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第一章光通信概述
一.1光纤通信概述
光纤即光导纤维的简称。
光纤通信是以光信号为载体，光导纤维为传输介质的一种通信方式。
由于光纤通信具有传输频带宽、通信容量大、损耗低、不受电磁干扰等一系列优点，光纤通信技术近年来得到飞速发展。
一.1.1光纤通信的三个低损耗窗口
光波是人类最熟悉的电磁波，其波长在微米级，频率为1014Hz~1015Hz。
目前光纤通信使用的波长范围在近红外区，即波长为0.8µm~1.8µm。
目前光纤通信所采用的三个实用的波长为0.8µm，1.31µm和1.55µm，而0.8µm，1.31µm和1.55µm左右则是光纤通信中常用的三个低损耗窗口。
0.8µm（短波长）窗口是最早发现的，因为首先研制成功的半导体激光器（GaAlAs）的发射波长刚好在这一区域。
随着对光纤损耗机理的深入研究，人们发现在长波长1.31µm和1.55µm处光纤的传输损耗更小。
因此，长波长光纤通信受到重视并得到非常迅速的发展。
一.1.2光纤的结构
目前通信用的光纤，是用石英玻璃（SiO2）制成的横截面很小的双层同心圆柱体，未经涂覆和套塑时称为裸光纤。
如图1-3所示，裸光纤由纤芯和包层组成，折射率高的中心部分叫做纤芯，其折射率为n1，直径为2a；折射率低的中心部分叫做包层，其折射率为n2，直径为2b。
根据在光纤中传输的光信号的波长和模式的不同，a与b具有不同的值。
图1-3裸光纤剖面结构示意图
由于石英玻璃质地脆、易断裂，为了保护光纤表面，提高抗拉强度以及便于使用，一般需在裸光纤外面进行两次涂覆而构成光纤芯线。
如图1-4所示，光纤芯线是由纤芯、包层、涂覆层及套塑四部分组成。
包层的外面涂覆一层很薄的涂覆层，涂覆材料为硅酮树脂或聚氨基甲酸乙脂，涂覆层的外面套塑（或称二次涂覆），大都采用尼龙或聚乙烯等塑料。
图1-4光纤芯线的剖面结构示意图
一.1.3光纤的分类
光纤可以根据构成光纤的材料成分、制造方法、传输模数、横截面上的折射率分布以及工作波长进行分类。
对目前通信上所采用的石英系光纤，常从以下两方面来分类：
1．按照折射率分布不同进行分类
（1）均匀光纤，光纤纤芯的折射率n1和包层的折射率n2都为常数，且n1>n2，在纤芯和包层的交界处折射率呈阶梯形变化，这种光纤称为均匀光纤。
（2）非均匀光纤，光纤纤芯的折射率n1随着半径的增加而按一定规律减小，到纤芯与包层交界处为包层的折射率n2，这种光纤称为非均匀光纤。
2．按照传输模式数量进行分类
所谓模式，实质上是电磁场的一种分布形式，模式不同，其电磁场的分布形式也不同。
根据光纤中传输模式数量来分，可分为单模光纤和多模光纤。
（1）单模光纤（SM），单模光纤的纤芯直径很小，约为4µm~10µm，理论上只传输一种模式。
由于单模光纤只传输主模，从而完全避免了模式色散，使得这种光纤的传输频带很宽，传输容量很大，适用于大容量、长距离的光纤通信。
（2）多模光纤（MM），在一定的工作波长下，当有多个模式在光纤中传输时，则这种光纤称为多模光纤。
多模光纤的纤芯直径一般为50µm~75µm，包层直径为100µm~200µm。
这种光纤的传输性能较差，带宽比较窄，传输容量也比较小。
由于单模光纤具有带宽大、易于升级扩容和成本低的优点，国际上已一致认为同步光缆数字传输系统只使用单模光纤作为传输媒质。
在3个光传输窗口中，850nm窗口只用于多模传输，1310nm和1550nm两个窗口用于单模传输。
光信号在光纤中的传输距离要受到色散和损耗双重影响。
色散会使在光纤中传输的数字脉冲展宽，引起码间干扰从而降低信号质量；当码间干扰使传输性能劣化到一定程度时，传输系统将不能工作。
损耗使在光纤中传输的光信号强度随着传输距离的增加而逐渐下降，当光功率下降到一定程度时，传输系统也无法正常工作。
为了延长系统的传输距离，人们主要在减小色散和损耗两方面入手。
1310nm光传输窗口称为零色散窗口，光信号在此窗口的传输色散最小，1550nm窗口称为最小损耗窗口，光信号在此窗口的传输衰减最小。
ITU-T规定了三种常用光纤规范：
G.652，G.653和G.654。
G.652光纤又称标准光纤，其零色散波长在1310nm，在波长为1550nm处衰减最小，所以G.652光纤可以工作于1310nm和1550nm两个窗口。
G.653光纤又称色散位移单模光纤。
它通过改变光纤内部的折射率分布将零色散点从1310nm处位移至1550nm处，成功实现了在1550nm处的低衰减和零色散。
这种光纤主要工作于1550nm窗口。
G.654光纤又称1550nm波长最低衰减光纤，优点是在1550nm处的最低衰减为0.15dB/km，主要工作于1550nm窗口。
这种光纤制造困难，价格昂贵，主要应用于需要很长再生段传输距离的海底光纤通信。
一.2同步数字体系（SDH）
一.2.1SDH简介
SDH全称同步数字体系（SynchronousDigitalHierarchy），SDH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，提供了一个国际支持框架，在此基础上发展并建成了一种灵活、可靠、便于管理的世界电信传输网。
这种传输网易于扩展，适于新电信业务的开展，并且使不同厂家生产的设备互通成为可能，这正是网络建设者长期以来追求的目标。
一.2.2SDH的优越性
SDH是为克服PDH的缺点而产生的，它是先有目标再定规范，然后研制设备，这个过程与PDH正好相反。
显然，这就可能最大限度地以最理想的方式来定义符合未来电信网要求的系统和设备。
下列的SDH主要特点反映了这些要求。
1．使北美、日本和欧洲三个地区性的标准在STM-1及其以上等级获得了统一。
数字信号在跨越国界通信时不再需要转换成另一种标准，因而第一次真正实现了数字传输体制上的世界性标准。
2．统一的标准光接口能够在基本光缆段上实现横向兼容，允许不同厂家的设备在光路上互通，满足多厂家环境的要求。
3．SDH采用同步复用方式和灵活的复用映射结构。
各种不同等级的码流在帧结构净负荷内的排列是有规律的，而净负荷与网络是同步的，因而只需利用软件即可使高速信号一次直接分插出低速支路信号，也就是所谓的一步解复用特性。
参照图1-5，要从155Mbit/s码流中分出一个2Mbit/s的低速支路信号，采用了SDH的分插复用器ADM后，可以利用软件直接一次分出2Mbit/s的支路信号，避免了对全部高速信号进行逐级分解后再重新复用的过程，省去了全套背靠背的复用设备。
所以SDH的上下业务十分容易，网络结构和设备都大大简化，而且数字交叉连接的实现也比较容易。
图1-5SDH与PDH分插信号的比较示意图
4．SDH采用大量的软件进行网络配置和控制，使得配置更为灵活，调度也更为方便。
5．SDH帧结构中安排了丰富的开销比特，这些开销比特大约占了整个信号的5%，可利用软件对开销比特进行处理，因而使网络的运行、管理和维护能力都大大加强。
6．SDH网与现有网络能够完全兼容，即SDH兼容现有PDH的各种速率，使SDH可以支持已经建起来的PDH网络，同时也有利于PDH向SDH顺利过渡。
同时，SDH网还能容纳像ATM信元等各种新业务信号，也就是说，SDH具有完全的后向兼容性和前向兼容性。
一.2.3SDH速率
SDH信号的速率等级表示为STM-N，其中N是正整数。
目前SDH只能支持一定的N值，即N只能为1，4，16和64，其中最基本、也是最重要的模块信号是STM-1，其速率是155.520Mbit/s，更高等级的STM-N信号是将基本模块信号STM-1经过字节间插后得出，STM-4等级的速率为622.080Mbit/s，STM-16等级的速率为2488.320Mbit/s，STM-64等级的速率为9953.280Mbit/s。
一.3SDH传送网的物理拓扑
网络的物理拓扑泛指网络的形状，即网络节点和传输线路的几何排列，它反映了网络节点在物理上的连接性。
网络的效能、可靠性、经济性在很大程度上都与具体的网络结构有关。
网络的基本物理拓扑结构有5种，用于SDH网络时，如图1-14所示。
1．线形
将通信网中的所有节点串联起来，并使首尾两个节点开放时就形成了线形拓扑。
在这种拓扑结构中，为了使两个非相邻节点之间完成连接，其间的所有节点都应完成连接。
线形拓扑是SDH早期应用的比较经济的网络拓扑形式。
这种结构无法应付节点和链路失效问题，生存性较差。
2．星形（枢纽形）
将通信网中的一个特殊的枢纽节点与其余所有节点相连，而其余所有节点之间互相不能直接相连时，就形成了星形拓扑，又称枢纽形拓扑。
在这种拓扑结构中，除枢纽节点之外的任意两节点间的连接都是通过枢纽节点进行的，枢纽节点为经过的信息流进行路由选择并完成连接功能。
这种网络拓扑可以将枢纽站节点的多个光纤终端连接成一个统一的网络，进而实现综合的带宽管理。
这种结构对枢纽节点依靠性过大，存在枢纽点的潜在瓶颈问题和失效问题。
3．树形
将点到点拓扑单元的末端节点连接到几个特殊节点时就形成了树形拓扑。
树形拓扑可以看成是线形拓扑和星形拓扑的结合。
这种拓扑结构适合于广播式业务，但存在瓶颈问题和光功率预算限制问题，不适用于提供双向通信业务。
图1-14SDH网的物理拓扑图
4．环形
将通信网中的所有节点串联起来，而且首尾相连，没有任何节点开放时，就形成了环形网。
线形网的首尾两个开放节点相连时就变成了环形网。
在环形网中，为了完成两个非相邻节点之间的连接，这两个节点之间的所有节点都应完成连接功能。
这种网络拓扑的最大优点是具有很高的生存性，这对现代大容量光纤网络是至关重要的，因而环形网在SDH网中受到特殊重视。
5．网孔形
将通信网的许多节点直接互连时就形成了网孔形拓扑，如果所有的节点都直接互连时则称为理想网孔形拓扑。
在非理想网孔形拓扑中，没有直接相连的两个节点之间需要经由其它节点的连接功能才能实现连接。
网孔形结构不受节点瓶颈问题和失效的影响，两节点间有多种路由可选，可靠性很高，但结构复杂、成本较高，适用于业务量很大且分布又比较均匀的干线网。
综上所述，所有这些拓扑结构都各有特点，在网中都有可能获得不同程度的应用。
网络拓扑的选择应考虑众多因素，如网络应有高生存性、网络配置应当容易、网络结构应当适于新业务的引进等。
实际网络中，不同的网络部分采用的拓扑结构也可以不同，例如本地网（即接入网或用户网）中，一般采用环形和星形拓扑结构，有时也采用线形拓扑；在市内局间中继网中，一般采用环形和线形拓扑；长途网则主要采用网孔形拓扑。
一.4PCM简介
对于时间上连续的模拟语音信号，要实现时分复用，就要先将模拟信号转换为时间上离散的信号，即模拟信号数字化。
PCM（PulseCodeModulation——脉冲编码调制）就是一种常用的模拟信号数字化技术，其通信系统的简单方框图如图1-1所示。
图1-1PCM系统的方框图
如图1-1所示，PCM通信系统由三部分组成：
（1）发送端，包括低通滤波、抽样、量化和编码（即模数变换）；
（2）信道部分，包括传输线路和再生中继；（3）接收端，包括信号再生和数模变换，而数模变换又包括解码和低通滤波。
PCM基本单元完成的信号处理过程如下：
1．抽样：
所谓抽样就是每隔一定的时间间隔T，抽取模拟信号的一个瞬时浮动值（抽样值）。
抽样后所得的一系列在时间上离散的抽样值称为抽样值序列。
根据奈奎斯特抽样定理，只要抽样脉冲的时间间隔T≤1/2fm，即抽样频率fs≥2fm（fm是模拟信号的最高频率），则抽样后的样值序列可以不失真地还原成原来的模拟信号。
2．量化：
量化是将幅度连续的抽样值，通过相应的办法变换为幅度离散的样值序列，这样就能用有限位的二进制数字来表示信号的幅度。
3．编码和解码：
编码是将抽样并量化后的信号幅度值变换成一组二进制码元。
解码是将一组二进制码元还原成相应信号幅度的量化值。
一.4.1PCM30/32系统
在实现了模拟信号的PCM数字化后，可以进一步实现多路终端信号的时分复用。
将信道按抽样周期T加以分割，得到的时间段称为帧，再将帧等分成N个小时间段，每个小时间段T/N称为时隙。
在一帧内，为每一路终端信号分配一个时隙，多路终端信号交替传送，就实现了信道的PCM复用。
根据ITU-T建议，话音信号（300Hz~3400Hz）的抽样频率为8kHz，抽样值量化级数为256，抽样值编码位数为8，所以单路话音PCM信号的传输速率为8×8k=64kbit/s。
对于PCM基群（一次群），目前国际上有两种复用制式：
30/32路帧结构和24路帧结构。
我国采用的是30/32路帧结构，即每一帧占125µs，分为32个时隙，但只传送30路话音信息，一次复用后的基群复用速率为32×64kbit/s=2048kbit/s=2.048Mbit/s，也就是我们常说的E1，用它可组成高次群，也可独立使用，在市话电缆、长途电缆、数字微波、光纤等传输信道中传输。
PCM30/32基群的具体参数和帧结构如下：
1．基本特性
时隙数/帧：
32话路数/帧：
30抽样频率：
8kHz
编码位数：
n=8量化级数：
M=2n=256
复用码流速率：
8k×32×8=2048kbit/s
帧长：
125µs单路数码率：
64kbit/s
2．帧与复帧结构
图1-2为PCM系统帧和复帧结构示意图，详细说明了PCM系统的帧和复帧结构以及PCM系统的时隙分配。
图1-2PCM系统帧和复帧结构示意图
3．时隙分配
在30/32路帧结构中，抽样周期为1/8000=125µs，即125µs为一帧；一帧时分复用为32路，每路占用的时隙为125/32=3.9µs；一帧32个时隙，按顺序编号依次为TS0~TS31，时隙的使用分配为：
TS1~TS15，TS17~TS31为30个话路时隙；
TS0为帧同步码、监视码时隙；
TS16为信令（振铃、占线等各种标志信号）时隙。
4．话路比特安排
每个话路时隙内要将样值编为二元码，每个码元占3.9µs/8=488ns，称为1比特，编号为1~8。
第1比特为极性码，第2~4比特为段落码，第5~8比特为段内码。
5．TS0时隙的比特安排
为了使收发两端严格同步，每帧都要输送一组带有特定标志的帧同步码组或监视码组。
偶数帧TS0为帧同步码组：
×0011011，第1码位×为国际通信用，不使用时发送“1”码。
奇数帧TS0的比特分配为：
×1A111111，第3码位为失步告警用，以A1表示，同步时发送“0”码，失步时发送“1”码；为避免奇帧TS0的2~8位出现假同步码，第2位规定为监视码，固定为“1”；第4~8位定为国内通信用，目前暂定为“1”。
6．TS16时隙的比特安排
若将TS16的码位按时间顺序分配给各话路传送信令，需要16个帧组成一个复帧，分别用F0~F15表示，复帧频率为500Hz，周期为2ms。
复帧中各子帧的TS16分配为：
F0帧：
1~4码位传送复帧同步信号0000；第6码位传送复帧失步对局告警信号A2，同步为“0”，失步为“1”；5，7，8码位传送“1”码。
F1~F15帧：
各帧的TS16前4比特传送CH1~CH15信令信号，后4比特传送CH16~CH30信令信号。
第二章ZXSM-600（V2）紧凑型同步数字传输设备
二.1系统简介
ZXSM-600（V2）是STM-4级别的紧凑型SDH传输设备，主要应用于末端接入网。
ZXSM-600（V2）严格遵循ITU-T的建议和国家标准，兼容欧洲和北美两种SDH映射路径标准，最大可提供四个STM-1光方向和两个STM-4光方向的组网能力，能够实现STM-1到STM-4的平滑升级，可以实现复杂的组网应用。
ZXSM-600（V2）设备提供了完善的网元和网络级保护机制，力保在某些故障情况下业务的正常传送，网元级保护包括重要单板1+1热备份、支路板1：
N保护等，网络级保护包括复用段保护、通道保护等。
ZXSM-600（V2）网管系统采用ZXONME100V1.3网络管理系统，该网管系统具有网元管理层和部分网络管理层的功能，能够实现配置管理、故障管理、性能管理、安全管理、系统管理功能，可以管理中兴通讯的SDH系列产品，并支持这些设备的混合组网。
ZXSM-600（V2）采用高集成度的模块化设计，体积小巧，ZXSM-600（V2）设备可以采用多种安装方式及供电方式，可以适应不同环境的使用要求。
ZXSM-600（V2）设备外形如图2-2所示。
图2-2ZXSM-600（V2）设备外形图
二.2信号处理流程
ZXSM-600（V2）设备的信号处理流程如图4-1所示。
图4-1ZXSM-600（V2）系统信号处理流程示意图
如图4-1所示，在ZXSM-600（V2）设备中，PDH支路接口信号经过接口匹配以及适配、映射后，转换为VC-4或VC-3SDH标准净荷总线信号，在交叉矩阵内完成各个线路方向和各个接口的业务交叉。
在群路方向完成开销字节的处理，实现APS协议处理、ECC的提取和插入、公务字节传递等，并可通过开销交叉实现开销字节的传递。
时钟信号可以由线路信号提取，也可由外同步接口接入的外时钟源提供，并且支持2M支路时钟作为定时基准，系统时钟的选择由时钟处理单元进行。
二.3基本原理
ZXSM-600（V2）的工作原理如图4-2所示。
图4-2ZXSM-600（V2）系统工作原理图
在ZXSM-600（V2）设备中，SDH接口、PDH接口信号经过各自的接口处理后，转换为VC-4或VC-3SDH标准净荷总线信号，在业务交叉单元完成各个线路方向和各个接口的业务交叉。
在开销处理单元分离段开销与净荷数据后，将部分开销字节合成一条HW总线，与来自辅助接口单元的HW总线一起进入开销交叉单元，实现各个方向的开销字节直通、上下和读写。
定时处理单元在整个业务流程中将系统时钟分配至各个单元，确保网络设备的同步运行。
控制管理单元处理承载网元控制信息的开销字节，经开销处理单元提取网元运行信息，下发网元控制、配置命令。
ZXSM-600（V2）设备采用后背板＋单板插件的实现方式，每种单板上承载图4-2中所示的功能单元，各种单板通过后背板的相互连接，实现多种业务功能。
图4-2中各个功能单元的具体说明及对应单板如下：
1．定时处理单元
定时处理单元由时钟板（SCB）实现，为设备提供系统时钟，实现网络同步。
定时处理单元的时钟源可有多种选择：
跟踪外部定时基准（BITS）、锁定某一方向的线路或支路时钟、在可用参考定时基准发生故障的情况下进入保持或自由振荡模式。
定时处理单元可以依据定时基准的状态信息实现定时基准的自动倒换。
定时处理单元还能够为其它设备提供标准的参考基准输出。
2．控制管理单元
控制管理单元由网元控制板（NCP）实现，完成网元设备的配置与管理，并通过ECC实现网元间消息的收发和传递。
控制管理单元提供与后台网管的多种接口，通过此单元可以上报和处理设备的运行、告警信息，下发网管对网元设备的控制、配置命令，实现对传输网络进行集中网管。
3．SDH接口单元
ZXSM-600（V2）设备的SDH接口可实现STM-1，STM-4两种接口速率，由SDH光/电接口板实现。
SDH接口可作为设备的群路或支路接口，完成接口的电/光转换和光/电转换、接收数据和时钟恢复、发送数据成帧。
4．开销处理单元
开销处理单元在ZXSM-600（V2）设备中主要由各个SDH接口板及勤务板（OW）完成。
开销处理单元用于分离SDH帧结构中的段开销和净荷数据，实现开销插入和提取，并对开销字节进行相应的处理。
5．业务交叉单元
业务交叉单元是ZXSM-600（V2）设备的核心功能单元，由交叉板（CSB）或全交叉光接口板完成。
业务交叉单元完成AU-4，TU-3，TU-12，TU-11等业务信号的交叉连接，业务交叉单元是群路接口与支路接口之间业务信号的连接纽带。
业务交叉单元还负责倒换处理、通道保护等功能。
6．开销交叉单元
开销交叉单元由勤务板（OW）实现，完成段开销中的E1字节、E2字节、F1字节以及一些未定义的开销字节间的交换功能。
通过开销交叉单元，可以将开销字节送入其它段开销继续传输，也可以实现网元的辅助功能。
7．PDH接口单元
PDH接口用于实现设备的局内接口，包括E1，T1，E3，DS3等PDH电接口，由各种支路接口板实现。
PDH接口单元完成电信号的异步映射/去映射后将信号送入交叉单元。
8．辅助接口单元
辅助接口由音频/数据板实现，利用开销字节提供辅助的传输通道，实现语音和数据传输。
9．馈电单元
馈电单元完成一次电源的保护、滤波和分配，为设备的各个单元提供工作电源。
二.4单元/单板介绍
二.4.1单板名称列表
ZXSM-600（V2）系统包括的单板及接口板的名称、代号如表4-1所示。
表4-1单板名称列表
序号
名称
代号
代号含义
1
-48V电源板
PWA
PowerBoard–48V
2
+24V电源板
PWB
PowerBoard+24V
3
系统时钟板
SCB
SystemClockBoard
4
STM-1光接口板（AU-4）
OIB1
OpticalInterfaceBoardSTM-1（AU-4）
5
2M支路板（AU-4）
ET1
ElectricalTributaryboardE1（AU-4）
6
ANSIE1/T1支路板
ET1N
ElectricalTributaryboardofANSI
7
34M支路板
ET3E
ElectricalTributaryboardE3
8
45M支路板
ET3D
ElectricalTributaryboardDS3
9
网元控制处理板
NCP
NetcellControlProcessor
10
背板
MB1
MotherBoardSTM-1
11
交叉板
CSB
CrossSwitchBoard
12
勤务板
OW
OrderWireboard
13
STM-1电接口板（以后提供）
EIB1
ElectricalInterfaceBoardSTM-1
14
2线音频板
AIB2
AudioInterfaceBoard2line
15
4线音频板
AIB4
AudioInterfaceBoard4line
16
RS232数据板
DIA
DataInterfaceboardA
17
RS422数据板
DIB
DataInterfaceboardB（RS422）
18
RS485数据板
DIC
DataInterfaceboardC（RS485）
19
STM-1光接口板（AU-3）
OIB
OpticalInterfaceBoardSTM-1
20
支路插座板A
ETA
ElectricalTributaryboardE1socketA
21
支路插座板B
ETB
ElectricalTributaryboardE1socketB
22
支路插座板C
ETC
ElectricalTributaryboardE1socketC
23
支路插座板D
ETD
ElectricalTributaryboardE1socketD
24
支路倒换板A
TSA
TributarySwitchb
升级会员 