量使用，但由于WDM缺乏OAM，调度不够灵活且保护不够完善，无法向智能光网络演进，这就需要利用SDH丰富的管理特性，因此诞生了OTN。

2.4 OTN波光传送网（Optical Transmission Network，OTN）近代光纤传输主流技术

OTN就是在WDM基础上，融合了SDH的一些优点，如丰富的OAM开销、灵活的业务调度、完善的保护方式等。OTN对业务的调度分为：光层调度和电层调度；光层调度可以理解为是WDM的范畴（模拟信号）；电层调度可以理解为SDH的范畴（数字信号）。

OTN最简单的方程式为：OTN = SDH + WDM 。相对于传统的WDM来说，OTN把收发合一的OTU（Optical Transponder Unit波长转换单元）拆分，然后在中间增加了电层的交换单元。

WDM向OTN演进

支路侧（连接电层设备侧的源非标信号，杂乱无章的光，即白光）能通过集中的交叉单元（光-电-光转换）去灵活地选择多个支路来填充线路（连接光纤侧的标准频率信号，即彩色的光），提升了整个带宽的利用效率。同时在未来扩容时，支路板需要什么业务就去扩什么样的支路板，不用去更换线路板。

老旧技术对比，OTN就是把交换资源池化

光通信那些事 3

3、光通信结构

3.1 基本架构

基本架构，其实就是模拟-数字-模拟(光信号)-数字-模拟多轮转换的过程

光通信系统可分为光发射机、光接收机、传输介质三大部分。在发送端电信号通过光发射机转换为光信号，进入传输介质中传输（中途可能经过中继器进行再生），最后抵达接收端由光接收机接收再转化为电信号。上图中：

中继器 将传输中衰减的光信号转变为电信号，并进行放大、整形和定时处理，恢复信号形状和幅度，然后再转换回光信号，沿光纤线路继续传输，用于长途传输系统如WDM，以保证信号的质量。中继器 结构复杂，价格昂贵 ，后来有了光放大器 ，能对光信号进行直接放大，克服了光纤损耗对通信距离的限制。LD/LED是光发射机里的光源 ，LD是发光二极管，LED是半导体激光器；PIN/APD是光接收机里的光电检测器 ，PIN与APD是光电二极管；Fiber指光纤及传输介质。

3.2 传输介质光纤

光纤，全称光导纤维，是一种利用光的全反射原理，用玻璃或塑料纤维制成的光传导工具。

3.2.1结构

光纤结构 光纤结构

1. 纤芯：直径8um，光传输的主通道。

2. 包层：直径125um，折射率低于纤芯，约束光在纤芯中。

3. 缓冲层：直径250um，缓冲冲击、保护光纤。

4. 外套：直径400um，缓冲冲击、保护光纤。

3.2.2光纤分类

光纤分类-阶跃渐变

按照纤芯－包层折射率的分布 可将光纤分为阶跃型折射率光纤和渐变型折射率光纤。

阶跃型折射率光纤（step-index fiber）在纤芯-包层边界区域的折射率是突变的。渐变型折射率光纤（graded-index fiber）的折射率是缓慢改变的，从纤芯到包层，逐渐地减小；

按照传输模式的数量多少 分为单模光纤和多模光纤

光纤分类-单模多模

随着纤芯直径的粗细不同，光纤中传输模式的数量多少也不同，可分为单模光纤 和多模光纤 。

多模光纤：一般会以橘色外皮 做为辨识。当光纤纤芯的几何尺寸远大于光波波长时，光在波导光纤中会以几十种或更多的传播模式进行传播。多模光纤既有阶跃型折射指数光纤，也有渐变型折射指数光纤。因其模间色散较为严重，一般用于短距离通信 。单模光纤：一般会以黄色外皮 做为辨识。大多数是阶跃型折射率光纤。中心玻璃芯很细，纤芯的几何尺寸与光信号波长相差不大时，只能传播一种模式的光。因此，其模间色散很小，适用于远程通讯 。在光通信中，单模光纤较常用。

通俗地讲，单模光纤只允许一种传输模式，如对应于端面上入射光的某一特定入射角和入射方向 。而多模光纤则允许多个传输模式，对应于端面上入射光的多个入射角和入射方向（波分通信系统里用的都是单模光纤，注意“模”指以一定角度进入光纤的一束光线，不是一种波长的信号 ）。

3.2.3光纤基本指标

损耗 损耗又叫衰减，表现于光在光纤中传输时光功率会呈指数下降 。导致损耗的原因有吸收、散射和弯折。观察单模光纤的损耗特性曲线，存在损耗峰的特性，这是由于杂质导致的，现在随着光纤制造工艺的提升，这个损耗峰已经被抹平。

光纤损耗曲线，很重要，是决定当前光纤传输波长选择的基础

色散 光信号在光纤中传输时，由于传输速度不同而造成彼此互相分离 的过程，称为色散。在光纤色散的作用下，光脉冲将发生展宽，不但引起光脉冲的峰值光功率降低，而且引起前后脉冲在时间上的交叠并产生码间干扰（ISI: Inter Signal Interfere），从而引起接收性能劣化，增加误码率。这个指标在前期10G网络传输里比较重要，现在100G或者大于100G的传输都是收发机通过芯片算法调优了，光路设计上不再需要考虑这个指标了。 非线性效应 （非线性及无规律性，光纤传输中最麻烦的指标 ）。当光纤的入纤功率不大时，光纤呈现线性特征，当光放大器和高功率激光器在光纤通信系统中使用后，光纤的非线性特征愈来愈显著。注意非线性效应一旦产生，就无法消除或补偿，必须尽量防止非线性效应的产生。非线性效应与色散相关，色散并不是越小越好。使用模场直径大的光纤，可以降低通过光纤的功率密度，可以抑制非线性效应的产生。最主要我们可以通过降低入纤光功率 、采用大有效面积光纤等来防止非线性效应的发生。

3.2.4常用光纤类型

光纤标准由ITU-T定义，下表为三种常见的单模光纤定义。其中G.652光纤应用最广 ，G.655次之，包括TWC、TWRS、ELEAF等不同品牌和种类，G.653在日本应用较多。除此之外还有海缆通信常用的G.654、室内通信常用的G.657等等。

无论是With DCM的非相干系统，还是DCM free的相干系统，色散都不再是瓶颈，主要矛盾一般都是非线性或者信噪比 。（DCM色散补偿模块与相干，非相关的知识点，可以单独写一篇聊聊）因此，模长直径大的G652 更适合波分网络。对于新铺设光纤，我们一律建议客户采用G.652光纤，或者模场直径与衰耗系数比G.652光纤更优的光纤，现在新光纤标准还没有定论。所以我们一般推荐G.652光纤 。

小结一下，G653光纤很小众，G655美国用得多，拉美人们离他们近，所以也部署了不少。我国部署初期就比较有远见，直接上G.652，目前证明高速大容量传输性能是最好的。

光纤类型分类表

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