光纖通信-第7章 光纖通信系統(tǒng)

第7章光纖通信系統(tǒng)7.1數(shù)字光纖通信系統(tǒng)7.2IM-DD數(shù)字光纖通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)7.3WDM+EDFA數(shù)字光纖鏈路設(shè)計(jì)習(xí)題七7.3數(shù)字光纖通信系統(tǒng)7.3.1系統(tǒng)構(gòu)成目前，強(qiáng)度調(diào)制—直接檢波（IM-DD）光纖通信系統(tǒng)還是最常用的方式。圖7.9就是一個(gè)IM-DD系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。它包括PCM端機(jī)，電發(fā)送、接收端機(jī)，光發(fā)送、接收端機(jī)，光纖線路，中繼器等。圖7.9數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的組成原理圖用戶輸入的電信號是模擬信號，包括語音、圖像信號等。這些電信號在PCM端機(jī)中被轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號（A/D轉(zhuǎn)換），完成PCM編碼，并按時(shí)分復(fù)用的方式復(fù)接。PCM編碼包括抽樣、量化、編碼三個(gè)步驟，如圖7.10左半部分所示。把連續(xù)的模擬信號以一定的抽樣頻率f或時(shí)間間隔T抽出瞬時(shí)的幅度值，再把這些幅度值分成有限的等級，四舍五入進(jìn)行量化。如圖中把幅度值分為8種，所以每個(gè)范圍內(nèi)的幅度值對應(yīng)一個(gè)量化值，這8個(gè)值可以用3位二進(jìn)制數(shù)表示，比如0對應(yīng)000，1對應(yīng)001，2對應(yīng)010，3對應(yīng)011，4對應(yīng)100，5對應(yīng)101，6對應(yīng)110，7對應(yīng)111。如果把信號電平分為m個(gè)等級，就可以用N=log2m個(gè)二進(jìn)制脈沖來表示。顯然這樣的量化會帶來失真，稱為量化失真，量化等級分得越細(xì)，失真越小。這樣原來的連續(xù)模擬信號就變成了離散的數(shù)字信號0和1。這種信號經(jīng)過信道傳輸，在接收端經(jīng)過解碼、濾波后就可以恢復(fù)出原來的信號。根據(jù)奈奎斯特（Nyquist）抽樣定理，只要抽樣頻率f大于傳輸信號的最高頻率fs的兩倍，即f>2fs，在接收端就完全感覺不到信號的失真。圖7.10PCM編碼和解碼過程PCM信號中的一個(gè)碼元所占用的時(shí)間T稱為碼長，單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)拇a元數(shù)稱為碼速率B，B=1/T。語音信號的最高速率為4kHz，則抽樣頻率為8kHz，即抽樣周期為125μs。對于一個(gè)8位碼（8b/s），一個(gè)PCM語音信號的速率為8×8=64kb/s。如果采用時(shí)分復(fù)用的形式，30個(gè)話路為一個(gè)基群，則根據(jù)準(zhǔn)同步數(shù)字體系（PDH），一個(gè)基群速率為2.048Mb/s。7.3.2PDH與SDH傳輸體制為了提高信道利用率，可以采用多路復(fù)用的方式在同一條信道上傳輸多路信號。復(fù)用方式有時(shí)分復(fù)用、頻分復(fù)用（波分復(fù)用）、碼分復(fù)用等。目前較常用的方式是時(shí)分復(fù)用，是指不同的信號在同一個(gè)信道上占用不同的時(shí)隙。如圖7.11所示，1～N路信號在不同的時(shí)隙依次輸入，在接收端的不同時(shí)隙，信號送入相應(yīng)支路。為了進(jìn)行幀同步、誤碼檢測、系統(tǒng)監(jiān)測等功能，需要在每一幀中附加幀開銷（FOH）時(shí)隙。圖7.11數(shù)字信號的時(shí)分復(fù)用PDH（PlesiochronousDigitalHierarchy）是指準(zhǔn)同步數(shù)字體系。根據(jù)國際電報(bào)電話咨詢委員會CCITT（現(xiàn)改為國際電聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)化組織ITU-T）G.702建議，PDH的基群速率有兩種，即PCM30/32路系統(tǒng)和PCM24路系統(tǒng)。我國和歐洲各國采用PCM30/32路系統(tǒng)，其中每一幀的幀長是125μs，共有32個(gè)時(shí)隙（TS0～TS31），其中30個(gè)為話路（TS1～TS15和TS17～TS31），時(shí)隙TS0被用作幀同步信號的傳輸，而時(shí)隙TS16用作信令及復(fù)幀同步信號的傳輸。每個(gè)時(shí)隙包含8bit，所以每幀有8×32=256bit，碼速率為256bit×（1/125μs）=2.048Mb/s。日本和北美使用的PCM24路系統(tǒng)，基群速率為1.544Mb/s。幾個(gè)基群信號（一次群）又可以復(fù)用到二次群，幾個(gè)二次群又可復(fù)用到三次群……。表7.1是PDH各次群的標(biāo)準(zhǔn)比特率。表7.1PDH各次群的標(biāo)準(zhǔn)比特率PDH可以很好地適應(yīng)傳統(tǒng)的點(diǎn)對點(diǎn)通信，但這種數(shù)字系列主要是為話音設(shè)計(jì)的，除了低次群采用同步復(fù)接外，高次群均采用異步復(fù)接，通過增加額外比特使各支路信號與復(fù)接設(shè)備同步，雖然各支路的數(shù)字信號流標(biāo)稱值相同，但它們的主時(shí)鐘是彼此獨(dú)立的。隨著信息化社會的到來，這樣的結(jié)構(gòu)已遠(yuǎn)不能適應(yīng)現(xiàn)代通信網(wǎng)對信號寬帶化、多樣化的要求。PDH主要存在以下缺點(diǎn)：(1)我國和歐洲、北美、日本各自有不同的PDH數(shù)字體系，這些體系互不兼容，造成國際互通的困難。(2)PDH的高次群是異步復(fù)接，每次復(fù)接就進(jìn)行一次碼速調(diào)整，因而無法直接從高次群中提取支路信息，每次插入/取出一個(gè)低次群信號（上下話路）都要逐次群的復(fù)用解復(fù)用，使得復(fù)用結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜，缺乏靈活性。(3)沒有統(tǒng)一的光接口。PDH數(shù)字體系僅僅規(guī)范了電接口的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，各廠家開發(fā)的光接口不兼容，光路互通要先轉(zhuǎn)換為電接口，因此限制了聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的靈活性，增加了網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性。(4)PDH預(yù)留的插入比特較少，使得網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行、管理和維護(hù)（OAM）較困難，無法適應(yīng)新一代網(wǎng)絡(luò)的要求。

(5)PDH體系建立在點(diǎn)對點(diǎn)傳輸?shù)幕A(chǔ)上，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較為簡單，無法提供最佳的路由選擇，使得設(shè)備利用率較低。PDH體系所存在的上述種種缺陷導(dǎo)致了一種新的數(shù)字體系——同步光網(wǎng)絡(luò)SONET（SynchronousOpticalNetwork）的產(chǎn)生。最初提出這個(gè)概念的是美國貝爾通信研究所。SONET于1986年成為美國新的數(shù)字體系標(biāo)準(zhǔn)。1988年，CCITT接受了SONET的概念并命名為同步數(shù)字體系SDH（SynchronousDigitalhierarchy）。SDH后來又經(jīng)過修改和完善，成為涉及比特率、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接口、復(fù)用結(jié)構(gòu)、復(fù)用設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)管理、線路系統(tǒng)、光接口、信息模型、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等的一系列標(biāo)準(zhǔn)，成為不僅適用于光纖傳輸，也是適用于微波和衛(wèi)星傳輸通信的技術(shù)體制。SDH的主要特點(diǎn)如下：(1)SDH有一套標(biāo)準(zhǔn)的信息等級結(jié)構(gòu)，稱之為同步傳送模塊STM-N，其中第一級為STM-1，速率為155.520Mb/s。PDH互不兼容的體系可以在SDH的STM-1上進(jìn)行兼容，實(shí)現(xiàn)了高速數(shù)字傳輸?shù)氖澜缃y(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。(2)SDH的幀結(jié)構(gòu)是矩形塊狀結(jié)構(gòu)，低速率支路的分布規(guī)律性極強(qiáng)，可以利用指針（PTR）指出其位置，一次性地直接從高速信號中取出，而不必逐級分接，這使得上下話路變得極為簡單。(3)SDH幀結(jié)構(gòu)中擁有豐富的開銷比特，使得網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行、管理、維護(hù)（OAM）能力大大增強(qiáng)。預(yù)留的備用字節(jié)可以進(jìn)一步滿足智能化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的需要。(4)SDH具有統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接口，不同廠家的設(shè)備，只要應(yīng)用類別相同，就可以實(shí)現(xiàn)光路上的互通。(5)SDH采用同步和靈活的復(fù)用方式，大大簡化了數(shù)字交叉連接（DXC）設(shè)備和分插復(fù)用器（ADM）的實(shí)現(xiàn)，增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的自愈功能，并可根據(jù)用戶的要求進(jìn)行動(dòng)態(tài)組網(wǎng)，便于網(wǎng)絡(luò)調(diào)度。(6)SDH不但實(shí)現(xiàn)了PDH向SDH的過渡，還支持異步轉(zhuǎn)移模式（ATM）和寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（ISDN）業(yè)務(wù)。ATM的信元可以裝入到STM-1中，用基于SDH的網(wǎng)進(jìn)行傳送。SDH能很好地支持ISDN。SDH有上述種種優(yōu)點(diǎn)，但SDH也有不足：SDH的頻帶利用率比起PDH有所下降；SDH網(wǎng)絡(luò)采用指針調(diào)整技術(shù)來完成不同SDH網(wǎng)之間的同步，使得設(shè)備復(fù)雜，同時(shí)字節(jié)調(diào)整所帶來的輸出抖動(dòng)也大于PDH；軟件控制并支配了網(wǎng)絡(luò)中的交叉連接和復(fù)用設(shè)備，一旦出現(xiàn)軟件操作錯(cuò)誤或病毒，容易造成網(wǎng)絡(luò)全面故障。盡管如此，SDH的良好性能已經(jīng)得到了公認(rèn)，成為未來傳輸網(wǎng)發(fā)展的主流。7.4IM-DD數(shù)字光纖通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)7.4.1總體設(shè)計(jì)考慮我們知道，數(shù)字光纖通信系統(tǒng)一般采用強(qiáng)度調(diào)制、直接檢測的方式，即IM-DD方式。它包括三大部分，即光發(fā)送機(jī)、光接收機(jī)和光纖線路。每一部分都涉及許多的光電器件，所以對鏈路的設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的工作，這里僅對原則性的問題作一下介紹。光纖通信系統(tǒng)的基本要求有以下幾點(diǎn)：

(1)預(yù)期的傳輸距離(2)信道帶寬或碼速率(3)系統(tǒng)性能（誤碼率，信噪比）為了達(dá)到這些要求，需要對以下一些要素進(jìn)行考慮：

光纖：需要考慮選用單模還是多模光纖，需要考慮的設(shè)計(jì)參數(shù)有：纖芯尺寸、纖芯折射率分布、光纖的帶寬或色散特性、衰耗特性。

光源：可以使用LED或LD，光源器件的參數(shù)有發(fā)射功率、發(fā)射波長、發(fā)射頻譜寬度、方向圖等。

檢測器：可以使用PIN組件或APD組件，主要的器件參數(shù)有工作波長、響應(yīng)度、接收靈敏度、響應(yīng)時(shí)間等。

1.

假想?yún)⒖紨?shù)字鏈路設(shè)計(jì)一個(gè)光纖傳輸鏈路，要滿足CCITT有關(guān)文獻(xiàn)和我國國標(biāo)的規(guī)定，就要假想一個(gè)傳輸模型。一個(gè)很長距離的傳輸系統(tǒng)一般包含若干個(gè)數(shù)字段，對這個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)就包含這樣一些內(nèi)容：

根據(jù)通信系統(tǒng)性能指標(biāo)的要求，確定這個(gè)數(shù)字鏈路中由幾個(gè)數(shù)字段組成，每個(gè)數(shù)字段的長度；每個(gè)站應(yīng)配備的設(shè)備；總的系統(tǒng)要求的技術(shù)指標(biāo)，如何在各數(shù)字段之間分配。中繼站應(yīng)考慮上下話路的需要和信號放大再生的功能。

2.

采用的傳輸制式以前的數(shù)字傳輸鏈路使用的是PDH體制，現(xiàn)在SDH技術(shù)已經(jīng)成熟并已在線路上大量使用，鑒于SDH設(shè)備良好的性能和兼容性，長途干線傳輸或大城市的市話系統(tǒng)都應(yīng)該采用SDH。但為了節(jié)省成本，農(nóng)村線路也可以適當(dāng)采用PDH。

3.

工作波長的確定工作波長可根據(jù)通信距離和通信容量進(jìn)行選擇。如果是短距離小容量的系統(tǒng)，則可以選擇短波長范圍，即800～900nm。如果是長距離大容量的系統(tǒng)，則選用長波長的傳輸窗口，即1310nm和1550nm，因?yàn)檫@兩個(gè)波長區(qū)具有較低的損耗和色散。另外，還要注意所選用的波長區(qū)具有可供選擇的相對器件。

4.

光纖的選擇

光纖有多模光纖和單模光纖，每種都有階躍的和漸變折射率的纖芯分布。對于短距離傳輸和短波長應(yīng)用，可以用多模光纖。但長波長傳輸使用單模光纖。目前可選擇的單模光纖有G.652，G.653，G.654，G.655等。G.652對于1310nm波段是最佳選擇；G.653只適合于1550nm波段；對于WDM系統(tǒng)，G.655比較合適。另外，光纖的選擇也與光源有關(guān)，LED與單模光纖的耦合率很低，所以LED一般用多模光纖，但近來1310nm的邊發(fā)光二極管與單模光纖的耦合取得了進(jìn)展。另外，對于傳輸距離為數(shù)百米的系統(tǒng)，可以用塑料光纖配以LED。5.

光檢測器的選擇

選擇檢測器需要看系統(tǒng)在滿足特定誤碼率的情況下所需的最小接收光功率，即接收機(jī)的靈敏度，此外還要考慮檢測器的可靠性、成本和復(fù)雜程度。PIN比起APD來結(jié)構(gòu)簡單，溫度特性更加穩(wěn)定，成本低廉。但是若要檢測極其微弱的信號，還需要靈敏度較高的APD。

6.

光源的選擇

選擇LED還是LD，需要考慮一些系統(tǒng)參數(shù)，比如色散、碼速率、傳輸距離和成本等。LED輸出頻譜的譜寬比起LD來寬得多，這樣引起的色散較大，使得LED的傳輸容量（碼速距離積）較低，限制在2500（Mb/s）·km以下（1310nm）；而LD的譜線較窄，傳輸容量可達(dá)500（Gb/s）·km（1550nm）。典型情況下，LD耦合進(jìn)光纖中的光功率比LED高出10～15dB，因此會有更大的無中繼傳輸距離。但是LD的價(jià)格比較昂貴，發(fā)送電路復(fù)雜，并且需要自動(dòng)功率和溫度控制電路。而LED價(jià)格便宜，線性好，對溫度不敏感，線路簡單。設(shè)計(jì)電路時(shí)需要綜合考慮這些因素。

7.4.2設(shè)計(jì)方法光纖通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)既可以使用最壞值設(shè)計(jì)也可以進(jìn)行統(tǒng)計(jì)設(shè)計(jì)。使用最壞值設(shè)計(jì)時(shí)，所有考慮在內(nèi)的參數(shù)都以最壞的情況考慮。用這種方法設(shè)計(jì)出來的指標(biāo)肯定滿足系統(tǒng)要求，系統(tǒng)的可靠性較高，但由于在實(shí)際應(yīng)用中所有參數(shù)同時(shí)取最壞值的概率非常小，所以這種方法的富余度較大，總成本偏高。統(tǒng)計(jì)設(shè)計(jì)方法是按各參數(shù)的統(tǒng)計(jì)分布特性取值的，即通過事先確定一個(gè)系統(tǒng)的可靠性代價(jià)來換取較長的中繼距離。這種方法考慮各參數(shù)統(tǒng)計(jì)分布時(shí)較復(fù)雜，系統(tǒng)可靠性不如最壞值法，但成本相對較低，中繼距離可以有所延長。另外也可以綜合考慮這兩種方法，部分參數(shù)值按最壞值處理，部分參數(shù)取統(tǒng)計(jì)值，從而得到相對穩(wěn)定，成本適中，計(jì)算簡單的系統(tǒng)。一個(gè)光纖鏈路，如果損耗是限制光中繼距離的主要因素，則這個(gè)系統(tǒng)就是損耗受限的系統(tǒng)；如果光信號的色散展寬最終成為限制系統(tǒng)中繼距離的主要因素，則這個(gè)系統(tǒng)就是色散受限的系統(tǒng)。損耗系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法一個(gè)點(diǎn)到點(diǎn)鏈路的光功率損耗模型如圖7.14所示。圖7.14點(diǎn)到點(diǎn)鏈路的光功率損耗模型L為從S點(diǎn)到R點(diǎn)的中繼距離。一般在光發(fā)送機(jī)之后和光接收機(jī)之前各有一個(gè)活動(dòng)接頭，活動(dòng)接頭損耗為αc。每段光纖之間會固定連接器連接，每個(gè)連接器的損耗為αs。假設(shè)每段光纖的長度為LF，每段光纖的損耗為αF，則會有N=（L/LF）-1個(gè)固定連接器。有時(shí)候也可以把連接器損耗αs等效分布到光纖損耗αF里。PS為S點(diǎn)發(fā)射機(jī)的出纖功率，PR為R點(diǎn)進(jìn)入接收機(jī)的功率?？紤]到設(shè)備的老化、溫度的波動(dòng)等因素，應(yīng)該留有系統(tǒng)功率富余度M。由此有下式：

PS-PR=2αc+Nαs+αFL+M則傳輸距離為（7.20）例如，一個(gè)速率為20Mb/s，誤碼率為10-9的數(shù)字傳輸鏈路，可以選擇接收機(jī)工作在850nm的PIN光電二極管，接收機(jī)的靈敏度為-42dBm。如果選擇GaAlAsLED，使其能夠把50μW（-13dBm）的平均光功率耦合進(jìn)多模光纖，則允許的光功率損耗為29dB。假設(shè)在發(fā)送機(jī)和接收機(jī)處各有一個(gè)損耗為1dB的連接器，系統(tǒng)功率富余度為6dB，則有29=2×1+αFL+6如果光纖損耗（包含接頭損耗）αF為3.5dB/km，則傳輸距離為6km。

圖7.15系統(tǒng)功率預(yù)算作圖法圖中橫軸表示傳輸距離，縱軸表示光功率。在發(fā)送機(jī)輸出功率為-13dBm處和接收機(jī)光功率為-42dBm處各畫一水平線，其間距離表示線路上所允許的光功率損耗。發(fā)送和接收端各有接頭損耗1dB，所以在此發(fā)送機(jī)光功率之下和接收機(jī)功率之上各畫一條水平線，在其間再作出6dB的系統(tǒng)功率富余度，則剩下的距離是光纖鏈路可用的衰減，假設(shè)光纖損耗（包括熔接頭損耗)為3.5dB/km，再作斜率為3.5dB/km的斜線，此斜線起點(diǎn)為耦合入纖的光功率，即-14dBm處，則最終相交點(diǎn)D表示的距離為線路預(yù)期的傳輸距離，即為6km。在上述計(jì)算中認(rèn)為接收機(jī)靈敏度是常數(shù)，而在實(shí)際系統(tǒng)中，光纖中脈沖展寬會隨著傳輸距離的增長而增長，此時(shí)的接收機(jī)靈敏度會下降，即圖7.15中的接收機(jī)靈敏度不是一條直線，而是向上彎曲的曲線，這樣提早與斜線相交，從而使傳輸距離下降。所以不能直接求解傳輸距離，只能用數(shù)值解或圖解法。7.5WDM+EDFA數(shù)字光纖鏈路設(shè)計(jì)7.5.1總體設(shè)計(jì)考慮光波分復(fù)用WDM(WavelengthDivisionMultiplexing）技術(shù)是未來高速全光通信中傳輸容量潛力最大的一種多信道復(fù)用方式。它可以在一根光纖中傳輸多個(gè)波長的光信號。其基本原理是在發(fā)送端將不同波長的光信號組合起來，耦合到光纜線路中在同一根光纖上傳輸，在接收端將組合的光波長分開，不同波長的信號送入不同的終端。必須強(qiáng)調(diào)的是，EDFA是這種多波長系統(tǒng)走向?qū)嵱没年P(guān)鍵技術(shù)，它可以在幾個(gè)太赫茲的波長范圍內(nèi)同時(shí)給多個(gè)波長提供增益。WDM技術(shù)可以分為三種：稀疏的WDM、密集的WDM和致密的WDM。致密的WDM又稱為光頻分復(fù)用（OFDM）。在20世紀(jì)80年代中期，復(fù)用信道的波長間隔為幾十到幾百個(gè)納米，比如1310nm和1550nm波長的簡單復(fù)用，這種復(fù)用被稱為CWDM。20世紀(jì)90年代后，EDFA的實(shí)用化使得35～40nm的寬帶放大成為可能。由此密集的WDM即DWDM技術(shù)發(fā)展起來，它在1550nm波長區(qū)密集復(fù)用多個(gè)波長，波長間隔為0.8nm（1550nm對應(yīng)100GHz頻率間隔）的整數(shù)倍，即0.8nm，1.6nm，2.4nm等。而OFDM主要指相干光通信，其復(fù)用信道頻率間隔僅為幾個(gè)吉赫或幾十個(gè)吉赫。具體分類參見圖7.18。圖7.18光波分復(fù)用技術(shù)1.波分復(fù)用系統(tǒng)的基本構(gòu)成WDM系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)基本上有以下兩種形式。1)多路復(fù)用單纖傳輸如圖7.19所示，N個(gè)不同波長的發(fā)送機(jī)經(jīng)過復(fù)用器M耦合到一根光纖中進(jìn)行傳輸。在接收端經(jīng)過解復(fù)用器D把不同波長分離開，送到不同的光接收機(jī)。圖7.19多路復(fù)用單纖傳輸2)光雙向傳輸如圖7.20所示，在一根光纖中實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方向信號的同時(shí)傳輸。MD是具有波長選路功能的復(fù)用/解復(fù)用器。其中λ1和λ2是兩個(gè)不同方向的光信號。也可以實(shí)現(xiàn)λ1,…，λn為一個(gè)方向，而λn+1，…,λ2n為另一個(gè)方向的多波長雙向傳輸。圖7.20雙向單纖傳輸2.波分復(fù)用系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)(1)提高了光纖的頻帶利用率。先前的通信系統(tǒng)只能在一根光纖中傳輸一個(gè)光波長的信號，但光纖本身在長波長區(qū)具有很寬的低損耗區(qū)，而波分復(fù)用技術(shù)提高了低損耗區(qū)的利用率，降低了傳輸成本。(2)對不同的信號具有很好的兼容性。利用WDM技術(shù)，不同性質(zhì)的信號（音頻、視頻、數(shù)據(jù)、文字、圖像等）可以調(diào)制在不同的波長上，各個(gè)波長相互獨(dú)立，對數(shù)據(jù)格式、速率的傳輸是透明的，因此可以同時(shí)進(jìn)行傳輸。(3)節(jié)約投資。可以實(shí)現(xiàn)單根光纖的雙向傳輸，對于全雙工通信可以節(jié)約大量的線路資源，并且如果現(xiàn)有線路的富余度允許，可以在現(xiàn)有的線路上方便地實(shí)現(xiàn)擴(kuò)容，而不必對原系統(tǒng)做較大改動(dòng)。

(4)降低光電器件的超高速要求。使用WDM技術(shù)，可適當(dāng)降低對器件高速響應(yīng)的要求而同時(shí)又實(shí)現(xiàn)大容量傳輸。(5)可以靈活組網(wǎng)。使用WDM技術(shù)選路，可以在不改變光纖設(shè)施的條件下，調(diào)整光通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在通信網(wǎng)設(shè)計(jì)中具有靈活性和自由度，便于對系統(tǒng)功能和應(yīng)用范圍的擴(kuò)展。

3.波分復(fù)用系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)WDM技術(shù)對現(xiàn)代光纖通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展具有重大意義，但WDM技術(shù)的實(shí)現(xiàn)依賴于一些關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。這些關(guān)鍵技術(shù)主要包括以下幾點(diǎn)。1)波長穩(wěn)定問題WDM系統(tǒng)中要求各種器件的波長具有穩(wěn)定性和精確性。激光器、濾波器和復(fù)用器的波長特性會隨著工作條件（溫度、電流、老化等）的變化而發(fā)生漂移，而波長的漂移會給信道之間帶來串?dāng)_，使系統(tǒng)無法穩(wěn)定、可靠地工作，甚至使系統(tǒng)停止工作。2)信道串?dāng)_問題當(dāng)一個(gè)信道的信號功率轉(zhuǎn)移到另外一個(gè)信道時(shí)，就會使其他信道的誤碼率升高，靈敏度降低。串?dāng)_分為線性串?dāng)_和非線性串?dāng)_。線性串?dāng)_一般發(fā)生在解復(fù)用之后，在1.6nm或0.8nm光信道間隔下，目前的解復(fù)用器在2.5Gb/s系統(tǒng)中隔離度大于25dB，基本上可以滿足WDM系統(tǒng)的要求，但對于更高速的系統(tǒng)，還有待研究。而非線性串?dāng)_和光纖的非線性效應(yīng)有關(guān)，包括受激拉曼散射（SRS），受激布里淵散射（SBS），自相位調(diào)制（SPM），交叉相位調(diào)制（XPM）和四波混頻（FWM）等。3)波長可調(diào)諧的激光器和濾波器波長可調(diào)諧的激光器和濾波器是WDM系統(tǒng)的關(guān)鍵器件。WDM系統(tǒng)的發(fā)射端要求有多個(gè)波長的復(fù)用，如果使用固定波長的發(fā)射機(jī)，可以使用普通的不可調(diào)的單頻激光器，通過人工選擇所需要的波長，并使這些波長具有適當(dāng)?shù)拈g隔。但是如果想設(shè)計(jì)一個(gè)健全的系統(tǒng)，必須使用波長可調(diào)諧的激光器，這是因?yàn)樯a(chǎn)出來的DFB激光器具有準(zhǔn)確波長的不可預(yù)知性，有限的溫度調(diào)節(jié)范圍（約0.1nm/°C）和激光器固有的長期波長漂移?？烧{(diào)諧激光器的主要性能指標(biāo)是調(diào)諧速度和波長調(diào)諧范圍。對應(yīng)于可調(diào)諧的激光器，在接收端就需要一個(gè)可調(diào)諧濾波器來選擇所需要接收的光波長范圍。一個(gè)質(zhì)量優(yōu)良的可調(diào)諧濾波器應(yīng)該是細(xì)度高,帶寬窄(以允許信道間隔小)，波長可調(diào)諧范圍寬，波長穩(wěn)定，精度高。4)EDFA的增益特性EDFA的帶寬為35～40nm，可以滿足普通WDM的復(fù)用波長的放大，但是這個(gè)增益是不平坦的，不同的波長具有不同的增益，經(jīng)過多級放大之后，增益偏差累積，低電平信道的SNR惡化，高電平信道的非線性效應(yīng)使信號特性惡化，最終使系統(tǒng)不能正常工作。

7.5.2波長分配與通道間隔光纖具有兩個(gè)低損耗窗口，即1310nm和1550nm。在這兩個(gè)低損耗窗口中均可進(jìn)行波分復(fù)用，但是由于目前的光放大器EDFA的工作波長范圍為1530～1565nm，因此目前波分復(fù)用的波長范圍為1530～1565nm。如果將來在1310nm范圍的光放大器的技術(shù)成熟了，也可以使用1310nm的低損耗窗口進(jìn)行波分復(fù)用。目前對這個(gè)有限的波長范圍區(qū)域進(jìn)行通路分配時(shí)，既要考慮帶寬利用率，又要考慮非線性及串?dāng)_的影響。1.絕對頻率參考一般的WDM系統(tǒng)選擇193.1THz作為頻率間隔的參考頻率，因?yàn)?93.1THz可以提供較高的頻率精度和穩(wěn)定度。2.通路間隔通路間隔指的是相鄰?fù)分g的標(biāo)稱頻率差，既可以是均勻的，也可以是非均勻的。非均勻通路間隔可以用來抑制四波混頻效應(yīng)（FWM）。ITU-T目前規(guī)定的各個(gè)信道的頻率間隔必須為50GHz（0.4nm），100GHz（0.8nm）或其整數(shù)倍。在可用的1530～1565nm波長范圍內(nèi)，目前廣泛使用的是各個(gè)通路頻率基于193.1THz、最小間隔為100GHz的頻率間隔系列，它的選擇應(yīng)遵循以下原則：(1)至少提供16個(gè)波長的通路，這樣比特速率為STM-16的16個(gè)通路可以在一根光纖上完成40Gb/s的業(yè)務(wù)。(2)波長數(shù)量又不能太多，否則對較多波長的監(jiān)控將會是一個(gè)復(fù)雜的問題。(3)所有波長應(yīng)該與放大器的泵浦波長無關(guān)，即同一個(gè)系統(tǒng)中既可以使用980nm泵浦的光放大器，也可使用1480nm泵浦的光放大器。表7.8就是一個(gè)16通路（頻率間隔為0.8nm）和8通路（頻率間隔為1.6nm）的WDM系統(tǒng)的通路分配。表7.816通路和8通路WDM系統(tǒng)的中心頻率3.中心頻率偏差中心頻率偏差定義為標(biāo)準(zhǔn)中心頻率和實(shí)際中心頻率之差。對于信道間隔小于200GHz的系統(tǒng)，各個(gè)信道的偏差應(yīng)小于信道間隔的1/5。16通路WDM的系統(tǒng)通路間隔為100GHz，最大中心頻率偏移為±20GHz。8通路WDM系統(tǒng)的通路間隔為200GHz，為了將來向16通路升級，最大中心頻率偏差為±20GHz。這些頻率偏差值為壽命終了值，即在系統(tǒng)設(shè)計(jì)壽命終了時(shí)，考慮到溫度、濕度等各種因素仍能滿足的數(shù)值。7.5.3WDM系統(tǒng)設(shè)計(jì)與性能1.放大器間隔

ITU-T規(guī)定不帶線路放大器的4路、8路、16路WDM的目標(biāo)距離為80km（長距離）、120km（甚長距離）、160km（超長距離）。若采用光放大器作為線路放大器，對于長距離應(yīng)用，可采用5×80km（5個(gè)區(qū)段，每個(gè)區(qū)段的目標(biāo)距離為80km，損耗為22dB）或8×80km；對于甚長距離應(yīng)用，可采用3×120km（3個(gè)區(qū)段，每個(gè)區(qū)段的目標(biāo)距離為120km，損耗為33dB）或5×120km。2.鏈路帶寬對于一個(gè)含有N個(gè)發(fā)送機(jī)的WDM鏈路，發(fā)送比特速率分別為B1～BN，則總的帶寬為如果所有波長