現(xiàn)代通信系統(tǒng)課件：數(shù)字光纖通信系統(tǒng)

數(shù)字光纖通信系統(tǒng)5.1

數(shù)字光纖通信系統(tǒng)概述5.1.1數(shù)字光纖通信的基本概念數(shù)字光纖通信，是以光波運(yùn)載數(shù)字信號(hào)，以光導(dǎo)纖維為傳輸媒介的一種通信方式。有如下的顯著特點(diǎn):1.線徑細(xì),重量輕由于光纖的直徑小，制成光纜后與電纜比要細(xì)得多，有利于長(zhǎng)途和市話干線布放，便于制造多芯光纜。2.損耗極低由于技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在制造出的光纖介質(zhì)純度很高，因而損耗極低。3.傳輸?shù)念l帶寬，信息容量大由于光波頻率高，因此用光來(lái)攜帶信號(hào)則信息量大?，F(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展到幾十千兆比特／秒光纖通信系統(tǒng).4.不受電磁干擾，防腐和不會(huì)銹蝕因光纖是非金屬材料．它不會(huì)受到電磁干擾，也不會(huì)發(fā)生銹蝕，具有防腐的能力。5.不怕高溫，防爆、防火性能強(qiáng)因光纖是石英玻璃材料，所以不怕高溫，有防火的性能。因而可用于易燃易爆的環(huán)境中。6.光纖通信保密性好由于光纖在傳輸光信號(hào)時(shí)向外世漏小，不會(huì)產(chǎn)生串話等干擾，因而光纖通信保密性好。5.1.2數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的組成數(shù)字光纖通信系統(tǒng)與一般通信系統(tǒng)一樣，它由發(fā)送設(shè)備、傳輸信道和接收設(shè)備三大部分構(gòu)成?，F(xiàn)在普遍采用的數(shù)字光纖通信系統(tǒng)，是采用數(shù)字編碼信號(hào)經(jīng)強(qiáng)度調(diào)制一直接檢波的數(shù)字通信系統(tǒng)。這里的強(qiáng)度是指光強(qiáng)度，即單位面積上的光功率。強(qiáng)度調(diào)制是利用數(shù)字信號(hào)直接調(diào)制光源的光強(qiáng)度，使之與信號(hào)電流成線性變化。直接檢肢，是指信號(hào)在光接收機(jī)的光頻上檢測(cè)出數(shù)字脈沖信號(hào)。光纖通信系統(tǒng)組成原理方框圖如圖5.1所示。圖5.1

光纖通信系統(tǒng)組成原理方框圖在發(fā)送設(shè)備中，有源器件把數(shù)字脈沖電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)(E/O變換），送到光纖中進(jìn)行傳輸。在接收設(shè)備中，設(shè)有光檢測(cè)器件，將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字脈沖信號(hào)(O/E變換）。在其傳輸?shù)穆吠局?，?dāng)距離較遠(yuǎn)時(shí)，采用光中繼設(shè)備，把信號(hào)經(jīng)過(guò)中繼再生處理后傳輸。實(shí)用系統(tǒng)是雙方向的，其結(jié)構(gòu)圖如圖5.2所示。圖5.2

數(shù)字光纖通信傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方框圖圖中，數(shù)字端機(jī)主要是把用戶各種數(shù)字信號(hào)，包括數(shù)字程控交換機(jī)和數(shù)字接口，通過(guò)復(fù)用設(shè)備組成一定的數(shù)字傳輸結(jié)構(gòu)（幀結(jié)構(gòu)），不同速率等級(jí)的數(shù)字信號(hào)流送至光端機(jī)，光端機(jī)把數(shù)字端機(jī)送來(lái)的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，變成光脈沖送人光纖進(jìn)行傳輸，接收端進(jìn)行相反的變換。光端機(jī)主要由光發(fā)送、光接收、信號(hào)處理及輔助電路組成。在光發(fā)送部分完成電／光變換，在光接收部分主要完成光／電變換。信號(hào)處理，主要指把數(shù)字端機(jī)送來(lái)的數(shù)字脈沖信號(hào)再處理，以及各種碼型變換，使之適應(yīng)光傳輸及其他目的。輔助電路主要包括告警、公務(wù)、監(jiān)控及區(qū)間通信等等。光中繼機(jī)的作用，主要是將光纖長(zhǎng)距離傳輸后，受到的衰耗及色散畸變的光脈沖信號(hào)，轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后經(jīng)放大整形、定時(shí)、再生還原為規(guī)則的數(shù)字脈沖信號(hào)。經(jīng)過(guò)再調(diào)制光源，變?yōu)楣饷}沖信號(hào)送入光纖繼續(xù)傳輸，達(dá)到延長(zhǎng)傳輸距離的目的。5.1.3光纖和光纜1.光纖光纖就是導(dǎo)光的政璃纖維的簡(jiǎn)稱(chēng)，是石英玻璃絲，它的直徑只有0.1mm，如同人的頭發(fā)絲粗細(xì)。在通信中，它和原來(lái)傳送電話的明線、電纜一樣，是一種新型的信息傳輸介質(zhì)，但它比以上兩種方式傳送的信息量要高出成千上萬(wàn)倍，可達(dá)到上百千兆比特／秒，而且衰耗極低。2.光纖的導(dǎo)光原理光纖為什么能夠?qū)Ч?，能傳送大量信息呢？這要研究其傳輸理論，但其傳輸理論涉及的數(shù)學(xué)、物理知識(shí)面相當(dāng)廣，它要用到微分方程、場(chǎng)論等等高等數(shù)學(xué)知識(shí)及物理的微電子學(xué)、光學(xué)等高深理論。這里我們用簡(jiǎn)單的比喻，從物理概念上來(lái)說(shuō)明，以加深對(duì)光纖傳輸信息的理解。光纖是利用光的全反射特性來(lái)導(dǎo)光的。在物理中學(xué)習(xí)過(guò)光從一種介質(zhì)向另一種介質(zhì)傳播，由于它們?cè)诓煌橘|(zhì)中傳輸速率不一樣，因此，當(dāng)通過(guò)兩個(gè)不同的介質(zhì)交界面就會(huì)發(fā)生折射。若現(xiàn)在有兩種不同介質(zhì)，其折射率分別n0、n1，而且n1＞n0，設(shè)界面為xx‘，折射率小的稱(chēng)光疏媒質(zhì)，折射率大的稱(chēng)光密媒質(zhì)。假定光線從光疏媒質(zhì)射向光密媒質(zhì)，其折射情況如圖5.3所示。圖中，入射角為θ?，入射光線與法線yy＇夾角，折射角為θ1一一一折射光線與yy＇夾角，由圖可見(jiàn)，θ1<θ

0若使光束從光密媒質(zhì)射向光疏媒質(zhì)時(shí)，則折射角大于入射角，如圖5.4所示。圖5.3

光的折射示意圖圖5.4

臨界角和光線的全反射如果不斷增大θ0可使折射角達(dá)到90°，這時(shí)的θ1稱(chēng)為臨界角。如果繼續(xù)增大隊(duì)，則折射角會(huì)大于臨界角，使光線全部返回光密媒質(zhì)中，這種現(xiàn)象稱(chēng)為光的全反射。

當(dāng)光線從光密媒質(zhì)射向光疏媒質(zhì)．且入射角大于臨界角時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生全反射現(xiàn)象，光纖就是利用這種全反射來(lái)傳輸光信號(hào)的。根據(jù)這一原理，在制造光纖時(shí)，使光纖芯的折射率高，在外面涂上一包屏層，可使折射率低，當(dāng)選擇一定的角度時(shí)，射入纖芯的光束將會(huì)全部返回纖芯中。這就要制造一種像水管一樣的光導(dǎo)管，在光導(dǎo)管壁及光纖芯包的邊界使之形成光束的全反射，從而達(dá)到將光束都集中在光纖芯部傳輸而不向外泄漏，就似水管中的水流那樣，使之永遠(yuǎn)在水管中流動(dòng)。要做成這樣的光導(dǎo)管，除了對(duì)光纖芯部的折射率有要求以外，還要使靠近纖芯與包層的邊沿具有極小的光損耗，使能量都集中在光芯中傳播。當(dāng)然，這就對(duì)光纖材料提出了很高的要求。由于石英玻璃質(zhì)地脆、易斷裂，為了保護(hù)光纖表面，提高抗拉強(qiáng)度，以便于實(shí)用，一般都在裸光纖外面進(jìn)行兩次涂覆而構(gòu)成光纖芯線。光纖芯線結(jié)構(gòu)如圖5.5所示。光纖的芯線由纖芯、包層、涂覆層、套塑四部分組成。包層的外面涂覆一層很薄的涂覆層，涂覆的材料為硅銅樹(shù)脂或聚氨基甲酷乙醋，涂覆層的外面套塑，套塑的原料大都采用尼龍、聚乙烯或聚苯烯等塑料。圖5.5

光纖芯線的剖面構(gòu)造圖3.單模光纖及特性參數(shù)根據(jù)波導(dǎo)傳輸波動(dòng)理論分析，光纖的傳播模式可分為多模光纖和單模光纖。1)多模光纖多模光纖即能承受多個(gè)模式的光纖，如圖5.6（a）、（b）所示。這種光纖結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)，接頭連接要求不高，用起來(lái)方便，也較便宜。因而在早期的數(shù)字光纖通信系統(tǒng)（PDH系列）中采用。但這種光纖傳輸帶寬窄、衰耗大、時(shí)延差大，因而已逐步被單模光纖代替。

2）單模光纖即只能傳送單一基模的光纖，如圖5.6(c）所示。這種光纖從時(shí)域看不存在時(shí)延差，從頻域看，傳輸信號(hào)的帶寬比多模光纖寬得多，有利于高碼率信息長(zhǎng)距離傳輸。單模光纖的纖芯直徑一般為4～10μm，包層即外層直徑一般為125μm，比多模光纖小得多。圖5.5

單模光纖結(jié)構(gòu)示意圖3）單模光纖的主要特性光纖的特性參數(shù)及定義相當(dāng)復(fù)雜。在一般數(shù)字光纖工程中，單模光纖所需的主要參數(shù)有：工作波長(zhǎng)或截止波長(zhǎng)、模場(chǎng)直徑和衰減系數(shù)等。(1）截止波長(zhǎng)A。截止波長(zhǎng)通常是判斷光纖是否在單模工作的一個(gè)重要參數(shù)，只有當(dāng)工作波長(zhǎng)大于截止波長(zhǎng)時(shí)才能保證光纖在單模工作。(2）模場(chǎng)直徑d。模場(chǎng)直徑是單模光纖的一個(gè)重要參數(shù)。至目前為止，模場(chǎng)直徑的確切定義還沒(méi)有明確規(guī)定。從物理概念上我們可理解為，對(duì)于單模光纖，基模場(chǎng)強(qiáng)在光纖橫截面近似為高斯分布。如圖5.7所示。通常將纖芯中場(chǎng)分布曲線最大值1/e處所對(duì)應(yīng)的寬度定義為模場(chǎng)直徑用d表示。(3）衰減系數(shù)α。衰減系數(shù)是在工程上設(shè)計(jì)光纖通信系統(tǒng)時(shí)，必須要用到的一個(gè)重要參數(shù)。它是指沿光纖傳播方向光信號(hào)的損耗，它是決定光纖中繼段長(zhǎng)度的重要因素。衰減量的大小通常用衰減系數(shù)α來(lái)表示．單位是dB/km，其定義為式中，Pi為光纖輸入的光功率；P0為光纖輸出的光功率；L為光纖的長(zhǎng)度（單位為km)。圖5.7基模場(chǎng)強(qiáng)分布曲線

為了使光纖能在工程中實(shí)用化，要求其能承受工程中拉伸、側(cè)壓和各種外力作用，還要具有一定的機(jī)械強(qiáng)度才能使性能穩(wěn)定。因此，將光纖制成不同結(jié)構(gòu)、不同形狀和不同種類(lèi)的光纜以適應(yīng)光纖通信的需要。根據(jù)不同的用途和條件，制成的光纜種類(lèi)很多，但其基本結(jié)構(gòu)是相同的。光纜主要由纜芯、加強(qiáng)元件和護(hù)層組成。4.光纜

1）纜芯纜芯是由光纖芯組成的，它可分為單芯和多芯兩種。單芯型纜芯和多芯型纜芯結(jié)構(gòu)的比較如表5.1所示單芯型由單根二次涂覆處理后的光纖組成。多芯型由多根經(jīng)二次涂覆處理后的光纖組成，它又分為帶狀結(jié)構(gòu)和單位式結(jié)構(gòu)。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)二次涂覆主要采用下列兩種保護(hù)結(jié)構(gòu)：(l）緊套結(jié)構(gòu)。如圖5.8(a）所示，在光纖與套管之間有二個(gè)緩沖層，其目的是為了減少外面應(yīng)力對(duì)光纖的作用。緩沖層一般采用硅樹(shù)脂，二次被覆用尼龍口。這種光纖的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便。(2）松套結(jié)構(gòu)。如圖5.8(b）所示，將一次涂覆后的光纖放在一根管子中，管中充油膏形成松套結(jié)構(gòu)。這種光纖的優(yōu)點(diǎn)是：機(jī)械性能好，防水性好，便于成纜。圖5.8

緊套和松套光纖結(jié)構(gòu)示意圖2）加強(qiáng)元件由于光纖的材料比較脆，容易斷裂，為了使光纜便于承受敷設(shè)安裝時(shí)所加的外力等，在光纜內(nèi)中心或四周要加一根或多根加強(qiáng)元件。加強(qiáng)元件的材料可用鋼絲或非金屬的纖維一一一增強(qiáng)塑料（FRP）等。3）護(hù)層光纜的護(hù)層主要是對(duì)已形成的光纖芯線起保護(hù)作用，避免受外部機(jī)械力和環(huán)境損壞。因此，要求護(hù)層具有耐壓力、防潮、濕度特性好、重量輕、耐化學(xué)侵蝕、阻燃等特點(diǎn)。光纜的護(hù)層又分內(nèi)護(hù)層和外護(hù)層，內(nèi)護(hù)層一般采用聚乙烯或聚氨乙烯等，外護(hù)層可根據(jù)敷設(shè)條件而定，如采用由鉆帶和聚乙烯組成的LAP外護(hù)套加鋼絲鎧裝等。的光纜的種類(lèi)。在公用通信網(wǎng)中用的光纜結(jié)構(gòu)如表5.2所示種類(lèi)結(jié)構(gòu)光纖芯線數(shù)必要條件長(zhǎng)途光纜層絞式<10低損耗，寬頻帶，可用單盤(pán)盤(pán)長(zhǎng)的光纜來(lái)鋪設(shè)，骨架式有利于防側(cè)壓力單位式10~200骨架式<10海底光纜層絞式40~100低損耗，耐水壓，耐張力單位式40~100用戶光纜單位式<200高密度，多芯和低、中損耗帶狀式>200局內(nèi)光纜軟線式2~20重量輕，線徑細(xì)，可撓性好

帶狀式單位式表5.2公用通信網(wǎng)中的光纜結(jié)構(gòu)下面介紹幾種有代表性的光纜結(jié)構(gòu)形式。(1）層絞式光纜。它是將若干根光纖芯線以強(qiáng)度元件為中心絞合在一起的一種結(jié)構(gòu)，如圖5.9(a）所示。特點(diǎn)是成本低，芯線數(shù)不超過(guò)10根。(2）單位式光纜。它是將幾根至十幾根光纖芯線集合成一個(gè)單位，再由數(shù)個(gè)單位以強(qiáng)度元件為中心絞合成纜，如圖5.9(b）所示，其芯線數(shù)一般適用于幾十芯。(3）骨架式光纜。這種結(jié)構(gòu)是將單根或多根光纖放入骨架的螺旋槽內(nèi)，骨架中心是強(qiáng)度元件，骨架上的溝槽可以是V型、U型或凹型，如圖5.9(c）所示。由于光纖在骨架溝槽內(nèi)具有較大空間，因此當(dāng)光纖受到張力時(shí)，可在槽內(nèi)做一定的位移，從而減少了光纖芯線的應(yīng)力應(yīng)變和微變，這種光纖具有耐側(cè)壓、抗彎曲、抗拉的特點(diǎn)。(4）帶狀式光纜。它是將4～12根光纖芯線排列成行，構(gòu)成帶狀光纖單元，再將多個(gè)帶狀單元按一定方式排列成纜，如圖5.9(d）所示。這種光纜的結(jié)構(gòu)緊湊，采用此種結(jié)構(gòu)可做成上千芯的高密度用戶光纜。圖5.9光纜的基本結(jié)構(gòu)(a）層絞式；（b）單位式；（c）骨架式；（d）帶狀式5.2PDH數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)在第4章，對(duì)PDH系列的幀結(jié)構(gòu)組成已經(jīng)講述，這里主要講述PDH數(shù)字系列的光纖傳輸系統(tǒng)及其網(wǎng)絡(luò)接口。PDH數(shù)字光纖通信傳輸系統(tǒng)方框圖結(jié)構(gòu)如圖5.2所示。系統(tǒng)終端設(shè)備由數(shù)字端機(jī)和光端機(jī)組成，對(duì)其PDH系列來(lái)說(shuō)，主要是指在方框圖中的電端機(jī)的PCM一、二、三、四次群（PCM高次群）。它是根據(jù)系統(tǒng)業(yè)務(wù)容量來(lái)確定PCM高次群的等級(jí)的。正如第4章中所講述的，它是以PCM30/32路基群即2Mb/s速率接口為基礎(chǔ)，采用按碼位異步復(fù)接方式．按一定幀結(jié)構(gòu)進(jìn)行逐級(jí)復(fù)接而成。在發(fā)端為復(fù)接，在接收端為分接，從高次群中分接出低次群數(shù)字信號(hào)。隨著數(shù)字集成技術(shù)的發(fā)展，PDH系統(tǒng)設(shè)備已把數(shù)字端機(jī)、光端機(jī)集成在一個(gè)物理體中，體積很?。ㄕ埽@些設(shè)備根據(jù)不同用戶、不同用途，把復(fù)接的數(shù)字碼進(jìn)行PDH系列光傳輸碼型的變換（線路編碼），組成如4BlH、lBlH等不同幀結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的傳輸設(shè)備。隨著光通信技術(shù)的發(fā)展啕按國(guó)家組網(wǎng)的有關(guān)規(guī)定．近年來(lái).PDH系列設(shè)備只在公網(wǎng)中用作市話網(wǎng)的中繼傳輸系統(tǒng)，但是，在許多專(zhuān)用信息傳輸系統(tǒng)中它也得到廣泛應(yīng)用。在我國(guó)公用電話網(wǎng)及數(shù)據(jù)網(wǎng)中.PDH系列的數(shù)字結(jié)構(gòu)，主要用于數(shù)字網(wǎng)絡(luò)接口標(biāo)準(zhǔn)，特別是2Mb/s速率的接口，在數(shù)據(jù)、衛(wèi)星、移動(dòng)通信系統(tǒng)中普遍采用。PDH系統(tǒng)電接口主要參數(shù)CCITT在G.703協(xié)議中，對(duì)以2.048Mb／s為基礎(chǔ)的PDH系列規(guī)定了接口特性、速率、碼型。如表5.3所示。表5.3PDH系列規(guī)定的電接口主要參數(shù)接口速率（Mb/s）2.0488.44834.368139.264接口碼型HDB3HDB3HDB3CMI光線衰減/db0~80~80~20~12G921規(guī)定的標(biāo)稱(chēng)比特容差如表5.4所示表5.4G.921規(guī)定的標(biāo)稱(chēng)比特容差標(biāo)稱(chēng)比特速率（Mb/s）2.0488.44834.368139.264容差/×2.

PDH系統(tǒng)光接口主要參數(shù)系統(tǒng)發(fā)光功率如表5.5所示。表5.5系統(tǒng)發(fā)光功率光源類(lèi)型S點(diǎn)平均發(fā)送光功率/dBmLD≧-9、（-6）、（-3）LED≧-30系統(tǒng)光接收靈敏度．當(dāng)BER=l×?xí)r所需的最低接收光功率如表5.6所示。表5.6系統(tǒng)光接收靈敏度標(biāo)稱(chēng)述率／（Mb/s)標(biāo)稱(chēng)波長(zhǎng)／nm光檢測(cè)器PIN接收靈敏度S/dBm8.4481310PIN-FET-50(46)34.3681310PIN-FET-42139.2641310PIN-

FET-385.3SDH光同步數(shù)字傳輸系統(tǒng)5.3.1SDH光同步數(shù)字傳輸系統(tǒng)的基本概念和特點(diǎn)1.SDH系統(tǒng)的基本概念隨著通信網(wǎng)的發(fā)展和用戶的需求，基于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸?shù)臏?zhǔn)同步(PDH）系統(tǒng)暴露出一些固有的、難以克院的弱點(diǎn)，已經(jīng)不能滿足大容量高速傳輸?shù)囊蟆榱诉m應(yīng)現(xiàn)代通信網(wǎng)的發(fā)展，產(chǎn)生了高速大容量光纖技術(shù)和智能網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合的新體制——同步數(shù)字系列（SDH）。SDH是一個(gè)將復(fù)接、線路傳輸及交換功能融為一體的、并由統(tǒng)一網(wǎng)管系統(tǒng)操作的綜合信息傳送場(chǎng)地，可實(shí)現(xiàn)諸如網(wǎng)絡(luò)的有效管理、開(kāi)通業(yè)務(wù)時(shí)的性能監(jiān)視、動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)維護(hù)、不同供應(yīng)廠商之間的互通等多項(xiàng)功能。它大大提高了網(wǎng)絡(luò)資源利用率，并顯著降低了管理和維護(hù)費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)了靈活、可靠和高效的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行與維護(hù)，因而在現(xiàn)代信息傳輸網(wǎng)絡(luò)中占據(jù)重要地位。2.SDH系統(tǒng)的特點(diǎn)SDH系統(tǒng)的核心理念是要從統(tǒng)一的國(guó)家電信網(wǎng)和國(guó)際互通的高度來(lái)組建數(shù)字通信網(wǎng)，它是構(gòu)成綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(ISDN），特別是寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)CB-ISDN）的重要組成部分。SDH系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：(l）有全世界統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接口（NNI)，包括統(tǒng)一的數(shù)字速率等級(jí)、幀結(jié)構(gòu)、復(fù)接方法、線路接口、監(jiān)控管理等，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字傳輸體制上的世界標(biāo)準(zhǔn)及多廠家設(shè)備的橫向兼容。(2）采用標(biāo)準(zhǔn)化的信息結(jié)構(gòu)等級(jí)，其基本模塊是速率為155.520Mb凡的同步傳輸模塊第一級(jí)（記作STM-1）。更高速率的同步數(shù)字信號(hào)（如STM4,STM-16,STM64)可簡(jiǎn)單地將STM一1進(jìn)行字節(jié)間插同步復(fù)接而成，大大簡(jiǎn)化了復(fù)接和分接。(3)SDH的幀結(jié)構(gòu)中安排了豐富的開(kāi)銷(xiāo)比特，使網(wǎng)絡(luò)的管理和維護(hù)功能大大加強(qiáng)，而且適應(yīng)將來(lái)B-ISDN的要求。(4)SDH采用同步復(fù)用方式和靈活的復(fù)用映射結(jié)構(gòu)，利用設(shè)置指針的辦法，可以在任意時(shí)刻．在總的復(fù)接碼流中確定任意支路字節(jié)的位置，從而可以從高速信號(hào)一次直接插入或取出低速支路信號(hào)，使上下業(yè)務(wù)十分容易。(5)SDH確定了統(tǒng)－新型的網(wǎng)絡(luò)部件，這些部件有TM、ADM、REG以及DXC，這些部件都有世界統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。此外，由于用一個(gè)光接口代替大量的電接口，可以直接經(jīng)光撞口通過(guò)中間節(jié)點(diǎn)，省去了大量電路單元。

(6)SDH對(duì)網(wǎng)管設(shè)備的接口進(jìn)行了規(guī)范，使不同廠家的網(wǎng)管系統(tǒng)互聯(lián)成為可能。這種網(wǎng)管不僅簡(jiǎn)單而且?guī)缀跏菍?shí)時(shí)的．因此降低了網(wǎng)管費(fèi)用．提高了網(wǎng)絡(luò)的效率、靈活性和可靠性。(7)SDH與現(xiàn)有PDH完全兼容，體現(xiàn)了后向兼容性。同時(shí)SDH還能容納各種新的業(yè)務(wù)信號(hào)，如高速局域網(wǎng)的光纖分布式數(shù)據(jù)接口（FDDI）信號(hào)、異步傳遞模式（ATM）信元等，體現(xiàn)了完全的前向兼容性。SDH體系并非完美無(wú)缺，其缺陷主要表現(xiàn)在三個(gè)方面：即頻帶利用率低、指針調(diào)整機(jī)理復(fù)雜、軟件的大量使用使系統(tǒng)容易受到計(jì)算機(jī)病毒的侵害。5.3.2SDH的速率與幀結(jié)構(gòu)1.SDH的速率SDH具有統(tǒng)一規(guī)范的速率。SDH信號(hào)以同步傳輸模塊（STM）的形式傳送。SDH信號(hào)最基本的同步傳輸模塊是STM-1，其速率為155.520Mb/s。更高等級(jí)的STM-N信號(hào)是將STM-1經(jīng)字節(jié)間同步復(fù)接而成。其中.N是正整數(shù)。目前SDH僅支持N=1,4,16,64。ITU-TG.707建議規(guī)范的SDH標(biāo)準(zhǔn)速率如表5-7所示。表5.7SDH標(biāo)準(zhǔn)速率等級(jí)STM-1STM-4STM-16STM-64速率（Mb/s）155.520622.0802488.3209953.2802.SDH幀結(jié)構(gòu)SDH幀結(jié)構(gòu)已在4.3.3節(jié)中作過(guò)介紹，在此不再贅述。5.3.3SDH的基本網(wǎng)絡(luò)單元

SDH傳輸網(wǎng)是由不同類(lèi)型的網(wǎng)元設(shè)備通過(guò)光纜線路的連接組成的，通過(guò)不同的網(wǎng)元完成SDH網(wǎng)絡(luò)的傳送功能.SDH常見(jiàn)的網(wǎng)元設(shè)備類(lèi)型有終端復(fù)用器（TM）、分／插復(fù)用器(ADM）、再生中繼器（REG）和數(shù)字交叉連接設(shè)備CDXC）等。1.終端復(fù)用器（TM)TM終端復(fù)用器如圖5.10所示，用在網(wǎng)絡(luò)的終端站點(diǎn)上，例如一條鏈的兩個(gè)端點(diǎn)，它是具有兩個(gè)端口的設(shè)備。將PDH支路信號(hào)復(fù)用進(jìn)SDH信號(hào)中，或?qū)⑤^低等級(jí)的SDH信號(hào)復(fù)用進(jìn)高等級(jí)STMN信號(hào)中，以及完成上述過(guò)程的逆過(guò)程。圖5.10

終端復(fù)用器2.分／插復(fù)用器（ADM)ADM分／插復(fù)用器如圖5.11所示，用于SDH傳輸網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)接站點(diǎn)處，例如鏈的中間節(jié)點(diǎn)或環(huán)上節(jié)點(diǎn)，是SDH網(wǎng)上使用最多、最重要的一種網(wǎng)元設(shè)備，它是一種具有三個(gè)端口的設(shè)備。圖5.11

分／插復(fù)用器分／拍復(fù)用器將同步復(fù)用和數(shù)字交叉連接功能綜合于一體，利用內(nèi)部的交叉連接矩陣，不僅實(shí)現(xiàn)了低速率的支路信號(hào)可靈活地插入／分出到高速的STMN中的任何位置，而且可以在群路接口之間靈活地對(duì)通道進(jìn)行交叉連接。ADM是SDH最重要的一種網(wǎng)元設(shè)備，它可等效成其他網(wǎng)元，即能完成其他網(wǎng)元設(shè)備的功能（例如，一個(gè)ADM可等效成兩個(gè)TM設(shè)備）。3.再生中繼器（REG)REG再生中繼器如圖5.12所示，其最大特點(diǎn)是不上下（分／插）電路業(yè)務(wù)，只放大或再生光信號(hào)。REG的功能就是接收經(jīng)過(guò)長(zhǎng)途傳輸后衰減了的、有畸變的STM-N信號(hào)，對(duì)它進(jìn)行放大、均衡、再生后發(fā)送出去。實(shí)際上，REG與ADM相比僅少了支路端口的側(cè)面，所以ADM若不上／下本地業(yè)務(wù)電路時(shí)，完全可以等效一個(gè)REG。圖5.12

再生中繼器

4.數(shù)字交叉連接設(shè)備（DXC)DXC數(shù)字交叉連接設(shè)備如圖5.13所示，具有一個(gè)或多個(gè)PDH或SDH信號(hào)接口，可以在任何接口之間對(duì)信號(hào)及其子速率信號(hào)進(jìn)行可控連接和再連接的設(shè)備。DXC的核心部件是高性能的交叉連接矩陣，其基本結(jié)構(gòu)與ADM相似，只是DXC的交叉連接矩陣容量比較大，接口比較多，具有一定的智能恢復(fù)功能，常用于網(wǎng)狀網(wǎng)節(jié)點(diǎn)。DXC可將輸入的m路STM-N信號(hào)交叉連接到輸出的n路STM-N信號(hào)上，圖5.13表示有m條輸入光纖和n條輸出光纖。圖5.13

數(shù)字交叉連接設(shè)備DXC5.3.4SDH光傳輸系統(tǒng)中的光纜和中繼長(zhǎng)度計(jì)算1.傳輸系統(tǒng)用的光纖在SDH光同步傳輸系統(tǒng)中主要采用光纜，在短距離如一些局域網(wǎng)、校園網(wǎng)、企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)還采用了多模光纖．而在公用網(wǎng)中已普遍采用單模光纖。目前的光纖通信中廣泛采用的是G.652、G.653、G.654、G.655。G.652光纖目前稱(chēng)為1310nm波長(zhǎng)性能最佳單模光纖，適用于1310nm和1530nm以下的單通路中；G.653光纖是在1550nm波長(zhǎng)性能最佳的單模光纖，此光纖零色散從1310nm移至1530nm工作股長(zhǎng)，所以又稱(chēng)為色散移位光纖，也主要用在SDH系統(tǒng)中；G.604光纖，稱(chēng)為截止波長(zhǎng)移位的單模光纖，主要用于海底光纖通信。2.SDH光傳輸系統(tǒng)的中繼長(zhǎng)度估算在設(shè)計(jì)光纖傳輸再生中繼段距離長(zhǎng)度時(shí)，通常采用的方法是最壞值設(shè)計(jì)法，此方法是將所有參數(shù)值都按最壞值選取。這種設(shè)計(jì)方法不存在先期失效問(wèn)題。在排除人為和自然界破壞因素后，按最壞值設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，在其壽命終結(jié)，富余度用完，且處于極端溫度條件下仍能100%地保證系統(tǒng)性能要求。光纖傳輸中繼距離的長(zhǎng)短是由光纖衰減和色散等因素決定的。不同的系統(tǒng)，由于各種因素的影響程度不同，中繼距離的設(shè)計(jì)方式也不同。在實(shí)際的工程應(yīng)用中，設(shè)計(jì)方式分為兩種情況：第一種情況是衰減受限系統(tǒng)，即中繼距離根據(jù)S和R點(diǎn)之間的光通道衰減決定；第二種情況是色散受限系統(tǒng)，即中繼距離根據(jù)S和R點(diǎn)之間的光纖色散決定。光纜線路工程施工范圍示意圖如圖5.14所示。圖5.14光纜線路工程施工范圍示意圖1）衰減受限系統(tǒng)

L：衰減受限中繼段長(zhǎng)度（km);Ps：S點(diǎn)發(fā)送光功率（dBm):P,:R點(diǎn)接收靈敏度(dBm);Pp：光通道功率代價(jià)（dB)，因反射、碼間干擾、模分配噪聲和激光器明瞅而產(chǎn)生的總退化，光通道功率代價(jià)不超過(guò)ldB;Mc：光纜富余度（dB)，在一個(gè)中繼段內(nèi)，光纜富余度不應(yīng)超過(guò)5dB，設(shè)計(jì)中按3～5dB取值；Me：設(shè)備富余度CdB），通常取3dB:I:A,:表示S和R點(diǎn)之間所有活動(dòng)連接器損耗（dB）之和，如ODF架上的短接光纖連接設(shè)備連接器衰減.FC型連接器平均0.8dB／個(gè)，PC型平均0.5dB／個(gè)；A表示每個(gè)活動(dòng)連接器損耗2）色散受限系統(tǒng)根據(jù)ITU-T建議，色散受限系統(tǒng)中繼段距離可用下式估算：式中，L：色散受限中繼段長(zhǎng)度（km);E：當(dāng)光源為多縱模激光器時(shí)取0.115，單縱模激光器時(shí)取0.306;B：線路信號(hào)比特率C（Mbit/s);t.;.：光源的譜寬（nm);D：光纖色散系數(shù)(ps/nm/km）。這里需要說(shuō)明的是低速率線路信號(hào)，在單模光纖傳輸時(shí)，一般可不考慮色散受限中繼段距離。5.4光波分復(fù)用系統(tǒng)5.4.1光波分重用系統(tǒng)組成光波分復(fù)用系統(tǒng)的組成如圖5.15所示。首先，在光終端設(shè)備中通過(guò)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換，將傳輸信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換為波分復(fù)用系統(tǒng)使用的系列工作波長(zhǎng)，然后，多路光信號(hào)通過(guò)光復(fù)用器捐合到一根光纖上，經(jīng)放大后在光纖線路中傳輸。圖5.15光波分復(fù)用系統(tǒng)組成在一定距離后設(shè)置光纖放大器，對(duì)衰減后的光信號(hào)進(jìn)行光中繼放大。當(dāng)?shù)竭_(dá)接收端后，將放大的光搞合信號(hào)解復(fù)用為多路光信號(hào)，然后通過(guò)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換，將每路的光信號(hào)的工作波長(zhǎng)再轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)。2.

光波分復(fù)用傳輸原理光波分復(fù)用傳輸系統(tǒng)WDM傳輸原理圖如圖5.16所示。圖5.16(a）中是在一根光纖中同時(shí)單向傳輸幾個(gè)不同波長(zhǎng)的光波信號(hào)。首先，把信號(hào)通過(guò)光源變?yōu)椴煌ㄩL(zhǎng)的光波信號(hào)；然后，通過(guò)光波分復(fù)用WDM合到一根光纖中傳輸，如圖中的λ1，λ2….λn；最后，當(dāng)光信號(hào)到達(dá)收端時(shí)，把光搞合信號(hào)解復(fù)用，通過(guò)光檢測(cè)器取得多波長(zhǎng)光信號(hào)。圖5.16(b）所示為雙向傳輸光波分復(fù)用原理圖，其過(guò)程與單向傳輸相同。圖5.16WDM傳輸原理圖(a）單向WDM傳輸原理圖；（b）雙向WDM傳輸原理圖3.

光波分復(fù)用波長(zhǎng)區(qū)通路劃分光波分復(fù)用系統(tǒng)中，是以波場(chǎng)來(lái)表述其通路的，如λ1～λ8即為8通路，有8個(gè)波長(zhǎng)，稱(chēng)為標(biāo)稱(chēng)中心波長(zhǎng)或標(biāo)稱(chēng)中心頻率。各通路間的頻率間隔一般有50GHz、100GHz、200GHz等。隨著間隔的不同，標(biāo)稱(chēng)中心頻率和標(biāo)稱(chēng)中心波長(zhǎng)也不同。

通路間隔：主要是指在光波分復(fù)用系統(tǒng)中兩相鄰?fù)烽g的標(biāo)稱(chēng)波長(zhǎng)（頻率）之差。通路間隔可以均勻相等，也可以不等，我們這里講的是均勻等間隔的系統(tǒng)。

標(biāo)稱(chēng)中心波長(zhǎng)：在光波分復(fù)用系統(tǒng)中，每個(gè)信號(hào)通路所對(duì)應(yīng)的中心波長(zhǎng)稱(chēng)為標(biāo)稱(chēng)中心波長(zhǎng)，或稱(chēng)為標(biāo)稱(chēng)中心頻率。目前國(guó)際上一般以193.1THz為參考頻率，標(biāo)稱(chēng)波長(zhǎng)為1552.52nm。目前所開(kāi)發(fā)的光纖在1310nm和1550nm窗口，世界上研究的NZDSF非零色散移位光纖，其工作波長(zhǎng)可移至1520nm或1570nm。在實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)的2.64Tb/s的光波分復(fù)用系統(tǒng)總帶寬這1529～1564nm。實(shí)用的光波分復(fù)用系統(tǒng)，至少應(yīng)提供16波長(zhǎng)的通路，根據(jù)需要也可以是8通路、4通路等。下面列出16通路和8通路中心頻率和中心波長(zhǎng)，如表5.8所示。表5.816通路和8通路WDM系統(tǒng)中心波長(zhǎng)（頻率）波長(zhǎng)序號(hào)中心頻率/THz波長(zhǎng)／nm波長(zhǎng)序號(hào)中心頻率／THz波長(zhǎng)／nm1192.101560.619192.901554.132192.201559.7910193.001553.333192.301558.9811193.101552.524192.401558.1712193.201551.725192.501557.3613193.301550.926192.601556.5514193.101550.127192.701555.7515193.501549.328192.801554.9416193.601548.515.4.2光波分復(fù)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)光波分復(fù)用系統(tǒng)（WDM）主要由光發(fā)射機(jī)、光接收機(jī)、光中繼放大、光纖（光纜）、光監(jiān)控信道和網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)6大部分組成。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖5.17所示。圖5.17WDM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖5.17所示，光波分復(fù)用系統(tǒng)的簡(jiǎn)單工作過(guò)程為：首先把終端SDH端機(jī)的光信號(hào)送到光發(fā)射端，經(jīng)光轉(zhuǎn)發(fā)器（OTU）把符合ITU-IG.957協(xié)議的非特定波長(zhǎng)的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成具有特定波長(zhǎng)的光信號(hào)，再利用合搜器合成多通路的光信號(hào)，經(jīng)功率放大器（EA）放大后，送入光纖信道傳輸，同時(shí)插入光監(jiān)控信號(hào)。經(jīng)過(guò)一段距離（可達(dá)上萬(wàn)里）需要對(duì)光纖信號(hào)進(jìn)行光信號(hào)放大?，F(xiàn)在，一般使用摻餌光放大器（EDFA），由于是多波長(zhǎng)工作，因此要使EDFA對(duì)不同波長(zhǎng)光信號(hào)具有相同的放大增益（采用放大增益平擔(dān)技術(shù)），還要考慮多光信道同時(shí)工作情況，保證多光信道增益競(jìng)爭(zhēng)不會(huì)影響傳輸性能。放大后的光信號(hào)經(jīng)過(guò)光纖（光纜）傳輸?shù)浇邮斩?，?jīng)長(zhǎng)途傳輸后衰減的主信道弱光信號(hào)經(jīng)PA放大后，利用分波器從主信道光信號(hào)中分出特定波長(zhǎng)的光信號(hào)。對(duì)主接收機(jī)的主要要求為：(1）要滿足光信號(hào)接收的靈敏度；(2）要符合過(guò)載功率的要求；(3）能承受一定的光噪聲信號(hào)；(4）有足夠0/E的電帶寬特性。光監(jiān)控部分主要用以監(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)(1510nm）光監(jiān)測(cè)信號(hào)（其中包含有光波分復(fù)用的幀同步用字節(jié)、公務(wù)字節(jié)和網(wǎng)管所用的開(kāi)銷(xiāo)字節(jié)等），與光信道的光信號(hào)合波輸出。在接收端要從光合波信號(hào)中分出光監(jiān)控信號(hào)(1550nm）和業(yè)務(wù)光信道信號(hào)。

光波分復(fù)用系統(tǒng)管理：主要經(jīng)過(guò)光監(jiān)控信道傳送的開(kāi)銷(xiāo)字節(jié)及其他節(jié)點(diǎn)的開(kāi)銷(xiāo)字節(jié)對(duì)WDM系統(tǒng)進(jìn)行管理。5.4.3WDM系統(tǒng)的功能描述對(duì)于一個(gè)完整的WDM系統(tǒng)，可用如圖5.18所示的WDM系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖來(lái)描述。根據(jù)光信號(hào)傳送的距離遠(yuǎn)近，WDM系統(tǒng)可分為兩類(lèi)：其一為無(wú)線路光放大器的傳輸系統(tǒng)，其二為有線路光放大器的傳輸系統(tǒng)。圖5.18WDM系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖在光波分復(fù)用系統(tǒng)中的傳輸線路，特別是在要下載SDH信號(hào)和再上SDH信號(hào)的情況下，要用電再生器。因此，在WDM系統(tǒng)中應(yīng)有此功能，在需要時(shí)就設(shè)立電再生器，否則不加。功能結(jié)構(gòu)中有、無(wú)線路光放大器的WDM系統(tǒng)的參考配置應(yīng)有所差異，如圖5.19、圖5.20所示。圖5.19

無(wú)線路光放大器的WDM系統(tǒng)圖5.20有線路光放大器的WDM系統(tǒng)以上兩種線路配置圖中，Tx1…Txn為不同波長(zhǎng)的光發(fā)射器；Rx1…Rxn為不同波長(zhǎng)的光接收器；OM/OA為光合波器與光放大器的集成；OA/OD為光前置放大器與光分波器的集成；OA為光放大器。圖中所示各參考點(diǎn)的定義如表5.9所示。表5.9

備參考點(diǎn)的定義參考點(diǎn)定義S1，…，Sn

通道l～n在發(fā)射機(jī)不同波長(zhǎng)的光輸出連接器的光纖參考點(diǎn)RM1，…，RMn通道1～n在OM/OA的光輸入連接器的光纖參考點(diǎn)MPISOM；’OA在光輸出連接器后面光纖上的參考點(diǎn)R'線路光放大器的光輸入連接器前面光纖上的參考點(diǎn)S'線路光放大器的光輸出連接器后面光纖上的參考點(diǎn)MPI-R在OA/OD的光輸入連接器前面光纖上的參考點(diǎn)Sd1，…，Sdn,通道I～n光接收機(jī)輸出連接器處光纖上的參考點(diǎn)R1，…，Rn通道l～n光接收器輸入連接器處光纖上的參考點(diǎn)在無(wú)線路光放大器的WDM系統(tǒng)中，標(biāo)稱(chēng)距離與通路波長(zhǎng)數(shù)目有關(guān)，分三種距離區(qū)段：其一為長(zhǎng)距離，目標(biāo)距離為80km；其二為很長(zhǎng)距離，目標(biāo)距離為120km；其三為超長(zhǎng)距離,目標(biāo)距離為160km。

在有線路光放大器的WDM系統(tǒng)中，放大器設(shè)置情況與通路的波長(zhǎng)數(shù)目有關(guān)，分兩種情況：一種為長(zhǎng)距離區(qū)段，其目標(biāo)距離一般為80km；另一種為很長(zhǎng)距離區(qū)段，其目標(biāo)距離一般為120km。5.4.4

光波分復(fù)用系統(tǒng)的主要設(shè)備前面我們已經(jīng)講了光波分復(fù)用系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)。如圖5.17所示。該系統(tǒng)的主要設(shè)備有：光轉(zhuǎn)發(fā)器（OTU）、光合波器／分波器、光纖放大器，這里主要介紹這幾種關(guān)鍵的設(shè)備器件。1.光轉(zhuǎn)發(fā)器

在光波分復(fù)用系統(tǒng)中，首先要把從客戶來(lái)的光信號(hào)，轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)光信號(hào)后，再送入合波器。對(duì)于開(kāi)放式的WDM系統(tǒng)，允許不同廠商的SDH光接口的非標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)進(jìn)入，如圖5.19中的S1，…，Sn波長(zhǎng)光信號(hào)．然后通過(guò)光轉(zhuǎn)發(fā)器轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)。光轉(zhuǎn)發(fā)器（OTU）即為波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器．其功能是實(shí)現(xiàn)把非標(biāo)準(zhǔn)的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換為ITU-T所規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)長(zhǎng)，即要符合G.692要求的光接口。目前，商用的仍然是光／電／光(O/E/0）的轉(zhuǎn)換方式，此種方式技術(shù)上較成熟，易于實(shí)現(xiàn)，由于在轉(zhuǎn)換中進(jìn)行了電再生處理，信號(hào)質(zhì)量得到了改善。從發(fā)展來(lái)看，采用光／光（O／O）變換極其有利于集成，這種波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器日前尚無(wú)商用介紹，但是在研制中的卻不少。在研制中的技術(shù)主要有基于半導(dǎo)體光放大器的交叉增益調(diào)制(XCM）、交叉相位調(diào)制（XPM）、四波混頻調(diào)制(FWM）以及布拉格反射器和雙穩(wěn)型LD等方法構(gòu)成的全光波長(zhǎng)變換器等。

當(dāng)轉(zhuǎn)發(fā)器（OTU）在發(fā)送端使用時(shí)，其作用是使SDH設(shè)備的光信號(hào)與波分復(fù)用的光信號(hào)之間完成接口轉(zhuǎn)換。在接收端使用時(shí)．主要實(shí)現(xiàn)其反變換句把波分復(fù)用的光信號(hào)恢復(fù)為開(kāi)放的SDH系列的光信號(hào)。在有再生中繼器的WDM系統(tǒng)中也同樣要經(jīng)OTU轉(zhuǎn)換。這幾種OHU，隨著在系統(tǒng)中應(yīng)用場(chǎng)合情況不同，其主要參數(shù)要求也不相同，如表5.10所示。

光波分復(fù)用器和解復(fù)用器如圖s.20中的合波器和分波器。能將不同光滑、波長(zhǎng)的光信號(hào)合在一起，經(jīng)一根光纖輸出傳輸?shù)钠骷泻喜ㄆ鳎址Q(chēng)復(fù)用器；反之，將經(jīng)一根光纖送來(lái)的多波長(zhǎng)光信號(hào)分解為不同波長(zhǎng)分別輸出的器件叫分波器，又稱(chēng)解復(fù)用器。從原理上講，此器件是互易的（雙向可逆）。因而，復(fù)用器和解復(fù)用器是相同的，復(fù)用器的輸出端反過(guò)來(lái)就是解復(fù)用器。光波分復(fù)用器和解復(fù)用器對(duì)系統(tǒng)傳輸質(zhì)量起著決定性影響。對(duì)它們的主要要求是:(1）損耗及其偏差要??；(2）信道間的干擾要??；(3）通道損耗要平坦；(4）偏振的相關(guān)性要低。2.光波分復(fù)用器和解復(fù)用器光波分復(fù)用器和解復(fù)用器主要有介質(zhì)膜濾波器、各種光柵型和星型耦合器等多種結(jié)構(gòu)形式。這里簡(jiǎn)單介紹一種光柵型光波分復(fù)用和解復(fù)用器，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖5.21所示。光柵型光波分復(fù)用器與棱鏡分光作用一樣。它是在一塊能夠投射或反射的平面上刻劃平行且等距的溝痕，形成許多具有相同間隔的狹縫，當(dāng)含有多波長(zhǎng)的光信號(hào)通過(guò)光柵時(shí)產(chǎn)生衍射，不同成分的光信號(hào)將以不同的角度出射。圖5.21

光柵型光波分復(fù)用器結(jié)構(gòu)示意圖光柵型光波分復(fù)用器種類(lèi)較多，圖5.21為閃耀光柵型。它主要由透鏡和光柵組成，一般用體積較小的自聚焦透鏡，為使器件緊湊，將光柵直接刻劃在透鏡端面形成。當(dāng)光纖陣列的光信號(hào)輸入光纖后，經(jīng)透鏡準(zhǔn)直，以等根數(shù)的平行光束射向閃耀光柵，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束返回透鏡傳輸，再經(jīng)透鏡聚焦后以一定規(guī)律分別注入輸出光纖中。另外還有陣列波導(dǎo)光柵（AWG）型光波分復(fù)用器，它主要采用半導(dǎo)體加工工藝構(gòu)筑光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，如圖5.22所示。圖5.22為1×8波分復(fù)用器。它，與波長(zhǎng)、間隔、材料等特性有關(guān)，采用半導(dǎo)體加工工藝制造出來(lái)的光波分復(fù)用器。這種結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)十個(gè)乃至上百個(gè)波長(zhǎng)復(fù)用與解復(fù)用。AWG型光波分復(fù)用器具有波長(zhǎng)間隔小，信道數(shù)多，通道平坦等優(yōu)點(diǎn)，適合超高速、大容量的光波分復(fù)用系統(tǒng)使用，它是目前研制、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的重點(diǎn)。圖5.22 1×8波分復(fù)用器在光波分復(fù)用系統(tǒng)中，光纖放大器是關(guān)鍵設(shè)備，它是將光波信號(hào)直接放大的一種器件。如光纖中摻餌（三階稀土元素）而形成的摻餌光纖放大器件，還有摻錫、摻鐿等元素的光纖放大器?，F(xiàn)在已經(jīng)實(shí)用化而且用得較多的是摻餌光纖放大器。

1)摻餌光纖放大器（EDFA)在石英光纖的芯層中摻入餌（Er）三價(jià)稀土元素，形成一種特殊光纖，在泵浦光源的激勵(lì)下可放大光信號(hào)，因此稱(chēng)為摻餌光纖放大器（EDFA）。其主要特點(diǎn)是高增益、高輸出、寬頻帶、低噪聲。其增益特性與偏振無(wú)關(guān)，對(duì)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)比特率與格式透明。在波分復(fù)用中，利用光纖放大器技術(shù)，可以把該波段內(nèi)的所有波長(zhǎng)衰減的光信號(hào)同時(shí)放大。在WDM的發(fā)送端用光纖放大器作功率放大器，提高進(jìn)入光纖線路放大器的功率；在WDM的接收端解復(fù)用之前，設(shè)置光纖放大器作為前置放大，提高接收機(jī)靈敏度，這是原來(lái)再生中繼器無(wú)能為力的。特別對(duì)于光纖接入網(wǎng)，更需要光纖放大器把信號(hào)放大后才能分支到各用戶終端。由于有光纖放大器的應(yīng)用，才使波分復(fù)用系統(tǒng)實(shí)用化，也使波分復(fù)用接入網(wǎng)技術(shù)成為可能。3.摻餌光纖放大（CEDFA)2）摻餌光纖放大器（EDFA）基本結(jié)構(gòu)及工作過(guò)程摻餌光纖放大器（EDFA）主要由摻餌光纖、光泵浦源、光耦合器、光隔離器等組成，如圖5.23所示。圖5.23

EDFA的基本組成摻餌光纖：這里采用工作波長(zhǎng)1550nm的光纖（摻餌元素），摻雜的液度根據(jù)光纖放大器的光纖長(zhǎng)度而定，長(zhǎng)度越長(zhǎng)，摻雜濃度越小。光泵浦源是一種能量較強(qiáng)的激勵(lì)光源，在此光激勵(lì)下才能增強(qiáng)光能，光泵浦源功率可用大功率半導(dǎo)體激光器提供。光耦合器的作用是將光信號(hào)和泵浦源合在一起，當(dāng)較弱的信號(hào)光與較強(qiáng)的泵浦源進(jìn)入摻餌光纖時(shí)，泵浦光激活餌粒子。在信號(hào)光子的感應(yīng)下，餌離子受激輻射．產(chǎn)生能級(jí)躍遷。躍遷到基層，將一模一樣的光子注入信號(hào)光中，完成放大作用。光隔離器的作用是抑制光反射，以確保光纖放大器工作穩(wěn)定。要使隔離大于40dB，一般配置兩個(gè)隔離器．一個(gè)在輸入端，以消除上段因放大的（白發(fā)）發(fā)射光信號(hào)反向傳輸可能引起的干擾；另一個(gè)在輸出端，保護(hù)器件免受下級(jí)的逆反射。光纖放大器的特性主要有增益特性、輸出功率和噪聲特性。增益特性表明該放大器的放大能力，同一般放大器增益定義一樣，是輸出與輸入功率之比，通常為15～40dB。它的增益大小與許多因素有關(guān)。改變摻雜成分可改善EDFA的增益特性平坦度；采用隔離器吸收最大增益點(diǎn)峰值功率，可使增益均衡，擴(kuò)大EDFA的帶寬。

還有其他類(lèi)型的光纖放大器，如摻鐠光纖放大器（PDFA）（它對(duì)改造現(xiàn)有光纖通信擴(kuò)容升級(jí)有現(xiàn)實(shí)意義），摻鉛、摻鋅、摻氟化物等光纖放大器，現(xiàn)在正開(kāi)發(fā)并逐步得到應(yīng)用的還有半導(dǎo)體光纖放大器（SOA）。還有一些光纖放大器及其特性功能可參閱有關(guān)專(zhuān)著。5.4.5

光波分復(fù)用線路光纖1.G.652、G.653、G.654、G.655光纖在目前的光纖通信中廣泛采用的是G.652、G.653、G.654、G.655。G.652光纖目前稱(chēng)為1310nm波長(zhǎng)性能最佳單模光纖，適用于1310nm和1530nm以下的單通路中：G.653是在1550nm波長(zhǎng)性能最佳的單模光纖，此光纖零色散從1310nm移至1530nm工作波長(zhǎng)，所以又稱(chēng)為色散移位光纖，也主要用在SDH系統(tǒng)中；G.654光纖，稱(chēng)為截止波長(zhǎng)移位的單模光纖，主要用于海底光纖通信；G.655光纖稱(chēng)之為非零色散移位單模光纖，它使零色散技術(shù)不在1550nm，而將移至1570nm及1510～1520nm附近．主要用于1530nm工作波長(zhǎng)源，在較長(zhǎng)距離的波分復(fù)用中應(yīng)用。2.非零色散單模移位光纖（NE-DSF)在WDM系統(tǒng)中的上述光纖，由于在長(zhǎng)途傳輸時(shí)采用了光纖放大器CEDFA），這可能引起非線性效應(yīng)，會(huì)出現(xiàn)回波混頻效應(yīng)（FWM），以致會(huì)引起信道回串?dāng)_。為有效抑制FWMC回波渥頻效應(yīng)），引出了另一種新型光纖一一非零色散單模移位光纖（NE-DSF),它屬于G.655光纖改進(jìn)型，此種光纖除零色散點(diǎn)移動(dòng)外，其余特性與G.655等常用光纖相同。根據(jù)理論分析，NE-DSF光纖傳輸率至少可達(dá)80Gb/s以上，而且色散距離達(dá)數(shù)百公里，還可保持最小色散系數(shù)。

目前，世界上一些著名通信公司對(duì)NE-DSF光纖的研究開(kāi)發(fā)工作很感興趣。另外，還有色散補(bǔ)償光纖、色散平坦光纖等新型光纖還在研制和試驗(yàn)，這將會(huì)使光波分復(fù)用光纖傳輸技術(shù)更加成熟。5.4.6

光波分復(fù)用的主要技術(shù)1.光源技術(shù)在光通信中，光信號(hào)是由光源產(chǎn)生的，因此在光波分復(fù)用系統(tǒng)中光源占有重要的位置。系統(tǒng)中所用的光源稱(chēng)做激光器，WDM系統(tǒng)對(duì)光源的發(fā)光波長(zhǎng)要求精確而且穩(wěn)定性要好；激光器集成芯片的成本要低。對(duì)光源的波長(zhǎng)要進(jìn)行精確的設(shè)定和控制，必須有配套的波長(zhǎng)監(jiān)測(cè)與穩(wěn)定技術(shù)。目前采用的方法主要有兩種：一種是溫度反饋控制技術(shù)，它是通過(guò)激光器芯片所在的熱沉上的溫度檢測(cè)控制相應(yīng)的溫控電路，達(dá)到控制波長(zhǎng)和穩(wěn)定波民的目的；另一種是波長(zhǎng)反饋控制法，它是通過(guò)輸出端檢測(cè)光波長(zhǎng)，利用相應(yīng)的輸出電壓與標(biāo)準(zhǔn)參考電壓的差值來(lái)控制激光器的溫度，形成閉環(huán)控制，使之鎖定在中心波長(zhǎng)上。2.濾光技術(shù)由于通信中光波分復(fù)用系統(tǒng)是以光波長(zhǎng)（頻率）為載體，因而也有類(lèi)似頻分復(fù)用那樣的濾波技術(shù)，這里稱(chēng)為濾光技術(shù)。此技術(shù)在WDM系統(tǒng)及全光通信系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。允許特定波長(zhǎng)（頻率）的光信號(hào)通過(guò)的器件稱(chēng)為濾光器。如果通過(guò)濾光器的波長(zhǎng)可調(diào)整改變，則稱(chēng)該濾光器為波長(zhǎng)可調(diào)諧濾光器。3.色散補(bǔ)償技術(shù)在SDH光通信系統(tǒng)中，傳輸距離主要受衰減限制，而在波分復(fù)用系統(tǒng)中，采用了光纖放大器之后，衰減限制問(wèn)題得以解決。然而，傳輸距離增加，光纖色散卻也隨之增加。所以，現(xiàn)在又提出色散問(wèn)題。例如，G.655(1550nm）光纖在光中繼傳輸時(shí)的距離（2.5Gb/s)為4528km，而受色散限制，在速率為10Gb/s時(shí)傳輸距離為283km，當(dāng)傳輸速率增加為40Gb/s時(shí)，色散增加，此時(shí)傳輸距離下降到18km。在已建立的SDH光通信系統(tǒng)中，大量采用了常規(guī)G.652單模光纖。由于光纖放大器EDFA工作在1530nm，使1530nm窗口成為長(zhǎng)距離、大容量光纖通信優(yōu)先窗口，而G.652光纖在1530nm工作時(shí)色散較大，為充分利用現(xiàn)有資源，在波分復(fù)用系統(tǒng)中仍利用此窗口。因此，必須解決色散問(wèn)題，其中方法之一就是采用色散補(bǔ)償技術(shù)。

色散補(bǔ)償又稱(chēng)光均衡，其基本原理是，當(dāng)光脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離光纖傳輸后，由于色散的影響，會(huì)使信號(hào)發(fā)生畸變。這時(shí)，可用一段色散補(bǔ)償光纖來(lái)修正，以消除畸變。例如在1530nm波段，利用具有大的負(fù)波長(zhǎng)色散補(bǔ)償光纖（DCF）來(lái)進(jìn)行有效的色散補(bǔ)償，即在已建好的1310nm單模光纖中，每隔一定距離,插入長(zhǎng)度調(diào)整好的色散補(bǔ)償光纖，對(duì)色散進(jìn)行補(bǔ)償，使整個(gè)光傳輸線路的總色散為零。光纖放大器技術(shù)的實(shí)用化促進(jìn)了WDM系統(tǒng)的發(fā)展，但對(duì)于EDFA，有一個(gè)特殊的要求增益平坦。一般的EDFA在其工作波段內(nèi)有一定的增益平坦，常用帶內(nèi)增益平坦度GF表示，它是指在整個(gè)通帶內(nèi)最大增益