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1、第八章第八章 波分复用技术波分复用技术第1页，本讲稿共23页8.1 8.1 多信道复用技术多信道复用技术o光时分复用光时分复用(OTDM)(OTDM)o光码分复用光码分复用(OCDM)(OCDM)o副载波复用副载波复用(SCM)(SCM)o空分复用空分复用(SDM)(SDM)o光波分复用光波分复用(WDM(WDM)第2页，本讲稿共23页8.2 8.2 波分复用原理波分复用原理 1 1、WDM DWDM OFDMWDM DWDM OFDM 在在文文献献中中波波分分复复用用技技术术一一般般又又有有波波分分复复用用(WDM)(WDM)，密密集集波波分分复复用用(DWDM)(DWDM)和和光光频频分分
2、复复用用(OFDM)(OFDM)之之分分。一一般般的的看看法法是是光光载载波波复复用用数数小小于于8 8波波，信信道道间间隔隔大大于于3.2nm3.2nm的的系系统统为为WDMWDM。而而光光载载波波复复用用数数大大于于8 8波波，信信道道间间隔隔小小于于3.2nm3.2nm的的系系统统称称为为DWDMDWDM。波波分分复复用用的的密密集集程程度度与与其其他他电电通通信信的的频频分分复复用用密密集集程程度相当时，就称为度相当时，就称为OFDMOFDM。第3页，本讲稿共23页oITU-T建建 议议 一一 直直 只只 提提 WDM和和Multichannelsystem(多多信信道道系系统统)，避
3、避免免WDM和和DWDM的的区区分分和和界界定定，建建议议文文件规范的信道间隔也只窄到件规范的信道间隔也只窄到50GHz。o目前真正实用化的光波分复用系统是目前真正实用化的光波分复用系统是162.5Gbit/s，1610Gbit/s和和322.5Gbit/s，3210Gbit/s，4010Gbit/s。我国目前也已达到了这一实用化水平。我国目前也已达到了这一实用化水平。第4页，本讲稿共23页2 2、WDMWDM系统概述系统概述WDMWDM系系统统有有单单纤纤双双向向波波分分复复用用系系统统和和双双纤单向波分复用系统纤单向波分复用系统o单单纤纤双双向向波波分分复复用用系系统统，它它只只用用一一根
4、根光光纤纤，多多个个波波长长的的信信号号可可以以在在两两个个方方向向上上同同时时传传播。播。o双双纤纤单单向向波波分分复复用用系系统统，是是用用一一对对光光纤纤，在每一根光纤中光单向传输。在每一根光纤中光单向传输。第5页，本讲稿共23页3、WDMWDM技术的主要特点技术的主要特点o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o同时传输多种不同类型的信号同时传输多种不同类型的信号o实现单根光纤双向传输实现单根光纤双向传输o多种应用形式多种应用形式o节约线路投资节约线路投资o降低器件的超高速要求降低器件的超高速要求oIPIP的传送通道的传送通道o高度的组网灵活性、经济性和可靠性高度的组网灵
5、活性、经济性和可靠性第6页，本讲稿共23页8.3 8.3 光发送部分和光接收部分光发送部分和光接收部分1、光波长区的分配、光波长区的分配光纤有两个长波长的低损耗窗口，即光纤有两个长波长的低损耗窗口，即1310nm和和1550nm窗口它们均可用于光信窗口它们均可用于光信号的传输，但由于目前的号的传输，但由于目前的EDFA的工作波的工作波长为长为15301565nm，因此，因此WDM系统应系统应这个波长区域内。这个波长区域内。第7页，本讲稿共23页(1)绝对参考频率绝对参考频率(AFR)o绝绝对对参参考考频频率率是是为为维维持持光光信信号号频频率率的的精精度度和和稳稳定定度度而而规规范范的的特特定
6、定频频率率参参考考。ITU-T建建议议G.692文文件件，确确定定WDM系系统统的绝对参考频率规范为的绝对参考频率规范为193.10THz。(2)信道间隔信道间隔oG.692文文 件件 规规 范范 WDM的的 信信 道道 间间 隔隔 为为25GHz的的整整数数信信，目目前前优优先先选选用用的的是是100GHz和和 50GHz信信 道道 间间 隔隔。G.652或或G.655光光纤纤系系统统是是均均匀匀信信道道间间隔隔。G.653光纤采用非均匀信道间隔。光纤采用非均匀信道间隔。第8页，本讲稿共23页(3)标准中心频率标准中心频率o所所谓谓标标准准中中心心频频率率指指的的是是光光波波分分复复用用系系
7、统中每个通路对应的中心波长的频率。统中每个通路对应的中心波长的频率。(4)中心频率偏差中心频率偏差o中中心心频频率率偏偏差差定定义义为为标标称称中中心心频频率率与与实实际中心频率之差。际中心频率之差。第9页，本讲稿共23页2、光转发器、光转发器(OTU)技术技术WDM光光的的发发射射是是采采用用光光转转发发器器技技术术，开开放放式式WDM系系统统在在发发送送端端采采用用OTU将将非非标准的波长转换为标准波长标准的波长转换为标准波长第10页，本讲稿共23页3、可调光滤波器、可调光滤波器oWDM系系统统的的光光接接收收端端均均使使用用了了波波长长可可调调的的光光滤滤波波器器，其其作作用用是是在在接
8、接收收端端于于接接收收器器前前从从多多信信道道复复用用的的光光信信号号中中选选择择出出一一定定波波长的信号，以供接收机进行接收。长的信号，以供接收机进行接收。o通常使用法布珀罗通常使用法布珀罗(FP)干涉仪作为光滤波器。干涉仪作为光滤波器。o另另外外还还有有一一类类是是集集成成在在LiNbO3波波导导上上的的，利利用用声声光光或或电电光光效效应应来来改改变变介介质质的的折折射射率率，从从而而实实现现对对光光波波长长选选择择的的光光滤滤波波器器，其其中中声声光光效效应应的的滤滤波波器器调调谐谐范范围围可可做做到到大大于于100nm，而电光效应的滤波器调谐范围较小，只能达到，而电光效应的滤波器调谐
9、范围较小，只能达到10nm。o除除此此之之外外，窄窄带带的的光光放放大大器器对对入入射射复复用用信信号号的的选选择择放放大大，也可以起到光滤波器的作用。也可以起到光滤波器的作用。第11页，本讲稿共23页8.4、波分复用器、波分复用器波波分分复复用用器器分分发发端端合合波波器器和和收收端端的的分分波波器器。合合波波器器又又称称复复用用器器，分分波波器器又又称称解复用器。解复用器。光光波波分分复复用用器器的的种种类类很很多多，大大致致分分为为四大类：四大类：o熔维光纤型熔维光纤型o介质膜干涉型介质膜干涉型o光栅型光波分复用器光栅型光波分复用器o阵列波导光栅阵列波导光栅(AWG)型光波分复用器型光波
10、分复用器第12页，本讲稿共23页8.5、掺铒光纤放大器、掺铒光纤放大器(EDFA)1、EDFA概述概述掺掺铒铒光光纤纤放放大大器器(EDFA)是是将将铒铒(Er)离离子子注注入入到到纤纤芯芯中中，形形成成了了一一种种特特殊殊光光纤纤，它它在在泵泵浦浦光光的的作作用用下下可可直直接接对对某某一一波波长长的光信号进行放大。的光信号进行放大。第13页，本讲稿共23页掺铒光纤放大器的主要优点是：掺铒光纤放大器的主要优点是：(1)工工作作波波长长处处在在1.531.56m范范围围，与与光光纤纤最最小小损损耗窗口一致；耗窗口一致；(2)对对掺掺铒铒光光纤纤进进行行激激励励的的泵泵浦浦功功率率低低，仅仅需需
11、几几十十毫毫瓦瓦，而而拉拉曼曼放放大大器器需需0.51W的的泵泵浦浦源源进进行行激激励励；(3)增增益益高高、噪噪声声低低、输输出出功功率率大大。它它的的增增益益可可达达40dB，噪噪声声系系数数可可低低至至34dB，输输出出功功率率可可达达1420dBm；(4)连连接接损损耗耗低低，因因为为它它是是光光纤纤型型放放大大器器，因因此此与与光光纤连接比较容易，连接损耗可低至纤连接比较容易，连接损耗可低至0.1dB。第14页，本讲稿共23页2、掺铒光纤为什么具有放大功能、掺铒光纤为什么具有放大功能在在制制造造光光纤纤过过程程中中，设设法法掺掺入入一一定定量量的的三三价价铒铒离离子子形形成成掺掺铒铒
12、光光纤纤，铒铒离离子子在在未未受受任任何何光光激激励励的的情情况况下下，电电子子处处在在最最低低能能级级(基基态态)4I15/2上上，当当泵泵浦浦光光射射入入，铒铒粒粒子子吸吸收收泵泵浦浦光光的的能能量量，电电子子向向高高能能级级跃跃迁迁。并并迅迅速速以以非非辐辐射射跃跃迁迁的的形形式式由由泵泵浦浦态态变变至至亚亚稳稳态态(即即4I13/2能能级级)，由由于于源源源源不不断断地地进进行行泵泵浦浦，粒粒子子数数不不断断增增加加，从从而而实实现现了了粒粒子数反转。子数反转。当当具具有有1550nm波波长长的的光光信信号号通通过过这这段段掺掺铒铒光光纤纤时时，亚亚稳稳态态的的粒粒子子以以受受激激辐辐
13、射射的的形形式式跃跃迁迁到到基基态态，并并产产生生出出和和入入射射光光信信号号中中的的光光子子一一样样的的光光子子，从从而而大大大大增增加加了了信信号号光光中中的的光光子子数数量量，即即实实现现了了信信号号光光在在掺掺铒铒光光纤纤的传输过程中不断被放大的功能。的传输过程中不断被放大的功能。第15页，本讲稿共23页3、EDFA的基本结构的基本结构EDFA主主要要是是由由掺掺铒铒光光纤纤(EDF)、泵泵浦浦光光源源、光光耦耦合合器器、光光隔隔离离器器以以及及光光滤滤波波器器等等组组成成。EDFA按按照照它的泵浦方式不同，有三种基本结构形式：它的泵浦方式不同，有三种基本结构形式：o同向泵浦结构同向泵
14、浦结构o反向泵浦结构反向泵浦结构o双向泵浦结构双向泵浦结构从从输输出出功功率率上上来来看看，单单泵泵浦浦的的输输出出功功率率可可达达14dBm，而双泵浦的输出功率可达，而双泵浦的输出功率可达17dBm。第16页，本讲稿共23页4、EDFA的性能指标的性能指标(1)增益特性增益特性EDFA的增益特性用功率增益来表示的增益特性用功率增益来表示o放放大大器器的的功功率率增增益益随随泵泵浦浦功功率率的的增增加加而而增增加加，但但当当泵泵浦浦功功率率达到一定值时，放大器增益出现饱和。达到一定值时，放大器增益出现饱和。o功功率率增增益益随随掺掺铒铒光光纤纤长长度度的的增增加加而而上上升升，当当光光纤纤长长
15、度度达达到到一一定定值值后后，增增益益反反而而逐逐渐渐下下降降。可可见见，当当光光纤纤为为某某一一长长度度时时，可可获获得得最最佳佳增增益益，这这个个光光纤纤长长度度称称为为最最大大增增益益的的光光纤纤长度。长度。o因此，在给定的掺铒光纤的情况下，应选择合适的泵浦功因此，在给定的掺铒光纤的情况下，应选择合适的泵浦功率和光纤长度，以达到最大增益。率和光纤长度，以达到最大增益。第17页，本讲稿共23页(2)输出功率特性输出功率特性当当饱饱和和增增益益下下降降3dB时时所所对对应应的的输输出出功功率率值值为为3dB饱饱和和输输出出功功率率。它它代代表表了了掺掺铒铒光光纤纤放放大大器器的的最最大大输输
16、出出能力。能力。(3)噪声特性噪声特性掺铒光纤放大器的噪声主要来源有：掺铒光纤放大器的噪声主要来源有：o信号光的散弹噪声；信号光的散弹噪声；o信号光波与放大器自发辐射光波间的差拍噪声；信号光波与放大器自发辐射光波间的差拍噪声；o被放大的自发辐射光的散弹噪声；被放大的自发辐射光的散弹噪声；o光放大器自发辐射的不同频率光波间差拍噪声。光放大器自发辐射的不同频率光波间差拍噪声。第18页，本讲稿共23页5、EDFA的基本应用形式的基本应用形式EDFA具体的应用形式有以下四种。具体的应用形式有以下四种。o线路放大线路放大(LineAmplifier)o功率放大功率放大(BoosterAmplifier)
17、o前置放大前置放大(Preamplifiev)oLAN放大放大(LANAmplifier)第19页，本讲稿共23页8.6 WDM设计中考虑的重要问题设计中考虑的重要问题1、WDM的信道串扰的信道串扰(1)线性串扰线性串扰线线性性串串扰扰通通常常发发生生在在解解复复用用过过程程中中，取取决决于于用用于于选选择信道的光滤波器的特性。择信道的光滤波器的特性。(2)非线性串扰非线性串扰由由于于是是光光纤纤非非线线性性效效应应引引起起的的，故故这这种种串串扰扰便便称称之之为为非非线线性性串串扰扰。光光纤纤的的非非线线性性效效应应包包括括受受激激喇喇曼曼散散射射、受受激激布布里里渊渊散散射射、交交叉叉相相
18、位位调调制制和和四波混频等。四波混频等。第20页，本讲稿共23页2、系统设计方案概述、系统设计方案概述(1)复用路数与波长范围的选择复用路数与波长范围的选择WDM系系统统的的最最大大复复用用路路数数决决于于两两个个因因素素：信信道道最最大大可可利利用用带带和和最最小小信信道道间间隔隔。EDFA的的最最大大可利用带宽要分成两种情况：可利用带宽要分成两种情况：o20nm带带宽宽，即即15401560nm范范围围，无无需需作作通通带带平平坦化处理。坦化处理。o32nm，即即1528.771560.61nm范范围围，需需要要作作通通带带平平坦化处理。坦化处理。第21页，本讲稿共23页(2)速率等级的选
19、择速率等级的选择单单通通道道系系统统的的传传输输速速率率取取决决于于通通信信容容量量的的需需求求和和通通信信成本的合理化。成本的合理化。(3)光纤类型的选择光纤类型的选择WDM系统设计选择光纤的一般原则是：系统设计选择光纤的一般原则是：o新新建建WDM系系统统的的路路由由不不再再选选用用G.653光光纤纤，旧旧路路由由的的G.653光光纤纤用用于于WDM系系统统需需采采取取不不等等间间隔隔信信道道波波长长配配置置，复用路数通常选为复用路数通常选为8波。波。oSTM-16系系统统一一般般使使用用G.652光光纤纤，可可以以实实现现120km的的跨跨距距传传输输，具具有有成成本本优优势势。且且未未
20、来来有有1310和和1550两两个个波波段同时使用的潜力。段同时使用的潜力。o2.5Gbit/s速率以上，长跨距宜选用速率以上，长跨距宜选用G.655光纤。光纤。o允许同一个系统中允许同一个系统中G.652光纤和光纤和G.655光纤混用。光纤混用。第22页，本讲稿共23页(4)关于通路组织关于通路组织oWDM的的分分站站切切忌忌满满足足小小通通信信容容量量中中间间站站的通信要求的通信要求o分站的站间距离尽可能接近目标距离分站的站间距离尽可能接近目标距离o分分配配给给同同一一站站的的信信道道尽尽量量不不用用邻邻近近信信道道，信道功率尽可能相同信道功率尽可能相同oWDM系系统统用用于于城城域域网网时时应应选选用用环环保保护护信信道道(5)信道功率选择信道功率选择第23页，本讲稿共23页