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1、 波分复用技术 光放大与色散补偿技术解决了传输距离光放大与色散补偿技术解决了传输距离问题，但还需要解决光波承载信息容量问题，问题，但还需要解决光波承载信息容量问题，这就要求我们研究多信道复用技术。这就要求我们研究多信道复用技术。解决这个问题有许多方案，可以从光信解决这个问题有许多方案，可以从光信号和光波两个方面来考虑，主要有光时分复号和光波两个方面来考虑，主要有光时分复用用(OTDM)(OTDM)技术、光码分复用技术、光码分复用(OCDM)(OCDM)技术、副技术、副载波复用载波复用(SCM)(SCM)技术、波分复用技术、波分复用(WDM)(WDM)技术等。技术等。1.光时分复用(OTDM)技
2、术v1 1）比特间插）比特间插OTDMOTDM v2 2）分组间插）分组间插OTDMOTDM2.光码分复用(OCDM)技术v光码分复用光码分复用(OCDM)(OCDM)通信是将码分多址通信技通信是将码分多址通信技术与大容量光纤通信技术相结合的一种通信术与大容量光纤通信技术相结合的一种通信方式，它是在方式，它是在OCDMOCDM通信系统中，每个用户都通信系统中，每个用户都拥有一个唯一的地址码。在进行数据信息的拥有一个唯一的地址码。在进行数据信息的传输时，首先用该地址码数据信息进行光调传输时，首先用该地址码数据信息进行光调制，同样，在接收端用与发射端相同的址码制，同样，在接收端用与发射端相同的址码
3、进行光解码，从而实现用户间的通信。进行光解码，从而实现用户间的通信。3副载波复用(SCM)v副载波复用（副载波复用（SCMSCM）的概念源于微波频分复用通信技术，它）的概念源于微波频分复用通信技术，它利用光纤在光载波上传输多信道微波信号。如图所示，在副利用光纤在光载波上传输多信道微波信号。如图所示，在副载波复用技术中，包含两次调制，第一次是电调制，即将多载波复用技术中，包含两次调制，第一次是电调制，即将多个基带信号分别调制到具有不同的微波频率的电载波上；然个基带信号分别调制到具有不同的微波频率的电载波上；然后再进行光调制，即将这些经频分复用的群信号调制到光载后再进行光调制，即将这些经频分复用的
4、群信号调制到光载波，从而形成光信号，使之进入光纤。同样在接收端先进行波，从而形成光信号，使之进入光纤。同样在接收端先进行光解调，再进行电解调，恢复为原各路基带信号。由于通常光解调，再进行电解调，恢复为原各路基带信号。由于通常称电载波为副载波，因此该复用方式简称为副载波复用方式。称电载波为副载波，因此该复用方式简称为副载波复用方式。光波分复用原理v1.OWDM原理v波分复用（OWDM）是在一根光纤中同时传输两种或多种不同波长的光波信号，WDM原理如图所示。v最初的最初的WDMWDM系统为系统为1310/1550nm1310/1550nm两波长系统，两波长系统，它是利用光纤的两个低损耗窗口它是利用
5、光纤的两个低损耗窗口1310nm 1310nm 和和1550nm1550nm各传送一路光波信号的系统，主要用各传送一路光波信号的系统，主要用于对原来于对原来1310nm 1310nm 系统进行扩容，两个波长之系统进行扩容，两个波长之间的间隔达两百多纳米，通常称为粗波分复间的间隔达两百多纳米，通常称为粗波分复用（用（CWDMCWDM）系统。）系统。v目前的目前的WDMWDM系统复用的波数很多，而通道间隔系统复用的波数很多，而通道间隔则更小，只有则更小，只有0.82nm0.82nm，甚至小于，甚至小于0.8nm0.8nm，因，因此这样的系统习惯上称为密集波分复用此这样的系统习惯上称为密集波分复用（
6、DWDMDWDM）系统。）系统。WDM系统的特点vWDMWDM系统具有以下的主要特点：系统具有以下的主要特点：v(1)(1)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v(2)(2)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v(3)(3)节约线路投资节约线路投资v(4)(4)多种应用形式多种应用形式v(5)(5)降低器件的超高速要求降低器件的超高速要求v(6)(6)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WDM对光源和光电检测器的要求对光源和光电检测器的要求 v （1 1）对光源的要求）对光源的要求v 激光器输出波长保持稳定激光器输出波长保持稳定v 激
7、光器应具有比较大的色散容纳值激光器应具有比较大的色散容纳值v 采用外调制技术采用外调制技术v （2 2）对光检测器的要求）对光检测器的要求光波分复用技术v1.WDM系统的结构vWDM系统是由光发射机、光接收机、光中继器和光监控与管理系统构成，如图所示为双向结构中其中一条单向传输的WDM系统总体结构示意图。光波长区的分配vWDMWDM系统的光发射机首先要解决光信号分割问系统的光发射机首先要解决光信号分割问题，如图所示，光信号是按照频率分割的，题，如图所示，光信号是按照频率分割的，各通道的波长是固定分配的。各通道的波长是固定分配的。WDM系统的技术规范包括：v1)绝对参考频率(AFR)和信道间隔
8、v2)标准中心频率和偏差 光转发器技术vWDMWDM光的发射是采用光转发器（光的发射是采用光转发器（OUTOUT）技术，）技术，OUTOUT是是WDMWDM的关键技术之一。开放式的关键技术之一。开放式WDMWDM系统在发送端采用系统在发送端采用OTUOTU将非标准的波长转换为标准波长，如图是一个将非标准的波长转换为标准波长，如图是一个OTUOTU的示意图，该器件的主要作用在于把非标准的波的示意图，该器件的主要作用在于把非标准的波长转换为长转换为ITU-TITU-T所规范的标准波长，以满足系统的波所规范的标准波长，以满足系统的波长兼容性长兼容性 可调光滤波接收技术vWDMWDM系统的光接收端均使
9、用了波长可调的光滤系统的光接收端均使用了波长可调的光滤波器，光滤波器也称为波长选择器。波器，光滤波器也称为波长选择器。v其作用是在接收端于接收器前从多信道复用其作用是在接收端于接收器前从多信道复用的光信号中选择出一定波长的信号，以供接的光信号中选择出一定波长的信号，以供接收机进行接收。收机进行接收。v波长选择器有波长选择器有:v(1)F-P(1)F-P光腔型光腔型;v(2)(2)介质膜干涉型介质膜干涉型;v(3)(3)光栅型光栅型v(4)(4)波导型波导型 光波分复用器v光波分复用器是实现不同的光信号合波和分光波分复用器是实现不同的光信号合波和分波的器件。光波分复用器分为发端的合波器波的器件。
10、光波分复用器分为发端的合波器和收端的分波器。合波器又称复用器，其功和收端的分波器。合波器又称复用器，其功能是将满足能是将满足G.692G.692规范的多个单通路光信号合规范的多个单通路光信号合成为一路合波信号，然后耦合进同一根光纤成为一路合波信号，然后耦合进同一根光纤传输。分波器又称解复用器，它的作用是在传输。分波器又称解复用器，它的作用是在收端将一根光纤传输的合波信号再还原成单收端将一根光纤传输的合波信号再还原成单路波长光信号，然后分别耦合进不同的光纤。路波长光信号，然后分别耦合进不同的光纤。光波分复用器是光波分复用器是WDMWDM系统的关键器件。系统的关键器件。v光波分复用器的种类很多。应
11、用不同的领域，光波分复用器的种类很多。应用不同的领域，WDMWDM器件的技术要求和制造方法都不相同，大器件的技术要求和制造方法都不相同，大致可分为：致可分为：v熔锥光纤型熔锥光纤型v介质膜干涉型介质膜干涉型v光栅型光栅型v波导型波导型1.熔维光纤型v当两根单模光纤的纤芯充分靠近时，单模光当两根单模光纤的纤芯充分靠近时，单模光纤中的两个基模纤中的两个基模(LP01(LP01 横电横磁混合模横电横磁混合模)会通会通过瞬逝波产生相互耦合，在一定的耦合系数过瞬逝波产生相互耦合，在一定的耦合系数和耦合长度下，便可以造成不同波长成分的和耦合长度下，便可以造成不同波长成分的波道分离，而实现分波效果。波道分离
12、，而实现分波效果。2.介质膜干涉型v介质膜干涉型波分复用器的基本单元由玻璃介质膜干涉型波分复用器的基本单元由玻璃衬底上交替地镀上折射率不同的两种光学薄衬底上交替地镀上折射率不同的两种光学薄膜制成，它实际上就是光学仪器中广范应用膜制成，它实际上就是光学仪器中广范应用的增透膜，如图所示。的增透膜，如图所示。3.光栅型光波分复用器v用于用于WDMWDM中的主要是闪耀光栅，它的刻槽具有一定的形状，中的主要是闪耀光栅，它的刻槽具有一定的形状，如图所示的小阶梯，当光纤阵列中某根输入光纤中的光信号如图所示的小阶梯，当光纤阵列中某根输入光纤中的光信号经透镜准直后，以平行光束射向闪耀光栅。由于光栅的衍射经透镜准
13、直后，以平行光束射向闪耀光栅。由于光栅的衍射作用，不同波长的光信号以方向略有差异的各种平行光束返作用，不同波长的光信号以方向略有差异的各种平行光束返回透镜传输，再经透镜聚焦后，以一定规律分别注入输出光回透镜传输，再经透镜聚焦后，以一定规律分别注入输出光纤之中。纤之中。4.阵列波导光栅(AWG)型光波分复用器v波导阵列型光栅波导阵列型光栅(Arrayed Waveguide Grating(Arrayed Waveguide Grating，AWG)AWG)器件器件的结构如图所示，由输入输出波导群、两个盘形波导及的结构如图所示，由输入输出波导群、两个盘形波导及AWGAWG一起集成在衬底上而构成。
14、各波导路径长度差所产生的效应一起集成在衬底上而构成。各波导路径长度差所产生的效应与闪耀光栅沟槽作用相当，从而起到与闪耀光栅沟槽作用相当，从而起到“光栅光栅”之用，输入和之用，输入和输出端通过扇形波导与输出端通过扇形波导与AWGAWG相连。当某根输入光纤中含有多相连。当某根输入光纤中含有多波长信号时，则在输出端的各光纤中分别具有相关波长的光波长信号时，则在输出端的各光纤中分别具有相关波长的光信号。信号。WDM光传送网v1.WDM光传送网与通信网的关系光传送网与通信网的关系 WDM网也采用了分层结构v （1）WDM传送网的分层结构 v 分层模型 v 从垂直方向上光传送网分为光通道（OCH）层、光复
15、用段（OMS）层和光传输（OTS）层三个独立的层网络，它们之间的关系如图所示WDM光传送网分层结构v光通道层所接收的信号来自电通道层，在此光通道层将为其进行路由选择和波长分配，从而可灵活的安排光通道连接，光通道开销处理以及监控功能等。当网络出现故障时，能够按照系统所提供的保护功能重新建立路由或完成保护倒换操作v光复用层主要负责为两个相邻波长复用器之间的多波长信号提供连接功能。具体功能包括光复用段开销处理和光复用段监控功能。光复用段开销处理功能是用来保证多波长复用段所传输信息的完整性的功能。而光复用段监控功能则是完成对光复用段进行操作、维护和管理操作的保障v光传输段层为各种不同类型的光传输媒质上
16、所携带的光信号提供传输功能，包括光传输段开销处理功能和光传输段监控功能。光传输段开销处理功能是用来保证多波长复用段所传输信息的完整性的功能，而光传输段监测功能则是完成对光传输段进行操作、维护和管理操作的重要保障v光通道层、光复用段层和光传输段层三层上所传输的信号均为光信号，因此也称它们为光层。其中光层又包含了光通道层和光段层v 光通道网络 v 光通道网络是基于波长路由的网络，它是根据光波长来识别每一个光通道，并可以在光域上完成基于波长路由的光信号处理，这样可为不同速率和不同传输格式提供一个统一的光平台光复用段层的逻辑功能块模型 v 光复用段层网络负责为多波长光信号提供网络连接功能 v 光复用段
17、适配功能块负责将光通道层送来的信号适配成光复用段层的信号格式v（2）WDM网络的交换形式和波长路由机制 v WDM网络的交换形式 a）光路交换 b）光分组交换 c）光突发交换 d）光分组流交换 v 波长路由机制WDM网络的关键设备v1）光分插复用器）光分插复用器(OADM)v2）光数字交叉连接器（）光数字交叉连接器（OXC）WDM网络的保护网络的保护v1.WDM系统线路保护方式v WDM系统线路保护主要有两种保护方式：一种是基于单个波长的保护，即在SDH层上实现1+1或 1：n保护；另一种是基于光复用段的保护（OMSP),即在光路上同时对合路信号进行保护v v （1）基于单个波长的、在SDH层
18、上实现的1+1或1：n保护v （2）光复用段保护（OMSP）v2.WDM环网的保护v v v （1）WDM环形网络的分类v 按自愈环结构来划分，可分为通道倒换环和复用段倒换环v 按进入环和由分路节点返回的支路信号方向是否相同，划分为单向环和双向环v（2）两纤环 v 两纤单向环 v 两纤双向环v（3）网状网的OXC保护影响波分复用系统性能的因素影响波分复用系统性能的因素v （1）制作技术和成本限制 v （2）串扰影响v （3）稳频v （4）阻塞特性与与WDM系统设计有关的几个问题系统设计有关的几个问题v （1）与WDM系统中的最小和最大光功率v 最小光功率v 最大光功率v （2）信噪比、通道间隔
19、、总通道数对传输距离的影响v （3）最大中继距离的计算v WDM系统设计vWDMWDM系统的性能，除了插入损耗和分配损耗以系统的性能，除了插入损耗和分配损耗以及噪声等影响因素之外，最大的影响因素是及噪声等影响因素之外，最大的影响因素是信道串扰信道串扰 v1)1)线性串扰线性串扰 v2)2)非线性串扰非线性串扰四波混频现象 v四波混频四波混频(Four Wave Mixing(Four Wave Mixing，FWM)FWM)是指两个是指两个以上不同波长的光信号在光纤的非线性影响以上不同波长的光信号在光纤的非线性影响下，除了原始的波长信号外还会产生许多原下，除了原始的波长信号外还会产生许多原始波
20、长之外的混合成分始波长之外的混合成分(或叫边带或叫边带)。1.复用路数与波长范围的选择vEDFAEDFA的最大可利用带宽要分成两种情况：的最大可利用带宽要分成两种情况：v 20nm 20nm带宽，即带宽，即154015401560nm1560nm范围，无须进行通带范围，无须进行通带平坦化处理。平坦化处理。v 32nm 32nm，即，即1528.771528.771560.61nm1560.61nm范围，需要进行通范围，需要进行通带平坦化处理。带平坦化处理。2.速率等级的选择v单通道系统的传输速率取决于通信容量的需单通道系统的传输速率取决于通信容量的需求和通信成本的合理化。求和通信成本的合理化。
21、v等级选择的原则性意见是：站间距离长，总等级选择的原则性意见是：站间距离长，总容量在容量在80Gbit/s80Gbit/s，优先选用，优先选用STM-16STM-16等级；总等级；总容量在容量在80Gbit/s80Gbit/s以上，或者多数站间距离短，以上，或者多数站间距离短，则选用则选用STM-64STM-64等级。等级。3.光纤类型的选择vWDMWDM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：v 新建新建WDMWDM系统的路由不再选用系统的路由不再选用G.653G.653光纤，旧路由的光纤，旧路由的G.653G.653光纤用于光纤用于WDMWDM系统需要采取不等间隔信道波
22、长配置，复用路系统需要采取不等间隔信道波长配置，复用路数通常选为数通常选为8 8波。波。v STM-16 STM-16系统一般使用系统一般使用G.652G.652光纤，可以实现光纤，可以实现120km120km的跨距的跨距传输，具有成本优势。且未来有传输，具有成本优势。且未来有13101310和和15501550两个波段同时使两个波段同时使用的潜力。用的潜力。v 2.5Gbit/s 2.5Gbit/s速率以上，长跨距宜选用速率以上，长跨距宜选用G.655G.655光纤。光纤。v 允许同一个系统中允许同一个系统中G.652G.652光纤和光纤和G.655G.655光纤混用，但光纤混用，但G.65
23、3G.653光纤与其他光纤混用没有意义。光纤与其他光纤混用没有意义。G.652G.652光纤和光纤和G.655G.655光纤混用光纤混用时只能采用时只能采用1550nm1550nm窗口，主通道不能窗口，主通道不能1550nm1550nm和和1310nm1310nm混用混用(1310nm(1310nm的光纤放大器实用化后另当别论的光纤放大器实用化后另当别论)。4.关于通路组织v关于通路的组织是十分复杂的，一般遵守下列原则：关于通路的组织是十分复杂的，一般遵守下列原则：vWDMWDM的分站切忌满足小通信容量中间站的通信要求；的分站切忌满足小通信容量中间站的通信要求；v分站的站间距离尽可能接近目标距离，因为分站的站间距离尽可能接近目标距离，因为40km40km与与50km50km、甚至、甚至120km120km所需的传输成本差不多；所需的传输成本差不多；v分配给同一站的信道尽量不用邻近信道，信道功率分配给同一站的信道尽量不用邻近信道，信道功率尽可能相同；尽可能相同；vWDMWDM系统用于城域网时应选用环保护信道。系统用于城域网时应选用环保护信道。