光纖通信系統(tǒng)波分復(fù)用系統(tǒng)

光纖通信系統(tǒng)波分復(fù)用系統(tǒng)第一頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日波分復(fù)用系統(tǒng)及技術(shù)第二頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日概念發(fā)展概況主要特點(diǎn)WDM系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)范WDM系統(tǒng)的基本類型及其應(yīng)用波分復(fù)用的相關(guān)技術(shù)第三頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日什么是波分復(fù)用技術(shù)？WDM:(WavelengthDvisionMultiplexing)

簡(jiǎn)單地說，不同的信號(hào)匯集在一起傳輸而互不干擾稱為復(fù)用?！安ǚ謴?fù)用技術(shù)”指的是將不同波長(zhǎng)的光信號(hào)匯集在一根光纖中發(fā)射傳輸，在接收端將它們分開。第四頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日第五頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日WDM技術(shù)的發(fā)展概況兩波長(zhǎng)WDM(1310/1550nm)80年代在AT&T網(wǎng)中使用90年代中期，發(fā)展緩慢從155M－622M－2.5G－10GTDM技術(shù)的相對(duì)簡(jiǎn)單性和波分復(fù)用器件的發(fā)展還沒有完全成熟。1995年開始，高速發(fā)展

(1)光纖色散和偏振模色散限制了10Gb/s的傳輸。

(2)TDM10Gb/s面臨著電子元器件響應(yīng)時(shí)間的挑戰(zhàn)。

(3)光電器件的迅速發(fā)展。第六頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日第七頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日

我國(guó)光通信的先行者武漢郵電科學(xué)研究院研制的波分復(fù)用技術(shù)，為光網(wǎng)絡(luò)傳輸提供了實(shí)現(xiàn)“高速信息公路”的可能。

1997年，武漢郵電科學(xué)研究院承擔(dān)了具有國(guó)際領(lǐng)先水平的波分復(fù)用光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究與開發(fā)。

1999年，國(guó)產(chǎn)首條密集波分復(fù)用系統(tǒng)工程在山東投入實(shí)際運(yùn)行，表明我國(guó)光通信產(chǎn)業(yè)在該領(lǐng)域中已取得了重大的突破，并一躍成為世界上少數(shù)能夠開發(fā)、生產(chǎn)這一設(shè)備的國(guó)家之一。目前，我國(guó)已能夠自行提供從集成式，半開放式到全開放式整個(gè)系列的密集波分復(fù)用系統(tǒng)。該系統(tǒng)將覆蓋國(guó)家干線網(wǎng)，本地網(wǎng)、教育網(wǎng)。第八頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日主要特點(diǎn)充分利用了光纖的巨大帶寬節(jié)約了大量的光纖降低了器件的超高速要求通道對(duì)傳輸信號(hào)完全透明可擴(kuò)展性好第九頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日WDM系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)范

為了引進(jìn)產(chǎn)品和國(guó)內(nèi)自行開發(fā)的產(chǎn)品具有統(tǒng)一性，制定我國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)十分必要。

（a）現(xiàn)實(shí)的需要性，以2.5Gb／s系統(tǒng)為例，16波分單向就可達(dá)到40Gb／s的傳輸速率，這足以滿足未來幾年的業(yè)務(wù)需求；（b）技術(shù)的可行性。當(dāng)前波分復(fù)用器件和激光器元件的技術(shù)都滿足16個(gè)波長(zhǎng)以上的復(fù)用。第十頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日

從當(dāng)前應(yīng)用上看，WDM系統(tǒng)只用于2.5Gb／s以上的高速率系統(tǒng)。因而在制定規(guī)范的過程中，我們主要考慮了基于2.5Gb／sSDH的干線網(wǎng)WDM系統(tǒng)的應(yīng)用，承載信號(hào)為SDHSTM-16系統(tǒng)，即2.5Gb/s×N的WDM系統(tǒng)。對(duì)于承載信號(hào)為其他格式(例如IP)的系統(tǒng)和其它速率（例如10Gb/s×N）暫不作要求。第十一頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日工作波長(zhǎng)區(qū)的選擇

對(duì)于常規(guī)G.652光纖，ITU-TG.692給出了以193.1THz為標(biāo)準(zhǔn)頻率、間隔為100GHz的41個(gè)標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)(192.1～196.1THz)，即1530～1561nm。（通道數(shù)量，中心波長(zhǎng)，波長(zhǎng)間隔，中心頻率偏移等）第十二頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日第十三頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日第十四頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日

WDM系統(tǒng)除了對(duì)各個(gè)通路的信號(hào)波長(zhǎng)有明確的規(guī)定外，對(duì)中心頻率偏移也有嚴(yán)格規(guī)定。通路中心頻率偏移定義為通路實(shí)際的中心頻率與通路中心頻率標(biāo)稱值的差值。對(duì)通路間隔選擇100GHz的16×2.5Gb/sWDM系統(tǒng)，到壽命終了時(shí)的頻率偏移應(yīng)不大于±20GHz。第十五頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日1310nm/1550nm窗口的波分復(fù)用:

仍用于接入網(wǎng)，很少用于長(zhǎng)距離傳輸1550nm窗口的密集波分復(fù)用(DWDM):

廣泛用于長(zhǎng)距離傳輸1550nm窗口的稀疏波分復(fù)用(CWDM):

用于城域網(wǎng)第十六頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日DWDMDenseWavelengthDivisionMultiplexerITU-TG692信道間隔：nm量級(jí)

Dl Df 1.6nm 200GHz 0.8nm 100GHz 0.4nm 50GHz第十七頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日CWDMCoarseWavelengthDivisionMultiplexer稀疏波分復(fù)用、粗波分復(fù)用信道間隔：20nm常用的波長(zhǎng)為1470nm、1490nm、1510nm、1530nm、1550nm、1590nm以及1610nm。正在考慮1290nm、1310nm、1330nm、1350nm、1380nm、1400nm、1420nm、1440nm第十八頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日WDM系統(tǒng)的基本類型及其應(yīng)用雙纖單向傳輸單向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。由于各信號(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。

第十九頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日

圖7.7雙纖單向WDM傳輸?shù)诙摚擦?，編輯?023年，星期日單纖雙向傳輸

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。圖7.8單纖雙向WDM傳輸?shù)诙豁?，共六十三頁，編輯?023年，星期日集成式波分復(fù)用系統(tǒng)：就是SDH終端具有滿足G.692的光接口；標(biāo)準(zhǔn)的光波長(zhǎng)、滿足長(zhǎng)距離的光源。整個(gè)系統(tǒng)構(gòu)造比較簡(jiǎn)單，但是不能直接接納過去老SDH系統(tǒng)和不同廠家的系統(tǒng)。開放式波分復(fù)用系統(tǒng)：就是波分復(fù)用器前端加入波長(zhǎng)轉(zhuǎn)移單元OTU，將當(dāng)前SDH的G.957接口波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換為G.692的標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)光接口。可以接納過去的老SDH系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)不同廠家互聯(lián)，但OTU的引入可能對(duì)系統(tǒng)性能帶來一定的負(fù)面影響。

第二十二頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日

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?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(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。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)置光分插復(fù)用器(OADM)或光交叉連接器(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(Add/Drop)和路由分配，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)。第二十三頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日波長(zhǎng)變換器（OUT）光分插復(fù)用設(shè)備(OADM）光放大設(shè)備(EDFA)光交叉互連設(shè)備(OXC)DWDM的線路光速率可從10Gbit/s、20Gbit/s、40Gbit/s、80Gbit/s、320Gbit/s直至1600Gbit/s。第二十四頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日半開放式波分復(fù)用系統(tǒng)第二十五頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日波長(zhǎng)轉(zhuǎn)移單元OTU(OpticalTransitionUnit)：將SDH終端送來的光信號(hào)，經(jīng)過光—電—光轉(zhuǎn)移，送出特定波長(zhǎng)信號(hào)送入合波器(OMU)。SDH(SynchronousDigitalHierarchy)

同步數(shù)字系列第二十六頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日波分復(fù)用的相關(guān)技術(shù)

1．光源技術(shù)

WDM系統(tǒng)須利用長(zhǎng)波長(zhǎng)光源器件，它不僅要求激光管的發(fā)射波長(zhǎng)高度穩(wěn)定，保證器件與波導(dǎo)之間實(shí)現(xiàn)最佳耦合，插入損耗小，同時(shí)要求能把多路激光管和必要的附屬電路集成在同一芯片上，使得多路光載波信號(hào)能夠在一根光纖中加以傳輸。

第二十七頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日密集波分復(fù)用中的光源技術(shù)

DWDM系統(tǒng)中，信道間距小，各個(gè)光通道的波長(zhǎng)穩(wěn)定性極為重要。ITU-TG.692規(guī)定了DWDM系統(tǒng)中每通道允許的波長(zhǎng)最大偏移量小于1/5通道間隔。DWDM系統(tǒng)中使用的主要為DFB激光器，激光器管芯的溫度變化會(huì)引起材料折射率及腔長(zhǎng)的變化，引起激光器的波長(zhǎng)變化；激光器的老化同樣會(huì)引起激光器的波長(zhǎng)漂移，有必要采用外部波長(zhǎng)基準(zhǔn)鎖定激光器的波長(zhǎng)。激光器波長(zhǎng)的穩(wěn)定技術(shù)就分基于溫度反饋的波長(zhǎng)控制技術(shù)和基于波長(zhǎng)反饋的波長(zhǎng)控制技術(shù)。

第二十八頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日2．光纖技術(shù)

光纖通信中的非線性特性是影響WDM系統(tǒng)傳輸性能的關(guān)鍵因素。目前G.655光纖既解決了光纖的線性色散受限問題，又解決了光纖的非線性問題，對(duì)于運(yùn)行1OGbit／s或更高速率系統(tǒng)比較容易，是WDM系統(tǒng)使用的主要光纖。

第二十九頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日3．光纖放大器技術(shù)4．光分波合波技術(shù)第三十頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日2.波分復(fù)用器件第三十一頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日功能:功能原理及其分類技術(shù)指標(biāo)第三十二頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日為提升系統(tǒng)容量,實(shí)現(xiàn)在一根光纖中傳輸多個(gè)波長(zhǎng)信號(hào)。合波分波波分復(fù)用器MUX波分解復(fù)用器DEMUX第三十三頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日

在這一部分我們將介紹各種各樣的波長(zhǎng)選擇技術(shù)，即光濾波技術(shù)。光濾波器在WDM系統(tǒng)中是一種重要元器件，與波分復(fù)用有著密切關(guān)系，常常用來構(gòu)成各種各樣的波分復(fù)用器和解復(fù)用器。第三十四頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日波分復(fù)用器和解復(fù)用器主要用在:

?WDM終端

?波長(zhǎng)路由器

?波長(zhǎng)分插復(fù)用器(WavelengthAdd/DropMultiplexer,WADM)第三十五頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日波分復(fù)用器件在WDM終端的應(yīng)用波分復(fù)用器l1l2l3l4l1,l2,l3,l4第三十六頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日

波長(zhǎng)路由器是波長(zhǎng)選路網(wǎng)絡(luò)(WavelengthRoutingNetwork)中的關(guān)鍵部件，其功能可由下圖說明l1,l2,l3,l4l1,l2,l3,l411112222l1,l2,l3,l42112l1,l2,l3,l41221波長(zhǎng)路由器波分復(fù)用器件在波長(zhǎng)路由器中應(yīng)用第三十七頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日如果用來標(biāo)記第i輸入鏈路上的波長(zhǎng)λj,則路由器的輸入端口1上的波長(zhǎng)記為、、、,輸入端口2上的波長(zhǎng)記為、、、。在輸入端口1上的波長(zhǎng)中，如果和由輸出端口1輸出，則和由輸出端口2輸出；在輸入端口2上的波長(zhǎng)中，如果和由輸出端口2輸出，則和由輸出端口1輸出，這樣，我們就稱路由器交換了波長(zhǎng)λ1和λ4。在本例中，波長(zhǎng)路由器只有兩個(gè)輸入端口和兩個(gè)輸出端口，每一路上只有4個(gè)波長(zhǎng)，但是在一般情況下，輸入和輸出的端口數(shù)是N(≥2)，并且每一端口的波長(zhǎng)數(shù)是W(≥2)它有兩個(gè)輸入端口和兩個(gè)輸出端口，每路輸入都載有一組λ1,λ2,λ3和λ4WDM信號(hào)。第三十八頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日如果一個(gè)波長(zhǎng)路由器的路由方式不隨時(shí)間變化，就稱為靜態(tài)路由器；路由方式隨時(shí)間變化，則稱之為動(dòng)態(tài)路由器。靜態(tài)路由器可以用波分復(fù)用器來構(gòu)成，如下圖所示。第三十九頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日

波長(zhǎng)分插復(fù)用器可以看成是波長(zhǎng)路由器的簡(jiǎn)化形式，它只有一個(gè)輸入端口和一個(gè)輸出端口，再加上一個(gè)用于分插波長(zhǎng)的本地端口。

OADMl1,l2,l3,l4l1,l2,l3,l42第四十頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日原理及其分類波分復(fù)用器件是利用了一些特殊材料的光學(xué)特性，及色散、偏振、干涉等物理現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)分波及其合波的功能。主要有光柵型、干涉濾波片型、陣列光波導(dǎo)型和熔錐型四種基本形式。第四十一頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日1.色散型（光柵型）第四十二頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日閃耀光柵光柵是指具有周期性透射或反射結(jié)構(gòu)的器件。不同頻率的光照射光柵時(shí)，由于衍射效應(yīng)，透射或反射光將以不同的空間角度傳播，就可將不同頻率的光在空間進(jìn)行合波或分波。

閃耀光柵剖面圖lnBOE1l1

lnL1L2l1F1┋透射式二元光學(xué)波分復(fù)用器件第四十三頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日第四十四頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日光纖布拉格光柵＋環(huán)形器第四十五頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日2.干涉濾波片型采用干涉濾波片來實(shí)現(xiàn)不同波長(zhǎng)的光的分離，實(shí)現(xiàn)分/合波功能。由于采用了微等離子體鍍膜技術(shù)，介質(zhì)膜窄帶濾光片的光學(xué)性能有了很大改善，工藝也較為成熟。透過率高，帶寬窄，中心波長(zhǎng)溫度系數(shù)可小于3pm/°C。同時(shí)，DWDM系統(tǒng)市場(chǎng)的日益增長(zhǎng)也使多腔介質(zhì)膜窄帶濾光片的批量成本降低。第四十六頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日干涉濾波片0,1，…n1，…n0n1L1n2L2第四十七頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日薄膜諧振多腔濾波器(ThinFilmResonantMulticavityFilter)由反射介質(zhì)薄膜隔開的兩個(gè)或多個(gè)腔構(gòu)成。第四十八頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日?qǐng)D7.21單腔、雙腔、三腔介質(zhì)薄膜濾波器的傳輸譜

改成多腔后與單腔相比，通帶頂部更加平坦，邊緣更為尖銳，如圖所示。第四十九頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日介質(zhì)薄膜型波分復(fù)用器件信道1信道2信道8LensLensLensLensLens信道7窄帶濾波器1,…81287公共端第五十頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日1547.71555.71562.1-450介質(zhì)膜波分復(fù)用器件各信道上光傳輸特性波長(zhǎng)(nm)功率第五十一頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日第五十二頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日第五十三頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日第五十四頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日3.陣列光波導(dǎo)型(AWG)ArrayedWaveguideGrating第五十五頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日AWGl1l2l3l4l1l2l3l4AWGl1l2l3l4l1l2l3l4AWG可用作n×1波分復(fù)用器和1×n波分解復(fù)用器第五十六頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日基于AWG的靜態(tài)波長(zhǎng)路由器AWG第五十七頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日A