光纖通信新技術(shù)-1

1、7.1 光纖放大器光纖放大器7.2 光波分復(fù)用技術(shù)光波分復(fù)用技術(shù)7.3 光交換技術(shù)光交換技術(shù)7.4 光孤子通信光孤子通信7.5 相干光通信技術(shù)相干光通信技術(shù)7.6 光時(shí)分復(fù)用技術(shù)光時(shí)分復(fù)用技術(shù)7.7 波長(zhǎng)變換技術(shù)波長(zhǎng)變換技術(shù)第第 7 章章 光纖通信新技術(shù)光纖通信新技術(shù)返回主目錄 第第 7 章章 光纖通信新技術(shù)光纖通信新技術(shù) 光纖通信發(fā)展的目標(biāo)是提高通信能力和通信質(zhì)量，降低價(jià)格，滿足社會(huì)需要。進(jìn)入20世紀(jì)90年代以后，光纖通信成為一個(gè)發(fā)展迅速、 技術(shù)更新快、新技術(shù)不斷涌現(xiàn)的領(lǐng)域。 本章主要介紹一些已經(jīng)實(shí)用化或者有重要應(yīng)用前景的新技術(shù)，如光放大技術(shù)，光波分復(fù)用技術(shù)，光交換技術(shù)，光孤子通光放大技術(shù)，

2、光波分復(fù)用技術(shù)，光交換技術(shù)，光孤子通信，相干光通信，光時(shí)分復(fù)用技術(shù)和波長(zhǎng)變換技術(shù)信，相干光通信，光時(shí)分復(fù)用技術(shù)和波長(zhǎng)變換技術(shù)等。 7.1 光光 纖纖 放放 大大 器器 光放大器有半導(dǎo)體光放大器半導(dǎo)體光放大器和光纖放大器光纖放大器兩種類型。 半導(dǎo)體光放大器的優(yōu)點(diǎn)是：半導(dǎo)體光放大器的優(yōu)點(diǎn)是： 小型化，容易與其他半導(dǎo)體器件集成 半導(dǎo)體光放大器的缺點(diǎn)是：半導(dǎo)體光放大器的缺點(diǎn)是： 性能與光偏振方向有關(guān)，器件與光纖的耦合損耗大。 光纖放大器的性能與光偏振方向無(wú)關(guān)，器件與光纖的耦合損耗很小， 因而得到廣泛應(yīng)用。 光纖放大光纖放大器的實(shí)質(zhì)是：的實(shí)質(zhì)是： 把工作物質(zhì)制作成光纖形狀的固體激光器，所以也稱為光光纖激

3、光器。纖激光器。 20世紀(jì)80年代末期，波長(zhǎng)為1.55 m的摻鉺摻鉺(Er)光纖放大器光纖放大器(EDFA： ErbiumDoped Fiber Amplifier)研制成功并投入實(shí)用，把光纖通信技術(shù)水平推向一個(gè)新高度，成為光纖通信發(fā)展史上一個(gè)重要的里程碑。 7.1.1 摻鉺光纖放大器工作原理?yè)姐s光纖放大器工作原理 圖7.1示出摻鉺光纖放大器摻鉺光纖放大器(EDFA)的工作原理，說(shuō)明了光信號(hào)放大的原因。 從圖7.1(a)可以看到，在摻鉺光纖摻鉺光纖(EDF)中，鉺離子(Er3+)有三個(gè)能級(jí)： 能級(jí)1代表基態(tài)基態(tài)， 能量最低 能級(jí)2是亞穩(wěn)態(tài)亞穩(wěn)態(tài)，處于中間能級(jí) 能級(jí)3代表激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài)， 能量最高

4、 當(dāng)泵浦泵浦(Pump, 抽運(yùn))光的光子能量等于能級(jí)3和能級(jí)1的能量差時(shí)，鉺離子吸收泵浦光從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài)(13)。 但是激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài)是不穩(wěn)定的，Er3+很快返回到能級(jí)2。 如果輸入的信號(hào)光的光子能量等于能級(jí)2和能級(jí)1的能量差，則處于能級(jí)2的Er3+將躍遷到基態(tài)基態(tài)(21)，產(chǎn)生受激輻射光受激輻射光，因而信號(hào)光得到放大。 但是激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài)是不穩(wěn)定的，Er3+很快返回到能級(jí)2。 如果輸入的信號(hào)光的光子能量等于能級(jí)2和能級(jí)1的能量差，則處于能級(jí)2的Er3+將躍遷到基態(tài)(21)，產(chǎn)生受激輻射光受激輻射光，因而信號(hào)光得到放大。 由此可見，這種放大是由于泵浦光的能量轉(zhuǎn)換為信號(hào)光的結(jié)這種放大是由于

5、泵浦光的能量轉(zhuǎn)換為信號(hào)光的結(jié)果。果。 圖圖 7.1摻鉺光纖放大器的工作原理?yè)姐s光纖放大器的工作原理 (a) 硅光纖中鉺離子的能級(jí)圖；硅光纖中鉺離子的能級(jí)圖； (b) EDFA的吸收和增益頻譜的吸收和增益頻譜 4F9 / 24I9 / 24I11 / 24I13 / 24I15 / 21.48 m泵 浦0.65 m0.80 m0.98 m1.53 m123光 信 號(hào)1.481.501.521.541.5602460246810吸 收增 益波 長(zhǎng) / m損 耗 或 增 益 /( dBm 1)(b)(a)截 面 / (10 25m2) 為提高放大器增益， 應(yīng)提高對(duì)泵浦光的吸收，使基態(tài)基態(tài)Er3+盡可

6、能躍遷到激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài)，圖7.1(b)示出EDFA增益增益和吸收頻譜吸收頻譜。 圖7.2(a)示出和的關(guān)系， 泵浦光功率轉(zhuǎn)換為信號(hào)光功率的效率很高，達(dá)到92.6%。當(dāng)泵浦光功率為60 mW時(shí)，吸收效率(信號(hào)輸入光功率-信號(hào)輸出光功率)/泵浦光功率為88%。 圖7.2(b)是小信號(hào)條件下增益和泵浦光功率的關(guān)系，當(dāng)泵浦光功率小于6mW時(shí)，增益系數(shù)為6.3dB/mW。 圖圖7.2摻鉺光纖放大器的特性摻鉺光纖放大器的特性(a) 輸出信號(hào)光功率與泵浦光功率的關(guān)系；輸出信號(hào)光功率與泵浦光功率的關(guān)系； (b) 小信號(hào)增益與泵浦光功率的關(guān)系小信號(hào)增益與泵浦光功率的關(guān)系002040608020406080轉(zhuǎn) 換

7、效 率92.6輸 入 泵 浦 光 功 率 / mW輸 出 信 號(hào) 光 功 率 / mW02001030405101520增 益 系 數(shù)6.3 dB / mW輸 入 泵 浦 光 功 率 / mW增 益 / dB(a)(b) 7.1.2 摻鉺光纖放大器的構(gòu)成和特性摻鉺光纖放大器的構(gòu)成和特性 圖7.3(a)為光纖放大器構(gòu)成原理圖，圖7.3(b)為實(shí)用光纖放大器構(gòu)成方框圖。 和是關(guān)鍵器件，把泵浦光與信號(hào)光耦合在一起的波分復(fù)用器和置于兩端防止光反射的光隔離器也是不可缺少的。 設(shè)計(jì)高增益摻鉺光纖設(shè)計(jì)高增益摻鉺光纖(EDF)是實(shí)現(xiàn)光纖放大器的技術(shù)關(guān)鍵，是實(shí)現(xiàn)光纖放大器的技術(shù)關(guān)鍵， EDF的增益取決于Er3+

8、的濃度、光纖長(zhǎng)度和直徑以及泵浦光功率等多種因素，通常由實(shí)驗(yàn)獲得最佳增益。 對(duì)泵浦光源的基本要求是大功率和長(zhǎng)壽命。對(duì)泵浦光源的基本要求是大功率和長(zhǎng)壽命。波長(zhǎng)為1480 m的InGaAsP多量子阱(MQW)激光器， 輸出光功率高達(dá)100 mW, 泵浦光轉(zhuǎn)換為信號(hào)光效率在6 dB/mW以上。 圖圖7.3(a) 光纖放大器構(gòu)成原理圖光纖放大器構(gòu)成原理圖輸入信號(hào)輸入信號(hào)光隔離器光隔離器波分復(fù)用器波分復(fù)用器泵浦泵浦摻鉺光纖摻鉺光纖光隔離器輸出信號(hào)輸出信號(hào)圖圖7.3(a)監(jiān)視和監(jiān)視和告警電路告警電路泵浦監(jiān)視泵浦監(jiān)視和控制電路和控制電路泵浦泵浦LDPD探測(cè)器探測(cè)器泵浦泵浦LD輸入隔離器輸入隔離器輸入輸入 WD

9、M輸出耦合器輸出耦合器輸出隔離器輸出隔離器輸出輸出WDM摻鉺摻鉺光纖光纖熱熱 沉沉光輸入光輸入5 V0 V5 V電源電源監(jiān)視監(jiān)視激光器驅(qū)動(dòng)輸入激光器驅(qū)動(dòng)輸入光輸出光輸出圖圖7.3(b)圖圖7.3(b) 實(shí)用光纖放大器外形圖及其構(gòu)成方框圖實(shí)用光纖放大器外形圖及其構(gòu)成方框圖 波長(zhǎng)為980 nm的泵浦光轉(zhuǎn)換效率更高，達(dá)10 dB/mW， 而且噪聲較低，是未來(lái)發(fā)展的方向。 對(duì)波分復(fù)用器的基本要求是：對(duì)波分復(fù)用器的基本要求是： 插入損耗小，熔拉雙錐光纖耦合器型和干涉濾波型波分復(fù)用器最適用。 光隔離器的作用是光隔離器的作用是: 防止光反射，保證系統(tǒng)穩(wěn)定工作和減小噪聲 對(duì)光隔離器的的基本要求是：對(duì)光隔離器的

10、的基本要求是： 插入損耗小，反射損耗大。 圖7.4是EDFA商品的特性曲線，圖中顯示出增益、 噪聲指數(shù)和輸出信號(hào)光功率與輸入信號(hào)光功率的關(guān)系。 在泵浦光功率一定的條件下，當(dāng)輸入信號(hào)光功率較小時(shí)，放在泵浦光功率一定的條件下，當(dāng)輸入信號(hào)光功率較小時(shí)，放大器增益不隨輸入信號(hào)光功率而變化，基本上保持不變大器增益不隨輸入信號(hào)光功率而變化，基本上保持不變。 當(dāng)信號(hào)光功率增加到一定值(一般為-20 dBm)后，增益開始隨信號(hào)光功率的增加而下降， 因此出現(xiàn)輸出信號(hào)光功率達(dá)到飽和的現(xiàn)。 圖圖7.4 摻鉺光纖放大器增益、摻鉺光纖放大器增益、 噪聲指數(shù)和輸出光功率與輸入光功率的關(guān)系曲線噪聲指數(shù)和輸出光功率與輸入光功

11、率的關(guān)系曲線10.0405.00.05.010.015.020.025.030.035.035302520151050IIIIIII噪聲指數(shù)噪聲指數(shù) / dB輸出光功率輸出光功率 / dBm增益增益 / dB輸入光功率輸入光功率 / dBm增益增益 / dB下表列出國(guó)外幾家公司EDFA商品的技術(shù)參數(shù)。 7.1.3 摻鉺光纖放大器的優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用摻鉺光纖放大器的優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用 EDFA的主要優(yōu)點(diǎn)有：的主要優(yōu)點(diǎn)有： 工作波長(zhǎng)正好落在光纖通信最佳波段工作波長(zhǎng)正好落在光纖通信最佳波段(15001600 nm)； 其主體是一段光纖(EDF)，與傳輸光纖的耦合損耗很小， 可達(dá)0.1 dB。 增益高增益高，約為30

12、40 dB; 飽和輸出光功率大， 約為1015 dBm； 增益特性與光偏振狀態(tài)無(wú)關(guān)。 噪聲指數(shù)小噪聲指數(shù)小， 一般為47 dB； 用于多信道傳輸時(shí)， 隔離度大，無(wú)串?dāng)_，適用于波分復(fù)用系統(tǒng)。 頻帶寬頻帶寬，在1550 nm窗口，頻帶寬度為2040 nm， 可進(jìn)行多信道傳輸，有利于增加傳輸容量。 如果加上1310 nm摻鐠光纖放大器摻鐠光纖放大器(PDFA)，頻帶可以增加一倍。 所以“波分復(fù)用波分復(fù)用+光纖放大器光纖放大器”被認(rèn)為是充分利用光纖帶寬被認(rèn)為是充分利用光纖帶寬增加傳輸容量最有效的方法。增加傳輸容量最有效的方法。 1550 nm EDFA在各種光纖通信系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，并取得了良好效果

13、。 已經(jīng)介紹過的副載波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)，都應(yīng)用了EDFA，并大幅度增加了傳輸距離。 圖圖7.5 (a) 光纖放大器的應(yīng)用形式光纖放大器的應(yīng)用形式LDPD中繼放大器中繼放大器EDFA的應(yīng)用， 歸納起來(lái)可以分為三種形式， 如圖7.5所示。 （LA：Line Amplifier）在光纖線路上每隔一定的距離設(shè)置一個(gè)光纖放大器，以延長(zhǎng)干線網(wǎng)的傳輸距離） （PA：Preamplifier) 置于光接收機(jī)的前面，放大非常微弱的光信號(hào)，以改善接收靈敏度。作為前置放大器，對(duì)噪聲要求非?？量?。 （BA： Booster Amplifier) 置于光接收機(jī)的后面，以提

14、高發(fā)射機(jī)功率。對(duì)后置放大器噪聲要求不高，而飽和輸出光功率是主要參數(shù)。圖圖7.5 (b) 光纖放大器的應(yīng)用形式光纖放大器的應(yīng)用形式和和 LDPD后置放大器后置放大器前置放大器前置放大器光纖光纖7.2 光波分復(fù)用技術(shù)光波分復(fù)用技術(shù) 隨著人類社會(huì)信息時(shí)代的到來(lái)，對(duì)通信的需求呈現(xiàn)加速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。 發(fā)展迅速的各種新型業(yè)務(wù)(特別是高速數(shù)據(jù)和視頻業(yè)務(wù))對(duì)通信網(wǎng)的帶寬(或容量)提出了更高的要求。 為了適應(yīng)通信網(wǎng)傳輸容量的不斷增長(zhǎng)和滿足網(wǎng)絡(luò)交互性、靈活性的要求，產(chǎn)生了各種復(fù)用技術(shù)。 在光纖通信系統(tǒng)中除了大家熟知的時(shí)分復(fù)用時(shí)分復(fù)用(TDM)技術(shù)外， 還出現(xiàn)了其他的復(fù)用技術(shù)，例如光時(shí)分復(fù)用光時(shí)分復(fù)用(OTDM)、光

15、波分復(fù)光波分復(fù)用用(WDM)、 光頻分復(fù)用光頻分復(fù)用(OFDM)以及副載波復(fù)用副載波復(fù)用(SCM)技術(shù)。 7.2.1 光波分復(fù)用原理光波分復(fù)用原理 1. WDM的概念的概念 光波分復(fù)用光波分復(fù)用(WDM： Wavelength Division Multiplexing)技術(shù)是在一根光纖中同時(shí)傳輸多個(gè)波長(zhǎng)光信號(hào)的一項(xiàng)技術(shù)。 光波分復(fù)用（光波分復(fù)用（WDM）的基本原理是：的基本原理是：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，在接收端又將組合波長(zhǎng)的光信號(hào)分開(解復(fù)用)，并作進(jìn)一步處理，恢復(fù)出原信號(hào)后送入不同的終端，因此將此項(xiàng)技術(shù)稱為光波長(zhǎng)分割復(fù)用光波長(zhǎng)

16、分割復(fù)用， 簡(jiǎn)稱光波分復(fù)用技術(shù)光波分復(fù)用技術(shù)。 圖圖7.6 中心波長(zhǎng)在中心波長(zhǎng)在1.3 m和和1.55 m的硅光纖低損耗傳輸窗口的硅光纖低損耗傳輸窗口 (插圖表示插圖表示1.55 m傳輸窗口的多信道復(fù)用傳輸窗口的多信道復(fù)用)80001.02.03.04.010001200140016001800載 波 頻 率信 道 間 隔110 GHz波 長(zhǎng) / nm衰減 / (dBkm 1) 光纖的帶寬有多寬？光纖的帶寬有多寬？ 如圖7.6所示，在光纖的兩個(gè)低損耗傳輸窗口： 波長(zhǎng)為1.31 m(1.251.35m)的窗口，相應(yīng)的帶寬(, 和分別為中心波長(zhǎng)和相應(yīng)的波段寬度， c為真空中光速)為17700 GH

17、z； 波長(zhǎng)為1.55 m(1.501.60 m)的窗口， 相應(yīng)的帶寬為12500 GHz。 兩個(gè)窗口合在一起，總帶寬超過30THz。如果信道頻率間隔為10 GHz， 在理想情況下， 一根光纖可以容納3000個(gè)信道。 由于目前一些光器件與技術(shù)還不十分成熟，因此要實(shí)現(xiàn)光信道十分密集的光頻分復(fù)用光頻分復(fù)用(OFDM)還較為困難。在這種情況下，人們把在同一窗口中信道間隔較小的波分復(fù)用稱為密集波分復(fù)用密集波分復(fù)用(DWDM：Dense Wavelength Division Multiplexing)。 目前該系統(tǒng)是在1550 nm波長(zhǎng)區(qū)段內(nèi)，同時(shí)用8，16或更多個(gè)波長(zhǎng)在一對(duì)光纖上(也可采用單光纖)構(gòu)成

18、的光通信系統(tǒng)，其中各個(gè)波長(zhǎng)之間的間隔為1.6 nm、 0.8 nm或更低，約對(duì)應(yīng)于200 GHz, 100 GHz或更窄的帶寬。 WDM、 DWDM和和OFDM在本質(zhì)上沒有多大區(qū)別在本質(zhì)上沒有多大區(qū)別 以往技術(shù)人員習(xí)慣采用WDM 和DWDM來(lái)區(qū)分是1310/1550 nm 簡(jiǎn)單復(fù)用還是在1550 nm波長(zhǎng)區(qū)段內(nèi)密集復(fù)用，但目前在電信目前在電信界應(yīng)用時(shí)，都采用界應(yīng)用時(shí)，都采用DWDM技術(shù)。技術(shù)。 由于1310/1550 nm的復(fù)用超出了EDFA的增益范圍，只在一些專門場(chǎng)合應(yīng)用，所以經(jīng)常用經(jīng)常用WDM這個(gè)更廣義的名稱來(lái)代替這個(gè)更廣義的名稱來(lái)代替DWDM。 WDM技術(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)升級(jí)、發(fā)展寬帶業(yè)務(wù)(如CA

19、TV， HDTV 和IP over WDM等)、充分挖掘光纖帶寬潛力、實(shí)現(xiàn)超高速光纖通信等具有十分重要意義，尤其是WDM加上EDFA更是對(duì)現(xiàn)代信息網(wǎng)絡(luò)具有強(qiáng)大的吸引力。 目前，“摻鉺光纖放大器摻鉺光纖放大器(EDFA)+密集波分復(fù)用密集波分復(fù)用(WDM)+非非零色散光纖零色散光纖(NZDSF，即，即G.655光纖光纖)+光子集成光子集成(PIC)”正成為國(guó)際正成為國(guó)際上長(zhǎng)途高速光纖通信線路的主要技術(shù)方向。上長(zhǎng)途高速光纖通信線路的主要技術(shù)方向。 如果一個(gè)區(qū)域內(nèi)所有的光纖傳輸鏈路都升級(jí)為WDM傳輸， 我們就可以在這些WDM鏈路的交叉(結(jié)點(diǎn))處設(shè)置以波長(zhǎng)為單位對(duì)光信號(hào)進(jìn)行交叉連接的光交叉連接設(shè)備光交

20、叉連接設(shè)備(OXC)，或進(jìn)行光上下路的光分插復(fù)用器光分插復(fù)用器(OADM)，則在原來(lái)由光纖鏈路組成的物理層上面就會(huì)形成一個(gè)新的光層。 在這個(gè)光層中，相鄰光纖鏈路中的波長(zhǎng)通道可以連接起來(lái)，形成一個(gè)跨越多個(gè)OXC和OADM的光通路，完成端到端的信息傳送，并且這種光通路可以根據(jù)需要靈活、動(dòng)態(tài)地建立和釋放，這就是目前引人注目的、 新一代的WDM全光網(wǎng)絡(luò)。 2. WDM系統(tǒng)的基本形式系統(tǒng)的基本形式 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，將不同波長(zhǎng)的信號(hào)結(jié)合在一起經(jīng)一根光纖輸出的器件稱為復(fù)用器復(fù)用器(也也叫合波器叫合波器)。 反之，經(jīng)同一傳輸光纖送來(lái)的多波長(zhǎng)信號(hào)分解為各個(gè)波長(zhǎng)分別輸出的器件稱為解

21、復(fù)用器解復(fù)用器(也叫分波器也叫分波器)。 從原理上講， 這種器件是互易的(雙向可逆)，即只要將解復(fù)用器的輸出端和輸入端反過來(lái)使用， 就是復(fù)用器。 因此復(fù)用器和解復(fù)用器是相同的因此復(fù)用器和解復(fù)用器是相同的(除非有特殊的要求除非有特殊的要求)。 WDM系統(tǒng)的基本構(gòu)成主要有以下兩種形式：系統(tǒng)的基本構(gòu)成主要有以下兩種形式：雙纖單向傳輸雙纖單向傳輸和單纖雙向傳輸。單纖雙向傳輸。 (1) 雙纖單向傳輸。雙纖單向傳輸。 單向WDM傳輸是指所有光通路同時(shí)在一根光纖上沿同一方向傳送。 如圖7.7所示，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)1,2,n通過光復(fù)用器組合在一起，并在一根光纖中單向傳輸。 由

22、于各信號(hào)是通過不同光波長(zhǎng)攜帶的，因而彼此之間不會(huì)混淆。 在接收端通過光解復(fù)用器將不同波長(zhǎng)的信號(hào)分開， 完成多路光信號(hào)傳輸?shù)娜蝿?wù)。 反方向通過另一根光纖傳輸?shù)脑砼c此相同。 圖圖7.7 雙纖單向雙纖單向WDM傳輸傳輸光發(fā)射機(jī)光發(fā)射機(jī)復(fù)用器光纖放大器解復(fù)用器光接收機(jī)光接收機(jī)1n1n1n1n光接收機(jī)光接收機(jī)解復(fù)用器光纖放大器復(fù)用器光發(fā)射機(jī)光發(fā)射機(jī)1n1n1n1n (2) 單纖雙向傳輸。單纖雙向傳輸。 雙向WDM傳輸是指光通路在一根光纖上同時(shí)向兩個(gè)不同的方向傳輸。如圖7.8所示，所用波長(zhǎng)相互分開， 以實(shí)現(xiàn)雙向全雙工的通信。 光發(fā)射機(jī)光發(fā)射機(jī)光接收機(jī)光接收機(jī)1n1n1n1n光接收機(jī)光接收機(jī)復(fù)用/解復(fù)用器

23、光纖放大器光發(fā)射機(jī)光發(fā)射機(jī)1nn 12n1n復(fù)用/解復(fù)用器n 12n圖圖7.8 單纖雙向單纖雙向WDM傳輸傳輸 雙向雙向WDM系統(tǒng)在設(shè)計(jì)和應(yīng)用時(shí)必須要考慮幾個(gè)關(guān)鍵的系系統(tǒng)在設(shè)計(jì)和應(yīng)用時(shí)必須要考慮幾個(gè)關(guān)鍵的系統(tǒng)因素：統(tǒng)因素： 如為了抑制多通道干擾多通道干擾(MPI)，必須注意到光反射的影響、 雙向通路之間的隔離、串?dāng)_的類型和數(shù)值、兩個(gè)方向傳輸?shù)墓β孰娖街岛拖嗷ラg的依賴性、光監(jiān)控信道光監(jiān)控信道(OSC)傳輸和自動(dòng)功率關(guān)斷等問題，同時(shí)要使用雙向光纖放大器。 所以雙向WDM系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用相對(duì)說(shuō)來(lái)要求較高，但與單向WDM系統(tǒng)相比，雙向WDM系統(tǒng)可以減少使用光纖和線路放大器的數(shù)量。 另外，通過在中間設(shè)置

24、光分插復(fù)用器光分插復(fù)用器(OADM)或光交叉連光交叉連接器接器(OXC)，可使各波長(zhǎng)光信號(hào)進(jìn)行合流與分流，實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)的上下路上下路(Add/Drop)和路由分配路由分配，這樣就可以根據(jù)光纖通信線路和光網(wǎng)的業(yè)務(wù)量分布情況，合理地安排插入或分出信號(hào)。 插入損耗小 隔離度大 帶內(nèi)平坦，帶外插入損耗變化陡峭 溫度穩(wěn)定性好 復(fù)用通路數(shù)多 尺寸小等3. 光波分復(fù)用器的性能參數(shù)光波分復(fù)用器的性能參數(shù) 光波分復(fù)用器是波分復(fù)用系統(tǒng)的重要組成部分，為了確保波分復(fù)用系統(tǒng)的性能，對(duì)波分復(fù)用器的基本要求是：對(duì)波分復(fù)用器的基本要求是： (1) 插入損耗插入損耗 插入損耗是指由于增加光波分復(fù)用器/解復(fù)用器而產(chǎn)生的附加損耗，定

25、義為該無(wú)源器件的輸入和輸出端口之間的光功率之比，即 其中Pi為發(fā)送進(jìn)輸入端口的光功率；Po為從輸出端口接收到的光功率。 oiPPlg10(dB) (7.1) (2) 串?dāng)_抑制度串?dāng)_抑制度 串?dāng)_是指其他信道的信號(hào)耦合進(jìn)某一信道，并使該信道傳輸質(zhì)量下降的影響程度，有時(shí)也可用隔離度來(lái)表示這一程度。 對(duì)于解復(fù)用器 其中Pi是波長(zhǎng)為i的光信號(hào)的輸入光功率，Pij是波長(zhǎng)為i的光信號(hào)串入到波長(zhǎng)為j信道的光功率。)(lg10dBppCiijij(7.2)(7.3)(lg10dBppRLjr其中Pj為發(fā)送進(jìn)輸入端口的光功率，Pr為從同一個(gè)輸入端口接收到的返回光功率。 (3) 回波損耗回波損耗 回波損耗是指從無(wú)源

26、器件的輸入端口返回的光功率與輸入光功率的比，即 (4) 反射系數(shù)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jrppRlg10(7.4) (5) 工作波長(zhǎng)范圍工作波長(zhǎng)范圍 工作波長(zhǎng)范圍是指WDM器件能夠按照規(guī)定的性能要求工作的波長(zhǎng)范圍(min到max)。 (6) 信道寬度信道寬度 信道寬度是指各光源之間為避免串?dāng)_應(yīng)具有的波長(zhǎng)間隔。 (7) 偏振相關(guān)損耗偏振相關(guān)損耗 偏振相關(guān)損耗(PDL: Polarizationdependent Loss)是指由于偏振態(tài)的變化所造成的插入損耗的最大變化值。 7.2.2 WDM系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 實(shí)際的實(shí)際的W

27、DM系統(tǒng)主要由五部分組成：系統(tǒng)主要由五部分組成：光發(fā)射機(jī)、光中繼放光發(fā)射機(jī)、光中繼放大、光接收機(jī)、光監(jiān)控信道和網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)大、光接收機(jī)、光監(jiān)控信道和網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，如下圖所示。光轉(zhuǎn)發(fā)器 1光合波器光轉(zhuǎn)發(fā)器 nBA1n1n光纖光監(jiān)控信道接收/發(fā)送LA光纖接收 1光分波器接收 nPA1n1n光監(jiān)控信道發(fā)送器ssss光監(jiān)控信道接收器網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)光中繼放大光接收機(jī)光發(fā)射機(jī) 位于WDM系統(tǒng)的發(fā)送端。 在發(fā)送端首先將來(lái)自終端設(shè)備(如SDH端機(jī))輸出的光信號(hào)，利用光轉(zhuǎn)發(fā)器光轉(zhuǎn)發(fā)器(OTU)把符合ITU-T G.957建議的非特定波長(zhǎng)的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成符合ITU-T G.692建議的具有穩(wěn)定的特定波長(zhǎng)的光信號(hào)。 對(duì)

28、輸入端的信號(hào)波長(zhǎng)沒有特殊要求，可以兼容任意廠家的SDH信號(hào)，其輸出端滿足G.692的光接口，即標(biāo)準(zhǔn)的光波長(zhǎng)和滿足長(zhǎng)距離傳輸要求的光源；利用合波器合成多路光信號(hào)； 通過光功率放大器光功率放大器(BA： Booster Amplifier)放大輸出多路光信號(hào)。 用摻鉺光纖放大器摻鉺光纖放大器(EDFA)對(duì)光信號(hào)進(jìn)行中繼放大中繼放大。 在應(yīng)用時(shí)可根據(jù)具體情況， 將EDFA用作“線放線放(LA： Line Amplifier)”, “功放功放(BA)”和“前放前放(PA： Preamplifier)”。 在WDM系統(tǒng)中，對(duì)EDFA必須采用增益平坦技術(shù)增益平坦技術(shù)，使得EDFA對(duì)不同波長(zhǎng)的光信號(hào)具有接近

29、相同的放大增益。與此同時(shí)，還要考慮到不同數(shù)量的光信道同時(shí)工作的各種情況，保證光信道的增益競(jìng)爭(zhēng)不影響傳輸性能。 在接收端，光前置放大器光前置放大器(PA)放大經(jīng)傳輸而衰減的主信道光信號(hào)，分波器從主信道光信號(hào)中分出特定波長(zhǎng)的光信號(hào)。 接收機(jī)不但要滿足一般接收機(jī)對(duì)光信號(hào)靈敏度、過載功率靈敏度、過載功率等參數(shù)的要求，還要能承受有一定光噪聲的信號(hào)，要有足夠的電帶寬。 光監(jiān)控信道光監(jiān)控信道(OSC： Optical Supervisory Channel)的主要功能是：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，插入本結(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的波長(zhǎng)為s(1510 nm)的光監(jiān)控信號(hào)，與主信道的光信號(hào)合波輸出；在

30、接收端，將接收到的光信號(hào)分離，輸出s(1510 nm)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)幀同步字節(jié)、公務(wù)字節(jié)和網(wǎng)管所用的開銷字節(jié)網(wǎng)管所用的開銷字節(jié)等都是通過光等都是通過光監(jiān)控信道來(lái)傳送的。監(jiān)控信道來(lái)傳送的。 通過光監(jiān)控信道物理層傳送開銷字節(jié)到其他結(jié)點(diǎn)或接收來(lái)自其他結(jié)點(diǎn)的開銷字節(jié)對(duì)WDM系統(tǒng)進(jìn)行管理， 實(shí)現(xiàn)配配置管理、故障管理、性能管理和安全管理置管理、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TMN)相連。 目前國(guó)際上已商用的系統(tǒng)有：目前國(guó)際上已商用的系統(tǒng)有：42.5 Gb/s(10 Gb/s), 82.5 Gb/s(20 Gb/s), 162.5 Gb/s

31、(40 Gb/s), 402.5 Gb/s(100 Gb/s), 3210 Gb/s(320 Gb/s), 4010 Gb/s(400 Gb/s)。 實(shí)驗(yàn)室已實(shí)現(xiàn)了8240 Gb/s(3.28 Tb/s)的速率，傳輸距離達(dá)3100 km=300 km。OFC2000(Optical Fiber Communication Conference)提供的情況有：提供的情況有： Bell Labs: 82路40 Gb/s=3.28 Tb/s在3100 km=300 km的True Wave(商標(biāo))光纖(即G.655光纖)上，利用C和L兩個(gè)波帶聯(lián)合傳輸； 日本日本NEC: 16020 Gb/s=3.2

32、 Tb/s， 利用歸零信號(hào)沿色散平坦光纖，經(jīng)過增益寬度為64 nm的光纖放大器，傳輸距離達(dá)1500 km; 日本富士通日本富士通(Fujitsu): 128路10.66 Gb/s， 經(jīng)過C和L波帶注：C波帶為15251565 nm，L波帶為15701620 nm。， 用分布喇曼放大(DRA: Distributed Raman Amplification), 傳輸距離達(dá)6140 km=840 km; 日本日本NTT： 30路42.7 Gb/s， 利用歸零信號(hào)， 經(jīng)過增益寬度為50 nm的光纖放大器，傳輸距離達(dá)3125 km376 km; 美國(guó)美國(guó)Lucent Tech: 100路10 Gb/s=1 Tb/s，各路波長(zhǎng)的間隔縮小到25 GHz, 利用L波帶，沿NZDF光纖(G.655光纖)傳輸400 km; 美國(guó)美國(guó)Mciworldcom和加拿大和加拿大Nortel: 100路10 Gb/s=1 Tb/s， 沿NZDF光纖在C和L波帶傳輸4段， 約200 km; 美國(guó)美國(guó)Qtera 和和Qwest: 兩個(gè)波帶4路10 Gb/s和2路10 Gb/s沿NZDF光纖傳輸23105 km=2415