傳輸工程師手冊

魏雷，畢業(yè)于南京郵電大學，高 級工程師，現(xiàn)任中郵建技術(shù)有限公司黨委書記、總經(jīng)理。

1991年進入江蘇省郵電建設(shè)工程有限公司工作，歷任項目部經(jīng)理、分公司經(jīng)理助理、線路工程部副經(jīng)理、工程管理部主任，2011 ——2016年任黨委副書記、副總經(jīng)理，期間多次獲得“突出貢獻人員” “江蘇省建筑業(yè)優(yōu) 秀項目經(jīng)理”“致遠杯勞動競賽先進個人”“通信網(wǎng)絡維護服務領(lǐng)軍人物”等榮譽稱號。2016年12月至今任中郵建技術(shù)有限公司黨委書記、總經(jīng)理，并擁有多項國家發(fā)明專利，曾獲江蘇省通信行業(yè)科學技術(shù)獎一等獎4項。

第 1章光通信基礎(chǔ)知識1

1．1 光通信概述 1

1．1．1 光通信的基本概念 1

1．1．2 光通信系統(tǒng)的主要特點 1

1．1．3 光通信系統(tǒng)組成 3

1．2 光纖的基礎(chǔ)知識 5

1．2．1 光纖簡介 5

1．2．2 光纖的應用頻率 6

1．2．3 光纖的類型及特點 7

1．2．4 光纖的傳輸特性 8

1．3 光通信技術(shù)的發(fā)展 13

第 2章SDH傳輸網(wǎng)技術(shù) 25

2．1 SDH技術(shù)原理 25

2．1．1 SDH的概念及特點 25

2．1．2 速率等級與幀結(jié)構(gòu) 27

2．1．3 復用與映射 28

2．2 SDH的典型組網(wǎng) 30

2．2．1 網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu) 30

2．2．2 SDH的保護與恢復 33

2．3 SDH設(shè)備的主要性能指標 38

2．3．1 SDH誤碼性能 38

2．3．2 可用性參數(shù) 40

2．3．3 抖動漂移性能 41

第3章WDM傳輸網(wǎng)技術(shù) 43

3．1 WDM技術(shù)原理 43

3．1．1 WDM的基本概念 43

3．1．2 WDM技術(shù)的發(fā)展背景 44

3．1．3 DWDM的原理概述 45

3．2 WDM的關(guān)鍵技術(shù) 45

3．2．1 光源 45

3．2．2 光電檢測器 47

3．2．3 光放大器 48

3．2．4 光復用器和光解復用器 52

3．2．5 光監(jiān)控信道 55

3．3 WDM組網(wǎng)結(jié)構(gòu) 57

3．4 WDM網(wǎng)絡保護 59

3．4．1 WDM網(wǎng)絡的一般組成 59

3．4．2 WDM網(wǎng)絡的保護 61

第4章分組傳輸技術(shù) 65

4．1 PTN技術(shù)的基本原理 65

4．1．1 PTN簡介 65

4．1．2 T-MPLS的主要功能特征 66

4．2 PTN關(guān)鍵技術(shù)介紹 67

4．2．1 PTN業(yè)務QoS介紹 67

4．2．2 PTN設(shè)備的保護特性 71

4．2．3 PTN OAM特性介紹 74

4．3 PTN組網(wǎng)模式及應用介紹 76

4．3．1 以太網(wǎng)業(yè)務 77

4．3．2 ATM IMA業(yè)務 80

4．3．3 支持TDM的CES 83

4．4 IP RAN技術(shù)的基本原理及其基礎(chǔ)協(xié)議 84

4．4．1 IP RAN簡介 84

4．4．2 IP RAN相關(guān)的常用名詞 85

4．4．3 IP RAN基礎(chǔ)協(xié)議 85

4．5 IP RAN關(guān)鍵技術(shù)介紹 94

4．5．1 BFD for PW技術(shù) 94

4．5．2 BFD for OSPF IS-IS技術(shù) 94

4．6 IP RAN組網(wǎng)模式及應用介紹 94

4．6．1 IP RAN組網(wǎng)原則 94

4．6．2 IP RAN組網(wǎng)的整體架構(gòu) 95

4．6．3 IP RAN的互連方式 96

4．6．4 IP RAN的業(yè)務種類 98

4．6．5 IP RAN的倒換路徑 98

第5章OTN技術(shù) 105

5．1 OTN技術(shù)原理 105

5．1．1 OTN的產(chǎn)生 105

5．1．2 OTN的特點 106

5．2 OTN設(shè)備的分類 109

5．3 OTN保護 110

5．3．1 對OTN的通道層保護 110

5．3．2 對OTN的光復用段層保護 112

5．4 OTN的關(guān)鍵技術(shù) 112

5．4．1 FEC技術(shù) 113

5．4．2 RZ（歸零）碼調(diào)制碼型 115

5．4．3 偏振模色散補償 116

5．4．4 拉曼（Raman）放大器（低噪聲放大器） 117

第6章PON接入技術(shù) 119

6．1 PON技術(shù)的概念 119

6．2 PON的網(wǎng)絡組成 120

6．2．1 光線路終端 120

6．2．2 光網(wǎng)絡單元 120

6．2．3 無源光纖分路器 120

6．2．4 光分配網(wǎng) 121

6．3 PON的結(jié)構(gòu)分類 121

6．3．1 APON技術(shù)原理及特點 121

6．3．2 EPON技術(shù)原理及特點 121

6．3．3 GPON技術(shù)原理及特點 122

6．3．4 10G EPON技術(shù)原理及特點 123

6．3．5 10G EPON參考結(jié)構(gòu)和基本指標 123

6．3．6EPON、GPON、10G EPON的應用場景 126

6．4 OLT設(shè)備及特點 128

6．4．1OLT設(shè)備定義 128

6．4．2OLT設(shè)備分類 129

6．5 ONU設(shè)備介紹 134

6．5．1ONU的基本概念 134

6．5．2ONU設(shè)備簡介 134

6．6 ODN介紹 136

6．6．1 ODN定義 136

6．6．2 ODN的相關(guān)術(shù)語介紹 136

6．6．3 ODN的基本結(jié)構(gòu) 137

6．6．4 FTTx的結(jié)構(gòu)模式 138

6．6．5 ODN的規(guī)劃原則 138

6．7 PON設(shè)備調(diào)試 141

第 7 章光傳輸網(wǎng)設(shè)備安裝 151

7．1 安全隱患及預控措施 151

7．2 施工前的準備 152

7．2．1 施工前機房應具備的條件 152

7．2．2 施工前工具、儀表的準備 152

7．2．3 開箱 154

7．3 設(shè)備安裝 155

7．3．1 機柜的安裝及加固 155

7．3．2 電纜的安裝與布放 161

7．3．3 安裝與布放尾纖 165

7．3．4 線纜布放與綁扎的基本工藝 168

7．3．5 安裝傳輸硬件的注意事項 169

7．4 建立標準化文檔 170

第 8 章光傳輸網(wǎng)設(shè)備測試 171

8．1 測試項目清單 171

8．2 SDH常用的指標測試 172

8．2．1 光接口 172

8．2．2 電接口 184

8．2．3 RFC 2544測試 186

8．2．4 系統(tǒng)測試 190

8．3 WDM OTN常用的指標測試 192

8．3．1 波長轉(zhuǎn)換器 192

8．3．2 合波器 197

8．3．3 分波器 197

8．3．4 梳狀濾波器 199

8．3．5 光監(jiān)控通道 200

8．3．6 光保護倒換板 201

8．3．7 系統(tǒng)指標 202

8．4 測試記錄表格 206

第9章傳輸設(shè)備的故障處理與案例分析 229

9．1 波分OTN系統(tǒng)常見的故障處理思路與案例 229

9．1．1 波分OTN系統(tǒng)的故障處理原則 229

9．1．2 波分OTN系統(tǒng)故障定位的過程 230

9．1．3 波分OTN系統(tǒng)故障判斷與定位的常用方法 232

9．1．4 波分OTN系統(tǒng)的典型案例 235

9．2 IP RAN系統(tǒng)常見的故障處理思路與案例 238

9．2．1 IP RAN常見的故障處理思路 238

9．2．2 IP RAN典型案例分析 243

9．3 PTN系統(tǒng)常見的故障處理思路與案例 263

9．3．1 故障在接入層的接入側(cè) 263

9．3．2 故障在接入 匯聚層L2VPN業(yè)務的網(wǎng)絡側(cè) 266

9．3．3 故障在核心層L2VPN接入L3VPN的設(shè)備 271

9．3．4 故障在核心層L3VPN業(yè)務的網(wǎng)絡側(cè)（PTN 7900） 274

9．3．5 故障在核心層的接入側(cè) 279

本書從光纖通信的基本概念、主流傳輸技術(shù)、硬件安裝、設(shè)備測試、故障案例5個方面介紹光傳輸設(shè)備的相關(guān)知識，便于讀者對光傳輸設(shè)備安裝測試工程有一個全面直觀的認識。本書詳細地介紹了工程中所涉及的安裝規(guī)范、測試指標及相關(guān)的工作流程，讀者通過閱讀本書可以迅速找到實際工作中所需要的操作細則。本書還為讀者提供了維護工作中的典型案例，并給出了常見的故障定位與處理思路。

本書適合光傳輸設(shè)備工程施工、維護領(lǐng)域的從業(yè)人員閱讀和參考，其他對光傳輸設(shè)備安裝測試工程感興趣的人員也可以通過閱讀本書，加深對光傳輸技術(shù)的理解。

本書的重點針對通信運營商的網(wǎng)絡維護人員關(guān)注的核心工作問題：網(wǎng)絡、業(yè)務、故障進行了講解。首先介紹傳輸網(wǎng)絡的技術(shù)演進，然后重點分章節(jié)介紹光纜、SDH、DWDM、OTN、PTN、GPON、同步網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸原理、網(wǎng)絡架構(gòu)、典型業(yè)務和故障處理。

適合通信運營商、設(shè)計院、研究院、設(shè)備廠家、及相關(guān)外協(xié)單位的工程技術(shù)人員閱讀，同時也可以作為相關(guān)專業(yè)人士作為參考讀物。

光纖傳輸設(shè)備傳輸方式可簡單的分成：多模光纖傳輸設(shè)備和單模光纖傳輸設(shè)備。光纖，不僅可用來傳輸模擬信號和數(shù)字信號，而且滿足視頻傳輸?shù)男枨?。其?shù)據(jù)傳輸率能達幾千Mbps。如果在不使用中繼器的情況下，傳輸范圍能達到6-8km。

綜觀國內(nèi)外配線系統(tǒng)的發(fā)展，我們可看出這樣三個階段：

1、雙絞線階段。在這個階段語音同大規(guī)模數(shù)據(jù)通信不能混用也適應這樣的數(shù)據(jù)通信。

2、同軸電纜 雙絞線階段。

3、光纖階段。

射線光學理論是用光射線去代替光能量傳輸路線的方法，這種理論對于光波長遠遠小于光波到尺寸的多模光纖是容易得到簡單而直觀的分析結(jié)果的，但對于復雜問題，射線光學只能給出比較粗糙的概念。

多模光纖傳輸設(shè)備所采用的光器件是LED，通常按波長可分為850nm和1300nm兩個波長，按輸出功率可分為普通LED和增強LED——ELED。多模光纖傳輸所用的光纖，有62.5mm和50mm兩種。

在多模光纖上傳輸決定傳輸距離的主要因素是光纖的帶寬和LED的工作波長，例如，如果采用工作波長1300nm的LED和50微米的光纖，其傳輸帶寬是 400 MHz .km，鏈路衰減為0.7dB/km，如果基帶傳輸頻率F為150MHz，對于出纖功率為-18dBm，接收靈敏度為-25 dBm的光纖傳輸系統(tǒng)，其最大鏈路損耗為7 dB，則可計算：

ST連接器損耗：

2dB（兩個ST連接器）

光學損耗裕量：2

則理論傳輸距離：

L=（7 dB-2 dB-2 dB）/0.7dB/km=4.2 km

L為傳輸距離，而根據(jù)光纖的帶寬計算：

L=B/F=400 MHz .km/150MHz=2.6km

其中 B為光纖帶寬，F(xiàn)為基帶傳輸頻率，那么實際傳輸測試時，L￡2.6km，由此可見，決定傳輸距離的主要因素是多模光纖的帶寬。

1、單模傳輸設(shè)備

單模傳輸設(shè)備所采用的光器件是LD，通常按波長可分為850nm和1300nm兩個波長，按輸出功率可分為普通LD、高功率LD、DFB-LD（分布反饋光器件）。單模光纖傳輸所用的光纖最普遍的是G.652，其線徑為9微米。

1310nm波長的光在G.652光纖上傳輸時，決定其傳輸距離限制的是衰減因數(shù)；因為在1310nm波長下，光纖的材料色散與結(jié)構(gòu)色散相互抵消總的色散為0，在1310nm波長上有微小振幅的光信號能夠?qū)崿F(xiàn)寬頻帶傳輸。

1550nm波長的光在G.652光纖上傳輸時衰減因數(shù)很小，單純從衰減因數(shù)考慮，1550nm波長的光在相同的光功率下傳輸?shù)木嚯x大于1310nm波長的光下的傳輸?shù)木嚯x，但是實際情況并非如此，單模光纖帶寬B與色散因數(shù)D的關(guān)系為：

B=132.5/（DlxDxL）GHz

其中L為光纖的長度，Dl為譜線寬度，對于1550nm波長的光，其色散因數(shù)如表3為20 ps/（nm .km)，假設(shè)其光譜寬度等于1nm，傳輸距離為L=50公里，則有：

B=132.5/（DxL）GHz=132.5MHz

也就是說，對于模擬波形，采用1550nm波長的光，當傳輸距離為50公里時，傳輸帶寬已經(jīng)小于132.5 MHz，如果基帶傳輸頻率F為150MHz，那么傳輸距離已經(jīng)小于50km，況且實際應用中，光源的譜線寬度往往大于1nm。

從上式可以看出，1550nm波長的光在G.652光纖上傳輸時決定其傳輸距離限制的主要是色散因數(shù)。

2、單模

DVI光纖延長器：(可傳輸HDMI音視頻信號)T803-15KM-T (TX) / T803-15KM-R (RX)，產(chǎn)品致力于解決傳統(tǒng)銅線電纜DVI連接線傳輸距離受限制的問題，采用2芯LC單模光纖傳輸R、G、B信號及數(shù)據(jù)時鐘Clock信號，在分辨率高達1920×1200@60Hz的情況下,可以延伸傳輸距離到15千米。具有EDID讀寫功能，可以將顯示器里的EDID存儲內(nèi)容讀出并寫到DVI發(fā)射模塊T803-15KM-T(TX)中，使其能夠適應不同分辨率的顯示器系統(tǒng)。

遠距離信號傳輸光纖傳輸?shù)膬?yōu)勢

市面上主要的視頻傳輸線有單根導線、雙絞線、同軸電纜等，不論任何的電纜類型，它們都是作為信號傳輸?shù)囊环N導體。這些不同類型的電纜，在傳輸不同信號的質(zhì)量表現(xiàn)也有區(qū)別，除了部分特殊的應用，應用于音視頻傳輸?shù)碾娎|大致以單根導線、雙絞線、同軸線和光纖為主。

1、光纖幾乎不存在任何衰減，只有l(wèi)c或sc頭自身略有衰減，而且這并不會造成距離上的影響，通常在20dB以內(nèi)，完全忽略不計。除非這條光纖距離太長，例如長達2.2公里的多模光纖，在傳輸中就徹底沒信號了，否則只要有信號，速度就是與發(fā)送端相當?shù)摹?

2、抗干擾性強、零掉包率，無論在光纖周圍盤繞著多么復雜的強電，傳輸速度始終保持一致。此外，傳輸過程中掉包現(xiàn)象的概率幾乎為零，測試時200成品多模跳線作為干線，電信的軟件在滿機時是測不出來。

3、使用壽命很長、兼容性高，市場上一般的光纖可以用到10年甚至更久，這一點銅纜網(wǎng)線是無法相比的。而且兼容性很高，光纖在未來網(wǎng)絡高速提升中，無論是1兆10兆甚至未來的萬兆，10萬兆，任何一條跳線都是通用的，不會像銅纜網(wǎng)線那樣有5類6類甚至十幾類，不會存在淘汰的問題。

3、新紀錄

2011年3月美國洛杉磯舉辦的2011年光纖通訊大會（OFC2011）上展示了最新的光纖傳輸技術(shù)。這是德國弗朗霍夫?qū)W會海因里希-赫茲研究所與丹麥技術(shù)大學研究人員合作完成的，研究人員在長度為29公里的單一玻璃光纖線路上創(chuàng)造了每秒10.2Terabit(太比特)的光纖傳輸速率新世界紀錄，其每秒傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量相當于240張DVD光盤。在此之前的世界紀錄是由該研究所創(chuàng)造的每秒2.56Terabit。

2011年12月1日，武漢郵電科學研究院宣布，高速光通信實時傳輸關(guān)鍵技術(shù)研究取得突破，在一根光纖上，用正交頻分復用技術(shù)方式傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量超過240Gb/秒，相當于每秒鐘能適時傳輸240部容量為1G、長度為40分鐘的高清電影，又一次刷新世界光通信領(lǐng)域紀錄。

第 1章　傳輸網(wǎng)的發(fā)展與演進 1

1.1　傳輸網(wǎng)的功能定位　1

1.2　傳輸網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展　2

1.3　傳輸網(wǎng)絡的技術(shù)演進方向　5

參考文獻　7

第 2章　光纜線路維護基礎(chǔ)　8

2.1　光纖與光纜基礎(chǔ)知識　8

2.1.1　光纖的結(jié)構(gòu)與分類　8

2.1.2　光纖傳輸特性　16

2.2　光纜日常維護　20

2.2.1　巡線維護　20

2.2.2　分類維護　21

2.2.3　維護常用儀表和機具等　25

2.3　光纜故障處理　26

2.3.1　光纜線路故障分類　27

2.3.2　故障原因分類　27

2.3.3　故障處理原則　28

2.3.4　制定應急調(diào)度方案　28

2.3.5　光纜線路故障修復流程　28

2.3.6　故障現(xiàn)象定位的流程　29

2.3.7　故障處理的注意事項　32

參考文獻　33

第3章　SDH網(wǎng)絡維護基礎(chǔ)　34

3.1　SDH網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)傳輸原理　34

3.1.1　設(shè)備結(jié)構(gòu)　34

3.1.2　數(shù)據(jù)封裝　37

3.1.3　設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)流程　41

3.2　SDH網(wǎng)絡的典型架構(gòu)　45

3.2.1　基本網(wǎng)絡拓撲　45

3.2.2　網(wǎng)絡架構(gòu)　46

3.2.3　網(wǎng)絡保護　47

3.3　SDH網(wǎng)絡的典型業(yè)務　51

3.4　傳輸機房基本結(jié)構(gòu)　52

3.5　SDH網(wǎng)絡的故障處理　54

3.5.1　故障預警原理　54

3.5.2　故障分類　55

3.5.3　故障處理方法　57

3.5.4　故障案例　60

參考文獻　63

第4章　DWDM網(wǎng)絡維護基礎(chǔ)　70

4.1　DWDM網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)傳輸原理　70

4.1.1　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)　71

4.1.2　發(fā)射機/接收機　71

4.1.3　光中繼放大器　76

4.1.4　光監(jiān)控功能　79

4.2　DWDM網(wǎng)絡的典型架構(gòu)　81

4.2.1　站點類型　81

4.2.2　組網(wǎng)方式　82

4.3　DWDM網(wǎng)絡的維護和故障處理　83

4.3.1　日常維護工作　83

4.3.2　故障分類及處理　88

參考文獻　97

第5章　OTN網(wǎng)絡維護基礎(chǔ)　98

5.1　OTN網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)傳輸原理　98

5.1.1　OTN技術(shù)特點　98

5.1.2　OTN層次結(jié)構(gòu)　100

5.1.3　數(shù)據(jù)封裝　101

5.2　OTN網(wǎng)絡的典型架構(gòu)　110

5.2.1　OTN設(shè)備簡介　110

5.2.2　OTN組網(wǎng)方案　112

5.2.3　OTN網(wǎng)絡保護　114

5.3　OTN網(wǎng)絡的故障處理　122

5.3.1　維護信號　122

5.3.2　常見故障告警分類　125

參考文獻　129

第6章　PTN網(wǎng)絡維護基礎(chǔ)　130

6.1　PTN網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)傳輸原理　130

6.1.1　基本概念　130

6.1.2　數(shù)據(jù)封裝　131

6.2　PTN網(wǎng)絡架構(gòu)　137

6.2.1　網(wǎng)元分類　137

6.2.2　網(wǎng)絡拓撲　138

6.3　PTN網(wǎng)絡的保護方案　138

6.3.1　線性保護　139

6.3.2　環(huán)網(wǎng)保護　143

6.3.3　接入鏈保護　146

6.3.4　雙歸保護　147

6.3.5　IP/MPLS業(yè)務保護　147

6.3.6　L3 VPN保護　148

6.4　PTN網(wǎng)絡業(yè)務承載方案　148

6.4.1　PTN與移動業(yè)務對接方案　149

6.4.2　PTN與WLAN對接方案　152

6.4.3　PTN與PON對接方案　152

6.5　PTN網(wǎng)絡的QoS方案　153

6.5.1　流分類和流標記　155

6.5.2　流量監(jiān)管和整形（帶寬控制）　155

6.5.3　擁塞控制　156

6.5.4　隊列調(diào)度　156

6.5.5　層次化QoS　157

6.5.6　連接允許控制（CAC）　158

6.6　PTN網(wǎng)絡的故障處理　158

6.6.1　分析定位　158

6.6.2　業(yè)務中斷故障和業(yè)務恢復　164

6.6.3　常見故障處理　166

參考文獻　170

第7章　GPON網(wǎng)絡維護基礎(chǔ)　172

7.1　GPON網(wǎng)絡基礎(chǔ)概念　172

7.1.1　GPON網(wǎng)絡架構(gòu)　173

7.1.2　PON網(wǎng)絡關(guān)鍵技術(shù)　174

7.1.3　PON網(wǎng)絡保護方式　176

7.2　GPON網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的傳輸原理　178

7.2.1　GPON協(xié)議棧結(jié)構(gòu)　178

7.2.2　GPON業(yè)務復用與映射　178

7.2.3　GPON幀結(jié)構(gòu)　182

7.3　綜合布線系統(tǒng)介紹　184

7.3.1　綜合布線系統(tǒng)構(gòu)成　184

7.3.2　駐地網(wǎng)綜合布線方案　187

7.4　GPON典型組網(wǎng)應用　193

7.4.1　公眾客戶綜合接入　193

7.4.2　大客戶、商業(yè)客戶綜合接入　195

7.4.3　村村通接入　195

7.4.4　視頻監(jiān)控接入　196

7.5　GPON網(wǎng)絡故障處理　197

7.5.1　GPON故障處理常用方法　197

7.5.2　GPON常見故障及處理　199

參考文獻　207

第8章　同步網(wǎng)維護基礎(chǔ)　209

8.1　同步網(wǎng)的技術(shù)原理　209

8.1.1　同步的概念　209

8.1.2　同步技術(shù)簡介　210

8.1.3　同步設(shè)備衛(wèi)星源簡介　211

8.2　同步網(wǎng)的設(shè)置原則　212

8.2.1　時鐘同步設(shè)置原則　212

8.2.2　時間同步設(shè)置原則　213

8.2.3　保護設(shè)置原則　214

8.3　同步網(wǎng)的典型架構(gòu)　216

8.3.1　數(shù)字同步網(wǎng)的分層架構(gòu)　216

8.3.2　典型傳輸網(wǎng)絡同步時鐘的接引方式　217

8.4　同步網(wǎng)的故障處理　219

8.4.1　常見告警分析　219

8.4.2　常見故障處理　222

參考文獻　224