光纤通信课件06解析

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1、光纤通信光纤通信第第6章章 WDM系统系统 1第6章 WDM系统 1光纤通信光纤通信本章内容本章内容 WDM技术概述和系统结构。技术概述和系统结构。WDM系统设备与组网。系统设备与组网。WDM系统的关键技术。系统的关键技术。WDM系统规范。系统规范。本章重点本章重点 WDM系统结构与设备。系统结构与设备。WDM系统规范。系统规范。本章难点本章难点 WDM系统结构及关键技术。系统结构及关键技术。第6章 WDM2本章内容第6章 WDM2光纤通信光纤通信学习本章目的和要求学习本章目的和要求 掌握掌握WDM概念和系统结构。概念和系统结构。掌握掌握WDM系统的设备和组网。系统的设备和组网。了解了解WDM

2、系统关键技术。系统关键技术。掌握掌握WDM系统规范。系统规范。第6章 SDH技术3学习本章目的和要求 掌握WDM概念和系统结构。第6章 光纤通信光纤通信6.1DWDM技术概述6.1.1 WDM概述概述 1WDM技术产生背景技术产生背景 传统的传输网络扩容方法采用传统的传输网络扩容方法采用空分多路复用空分多路复用（SDM）和）和时分多路复用时分多路复用（TDM）两种方式。）两种方式。（1）空分多路复用）空分多路复用 SDM是靠增加光纤数量的方式线性地增加传输系是靠增加光纤数量的方式线性地增加传输系统的容量，传输设备也随之线性地增加。扩容方式十统的容量，传输设备也随之线性地增加。扩容方式十分受限。

3、分受限。（2）时分多路复用）时分多路复用 TDM是一项比较常用的扩容方式，从传统是一项比较常用的扩容方式，从传统PDH的的一次群至四次群的复用，到一次群至四次群的复用，到SDH的的STM-1至至STM-64的复用。但的复用。但当达到一定的速率等级时，会由于器件和当达到一定的速率等级时，会由于器件和线路等各方面特性的限制而不得不寻找另外的解决办线路等各方面特性的限制而不得不寻找另外的解决办法。法。46.1 DWDM技术概述 6.1.1 WDM概述4光纤通信光纤通信6.1DWDM技术概述2WDM的概念和特点的概念和特点 （1）WDM的概念的概念 波分复用（波分复用（WDM）技术是在一根光纤中同时传

4、输）技术是在一根光纤中同时传输多个波长光信号的一项技术。多个波长光信号的一项技术。其基本原理是在发送端其基本原理是在发送端将不同波长的光信号组合起来（复用），并耦合到光将不同波长的光信号组合起来（复用），并耦合到光缆线路上的同一根光纤中进行传输，在接收端又将组缆线路上的同一根光纤中进行传输，在接收端又将组合波长的光信号分开（解复用），并作进一步处理，合波长的光信号分开（解复用），并作进一步处理，恢复出原信号后送入不同的终端，因此，将此项技术恢复出原信号后送入不同的终端，因此，将此项技术称为光波长分割复用，简称光波分复用技术。称为光波长分割复用，简称光波分复用技术。56.1 DWDM技术概述 2

5、WDM的概念和特点5光纤通信光纤通信6.1DWDM技术概述图6-1WDM系统的基本组成及频谱示意图66.1 DWDM技术概述图6-1 WDM系统的基本组成及光纤通信光纤通信6.1DWDM技术概述（2）WDM技术的特点技术的特点 充分利用光纤的巨大带宽资源充分利用光纤的巨大带宽资源 多种类型的信号可同时传输多种类型的信号可同时传输 系统升级时能最大限度地保护已有投资系统升级时能最大限度地保护已有投资 高度的组网灵活性、经济性和可靠性高度的组网灵活性、经济性和可靠性 降低器件的超高速要求降低器件的超高速要求 可兼容全光交换可兼容全光交换76.1 DWDM技术概述 （2）WDM技术的特点7光纤通信光

6、纤通信6.1.2WDM工作方式WDM的工作方式有的工作方式有双纤单向双纤单向和和单纤双向单纤双向两种。两种。（1）双纤单向传输）双纤单向传输 指一根光纤只完成一个方向光信号的传输，反向光指一根光纤只完成一个方向光信号的传输，反向光信号的传输由另一根光纤来完成。因此，同一波长在信号的传输由另一根光纤来完成。因此，同一波长在两个方向上可以重复利用。如图两个方向上可以重复利用。如图6-2所示，所示，图6-2双纤单向传输的WDM系统86.1.2 WDM工作方式 WDM的工作方式有双纤光纤通信光纤通信6.1.2WDM工作方式图6-3单纤双向传输的WDM系统（2）单纤双向传输）单纤双向传输 指在一根光纤中

7、实现两个方向光信号的同时传输，指在一根光纤中实现两个方向光信号的同时传输，两个方向的光信号应安排在不同波长上。如图两个方向的光信号应安排在不同波长上。如图6-3所示。所示。96.1.2 WDM工作方式图6-3 单纤双向传输的WDM光纤通信光纤通信6.1.2WDM工作方式图6-4光信号的分出和插入传输另外通过在中间设置光分插复用器（另外通过在中间设置光分插复用器（OADM）或）或光交叉连接器（光交叉连接器（OXC）可以实现各波长的光信号在中）可以实现各波长的光信号在中间站的分出与插入，即完成光路的上间站的分出与插入，即完成光路的上/下，如图下，如图6-4所所示。示。106.1.2 WDM工作方式

8、图6-4 光信号的分出和插入传光纤通信光纤通信6.1.3 WDM系统类型WDM系统可以分为集成式系统可以分为集成式WDM系统和开放式系统和开放式WDM系统两大类。系统两大类。1集成式集成式WDM系统系统 集成式集成式WDM系统要求系统要求SDH终端设备具有满足终端设备具有满足G.692的光接口：标准的光波长、满足长距离传输的光源。的光接口：标准的光波长、满足长距离传输的光源。图6-5集成式WDM系统116.1.3 WDM系统类型 WDM系统可以分为集成光纤通信光纤通信6.1.3 WDM系统类型2开放式开放式WDM系统系统 开放式开放式WDM系统就是在波分复用器前加入光波长系统就是在波分复用器前

9、加入光波长转换器（转换器（OTU），将），将SDH非规范的波长转换为标准波非规范的波长转换为标准波长。长。图6-6开放式WDM系统126.1.3 WDM系统类型 2开放式WDM系统图6光纤通信光纤通信6.1.4 WDM系统应用类型根据根据WDM线路系统中是否设置有掺铒光纤放大器线路系统中是否设置有掺铒光纤放大器（EDFA），可将），可将WDM线路系统分成有线路光放大器的线路系统分成有线路光放大器的WDM系统和无线路光放大器的系统和无线路光放大器的WDM系统两大类。系统两大类。1有线路光放大器的有线路光放大器的WDM系统系统 （1）有线路光放大器的）有线路光放大器的WDM系统参考配置系统参考配置

10、图6-7有线路光放大器的WDM系统参考配置136.1.4 WDM系统应用类型 根据WDM线光纤通信光纤通信6.1.4 WDM系统应用类型（2）有线路光放大器的）有线路光放大器的WDM系统的分类与应用代系统的分类与应用代码码 表6-1有线路光放大器WDM系统的应用代码应 用用长距离区段距离区段（每个区段的目（每个区段的目标距离是距离是80km）很很长距离区段距离区段（每个区段的目（每个区段的目标距离距离是是120km）区段数区段数58354波波长4L5-y.z4L8-y.z4V3-y.z4V5-y.z8波波长8L5-y.z8L8-y.z8V3-y.z8V5-y.z16波波长16L5-y.z16L

11、8-y.z16V3-y.z16V5-y.z146.1.4 WDM系统应用类型 （2）有线路光放大器的W光纤通信光纤通信6.1.4 WDM系统应用类型2无线路光放大器的无线路光放大器的WDM系统系统 （1）无线路光放大器的）无线路光放大器的WDM系统参考配置系统参考配置图6-9无线路光放大器的WDM系统的参考配置156.1.4 WDM系统应用类型 2无线路光放大器光纤通信光纤通信6.1.4 WDM系统应用类型表6-2 无线路光放大器WDM系统的应用代码应 用用长距离距离（目（目标距离是距离是80km）很很长距离距离（目（目标距离是距离是120km）超超长距离距离（目（目标距离是距离是160km）

12、4波波长4L-y.z4V-y.z4U-y.z8波波长8L-y.z8V-y.z8U-y.z16波波长16L-y.z16V-y.z16U-y.z（2）无线路光放大器的）无线路光放大器的WDM系统的分类和应用代码系统的分类和应用代码166.1.4 WDM系统应用类型表6-2 无线路光放大器光纤通信光纤通信6.2WDM系统结构与设备 6.2.1WDM系统的基本结构WDM系统由5部分组成：光发射机、光中继放大、光接收机、光监控信道和网络管理系统，如图所示。图6-10WDM系统总体结构示意图（单向）176.2 WDM系统结构与设备 6.2.1 WDM系光纤通信光纤通信6.2.1WDM系统的基本结构（1）光

13、发射机。是WDM系统的核心，对发射激光器的中心波长有特殊的要求外，还需要根据WDM系统的不同应用来选择具有一定色度色散容限的发射机。（2）光放大器。光线路放大器可以根据情况决定有或没有。目前使用的光放大器多数为EDFA。（3）光接收机。接收机不但要满足一般接收机对光信号灵敏度、过载功率等参数的要求，还要能承受有一定光噪声的信号，要有足够的电带宽性能。（4）光监控信道。监控系统内各信道的传输情况，光监控波长s为1510nm。（5）网络管理系统。对WDM系统进行管理，实现配置管理、故障管理、性能管理、安全管理等功能，并与上层管理系统（如TMN）相连。186.2.1 WDM系统的基本结构 （1）光发

14、射机。是光纤通信光纤通信6.2.2WDM系统设备WDM设备按用途可分为光终端复用器（OTM）、光线路放大器（OLA）、光分插复用器（OADM）和电中继器（REG）几种类型。1光终端复用器OTM放置在终端站，分为发送部分和接收部分。在发送方向，OTM把波长为116（或32）的STM-16信号经合波器复用成DWDM主信道，然后对其进行光放大，并附加上波长为s的光监控信道。在接收方向，OTM先把光监控信道取出，然后对DWDM主信道进行光放大，经分波器解复用成16（或32）个波长的STM-16信号。196.2.2 WDM系统设备 WDM设备按用途可分为光纤通信光纤通信6.2.2WDM系统设备图6-11

15、OTM信号流向图206.2.2 WDM系统设备图6-11 OTM信号流向图2光纤通信光纤通信6.2.2WDM系统设备2光线路放大器光线路放大器放置在中继站上，完成双向传输的光信号放大，延伸无电中继的传输距离。每个传输方向的OLA先取出光监控信道（OSC）并进行处理，再将主信道进行放大，然后将主信道与光监控信道合路并送入光纤线路。图6-12OLA信号流向图216.2.2 WDM系统设备 2光线路放大器图6-光纤通信光纤通信6.2.2WDM系统设备3光分插复用器用于分插本地业务通道，其他业务通道穿通。静态OADM（32/2）信号流向如图所示。图6-13静态OADM（32/2）信号流向图226.2.

16、2 WDM系统设备 3光分插复用器图6-1光纤通信光纤通信6.2.2WDM系统设备用两个OTM背靠背的方式也可组成一个可上/下波长的OADM，这种方式较之用一块单板进行波长上/下的静态OADM要灵活，可任意上/下1到16或32个波长，更易于组网。图6-14两个OTM背靠背组成的OADM信号流向图236.2.2 WDM系统设备 用两个OTM背靠背的方光纤通信光纤通信6.2.2WDM系统设备4电中继器电中继器无业务上/下，只是为了延伸传输距离。图6-15电中继器（REG）的信号流向图246.2.2 WDM系统设备 4电中继器图6-15 光纤通信光纤通信6.2.3WDM组网与网络保护1WDM组网WD

17、M系统最基本的组网方式为点到点组网、链形组网和环形组网，如图6-16所示。图6-16WDM的基本组网示意图256.2.3 WDM组网与网络保护 1WDM组网 光纤通信光纤通信6.2.3WDM组网与网络保护2WDM网络保护点到点线路保护的方式：一种是基于单个波长、在SDH层实施的11或1:n的保护；一种是基于光复用段上保护，在光路上同时对合路信号进行保护，这种保护也称光复用段保护（OMSP）。还有基于环网的保护。266.2.3 WDM组网与网络保护 2WDM网络保光纤通信光纤通信6.2.3WDM组网与网络保护（1）基于单个波长的保护基于单个波长，在SDH层实施的11保护这种保护系统机制与SDH系

18、统的11MSP类似。这种方式的可靠性比较高，但成本也比较高。图6-17基于单个波长，在SDH层实施的11保护276.2.3 WDM组网与网络保护 （1）基于单个波长的光纤通信光纤通信6.2.3WDM组网与网络保护基于单个波长，在SDH层实施的1:n保护图6-18基于单个波长，在SDH层实施的1:n保护286.2.3 WDM组网与网络保护 基于单个波长，在光纤通信光纤通信6.2.3WDM组网与网络保护基于单个波长，同一WDM系统内1:n保护同一WDM系统内1:n保护是指在同一WDM系统内，有n个波长通道作为工作波长，1个波长通路作为保护系统。但是考虑到实际系统中，光纤、光缆的可靠性比设备的可靠性

19、要差，只对系统保护，而不对线路保护，实际意义不是太大。图6-19光复用段（OMSP）保护（2）光复用段保护这种技术只在光路上进行11保护，而不对终端线路进行保护。296.2.3 WDM组网与网络保护 基于单个波长，光纤通信光纤通信6.2.3WDM组网与网络保护（3）环网的保护基于单个波长保护的波长通道保护环，即单个波长的11保护，类似于SDH系统中的通道保护。图6-20光通道保护环306.2.3 WDM组网与网络保护 （3）环网的保护图6光纤通信光纤通信6.2.3WDM组网与网络保护复用段保护环，对合路波长的信号进行保护，在光纤切断时，可在断纤临近的2个节点完成“环回”功能，从而使所有的业务得

20、到保护，与SDH的MSP相类似。图6-21二纤单向光复用段保护环316.2.3 WDM组网与网络保护 复用段保护环光纤通信光纤通信6.2.4WDM系统的监控1对光监控信道的要求（1）监控通路波长优选1510nm，监控速率优选2Mb/s。（2）光监控通路的OSC功能，应满足以下条件。监控通路不应限制光放大器的泵浦波长。监控通路不应限制光放大器之间的距离。监控通路不应限制未来在1310nm波长的业务。在光放大器失效时监控通路仍然可用。OSC传输是分段的且具有3R功能和双向传输功能。应有OSC保护路由，防止光纤被切断后监控信息不能传送的严重后果。（3）监控通路的帧结构中至少有2个时隙作为公务联络通路

21、；至少有1个时隙供网络提供者使用（F1字节）；至少有4个时隙作为网络管理信息的DCC通道。326.2.4 WDM系统的监控 1对光监控信道的要光纤通信光纤通信6.2.4WDM系统的监控2WDM系统的监控（1）带外波长监控技术ITU-T建议采用一特定波长作为光监控信道，传送监测管理信息，此波长位于业务信息传输带外时可选1310nm、1480nm或1510nm，优先选用1510nm。由于它们位于EDFA增益带宽之外，所以称之为带外波长监控技术。由于带外监控信号不能通过EDFA，监控信号在EDFA之前要取出，在EDFA之后要插入。带外监控信号得不到EDFA的放大，传送的监控信息速率低，一般为2.04

22、8Mbit/s。336.2.4 WDM系统的监控 2WDM系统的监控光纤通信光纤通信6.2.4WDM系统的监控（2）带内波长监控技术带内监控技术选用位于EDFA增益带宽内的1532nm波长，其优点是可利用EDFA增益，此时监控系统的速率可提高至155Mbit/s。346.2.4 WDM系统的监控 （2）带内波长监控技术3光纤通信光纤通信6.2.5WDM系统的网络管理1故障管理故障管理应能对传输系统进行故障诊断、故障定位、故障隔离、故障改正，并应有路径测度功能。2性能管理故障管理中必须监视的基本参数也是性能管理必须监视的参数。性能管理还应有的功能有：能对监控信道OSC的误码性能参数进行自动采集和

23、分析，并能传送给外部存储设备；能同时对所有终端点进行性能监视；能同时对性能监视门限进行设置；能存储和报告监控通路15min和24h两类性能事件数据；能报告“当前”和“近期”两种性能监视数据。356.2.5 WDM系统的网络管理 1故障管理35光纤通信光纤通信6.2.5WDM系统的网络管理3配置管理配置管理包括：网元配置；网元的初始化；建立和修改网络拓扑图；配置网元状态；NE的状态和控制等。4安全管理安全管理能提供的管理功能有：操作级别和权限划分；日志管理；口令管理；管理区域划分；用户管理；安全检查（如核查口令）；安全告警；未经授权的人不能接入管理系统，具有有限授权的人只能接入相应授权的部分；能

24、对所有试图接入受限资源的申请进行监视和控制。366.2.5 WDM系统的网络管理 3配置管理36光纤通信光纤通信6.2.5WDM系统的网络管理3配置管理配置管理包括：网元配置；网元的初始化；建立和修改网络拓扑图；配置网元状态；NE的状态和控制等。4安全管理安全管理能提供的管理功能有：操作级别和权限划分；日志管理；口令管理；管理区域划分；用户管理；安全检查（如核查口令）；安全告警；未经授权的人不能接入管理系统，具有有限授权的人只能接入相应授权的部分；能对所有试图接入受限资源的申请进行监视和控制。376.2.5 WDM系统的网络管理 3配置管理37光纤通信光纤通信6.2.6WDM系统的性能波分复用

25、系统是基于SDH多波长系统的，因此，其网络性能应该全部满足我国SDH体制及标准规定的指标，主要有误码、抖动和漂移指标。在WDM系统承载的SDH系统中，当衡量WDM系统传输质量时，必须以SDH2.5Gbit/s的信号作为标准，而不是SDH155Mbit/s信号。系统必须增加对2.5Gbit/s误码和抖动的测试，测试的信号应为满负载的SDH2.5Gbit/s成帧信号。386.2.6 WDM系统的性能 波分复用系统是基于S光纤通信光纤通信6.3WDM系统的关键技术 6.3.1光源光源的作用是产生激光或荧光，它是组成光纤通信系统的重要器件。目前应用于光纤通信的光源是LD和LED。LD和LED相比，主要

26、区别在于，前者发出的是激光，后者发出的是荧光。因此，LED的谱线宽度较宽，调制效率低，与光纤的耦合效率也较低；但它的输出特性曲线线性好，使用寿命长，成本低，适用于短距离、小容量的传输系统。而LD一般适用于长距离、大容量的传输系统。396.3 WDM系统的关键技术 6.3.1 光源39光纤通信光纤通信6.3.1光源高速光纤通信系统中使用的光源分为多纵模激光器（MLM-LD）和单纵模激光器（SLM-LD）两类。MLM-LD的发射频谱的线宽较宽，为nm量级，而且可以观察到多个谐振峰的存在。SLM-LD发射频谱的线宽为0.1nm量级，而且只能观察到单个谐振峰。SLM-LD比MLM-LD的单色性更好。W

27、DM系统光源的突出特点是：有比较大的色散容纳值和标准而稳定的波长。406.3.1 光源 高速光纤通信系统中使用的光源分为多光纤通信光纤通信6.3.1光源1激光器的调制方式（1）间接调制方式间接调制，即不直接调制光源，而是在光源输出的通路上外加调制器来对光波进行调制，此调制器实际上起到一个开关的作用，这种调制方式又称作外调制。常用的外调制器有电光调制器、声光调制器和波导调制器等。电光调制器是利用晶体的电光效应制成的。声光调制器是利用介质的声光效应制成的。波导调制器是将钛（Ti）扩散到铌酸锂（LiNbO2）基底材料上，用光刻法制出波导的具体尺寸。416.3.1 光源 1激光器的调制方式41光纤通信

28、光纤通信6.3.1光源（2）外调制激光器的类型根据光源与外调制器的集成和分离情况，外调制激光器有集成外调制激光器和分离外调制激光器。集成外调制激光器常用的是与光源集成在一起的电吸收调制器。图6-22电吸收调制器的吸收波长的改变示意图426.3.1 光源 （2）外调制激光器的类型图6-22光纤通信光纤通信6.3.1光源分离外调制激光器常用的是恒定光输出激光器（CW）马赫策恩德（MachZehnder）外调制器（LiNbO3）。该调制器是将输入光分成两路相等的信号分别进入调制器的两个光支路，这两个光支路采用的材料是电光性材料，即其折射率会随着外部施加的电信号大小而变化，由于光支路的折射率变化将导致

29、信号相位的变化，故两个支路的信号在调制器的输出端再次结合时，合成的光信号是一个强度大小变化的干涉信号。通过这种办法，将电信号的信息转换到了光信号上，实现了光强度调制。分离式外调制激光器技术成熟、性能较好、且频率啁啾可以等于零，成本较低。436.3.1 光源 分离外调制激光器常用的是恒光纤通信光纤通信6.3.1光源2激光器波长的稳定与控制（1）集成式电吸收调制激光器的波长稳定集成式电吸收调制激光器（EML）的波长微调主要是靠改变温度来实现的。（2）分布反馈式激光器的波长稳定分布反馈式激光器（DFB）的波长稳定是利用波长和管芯温度的对应特性，通过控制激光器管芯处的温度来控制波长，以达到稳定波长。（

30、3）其他波长稳定技术除了温度外，激光器的驱动电流也能影响波长。此外，封装的温度也可能影响到器件的波长。直接使用波长敏感元件对光源进行波长反馈控制是比较理想的，波长控制的原理如图6-23所示。446.3.1 光源 2激光器波长的稳定与控制44光纤通信光纤通信6.3.1光源图6-23波长敏感器件对光源进行波长反馈控制原理图456.3.1 光源 图6-23 波长敏感器件对光源进光纤通信光纤通信6.3.2光电检测器WDM系统要求光电检测器应具有多波长检测能力。要完成此功能可以采用可调光电检测器，它是在一般的光电二极管结构基础上增加一个谐振腔，这样可以通过调节施加到谐振腔上的电压来改变谐振腔的长度，从而

31、达到调谐的目的。466.3.2 光电检测器 WDM系统要求光电检测器光纤通信光纤通信6.3.3光波长转换器OTU除了可以将非标准波长转换成ITU-T所规范的标准波长外，还可以根据需要增加定时再生的功能。1没有定时再生电路的OTU没有定时再生电路的OTU实际上由一个光/电转换器和一个电/光转换器构成，适用于传输距离较短，仅以波长转换为目的的情况，其原理如图6-24所示。图6-24没有定时再生电路的OTU476.3.3 光波长转换器 OTU除了可以将非标准波光纤通信光纤通信6.3.3光波长转换器2有定时再生电路的OTU有定时再生电路的OTU是在光/电转换器和电/光转换器之间增加了一次整形，实际上兼

32、有REG的功能。此种OTU在进行波长转换的同时，还可以进行信号整形，抵制噪声，提高光功率，可以被置于数字段之上，作为常规REG使用，简化网络。图6-25有定时再生电路的OTU486.3.3 光波长转换器 2有定时再生电路的OT光纤通信光纤通信6.3.4光放大器光放大器是一种不需要经过光/电/光变换而直接对光信号进行放大的有源器件，能高效补偿光功率在光纤传输中的损耗，延长通信系统的传输距离，是长距离、大容量、高速率光通信系统的关键部件。在WDM系统中，应用最多的是EDFA。EDFA具有高增益、低噪声、大输出功率，宽频带等优点，但在WDM系统中必须采用增益平坦技术，使EDFA对不同波长的光信号具有

33、相同的放大增益，同时，还需要考虑到不同数量的光信道同时工作的情况，能够保证光信道的增益竞争不影响传输性能。496.3.4 光放大器 光放大器是一种不需要经过光光纤通信光纤通信6.3.4光放大器1EDFA增益的平坦性普通的以纯硅光纤为基础的EDFA的增益平坦区很窄，仅在15491561nm之间，约为12nm的范围；在15301542nm之间的增益起伏很大。在EDFA中适当地掺入一些铝，已经能够做到1dB增益平坦区几乎扩展到整个铒通带（15251560nm），基本解决了普通硅EDFA的增益不平坦问题。图6-26EDFA增益曲线平坦性的改进506.3.4 光放大器 1EDFA增益的平坦性图6光纤通信

34、光纤通信6.3.4光放大器2EDFA的增益控制常用的EDFA的增益控制技术有控制泵浦源增益和控制饱和波长的输出功率两种。（1）控制泵浦源增益控制泵浦源增益的方法是EDFA的增益控制技术比较典型的一种。EDFA内部的监测电路通过监测输入和输出功率的比值来控制泵浦源的输出，当输入波长中某些信号丢失时，输入功率会减小，输出功率和输入功率的比值会增加，通过反馈电路，降低泵浦源的输出功率，保持EDFA增益（输出/输入）不变，从而使EDFA的总输出功率减少，保持输出信号电平的稳定。516.3.4 光放大器 2EDFA的增益控制51光纤通信光纤通信6.3.4光放大器（2）控制饱和波长的输出功率此种方法是在发

35、送端，除了8路工作波长外，系统还发送另一个波长作为饱和波长。在正常情况下，该波长的输出功率很小，当线路的某些信号丢失时，饱和波长的输出功率会自动增加，用以补偿丢失的各波长信号的能量，从而保持EDFA输出功率和增益恒定。当线路的多波长信号恢复时，饱和波长的输出功率会相应减少。这种方法直接控制饱和波长激光器的输出，速度较控制泵浦源要快一些。526.3.4 光放大器 （2）控制饱和波长的输出功率52光纤通信光纤通信6.3.4光放大器3EDFA应用中应注意的问题（1）非线性问题（2）光浪涌问题（3）色散问题536.3.4 光放大器 3EDFA应用中应注意的问光纤通信光纤通信6.3.5光复用器和光解复用

36、器WDM系统中常用的光波分复用器有介质薄膜干涉型、光栅型、熔锥型耦合器、阵列波导光栅型等。介质薄膜干涉型波分复用器是用得最早的光滤波器，优点是插入损耗小，缺点是要分离1nm左右波长较为困难，通过改进制膜方法，可以分离1nm波长，一般在16个通道以下WDM系统中采用。光栅型波分复用器在制造上要求较精密，一般在科学研究中应用较多。熔锥型耦合器的串扰较大，在复用路数不是很多时，一般只用来做复用器。阵列波导光栅（AWG）型波分复用器具有波长间隔小、信道数多、通带平坦等优点，非常适合于超高速、大容量WDM系统使用。546.3.5 光复用器和光解复用器 WDM系统中常光纤通信光纤通信6.3.6光纤传输技术

37、1光纤的种类（1）G.652光纤这种光纤有两个应用窗口，1310nm和1550nm。不同波长的光波复用在一起进行传输，彼此之间相互作用，将产生四波混频（FWM），FWM的效率取决于光通路间隔和光纤色散，通路间隔越窄，光纤色散越小，FWM效率也越高。从这一点上看，此种光纤的1550nm窗口最有利于WDM系统。然而，色散系数越大，高比特系统的传输中继距离越短，从这一点上看，又不利于WDM系统。在采用高性能的光源时，G.652光纤可以将2.5Gbit/s速率的信号无电再生中继传输至少600km左右，而对于10Gbit/s速率的信号，即使采用外调制技术，尽可能地压缩了光源的谱线宽度，其色散受限距离也只

38、有60km左右。如果使用色散补偿技术，则可有效地抵消G.652光纤的色散，传输距离可超过千公里。556.3.6 光纤传输技术 1光纤的种类55光纤通信光纤通信6.3.6光纤传输技术（2）G.653光纤G.653光纤又称色散位移光纤（DSF），这是一种光纤的低损耗窗口与零色散窗口重合的一种光纤。由于该光纤在1550nm附近的色散系数极小，趋近于零，当用于WDM时，不同通路光波之间的相位匹配很好，四波混频（FWM）效率很高，会产生非常严重的干扰，不适合于WDM系统。566.3.6 光纤传输技术 （2）G.653光纤56光纤通信光纤通信6.3.6光纤传输技术（3）G.655光纤G.655光纤又称做非

39、零色散位移光纤（NZDSF），使1550nm窗口同时具有了最小色散和最小衰减。这样，该光纤即可支持10Gbit/s的长距离传输；又由于其非零色散的特性，可以避免四波混频影响，较好地同时满足TDM和WDM两种发展方向的要求。Lucent公司生产的“真波光纤”是一种典型的工作区为正色散的光纤，适合于WDM系统的陆地应用。康宁公司推出了具有负色散工作区的光纤SMF-LS，在越洋海缆中得到了广泛的应用。576.3.6 光纤传输技术 （3）G.655光纤57光纤通信光纤通信6.3.6光纤传输技术（4）大有效面积光纤大有效面积光纤（LEAF）是为了适应更大容量、更长距离的WDM系统的应用而出现，由于有效面

40、积的增加，减少了光纤中传播的光功率密度，故可承受较高的光功率，可以更有效地克服非线性影响。从全光网络的发展来看，LEFA光纤可以减轻色散的线性和高功率的非线性影响，提高入纤功率，增加波分复用数，代表着光纤发展的方向。该光纤的主要缺点是色散斜率偏大，因此传输距离很长时，功率代价变大，另外其模场直径（MFD）也偏大，因此微弯和宏弯损耗需仔细控制。586.3.6 光纤传输技术 （4）大有效面积光纤58光纤通信光纤通信6.3.6光纤传输技术（5）色散补偿光纤色散补偿光纤在1550nm区有很大的负色散。在原来G.652光纤线路中加入一段色散补偿光纤，用色散补偿光纤的长度来控制补偿量的大小，用于抵消原来G

41、.652光纤在1550nm处的正色散，使整个线路在1550nm处的总色散为零，这样既可满足单信道超高速传输，又可传输WDM信号。一般来说，25mDCF就可补偿1kmG.652光纤的色散。596.3.6 光纤传输技术 （5）色散补偿光纤59光纤通信光纤通信6.3.6光纤传输技术（6）全波光纤当前的单模光纤，不是工作在1310nm窗口（12801325nm），就是工作在1550nm窗口（15301565nm），而13501450nm波长范围没有利用。其原因主要是在光纤制造过程中，一般会出现水分子渗入纤芯玻璃中，导致1385nm区较强的氢氧根吸收损耗，使得13501450nm区不能用于通信。全波光纤

42、则是消除氢氧根吸收损耗，使得可用波长范围增加了100nm。606.3.6 光纤传输技术 （6）全波光纤60光纤通信光纤通信6.3.6光纤传输技术2光纤的非线性效应光纤的非线性效应主要有受激散射和非线性折射。（1）受激散射受激拉曼散射（SRS）。当一定强度的光入射到光纤中时，会引起光纤材料的分子振动，低频边带称斯托克斯线，高频边带称反斯托克斯线，前者强度强于后者，两者之间的频差称为斯托克斯频率。两个频率间隔恰好为斯托克斯频率的光波同时入射到光纤时，低频波将获得光增益，高频波将衰减，高频波的能量将转移到低频波上，这就是所谓的受激拉曼散射（SRS）。发生拉曼散射的结果将导致WDM系统中短波长通路产生

43、过大的信号衰减，从而限制了通路数。616.3.6 光纤传输技术 2光纤的非线性效应61光纤通信光纤通信6.3.6光纤传输技术受激布里渊散射（SBS）。从现象上看，SBS类似于SRS，只是SBS涉及声子振动，而非分子振动。SBS就是当一个窄线宽、高功率信号沿着光纤传输时，将产生一个与输入光信号同向的声波，这个声波的波长是光波长的一半，且以声速传输。SBS效应不仅会给系统带来噪声，而且会造成信号的一种非线性损耗，限制入纤功率的提高，并降低系统的光信噪比，严重限制传输系统性能的提高626.3.6 光纤传输技术 受激布里渊散射（SBS光纤通信光纤通信6.3.6光纤传输技术（2）非线性折射光纤的折射率n

44、随着光强的变化而变化的非线性现象。自相位调制（SPM）。指传输过程中光脉冲由于自身相位变化（光波的相位随折射率和传播距离而变），导致光脉冲频谱扩展的现象。交叉相位调制（XPM）。在多波长系统中，非线性折射会导致信号的相位受其他通路功率的调制，这种现象被称为交叉相位调制（XPM或CPM）。四波混频（FWM）。当多个具有一定强度的光波在光纤中混合时，光纤的非线性会导致产生其他新的波长，即四波混频效应。636.3.6 光纤传输技术 （2）非线性折射63光纤通信光纤通信6.4WDM系统规范6.4.1WDM波长分配1绝对频率参考在WDM系统中，一般选择193.1THz作为频率间隔的参考频率，其原因是它比

45、基于任何其他特殊物质的绝对主频率参考（AFR）更好，193.1THz值处于几条AFR线附近。一个适宜的光频率参考可以为光信号提供较高的频率精度和频率稳定度。646.4 WDM系统规范 6.4.1 WDM波长分配6光纤通信光纤通信6.4.1WDM波长分配2标称中心频率标称中心频率指的是光波分复用系统中每个通路对应的中心波长。在G.692中允许的通路频率是基于参考频率为193.1THz、最小间隔为100GHz的频率间隔系列。对于频率间隔系列的选择应该满足以下要求。（1）至少应该提供16个波长。（2）波长的数量不能太多。（3）所有波长都位于光放大器增益曲线相对比较平坦的部分。（4）这些波长应该与放大

46、器的泵浦波长无关。（5）所有通路在这个范围内均应该保持均匀间隔。656.4.1 WDM波长分配 2标称中心频率65光纤通信光纤通信6.4.1WDM波长分配3通路间隔WDM系统的通路间隔是指相邻通路间的标称频率差，可以是均匀间隔也可以是非均匀间隔，非均匀间隔可以用来抑制G.653光纤中的四波混频效应。G.692文件推荐使用的通路间隔均匀的41个标准波长见表6-3。666.4.1 WDM波长分配 3通路间隔66光纤通信光纤通信6.4.1WDM波长分配标准中心频率（THz）100GHz间隔标准中心波长（nm）标准中心频率（THz）100GHz间隔标准中心波长（nm）196.101528.77194.

47、001545.32196.001529.55193.901546.12195.901530.33193.801546.92195.801531.12193.701547.72195.701531.90193.601548.51195.601532.68193.501549.32195.501533.47193.401550.12195.401534.25193.301550.92195.301535.04193.201551.72195.201535.82193.101552.52195.101536.61193.001553.33195.001537.40192.901554.13194.9

48、01538.19192.801554.94676.4.1 WDM波长分配 标准中心频率（THz）标光纤通信光纤通信6.4.1WDM波长分配标准中心频率（THz）100GHz间隔标准中心波长（nm）标准中心频率（THz）100GHz间隔标准中心波长（nm）194.801538.98192.701555.75194.701539.77192.601556.55194.601540.56192.501557.36194.501541.35192.401558.17194.401542.14192.301558.98194.301542.94192.201559.79194.201543.73192.

49、101560.61194.101544.53686.4.1 WDM波长分配 标准中心频率（THz）标光纤通信光纤通信6.4.1WDM波长分配4中心频率偏差中心频率偏差定义为标称中心频率与实际中心频率之差。16通路和8通路WDM系统的通道间隔为100GHz和200GHz，最大中心频率偏移均为20GHz（约为0.16nm）。影响中心频率偏差的主要因素有光源啁啾、信号信息带宽、光纤的自相位调制（SPM）引起的脉冲展宽及温度和老化的影响等。696.4.1 WDM波长分配 4中心频率偏差69光纤通信光纤通信6.4.2WDM系统光接口技术规范1光接口位置与参数定义图6-28单通路的光接口的位置706.4.

50、2 WDM系统光接口技术规范 1光接口位置光纤通信光纤通信6.4.2WDM系统光接口技术规范1光接口位置与参数定义图6-29多通路的光接口的位置716.4.2 WDM系统光接口技术规范 1光接口位置光纤通信光纤通信6.4.2WDM系统光接口技术规范输出端参数对应于各个通路发送机后的输出口。（1）单个发送机输出端参数最大色散容纳值光谱特性有20dB谱宽和边模抑制比。平均发送功率消光比眼图模板（2）单个接收机输入口参数接收灵敏度接收机波长范围光信噪比接收机反射系数光通道代价726.4.2 WDM系统光接口技术规范 输出端参数对应光纤通信光纤通信6.4.2WDM系统光接口技术规范（3）合路信号的输入

51、口参数平均每路输入功率平均总输入功率每路光信噪比串扰各路输入功率的最大差值（4）合路信号的输出口参数发送端S点串话通路输出功率发送功率每通路光信噪比各路输出功率的最大差值736.4.2 WDM系统光接口技术规范 （3）合路信号的光纤通信光纤通信6.4.2WDM系统光接口技术规范（5）光通路参数在WDM系统中，出现了“子”和“主”两个光通道。定义两光放大器之间为子光通道，MPI-S和MPI-R之间为主光通道，如图6-30所示。图6-30主光通道与子光通道的划分746.4.2 WDM系统光接口技术规范 （5）光通路参数光纤通信光纤通信6.4.2WDM系统光接口技术规范衰减与目标距离。目标距离的衰减

52、范围是在15301565nmEDFA的工作频带内，假设光纤损耗是以0.28dB/km为基础（包括接头和光缆富余度）而得出的。表6-4 无线路光放大器系统的衰减范围应用代码nL-y.znV-y.znU-y.z衰减范围最大22dB33dB44dB最小表6-5 有线路光放大器系统的衰减范围应用代码nLx-y.znVx-y.z衰减范围（OA之间）最大22dB33dB最小756.4.2 WDM系统光接口技术规范 衰减与目标光纤通信光纤通信6.4.2WDM系统光接口技术规范色散。对于超高速波分复用系统，大多数是色散敏感系统（色散包括色度色散和偏振模色散）。表6-6所示是2.5Gbit/s系统有/无线路光放

53、大器系统在G.652光缆上传输的色散容限值和目标传送距离。表6-6 2.5Gbit/s系统，有/无线路光放大器系统在G.652光缆上传输的色散容限值和目标传送距离应用代码LVUnV3-y.2nL5-y.2nV5-y.2nL8-y.2最大色散容限值160024003200720080001200012800目标传输距离（km）80120160360400600640766.4.2 WDM系统光接口技术规范 色散。对于光纤通信光纤通信6.4.2WDM系统光接口技术规范偏振模色散。偏振模色散是指由光纤随机性双折射引起的，不同偏振状态下光纤折射率不同，导致相移不同，在时域上表现为时延不同，最终脉冲波形

54、展宽，增加了码间干扰。反射。反射系数包括最小回损和最大反射系数。最小回损是指主通道光缆线路（包括任何光连接器）MPI-S点入射光功率和反射光功率之比。最大离散反射系数是指光通道光缆线路（包括任何光连接器）不均匀性（例如接头）引起的反射。光通道代价指从MPI-S和MPI-R之间的“主光通道”，由于反射、码间干扰、模分配噪声、激光器chip声等因素的影响，使脉冲在光纤传输过程中所引起的波形失真而导致接收灵敏度的明显下降。776.4.2 WDM系统光接口技术规范 偏振模色散光纤通信光纤通信6.4.2WDM系统光接口技术规范2WDM系统光接口指标322.5Gbit/sWDM系统光接口指标如表6-7所示

55、表6-7322.5Gbit/s WDM系统主光通路参数系统类型822dB530dB333dB通路数323232比特速率/通路的格式STM-16STM-16STM-16项目单位数值MPI-S和S点的光接口光发送端串音dB*每通路输出功率最大最小dBmdBm5.0(8.0)0.0(3.0)7.03.06.04.0总发送功率最大dBm17(20)2020MPI-S点每通路信噪比dB303030MPI-S点的最大通路功率差dB5.04.02.0光通道（MPI-SMPI-R）光通道代价（BER1012）dB222衰减范围最大dB243033最小dB222831色散ps/nm12800120007200反

56、射dB272727最小回损dB242424MPI-R和R点的光接口平均每通路的输入功率最大dBm17(14)2125表中，*待研究；()中的值为特殊情况下，822dBWDM系统光放大器的最大输出为+20dBm时的参数，其余参数为822dBWDM系统光放大器的最大输出为+17dBm时的参数。786.4.2 WDM系统光接口技术规范 2WDM系统光纤通信光纤通信6.4.2WDM系统光接口技术规范2WDM系统光接口指标OSC监控通路的接口参数如表6-8所示。表6-7322.5Gbit/s WDM系统主光通路参数表中，*待研究；()中的值为特殊情况下，822dBWDM系统光放大器的最大输出为+20dB

57、m时的参数，其余参数为822dBWDM系统光放大器的最大输出为+17dBm时的参数。表6-8OSC监控通路的接口参数监控波长1510nm光源类型MLM-LD*监控速率2Mbit/s光谱特性信号码型CMI最小接收灵敏度48dBm信号发送功率07dBm796.4.2 WDM系统光接口技术规范 2WDM系统光纤通信光纤通信6.4.2WDM系统光接口技术规范3OTU接口参数发送端OTU接口参数如表6-9所示，再生器OTU接口参数如表6-10所示，接收端OTU接口参数如表6-11所示。6.4.3光纤和光缆性能要求G.652和G.655光纤的基本性能要求如表6-12所示。806.4.2 WDM系统光接口技

58、术规范 3OTU接口光纤通信光纤通信小结1WDM技术是利用单模光纤的带宽以及低损耗的特性，采用多个波长作为载波，允许各载波信道在一条光纤内同时传输。与通用的单信道系统相比，WDM不仅极大地提高了网络系统的通信容量，充分利用了光纤的带宽，而且它具有扩容简单和性能可靠等诸多优点。2WDM系统主要由光发射机、光中继放大、光接收机、光监控信道和网络管理系统5部分组成。其工作方式有双纤单向和单纤双向两种。系统类型通常有开放式和集成式两种。81小 结 1WDM技术是利用单模光纤的带宽以及光纤通信光纤通信小结WDM系统设备一般按用途可分为光终端复用器（OTM）、光线路放大器（OLA）、光分插复用器（OADM）、电中继器（REG）等几种类型。WDM网络保护有点到点线路保护、光复用段保护和基于环网的保护。WDM系统监控有带外波长监控技术和带内波长监控技术两种。WDM网管包括故障管理、性能管理、配置管理和安全管理。WDM的关键技术包括光源、光检测器、光波长转换器、光放大器、光复用器和解复用器及光纤等。WDM系统规范主要介绍了WDM系统的波长分配和光接口技术规范。82小 结 WDM系统设备一般按用途可分为光