全光通信網(wǎng)絡

1、武漢理工大學Wuhan University Of Technology全光通信論文報告學 院: 信息工程學院 專 業(yè): 信息與通信工程 班 級: 信研1304班 姓 名: 徐貝 學 號： 1049721302995 2014 年 1 月 1 日目錄摘要2Abstract2第一章 引言3 1.1 全光通信網(wǎng)概述及其研究背景3 1.2 全光通信的發(fā)展4 1.3 對新型網(wǎng)絡的迫切需要6第二章 光波分復用系統(tǒng)7 2.1 光波分復用概述7 2.2 光纖基本特性8 2.3 光波分復用原理8第三章 WDM系統(tǒng)組成與分類10 3.1 WDM系統(tǒng)的組成以及各部分功能10 3.2 WDM系統(tǒng)的分類12 3.3

2、WDM系統(tǒng)結構12 3.4 WDM技術的主要優(yōu)點13 3.5 影響WDM系統(tǒng)性能因素15 3.6 WDM系統(tǒng)安全問題及其保護15 3.6.1 系統(tǒng)安全15 3.6.2 WDM系統(tǒng)保護16第四章 光波分復用系統(tǒng)的應用17 4.1 波分復用在長途通信干線中的應用17 4.2 波分復用在接入網(wǎng)中的應用17第五章 光波分復用技術的前景展望20 5.1 前景展望20 5.2 面臨挑戰(zhàn)21結束語23參考文獻24摘要 隨著科學技術的不斷發(fā)展，全光通信網(wǎng)絡也日益被人們所廣泛應用。波分復用技術是一項新的技術，它的前景非常廣闊，同時它也是新一代的光纖通信系統(tǒng)的標志。本文詳細介紹了光波分復用技術的原理、系統(tǒng)構成和特

3、點及其特點。對光波分復用技術在通信干線網(wǎng)和光纖用戶網(wǎng)中的應用做了探討，對其發(fā)展前景做了展望。關鍵詞 ： 光波分復用技術 光纖通信 光纖用戶網(wǎng)Abstract With the continuous development of science and technology, all-optical communication networks are widely used by people.WDM technology is a new technology. It is very wide prospect, at the same time , it is also a new gen

4、eration of optical fiber communication system of signs. This paper introduces the principle of light WDM technology, system structure characteristics and its characteristics. Light WDM technology in communication key wire and optical fiber user nets on the application is to explore its development p

5、rospect. Key words ：light WDM technology optical fiber communication optical fiber user nets第一章 引言1.1 全光通信網(wǎng)概述及其研究背景 全光通信網(wǎng)，又稱寬帶高速光聯(lián)網(wǎng)，它以波長路由光交換技術和波分復用傳輸技術為基礎，在光域上實現(xiàn)信息的高速傳輸和交換，數(shù)據(jù)信號從源節(jié)點到目的節(jié)點的整個傳輸過程中始終使用光信號，在各節(jié)點處無光/電、電/光轉換。全光網(wǎng)，從原理上講就是網(wǎng)中直到端用戶節(jié)點之間的信號通道仍然保持著光的形式，即端到端的全光路，中間沒有光電轉換器。這樣，網(wǎng)內(nèi)光信號的流動就沒有光電轉換的障礙，信息傳遞

6、過程無需面對電子器件處理信息速率難以提高的困難。 全光通信網(wǎng)技術是光纖通訊領域的前沿技術，是21世紀真正的高速公路。許多國家都把全光網(wǎng)作為建設“信息高速公路”的基礎，將其提升到戰(zhàn)略地位的高度。 自從光纖被引入通信網(wǎng)以來，它已為通信網(wǎng)的發(fā)展作出了重要的貢獻。隨著通信網(wǎng)傳輸容量的不斷增加，光纖通信也發(fā)展到了一個新的高度。但是，在目前的光纖通信系統(tǒng)中，網(wǎng)絡的各個節(jié)點要經(jīng)過多次的光-電，電-光變換，而其中的電子器件在適應高速、大容量 的需求上存在諸多缺點，如帶寬限制、時鐘漂移、嚴重串話、高功耗等，由此產(chǎn)生通信網(wǎng)中的“電子瓶頸”現(xiàn)象。為了解決這一問題，充分發(fā)揮光纖通信的極寬頻帶、抗電磁干擾、保密性強、傳

7、輸損耗低等優(yōu)點，于是提出了全光通信?？梢姴捎萌鈧鬏敿夹g是歷史的螺旋上升。全光通信是歷史發(fā)展的必然。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，人們對信息的需求急劇增加，信息量呈指數(shù)增長，僅Internet用戶需要傳送的信息比特速率每年就增加8倍。通信業(yè)務需求的迅速增長對通信容量提出越來越高的要求。從1980年以來的20年間，隨著光器件的發(fā)展和光系統(tǒng)的演進，光傳輸系統(tǒng)的容量已從Mbit/s發(fā)展到Tbit/s，提高了近10萬倍。從理論上講，全光網(wǎng)絡是指光信息流在網(wǎng)絡中的傳輸及交換始終以光的形式實現(xiàn)，而不需要經(jīng)過光/電、電/光變換。也就是說，信息從源節(jié)點到目的節(jié)點的傳輸過程中始終在光域內(nèi)。在波分復用技術提出以后，波長本身

8、成為組網(wǎng)（分插、交換、路由）的資源。伴隨著光分插復用（OADM）和光交叉聯(lián)接（OXC）技術的逐步成熟，原來被認為只是提供帶寬傳輸?shù)墓鈱娱_始有了組網(wǎng)能力，因此成為最近幾年光通信研發(fā)的熱點。 WDM全光網(wǎng)絡是基于WDM技術，以波長作為組網(wǎng)資源，靈活可靠、性能穩(wěn)定的光網(wǎng)絡，它可以劃分為長途骨干網(wǎng)、區(qū)域網(wǎng)和城域網(wǎng)三個等級。WDM全光網(wǎng)絡通過波長路由機制實現(xiàn)路由選擇，具有良好的可擴展性、可重構性和可操作性。1.2 全光通信的發(fā)展 1966年7月，英藉華人高錕博士發(fā)表了關于加強原材料提純，加入適當?shù)膿诫s劑，可把光纖的衰減系數(shù)從當時的1000dB/km降低到20dB/km以下以實現(xiàn)通信的文章。 1970年，

9、美國康寧公司馬勒博士等三人的研究小組首次研制成功損耗為20dB/km光纖。 1974年，貝爾實驗室發(fā)明了制造低損耗光纖的方法，稱作改進的化學汽相沉積法（MCVD），光纖損耗下降到1dB/km。 1976年，日本電話電報公司研制出更低損耗光纖，損耗下降到0.5dB/km 1979年，日本電報電話公司研制出0.2dB/km的光纖1.55um目前，光纖最低損耗0.17dBkm 。 1978年,在全國科學大會上，展出了PCM24路信號和彩色電 視信號的光纖傳輸試驗。 1979年，多模光纖的損耗降至1dB/Km。建成8Mb/s、光纜中繼線路試驗段。 1981年, 研制出三次群34Mb/s(480路)光傳

10、輸設備。 1982年，研制出四次群140Mb/s(1920路)光傳輸設備。 1991年, 研制出五次群565Mb/s(7680路)光傳輸設備.(PDH)。 2002年，研制出320Gb/s(32×10Gb/s) (387萬路)光傳輸設備。 2003年，研制出1.6Tb/s(160×10Gb/s) (1935.36萬路)。 2004年，研制出單波長40 G b/s 烽火通信-武漢郵科院。 2008年，商用3.2Tb/s(80×40Gb/s)深圳華為。 20世紀90年代以后，因特網(wǎng)迅猛發(fā)展對網(wǎng)絡結構和功能提出新的需求，光纖通信發(fā)生多次重大的變革。在信息技術發(fā)達，寬帶服

11、務在全球范圍內(nèi)不斷蔓延的今天，各國政府都把信息化寬帶化建設作為發(fā)展經(jīng)濟的主要措施之一。 作為發(fā)達地區(qū)的歐洲大部分國家，寬帶普及率相對落后。近年來，歐洲經(jīng)濟大國也越來越重視光纖接入的部署。英國電信公開表示將投資100萬英鎊用于光纖到戶網(wǎng)絡的建設，而法國政府在2010年初提出一項價值20億歐元（約合28億美元）的國家寬帶貸款項目，歐洲第一大運營商德國電信為了加速推動德國的光纖業(yè)務發(fā)展，今年8月宣布計劃獨自成立一個光纖到戶業(yè)務子公司。 日本是全球光纖到戶發(fā)展最好的國家，日本政府將FTTH的普及程度視為社會信息化先進程度的標志，為此日本政府提出了從“e-Japan（為信息化建設奠基）”到“u-Japa

12、n（創(chuàng)造上網(wǎng)環(huán)境）”再到“i-Japan（轉動公共部門的網(wǎng)絡齒輪）”等ICT戰(zhàn)略，積極推動FTTH的發(fā)展。 韓國是全球FTTx普及率最高的國家（50%左右），而韓國家庭寬帶普及率在95%左右。韓國寬帶高速發(fā)展主要得益于韓國政府的政策支持，韓國政府把超速發(fā)展寬帶業(yè)務視為經(jīng)濟發(fā)展的引擎。韓國政府不僅把投資寬帶業(yè)務作為一項社會福利計劃，同時還視為能夠得到快速回報的投資方式。然而，韓國政府并不滿足已取得的成績。為進一步推動信息化發(fā)展，韓國政府曾發(fā)布寬帶發(fā)展策略“Korean Broadband Plan”和“綠色IT國家戰(zhàn)略”等，計劃投資近250億美元。 2011年初，工信部首次公開表示“十二五”通信

13、投資2萬億，較“十一五”期間增長36%，其中80% 的投資將用于包括移動寬帶和固定寬帶在內(nèi)的一系列寬帶建設。 在2011年年初舉行的“2011中國ICT產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢高峰論壇”上，工信部科技司處長馬民進一步指出，通信業(yè)面臨難得的發(fā)展機遇，也將直面嚴峻的挑戰(zhàn)，必須堅持轉型升級。在兩化融合的背景下，整個宏觀經(jīng)濟層面都將受益于電信業(yè)的優(yōu)化升級，形成經(jīng)濟發(fā)展方式轉變的動力和新基準。1.3 對新型網(wǎng)絡的迫切需要 傳統(tǒng)上，在設計傳輸網(wǎng)絡時，一般都是用光纖把一些數(shù)字交叉連接節(jié)點和分插復用節(jié)點連接起來，就組成了網(wǎng)絡。在每一個局站，所有的大容量通道（Gb/s，即STM-16、STM-64量級）都被解復用到更低的速

14、率（如STM-1或更低），這些低速率的信道還可能被分成更細的支路，然后在本地下路，或被交叉連接到它們所要到的終端，然后再傳往下一站。在這個處理過程中，需要進行一系列的光電光轉換和多級的復用和解復用，還要對所有出入該局的業(yè)務（包括要在本地處理或僅僅通過該局的業(yè)務）都要進行交叉連接，這樣就使節(jié)點設備復雜、昂貴，同時限制了網(wǎng)絡速率和容量的進一步提高。 而隨著點點的WDM系統(tǒng)的普及，如果在節(jié)點處依舊采用電交叉連接設備（如：DXC）和電分插復用設備，會造成速率上越來越嚴重的失配，即：WDM巨大的線路傳輸速率（容量）與速率（容量）嚴重滯后的電交叉連接設備、電分插復用設備之間的失配。 光纖通信網(wǎng)絡的WDM光

15、上/下路設備和交叉連接設備可以充分解決相應電子設備的“電子瓶頸”。 WDM網(wǎng)絡的光節(jié)點（如：光上/下路復用節(jié)點，OADM和光交叉連接節(jié)點，OXC），是基于波長路由的設備。OADM和OXC目的是在光域上實現(xiàn)光波長信道上/下路和交叉連接的功能，不需要進行光電轉換。這樣就使WDM網(wǎng)絡可以基于波長路由對業(yè)務、阻塞率、網(wǎng)絡擴展和生存性進行優(yōu)化和設計 。 第二章 光波分復用系統(tǒng) 2.1 光波分復用概述 光纖通信的多路復用技術，最初是采用原銅纜沿用PCM脈沖編碼調(diào)制方式 ，把模擬信號變換為數(shù)字信號，再應用時分多路 ( Time Division Multiplexing， TDM ) 技術組成一次群、二次群

16、、三次群、四次群等。 此系列被稱為準同步數(shù)字系列 ( Plesiochronous Digital Hierarchy ，PDH)。但現(xiàn)有的PDH 幾種系列 ，互不兼容，難以適應同絡發(fā)展的要求。后來采用的同步數(shù)字系列(Synchronous Digital Hierarchy ，SDH) 所用的復用技術，仍屬TDM技術，盡管目前已在國內(nèi)外大量使用，但在技術發(fā)展 ，成本投人上都遇到很大困難。 波分復用(WDM)是將兩種或多種不同波長的光載波信號（攜帶各種信息）在發(fā)送端經(jīng)復用器(亦稱合波器，Multiplexer)匯合在一起，并耦合到光線路的同一根光纖中進行傳輸?shù)募夹g；在接收端，經(jīng)解復用器(亦稱分

17、波器或稱去復用器，Demultiplexer)將各種波長的光載波分離，然后由光接收機作進一步處理以恢復原信號。這種在同一根光纖中同時傳輸兩個或眾多不同波長光信號的技術，稱為波分復用。 近幾年來，WDM 技術的進展為光纖的發(fā)展開辟了另一個十分廣闊的前景。WDM是一種光纖傳感技術，將不同的輸人光信號分別調(diào)制在特定的波長上，然后將調(diào)制后的信號復用在一根光纖上。完成此調(diào)制的關鍵是波分復用器，復用后的信號經(jīng)傳送后到達連接的遠端 ，再經(jīng)過解復用器分離成不同的渡長 ，由不同波長的檢測器將各自的光信號轉換成電信號，或者直接獲取各自的渡長信號，并且將它們連接到其它的 WDM 波道上 。WDM 系統(tǒng)使用不同波長，

18、可承載上百個通路的信號，每一通路可攜帶2 .5 Gbit/s或10Gbit/ss信號。采用波分復用使網(wǎng)絡鏈路容量有突破性進展。例如 ，目前2 .5 Gbit/s，即所謂 8×2 .5 Gbit/s系統(tǒng) 。這樣 ，一 根光纖的總速率可達 20 Gbit/s。若每個波長的速率為10 Gbit/s ，則一根光纖的總速率就可達80 Gbit/s ，這將大量節(jié)省光纖的數(shù)量。最近，我國正在全國長途骨干光纜網(wǎng)上進行升級改造，也就是利用 WDM 8×2 .5 Gbit/s 光傳輸系統(tǒng)使一對光纖可同時傳送24萬路電話或2400套電視節(jié)目。WDM 除了在傳輸上可以大幅度地降低傳輸成本以外，還可

19、以實現(xiàn)靈活的光節(jié)點，即所謂的光分插復用器(OADM) 和光交叉連接器(OXC)，從而實現(xiàn)類似電領域 SDH 分插復用器( ADM)和SDH 數(shù)字交叉連接設 備( SDXC) 的靈活上下業(yè)務的組網(wǎng)功能 。2.2 光纖基本特性因為單模光纖具有內(nèi)部損耗低、帶寬大、易于升級擴容和成本低的優(yōu)點，因而得到了廣泛應用。從80年代末起，我國在國家干線網(wǎng)上敷設的都是常規(guī)單模光纖。常規(guī)石英單模光纖同時具有1550nm和13l0nm兩個窗口，最小衰減窗口位于1550nm窗口。多數(shù)國際商用光纖在這兩個窗口的典型數(shù)值為：1310nm窗口的誤減，消除了這一損耗峰峰值，使整個頻帶更加平坦?，F(xiàn)在人們所利用的只是光纖低損耗頻譜

20、(13 l0到1550Inm)極少的一部分。在光纖的帶寬中只占很小一部分，大約只有OD2nm左右；全部利用光纖放大器EDFA的放大區(qū)域帶寬(15301565nrn)的35nm帶寬，也只是占用光纖全部帶寬(13l01550nm的16左右。理論上，wDM技術可以利用的單模光纖帶寬達到200nm，即25THz帶寬，即使按照波長間隔為0.8nm（100GHz）計算，理論上夜可以開通200多個波長的WDM系統(tǒng)，因而目前光纖的帶寬遠遠沒有利用。WDM技術的出現(xiàn)正是為了充分利用這一帶寬，而光纖本身的寬帶寬。 2.3 光波分復用原理 WDM技術是在一根光纖中間時傳輸多波長光信號的一項技術其基本原理是在發(fā)送端將

21、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逐行傳輸。在接收端又將組合波長的光信號分開( 解復用) ，并作進一步處理，恢復出原信號后送人不同的終端。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。由于目前一些光器件與技術還不十分成熟。因此要實現(xiàn)光信道十分密集的光頻分復用還較為困難。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用稱為密集波分復用( DWDM：Density Wavelength Division Multiplexing， TDM) 根據(jù)光纖傳輸?shù)奶卣鳎?可以將光纖的傳輸波段分成 5個波段 。它們分別是0波段，波長范圍為 12601360 n

22、m； E波段， 波長范圍是 1360 1460 nm ； S波段， 波長范圍為 1460 1530 nm；C波段，波長范圍為 1530 1565 nm； L波段波長范圍是15651625nm 。 目前的 WDM應用主要 C波段上。其中每個波長之間的間隔為1.6nm，0.8 nm或更低 ，對應約200GH z ，100GHz 更窄的帶寬。 若能消除由光纖中的 OH根所致的損耗譜中的尖峰，則可在1280 1620 m波段內(nèi)充分利用光纖的低損耗特性( 稱之為全波光纖) ，使波分復用系統(tǒng)的可用波長范圍達到340nm左右可大大提高傳輸容量。目前一般系統(tǒng)應用時所采用的信道波長是等間隔的。以往技術人員習慣采

23、用WDM和 DWDM來區(qū)分是由1310/1550nm簡單復用還是在 1550nm波長區(qū)段內(nèi)密集復用， 但目前在電信界應用時， 都采用DWDM技術，1310/1550nm的復用由于超出了EDFA增益頻譜的范圍，只用在一些專門場合 所以下面均采用WDM這個更廣義的名稱來介紹 DWDM技術。WDM技術對網(wǎng)絡的擴容升級、 發(fā)展寬帶業(yè)務、充分挖掘光纖帶寬潛力、 實現(xiàn)超高速通信等具有十分重要的意義。尤其是WDM加上摻耳光纖放大器( EDFA) 更是對現(xiàn)代信息網(wǎng)絡具有強大的吸引力。 就發(fā)展而言如果某一個區(qū)域內(nèi)所有的光纖傳輸鏈路都升級為 WDM傳輸我們就可以在這些 WDM鏈路的交叉處設置以波長為單 位的光交叉

24、連接設備 ( OXC) ，或進行光上下路的光分插復用器 ( OADM) 則在原來由光纖鏈路組成的物理層上面就會形成一個新的光層。 在這個光層中。 相鄰光纖鏈路中的波長通道可以連接起來， 形成 一個跨越多個 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)需要靈活動態(tài)地建立和釋放， 這個光層就是目前引人注目的、新一代的 WDM光傳送網(wǎng)絡。第三章 WDM系統(tǒng)組成與分類 3.1 WDM系統(tǒng)的組成以及各部分功能一般來說。 WDM系統(tǒng)主要由以下五部分組成： 光發(fā)射機、 光中繼放大、 光接收機、 光監(jiān)控信道和網(wǎng)絡管理系統(tǒng)( 見圖 1) 。 圖1 .WDM系統(tǒng)總體結構示意圖 光發(fā)射機是

25、 WDM系統(tǒng)的核心。 根據(jù) ITU-T的建議和標準， 除了對WD M系統(tǒng)中發(fā)射激光器的中心波長有特殊的要求外， 還需要根據(jù)WDM系統(tǒng)的不同應用 ( 主要是傳輸光纖的類型和無電中繼傳輸?shù)木嚯x) 來選擇具有一定色度色散客限的發(fā)射機。在發(fā)送端首先將來白終端設備( 如 SDH端機) 輸 出的光信號， 利用光轉發(fā)器( OTU) 把符合 ITU G.957建議的非特定波長的光信號轉換成具有穩(wěn)定的特定波長的光信號： 利用合渡器合成多通路光信號； 通過光功率放大器( RA) 放 大輸出多通路光信號。經(jīng)過長距離光纖傳輸后 80-120km) 。需要對光信號進行光中繼放大。目前使用的光放大器多數(shù)為摻耳光纖光放大器

26、 ( EDFA) ， 在 WDM系統(tǒng)中， 必須采用增益平坦技術， 使 EDFA對不同波長的光信號具有相同的放大增益 同時,還需要考慮到不同數(shù)量的光信道同時工作的各種情況，能夠保證光信道的增益競爭不影響傳輸性能。在應用時，可根據(jù)具體情況，將 EDFA用作“線放( L A) ” 、“功放( B A) ” 和“前放 ( P A) ” 。EDFA的增益不受信號偏振的影響。 在高比特率，多信道的波分復用應用中不會產(chǎn)生串 擾，不會產(chǎn)生脈沖失真。 圖2 示出摻鉺光纖放大器在不同輸入功 率時的增益 。 圖2 摻鉺光纖放大器增益曲線在接收端，光前置放大器( PA) 放大經(jīng)傳輸而衰減的主信道光信號 采用分波器從主

27、信道光信號中分出特定波長的光信道。接收機不但要滿足一般接收機對光信號靈敏度、 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， 要有足夠的電帶寬性能。 光監(jiān)控信道主要功能是監(jiān)控系統(tǒng)電務信道地傳輸情況，在發(fā)送端， 插入本節(jié)點產(chǎn)生的波長為k s ( 1510nm) 的光監(jiān)控信號與主信道的光信號合波輸出；在接受端 。將收到的光信號分波，分別輸出 (1510nm) 波長的光監(jiān)控信號和業(yè)務信道光信號。幀同步字節(jié) 、公用字節(jié)和網(wǎng)管所用的開銷字節(jié)等都是通過光監(jiān)控信道來傳遞的。 網(wǎng)絡管理系統(tǒng)通過光監(jiān)控信道物理層傳送開銷字節(jié)到其他節(jié)點或接收來自其他節(jié)點的開銷字節(jié)WDM系統(tǒng)進行管理 實現(xiàn)配置管理、 故障管理

28、、 性能管理、 安全管理功能。 并與上層管理系統(tǒng)相連。WDM系統(tǒng)一般包括光發(fā)射機、光中繼放大器、光接收機、光監(jiān)控信 道和網(wǎng)絡管理系統(tǒng)五部分。光發(fā)射機是光波分復用系統(tǒng)的核心，它發(fā)出的光信號波長不同，但精度和穩(wěn)定度滿足一定要求，信號經(jīng)過光波分復用器合成一路送入光功率放大器放大，然后耦合到光纖上進行傳輸。光中繼放大器一般采用摻鉺光纖放大器（EDFA），主要是用于補償光信號由于長距離傳輸所造成信號衰減。光接收機主要由前置放大器、光分波器等組成。光前置放大器首先放大經(jīng)傳輸而衰減的光信號，然后利用分波器分離各特定波長的光信號而后進行接收；網(wǎng)絡管理系統(tǒng)是通過光監(jiān)控信道的物理層傳送開銷字節(jié)到其它節(jié)點或接收其它

29、節(jié)點的開銷字節(jié)對光波分復用系統(tǒng)迸行管理。主要實現(xiàn)配置、故障、性能、安全管理等功能，并與上層管理系統(tǒng)相連。3.2 WDM系統(tǒng)的分類光波分復用系統(tǒng)按照結構原理可分為雙纖單向傳輸光波分復用系統(tǒng)和單纖雙向傳輸光波分復用系統(tǒng)；按照線路中是否配置摻鉺光纖放大器又可分為有線路放大器波分復用系統(tǒng)和無線路放大器波分復用系統(tǒng)；按照有無波長轉發(fā)器還可分為集成式波分復用系統(tǒng)和開放式波分復用系統(tǒng)。雙纖單向傳輸光波分復用系統(tǒng)是指同時采用兩路單向光纖的光波復用系統(tǒng)，一路用于信號下傳，另一路用于信號回傳。單纖雙向傳輸光波分復用系統(tǒng)是指光信號在一根光纖上同時向兩個不同的方向傳輸，所用波長相互分開，以實現(xiàn)彼此雙方全雙工的通信聯(lián)絡

30、。3.3 WDM系統(tǒng)結構 WDM系統(tǒng)的基本構成主要有以下兩種形式： ( 1 )雙纖單向傳輸 單向 WDM是指所有光通路同時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、 具有不同波長的已調(diào)光信號通過光復用器組合在一起， 井在一根光纖中單向傳輸， 由于各信號是通過不同光波長攜帶的， 所以彼此之間不會混淆。在接收端 通過光解復用器將不同光波長的信號分開， 完成多路光信號傳輸?shù)娜蝿铡７捶较蛲ㄟ^另一根光纖傳輸， 原理相同。 ( 2 )單纖雙向傳輸 雙向WDM是指光通路在一根光纖上同時向兩個不同的方向傳輸。 所用波長相互分開，以實現(xiàn)彼此雙方全雙工的 通信聯(lián)絡。單向WDM系統(tǒng)在開發(fā)和應用方面都比

31、較廣泛。雙向W M系統(tǒng) 的開發(fā)和應用相對來說要求更高， 這是由于雙向WDM系統(tǒng)在設計和應用時必須要考慮到幾個關鍵的系統(tǒng)因素。如為了抑制多通道干擾 ( MPI ) ，必須注意到光反射的影響、 雙向通路之間的隔離、 串話的類型和數(shù)值、兩個方向傳輸?shù)墓β孰娖街岛拖嗷ラg的依賴性、 OSC傳輸和 自動功率關斷等問題，同時要使用雙向光纖放大器。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。 ( 3 ) WDM系統(tǒng)的組網(wǎng) 以上兩種方式都是點一點傳輸，如果在中間設置光分插復用器( OADM) 或光交叉連接器( OXC) 就可使各波長光信號進行合流與分流，實現(xiàn)光信息的上下通路與路由

32、分配，這樣就可以根據(jù)光纖通信線路和光網(wǎng)的業(yè)務量分布情況，合理地安排插人，或分出信號。如果根據(jù)一定的拓撲結構設置光網(wǎng)元。 就可構成先進的 WDM光傳送網(wǎng)。3.4 WDM技術的主要優(yōu)點 WDM技術具有很多優(yōu)勢，得到快速發(fā)展?？衫霉饫w的帶寬資源，使一根光纖的傳輸容量比單波長傳輸增加幾倍至幾十倍；多波長復用在單模光纖中傳輸，在大容量長途傳輸時可大量節(jié)約光纖；對于早期安裝的電纜，芯數(shù)較少，利用波分復用無需對原有系統(tǒng)作較大的改動即可進行擴容操作；由于同一光纖中傳輸?shù)男盘柌ㄩL彼此獨立，因而可以傳輸特性完全不同的信號，完成各種電信業(yè)務信號的綜合與分離，包括數(shù)字信號和模擬信號，以及PDH信號和SDH信號的綜合

33、與分離；波分復用通道對數(shù)據(jù)格式透明，即與信號速率及電調(diào)制方式無關。具體優(yōu)點可以做如下歸納： ( 1 ) 可以充分利用光的巨大帶寬資源，隨著光纖制造技術和水平提高，將來有可能在1290-1600nm開放WDM。 ( 2 ) 可節(jié)約大量光纖，對于早期敷設的芯數(shù)不多的光纜，利用 WDM可不必對原有系統(tǒng)作較大改動， 擴容比較方便?？晒?jié)省線路系統(tǒng)( 不計2.5Gbit/s 光端機和OUT ) 投資， 在160km線路上開 4 ×2.5Gbit/s WDM時比占4對光纖各開2.5Gbit/s時省28 投資當開8×2.5Gbit/s WDM時8對光纖各開2.5Gbit/s節(jié)約50 費用。

34、 ( 3 ) WDM克服 了色散對高速系統(tǒng)限制。如在現(xiàn)有以G.652 光纖擴容時，當速率達到 10Gbit/s以上時，色散成為主要限制，因光纖的色散會導致所傳輸?shù)墓饷}沖寬度的展寬。依 G. 957附件，通信距離可用下式計算 ： L(km),B是線路通信號比特率(Mbit/s ) ， D是光纖色散系數(shù) (ps/nm*km) ， 是光源的均方根譜寬 (nm)。 是發(fā)送器和光纖之間的相互作用的一個參數(shù)。G.652 傳輸 10Gbit/s系統(tǒng)的色散受限距離約60km。采用(4-8 )*2.5Gbit/s的 WDM可大大減輕色散影響。 ( 4 ) WDM可以在一根光纖上雙向傳輸也可以單向傳輸，如圖3所示

35、。單向 WDM是在一根光纖上所有光信道同時在相同方向傳送。雙向WDM是在一根光纖上光信道同時以雙向傳送，有的WDM器件具有互易性( 雙向可逆) ，即一個器件既可作合波器也可作分渡器，在一根光纖上實現(xiàn)全雙工通信。 圖3單、雙向 WDM ( 5 ) 由于同一根光纖中傳輸?shù)男盘柋舜霜毩⒐士蓚鬏敻鞣N特性不同信號。如數(shù)字信號( 如不同速率)模擬信號( 如CATV) 。 ( 6 ) WDM通道對數(shù)據(jù)格式和信息比特是透明的。與速率及電調(diào)制方式無關。在網(wǎng)絡逐步擴容和發(fā)展方面，是很適合網(wǎng)絡運營者投資策略的擴容手段。只要 增加一個附加波長 ，就可引人新業(yè)務或新容量。 ( 7 ) 利用WDM技術選路來實現(xiàn)即到來的透

36、明的，有保護 、倒換 功能 的全光網(wǎng)絡。如光分插復用器 ( 0ADM) 和光路交叉連接(OXC ) ，在大容量交換時可大大簡化網(wǎng)絡結構，而且網(wǎng)絡層次分明，各種業(yè)務的調(diào)度只需調(diào)度相應光信號的波長即可實現(xiàn)。由此帶來網(wǎng)絡的靈活性、經(jīng)濟性和可靠性。在可以預見的未來 可望實現(xiàn)的全光網(wǎng)絡中，各種信息業(yè)務的上下、交叉連接等都是在光上通過對信號的改變和調(diào)度來實現(xiàn)的 。 ( 8 ) WDM與光纖放大器(OA) 組合運用，對長距離通信可節(jié)約大量網(wǎng)元，節(jié)約投資和維護費而且設備可靠性也提高。3.5 影響WDM系統(tǒng)性能因素 波分復用的主要特性指標為插入損耗和隔離度。由于光鏈路中使用波分復用設備后，光鏈路損耗的增加量稱為

37、波分復用的插入損耗。當波長l1通過同一光纖傳送時，在與分波器中輸入端l2的功率與l1輸出端光纖中混入的功率之間的差值稱為隔離度。 而在WDM系統(tǒng)中，首先，光輸入波長的穩(wěn)定性是影響系統(tǒng)性能的一個重要因素，如果系統(tǒng)的中心頻偏過大，會造成相鄰信道間的串擾過大，增加誤碼率。其次，光線的色散是限制光纖通信系統(tǒng)的一個重要因素。對于模擬信號，色散限制其帶寬；對于數(shù)字信號，則色散使光脈沖展寬，并且隨著傳輸距離增加而增大，從而容易產(chǎn)生碼間干擾，增加了誤碼率，進而限制了傳輸速率。再次，隨著WDM系統(tǒng)中信道數(shù)增多，非線性效應成為影響系統(tǒng)性能的主要因素。3.6 WDM系統(tǒng)安全問題及其保護3.6.1 系統(tǒng)安全對于含光放

38、大器的WDM系統(tǒng)，安全問題特別重要。因為一般情況下，光放大器系統(tǒng)工作在高功率情況下，有的已經(jīng)在光纖安全功率極限的邊緣。對鏈路切斷情況下可能引起的強烈“浪涌”效應更應加以重視。 （1）光“浪涌”的產(chǎn)生在光纜突然被切斷或其它原因?qū)е滦盘杹G失時，如果泵浦源不關閉。泵浦源還處于泵浦狀態(tài)，使高能級泵浦狀態(tài)下的離子濃度達到最大。這時，當信號經(jīng)過一段時間恢復后。如果一個較高功率的信號進入摻鉺光纖。將引起幾乎所有的亞穩(wěn)態(tài)離子發(fā)生受激輻射翻轉。使EDFA輸出達到一個最大值，即產(chǎn)生光“浪涌”。 （2）光浪涌的防止當光纜切斷或其它原因引起Los被檢出時，當時間積累到一定長度，應減少直至切斷向EDFA饋送的泵功率。而

39、當鏈路恢復時，應待光信號恢復一定時間后，再恢復EDFA泵功率。對于WDM 系統(tǒng)，只有當所有主通路的光信號都丟失時才啟動EDFA自動功率關斷進程。3.6.2 WDM系統(tǒng)保護 （1）基于單個波長的保護：基于單個波長在“SDH”層實施1+1或 1:n的保護，所有的系統(tǒng)設備都需要有備份。SDH信號在發(fā)送端被永久橋接在工作系統(tǒng)和保護系統(tǒng)上。在接收端監(jiān)視從這兩個WDM系統(tǒng)收到的SDH信號狀態(tài)，并選擇更合適的信號。與此原理相一致，還可以實現(xiàn)基于單個波長，在SDH層實施1:n。 （2）光復用段（OMSP）保護： 只在光路上進行1+1保護，而不對終端設備進行保護。在發(fā)端和收端分別使用1×2光分路器或光

40、開關。在發(fā)送端對合路的光信號進行分離，在接收端對光信號進行選路。在這種采用光分路器和光開關的光復用段保護方案系統(tǒng)中，只有光纜和WDM的線路系統(tǒng)是備份的。人們也可以用N:2耦合器來代替復用器和1:2分路器。 第四章 光波分復用系統(tǒng)的應用 41 波分復用在長途通信干線中的應用 波分復用系統(tǒng)在長途通信干線中的應用框圖如圖 1所示 。在發(fā)送端 ，一個信道的光發(fā)射機發(fā)出一束不同波長的光載波， 經(jīng)合波器復用后進入一根光纖， 考慮到長距離傳輸?shù)膶嶋H情況，需再經(jīng)摻鉺光纖放大器對其進行功率放大，然后進入光纖中傳輸。 當傳輸距離較遠時，可中途加入摻鉺光纖放大器對信號進行放大在接收端， 經(jīng)分波器將不同波長分開，送人

41、一個信道的接收機來進行信號處理。4.2 波分復用在接入網(wǎng)中的應用 光波分復用是將兩種或多種不同波長的光載波信號（攜帶有名種類型的信息），在發(fā)送端經(jīng)復用器（亦稱合波器，multiplexer）把這些光載波信號匯合在一起，并耦合到光線路中同一根光纖中進行傳輸；在接收端經(jīng)分波器（亦稱解復用器或去復用器，demulti-plexer）將各種波長的光載波進行分離，然后由光接收機相應的進一步處理恢復信號。這種復用方式稱為波分復用?？梢允菃蜗騻鬏敚部梢允请p向傳輸。WDM本質(zhì)上是光域上的頻分復用（FDM）技術，WDM系統(tǒng)的每個信道通過頻域的分割來實現(xiàn)，如圖2所示。每個信道占用一段光纖的帶寬，與過去同軸電纜F

42、DM技術不同的是：(1）傳輸媒介不同，WDM系統(tǒng)是光信號上的頻率分割，而同軸系統(tǒng)是電信號上的頻率分割。(2）在每個通路上，同軸電纜系統(tǒng)傳輸?shù)氖悄M的4KHZ語音信號，而WDM系統(tǒng)目前每個通路上傳輸?shù)氖菙?shù)字信號SDH2.5Gbit/s或更高速率的數(shù)字信號。目前，波分復用系統(tǒng)在接入網(wǎng)中的應用主要有無源雙星形渡 分復用接入網(wǎng)和光纖 同軸電纜混合型波分復用接入網(wǎng)等。 無源雙星形波分復 用接入網(wǎng)的結構如圖4所示，一根光纜可分為7 " 1 條分支光纜( S t 一2 ，4，6，8 ，16，32等) 。 不同的光分配器具有不同的分光比， 也即具 有不同的光衰減， 它由各條光纜的傳輸距離而決定。無源

43、設備適應環(huán)境能力強， 既可置于室外 ， 維護維修 和管理方便，也可升級發(fā)展成光纖到戶，適用于寬帶業(yè)務的需要，是目前市話網(wǎng)的首選方案。 圖4無源雙星型WDM接入網(wǎng)光纖同軸電纜混合型波分復用接入網(wǎng)的結構見圖5.在發(fā)送端，通過合波器將電話，數(shù)據(jù)，電視等信號混合成一路進行傳輸。在接收端，再通過分波器將它們分開。對于數(shù)據(jù)和電話業(yè)務，可通過雙絞線電纜送用戶；對于電視等，則可通過同軸電纜進行傳送。其特點是造價低廉，可分期投入，逐漸升級。 圖5光纖 同軸電纜混合型WDM接入網(wǎng)1多種客戶信號封裝和透明傳輸基于ITU-T G.709的OTN幀結構可以支持多種客戶信號的映射和透明傳輸，如SDH、GE和10GE等。目

44、前對于SDH和ATM可實現(xiàn)標準封裝和透明傳送，但對于不同速率以太網(wǎng)的支持有所差異。2大顆粒的帶寬復用、交叉和配置OTN目前定義的電層帶寬顆粒為光通道數(shù)據(jù)單元（ODUk，k=1,2,3），即ODU1(2.5Gb/s)、ODU2(10Gb/s)和ODU3(40Gb/s)，光層的帶寬顆粒為波長，相對于SDH的VC-12/VC-4的調(diào)度顆粒，OTN復用、交叉和配置的顆粒明顯要大很多，對高帶寬數(shù)據(jù)客戶業(yè)務的適配和傳送效率顯著提升。在OTN大容量交叉的基礎上，通過引入ASON智能控制平面，可以提高光傳送網(wǎng)的保護恢復能力，改善網(wǎng)絡調(diào)度能力。3強大的開銷和維護管理能力 OTN提供了和SDH類似的開銷管理能力，

45、OTN光通道(OCh)層的OTN幀結構大大增強了該層的數(shù)字監(jiān)視能力。另外OTN還提供6層嵌套串聯(lián)連接監(jiān)視（TCM）功能，這樣使得OTN組網(wǎng)時，采取端到端和多個分段同時進行性能監(jiān)視的方式成為可能。OTUk層的段監(jiān)測字節(jié)（SM）可以對電再生段進行性能和故障監(jiān)測；ODUk層的通道監(jiān)測字節(jié)（PM）可以對端到端的波長通道進行性能和故障監(jiān)測。4增強了組網(wǎng)和保護能力通過OTN幀結構、ODUk交叉和多維度可重構光分插復用器（ROADM）的引入，大大增強了光傳送網(wǎng)的組網(wǎng)能力，改變了基于SDH VC-12/VC-4調(diào)度帶寬和WDM點到點提供大容量傳送帶寬的現(xiàn)狀。前向糾錯（FEC）技術的采用，顯著增加了光層傳輸?shù)木?/p>

46、離。另外，OTN將提供更為靈活的基于電層和光層的業(yè)務保護功能。 第五章 光波分復用技術的前景展望 5.1 前景展望 WDM技術問世時間不長，但由于具有許多顯著的優(yōu)點迅速得到推廣應用。建立一個以它和OXC（光交叉連接）為基礎的光網(wǎng)絡層，實現(xiàn)用戶端到端的全光網(wǎng)連接，用一個純粹的“全光網(wǎng)”消除光電轉換的瓶頸將是未來的趨勢?，F(xiàn)在WDM技術還是基于點到點的方式，但點到點的WDM技術作為全光網(wǎng)通訊的第一步，也是最重要的一步，它的應用和實踐對于全光網(wǎng)的發(fā)展起到?jīng)Q定性的作用。形成一個光層的網(wǎng)絡既全光網(wǎng)，將是光通訊的最高階段。 AON是光纖通信技術發(fā)展的最高階段，也是理想階段。目前，光傳輸速率不斷提高，預計在未

47、來10年還將提高100 倍，在這種超高速網(wǎng)中，如果繼續(xù)采用原有的網(wǎng)絡節(jié)點設備，整個網(wǎng)絡必將變得龐大復雜難以實現(xiàn)，采用電信號處理信息將給高速傳輸帶來電子“瓶頸”，超高速帶來的經(jīng)濟效益將被昂貴的光電和電光轉換費用所抵消，因此實現(xiàn)是唯一的出路。 由于打破了光/ 電轉換的“瓶頸 ”，采用AON可實現(xiàn)超大容量的網(wǎng)絡。同時，具有網(wǎng)絡的可擴展性，即允許網(wǎng)絡節(jié)點數(shù)和業(yè)務量地不斷增長，而不影響原有 的網(wǎng)絡結構。AON的透明性允許不同體制、格式和速率的信號的混合，允許現(xiàn)有和任何未來的新系統(tǒng)的互連。AON 還具有可重構性，采用關鍵網(wǎng)元 OADM 和 OXC 可使網(wǎng)絡的組建更加靈活。同時由于采用無源的光器件，故障率下

48、 降，使 AON 有更高的可靠性和可維護性。特別是對于我國這樣一個幅員遼闊、具有龐大干線網(wǎng)的國家，將在干線網(wǎng)的交叉節(jié)點上引入OXC和光波長變換，形成端到端的“虛波長”通路，實現(xiàn)用戶端 到端 的AON連接。這將使電路之間的調(diào)配轉接變得簡單和方便。從發(fā)展趨勢看，形成一個真正的、以 WDM技術及光交換技術為主的光網(wǎng)絡層，建立純粹的AON，消除光/ 電“瓶頸 ”已成為光通信發(fā)展的必然，這完全符合傳送 網(wǎng)的分層化 的趨勢。在 電路 DXC 和 ADM之下提出了一個新的光網(wǎng)絡層，簡化了網(wǎng)絡結構，提高了網(wǎng)絡可靠性，并且與業(yè)務和承載信號無關，具有重要的現(xiàn)實和長遠意義。 實際上， 世紀的通信網(wǎng)將成為光子網(wǎng)絡，載

49、有信息的光子將直接進入城域網(wǎng)、企業(yè)網(wǎng)、路由器和服務器，甚至用戶家庭。當然AON的發(fā)展還處于初期階段，但它已顯示出了良好的發(fā)展前景。 光波分復用技術及其通信應用自提出到現(xiàn)在還不到20 年，人們對器件結構及通信都進行丁很多研究， 取得了不小的進展。但是由于出現(xiàn)了相干光通信以及光孤子通信的研究 光波分復用技術在通信方面的應用曾一度出現(xiàn)徘徊， 從而也影響了在這一技術領域更為深入的研究。近年來，摻鉺光纖放大器( EDFA) 的研制成功并且實用化，人們不得不重新評價光波分復用技術，重新考慮光波分復用技術在通信應用中的地位。 熔融型的雙波長光波分復用器，無論是器件性能還是制作工藝，均可以達到實用化的要求。這種光波分復用器結構簡單，易與光纖耦合，對光源及光接收器件無特殊要求， 而且價格便宜，采用這種光波分復用器進行擴容時， 對原 有系統(tǒng)不用作改動。這是一種非常廉價的、 非常實用的光波分復用器件， 在混合光纖同軸網(wǎng)和光纖用戶同中有廣闊的應用前景。 有關專家認為， 新一代的光纖通信系統(tǒng)將以摻鉺光纖放大器( EDFA) 和波分復用 ( WDM) 技術為核心。近年對密集波分復用器作了大量的研究，也報導了許多成果，例如 1996年初AT T進行 20Gbit/s 的光波分復用的試驗。這意味著一根光纖的容量達 到了1000 Gbit/s ，即一根光纖可以同時傳輸