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  1. 本教材对光纤通信的理论知识进行了深入浅出的介绍,重点体现光纤通信设备与光纤光缆线路的实用性问题,使学生能够既懂理论又会实践。主要内容有光纤通信概述;光纤光缆结构、特性与光缆的施工;通信用光器件的一般原理与选用;光发送机、光接收机和光中继器的工作原理、系统性能与测试;光同步传输网SDH技术的原理、SDH复用结构、帧结构和功能模块及SDH网络管理系统;波分复用技术的原理、系统结构与应用;光传输设备的维...查看更多
  2. 光纤通信是轨道交通运输自动控制信息传输的主要手段。从为轨道交通自动控制系统服务的通信骨干网络到用户信息的接入网以及移动通信网络都,离不开光纤通信设备。学习光纤通信基础知识,了解光纤通信系统原理,掌握光纤通信设备的组成和维护方法,掌握光缆施工与维护方法,了解光纤通信的新技术,对于从事交通运输自动控制相关专业的技术人员、管理人员和高职学院的相关专业学生来说都非常重要。
    近年来我国的信息化建设推动经济的发展成效显著。目前,信息消费产业已经成为国民经济新的增长点,国家已确定信息消费产业发展的方向。其中一个重要的方面是宽带基础设施的建设,加快宽带网络升级改造,大幅度提高网速和服务质量。光纤通信基础设施的工程和维护需要大量懂得光纤通信施工维护技术的技能型人才。
    按照高职院校基于工作过程课程开发的教学改革要求,我们对本教材的内容和结构进行了合理的编排,便于开展“项目导向、任务驱动、理论实践一体化”的教学模式,突出培养学生的职业技能。本书将光传输设备维护和光缆线路维护与测试分别独立成章,与工作任务相结合。
    本书内容如下:
    第1章介绍光纤通信的基本知识。
    第2章介绍光纤光缆的结构、传输特性和光缆施工。
    第3章介绍光纤通信器件的结构和工作原理。
    第4章介绍光端机的基本原理、备用系统和辅助系统;PDH设备原理与应用;系统指标与测试。
    第5章介绍SDH帧结构与复用结构;SDH原理与设备;SDH网络结构;SDH网络管理等。
    第6章介绍DWDM技术原理与应用;DWDM的网络单元。
    第7章介绍SDH传输设备组成与维护;SDH网络管理系统。
    第8章介绍光缆线路维护、测试;光缆线路接续;光缆线路成端等。
    第9章介绍光纤通信新技术,包括光纤新技术;光波长锁定技术;偏振模色散补偿技术;OTN技术的应用与发展趋势。
    本教材由辽宁铁道职业技术学院的骨干教师和沈阳铁路局锦州电务段工程技术人员共同编写。由辽宁铁道职业技术学院孙颖任主编,辽宁铁道职业技术学院李开丽、冀勇刚、沈阳铁路局锦州电务段李世鹏任副主编。具体分工如下:第1章、第2章、第3章由李开丽编写;第4章、第5章、第6章、第7章,第8章第4~7节由孙颖编写;第8章第1~3节由李世鹏编写;第9章由冀勇刚编写。
    本书由辽宁铁道职业技术学院朱风文副教授和锦州勘察设计院有限公司赵锐高级工程师审阅。他们对本书的编写提出了宝贵的意见和建议。在选题和编写过程中得到了沈阳铁路局锦州电务段、大连电务段、锦州铁道勘察设计院、辽宁铁道职业技术学院电信系及通信技术教研室教师的大力支持。在此表示衷心的感谢。
    由于编写时间仓促,加之作者水平有限,书中有难免存在不妥之处,敬请读者批评指正。


    编  者  
    2014年7月
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  1. 第5章  光同步传输网
    光传输网在通信网络中处于核心地位。可以说光传输网络技术的发展引领着通信技术的进步。自光纤通信投入使用以来,对光纤的合理运用,提高光纤通信系统容量,构建一个安全、高效、便于管理的光纤传输网路是通信行业追求的目标。在1990年以前光纤通信一直沿用准同步数字体系(PDH)。随着电信网络的发展和用户需求的不断提高,SDH技术成为实现该目标的主要技术之一。
    5.1  SDH的特点
    PDH技术与模拟技术相比,在提高信号质量和通信容量、有利于集成、缩小设备体积、减少功耗等方面有显著优点,现在铁路通信小容量的业务接入中也有应用。但是,PDH有以下不完善的几个方面,限制了其发展和应用。
    5.1.1  PDH的特点
    ① 只有地区性电接口规范(北美、日本和欧洲标准),造成国际互通困难;
    ② 无光接口规范,各厂家自行开发线路码型,无法实现各厂家横向兼容;
    ③ 只有基群速率是同步的,二次群以上是异步的,需要进行逐级码速调整,配备背对背的复用分解设备,系统复杂,硬件数量多,速率越高,层次越多,会使传输性能下降;
    ④ 主要为语音业务设计,而现代通信要求业务多样化、宽带化(高速数据和视频);
    ⑤ 传输以点对点为主,缺乏网络拓扑的灵活性,主要靠人工进行交叉连接;
    ⑥ 开销比特少,运行、管理和维护(OAM)能力差,无法实现传输网的分层管理和对通道实现端到端的监控。开销是运行、管理和维护设备必须附加的字节。
    由上可见,PDH不能满足电信网向大容量和智能化网管系统发展的需要,一种结合了高速大容量光纤传输技术和智能化网络技术的新体制——光同步传输网应运而生,光同步传输网的概念是由美国贝尔通信研究所提出来的,称之为SONET(Synchronous Optical Network)。被当时的国际电报电话咨询委员会(CCITT)接受,并更名为同步数字体系SDH(Synchronous Digital Hierarchy),并批准了一系列有关SDH的标准,使之成为不仅适合于光纤通信,也适用于微波通信和卫星通信的全世界统一的技术体制。
    目前,长途网、本地网和接入网广泛采用SDH设备。
    5.1.2  SDH的基本特点
    SDH克服了以上所述PDH的缺点,SDH具有通信容量大、传输性能好、接口标准、组网灵活方便和管理功能强大等优点。
    ① 对网络节点接口进行了统一的规范(速率、帧结构、复接方法、线路接口等),使各厂家设备横向兼容。
    ② 适合高速大容量通信,基本模块是STM-1。STM-N采用字节间插方法同步复用而成,方法简单,便于操作,也便于升级和扩容。
    ③ 可容纳北美、日本和欧洲现有数字标准(1.5M、2M、6.3M、34M、45M和140M),便于PDH向SDH过渡,具有前向兼容能力。
    ④ 低阶和高阶的复用和分解是一步到位,使设备大大简化。
    ⑤ DXC数字交叉连接设备的引入使网络增强了自愈能力,便于动态组网。
    ⑥ 帧结构中安排了丰富的段开销,提高了运营维护管理(OAM)能力。
    ⑦ 采用级联技术,实现了IP over SDH,具有后向兼容能力。
    图5.1给出了PDH与SDH复用的比较示意图。从图中可以看出,PDH的复用与分接是逐级进行的,而SDH的ADM可以直接从高速信号中复接和分接2Mb/s信号,十分灵活和方便。
     
    图5.1  SDH与PDH的比较
    5.2  SDH帧结构
    5.2.1  SDH速率等级(见表5.1)
    表5.1  SDH速率等级
    简称
    SDH等级(话路数) 标称速率
    155M STM-1(1920CH) 155520kb/s
    622M STM-4(7680CH) 622080kb/s
    2.5G STM-16(30720CH) 2488320kb/s
    10G STM-64(122880CH) 9953280kb/s
    40G STM-256(491520CH) 39813120kb/s
    5.2.2  SDH帧结构
    SDH的一个关键功能是能对支路信号进行同步的数字复用、交叉连接和交换。帧结构必须适应这些功能,同时也希望支路信号在一帧中的分布是均匀的、有规律的,以便接入和提取,还要求帧结构对1.5Mbit/s系列和2Mbit/s系列信号同样的方便和实用,这就导致了与PDH不同的以字节(8bit)为基础的矩形块状帧结构。
    SDH帧结构由270×N列,9行(N=1,4,16,64,256)字节构成。N表示SDH等级,每帧时间为125s,帧的重复速率为8000帧/秒,与话音的取样频率相同。STM-N的帧结构如图5.2所示。主要由段开销(SOH)、信息净荷(含通道开销POH)和管理单元指针(AU-PTR)组成。
     
    图5.2  STM-N帧结构
    字节的传输由左到右、由上到下逐行传输,直到传输完一帧再传下一帧,每秒钟传输8000帧,即125s传完1帧,满足PCM通信的帧结构要求。
    从图5.2 SDH的帧结构可以计算出STM-1的速率为9行×270列×8bit/125s=155.520Mbit/s,STM-N的速率为N×155.520Mbit/s。
    整个帧结构大体分为三个主要区域,段开销区域(RSOH/MSOH)、净负荷(含POH)区域和管理单元指针区域(AU-PTR)。净负荷是结构中存放各种信息容量的地方,其中含有少量的用于通道监测、管理和控制的通道开销字节(POH:Path Overhead),段开销(SOH:Section Overhead)是为了保证信息净负荷正常、灵活地传送所必需的附加字节,主要供网络运行、管理和维护使用。SOH分为两部分,第1行至第3行为再生段开销(RSOH),第5行至第9行为复用段开销(MSOH),帧结构中前9×N列的第4行为管理单元指针(AU PTR),这是一种指示符,主要用来指示信息净负荷的第1个字节在STM-N中的准确位置。
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  1. 第1章  光纤通信概述 1
    1.1  光纤通信的发展 1
    1.2  光纤通信系统的组成及原理 6
    1.3  光纤通信的特点 8
    本章小结 9
    复习思考题 9
    第2章  光纤和光缆 10
    2.1  光纤的结构和类型 10/>2.2  光纤的导光原理 12
    2.3  光纤传输特性 19
    2.4  光纤的测量 22
    2.5  光纤的型号 27
    2.6  光缆的结构与类型 29
    2.7  光缆线路施工 34
    本章小结 50
    复习思考题 51
    第3章  通信用光器件 52
    3.1  光  源 52
    3.2  光电检测器 64
    3.3  光放大器 68
    3.4  光无源器件 71
    本章小结 76
    复习思考题 78
    第4章  光 端 机 79
    4.1  光发送机 79
    4.2  光接收机 86
    4.3  光中继器 90
    4.4  备用系统和辅助系统 91
    4.5  PDH光传输系统 93
    4.6  PCM零次群 97
    4.7  系统性能及测试 98
    4.8  PDH技术的应用 101
    本章小结 105
    复习思考题 105
    第5章  光同步传输网 107
    5.1  SDH的特点 107
    5.2  SDH帧结构 108
    5.3  SDH的映射与复用 112
    5.4  SDH复用原理 114
    5.5  定  位 121
    5.6  开销字节 124
    5.7  SDH设备原理 128
    5.8  网络结构和保护 139
    5.9  SDH光接口参数 147
    5.10  SDH网同步 150
    5.11  SDH网络管理系统 154
    5.12  MSTP简介 157
    本章小结 158
    复习思考题 158
    第6章  波分复用技术(WDM) 162
    6.1  波分复用技术基本概念 162
    6.2  DWDM系统的构成 165
    6.3  DWDM设备工作方式 166
    6.4  DWDM的主要技术 167
    6.5  DWDM的几种网络单元类型 167
    6.6  光监控信道/通路(OSC) 170
    6.7  DWDM的应用形式 170
    6.8  DWDM网络的一般组成 171
    本章小结 173
    复习思考题 174
    第7章  光传输设备的管理与维护 176
    7.1  SDH传输设备的组成和功能 176
    7.2  网络管理系统 180
    7.3  SDH设备维护 183
    本章小结 191
    复习思考题 192
    第8章  光缆线路的维护 193
    8.1  光缆线路维护用仪表 193
    8.2  光缆线路接续 194
    8.3  光缆线路全程衰减测试 199
    8.4  运用OTDR光时域反射仪测量光纤光缆的方法 201
    8.5  光缆线路日常维护 208
    8.6  光缆线路故障分析与处理 209
    8.7  光缆成端 214
    本章小结 214
    复习思考题 215
    第9章  光纤通信新技术 217
    9.1  光纤新型材料 217
    9.2  光纤拉曼放大技术 218
    9.3  波长锁定技术 221
    9.4  偏振模色散补偿技术 224
    9.5  OTN技术的应用与发展趋势 226
    本章小结 246
    复习思考题 246
    参考文献 248
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