光纖通信5-線路12

1、第五章 光纖通信系統(tǒng)（線路）主要內(nèi)容光通信線路組成點(diǎn)到點(diǎn)鏈路的設(shè)計光放大器多路信號復(fù)用波分復(fù)用線路誤碼特性5.1 光通信線路組成1、點(diǎn)到點(diǎn)單用戶線路光發(fā)送機(jī)光接收機(jī)光發(fā)送機(jī)光接收機(jī)光發(fā)送機(jī)光接收機(jī)光接收機(jī)光發(fā)送機(jī)光纜光纜光端機(jī)光端機(jī)2、點(diǎn)到點(diǎn)多用戶線路多路信號復(fù)用12n多路信號解復(fù)用1n多路信號復(fù)用多路信號解復(fù)用光端機(jī)光端機(jī)電端機(jī)電端機(jī)電源公務(wù)、管理3、遠(yuǎn)距離線路光端機(jī)光端機(jī)電端機(jī)電端機(jī)中繼站中繼站遠(yuǎn)距離信號損耗衰減和脈沖展寬中繼站的作用：1）光信號放大2）脈沖信號再生中繼方式：兩個光端機(jī)只補(bǔ)償功率衰減：光信號直接放大-光放大器中繼站：功率衰減和脈沖展寬都補(bǔ)償光端機(jī)光端機(jī)補(bǔ)償光纖對光信號的影響

2、： （1）光功率衰減；（2）光脈沖展寬4、遠(yuǎn)距離光通信鏈路(網(wǎng)絡(luò))終端站終端站終端站終端站終端站分路站樞紐站中間站中間站中繼站為了節(jié)約建設(shè)成本，往往是一纜多對光纖，并行傳輸, m對為了防止線路故障中斷，往往留有備份線路因此線路中，應(yīng)有線路質(zhì)量檢測和倒換設(shè)備將多個（城鎮(zhèn)）通信站用光纖連起來形成一系列點(diǎn)到點(diǎn)的通信線路，使通信站之間兩兩互通。復(fù)用段、數(shù)字段中繼段當(dāng)發(fā)生線路故障中斷時，在該復(fù)用段倒換線路-用備份線路代替工作線路5.2 點(diǎn)到點(diǎn)鏈路的設(shè)計 設(shè)備主要器件參數(shù)的確定,設(shè)備選型系統(tǒng)速率的確定路由設(shè)計 中繼距離的確定損耗限制系統(tǒng)色散限制系統(tǒng) 鏈路中繼距離設(shè)計（1）損耗限制系統(tǒng))(dBmPt)(dB

3、lc)(dBlc)(dBmPr)(kmL)/(kmdBf)/(kmdBc發(fā)送功率接收機(jī)靈敏度連接器損耗光纖損耗接續(xù)損耗中繼段中繼段LlPPcfcrt)(2)()(dBPdBP裕量代價代價P由于現(xiàn)場環(huán)境等因素引起系統(tǒng)性能變差，導(dǎo)致靈敏度降低的影響如：消光比惡化、激光器噪聲、反射噪聲、模式分配噪聲、定時抖動、頻率Chirp裕量P老化使系統(tǒng)性能的下降損耗限制系統(tǒng)中繼距離計算公式cfcRtlPPdBmPdBmPkmL2)()()()(代價余量鏈路總的展寬時間 等于各個因素引起的脈沖展寬時間 的平方和的平方根systit2/112Niisystt發(fā)送機(jī)展寬時間 ；光纖色散展寬時間 ；接收機(jī)展寬時間 。t

4、xtrxt（2）展寬時間預(yù)算色散限制使光脈沖展寬限制系統(tǒng)數(shù)據(jù)速率的基本因素是：Dt一般情況下，一條數(shù)字鏈路的總展寬時間劣化不能超過：RZforBNRZforBtsys/35. 0/7 . 0NRZRZNRZ（非歸零）比特周期的70%，RZ（歸零）比特周期的35%。單模光纖的最大傳輸距離滿足DBL41如果不考慮發(fā)射和接收機(jī)對展寬的影響cfcRslPPdBmPdBmPkmL2)()()()(代價余量損耗限制系統(tǒng)色散限制系統(tǒng)DBL411、光放大器類型5.3 光放大器直接對光信號進(jìn)行功率放大的器件。在光通信線路中用于補(bǔ)償光功率損耗。2、摻鉺光纖放大器EDFAEDFA，Erbium Doped Fibe

5、r Amplifier摻鉺光纖能放大光信號的基本原理在于鉺離子能吸收泵浦光的能量，實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，當(dāng)波長為1.55m的信號光通過已被激活的摻鉺光纖時，亞穩(wěn)態(tài)上的粒子以受激輻射的方式躍遷到基態(tài)。對應(yīng)于每一次躍遷，都將產(chǎn)生一個與激發(fā)該躍遷的光子完全一樣的光子，從而實(shí)現(xiàn)了信號光在摻鉺光纖的傳播過程中不斷放大。（1）EDFA的工作原理2/154I2/134I2/114I2/94I2/112H基態(tài)亞穩(wěn)態(tài)激發(fā)態(tài)nm1550nm1480nm980nm800nm800鉺離子的能級EDFA主要由 摻鉺光纖（EDF）、泵浦光源、耦合器、隔離器等組成（2）EDFA組成EDFA基本配置結(jié)構(gòu)EDFA的內(nèi)部按泵浦方式分，

6、有三種基本的結(jié)構(gòu)：即同向泵浦、反向泵浦和雙向泵浦。同向泵浦信號光與泵浦光以同一方向從摻鉺光纖的輸入端注入的結(jié)構(gòu)，也稱為前向泵浦。反向泵浦信號光與泵浦光從兩個不同方向注入進(jìn)摻鉺光纖的結(jié)構(gòu)，也稱后向泵浦。雙向泵浦同向泵浦和反向泵浦同時泵浦的結(jié)構(gòu)。輸入功率（dBm）0-20-1001020輸出功率(dBm)輸出飽和光功率輸入功率（dBm）G（4）EDFA特性1. 增益特性2. 增益系數(shù))(PPGPPGK增益系數(shù)3. 噪聲特性EDFA的輸出光中，除了有信號光外，還有自發(fā)輻射光，它們一起被放大，形成了影響信號光的噪聲源。EDFA的噪聲主要有以下四種：信號光的散粒噪聲；被放大的自發(fā)輻射光的散粒噪聲；自發(fā)輻

7、射光譜與信號光之間的差拍噪聲；自發(fā)輻射光譜間的差拍噪聲。以上四種噪聲中，后兩種影響最大，尤其是第三種。噪聲是決定EDFA性能的主要因素。衡量EDFA的噪聲特性可用噪聲指數(shù)F來度量。優(yōu)點(diǎn):（1）工作波長與光纖的最小窗口和目前的波分窗口相對應(yīng)。（2）耦合效率高。 （3）增益與偏振態(tài)無關(guān)。 （5） 增益高、輸出功率大。 （4）所需的泵浦功率小。（6）噪聲小 Nf=47dB(7)對信號和傳輸速率透明，兼容各種制式（8）頻帶寬工作波長：nmnm（9）WDM無串話EDFA的應(yīng)用在長距離、大容量、高速率光纖通信系統(tǒng)中，EDFA有多種應(yīng)用形式，其基本作用是：（1）延長中繼距離，使無中繼傳輸達(dá)數(shù)百公里。（2）與

8、波分復(fù)用技術(shù)結(jié)合，可迅速簡便地實(shí)現(xiàn)擴(kuò)容。（3）與光孤子技術(shù)結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)超大容量、超長距離光纖通信。基本應(yīng)用形式用于WDM系統(tǒng)中的EDFAEDFA對光纖傳輸系統(tǒng)的影響非線性問題光浪涌問題色散問題光纖線路的長期可靠性問題3、光纖拉曼放大器FRA從理論上講， 只要有合適功率的高功率泵浦源， 它就可以放大任意波長的信號。可以在速率高達(dá)40Gbit/s的高速光網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮重要作用。 拉曼光纖放大器是利用受激拉曼散射效應(yīng)，以光纖作為增益介質(zhì)而實(shí)現(xiàn)的全光放大器。適合于任何類型的光纖，且成本較低。它的增益帶寬很寬，能在1260nm到1675nm的光譜上進(jìn)行放大，帶寬可達(dá) 4 0 THz . (Fiber Ram

9、an Amplifier)光纖拉曼放大原理頻率下移量由介質(zhì)的振動模式?jīng)Q定。光纖拉曼放大器的工作原理是基于光纖中的受激拉曼散射效應(yīng)。當(dāng)強(qiáng)泵浦激光輸入到光纖中時，被光纖中的一個分子散射成為另一個低頻光子，分子完成振動態(tài)之間的躍遷。受激拉曼散射將光纖中一部分入射泵浦光頻率下移轉(zhuǎn)移到另一頻率的信號光功率。這樣，當(dāng)弱信號光與強(qiáng)泵浦光同時在光纖中傳輸，且信號光波長在泵浦光的拉曼增益譜內(nèi)，光能量將會從泵浦光轉(zhuǎn)移到信號光，從而實(shí)現(xiàn) 光放大 。光纖拉曼放大器結(jié)構(gòu)光纖拉曼放大器的分類光纖拉曼放大器的分類 集中式光纖拉曼放大器是將拉曼光纖放大器與傳輸線分開， 作為獨(dú)立元件。集中式所用增益光纖相對較短，泵浦功率很高，

10、可產(chǎn)生4 0 d B以上的高增益，放大E DF A不能放大的波段。依據(jù)泵浦方式的不同，拉曼光纖放大器可分為三種結(jié)構(gòu):前向泵浦后向泵浦雙向泵浦光纖拉曼放大器具有兩種類型 ：集中式分布式分布式光纖拉曼放大器使用傳輸光纖本身作增益介質(zhì)，與集中式相比，具有更低的噪聲系數(shù)， 主要和E D F A配合使用， 提高系統(tǒng)的整體性能。 光纖拉曼放大器的特性光纖拉曼放大器的特性 ( 1 ) 拉曼放大是一個非諧振過程 ， 其增益響應(yīng)僅依賴于泵浦光波長及其帶寬，選擇合適的泵浦源就可得到任意波長的放大。對于開發(fā)光纖的整個低損耗區(qū)具有無可替代的作用。( 2 ) 增益介質(zhì)為傳輸光纖本身， 與光纖系統(tǒng)具有 良好的兼容性 ，它

11、可利用現(xiàn)已大量鋪設(shè)的G 6 5 2 或G 6 5 5 光纖作為增益介質(zhì)， 對光信號進(jìn)行分布式放大， 從而實(shí)現(xiàn)長距離的無中繼傳輸和遠(yuǎn)程泵浦，尤其適用于海底光纜通信等不方便設(shè)立中繼器的場合。( 3 )串?dāng)_小、 溫度穩(wěn)定性好、噪聲指數(shù)低。( 4 )光纖拉曼放大器的飽合功率高， 增益譜調(diào)整的方式直接而且多樣 ，放大作用的時間短，可實(shí)現(xiàn)對超短脈沖的放大。缺點(diǎn) ：需要特大功率的泵浦源，這是一個比較苛刻的要求； 對光的偏振態(tài)較敏感，可以通過增加偏振光耦合器來解決； 拉曼放大器的噪聲特性光纖拉曼放大器中主要有三種噪聲，一是放大器自發(fā)輻射（ASE）噪聲，二是串話噪聲，三是瑞利散射噪聲。另外，拉曼放大器還會受非線

12、性和受激布里淵散射造成的噪聲影響。5.4 多路信號復(fù)用技術(shù)1、多路信號復(fù)用方式的分類FDMTDMCDM多路電信號復(fù)用方式多路光信號復(fù)用方式WDM-DWDM(OFDM)OTDMOCDM頻分復(fù)用時分復(fù)用碼分復(fù)用密集波分復(fù)用2、TDM 同步時分復(fù)用準(zhǔn)同步時分復(fù)用 異步時分復(fù)用在頻域劃分子信道在時域劃分子信道正交編碼，不同信道碼型正交收發(fā)同步時鐘時鐘111122223333同步時分復(fù)用112233異步時分復(fù)用11322PDHSDHATMIP3、PDH 速率等級數(shù)字復(fù)用等數(shù)字復(fù)用等級級包含包含64Kb/s信道的信道的數(shù)目數(shù)目數(shù)據(jù)率（數(shù)據(jù)率（Mb/s）北美北美歐洲歐洲日本日本010.0640.0640.0

13、641（次群）（次群）241.5541.554302.048483.1523.1522（次群）（次群）966.3126.3121208.4483（次群）（次群）48034.36832.06467244.376134491.053144097.7284（次群）（次群）1920139.2644032274.1765760397.200skBit /3064skb/6424/048. 2sMb4/4488. 8sMb4/368.34sMbsMb /264.139一次群二次群三次群四次群4、PDH 數(shù)字復(fù)接正碼速調(diào)整速率調(diào)整同步復(fù)用定時系統(tǒng)時鐘幀同步發(fā)生器分路恢復(fù)定時提取低速碼流高速碼流4/048.

14、2sMbsMb/4488. 85.5 波分復(fù)用技術(shù)WDM，Wavelength Division Multiplexing1、光波分復(fù)用的基本概念2 、WDM系統(tǒng)的特點(diǎn)3、WDM系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)與工作原理4、光波分復(fù)用系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)光波分復(fù)用（WDM，Wavelength DivisionMultiplexing）技術(shù)是在一根光纖上能同時傳送多波長光信號的一項(xiàng)技術(shù)。1、光波分復(fù)用的基本概念它是在發(fā)送端將不同波長的光信號組合起來（復(fù)用），并耦合到光纜線路上的同一根光纖中進(jìn)行傳輸，在接收端又將組合波長的光信號分開（解復(fù)用）并作進(jìn)一步處理，恢復(fù)出原信號送入不同的終端。因此，此項(xiàng)技術(shù)稱為光波長分割復(fù)用，

15、 簡稱光波分復(fù)用（WDM）技術(shù)。單模光纖的帶寬100nm100nmDWDM在光纖同一低損耗窗口中信道間隔較小的波分復(fù)用稱為密集波分復(fù)用 。兩個波長之間的間隔為0.8nm、1.6nm或更低。密集波分復(fù)用DWDM，DenseWavelength Division Multiplexing8n1550nm波長WDM系統(tǒng)的基本形式1. 雙纖單向傳輸2. 單纖雙向傳輸3. 光分路插入傳輸雙纖單向傳輸單纖雙向傳輸光分路插入傳輸波分復(fù)用器解復(fù)用器光纖123n123n12.nTTTRR波分復(fù)用器（也稱合波器Multiplexer）解復(fù)用器(也稱為分波器De-multiplexer)光發(fā)射機(jī)中繼器中繼器中繼器光

16、接收機(jī)光發(fā)射機(jī)中繼器中繼器中繼器光接收機(jī)光發(fā)射機(jī)中繼器中繼器中繼器光接收機(jī)光發(fā)射機(jī)中繼器中繼器中繼器光接收機(jī)光發(fā)射機(jī)光發(fā)射機(jī)光發(fā)射機(jī)光發(fā)射機(jī)N 123光接收機(jī)光接收機(jī)光接收機(jī)光接收機(jī)N 123復(fù)用器解復(fù)用器EDFA波長穩(wěn)定、窄線寬高速、小啁啾調(diào)制窄帶、小串話、穩(wěn)定濾波增益平坦、寬帶、較高輸出功率高靈敏度寬動態(tài)范圍2、WDM系統(tǒng)的特點(diǎn) 充分利用光纖的帶寬資源 可以在一根光纖同時傳輸多種電信業(yè)務(wù) 可實(shí)現(xiàn)單纖雙向傳輸 節(jié)省大量光纖 降低器件的超高速要求 適用于多種網(wǎng)絡(luò)形式 引入寬帶業(yè)務(wù)方便 高度的組網(wǎng)靈活性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性3、 WDM系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)WDM系統(tǒng)的分類根據(jù)WDM線路系統(tǒng)中是否設(shè)置有EDFA

17、，可以將WDM線路系統(tǒng)分為有線路光放大器WDM系統(tǒng)和無線路光放大器WDM系統(tǒng)。有線路光放大器WDM系統(tǒng)的參考配置無線路光放大器WDM系統(tǒng)的參考配置4、光波長的分配目前在SiO2光纖上，光信號的傳輸都在光纖的兩個低損耗區(qū)段，即1310nm和1550nm。但由于目前常用的EDFA的工作波長范圍為15301565nm。因此，光波分復(fù)用系統(tǒng)的工作波長應(yīng)該在15301565nm。在這有限的波長區(qū)內(nèi)如何有效地進(jìn)行通路分配，關(guān)系到提高帶寬資源的利用率及減少相鄰?fù)烽g的非線性影響等。標(biāo)稱中心頻率和最小通路間隔為了保證不同WDM系統(tǒng)之間的橫向兼容性，必須對各個通路的中心頻率進(jìn)行規(guī)范。標(biāo)稱中心頻率標(biāo)稱中心頻率是指

18、光波分復(fù)用系統(tǒng)中每個通路對應(yīng)的中心波長。目前國際上規(guī)定的通路頻率是基于參考頻率為193.1THz，最小間隔為100GHz的頻率間隔系列。16通路和8通路WDM系統(tǒng)中心頻率通路分配表更多波長的考慮隨著各種新業(yè)務(wù)對WDM系統(tǒng)容量的更高要求，32波乃至更多波長數(shù)的WDM系統(tǒng)已經(jīng)成熟，其頻率間隔已經(jīng)縮小到50GHz。為了滿足未來通信業(yè)務(wù)的需要，已經(jīng)提出間隔低至12.5GHz的系統(tǒng)方案。 中心頻率偏差中心頻率偏差定義為 標(biāo)稱中心頻率與實(shí)際中心頻率之差。對于16通路WDM系統(tǒng)，通道間隔為100GHz（約0.8nm），最大中心頻率偏移為20GHz（約為0.16nm）；對于8通路WDM系統(tǒng)，通道間隔為200G

19、Hz（約為1.6nm）。也規(guī)定對應(yīng)的最大中心頻率偏差為20GHz。 對于激光器的波長及其穩(wěn)定性要求較高；對于激光器的波長及其穩(wěn)定性要求較高； 光纖的非線性對光放大器的輸出功率有很大的限制；光纖的非線性對光放大器的輸出功率有很大的限制； “四波混頻四波混頻”效應(yīng)會造成信道間的串?dāng)_；效應(yīng)會造成信道間的串?dāng)_； 光纖的色散效應(yīng)限制了信道速率的提高；光纖的色散效應(yīng)限制了信道速率的提高； 如何監(jiān)測線路光放大器等問題。如何監(jiān)測線路光放大器等問題。目前WDM還存在一些技術(shù)問題WDM系統(tǒng)要解決的技術(shù)問題1. 光源的波長準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度問題2. 光信道的串?dāng)_問題3. 光纖色散對傳輸?shù)挠绊憜栴}4. 光纖的非線性效應(yīng)問

20、題5. EDFA的動態(tài)可調(diào)整增益與鎖定問題6. EDFA的增益平坦問題7. EDFA的光浪涌問題8. EDFA級聯(lián)使用時的噪聲積累問題光波分復(fù)用系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)1. 光源技術(shù)-波長準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度高的LD2. 多復(fù)用低串?dāng)_的合波分波器3. 光纖的色散補(bǔ)償技術(shù)4. 頻帶寬、增益平坦，動態(tài)可調(diào)整增益與鎖定的EDFA5、光波分復(fù)用/解復(fù)用器與光濾波器技術(shù)光波分復(fù)用/解復(fù)用器（WDM/DWDM）是波分復(fù)用系統(tǒng)的關(guān)鍵器件。其功能是將多個波長不同的光信號復(fù)合后送入同一根光纖中傳送光波分復(fù)用器/解復(fù)用器性能的優(yōu)劣對于WDM系統(tǒng)的傳輸質(zhì)量有決定性的影響，其性能指標(biāo)有 插入損耗和串?dāng)_。解復(fù)用器將在一根光纖中傳送的多

21、個不同波長的光信號分解后送入不同的接收機(jī)（解復(fù)用器）。波分復(fù)用器和解復(fù)用器也分別被稱為合波器和分波器.WDM系統(tǒng)對光波分復(fù)用器/解復(fù)用器的特性要求是損耗及其偏差要小，信道間的串?dāng)_要小，通帶損耗平坦等。1. WDM/DWDM器的結(jié)構(gòu)原理WDM器件類型 熔錐光纖型WDM/DWDM 干涉濾波器型WDM/DWDM 光柵型WDM/DWDM 集成光波導(dǎo)型WDM/DWDM干涉濾波器型DWDM器件原理光柵型DWDM器件原理平面陣列波導(dǎo)光柵型波分復(fù)用器2. WDM/DWDM器件性能 插入損耗 隔離度 回波損耗 工作波長范圍 通路帶寬1. 光源的波長準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度問題在WDM系統(tǒng)中，必須對光源的波長進(jìn)行精確的設(shè)定

22、和控制，否則波長的漂移必然會造成系統(tǒng)無法穩(wěn)定、可靠地工作。所以要求在WDM系統(tǒng)中要有配套的波長監(jiān)測與穩(wěn)定技術(shù)。目前采用的主要方法有溫度反饋控制法和波長反饋控制法來達(dá)到控制與穩(wěn)定波長的目的。2. 光信道的串?dāng)_問題光信道的串?dāng)_是影響接收機(jī)的靈敏度的重要因素。信道間的串?dāng)_大小主要取決于光纖的非線性和解復(fù)用器的濾波特性。在信道間隔為1.6nm或0.8nm的情況下，目前使用的光解復(fù)用器在系統(tǒng)中可以保證光信道間的隔離度大于25dB，可以滿足WDM系統(tǒng)的要求，但對更高速率的系統(tǒng)尚待研究。3. 光纖色散對傳輸?shù)挠绊憜栴}在系統(tǒng)中采用了EDFA后，衰減問題得到了解決，傳輸距離大大增加，但是色散也隨之增加，系統(tǒng)的無

23、中繼傳輸距離由原來的受衰減限制變?yōu)榱耸苌⑾拗?。因此對于高速光纖通信而言，光纖的色散效應(yīng)成為一個主要的限制因素必須解決，否則無法實(shí)現(xiàn)長距離通信4. 光纖的非線性效應(yīng)問題對于常規(guī)的單信道光纖通信系統(tǒng)來說，入纖光功率較小，光纖呈線性狀態(tài)傳輸，各種非線性效應(yīng)對系統(tǒng)的影響較小，甚至可以忽略。但在WDM系統(tǒng)中，隨著EDFA等放大器的使用，入纖的光功率顯著增大，光纖在一定條件下將呈現(xiàn)非線性特性，會對系統(tǒng)的性能，包括信道間串?dāng)_和接收機(jī)靈敏度等產(chǎn)生影響。5. EDFA的動態(tài)可調(diào)整增益與鎖定問題目前，EDFA的帶寬已經(jīng)達(dá)到了3540nm，雖然其通帶內(nèi)的增益平坦度并不十分理想，但能滿足普通波長密度的WDM系統(tǒng)的要

24、求，然而對于密集型波分復(fù)用系統(tǒng)傳輸還不夠。在WDM系統(tǒng)中，各光信道之間的信號傳輸功率有可能發(fā)生起伏變化，這就要求EDFA能夠根據(jù)信號的變化，實(shí)時地動態(tài)調(diào)整自身的工作狀態(tài)，從而減少信號波動的影響，保證整個信道的穩(wěn)定。在WDM系統(tǒng)中，如果有一個或幾個信道的輸入光功率發(fā)生變化甚至輸入中斷時，剩下的信道增益即輸出功率會產(chǎn)生躍變，甚至?xí)鹁€路阻塞。所以EDFA必須具有增益鎖定功能來避免某些信道完全斷路時對其他信道的影響。6. EDFA的增益平坦問題WDM系統(tǒng)中，因各信道的波長不同而有增益偏差，經(jīng)過多級放大后，增益偏差積累使各信道信號特性惡化，最終造成整個系統(tǒng)不能正常工作。因此，要使各信道上的增益偏差處

25、在允許范圍內(nèi)，放大器的增益必須平坦。7. EDFA的光浪涌問題EDFA的采用可使輸入光功率迅速增大，但由于EDFA的動態(tài)增益變化較慢，在輸入信號跳變的瞬間將產(chǎn)生浪涌即輸出光功率出現(xiàn)“尖峰”。峰值光功率可達(dá)數(shù)瓦，有可能造成光/電變換器和光連接器的損壞。8. EDFA級聯(lián)使用時的噪聲積累問題信號經(jīng)過EDFA傳輸后，信噪比會產(chǎn)生劣化，且信噪比的劣化與級聯(lián)的EDFA的數(shù)量和放大器之間的光纖段跨距有關(guān)，跨距越大，信噪比劣化越嚴(yán)重。所以，放大器之間的光纖段跨距一般控制在80120km之內(nèi)，以保證信號傳輸性能對信噪比的要求。光源技術(shù)對WDM系統(tǒng)采用的光源技術(shù)主要有： 波長可調(diào)諧激光器 波長可調(diào)諧濾波器 高精

26、度光源 外調(diào)制技術(shù)5、光轉(zhuǎn)發(fā)器（OTU）技術(shù)1. OTU的基本結(jié)構(gòu)WDM系統(tǒng)在發(fā)送端采用OTU，主要作用是把非標(biāo)準(zhǔn)的波長轉(zhuǎn)化為ITU-T所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)波長，以滿足系統(tǒng)的波長兼容性?？梢愿鶕?jù)是否具有OTU將WDM系統(tǒng)分為集成式和開放式兩種OTU器件目前使用的還是光/電/光的變換形式。先由光電二極管PIN或者APD把接收到的光信號轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)過定時再生后，產(chǎn)生再生的電信號和時鐘信號，再用該信號對標(biāo)準(zhǔn)波長的激光器重新進(jìn)行調(diào)制，從而得到新的合乎要求的標(biāo)準(zhǔn)光波長信號（G.692要求的標(biāo)準(zhǔn)波長）。至于采用全光直接變換的波長轉(zhuǎn)發(fā)器目前尚未商用。集成式WDM系統(tǒng)開放式WDM系統(tǒng)基于XGM原理OTU光纖傳輸技

27、術(shù)WDM系統(tǒng)中的光纖傳輸技術(shù)與一般的光纖通信系統(tǒng)相比，由于存在傳輸速率高和信道數(shù)量多等特點(diǎn)，因此存在著一些特殊的要求，包括光纖選型、色散補(bǔ)償技術(shù)和色散均衡技術(shù)等。1. 光纖選型從系統(tǒng)成本角度考慮，尤其是對原有采用G.652光纖的系統(tǒng)升級擴(kuò)容而言，在G.652光纖線路上增加色散補(bǔ)償元件以控制整個光纖鏈路的總色散值也是一種可行的辦法。G.652具有成本低、制造和施工工藝成熟等優(yōu)點(diǎn)，特別是對于一些較短距離的WDM系統(tǒng)（如省內(nèi)或城域系統(tǒng)）而言仍是一種較好的選擇，此時可以采用色散補(bǔ)償光纖DCF等多種色散補(bǔ)償技術(shù)。從長遠(yuǎn)來看，未來WDM系統(tǒng)中可能會利用整個O、S、C和L波長段，因此色散平坦光纖G.656光

28、纖可能會得到較大的應(yīng)用色散補(bǔ)償技術(shù)隨著現(xiàn)代通信網(wǎng)對傳輸容量要求的急劇提高，原有光纖線路中大量使用的G.652光纖已不能適應(yīng)， 如何在保留原有系統(tǒng)的前提下解決G.652光纖在1550nm波長下的色散受限問題，應(yīng)用WDM技術(shù)開通更高速率的通信系統(tǒng)已是升級擴(kuò)容的當(dāng)務(wù)之急。采用波分復(fù)用和色散補(bǔ)償技術(shù)在現(xiàn)有光纖系統(tǒng)上直接升級高速率傳輸系統(tǒng)是目前較為適宜的技術(shù)方法。關(guān)于WDM的一些技術(shù)問題已在本章中闡述，色散補(bǔ)償問題將在第11章中詳細(xì)介紹。色散均衡技術(shù)在原有采用G.652光纖的系統(tǒng)中，采用色散補(bǔ)償技術(shù)只能實(shí)現(xiàn)整個鏈路或者其中部分?jǐn)?shù)字段的總色散為零，但是由于色散補(bǔ)償元件是分段式的使用的，這就可能造成光纖鏈路

29、的色散值呈現(xiàn)起伏波動的情況，這也不利于WDM系統(tǒng)。因此需要引入色散均衡技術(shù)，在保證整個鏈路色散最小的同時，中間任意數(shù)字段的色散起伏都不會很大。可行的方法有將G.652光纖和G.655光纖混合使用，或?qū)⑸⒅禐椤啊?、“”的G.655光纖交替使用。WDM系統(tǒng)的監(jiān)控技術(shù)在應(yīng)用EDFA來代替現(xiàn)有光纖系統(tǒng)中中繼器的WDM系統(tǒng)中，由于EDFA的光中繼器上業(yè)務(wù)信號不能上/下，無電接口接入，只有光信號放大，而且在業(yè)務(wù)信號的開銷位置上（如SDH的幀結(jié)構(gòu)）也沒有對EDFA進(jìn)行監(jiān)控的字節(jié)，因此必須增加一個電信號對EDFA的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控?，F(xiàn)在通常采用的是在一個新波長上傳送監(jiān)控信號。另外對WDM系統(tǒng)的各相關(guān)部件的故

30、障告警、故障定位、運(yùn)行中的質(zhì)量監(jiān)控、線路中斷時備用線路的監(jiān)控等也需要監(jiān)控。所以在WDM系統(tǒng)中考慮設(shè)置了光監(jiān)控信道（OSC，OpticalSupervisory Channel）。主要的監(jiān)控技術(shù) 帶外監(jiān)控技術(shù)對于使用EDFA作為線路放大器的WDM系統(tǒng)，需要一個額外的光監(jiān)控信道。ITU-T建議采用一個特定波長作為光監(jiān)控信道，傳送監(jiān)測管理信息。此波長位于業(yè)務(wù)信息傳輸帶寬之外時可選用151010nm。帶內(nèi)監(jiān)控技術(shù)選用位于EDFA 增益帶寬內(nèi)的波長15324.0nm作為監(jiān)控信道波長。此時監(jiān)控系統(tǒng)的速率可取為155Mbit/s。帶外波長監(jiān)控5.4 光通信線路性能指標(biāo)光通信線路性能指標(biāo)誤碼性能和抖動性能 誤

31、碼率與通話質(zhì)量誤碼率通話質(zhì)量106感覺不到干擾105在低話音電平范圍內(nèi)感覺輕微干擾104在低話音電平范圍內(nèi)有個別“咯咯”聲103在低話音電平范圍內(nèi)都感覺有干擾102強(qiáng)烈干擾，聽懂程度明顯下降0.5幾乎聽不懂如何測試SERIES G: TRANSMISSION SYSTEMS AND MEDIADigital transmission systems Digital networks Quality and availability targetsError performance of an international digital connection operating at a bit

32、 rate below the primary rate and forming part of an integrated services digital network低于基群速率的國際數(shù)字連接的誤碼性能低于基群速率的國際數(shù)字連接的誤碼性能ITU-T Recommendation G.821INTERNATIONAL TELECOMMUNICATION UNIONITU-TG.821 TELECOMMUNICATIONSTANDARDIZATION SECTOROF ITU(08/96) T1306400-951250 km25 000 km1250 km27 500 kmLELELoc

33、algradeT-reference pointT-reference point(Note 2)Mediumgrade(Note 1)LocalgradeMediumgradeHighgrade(Note 1)(Note 2)NOTES1 It is not possible to provide a definition of the location of the boundary between the medium and the high grade portionsHRX. Note 4 to Table 2 provides further clarification of t

34、his point.2 LE denotes the local exchange or equivalent point.1、HRX Hypothetical Reference Connection2、Parameters errored second (ES)It is a one-second period in which one or more bits are in errorseverely errored second (SES)It is a one-second period which has a bit error ratio 1.10-3errored second

35、 ratio (ESR)The ratio of ES to total seconds in available time during a fixed measurement interval severely errored second ratio (SESR) The ratio of SES to total seconds in available time during a fixed measurement interval Available and unavailable timeA period of unavailable time begins when the b

36、it error ratio (BER) in each second is worse than1 . 10-3 for a period of ten consecutive seconds. These ten seconds are considered to be unavailable time. A new period of available time begins with the first second of a period of ten consecutive seconds each of which has a BER better than 10-3. It

37、should be noted that total observation time (Stotal) is split into two parts, namely, time for which the connection is deemed to be available (Savail) and that time when it is unavailable (Sunavail). Error performance should only be evaluated whilst the connection is in the available state. 3、Perfor

38、mance objectives Performance classificationObjective (Notes 1, 2)Severely Errored Second Ratio 0.002Errored Second Ratio 0.08NOTES1 The ratios are calculated over the available time. The observation time has not been specified since the period may depend upon the application. A period of the order o

39、f any one month is suggested as a reference.2 Annex B illustrates how the overall performance should be assessed.4、Allocation of the objectivesfor the three-circuit classifications Circuit classificationAllocation of the objectives given in Table 1Local grade(2 ends)15% block allowance to each end(N

40、otes 2, 5 and 6)Medium grade(2 ends)15% block allowance to each end(Notes 3, 5 and 6)High grade40% (equivalent to conceptual quality of 0.0016% per km for 25 000 km)(Notes 4, 7 and 8)Allocation of Errored Second Ratio objectiveCircuit classificationNetwork performance objectivesESRLocal grade0.012Me

41、dium grade0.012High grade0.032INTERNATIONAL TELECOMMUNICATION UNION ITU-T G.826TELECOMMUNICATIONSTANDARDIZATION SECTOROF ITU (02/99) SERIES G: TRANSMISSION SYSTEMS AND MEDIA, DIGITAL SYSTEMS AND NETWORKSDigital transmission systems Digital networks Quality and availability targetsError performance p

42、arameters and objectives for international, constant bit rate digital paths at or above the primary rateITU-T Recommendation G.826基群及更高速率的國際數(shù)字通道的誤碼性能T1306420-95TerminatingcountryTerminatingcountryIntermediatecountries(Note 3) PEP(Note 1)IGIGIGIGInternational portionHypothetical Reference Path27 000

43、kmNationalportionNationalportionInter-country(e.g. Path carried overa submarinecable)NOTE 1 If a path is considered to terminate at the IG, only the international portion allocation applies.NOTE 2 One or two international Gateways (entry or exit) may be defined per intermediate country.NOTE 3 Four i

44、ntermediate countries are assumed.PEP(Note 1)IG(Note 2)1、Hypothetical Reference Path 2、Error performance parameters Errored Block (EB): A block in which one or more bits are in error. Errored Second (ES): A one-second period with one or more errored blocks or at least one defect. Severely Errored Se

45、cond (SES): A one-second period which contains 30% errored blocks or at least one defect. SES is a subset of ES. Errored Second Ratio (ESR): The ratio of ES to total seconds in available time during a fixed measurement interval. Severely Errored Second Ratio (SESR): The ratio of SES to total seconds

46、 in available time during a fixed measurement interval. Background Block Error Ratio (BBER): The ratio of Background Block Errors (BBE) to total blocks in available time during a fixed measurement interval. The count of total blocks excludes all blocks during SESs. 3、Error performance objectives End

47、-to-end objectives Rate Mbit/s1.5 to 5 5 to 15 15 to 55 55 to 160 160 to 3500Bits/block800-5000 2000-80004000-20 0006000-20 00015 000-30 000ESR0.040.050.0750.16SESR0.0020.0020.0020.0020.002BBER2 1042 1042 1042 104104Allocation to the national portion of the end-to-end path Each national portion is a

48、llocated a fixed block allowance of 17.5% of the end-to-end objective An allocation of 1% per 500 km is then applied to the resulting distance. Allocation to the international portion of the end-to-end path The international portion is allocated a block allowance of 2% per intermediate country plus

49、1% for each terminating country. An allocation of 1% per 500 km is then applied to the resulting distance. 17.5%352 %102%14%2總指標(biāo)100%固定分配45%距離分配55%國際10%終端國1%x2中間國2%x4國內(nèi)35%=2x17.5%1%/500/km55500/27500kmkm用戶線路6%光放大器類型 摻鉺光纖放大器（EDFA） 摻鐠光纖放大器（PDFA）2、光纖放大器（FRA） 1、半導(dǎo)體放大器（SOA）Erbium Doped Fiber Amplifer5.5 光

50、放大器光放大器 摻稀土元素光纖放大器器受激拉曼散射光纖放大 傳統(tǒng)放大技術(shù)的缺陷放大整形判決再生O/EE/O 未來全光網(wǎng)絡(luò)（AON）的發(fā)展趨勢：光復(fù)用、光交換、光路由， 所以必須在光傳輸上實(shí)現(xiàn)全光化。光放大器：直接在光域進(jìn)行放大。缺點(diǎn)：1、設(shè)備復(fù)雜。 2、穩(wěn)定性可靠性不夠。 3、不利于波分復(fù)用。 4、光電轉(zhuǎn)換限制通信的容量。常用光放大器的結(jié)構(gòu)圖耦合器件激活物質(zhì)耦合器件泵浦源光輸入信號放大光信號半導(dǎo)體光放大器（SOA） 半導(dǎo)體光放大器（SOA）是通過受激輻射過程來實(shí)現(xiàn)入射光功率放大的，產(chǎn)生受激輻射所需的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)機(jī)制與半導(dǎo)體激光器中使用的完全相同。盡管光放大器再結(jié)構(gòu)上與激光器很相似，但它沒有反饋機(jī)

51、制，而反饋機(jī)制對于發(fā)射機(jī)是很有必要的。因此，光放大器可以放大輸入信號，但不能產(chǎn)生相干的光輸出。如圖所示。其中設(shè)備吸收了外部泵浦光源提供的能量，在激活介質(zhì)中，泵浦為電子提供能量，使其達(dá)到較高能級，產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。輸入信號光子會通過受激輻射過程觸發(fā)這些已經(jīng)激活的電子，使其躍遷到較低的能級，從而產(chǎn)生一個放大的信號。 光輸入信號光纖到放大器的輸入耦合器件激活介質(zhì)泵浦源放大的光輸出信號圖11.2 普通光放大器的基本工作原理半導(dǎo)體光放大器（SOA）有很多吸引人的地方，因?yàn)樗鼈児ぷ髟?300nm和1550nm的低損耗窗口，能夠很容易地與其他光設(shè)備和電路（如耦合器、光隔離器及接收電路）集成在同一基片上；與DF

52、A相比，SOA功耗低，組成器件少，結(jié)構(gòu)緊湊。AOS具有1ps到0.1ns量級的快速增益響應(yīng)?？焖僭鲆骓憫?yīng)的優(yōu)缺點(diǎn)快速增益響應(yīng)的優(yōu)缺點(diǎn)：他的優(yōu)點(diǎn)是，當(dāng)光網(wǎng)絡(luò)同時要求交換和信號處理時，SOA能夠完成這樣的任務(wù)；缺點(diǎn)是在比特速率增加到幾個Gb/s時，快速載波響應(yīng)會導(dǎo)致特定波長上的增益隨著信號速率起伏。又因?yàn)檫@種起伏會影響到整個增益，其他波長上的信號增益也會產(chǎn)生起伏，從而在必須放大波長寬譜時引起串?dāng)_。 摻雜光纖放大器（摻雜光纖放大器（DFA）：）：在DFA中，用來在1550nm窗口工作的激活介質(zhì)是通過在石英光纖纖芯中摻少量稀土元素鉺或鎰而產(chǎn)生的，工作在1300nm窗口的激活介質(zhì)是由在氟化物光纖中摻釹或

53、鐠元素得到的。DFA的重要特性包括：在不同的波長上對器件進(jìn)行泵浦的能力。與之相容的光纖傳輸介質(zhì)間的耦合損耗低、增益對光偏振狀態(tài)依存性小等。另外，由于其載流子壽命在0.110ms量級，DFA表現(xiàn)為慢增益動態(tài)特性，因而對信號格式和比特速率具有很高的透明度。當(dāng)信號調(diào)制超過幾個千赫茲時，DFA的增益響應(yīng)基本是不變的。通常，DFA是不受同時注入放大器的波長寬譜內(nèi)不同光信道的干擾（串?dāng)_和互調(diào)制失真）影響的。常用光放大器及其工作波段PDFAFRASOAEDFA波長1550nm1310nm 損耗1半導(dǎo)體光放大器工作原理： 在電泵浦源的作用下，半導(dǎo)體材料發(fā)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，當(dāng)遇到外來光子激勵時，產(chǎn)生受激輻射，對光的

54、能量進(jìn)行放大 。放大波段：1300nm-1600nm優(yōu)點(diǎn)：1、 覆蓋1310nm和1550nm 的窗口范圍。2、充分利用激光器技術(shù)，工藝成熟，便于集成。缺點(diǎn)：1、與光纖耦合困難。2、對光的偏振特性敏感。 3、 噪聲及串?dāng)_大。半導(dǎo)體光放大器半導(dǎo)體光放大器 的類型法布里-珀羅放大器（FPA）行波放大器(TWA) 法布里法布里-珀羅放大器（珀羅放大器（FPA）：）： 在FPA中，半導(dǎo)體晶體的兩個理解面作為形成法布里-珀羅腔的部分反射端面鏡，其自然理解反射率接近32，有時會通過在端面上形成的反射電介質(zhì)薄層而提高反射率。當(dāng)光信號進(jìn)入FPA時，在兩個鏡面間來回反射并得到放大，直到以較高的強(qiáng)度發(fā)射出去。盡管

55、FPA很容易制作，但光信號增益對放大器溫度及入射光頻率變化都很敏感，因此FPA要求溫度和注入電流有較強(qiáng)的穩(wěn)定性。行波放大器行波放大器(TWA)：行波放大器在結(jié)構(gòu)上與FPA相同，但其端面上或者有增透膜或者有切面角度，因此不會發(fā)生內(nèi)反射 ，入射光信號只要通過一次TWA就會得到放大。因?yàn)門WA的光帶寬較寬，飽和功率高以量級，所以TWA比FPA使用得更為廣泛。又因?yàn)門WA得3dB帶寬比FPA大三個數(shù)量級，所以在網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中選擇TWA作為SOA。要特別注意的是，TWA在1300nm窗口用作放大器，在1550nm窗口則用作波長變換器。對于大多數(shù)情況來說，在有關(guān)光纖系統(tǒng)得近期著作中都不加限定地用“SOA”表示

56、行波半導(dǎo)體光放大器。 增益對輸入光功率得典型依存關(guān)系 增益對輸入光功率得依存關(guān)系如圖 利用光泵浦源對光纖進(jìn)行激發(fā)，使光纖中產(chǎn) 生非線性效應(yīng)（拉曼散射），將泵浦光的能量向信號光轉(zhuǎn)移，從而實(shí)現(xiàn)光的放大。 2、拉曼放大器一、工作原理：拉曼散射：介質(zhì)在強(qiáng)光功率下產(chǎn)生對入射光 的非彈性散射，使得短波長光的 的能量向長波長轉(zhuǎn)移。 二、放大波段三、 優(yōu)點(diǎn)1、 輸出光功率 大，工作穩(wěn)定2、 噪聲特性好，耦合容易四、 缺點(diǎn)光纖長度過大，于偏振態(tài)有關(guān)1270nm-1670nm五、結(jié)構(gòu)圖與能帶圖光波長耦合器泵浦光1信號光212+濾波器放大信號光212h1h 2泵浦光信號光振動態(tài)光聲子什么是摻鉺光纖放大器工作波長：n

57、mnm3、摻鉺光纖放大器是在石英光纖中摻入Er元素，在泵浦光的激勵下， 對特定波長的信號光進(jìn)行放大。 優(yōu)點(diǎn)（1）工作波長與光纖的最小窗口和目前的波分窗口相對應(yīng)。（2）耦合效率高。 （3）增益與偏振態(tài)無關(guān)。 （5） 增益高、輸出功率大。 （4）所需的泵浦功率小。（6）噪聲小 Nf=47dB(7)對信號和傳輸速率透明，兼容各種制式（8）頻帶寬（9）WDM無串話1）、工作原理 在泵浦光源的激勵下，摻鉺光纖基級上的電子產(chǎn)生受激吸收受激吸收被激發(fā)到到高的激發(fā)能級上，繼而馬上下降到稍低的亞穩(wěn)態(tài)級，與基級形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布， 當(dāng)信號光滿足h=Eg時，將產(chǎn)生受激輻射受激輻射激發(fā)同頻同偏振方向的光

58、子，從而對光產(chǎn)生放大。2/154I2/134I2/114I2/94I2/112H基態(tài)亞穩(wěn)態(tài)激發(fā)態(tài)nm1550nm1480nm980nm800nm800一般使用發(fā)射980nm光子的泵浦激光器去激勵電子，使之從基態(tài)躍遷到泵浦能級。這些受激離子從泵浦帶到亞穩(wěn)帶衰變得非?？?。在衰變過程中，多余的能量以聲子得形式釋放，或者等價地認(rèn)為在光纖內(nèi)產(chǎn)生了機(jī)械振動。在亞穩(wěn)態(tài)能帶中，激發(fā)態(tài)離子的電子將移至能帶的底端，在這里，人們使用熒光時間來表征這個過程，這個時間長達(dá)10ns左右。另一種可能的泵浦波長是1480nm，這些泵浦光子的能量很接近信號光子能量，只是要稍高一些，吸收個這樣的泵浦光子，會直接吧一個電子從基態(tài)激

59、發(fā)到很少被粒子占據(jù)的亞穩(wěn)態(tài)能級的頂部，然后這些電子又將移向粒子數(shù)較多的亞穩(wěn)態(tài)較低端。位于亞穩(wěn)態(tài)的電子，在沒有外部激勵光子流時，一部分會衰變回到基態(tài)，這種現(xiàn)象就是所謂的自發(fā)輻射，自發(fā)輻射會導(dǎo)致放大器的噪聲。 2）、的基本結(jié)構(gòu)及功能合波器光濾波器泵浦光源（摻鉺光纖）信號光光隔離器光隔離器放大的信號光將輸入光信號和泵浦光 混合在一起送給輸出一個較短波長的激光為提供激勵 防止反射光影響光放大器的工作穩(wěn)定性。 提供能產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的工作物質(zhì)，放大光信號。 清除放大器的噪聲，提高系統(tǒng)的信噪比光纖放大器由摻雜光纖、一個或多個泵浦激光器、無源波長耦合器、光隔離器組成。雙色性的耦合器能夠運(yùn)用980/1550nm

60、或1480/1550nm的波長組合，將泵浦光功率與信號光功率一起有效的耦合進(jìn)光纖放大器。抽頭耦合器不受波長影響，典型分光比是從到95:5。通常應(yīng)用于放大器的兩側(cè)，將輸入信號與放大的輸出信號進(jìn)行比較。光隔離器是用來防止放大的光信號反射回原器件，這稱為同向泵浦;也可以沿相反方向進(jìn)行。同向泵浦 反向泵浦 雙向泵浦EDFA三種配置結(jié)構(gòu) （1）、功率增益G=10Lg(Pout/Pin)(dB)增益與泵浦源功率曲線增益與的長度曲線3）、主要參數(shù)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)趨于飽和粒子數(shù)反轉(zhuǎn)趨于飽和放大的光被損耗抵消放大的光被損耗抵消要得到最大的增益必須選擇合適的泵浦光功率和摻鉺光纖長度inPoutP（）輸出飽和功率和最大輸