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光网络工作原理
光网络基础架构
光网络以光纤为传输介质，通过光信号实现数据的高速传输，其核心组成部分包括：
- 光发射机：将电信号转换为光信号（如激光器）。
- 光纤链路：传输光信号的物理介质，支持长距离、高带宽传输。
- 光放大器（如EDFA）：补偿信号衰减，延长传输距离。
- 光交换节点：基于波长或光路进行信号路由（如OXC、ROADM）。
- 光接收机：将光信号还原为电信号。
光信号传输原理
| 特性 | 描述 |
|---|---|
| 波长范围 | 常用波长为1310nm（O波段）和1550nm（C波段），后者更适合长距离传输。 |
| 调制方式 | 直接调制（成本低）或外调制（高频性能好），支持NRZ、PAM4等编码。 |
| 传输限制 | 受色散（脉冲展宽）和非线性效应（如四波混频）影响，需通过色散补偿或相干技术解决。 |
光网络核心技术
波分复用（WDM）
- 原理：在单根光纤中通过不同波长（信道）并行传输数据，显著提升容量。
- 分类：
- CWDM：粗波分复用，波长间隔20nm，适用于城域网。
- DWDM：密集波分复用，波长间隔0.8nm（100GHz），用于骨干网。
光层交换技术
- 波长路由（WR）：基于波长分配路径，避免光电转换。
- ROADM：可重构光分插复用器，动态调整波长上下路。
- OXC：光交叉连接，直接在光域完成多维度交换。
光性能监控
- OSNR（光信噪比）：衡量信号质量，需≥20dB以保证误码率。
- PMD（偏振模色散）：高速信号下需补偿，避免脉冲畸变。
光网络分层模型
| 层级 | 功能 | 技术示例 |
|---|---|---|
| 光传输层 | 提供原始带宽，处理波长路由与放大 | WDM、EDFA、Raman放大器 |
| 光通道层 | 管理端到端波长通道，优化OSNR与色散补偿 | 动态增益均衡、色散补偿模块 |
| 业务层 | 承载上层业务（如OTN、Ethernet），支持保护与调度 | OTN映射、MPLS-TP |
光网络应用场景
- 骨干网：超长距离、大容量传输（如洲际光缆）。
- 数据中心互联（DCI）：低时延、高带宽需求，采用DWDM技术。
- 5G前传/中传：利用WDM简化光纤资源，支持海量基站接入。
- 海底光缆：中继放大与色散管理，保障跨洋通信。
问题与解答
问题1：为什么光网络需要波分复用（WDM）技术？
解答：
- 提升容量：单根光纤通过多波长复用，容量提升数十倍（如80波×100G=8Tbps）。
- 灵活扩展：新增波长即可扩容，无需铺设新光纤。
- 降低成本：共享光纤资源，减少建设和维护费用。
问题2：光网络中的OSNR过低会导致什么问题？如何改善？
解答：
- 问题：OSNR过低会增加误码率，导致信号劣化甚至中断。
- 改善方法：
- 增加光放大器（如EDFA）或拉曼放大器。
- 优化光纤链路设计，减少信号衰减。
- 采用相干接收技术（如DSP算法）提升噪声容忍度
