光波分復(fù)用系統(tǒng)的基本原理

1、光波分復(fù)用系統(tǒng)的基本原理本文簡(jiǎn)要介紹光波分復(fù)用系統(tǒng)的基本原理、結(jié)構(gòu)組成、功能配置、關(guān)鍵技術(shù)部件和技術(shù)特點(diǎn)，說(shuō)明光波分復(fù)用 WDM 系統(tǒng)是今后光通信發(fā)展的方向。一、光波分復(fù)用（ WDM ）技術(shù)光波分復(fù)用 （ Wavelength Division Multiplexing ，WDM ）技術(shù)是在一根光纖中同時(shí)同時(shí)多 個(gè)波長(zhǎng)的光載波信號(hào)，而每個(gè)光載波可以通過(guò) FDM 或 TDM 方式，各自承載多路模擬或多 路數(shù)字信號(hào)。其基本原理是在發(fā)送端將不同波長(zhǎng)的光信號(hào)組合起來(lái)（復(fù)用） ，并耦合到光纜 線路上的同一根光纖中進(jìn)行傳輸， 在接收端又將這些組合在一起的不同波長(zhǎng)的信號(hào)分開(kāi) （解 復(fù)用），并作進(jìn)一步處理，恢

2、復(fù)出原信號(hào)后送入不同的終端。因此將此項(xiàng)技術(shù)稱(chēng)為光波長(zhǎng)分 割復(fù)用，簡(jiǎn)稱(chēng)光波分復(fù)用技術(shù)。WDM 技術(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)容升級(jí)，發(fā)展寬帶業(yè)務(wù)，挖掘光纖帶寬能力，實(shí)現(xiàn)超高速通信等 均具有十分重要的意義，尤其是加上摻鉺光纖放大器（EDFA ）的 WDM 對(duì)現(xiàn)代信息網(wǎng)絡(luò)更具有強(qiáng)大的吸引力。二、WDM 系統(tǒng)的基本構(gòu)成WDM 系統(tǒng)的基本構(gòu)成主要分雙纖單向傳輸和單纖雙向傳輸兩種方式。單向 WDM 是指 所有光通路同時(shí)在一根光纖上沿同一方向傳送， 在發(fā)送端將載有各種信息的具有不同波長(zhǎng)的 已調(diào)光信號(hào)通過(guò)光延長(zhǎng)用器組合在一起， 并在一根光纖中單向傳輸， 由于各信號(hào)是通過(guò)不同 波長(zhǎng)的光攜帶的， 所以彼此間不會(huì)混淆， 在接收端通

3、過(guò)光的復(fù)用器將不同波長(zhǎng)的光信號(hào)分開(kāi)， 完成多路光信號(hào)的傳輸，而反方向則通過(guò)另一根光纖傳送。雙向 WDM 是指光通路在一要 光纖上同時(shí)向兩個(gè)不同的方向傳輸， 所用的波長(zhǎng)相互分開(kāi)， 以實(shí)現(xiàn)彼此雙方全雙工的通信聯(lián) 絡(luò)。目前單向的 WDM 系統(tǒng) 在開(kāi)發(fā)和應(yīng)用方面都比較廣泛，而雙向 WDM 由于在設(shè)計(jì)和應(yīng) 用時(shí)受各通道干擾、 光反射影響、 雙向通路間的隔離和串話等因素的影響， 目前實(shí)際應(yīng)用較 少。三、雙纖單向 WDM 系統(tǒng)的組成以雙纖單向 WDM 系統(tǒng)為例，一般而言， WDM 系統(tǒng)主要由以下 5 部分組成：光發(fā)射機(jī)、 光中繼放大器、光接收機(jī)、光監(jiān)控信道和網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)。1. 光發(fā)射機(jī)光發(fā)射機(jī)是 WDM 系

4、統(tǒng)的核心，除了對(duì) WDM 系統(tǒng)中發(fā)射激光器的中心波長(zhǎng)有特殊的要 求外，還應(yīng)根據(jù) WDM 系統(tǒng)的不同應(yīng)用（主要是傳輸光纖的類(lèi)型和傳輸距離）來(lái)選擇具有 一定色度色散容量的發(fā)射機(jī)。 在發(fā)送端首先將來(lái)自終端設(shè)備輸出的光信號(hào)利用光轉(zhuǎn)發(fā)器把非 特定波長(zhǎng)的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成具有穩(wěn)定的特定波長(zhǎng)的信號(hào)，再利用合波器合成多通路光信號(hào)， 通 過(guò)光功率放大器（ BA ）放大輸出。2. 光中繼放大器經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離( 80120km )光纖傳輸后，需要對(duì)光信號(hào)進(jìn)行光中繼放大，目前使用的光放 大器多數(shù)為摻鉺光纖光放大器( EDFA )。在 WDM 系統(tǒng)中必須采用增益平坦技術(shù)，使 EDFA 對(duì)不同波長(zhǎng)的光信號(hào)具有相同的放大增益，并保證

5、光信道的增益競(jìng)爭(zhēng)不影響傳輸性能。3. 光接收機(jī)在接收端，光前置放大器(PA)放大經(jīng)傳輸而衰減的主信道信號(hào)，采用分波器從主信道 光信號(hào)中分出特定波長(zhǎng)的光信道， 接收機(jī)不但要滿足對(duì)光信號(hào)靈敏度、 過(guò)載功率等參數(shù)的要 求，還要能承受一定光噪聲的信號(hào)，要有足夠的電帶寬性能。4. 光監(jiān)控信道光監(jiān)控信道的主要功能是監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)各信道的傳輸情況。在發(fā)送端插入本節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的波 長(zhǎng)為用(155Onm)的光監(jiān)控信號(hào)，與主信道的光信號(hào)合波輸出。在接收端，將接收到的光 信號(hào)分波，分別輸出 啟(155Onm)波長(zhǎng)的光監(jiān)控信號(hào)和業(yè)務(wù)信道光信號(hào)。幀同步字節(jié)、公 務(wù)字節(jié)和網(wǎng)管使用的開(kāi)銷(xiāo)字節(jié)都是通過(guò)光監(jiān)控信道來(lái)傳遞的。5. 網(wǎng)絡(luò)管

6、理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)通過(guò)光監(jiān)控信道傳送開(kāi)銷(xiāo)字節(jié)到其他節(jié)點(diǎn)或接收來(lái)自其他節(jié)點(diǎn)的開(kāi)銷(xiāo)字節(jié) 對(duì) WDM 系統(tǒng)進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)配置管理、故障管理、性能管理、安全管理等功能。四、光波分復(fù)用器和解復(fù)用器在整個(gè) WDM 系統(tǒng)中，光波分復(fù)用器和解復(fù)用器是 WDM 技術(shù)中的關(guān)鍵部件，其性能的 優(yōu)劣對(duì)系統(tǒng)的傳輸質(zhì)量具有決定性作用。 將不同光源波長(zhǎng)的信號(hào)結(jié)合在一起經(jīng)一根傳輸光纖 輸出的器件稱(chēng)為復(fù)用器； 反之， 將同一傳輸光纖送來(lái)的多波長(zhǎng)信號(hào)分解為個(gè)別波長(zhǎng)分別輸出 的器件稱(chēng)為解復(fù)用器。從原理上說(shuō)，該器件是互易(雙向可逆)的，即只要將解復(fù)用器的輸 出端和輸入端反過(guò)來(lái)使用，就是復(fù)用器。光波分復(fù)用器性能指標(biāo)主要有接入損耗和串?dāng)_

7、，要求損耗及頻偏要小，接入損耗要小于1.02.5db，信道間的串?dāng)_小，隔離度大，不同波長(zhǎng)信號(hào)間影響小。 在目前實(shí)際應(yīng)用的 WDM 系統(tǒng)中，主要有光柵型光波分復(fù)用器和介質(zhì)膜濾波 器型光波分復(fù)用器。1. 光柵型光波分復(fù)用器閃耀光柵是在一塊能夠透射或反射的平面上刻劃平等且等距的槽痕，其刻槽具有小階梯 似的形狀。 當(dāng)含有多波長(zhǎng)的光信號(hào)通過(guò)光柵產(chǎn)生衍射時(shí)， 不同波長(zhǎng)成分的光信號(hào)將以不同的 角度射出。當(dāng)光纖中的光信號(hào)經(jīng)透鏡以平行光束射向閃耀光柵時(shí)，由于光柵的衍射作用，不同波長(zhǎng)的光信號(hào)以方向略有差異的各種平行光返回透鏡傳輸，再經(jīng)透鏡聚焦后， 以一定規(guī)律分別注入輸出光纖，從而將不同波長(zhǎng)的光信號(hào)分別以不同的光纖

8、傳輸，達(dá)到解復(fù)用的目的。 根據(jù)互易原理，將光波分復(fù)用輸入和輸出互換即可達(dá)到復(fù)用的目的。2. 介質(zhì)膜濾波器型光波分復(fù)用器目前 WDM 系統(tǒng)工作在 1550nm 波長(zhǎng)區(qū)段內(nèi)， 用 8，16 或更多個(gè)波長(zhǎng)， 在一對(duì)光纖上 （也 可用單光纖） 構(gòu)成光通信系統(tǒng)。 每個(gè)波長(zhǎng)之間為 1.6nm、0.8nm 或更窄的間隔， 對(duì)應(yīng) 200GHz 、 100GHz 或更窄的帶寬。五、WDM 技術(shù)的主要特點(diǎn)1.充分利用光纖的巨大帶寬資源，使一根光纖的傳輸容量比單波長(zhǎng)傳輸增加幾倍到幾十 倍，從而增加光纖的傳輸容量，降低成本，具有很大的應(yīng)用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。2.由于 WDM 技術(shù)中使用的各波長(zhǎng)相互獨(dú)立，因而可以傳輸特性完全不同的信號(hào)，完成 各種信號(hào)的綜合和分離，實(shí)現(xiàn)多媒體信號(hào)混合傳輸。3. 由于許多通信都采用全雙式方式，因此采用WDM 技術(shù)可節(jié)省大量線路投資。4. 根據(jù)需要， WDM 技術(shù)可以有很多應(yīng)用形式，