一、 光网络基础与核心概念

1.1 光通信的基本原理与优势

  ​光网络是以光纤作为传输介质、以光波作为信息载体的通信网络。其理论基础是光的全反射原理，使得光信号能在纤芯中远距离传输而衰减小。

核心优势（必考考点）：

• 极大带宽：光纤的理论带宽可达THz量级（如C波段4.4THz），是铜缆（MHz）和微波（GHz）无法比拟的。这是光网络发展的根本动力。
• 极低损耗：石英光纤在1550nm窗口的典型损耗为0.2 dB/km，使得无中继传输距离可达上百公里。
• 抗电磁干扰：光纤是绝缘体，不受电磁感应和射频干扰的影响，适合在复杂电磁环境中使用。
• 轻便安全：光纤重量轻、体积小。光信号在光纤中传播不向外辐射，难以窃听，安全性高。
• 成本优势：虽然设备端成本较高，但传输介质的成本极低，长远看具有显著的性价比优势。

1.2 光纤的类型与特性

1.2.1 按模式分类（重中之重）

特性	多模光纤 (MMF)	单模光纤 (SMF)
纤芯直径	50μm 或 62.5μm	8~10μm
光传输模式	多种模式（几百种）	单一基模（LP01模）
光源	LED 或 VCSEL	LD（激光二极管）
色散	模式色散是主要限制	无模式色散，但存在材料色散和波导色散
带宽/距离	低带宽，短距离（百米级）	高带宽，长距离（公里级）
应用场景	数据中心短距互联、楼宇内部布线	长途干线网、城域网、接入网

1.2.2 按ITU-T标准分类（单模光纤的演进）

• G.652.D（标准单模光纤）：最常用、最普遍的光纤。在1310nm处零色散，在1550nm处损耗最小但有色散。是DWDM系统的主要载体。
• G.653（色散位移光纤DSF）：将零色散点从1310nm位移到1550nm，试图同时实现最小损耗和零色散。但不利于WDM系统（四波混频FWM效应严重），已很少使用。
• G.654（截止波长位移光纤）：侧重于降低1550nm的衰减（可达0.15 dB/km），用于超长距离海底光缆系统。
• G.655（非零色散位移光纤NZ-DSF）：在1550nm处有较小的、可控的非零色散，既能抑制FWM，又可用色散补偿管理。是DWDM系统的另一个重要选择。
• G.657（弯曲不敏感光纤）：抗弯曲性能好，用于光纤到户（FTTH） 等需要小半径弯曲的场景。

二、 核心技术与系统

2.1 波分复用（WDM）技术

  ​WDM是光网络的基石技术，其核心是在一根光纤中同时传输多个不同波长的光载波信号。

2.1.1 WDM分类

类型	波长间隔	波长数	典型波段	关键技术
DWDM（密集波分）	窄（0.8nm/100GHz, 0.4nm/50GHz）	多（40/80/96波…160波）	C波段（1525~1565nm）	EDFA、精密温控激光器、高精度合分波器
CWDM（粗波分）	宽（20nm）	少（最多18波）	O+E+S+C+L波段（1270~1610nm）	无源器件、低成本、无需冷却的激光器

2.1.2 WDM系统组成（必考框图）
一个典型的WDM系统包括：

1. 光发送机（OTU）：将客户侧信号转换为符合WDM系统要求的特定波长的光信号。
2. 合波器（OMU/MUX）：将多路不同波长的光信号合并到一根光纤中传输。
3. 光放大器（OA）：补偿光纤传输损耗，延长传输距离。主要是EDFA（掺铒光纤放大器），工作在C波段。
4. 光分波器（ODU/DEMUX）：在接收端将合路信号分解为原始的各波长信号。
5. 光接收机：将特定波长的光信号转换回客户侧电信号。

2.2 光传输网（OTN）技术

  ​OTN被视为“下一代SDH”，解决了SDH在承载大颗粒业务时的效率低下和OAM能力不足问题。

2.2.1 OTN帧结构与开销
OTN的核心是数字封装技术。其帧结构基于OPUk -> ODUk -> OTUk的映射和复用路径。

• OPU（光通道净荷单元）：客户信号映射到OPU的净荷区。
• ODU（光通道数据单元）：为OPU增加通道开销，提供端到端的性能监测和连接监控。是OTN业务调度的核心颗粒。
• OTU（光通道传输单元）：为ODU增加帧定位、FEC和段开销，实现段层的性能监测和强大的前向纠错（FEC） 功能。

2.2.2 OTN的核心优势

• 透明传输：可以透明承载任何客户层信号。
• 强大OAM：提供类似SDH的丰富开销字节。
• 强大FEC：采用Reed-Solomon等编码，带来6~8dB的编码增益。
• 多级TCM：提供6级串联连接监视，便于故障定界。

2.3 同步数字体系（SDH/SONET）

2.3.1 核心概念

• 同步复用：通过指针处理机制，允许低速率支路信号直接复用进高速率信号。
• 分层结构：VC-12 -> VC-4 -> STM-N。
• 强大的保护倒换：
  • MSP（复用段保护）：1+1，1:1，1:N保护。倒换时间**<50ms**。
  • SNCP（子网连接保护）：双发选收。

三、 关键性能指标与损伤管理

3.1 核心性能指标（必考计算）

1. 损耗（Loss）

   • 单位：分贝（dB）。损耗(dB) = 10 * log10(P_in / P_out)
   • 系统设计必须进行功率预算。

2. 色散（Dispersion）

   • 色度色散（CD）：单位是ps/(nm·km)。会导致脉冲展宽和码间干扰。
   • 偏振模色散（PMD）：是高速系统（40G/100G及以上）的主要限制因素。

3. 光信噪比（OSNR）

   • 定义：OSNR = 信号功率 / 噪声功率。单位：dB。
   • 重要性：是决定DWDM系统传输性能和误码率（BER）的最关键指标。

四、 网络架构与应用场景

4.1 接入网：PON（无源光网络）

PON是FTTx（光纤到x）的核心技术，是当前和未来的绝对热点。

4.3.1 PON网络结构

• OLT（光线路终端）：位于局端。
• ODN（光分配网络）：由无源光分路器（Splitter）和光纤组成。
• ONU/ONT（光网络单元/终端）：位于用户端。

4.3.2 PON标准演进（必考）

标准	上下行速率	分路比	波长规划	核心特点
GPON	2.5G/1.25G	1:64/128	1490nm下，1310nm上	电信级管理，GEM封装
EPON	1.25G/1.25G	1:32/64	1490nm下，1310nm上	基于以太网，成本低
10G-EPON	10G/10G 或 10G/1G	1:64	1577nm下，1270nm上	兼容EPON，平滑升级
XG(S)-PON	10G/2.5G (XG) 10G/10G (XGS)	1:128	1577nm下，1270nm上	GPON的演进
NG-PON2	40G+ (TWDM-PON)	1:256+	多波长堆叠	波长叠加，超高带宽

五、 前沿技术与演进趋势

5.1 相干光通信

• 原理：不仅检测光强，还检测光的相位和偏振信息。采用DP-QPSK、DP-16QAM等高阶调制格式。
• 应用：已成为100G及以上速率长途传输的唯一选择。

5.2 软件定义光网络（SDON）

• ROADM：发展到Colorless（无色）、Directionless（无方向）、Contentionless（无竞争） 的CDC-F ROADM。
• 控制与管理分离：通过OpenFlow等接口实现智能业务发放。

5.3 空分复用（SDM）

为突破单根光纤的香农极限。

• 多芯光纤（MCF）：一根光纤中包含多个纤芯。
• 少模光纤（FMF）：利用光纤中不同的模式作为独立信道。

5.4 光网络与人工智能（AI）

• 网络运维（AIOps）：预测故障、识别性能劣化。
• 流量预测与资源分配：动态调整光网络资源。

总结： 光网络考点围绕 “传输介质-系统技术-性能损伤-控制管理” 主线展开。需深入理解每个环节的基本原理、技术实现和相互关系。