大三下光纖通信13achapt7wdm

1、1復用multiplexing將多個信號為一個多路信號的處理過程。一個高速信道的技術,它可以是把多個低速信道組有效的提高數(shù)據(jù)鏈路的利用率,從而使得一條高速的主干鏈路同時為多條低速的接入鏈路提供服務,也就是使得網(wǎng)絡干線可以同時運載大量的語音和數(shù)據(jù)傳輸。2復用技術空分復用SDM ( Space Division Multiplexing)時分復用TDM( Time Division Multiplexing)波分復用WDM( Wavelength Division Multiplexing)副載波復用(SCM)o光時分復用(OTDM) 光碼分復用(OCDM)34空分復用SDM ( Space Di

2、vision Multiplexing)多對電線或光纖共用1條纜的復用方式空分復用是靠增加光纖數(shù)量的方式線性增加傳輸?shù)娜萘?傳輸設備也線性增加。沒有充分利用光纖的傳輸帶寬,造成光纖帶寬的浪費。5時分復用TDM( Time Division Multiplexing)時分多路復用（TDM）是按傳輸信號的時間進行分割的，它使不同的信號在不同的時間內傳送，將整個傳輸時間分為許多時間間隔（Slot time，TS， 又稱為時隙），每個時間片被一路信號占用。TDM就是通過在時間上交叉發(fā)送每一路信號的一部分來實現(xiàn)一條電路傳送多路信號的。電路上的每一短暫時刻只有一路信號存在。因數(shù)字信號是有限個離散值，所以T

3、DM技術廣泛應用于包括計算機網(wǎng)絡在內的數(shù)字通信系統(tǒng)，PDH的一次群至四次群的復用SDH的STM-1、STM-4、STM-16乃至STM-64的復用電時分復用到40G時到達量子極限很難再這個速率。6光波分復用（WDM）在端將不同波長的光信號組合起來(復用)，并耦合到光纜線路上的同一根光纖中進行傳輸，在接收端又將組合波長的光信號(解復用)，并作進一步處理，恢復出原信號后送入不同的終端，因此將此項技術稱為光波長分割復用， 簡稱光波分復用技術。7波分復用的原理利用波分復用器（合波器）在端將不同波長的信息光載波合并在一起送入一根光纖進行傳輸，在接收端，再由另一波分復用器（分波器）將不同的光載波。* 1*

4、 2* 3* 1* 2* 3合波器分波器nn8WDM分類：9信道間隔CWDMcoarse WDM20nm省成本，高傳輸帶寬，主要用于中短距離的光城域網(wǎng)中。NWDMnarrow WDM10nmDWDMdense WDM1.6nm、0.8nm、0.4nm、0.2nm工作于1550nm窗口，信道間隔,可以廣泛用于長途傳輸，組建全光網(wǎng)絡。WWDMwide WDM1310nmnm純無源器件10波分復用的主要特點：9提高光纖利用率9不同容量的光纖系統(tǒng)和不同性質的信號可兼容傳輸9可更靈活地進行光纖通信組網(wǎng)(不改變光纜設施)9節(jié)省線路投資9降低器件的超高速要求9IP傳送通道（IP over WDM）11WDM

5、系統(tǒng)的基本形式單向WDM光1光2光2OAOAOA1N光N光N光1光1光2光2OAOAOA1N光N光Nl 單向波分復用系統(tǒng)采用兩根光纖，一根光纖只完成一個方向光信號的傳輸，反向光信號的傳輸由另一根光纖來完成。12光解復用器光復用器光復用器光解復用器光1雙向WDMWDM系統(tǒng)的基本形式光波長復分用器光線路放大光波長復分用器功率/前置放大功率/前置放大1547.5 1560.5nmOSC 1625nmWDM耦合器WDM耦合器東向 1-N西向 1-NOSC 1510 nm1527.5 1542.5nml 雙向波分復用系統(tǒng)則只用一根光纖，在一根光纖中實現(xiàn)兩個方向光信號的同時傳輸，兩個方向光信號應安排在不同

6、波長上。13DWDM密集波分復用14通道間隔通道間隔是指兩個相鄰頻率之差。用通道的標稱中心工作通道間隔可以是均勻的，也可以是非均勻的。非均 勻光通道可以比較有效地抑制G.653光纖的四波混頻效應，但目前大部分還是采用均勻通道間隔。一般的通道間隔是100GHz（即0.8nm）。1516通路和8通路WDM系統(tǒng)中心頻率16序號標稱中心頻率（THz）標稱中心波長（nm）1192.101560.61*2192.201559.793192.301558.98*4192.401558.175192.501557.36*6192.601556.557192.701555.75*8192.801554.9491

7、92.901554.13*10193.001553.3311193.101552.52*12193.201551.7213193.301550.9214193.401550.12*15193.501549.3216193.601548.51*標稱中心工作頻率是指WDM采用中每個復用通道對應的中心工作頻率。在ITU-T G .692 建議中，通道的中心工作頻率是基于AFR為193.1THz、最小通道間隔為100GHz的頻率間隔系列，所以對其選擇應滿足以下要求：至少提供16個波長；所有波長都應位于光放大器增益曲線比較平坦的部分，這樣可以保證 光放大器對每個復用通道提供相對均勻的增益，有利于系統(tǒng)的設

8、計和 超長距離傳輸。這些波長應該與光放大器的泵浦波長無關，以免發(fā)生。17中心頻率偏移（頻偏）頻偏是指復用光通道的實際中心工作頻率與標稱中心工作頻率之間的偏差。對于8通道的WDM系統(tǒng)，采用均勻間隔200GHz為通道間隔，而且為了將來向16通道的WDM系統(tǒng)升級，規(guī)定最大頻偏為20GHz。該值為終了值（即在系統(tǒng) 設計終了時考慮到溫度、濕度等各種因素仍能滿足的數(shù)值）。對于16通道的WDM系統(tǒng)，采用均勻間隔100GHz為通 道間隔，規(guī)定最大頻偏為10GHz。18絕對頻率參考（AFR）o 絕對頻率參考是指WDM系統(tǒng)標稱中心頻率的絕對參考點。用絕對參考頻率加上規(guī)定的通道間隔就是各復用光通道的中心工作頻率。o

9、 G.692建議規(guī)定，WDM系統(tǒng)的絕對頻率參考為193.1THz，與之相對的波長為1552.52nm。19DWDM系統(tǒng)的分類以系統(tǒng)接口分類：集成式或開放式系統(tǒng)以信道數(shù)分類：4l、8l、16l、32l等以總容量分類：400Gbit/s 、320Gbit/s等以信道承載業(yè)務類型分類：PDH、SDH、ATM、IP或混合業(yè)務等20DWDM系統(tǒng)分類開放式系統(tǒng)結構······集成式系統(tǒng)結構G.692G.692l1lTM1TM1l2l2集成式DWDM 系統(tǒng)······lnlTMnTMnG.

10、957G.957TM2TM2TMnTMnTM2TM2TM1TM1開放式DWDM 系統(tǒng)WDM系統(tǒng)總體結構示意圖（單向）光光機光中繼放大1l1PAnnns光信道22光 分 波 器光纖光纖光 合 波 器網(wǎng)絡管理系統(tǒng)光接收信道器/光道信器LAss光接收2光接收11BAns光轉發(fā)器2光轉發(fā)器1WDM系統(tǒng)的基本結構光發(fā)射機光中繼放大光光信道網(wǎng)絡管理系統(tǒng)23光機光信1道器光發(fā)射機1光纖光轉發(fā)器1BAnns光發(fā)射機位于WDM系統(tǒng)的端。將來自終端設備(如SDH端機)輸出的光信號，利用光轉發(fā)器(OTU)把符合ITU-T G.957建議的非特定波長的光信號轉換成符合ITU-T G.692建議的具有穩(wěn)定的特定波長的光

11、信號。利用合波器多路光信號通過光功率放大器(BA：Booster Amplifier)放大輸出多路光信號。24光 合 波 器光轉發(fā)器2光轉發(fā)技術OTU*OTU原理采用光電光變換的方法實現(xiàn)波長轉換，首先利用光電探測器將從SDH過來的光信號轉換成電信號，經過限幅放大、時鐘提取/數(shù)據(jù)再生后，再將電信號調制到激光器或外調制器上。SDH光發(fā)射機WDM輸出光符合ITU-T G.957建議的非特定波長符合ITU-T G.692建議的具有穩(wěn)定的特定波長的光信號板25監(jiān)測及通訊電路發(fā)射模塊(E/O)接收模塊(O/E)用器和光解復用器合波器分波器l1l2l3 l1ln l1ln ln 合波器l1 l2l3lnl1

12、ln 分波器26光柵型波分復用器 輸入光 光柵 輸出光 l 這類光柵在制造上要求較精密，不適合于大批量生產，因此在的科學研究中應用較多。27l 1l 2l 3l 4l 5介質薄膜型復用器濾波器14自聚焦棒透鏡濾波器l 設計上可以實現(xiàn)結構穩(wěn)定的小型化器件，信號通帶平坦，且與極化無關，損耗小，通路間隔度好； z通路數(shù)很多。28波導陣列（AWG）型復用器陣列波導平面耦合波導輸入波導輸出波導l 優(yōu)點：波長間隔小、信道數(shù)多、通帶平坦等優(yōu)點，非常適合超高速、大容量的DWDM系統(tǒng)。代表了波分復用器件的發(fā)展方向。29光中繼放大光中繼放大在應用時可根據(jù)具體情況，將EDFA用作“線放(LA Line Amplif

13、ier)”、“功放(BA)”和“前放(PA：Preamplifier)”。在WDM系統(tǒng)中，對EDFA必須采用增益平坦技術，使得EDFA對不同波長的光信號具有接近相同的放大增益。還要考慮到不同數(shù)量的光信道同時工作的各種情況，保證光信道的增益競爭不影響傳輸性能。30：光信道器收/接LAss經過一定距離傳輸后，要用摻鉺光纖放大器(EDFA)對光信號進行中繼放大。1l光PAnns在接收端。光前置放大器(PA)放大經傳輸而衰減的主信道光信號。分波器從主信道光信號中分出特定波長的光信號。要滿足一般對光信號靈敏度、過載功率等參數(shù)的要求，能承受有一定光噪聲的信號，要有足夠的電帶寬。31光 分 波 器光纖光道信

14、光接收2光接收1光信道PABLAsss光信道接收/器信道(OSC：Optical Supervisory Channel)的主要功能是光系本結點產生的波長為1510 nm統(tǒng)內各信道的傳輸情況，在端，的光信號，與主信道的光信號合波輸出；在接收端，將接收到的光信號分離，輸出入(1510 nm)波長的光信號和業(yè)務信道光信號。幀同步字節(jié)、公務字節(jié)和所用的開銷字節(jié)等都是通過光信道來傳送的。32光纖光纖光道信As光道信器網(wǎng)絡管理系統(tǒng)網(wǎng)絡管理系統(tǒng)通過光信道物理層傳送開銷字節(jié)到其他結點或接收來自其他結點的開銷字節(jié)對WDM系統(tǒng)進行管理，實現(xiàn)配置管理、故障管理、性能管理和安全管理等 功能，并與上層管理系統(tǒng)(如TM

15、N)相連。33網(wǎng)絡管理系統(tǒng)OM/OD技術OM/OD器件34分波器把來自光纖的光波分解成具有原（OD)號，分別輸入到相應的光通路解復用作用。標稱波長的光通路信中，即對光波起合波器把具有標稱波長的各復用通路光信號（OM）波，送到光纖中進行傳輸，對光波起復用作為一束光用。OM/OD技術OM/OD器件類型¾光柵型光波分復用器¾介質薄膜濾波器型（DTF)¾耦合器型（熔錐型）¾陣列波導光柵型(AWG)35OM/OD技術-光柵型濾波器原理示意圖36OM/OD技術-光柵型復用器*光柵型復用器/解復用器的原理及特點¾原理屬于散型器件，當光到光柵上后，由于光柵的散

16、 作用，使不同的光信號以不同的角度出射，然后經過透鏡會聚 到不同的輸出光纖，從而完成波長選擇和分離的作用，反之就可以實現(xiàn)波長的合并。¾優(yōu)點 波長選擇特性優(yōu)良，可以使波長間隔小到0.5nm左右 并聯(lián)工作，損耗隨復用信道的數(shù)目增加而增加¾缺點 溫度穩(wěn)定性不好37OM/OD技術-介質薄膜濾波器復用器原理示意圖38OM/OD技術-介質薄膜濾波器復用器介質薄膜濾波器型復用器/解復用器的原理及特點*¾原理利用幾十層不同的介質薄膜組合起來，組成具有特定波長選擇特性的器，就可以實現(xiàn)將不同的波長分離或合并¾優(yōu)點濾波與光纖參數(shù)無關，可以實現(xiàn)結構穩(wěn)定的小型化器件信號通帶比較平

17、坦損耗較低溫度特性很好¾缺點復雜。但目前的工藝已經比較成熟 通路數(shù)不能太多。39OM/OD技術-耦合器型復用器原理示意圖l1l2l3l4。l1,l2, l3,l4 .40OM/OD技術-耦合器型復用器耦合器型復用器原理及特點*¾原理通過將多根光纖熔融在一起，使多個輸入波長可以耦合在一起，達到波長合并的目的，但不能用來將不同波長進行分離。¾優(yōu)點溫度特性很好光通道帶寬較好制造簡單，易于批量生產¾缺點較大，信道度差，復用的波長數(shù)少41OM/OD技術-陣列波導波分復用器原理示意圖42OM/OD技術-陣列波導波分復用器陣列光波導型（AWG）復用器的原理及特點*&#

18、190;原理是以光集成技術為基礎的平面波導型器件。¾優(yōu)點 并聯(lián)工作，可以復用的通道數(shù)多小 易于批量生產¾缺點需要溫度補償43OM/OD技術-DWDM系統(tǒng)與光波分復用器件的對應關系44光波分復用器類型合波器分波器32波以下4080波以波上32波以下4080波以波上耦合型-陣列波導型-介質薄膜型-光柵型-OM/OD技術波分復用器主要參數(shù)45損耗波分復用器件本身對光信號的衰耗作用它表征此光元器件中各復用光通路彼此之間信道度的程度代表波分復用器件能進行復用與解復用的復用通路數(shù)光通路數(shù)量， 它與器件的分辨率、度等參數(shù)密切相關OM/OD技術波分復用器主要參數(shù)46帶 寬該參數(shù)僅對分波器有

19、效，20dB描述分波器阻帶特性，0.5dB描述分波器帶通特性中心波長進出復用器的波長與ITU-T規(guī)定的標準波長相比不能相差太大偏差，否則會引起系統(tǒng)。反射系數(shù)是指在波分復用器件的輸入端，反射光功率與入射光功率之比OM/OD技術波分復用器光譜要求波長要求：信道間功率均衡良好的光譜特性（頂平而沿陡）47相對功率光波分復用器的性能參數(shù)基本要求：損耗小度大帶內平坦，帶外損耗變化陡峭溫度穩(wěn)定性好復用通路數(shù)多小48損耗損耗是指由于增加光波分復用器解復用器而產生的附加損耗，定義為該無源器件的輸入和輸出端口之間的光功率之比，即al01g(Pi/Po) (dB)其中Pi為到的光功率。進輸入端口的光功率；Po為認輸

20、出端口接收49傳輸質量下降的影響程度，有時也可用程度。對于解復用器度來表示這一Cij-10lgPi/Pji(dB)其中Pi是波長為 li 的光信號的輸入光功率，Pij是波長為lj的光信號串入到波長為li信道的光功率。50串擾抑制度并使該信道串擾是指其他信道的信號耦合進某一信道，回波損耗回波損耗是指從無源器件的輸入端口返回的光功率與輸入光功率的比，即RL=-101gPr/Pj(dB)其中Pj為進輸入端口的光功率，Pr為從同一個輸入端口接收到的返回光功率。51反射系數(shù)反射系數(shù)是指在WDM器件的給定端口的反射光功率Pr與入射光功率Pj之比，即n R101gPr/Pj52工作波長范圍工作波長范圍是指W

21、DM器件能夠按照規(guī)定的性能要求工作的波長范圍(l min- l max)53信道寬度信道寬度是指各光源之間為避免串擾應具有的波長間隔。54DWDM設備分類DWDM設備分類n OTM：用終端n OADM：光分插復用設備n OLA：光線路放大設備DWDM網(wǎng)元基本類型客戶側線路側1n1n線路側線路側OTM1n1n客戶側線路側線路側OADMOLA56光分路傳輸l1, l2l2 , l3l3 , l4 l1 l2l4l 357光發(fā)射機光接收機光發(fā)射機光接收機OADMOADM光纖光纖光纖被認為是充分利用光纖帶寬增加傳輸容量最有效的方法EDFA的工作波長正好落在光纖通信最佳波段(15001600 nm)；

22、其主體是一段光纖(EDF)，與傳輸光纖的耦合損耗很小， 可達0.1 dB。增益高，約為3040dB;飽和輸出光功率大，約為1015 dBm； 增益特性與光偏振狀態(tài)無關。噪聲指數(shù)小， 一般為47 dB； 用于多信道傳輸時，度大，無串擾，適用于波分復用系統(tǒng)。頻帶寬，在1550 nm窗口，頻帶寬度為2040 nm， 可進行多信道傳輸，有利于增加傳輸容量。58波分復用+光纖放大器=珠聯(lián)璧合如果加上1310倍。nm摻鐠光纖放大器(PDFA)，頻帶可以增加一1550 nm EDFA在各種光纖通信系統(tǒng)中得到廣泛應用，并取得了良好效果。副載波CATV系統(tǒng)，WDM或OFDM系統(tǒng)，相干光系統(tǒng)以及光孤子通信系統(tǒng)，都

23、應用了EDFA，并大幅度增加了傳輸距離。59長距離大容量波分復用系統(tǒng)的組成607.3.6 光纖傳輸技術WDM系統(tǒng)中的光纖傳輸技術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，因此存在著一些特殊的要 求，包括光纖選型、色散補償技術和色散均衡技術等。611. 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)升級擴容而言，在G.652光纖線路上增加色散補償元件以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，特別是對于一些較短距離的WDM系統(tǒng)（如省內或城域系統(tǒng)）而言仍是一種較好的選擇，此時可以采用色散補償光纖DCF等多種 色散

24、補償技術。從長遠來看，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光纖可能會得到較大的應用。622. 色散補償技術隨著現(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，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，應用WDM 技術開通更高速率的通信系統(tǒng)已是升級擴容的當務 之急。采用波分復用和色散補償技術在現(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 術方法。關于WDM的一些技術問題已在本章中闡述，色散補償問題將在第11章中詳細介紹。633. 色散均衡技術在原有采用G.652光纖的系統(tǒng)中，采用色散補償技術只能實現(xiàn)整個鏈路或者其中部分數(shù)字段的總 色散為零，但是由于色散補償元件是分段式的使用 的，這就可能造成光纖鏈路的色散值呈現(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，在保證整個鏈路色散最小的同時，中間任意數(shù)字段的色散起伏都很大?？尚械姆椒ㄓ袑.652光纖和G.655光纖混合使用，或將色散 值為“”、“”的G.655光纖交替使用。64色散補償從系統(tǒng)的角度來看。光纖色散與光纖的長度呈正比，即光纖色散是具有累積性質的，因而光通信系統(tǒng)設計上存在著有光纖色散決定的傳輸距離限制。