光纖通信課件06

1、第6章 WDM系統(tǒng) 1本章內(nèi)容 WDM技術(shù)概述和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 WDM系統(tǒng)設(shè)備與組網(wǎng)。 WDM系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。WDM系統(tǒng)規(guī)范。本章重點(diǎn) WDM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與設(shè)備。WDM系統(tǒng)規(guī)范。本章難點(diǎn) WDM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)。 第6章 WDM2學(xué)習(xí)本章目的和要求 掌握WDM概念和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 掌握WDM系統(tǒng)的設(shè)備和組網(wǎng)。 了解WDM系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)。 掌握WDM系統(tǒng)規(guī)范。第6章 SDH技術(shù)36.1 DWDM技術(shù)概述 6.1.1 WDM概述 1WDM技術(shù)產(chǎn)生背景 傳統(tǒng)的傳輸網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容方法采用空分多路復(fù)用（SDM）和時分多路復(fù)用（TDM）兩種方式。 （1）空分多路復(fù)用 SDM是靠增加光纖數(shù)量的方式線性地增加傳輸系統(tǒng)的容量，傳

2、輸設(shè)備也隨之線性地增加。擴(kuò)容方式十分受限。 （2）時分多路復(fù)用 TDM是一項(xiàng)比較常用的擴(kuò)容方式，從傳統(tǒng)PDH的一次群至四次群的復(fù)用，到SDH的STM-1至STM-64的復(fù)用。但當(dāng)達(dá)到一定的速率等級時，會由于器件和線路等各方面特性的限制而不得不尋找另外的解決辦法。46.1 DWDM技術(shù)概述 2WDM的概念和特點(diǎn) （1）WDM的概念 波分復(fù)用（WDM）技術(shù)是在一根光纖中同時傳輸多個波長光信號的一項(xiàng)技術(shù)。其基本原理是在發(fā)送端將不同波長的光信號組合起來（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的光信號分開（解復(fù)用），并作進(jìn)一步處理，恢復(fù)出原信號后送入不同的終端，因此，將此

3、項(xiàng)技術(shù)稱為光波長分割復(fù)用，簡稱光波分復(fù)用技術(shù)。56.1 DWDM技術(shù)概述圖6-1 WDM系統(tǒng)的基本組成及頻譜示意圖66.1 DWDM技術(shù)概述 （2）WDM技術(shù)的特點(diǎn) 充分利用光纖的巨大帶寬資源 多種類型的信號可同時傳輸 系統(tǒng)升級時能最大限度地保護(hù)已有投資 高度的組網(wǎng)靈活性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性 降低器件的超高速要求 可兼容全光交換76.1.2 WDM工作方式 WDM的工作方式有雙纖單向和單纖雙向兩種。 （1）雙纖單向傳輸 指一根光纖只完成一個方向光信號的傳輸，反向光信號的傳輸由另一根光纖來完成。因此，同一波長在兩個方向上可以重復(fù)利用。如圖6-2所示， 圖6-2 雙纖單向傳輸?shù)腤DM系統(tǒng)86.1.2

4、WDM工作方式圖6-3 單纖雙向傳輸?shù)腤DM系統(tǒng) （2）單纖雙向傳輸 指在一根光纖中實(shí)現(xiàn)兩個方向光信號的同時傳輸，兩個方向的光信號應(yīng)安排在不同波長上。如圖6-3所示。 96.1.2 WDM工作方式圖6-4 光信號的分出和插入傳輸 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）可以實(shí)現(xiàn)各波長的光信號在中間站的分出與插入，即完成光路的上/下，如圖6-4所示。106.1.3 WDM系統(tǒng)類型 WDM系統(tǒng)可以分為集成式WDM系統(tǒng)和開放式WDM系統(tǒng)兩大類。 1集成式WDM系統(tǒng) 集成式WDM系統(tǒng)要求SDH終端設(shè)備具有滿足G.692的光接口：標(biāo)準(zhǔn)的光波長、滿足長距離傳輸?shù)墓庠?。圖6-5 集

5、成式WDM系統(tǒng)116.1.3 WDM系統(tǒng)類型 2開放式WDM系統(tǒng) 開放式WDM系統(tǒng)就是在波分復(fù)用器前加入光波長轉(zhuǎn)換器（OTU），將SDH非規(guī)范的波長轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)波長。圖6-6 開放式WDM系統(tǒng)126.1.4 WDM系統(tǒng)應(yīng)用類型 根據(jù)WDM線路系統(tǒng)中是否設(shè)置有摻鉺光纖放大器（EDFA），可將WDM線路系統(tǒng)分成有線路光放大器的WDM系統(tǒng)和無線路光放大器的WDM系統(tǒng)兩大類。 1有線路光放大器的WDM系統(tǒng) （1）有線路光放大器的WDM系統(tǒng)參考配置圖6-7 有線路光放大器的WDM系統(tǒng)參考配置136.1.4 WDM系統(tǒng)應(yīng)用類型 （2）有線路光放大器的WDM系統(tǒng)的分類與應(yīng)用代碼 表6-1有線路光放大器WDM系

6、統(tǒng)的應(yīng)用代碼應(yīng) 用長距離區(qū)段（每個區(qū)段的目標(biāo)距離是80km）很長距離區(qū)段（每個區(qū)段的目標(biāo)距離是120km）區(qū)段數(shù)58354波長4L5-y.z4L8- y.z4V3- y.z4V5- y.z8波長8L5- y.z8L8- y.z8V3- y.z8V5- y.z16波長16L5- y.z16L8- y.z16V3- y.z16V5- y.z146.1.4 WDM系統(tǒng)應(yīng)用類型 2無線路光放大器的WDM系統(tǒng) （1）無線路光放大器的WDM系統(tǒng)參考配置圖6-9 無線路光放大器的WDM系統(tǒng)的參考配置156.1.4 WDM系統(tǒng)應(yīng)用類型表6-2 無線路光放大器WDM系統(tǒng)的應(yīng)用代碼應(yīng) 用長距離（目標(biāo)距離是80km

7、）很長距離（目標(biāo)距離是120km）超長距離（目標(biāo)距離是160km）4波長4L-y.z4V-y.z4U-y.z8波長8L-y.z8V-y.z8U-y.z16波長16L-y.z16V-y.z16U-y.z（2）無線路光放大器的WDM系統(tǒng)的分類和應(yīng)用代碼166.2 WDM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與設(shè)備 6.2.1 WDM系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) WDM系統(tǒng)由5部分組成：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)，如圖所示。圖6-10 WDM系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)示意圖（單向）176.2.1 WDM系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) （1）光發(fā)射機(jī)。是WDM系統(tǒng)的核心，對發(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(yīng)用來選擇

8、具有一定色度色散容限的發(fā)射機(jī)。 （2）光放大器。光線路放大器可以根據(jù)情況決定有或沒有。目前使用的光放大器多數(shù)為EDFA。 （3）光接收機(jī)。接收機(jī)不但要滿足一般接收機(jī)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。 （4）光監(jiān)控信道。監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)各信道的傳輸情況，光監(jiān)控波長s為1510nm。 （5）網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)。對WDM系統(tǒng)進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)配置管理、故障管理、性能管理、安全管理等功能，并與上層管理系統(tǒng)（如TMN）相連。186.2.2 WDM系統(tǒng)設(shè)備 WDM設(shè)備按用途可分為光終端復(fù)用器（OTM）、光線路放大器（OLA）、光分插復(fù)用器（OADM）和電中繼器（RE

9、G）幾種類型。 1光終端復(fù)用器 OTM放置在終端站，分為發(fā)送部分和接收部分。 在發(fā)送方向，OTM把波長為116（或32）的STM-16信號經(jīng)合波器復(fù)用成DWDM主信道，然后對其進(jìn)行光放大，并附加上波長為s的光監(jiān)控信道。 在接收方向，OTM先把光監(jiān)控信道取出，然后對DWDM主信道進(jìn)行光放大，經(jīng)分波器解復(fù)用成16（或32）個波長的STM-16信號。196.2.2 WDM系統(tǒng)設(shè)備圖6-11 OTM信號流向圖206.2.2 WDM系統(tǒng)設(shè)備 2光線路放大器 光線路放大器放置在中繼站上，完成雙向傳輸?shù)墓庑盘柗糯螅由鞜o電中繼的傳輸距離。 每個傳輸方向的OLA先取出光監(jiān)控信道（OSC）并進(jìn)行處理，再將主信道

10、進(jìn)行放大，然后將主信道與光監(jiān)控信道合路并送入光纖線路。圖6-12 OLA信號流向圖216.2.2 WDM系統(tǒng)設(shè)備 3光分插復(fù)用器 用于分插本地業(yè)務(wù)通道，其他業(yè)務(wù)通道穿通。靜態(tài)OADM（32/2）信號流向如圖所示。 圖6-13 靜態(tài)OADM（32/2）信號流向圖226.2.2 WDM系統(tǒng)設(shè)備 用兩個OTM背靠背的方式也可組成一個可上/下波長的OADM，這種方式較之用一塊單板進(jìn)行波長上/下的靜態(tài)OADM要靈活，可任意上/下1到16或32個波長，更易于組網(wǎng)。圖6-14 兩個OTM背靠背組成的OADM信號流向圖236.2.2 WDM系統(tǒng)設(shè)備 4電中繼器 電中繼器無業(yè)務(wù)上/下，只是為了延伸傳輸距離。圖6

11、-15 電中繼器（REG）的信號流向圖246.2.3 WDM組網(wǎng)與網(wǎng)絡(luò)保護(hù) 1WDM組網(wǎng) WDM系統(tǒng)最基本的組網(wǎng)方式為點(diǎn)到點(diǎn)組網(wǎng)、鏈形組網(wǎng)和環(huán)形組網(wǎng)，如圖6-16所示。 圖6-16 WDM的基本組網(wǎng)示意圖256.2.3 WDM組網(wǎng)與網(wǎng)絡(luò)保護(hù) 2WDM網(wǎng)絡(luò)保護(hù) 點(diǎn)到點(diǎn)線路保護(hù)的方式： 一種是基于單個波長、在SDH層實(shí)施的11或1:n的保護(hù)； 一種是基于光復(fù)用段上保護(hù)，在光路上同時對合路信號進(jìn)行保護(hù)，這種保護(hù)也稱光復(fù)用段保護(hù)（OMSP）。 還有基于環(huán)網(wǎng)的保護(hù)。266.2.3 WDM組網(wǎng)與網(wǎng)絡(luò)保護(hù) （1）基于單個波長的保護(hù) 基于單個波長，在SDH層實(shí)施的11保護(hù) 這種保護(hù)系統(tǒng)機(jī)制與SDH系統(tǒng)的11M

12、SP類似。這種方式的可靠性比較高，但成本也比較高。圖6-17 基于單個波長，在SDH層實(shí)施的11保護(hù)276.2.3 WDM組網(wǎng)與網(wǎng)絡(luò)保護(hù) 基于單個波長，在SDH層實(shí)施的1:n保護(hù)圖6-18 基于單個波長，在SDH層實(shí)施的1:n保護(hù)286.2.3 WDM組網(wǎng)與網(wǎng)絡(luò)保護(hù) 基于單個波長，同一WDM系統(tǒng)內(nèi)1:n保護(hù) 同一WDM系統(tǒng)內(nèi)1:n保護(hù)是指在同一WDM系統(tǒng)內(nèi)，有n個波長通道作為工作波長，1個波長通路作為保護(hù)系統(tǒng)。但是考慮到實(shí)際系統(tǒng)中，光纖、光纜的可靠性比設(shè)備的可靠性要差，只對系統(tǒng)保護(hù)，而不對線路保護(hù)，實(shí)際意義不是太大。圖6-19 光復(fù)用段（OMSP）保護(hù)（2）光復(fù)用段保護(hù) 這種技術(shù)只在光路上進(jìn)行

13、11保護(hù)，而不對終端線路進(jìn)行保護(hù)。296.2.3 WDM組網(wǎng)與網(wǎng)絡(luò)保護(hù) （3）環(huán)網(wǎng)的保護(hù) 基于單個波長保護(hù)的波長通道保護(hù)環(huán)，即單個波長的11保護(hù)，類似于SDH系統(tǒng)中的通道保護(hù)。圖6-20 光通道保護(hù)環(huán)306.2.3 WDM組網(wǎng)與網(wǎng)絡(luò)保護(hù) 復(fù)用段保護(hù)環(huán)，對合路波長的信號進(jìn)行保護(hù)，在光纖切斷時，可在斷纖臨近的2個節(jié)點(diǎn)完成“環(huán)回”功能，從而使所有的業(yè)務(wù)得到保護(hù)，與SDH的MSP相類似。圖6-21 二纖單向光復(fù)用段保護(hù)環(huán)316.2.4 WDM系統(tǒng)的監(jiān)控 1對光監(jiān)控信道的要求 （1）監(jiān)控通路波長優(yōu)選1510nm，監(jiān)控速率優(yōu)選2Mb/s。 （2）光監(jiān)控通路的OSC功能，應(yīng)滿足以下條件。 監(jiān)控通路不應(yīng)限制光

14、放大器的泵浦波長。 監(jiān)控通路不應(yīng)限制光放大器之間的距離。 監(jiān)控通路不應(yīng)限制未來在1310nm波長的業(yè)務(wù)。 在光放大器失效時監(jiān)控通路仍然可用。 OSC傳輸是分段的且具有3R功能和雙向傳輸功能。 應(yīng)有OSC保護(hù)路由，防止光纖被切斷后監(jiān)控信息不能傳送的嚴(yán)重后果。 （3）監(jiān)控通路的幀結(jié)構(gòu)中至少有2個時隙作為公務(wù)聯(lián)絡(luò)通路；至少有1個時隙供網(wǎng)絡(luò)提供者使用（F1字節(jié)）；至少有4個時隙作為網(wǎng)絡(luò)管理信息的DCC通道。326.2.4 WDM系統(tǒng)的監(jiān)控 2WDM系統(tǒng)的監(jiān)控 （1）帶外波長監(jiān)控技術(shù) ITU-T建議采用一特定波長作為光監(jiān)控信道，傳送監(jiān)測管理信息，此波長位于業(yè)務(wù)信息傳輸帶外時可選1310nm、1480nm

15、或1510nm，優(yōu)先選用1510nm。由于它們位于EDFA增益帶寬之外，所以稱之為帶外波長監(jiān)控技術(shù)。 由于帶外監(jiān)控信號不能通過EDFA，監(jiān)控信號在EDFA之前要取出，在EDFA之后要插入。 帶外監(jiān)控信號得不到EDFA的放大，傳送的監(jiān)控信息速率低，一般為2.048Mbit/s。336.2.4 WDM系統(tǒng)的監(jiān)控 （2）帶內(nèi)波長監(jiān)控技術(shù) 帶內(nèi)監(jiān)控技術(shù)選用位于EDFA增益帶寬內(nèi)的1532nm波長，其優(yōu)點(diǎn)是可利用EDFA增益，此時監(jiān)控系統(tǒng)的速率可提高至155Mbit/s。346.2.5 WDM系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)管理 1故障管理 故障管理應(yīng)能對傳輸系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷、故障定位、故障隔離、故障改正，并應(yīng)有路徑測度功能

16、。 2性能管理 故障管理中必須監(jiān)視的基本參數(shù)也是性能管理必須監(jiān)視的參數(shù)。 性能管理還應(yīng)有的功能有：能對監(jiān)控信道OSC的誤碼性能參數(shù)進(jìn)行自動采集和分析，并能傳送給外部存儲設(shè)備；能同時對所有終端點(diǎn)進(jìn)行性能監(jiān)視；能同時對性能監(jiān)視門限進(jìn)行設(shè)置；能存儲和報告監(jiān)控通路15min和24h兩類性能事件數(shù)據(jù)；能報告“當(dāng)前”和“近期”兩種性能監(jiān)視數(shù)據(jù)。356.2.5 WDM系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)管理 3配置管理 配置管理包括：網(wǎng)元配置；網(wǎng)元的初始化；建立和修改網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D；配置網(wǎng)元狀態(tài)；NE的狀態(tài)和控制等。 4安全管理 安全管理能提供的管理功能有：操作級別和權(quán)限劃分；日志管理；口令管理；管理區(qū)域劃分；用戶管理；安全檢查（如核查

17、口令）；安全告警；未經(jīng)授權(quán)的人不能接入管理系統(tǒng)，具有有限授權(quán)的人只能接入相應(yīng)授權(quán)的部分；能對所有試圖接入受限資源的申請進(jìn)行監(jiān)視和控制。366.2.5 WDM系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)管理 3配置管理 配置管理包括：網(wǎng)元配置；網(wǎng)元的初始化；建立和修改網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D；配置網(wǎng)元狀態(tài)；NE的狀態(tài)和控制等。 4安全管理 安全管理能提供的管理功能有：操作級別和權(quán)限劃分；日志管理；口令管理；管理區(qū)域劃分；用戶管理；安全檢查（如核查口令）；安全告警；未經(jīng)授權(quán)的人不能接入管理系統(tǒng)，具有有限授權(quán)的人只能接入相應(yīng)授權(quán)的部分；能對所有試圖接入受限資源的申請進(jìn)行監(jiān)視和控制。376.2.6 WDM系統(tǒng)的性能 波分復(fù)用系統(tǒng)是基于SDH多波長系

18、統(tǒng)的，因此，其網(wǎng)絡(luò)性能應(yīng)該全部滿足我國SDH體制及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的指標(biāo)，主要有誤碼、抖動和漂移指標(biāo)。 在WDM系統(tǒng)承載的SDH系統(tǒng)中，當(dāng)衡量WDM系統(tǒng)傳輸質(zhì)量時，必須以SDH 2.5Gbit/s的信號作為標(biāo)準(zhǔn)，而不是SDH 155Mbit/s信號。系統(tǒng)必須增加對2.5Gbit/s誤碼和抖動的測試，測試的信號應(yīng)為滿負(fù)載的SDH 2.5Gbit/s成幀信號。386.3 WDM系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù) 6.3.1 光源 光源的作用是產(chǎn)生激光或熒光，它是組成光纖通信系統(tǒng)的重要器件。目前應(yīng)用于光纖通信的光源是LD和LED。 LD和LED相比，主要區(qū)別在于，前者發(fā)出的是激光，后者發(fā)出的是熒光。因此，LED的譜線寬度較寬，

19、調(diào)制效率低，與光纖的耦合效率也較低；但它的輸出特性曲線線性好，使用壽命長，成本低，適用于短距離、小容量的傳輸系統(tǒng)。而LD一般適用于長距離、大容量的傳輸系統(tǒng)。396.3.1 光源 高速光纖通信系統(tǒng)中使用的光源分為多縱模激光器（MLM-LD）和單縱模激光器（SLM-LD）兩類。 MLM-LD的發(fā)射頻譜的線寬較寬，為nm量級，而且可以觀察到多個諧振峰的存在。 SLM-LD發(fā)射頻譜的線寬為0.1nm量級，而且只能觀察到單個諧振峰。SLM-LD比MLM-LD的單色性更好。 WDM系統(tǒng)光源的突出特點(diǎn)是：有比較大的色散容納值和標(biāo)準(zhǔn)而穩(wěn)定的波長。406.3.1 光源 1激光器的調(diào)制方式 （1）間接調(diào)制方式 間

20、接調(diào)制，即不直接調(diào)制光源，而是在光源輸出的通路上外加調(diào)制器來對光波進(jìn)行調(diào)制，此調(diào)制器實(shí)際上起到一個開關(guān)的作用，這種調(diào)制方式又稱作外調(diào)制。 常用的外調(diào)制器有電光調(diào)制器、聲光調(diào)制器和波導(dǎo)調(diào)制器等。 電光調(diào)制器是利用晶體的電光效應(yīng)制成的。 聲光調(diào)制器是利用介質(zhì)的聲光效應(yīng)制成的。 波導(dǎo)調(diào)制器是將鈦（Ti）擴(kuò)散到鈮酸鋰（LiNbO2）基底材料上，用光刻法制出波導(dǎo)的具體尺寸。 416.3.1 光源 （2）外調(diào)制激光器的類型 根據(jù)光源與外調(diào)制器的集成和分離情況，外調(diào)制激光器有集成外調(diào)制激光器和分離外調(diào)制激光器。 集成外調(diào)制激光器常用的是與光源集成在一起的電吸收調(diào)制器。圖6-22 電吸收調(diào)制器的吸收波長的改變

21、示意圖426.3.1 光源 分離外調(diào)制激光器常用的是恒定光輸出激光器（CW）馬赫策恩德（Mach Zehnder）外調(diào)制器（LiNbO3）。 該調(diào)制器是將輸入光分成兩路相等的信號分別進(jìn)入調(diào)制器的兩個光支路，這兩個光支路采用的材料是電光性材料，即其折射率會隨著外部施加的電信號大小而變化，由于光支路的折射率變化將導(dǎo)致信號相位的變化，故兩個支路的信號在調(diào)制器的輸出端再次結(jié)合時，合成的光信號是一個強(qiáng)度大小變化的干涉信號。通過這種辦法，將電信號的信息轉(zhuǎn)換到了光信號上，實(shí)現(xiàn)了光強(qiáng)度調(diào)制。 分離式外調(diào)制激光器技術(shù)成熟、性能較好、且頻率啁啾可以等于零，成本較低。436.3.1 光源 2激光器波長的穩(wěn)定與控制

22、（1）集成式電吸收調(diào)制激光器的波長穩(wěn)定 集成式電吸收調(diào)制激光器（EML）的波長微調(diào)主要是靠改變溫度來實(shí)現(xiàn)的。 （2）分布反饋式激光器的波長穩(wěn)定 分布反饋式激光器（DFB）的波長穩(wěn)定是利用波長和管芯溫度的對應(yīng)特性，通過控制激光器管芯處的溫度來控制波長，以達(dá)到穩(wěn)定波長。 （3）其他波長穩(wěn)定技術(shù) 除了溫度外，激光器的驅(qū)動電流也能影響波長。此外，封裝的溫度也可能影響到器件的波長。直接使用波長敏感元件對光源進(jìn)行波長反饋控制是比較理想的，波長控制的原理如圖6-23所示。446.3.1 光源 圖6-23 波長敏感器件對光源進(jìn)行波長反饋控制原理圖456.3.2 光電檢測器 WDM系統(tǒng)要求光電檢測器應(yīng)具有多波長

23、檢測能力。要完成此功能可以采用可調(diào)光電檢測器，它是在一般的光電二極管結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上增加一個諧振腔，這樣可以通過調(diào)節(jié)施加到諧振腔上的電壓來改變諧振腔的長度，從而達(dá)到調(diào)諧的目的。466.3.3 光波長轉(zhuǎn)換器 OTU除了可以將非標(biāo)準(zhǔn)波長轉(zhuǎn)換成ITU-T所規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)波長外，還可以根據(jù)需要增加定時再生的功能。 1沒有定時再生電路的OTU 沒有定時再生電路的OTU實(shí)際上由一個光/電轉(zhuǎn)換器和一個電/光轉(zhuǎn)換器構(gòu)成，適用于傳輸距離較短，僅以波長轉(zhuǎn)換為目的的情況，其原理如圖6-24所示。圖6-24 沒有定時再生電路的OTU476.3.3 光波長轉(zhuǎn)換器 2有定時再生電路的OTU 有定時再生電路的OTU是在光/電轉(zhuǎn)換器和

24、電/光轉(zhuǎn)換器之間增加了一次整形，實(shí)際上兼有REG的功能。 此種OTU在進(jìn)行波長轉(zhuǎn)換的同時，還可以進(jìn)行信號整形，抵制噪聲，提高光功率，可以被置于數(shù)字段之上，作為常規(guī)REG使用，簡化網(wǎng)絡(luò)。圖6-25 有定時再生電路的OTU486.3.4 光放大器 光放大器是一種不需要經(jīng)過光/電/光變換而直接對光信號進(jìn)行放大的有源器件，能高效補(bǔ)償光功率在光纖傳輸中的損耗，延長通信系統(tǒng)的傳輸距離，是長距離、大容量、高速率光通信系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。 在WDM系統(tǒng)中，應(yīng)用最多的是EDFA。EDFA具有高增益、低噪聲、大輸出功率，寬頻帶等優(yōu)點(diǎn)，但在WDM系統(tǒng)中必須采用增益平坦技術(shù)，使EDFA對不同波長的光信號具有相同的放大增益

25、，同時，還需要考慮到不同數(shù)量的光信道同時工作的情況，能夠保證光信道的增益競爭不影響傳輸性能。496.3.4 光放大器 1EDFA增益的平坦性 普通的以純硅光纖為基礎(chǔ)的EDFA的增益平坦區(qū)很窄，僅在15491561nm之間，約為12nm的范圍；在15301542nm之間的增益起伏很大。在EDFA中適當(dāng)?shù)負(fù)饺胍恍╀X，已經(jīng)能夠做到1dB增益平坦區(qū)幾乎擴(kuò)展到整個鉺通帶（15251560nm），基本解決了普通硅EDFA的增益不平坦問題。圖6-26 EDFA增益曲線平坦性的改進(jìn)506.3.4 光放大器 2EDFA的增益控制 常用的EDFA的增益控制技術(shù)有控制泵浦源增益和控制飽和波長的輸出功率兩種。 （1）

26、控制泵浦源增益 控制泵浦源增益的方法是EDFA的增益控制技術(shù)比較典型的一種。EDFA內(nèi)部的監(jiān)測電路通過監(jiān)測輸入和輸出功率的比值來控制泵浦源的輸出，當(dāng)輸入波長中某些信號丟失時，輸入功率會減小，輸出功率和輸入功率的比值會增加，通過反饋電路，降低泵浦源的輸出功率，保持EDFA增益（輸出/輸入）不變，從而使EDFA的總輸出功率減少，保持輸出信號電平的穩(wěn)定。 516.3.4 光放大器 （2）控制飽和波長的輸出功率 此種方法是在發(fā)送端，除了8路工作波長外，系統(tǒng)還發(fā)送另一個波長作為飽和波長。 在正常情況下，該波長的輸出功率很小，當(dāng)線路的某些信號丟失時，飽和波長的輸出功率會自動增加，用以補(bǔ)償丟失的各波長信號的

27、能量，從而保持EDFA輸出功率和增益恒定。當(dāng)線路的多波長信號恢復(fù)時，飽和波長的輸出功率會相應(yīng)減少。這種方法直接控制飽和波長激光器的輸出，速度較控制泵浦源要快一些。526.3.4 光放大器 3EDFA應(yīng)用中應(yīng)注意的問題 （1）非線性問題 （2）光浪涌問題 （3）色散問題536.3.5 光復(fù)用器和光解復(fù)用器 WDM系統(tǒng)中常用的光波分復(fù)用器有介質(zhì)薄膜干涉型、光柵型、熔錐型耦合器、陣列波導(dǎo)光柵型等。 介質(zhì)薄膜干涉型波分復(fù)用器是用得最早的光濾波器，優(yōu)點(diǎn)是插入損耗小，缺點(diǎn)是要分離1nm左右波長較為困難，通過改進(jìn)制膜方法，可以分離1nm波長，一般在16個通道以下WDM系統(tǒng)中采用。 光柵型波分復(fù)用器在制造上要

28、求較精密，一般在科學(xué)研究中應(yīng)用較多。熔錐型耦合器的串?dāng)_較大，在復(fù)用路數(shù)不是很多時，一般只用來做復(fù)用器。 陣列波導(dǎo)光柵（AWG）型波分復(fù)用器具有波長間隔小、信道數(shù)多、通帶平坦等優(yōu)點(diǎn)，非常適合于超高速、大容量WDM系統(tǒng)使用。546.3.6 光纖傳輸技術(shù) 1光纖的種類 （1）G.652光纖 這種光纖有兩個應(yīng)用窗口，1310nm和1550nm。 不同波長的光波復(fù)用在一起進(jìn)行傳輸，彼此之間相互作用，將產(chǎn)生四波混頻（FWM），F(xiàn)WM的效率取決于光通路間隔和光纖色散，通路間隔越窄，光纖色散越小，F(xiàn)WM效率也越高。從這一點(diǎn)上看，此種光纖的1550nm窗口最有利于WDM系統(tǒng)。然而，色散系數(shù)越大，高比特系統(tǒng)的傳輸

29、中繼距離越短，從這一點(diǎn)上看，又不利于WDM系統(tǒng)。 在采用高性能的光源時，G.652光纖可以將2.5Gbit/s速率的信號無電再生中繼傳輸至少600km左右，而對于10Gbit/s速率的信號，即使采用外調(diào)制技術(shù)，盡可能地壓縮了光源的譜線寬度，其色散受限距離也只有60km左右。如果使用色散補(bǔ)償技術(shù)，則可有效地抵消G.652光纖的色散，傳輸距離可超過千公里。556.3.6 光纖傳輸技術(shù) （2）G.653光纖 G.653光纖又稱色散位移光纖（DSF），這是一種光纖的低損耗窗口與零色散窗口重合的一種光纖。 由于該光纖在1550nm附近的色散系數(shù)極小，趨近于零，當(dāng)用于WDM時，不同通路光波之間的相位匹配很

30、好，四波混頻（FWM）效率很高，會產(chǎn)生非常嚴(yán)重的干擾，不適合于WDM系統(tǒng)。566.3.6 光纖傳輸技術(shù) （3）G.655光纖 G.655光纖又稱做非零色散位移光纖（NZDSF），使1550nm窗口同時具有了最小色散和最小衰減。這樣，該光纖即可支持10Gbit/s的長距離傳輸；又由于其非零色散的特性，可以避免四波混頻影響，較好地同時滿足TDM和WDM兩種發(fā)展方向的要求。 Lucent公司生產(chǎn)的“真波光纖”是一種典型的工作區(qū)為正色散的光纖，適合于WDM系統(tǒng)的陸地應(yīng)用。 康寧公司推出了具有負(fù)色散工作區(qū)的光纖SMF-LS，在越洋海纜中得到了廣泛的應(yīng)用。576.3.6 光纖傳輸技術(shù) （4）大有效面積光纖

31、 大有效面積光纖（LEAF）是為了適應(yīng)更大容量、更長距離的WDM系統(tǒng)的應(yīng)用而出現(xiàn)，由于有效面積的增加，減少了光纖中傳播的光功率密度，故可承受較高的光功率，可以更有效地克服非線性影響。 從全光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展來看，LEFA光纖可以減輕色散的線性和高功率的非線性影響，提高入纖功率，增加波分復(fù)用數(shù)，代表著光纖發(fā)展的方向。 該光纖的主要缺點(diǎn)是色散斜率偏大，因此傳輸距離很長時，功率代價變大，另外其模場直徑（MFD）也偏大，因此微彎和宏彎損耗需仔細(xì)控制。586.3.6 光纖傳輸技術(shù) （5）色散補(bǔ)償光纖 色散補(bǔ)償光纖在1550nm區(qū)有很大的負(fù)色散。在原來G.652光纖線路中加入一段色散補(bǔ)償光纖，用色散補(bǔ)償光纖的長

32、度來控制補(bǔ)償量的大小，用于抵消原來G.652光纖在1550nm處的正色散，使整個線路在1550nm處的總色散為零，這樣既可滿足單信道超高速傳輸，又可傳輸WDM信號。一般來說，25mDCF就可補(bǔ)償1km G.652光纖的色散。596.3.6 光纖傳輸技術(shù) （6）全波光纖 當(dāng)前的單模光纖，不是工作在1310nm窗口（12801325nm），就是工作在1550nm窗口（15301565nm），而13501450nm波長范圍沒有利用。其原因主要是在光纖制造過程中，一般會出現(xiàn)水分子滲入纖芯玻璃中，導(dǎo)致1385nm區(qū)較強(qiáng)的氫氧根吸收損耗，使得13501450nm區(qū)不能用于通信。全波光纖則是消除氫氧根吸收損

33、耗，使得可用波長范圍增加了100nm。606.3.6 光纖傳輸技術(shù) 2光纖的非線性效應(yīng) 光纖的非線性效應(yīng)主要有受激散射和非線性折射。 （1）受激散射 受激拉曼散射（SRS）。 當(dāng)一定強(qiáng)度的光入射到光纖中時，會引起光纖材料的分子振動，低頻邊帶稱斯托克斯線，高頻邊帶稱反斯托克斯線，前者強(qiáng)度強(qiáng)于后者，兩者之間的頻差稱為斯托克斯頻率。兩個頻率間隔恰好為斯托克斯頻率的光波同時入射到光纖時，低頻波將獲得光增益，高頻波將衰減，高頻波的能量將轉(zhuǎn)移到低頻波上，這就是所謂的受激拉曼散射（SRS）。發(fā)生拉曼散射的結(jié)果將導(dǎo)致WDM系統(tǒng)中短波長通路產(chǎn)生過大的信號衰減，從而限制了通路數(shù)。616.3.6 光纖傳輸技術(shù) 受激

34、布里淵散射（SBS）。從現(xiàn)象上看，SBS類似于SRS，只是SBS涉及聲子振動，而非分子振動。SBS就是當(dāng)一個窄線寬、高功率信號沿著光纖傳輸時，將產(chǎn)生一個與輸入光信號同向的聲波，這個聲波的波長是光波長的一半，且以聲速傳輸。 SBS效應(yīng)不僅會給系統(tǒng)帶來噪聲，而且會造成信號的一種非線性損耗，限制入纖功率的提高，并降低系統(tǒng)的光信噪比，嚴(yán)重限制傳輸系統(tǒng)性能的提高626.3.6 光纖傳輸技術(shù) （2）非線性折射 光纖的折射率n隨著光強(qiáng)的變化而變化的非線性現(xiàn)象。 自相位調(diào)制（SPM） 。指傳輸過程中光脈沖由于自身相位變化（光波的相位隨折射率和傳播距離而變），導(dǎo)致光脈沖頻譜擴(kuò)展的現(xiàn)象。 交叉相位調(diào)制（XPM）。

35、在多波長系統(tǒng)中，非線性折射會導(dǎo)致信號的相位受其他通路功率的調(diào)制，這種現(xiàn)象被稱為交叉相位調(diào)制（XPM或CPM）。 四波混頻（FWM）。當(dāng)多個具有一定強(qiáng)度的光波在光纖中混合時，光纖的非線性會導(dǎo)致產(chǎn)生其他新的波長，即四波混頻效應(yīng)。636.4 WDM系統(tǒng)規(guī)范 6.4.1 WDM波長分配 1絕對頻率參考 在WDM系統(tǒng)中，一般選擇193.1THz作為頻率間隔的參考頻率，其原因是它比基于任何其他特殊物質(zhì)的絕對主頻率參考（AFR）更好，193.1THz值處于幾條AFR線附近。一個適宜的光頻率參考可以為光信號提供較高的頻率精度和頻率穩(wěn)定度。646.4.1 WDM波長分配 2標(biāo)稱中心頻率 標(biāo)稱中心頻率指的是光波分

36、復(fù)用系統(tǒng)中每個通路對應(yīng)的中心波長。 在G.692中允許的通路頻率是基于參考頻率為193.1THz、最小間隔為100GHz的頻率間隔系列。 對于頻率間隔系列的選擇應(yīng)該滿足以下要求。 （1）至少應(yīng)該提供16個波長。 （2）波長的數(shù)量不能太多。 （3）所有波長都位于光放大器增益曲線相對比較平坦的部分。 （4）這些波長應(yīng)該與放大器的泵浦波長無關(guān)。 （5）所有通路在這個范圍內(nèi)均應(yīng)該保持均勻間隔。656.4.1 WDM波長分配 3通路間隔 WDM系統(tǒng)的通路間隔是指相鄰?fù)烽g的標(biāo)稱頻率差，可以是均勻間隔也可以是非均勻間隔，非均勻間隔可以用來抑制G.653光纖中的四波混頻效應(yīng)。 G.692文件推薦使用的通路間

37、隔均勻的41個標(biāo)準(zhǔn)波長見表6-3。666.4.1 WDM波長分配 標(biāo)準(zhǔn)中心頻率（THz）100GHz間隔標(biāo)準(zhǔn)中心波長（nm）標(biāo)準(zhǔn)中心頻率（THz）100GHz間隔標(biāo)準(zhǔn)中心波長（nm）196.101528.77194.001545.32196.001529.55193.901546.12195.901530.33193.801546.92195.801531.12193.701547.72195.701531.90193.601548.51195.601532.68193.501549.32195.501533.47193.401550.12195.401534.25193.301550.921

38、95.301535.04193.201551.72195.201535.82193.101552.52195.101536.61193.001553.33195.001537.40192.901554.13194.901538.19192.801554.94676.4.1 WDM波長分配 標(biāo)準(zhǔn)中心頻率（THz）100GHz間隔標(biāo)準(zhǔn)中心波長（nm）標(biāo)準(zhǔn)中心頻率（THz）100GHz間隔標(biāo)準(zhǔn)中心波長（nm）194.801538.98192.701555.75194.701539.77192.601556.55194.601540.56192.501557.36194.501541.35192.40

39、1558.17194.401542.14192.301558.98194.301542.94192.201559.79194.201543.73192.101560.61194.101544.53686.4.1 WDM波長分配 4中心頻率偏差 中心頻率偏差定義為標(biāo)稱中心頻率與實(shí)際中心頻率之差。 16通路和8通路WDM系統(tǒng)的通道間隔為100GHz和200GHz，最大中心頻率偏移均為20GHz（約為0.16nm）。 影響中心頻率偏差的主要因素有光源啁啾、信號信息帶寬、光纖的自相位調(diào)制（SPM）引起的脈沖展寬及溫度和老化的影響等。696.4.2 WDM系統(tǒng)光接口技術(shù)規(guī)范 1光接口位置與參數(shù)定義 圖6

40、-28 單通路的光接口的位置706.4.2 WDM系統(tǒng)光接口技術(shù)規(guī)范 1光接口位置與參數(shù)定義 圖6-29 多通路的光接口的位置716.4.2 WDM系統(tǒng)光接口技術(shù)規(guī)范 輸出端參數(shù)對應(yīng)于各個通路發(fā)送機(jī)后的輸出口。 （1）單個發(fā)送機(jī)輸出端參數(shù) 最大色散容納值 光譜特性有20dB譜寬和邊模抑制比。 平均發(fā)送功率 消光比 眼圖模板 （2）單個接收機(jī)輸入口參數(shù) 接收靈敏度 接收機(jī)波長范圍 光信噪比 接收機(jī)反射系數(shù) 光通道代價726.4.2 WDM系統(tǒng)光接口技術(shù)規(guī)范 （3）合路信號的輸入口參數(shù) 平均每路輸入功率 平均總輸入功率 每路光信噪比 串?dāng)_ 各路輸入功率的最大差值 （4）合路信號的輸出口參數(shù) 發(fā)送端

41、S點(diǎn)串話 通路輸出功率 發(fā)送功率 每通路光信噪比 各路輸出功率的最大差值 736.4.2 WDM系統(tǒng)光接口技術(shù)規(guī)范 （5）光通路參數(shù) 在WDM系統(tǒng)中，出現(xiàn)了“子”和“主”兩個光通道。定義兩光放大器之間為子光通道，MPI-S和MPI-R之間為主光通道，如圖6-30所示。 圖6-30 主光通道與子光通道的劃分746.4.2 WDM系統(tǒng)光接口技術(shù)規(guī)范 衰減與目標(biāo)距離。目標(biāo)距離的衰減范圍是在15301565nm EDFA的工作頻帶內(nèi)，假設(shè)光纖損耗是以0.28dB/km為基礎(chǔ)（包括接頭和光纜富余度）而得出的。表6-4 無線路光放大器系統(tǒng)的衰減范圍應(yīng) 用 代 碼nL-y.znV-y.znU-y.z衰減范圍

42、 最大22dB33dB44dB最小表6-5 有線路光放大器系統(tǒng)的衰減范圍應(yīng) 用 代 碼nLx-y.znVx-y.z衰減范圍（OA之間）最大22dB33dB最小756.4.2 WDM系統(tǒng)光接口技術(shù)規(guī)范 色散。對于超高速波分復(fù)用系統(tǒng)，大多數(shù)是色散敏感系統(tǒng)（色散包括色度色散和偏振模色散）。 表6-6所示是2.5Gbit/s系統(tǒng)有/無線路光放大器系統(tǒng)在G.652光纜上傳輸?shù)纳⑷菹拗岛湍繕?biāo)傳送距離。表6-6 2.5Gbit/s系統(tǒng)，有/無線路光放大器系統(tǒng)在G.652光纜上傳輸?shù)纳⑷菹拗岛湍繕?biāo)傳送距離應(yīng) 用 代 碼LVUnV3-y.2nL5-y.2nV5-y.2nL8-y.2最大色散容限值1 6002 4003 2007 2008 00012 00012 800目標(biāo)傳輸距離（km）80120160360400600640766.4.2 WDM系統(tǒng)光接口技術(shù)規(guī)范 偏振模色散。偏振模色散是指由光纖隨機(jī)性雙折射引起的，不同偏振狀態(tài)下光纖折射率不同，導(dǎo)致相移不同，在時域上表現(xiàn)為時延不同，最終脈沖波形展寬，增加了碼間干擾。 反射。反射系數(shù)包括最小回?fù)p和最大反射系數(shù)。 最小回?fù)p是指主通道光纜線路（包括任何光連接器）MPI-S點(diǎn)入射光功率和反射光功率之比。 最大離散反射系數(shù)是指光通道光纜線路（包括任何光連接器）不均勻性（例如接頭）引起的反射。 光通道代