全光通信網(wǎng)絡(luò)

1、武漢理工大學(xué) 學(xué)期論文科目 全光通信網(wǎng)絡(luò) 題目 光波分復(fù)用技術(shù)研究 院 （系） 信 息 工 程 學(xué) 院 2011 年 12月內(nèi)容摘要 波分復(fù)用技術(shù)是一項(xiàng)新的技術(shù)，它的前景非常廣闊， 同時(shí)它也是新一代的光纖通信系統(tǒng)的標(biāo)志。本文詳細(xì)介紹了光波分復(fù)用技術(shù)的原理、系統(tǒng)構(gòu)成和特點(diǎn)及其特點(diǎn)。對(duì)光波分復(fù)用技術(shù)在通信干線網(wǎng)和光纖用戶網(wǎng)中的應(yīng)用做了探討，對(duì)其發(fā)展前景做了展望。關(guān)鍵詞 光波分復(fù)用技術(shù) 光纖通信 光纖用戶網(wǎng)Abstract WDM technology is a new technology. It is very wide prospect, at the same time , it is al

2、so a new generation of optical fiber communication system of signs. This paper introduces the principle of light WDM technology, system structure characteristics and its characteristics. Light WDM technology in communication key wire and optical fiber user nets on the application is to explore its d

3、evelopment prospect. Key words light WDM technology optical fiber communication optical fiber user nets第一章 引言1.1 全光網(wǎng)絡(luò)研究背景自從光纖被引入通信網(wǎng)以來，它 已為通信 網(wǎng)的發(fā)展作出了重要的貢獻(xiàn)。隨著通信 網(wǎng)傳輸容量 的不斷增加，光纖通信也發(fā)展到了一個(gè)新的高度。但是，在 目前 的光纖通信系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò) 的各個(gè)節(jié)點(diǎn)要經(jīng)過多次的光-電，電-光變換，而其中的電子器件在適應(yīng)高速、大容量 的需求上存在諸多缺點(diǎn)，如帶寬限制、時(shí)鐘漂移、嚴(yán)重串話、高功耗等，由此產(chǎn)生通信網(wǎng)中的“電子瓶頸 ”現(xiàn)象。為了解

4、決這一 問題，充分發(fā)揮光纖通信的極寬頻帶、抗電磁干擾、保密性強(qiáng)、傳輸損耗低等優(yōu)點(diǎn)，于是提出了全光通信。可見采用全光傳輸技術(shù)是歷史 的螺旋上升。全光通信 是歷史發(fā)展 的必然。從1980年以來的20年間，隨著光器件的發(fā)展和光系統(tǒng)的演進(jìn)，光傳輸系統(tǒng)的容量已從Mbit/s發(fā)展到Tbit/s，提高了近10萬倍。從理論上講，全光網(wǎng)絡(luò)是指光信息流在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸及交換始終以光的形式實(shí)現(xiàn)，而不需要經(jīng)過光/電、電/光變換。也就是說，信息從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的傳輸過程中始終在光域內(nèi)。在波分復(fù)用技術(shù)提出以后，波長本身成為組網(wǎng)（分插、交換、路由）的資源。伴隨著光分插復(fù)用（OADM）和光交叉聯(lián)接（OXC）技術(shù)的逐步成熟，原

5、來被認(rèn)為只是提供帶寬傳輸?shù)墓鈱娱_始有了組網(wǎng)能力，因此成為最近幾年光通信研發(fā)的熱點(diǎn)。 WDM全光網(wǎng)絡(luò)是基于WDM技術(shù)，以波長作為組網(wǎng)資源，靈活可靠、性能穩(wěn)定的光網(wǎng)絡(luò)，它可以劃分為長途骨干網(wǎng)、區(qū)域網(wǎng)和城域網(wǎng)三個(gè)等級(jí)。WDM全光網(wǎng)絡(luò)通過波長路由機(jī)制實(shí)現(xiàn)路由選擇，具有良好的可擴(kuò)展性、可重構(gòu)性和可操作性。1.2 全光通信現(xiàn)狀1970年，美國康寧公司馬勒博士等三人的研究小組首次研制成功損耗為20dB/km光纖。1974年，貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了制造低損耗光纖的方法，稱作改進(jìn)的化學(xué)汽相沉積法（MCVD）， 光纖損耗下降到1dB/km。1976年，日本電話電報(bào)公司研制出更低損耗光纖，損耗下降到0.5dB/km197

6、9年，日本電報(bào)電話公司研制出0.2dB/km的光纖1.55um目前，光纖最低損耗0.17dBkm 。1978年,在全國科學(xué)大會(huì)上，展出了PCM24路信號(hào)和彩色電 視信號(hào)的光纖傳輸試驗(yàn)。1979年，多模光纖的損耗降至1dB/Km。建成8Mb/s、光纜中繼線路試驗(yàn)段。 1981年, 研制出三次群34Mb/s(480路)光傳輸設(shè)備。 1982年，研制出四次群140Mb/s(1920路)光傳輸設(shè)備。 1991年, 研制出五次群565Mb/s(7680路)光傳輸設(shè)備.(PDH)。 2002年，研制出320Gb/s(32×10Gb/s) (387萬路)光傳輸設(shè)備。2003年，研制出1.6Tb/s

7、(160×10Gb/s) (1935.36萬路)。2004年，研制出單波長40 Gb/s 烽火通信-武漢郵科院。 2008年，商用3.2Tb/s(80×40Gb/s)深圳華為 。2001年，法國成功研制出世界上最高容量的DWDM系統(tǒng)，在此期間，光交叉連接器（WSS）,交叉矩陣等全關(guān)網(wǎng)中的關(guān)鍵器件也快速的發(fā)展，由于其巨大的優(yōu)勢，全光網(wǎng)被許多國家和地區(qū)列為重點(diǎn)發(fā)展項(xiàng)目，全光網(wǎng)得到了長足的進(jìn)步。在光通信快速發(fā)展的同時(shí)，也有著巨大的隱害。由于人們只注意到了全光網(wǎng)巨大的優(yōu)勢，卻忽視了供需的關(guān)系，人們沒有那么大的寬帶需求。同時(shí)，當(dāng)時(shí)光器件也沒法與電器件相比較，價(jià)格相當(dāng)貴，市場需求與技術(shù)

8、發(fā)展存在著巨大的鴻溝。這樣就在2001年，通信泡沫產(chǎn)生，全光網(wǎng)作為其中一員也隨之進(jìn)入了嚴(yán)冬。 第二章 光波分復(fù)用系統(tǒng)2.1 光波分復(fù)用概述光纖通信的多路復(fù)用技術(shù) ， 最初是采用原銅纜沿用PCM脈沖編碼調(diào)制方式 ，把模擬信號(hào)變換為數(shù)字信號(hào) ，再應(yīng)用時(shí)分多路 ( Time Division Multipl xing， TDM ) 技 術(shù)組成一次群 、 二次群 、 三次群 、 四次群等 此系列被稱 為準(zhǔn)同步數(shù)字系列 ( Plesiochronous Digital Hierarchy ，PDH) 。 但現(xiàn)有的PDH 幾種系列 ， 互不兼容， 難以適應(yīng)同絡(luò)發(fā)展的要求。后來采用的同步數(shù)字系列(Synch

9、ronous Digital Hierarchy ，SDH) 所用的復(fù) 用技術(shù) ，仍屬 TDM 技術(shù) ， 盡管目前已在國內(nèi)外大量使用 ， 但在技術(shù)發(fā)展 ， 成本投人上都遇到很大困難 。 近幾年來 ，WDM 技術(shù) 的進(jìn)展為光纖 的發(fā)展 開辟 了另一 個(gè)十分廣闊的前景 。WDM 是 一種光纖傳 技術(shù) ， 將不同的輸人光信號(hào)分 別調(diào)制在特定的波長上 ， 然后將調(diào)制后 的信 號(hào)復(fù) 用在一根光纖上 。完成此調(diào)制的關(guān)鍵是波分復(fù)用器 ， 復(fù)用后的信號(hào)經(jīng)傳 送后到達(dá)連接的遠(yuǎn)端 ， 再經(jīng)過解復(fù)用器分離成不同的渡長 ， 由 不同波長的檢測器將各自的光信號(hào)轉(zhuǎn)換 成電信號(hào) ， 或者直接獲取各自的渡長信號(hào) ， 并且將它

10、們連接到其它 的 WDM 波道上 。WDM 系統(tǒng)使用不同波長 ， 可承載上百個(gè)通路的信號(hào) ，每一通路可攜帶 2 .5 Gbit/s或 10Gbit/ss信號(hào) 。采用波分復(fù)用使 網(wǎng)絡(luò)鏈路容 量有 了突破性進(jìn)展 。 例如 ， 目前2 .5 Gbit/s， 即所 謂 8×2 .5 Gbit/s系 統(tǒng) 。這 樣 ， 一 根光纖的總 速 率 可 達(dá) 20 Gbit/s。 若每個(gè)波長的速率為10 Gbit/s ， 則一根光纖 的總速 率就 可達(dá) 8 0 Gbit/s ， 這將大量節(jié)省光纖的數(shù) 量 。 最近 ，我國正在全國長途骨干光纜網(wǎng)上進(jìn)行升級(jí)改造 ，也就是利用 WDM 8×2 .5

11、Gbit/s 光傳 輸系統(tǒng)使 一對(duì) 光纖可 同時(shí)傳送 24萬路 電話或2400套電視節(jié) 目。 WDM 除了在傳輸 上可以大幅度地 降低傳輸成本 以外 ， 還可以實(shí)現(xiàn)靈活的光節(jié)點(diǎn) ， 即所謂的光分插 復(fù) 用器 ( OADM) 和光交叉 連接器 ( OXC)， 從而實(shí)現(xiàn)類似 電領(lǐng)域 SDH 分插復(fù)用 器( ADM) 和 S DH 數(shù)字交 叉連 接設(shè) 備( SDXC) 的靈活上下業(yè)務(wù) 的組 網(wǎng)功能 。2.2 光纖基本特性因?yàn)閱文９饫w具有內(nèi)部損耗低、帶寬大、易于升級(jí)擴(kuò)容和成本低的優(yōu)點(diǎn)，因而得到了廣泛應(yīng)用。從80年代末起，我國在國家干線網(wǎng)上敷設(shè)的都是常規(guī)單模光纖。常規(guī)石英單模光纖同時(shí)具有1550nm和1

12、3l0nm兩個(gè)窗口，最小衰減窗口位于1550nm窗口。多數(shù)國際商用光纖在這兩個(gè)窗口的典型數(shù)值為：1310nm窗口的誤減，消除了這一損耗峰峰值，使整個(gè)頻帶更加平坦?，F(xiàn)在人們所利用的只是光纖低損耗頻譜(13 l0到1550Inm)極少的一部分。在光纖的帶寬中只占很小一部分，大約只有OD2nm左右；全部利用光纖放大器EDFA的放大區(qū)域帶寬(15301565nrn)的35nm帶寬，也只是占用光纖全部帶寬(13l01550nm的16左右。理論上，wDM技術(shù)可以利用的單模光纖帶寬達(dá)到200nm，即25THz帶寬，即使按照波長間隔為0.8nm（100GHz）計(jì)算，理論上夜可以開通200多個(gè)波長的WDM系統(tǒng)，

13、因而目前光纖的帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有利用。WDM技術(shù)的出現(xiàn)正是為了充分利用這一帶寬，而光纖本身的寬帶寬。 2.3 光波分復(fù)用原理WDM技術(shù)是在一根光纖中間時(shí)傳輸多波長光信號(hào)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(hào)組合起來( 復(fù)用) ， 并耦合到光纜線路上的同一根光纖中逐行傳輸。 在接收端又將組合波長的光信號(hào)分開( 解復(fù)用) ， 并作進(jìn)一步處理， 恢復(fù)出原信號(hào)后送人不同的終端。 因此將此項(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)。 由于目前一些光器件與技術(shù)還不十分成熟。 因此要實(shí)現(xiàn)光信道十分密集的光頻分復(fù)用還較為困難。在這種情況下， 人們把在同一窗口中信 道間 隔較 小的波分 復(fù)用稱為密集 波

14、分復(fù)用 ( DWDM：DensityWavelength Division Multiplexing， TDM) 根據(jù)光纖傳輸?shù)奶卣鳎?可以將光纖的傳輸波段分成 5個(gè)波段 。它們分別是0波段，波長范圍為 12601360 nm； E波段， 波長范圍是 1360 1460 nm ； S波段， 波長范圍為 1460 1530 nm；C波段，波長范圍為 1530 1565 nm； L波段波長范圍是15651625nm 。 目前的 WDM應(yīng)用主要 C波段上。其中每個(gè)波長之間的間隔為1.6nm，0.8 nm或更低 ， 對(duì)應(yīng)約200GH z ，100GHz 更窄的帶寬。 若能消除由光纖中的 OH根所致的損

15、耗譜中的尖峰， ，則可在1280 1620 m波段內(nèi)充分利用光纖的低損耗特性( 稱之為全波光纖) ， 使波分復(fù)用系統(tǒng)的可用波長范圍達(dá)到340nm左右可大大提高傳輸容量。目前一般系統(tǒng)應(yīng)用時(shí)所采用的信道波長是等間隔的。以往技術(shù)人員習(xí)慣采用WDM和 DWDM來區(qū)分是由1310/1550nm簡單復(fù)用還是在 1550nm波長區(qū)段內(nèi)密集復(fù)用， 但 目前在電信界應(yīng)用時(shí)， 都采用 DWDM技術(shù)，1310/1550nm的復(fù)用由于超出了EDFA增益頻譜的范圍，只用在一些專門場合 所以下面均采用WDM這個(gè)更廣義的名稱來介紹 DWDM技術(shù)。WDM技術(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)容升級(jí)、 發(fā)展寬帶業(yè)務(wù)、充分挖掘光纖帶寬潛力、 實(shí)現(xiàn)超高速

16、通信等具有十分重要的意義 尤其是WDM加上摻 耳光纖放大器( EDFA) 更是對(duì)現(xiàn)代信息網(wǎng)絡(luò)具有強(qiáng)大的吸引力。 就發(fā)展而言如果某一個(gè)區(qū)域內(nèi)所有的光纖傳輸鏈路都升級(jí)為 WDM傳輸我們就可以在這些 WDM鏈路的交叉處設(shè)置以波長為單 位的光交叉連接設(shè)備 ( OXC) ，或進(jìn)行光上下路的光分插復(fù)用器 ( OADM) 則在原來由光纖鏈路組成的物理層上面就會(huì)形成一個(gè)新的光層。 在這個(gè)光層中。 相鄰光纖鏈路中的波長通道可以連接起來， 形成 一個(gè)跨越多個(gè) OXC和OADM的光通路完成端到端的信息傳送， 并且這種光通路可以根據(jù)需要靈活動(dòng)態(tài)地建立和釋放， 這個(gè)光層就是目前引人注目的、 新一代的 WDM光傳送網(wǎng)絡(luò)。

17、 第三章 WDM系統(tǒng)組成與分類 3.1 WDM系統(tǒng)的組成以及各部分功能一般來說。 WDM系統(tǒng)主要由以下五部分組成： 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)( 見圖 1) 。 圖1 .WDM系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)示意圖 光發(fā)射機(jī)是 WDM系統(tǒng)的核心。 根據(jù) ITU-T的建議和標(biāo)準(zhǔn)， 除了對(duì)WD M系統(tǒng)中發(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 ( 主要是傳輸光纖的類型和無電中繼傳輸?shù)木嚯x) 來選擇具有一定色度色散客限的發(fā)射機(jī)。在發(fā)送端首先將來白終端設(shè)備( 如 SDH端機(jī)) 輸 出的光信號(hào)， 利用光轉(zhuǎn)發(fā)器( OTU) 把符合 ITU G.957建議的非特定

18、波長的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成具有穩(wěn)定的特定波長的光信號(hào)： 利用合渡器合成多通路光信號(hào)； 通過光功率放大器( RA) 放 大輸出多通路光信號(hào)。經(jīng)過長距離光纖傳輸后 80-120km) 。需要對(duì)光信號(hào)進(jìn)行光中繼放大。目前使用的光放大器多數(shù)為摻耳光纖光放大器 ( EDFA) ， 在 WDM系統(tǒng)中， 必須采用增益平坦技術(shù)， 使 EDFA對(duì)不同波長的光信號(hào)具有相同的放大增益 同時(shí),還需要考慮到不同數(shù)量的光信道同時(shí)工作的各種情況， 能夠保證光信道的增益競爭不影響傳輸性能。在應(yīng)用時(shí)， 可根據(jù)具體情況， 將 EDFA用作“ 線放( L A) ” 、“ 功放( B A) ” 和“ 前放 ( P A) ” 。EDFA的增益

19、不受信號(hào)偏振的影響。 在高比特率， 多信道 的波分復(fù)用應(yīng)用中不會(huì)產(chǎn)生串 擾， 不會(huì)產(chǎn)生脈沖失真。 圖2 示出摻鉺光纖放大器在不同輸入功 率時(shí)的增益 。 圖2 摻鉺光纖放大器增益曲線在接收端，光前置放大器( P A) 放大經(jīng)傳輸而衰減的主信道光信號(hào) 采用分波器從主信道光信號(hào)中分出特定波長的光信道。接收機(jī)不但要滿足一般接收機(jī)對(duì)光信號(hào)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(hào)， 要有足夠的電帶寬性能。 光監(jiān)控信道主要功能是監(jiān)控系統(tǒng)電務(wù)信道地傳輸情況，在發(fā)送端， 插入本節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的波長為k s ( 1510nm) 的光監(jiān)控信號(hào)與主信道的光信號(hào)合波輸出；在接受端 。將收到的光信號(hào)分波，

20、分別輸出 (1510nm) 波長的光監(jiān)控信號(hào)和業(yè)務(wù)信道光信號(hào)。幀同步字節(jié) 、公用字節(jié)和網(wǎng)管所用的開銷字節(jié)等都是通過光監(jiān)控信道來傳遞的。 網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)通過光監(jiān)控信道物理層傳送開銷字節(jié)到其他節(jié)點(diǎn)或接收來自其他節(jié)點(diǎn)的開銷字節(jié)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、 安全管理功能。 并與上層管理系統(tǒng)相連。WDM系統(tǒng)一般包括光發(fā)射機(jī)、光中繼放大器、光接收機(jī)、光監(jiān)控信 道和網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)五部分。光發(fā)射機(jī)是光波分復(fù)用系統(tǒng)的核心，它發(fā)出的光信號(hào)波長不同，但精度和穩(wěn)定度滿足一定要求，信號(hào)經(jīng)過光波分復(fù)用器合成一路送入光功率放大器放大，然后耦合到光纖上進(jìn)行傳輸。光中繼放大器一般采用摻鉺光纖放大器（E

21、DFA），主要是用于補(bǔ)償光信號(hào)由于長距離傳輸所造成信號(hào)衰減。光接收機(jī)主要由前置放大器、光分波器等組成。光前置放大器首先放大經(jīng)傳輸而衰減的光信號(hào)，然后利用分波器分離各特定波長的光信號(hào)而后進(jìn)行接收；網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)是通過光監(jiān)控信道的物理層傳送開銷字節(jié)到其它節(jié)點(diǎn)或接收其它節(jié)點(diǎn)的開銷字節(jié)對(duì)光波分復(fù)用系統(tǒng)迸行管理。主要實(shí)現(xiàn)配置、故障、性能、安全管理等功能，并與上層管理系統(tǒng)相連。3.2 WDM系統(tǒng)的分類光波分復(fù)用系統(tǒng)按照結(jié)構(gòu)原理可分為雙纖單向傳輸光波分復(fù)用系統(tǒng)和單纖雙向傳輸光波分復(fù)用系統(tǒng)；按照線路中是否配置摻鉺光纖放大器又可分為有線路放大器波分復(fù)用系統(tǒng)和無線路放大器波分復(fù)用系統(tǒng)；按照有無波長轉(zhuǎn)發(fā)器還可分為集成

22、式波分復(fù)用系統(tǒng)和開放式波分復(fù)用系統(tǒng)。雙纖單向傳輸光波分復(fù)用系統(tǒng)是指同時(shí)采用兩路單向光纖的光波復(fù)用系統(tǒng)，一路用于信號(hào)下傳，另一路用于信號(hào)回傳。單纖雙向傳輸光波分復(fù)用系統(tǒng)是指光信號(hào)在一根光纖上同時(shí)向兩個(gè)不同的方向傳輸，所用波長相互分開，以實(shí)現(xiàn)彼此雙方全雙工的通信聯(lián)絡(luò)。3.3 WDM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)WDM系統(tǒng)的基本構(gòu)成主要有以下兩種形式： ( 1 )雙纖單向傳輸 單向 WDM是指所有光通路同時(shí)在一根光纖上沿同一方向傳送， 在發(fā)送端將載有各種信息的、 具有不同波長的已調(diào)光信號(hào)通過光復(fù)用器組合在一起， 井在一根光纖中單向傳輸， 由于各信號(hào)是通過不同光波長攜帶的， 所以彼此之間不會(huì)混淆。在接收端 通過光解復(fù)用器將

23、不同光波長的信號(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， 原理相同。 ( 2 )單纖雙向傳輸 雙向WDM是指光通路在一根光纖上同時(shí)向 兩個(gè)不同的方向傳輸。 所用波長相互分開，以實(shí)現(xiàn)彼此雙方全雙工的 通信聯(lián)絡(luò)。單向WDM系統(tǒng)在開發(fā)和應(yīng)用方面都比較廣泛。雙向W M系統(tǒng) 的開發(fā)和應(yīng)用相對(duì)來說要求更高， 這是由于雙向WDM系統(tǒng)在設(shè)計(jì)和應(yīng)用時(shí)必須要考慮到幾個(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、 串話的類型和數(shù)值、兩個(gè)方向傳輸?shù)墓β孰娖街岛拖嗷ラg的依賴性、 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

24、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。 ( 3 ) WDM系統(tǒng)的組網(wǎng) 以上兩種方式都是點(diǎn)一點(diǎn)傳輸，如果在中間設(shè)置光分插復(fù)用器( OADM) 或光交叉連接器( OXC) 就可使各波長 光信號(hào)進(jìn)行合流與分流， 實(shí)現(xiàn)光信息的上 下通路與路由分配， 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，合理地安排插人，或分出信號(hào)。如果根據(jù)一定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)置光網(wǎng)元。 就可構(gòu)成先進(jìn)的 WDM光傳送網(wǎng)。3.4 WDM技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn) ( 1 ) 可以充分利用光的巨大帶寬資源，隨著光纖制造技術(shù)和水平提高，將來有可能在1290-1600nm開放 WDM。 ( 2 ) 可節(jié)約大量光纖

25、，對(duì)于早期敷設(shè)的芯數(shù)不多的光纜，利用 WDM可不必對(duì)原有系統(tǒng)作較大改動(dòng)， 擴(kuò)容比較方便。可節(jié)省線路系統(tǒng)( 不計(jì)2.5Gbit/s 光端機(jī)和OUT ) 投資， 在 160km線路上開 4 ×2.5Gbit/s WDM時(shí)比占4對(duì)光纖各開2.5Gbit/s時(shí)省28 投資當(dāng)開8×2.5Gbit/s WDM時(shí)8對(duì)光纖各開2.5Gbit/s節(jié)約50 費(fèi)用。 ( 3 ) WDM克服 了色散對(duì)高速系統(tǒng) 限制 。如在現(xiàn)有以G.652 光纖擴(kuò)容時(shí)，當(dāng)速率達(dá)到 10Gbit/s以上時(shí) 色散成為主要限制，因光纖的色散會(huì)導(dǎo)致所傳輸?shù)墓饷}沖寬度的展寬。依 G. 957附件，通信距離可用下式計(jì)算 ： L

26、(km),B是線路通信號(hào)比特率(Mbit/s ) ， D是光纖色散系數(shù) (ps/nm*km) ， 是光源的均方根譜寬 (nm)。 是發(fā)送器和光纖之間的相互作用的一個(gè)參數(shù)。G.652 傳輸 10Gbit/s系統(tǒng)的色散受限距離約60km。采用(4-8 )*2.5Gbit/s的 WDM可大大減輕色散影響。 ( 4 ) WDM可以在一根光纖上雙向傳輸也可以單向傳輸，如圖3所示。單向 WDM是在一根光纖上所有光信道同時(shí)在相同方向傳送。雙向WDM是在一根光纖上光信道同時(shí)以雙向傳送，有的WDM器件具有互易性( 雙向可逆) ，即一個(gè)器件既可作合波器也可作分渡器，在一根光纖上實(shí)現(xiàn)全雙工通信。 圖3單、雙向 WD

27、M( 5 ) 由于同一根光纖中傳輸?shù)男盘?hào)彼此獨(dú)立故可傳輸各種特性不同信號(hào)。如數(shù)字信號(hào)( 如不同速率)模擬信號(hào)( 如 CATV) 。 ( 6 ) WDM通道對(duì)數(shù)據(jù)格式和信息比特是透明的。與速率及電調(diào)制方式無關(guān)。在網(wǎng)絡(luò)逐步擴(kuò)容和發(fā)展方面，是很適合網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營者投資策略的擴(kuò)容手段。只要 增加一個(gè)附加波長 ，就可引人新業(yè)務(wù)或新容量。 ( 7 ) 利用WDM技術(shù)選路來實(shí)現(xiàn)即到來的透明的，有保護(hù) 、倒換 功能 的全光網(wǎng)絡(luò)。如光分插復(fù)用器 ( 0ADM) 和光路交叉連接(OXC ) ，在大容量交換時(shí)可大大簡化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，而且網(wǎng)絡(luò)層次分明，各種業(yè)務(wù)的調(diào)度只需調(diào)度相應(yīng)光信號(hào)的波長即可實(shí)現(xiàn)。由此帶來網(wǎng)絡(luò)的靈活性、經(jīng)濟(jì)性

28、和可靠性。在可以預(yù)見的未來 可望實(shí)現(xiàn)的全光網(wǎng)絡(luò)中，各種信息業(yè)務(wù)的上下、交叉連接等都是在光上通過對(duì)信號(hào)的改變和調(diào)度來實(shí)現(xiàn)的 。( 8 ) WDM與光纖放大器(OA) 組合運(yùn)用，對(duì)長距離通信可節(jié)約大量網(wǎng)元，節(jié)約投資和維護(hù)費(fèi)而且設(shè)備可靠性也提高。3.5 影響WDM系統(tǒng)性能因素 首先，光輸入波長的穩(wěn)定性是影響系統(tǒng)性能的一個(gè)重要因素，如果系統(tǒng)的中心頻偏過大，會(huì)造成相鄰信道間的串?dāng)_過大，增加誤碼率。其次，光線的色散是限制光纖通信系統(tǒng)的一個(gè)重要因素。對(duì)于模擬信號(hào)，色散限制其帶寬；對(duì)于數(shù)字信號(hào)，則色散使光脈沖展寬，并且隨著傳輸距離增加而增大，從而容易產(chǎn)生碼間干擾，增加了誤碼率，進(jìn)而限制了傳輸速率。再次，隨著W

29、DM系統(tǒng)中信道數(shù)增多，非線性效應(yīng)成為影響系統(tǒng)性能的主要因素。3.6 WDM系統(tǒng)安全問題及其保護(hù)3.6.1 系統(tǒng)安全對(duì)于含光放大器的WDM系統(tǒng)，安全問題特別重要。因?yàn)橐话闱闆r下，光放大器系統(tǒng)工作在高功率情況下，有的已經(jīng)在光纖安全功率極限的邊緣。對(duì)鏈路切斷情況下可能引起的強(qiáng)烈“浪涌”效應(yīng)更應(yīng)加以重視。 （1）光“浪涌”的產(chǎn)生在光纜突然被切斷或其它原因?qū)е滦盘?hào)丟失時(shí)，如果泵浦源不關(guān)閉。泵浦源還處于泵浦狀態(tài)，使高能級(jí)泵浦狀態(tài)下的離子濃度達(dá)到最大。這時(shí)，當(dāng)信號(hào)經(jīng)過一段時(shí)間恢復(fù)后。如果一個(gè)較高功率的信號(hào)進(jìn)入摻鉺光纖。將引起幾乎所有的亞穩(wěn)態(tài)離子發(fā)生受激輻射翻轉(zhuǎn)。使EDFA輸出達(dá)到一個(gè)最大值，即產(chǎn)生光“浪涌”

30、。 （2）光浪涌的防止當(dāng)光纜切斷或其它原因引起Los被檢出時(shí)，當(dāng)時(shí)間積累到一定長度，應(yīng)減少直至切斷向EDFA饋送的泵功率。而當(dāng)鏈路恢復(fù)時(shí)，應(yīng)待光信號(hào)恢復(fù)一定時(shí)間后，再恢復(fù)EDFA泵功率。對(duì)于WDM 系統(tǒng)，只有當(dāng)所有主通路的光信號(hào)都丟失時(shí)才啟動(dòng)EDFA自動(dòng)功率關(guān)斷進(jìn)程。3.6.2 WDM系統(tǒng)保護(hù)（1）基于單個(gè)波長的保護(hù)：基于單個(gè)波長在“SDH”層實(shí)施1+1或 1:n的保護(hù)，所有的系統(tǒng)設(shè)備都需要有備份。SDH信號(hào)在發(fā)送端被永久橋接在工作系統(tǒng)和保護(hù)系統(tǒng)上。在接收端監(jiān)視從這兩個(gè)WDM系統(tǒng)收到的SDH信號(hào)狀態(tài)，并選擇更合適的信號(hào)。與此原理相一致，還可以實(shí)現(xiàn)基于單個(gè)波長，在SDH層實(shí)施1:n。 （2）光復(fù)

31、用段（OMSP）保護(hù)： 只在光路上進(jìn)行1+1保護(hù)，而不對(duì)終端設(shè)備進(jìn)行保護(hù)。在發(fā)端和收端分別使用1×2光分路器或光開關(guān)。在發(fā)送端對(duì)合路的光信號(hào)進(jìn)行分離，在接收端對(duì)光信號(hào)進(jìn)行選路。在這種采用光分路器和光開關(guān)的光復(fù)用段保護(hù)方案系統(tǒng)中，只有光纜和WDM的線路系統(tǒng)是備份的。人們也可以用N:2耦合器來代替復(fù)用器和1:2分路器。 第四章 光波分復(fù)用系統(tǒng)的應(yīng)用 41 波分復(fù)用在長途通信干線中的應(yīng)用 波分復(fù)用系統(tǒng)在長途通信干線中的應(yīng)用框圖如圖 1所示 。在發(fā)送端 ，個(gè)信道的光發(fā)射機(jī)發(fā)出 一束不同波長的光載波， 經(jīng)合波器復(fù)用后進(jìn)入一根光纖， 考慮到長距離傳輸?shù)膶?shí)際情況， 需再經(jīng)摻鉺光纖放大器對(duì)其進(jìn)行功率

32、放大， 然后進(jìn)入光纖中傳輸。 當(dāng)傳輸距離較遠(yuǎn)時(shí)， 可中途加入摻鉺光纖放大器對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大在接收端， 經(jīng)分波器將不同波長分開，送人 一個(gè)信道的接收機(jī)進(jìn)行信號(hào)處理。4.2 波分復(fù)用在接入網(wǎng)中的應(yīng)用 目前，波分復(fù)用系統(tǒng)在接入網(wǎng)中的應(yīng)用主要有無源雙星形渡 分復(fù)用接入網(wǎng)和光纖 同軸電纜混合型波分復(fù)用接入網(wǎng)等。 無源雙星形波分復(fù) 用接入網(wǎng)的結(jié)構(gòu) 如圖 4所 示， 一根光纜可分為7 " 1 條分支光纜( S t 一2 ，4，6，8 ，16，32等) 。 不同的光分配器具有不同的分光比， 也即具 有不同的光衰減， 它由各條光纜的傳輸距離而決定。無源設(shè)備適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng)， 既可置于室外 ， 維護(hù)維修 和

33、管理方便，也可升級(jí)發(fā)展成光纖到戶，適用于寬帶業(yè)務(wù)的需要，是目前市話網(wǎng)的首選方案。 圖4無源雙星型WDM接入網(wǎng)光纖同軸電纜混合型波分復(fù)用接入網(wǎng)的結(jié)構(gòu)見圖5.在發(fā)送端，通過合波器將電話，數(shù)據(jù)，電視等信號(hào)混合成一路進(jìn)行傳輸。在接收端，再通過分波器將它們分開。對(duì)于數(shù)據(jù)和電話業(yè)務(wù)，可通過雙絞線電纜送用戶；對(duì)于電視等，則可通過同軸電纜進(jìn)行傳送。其特點(diǎn)是造價(jià)低廉，可分期投入，逐漸升級(jí)。 圖5光纖 同軸電纜混合型WDM接入網(wǎng)1多種客戶信號(hào)封裝和透明傳輸基于ITU-T G.709的OTN幀結(jié)構(gòu)可以支持多種客戶信號(hào)的映射和透明傳輸，如SDH、GE和10GE等。目前對(duì)于SDH和ATM可實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)封裝和透明傳送，但對(duì)于

34、不同速率以太網(wǎng)的支持有所差異。2大顆粒的帶寬復(fù)用、交叉和配置OTN目前定義的電層帶寬顆粒為光通道數(shù)據(jù)單元（ODUk，k=1,2,3），即ODU1(2.5Gb/s)、ODU2(10Gb/s)和ODU3(40Gb/s)，光層的帶寬顆粒為波長，相對(duì)于SDH的VC-12/VC-4的調(diào)度顆粒，OTN復(fù)用、交叉和配置的顆粒明顯要大很多，對(duì)高帶寬數(shù)據(jù)客戶業(yè)務(wù)的適配和傳送效率顯著提升。在OTN大容量交叉的基礎(chǔ)上，通過引入ASON智能控制平面，可以提高光傳送網(wǎng)的保護(hù)恢復(fù)能力，改善網(wǎng)絡(luò)調(diào)度能力。3強(qiáng)大的開銷和維護(hù)管理能力 OTN提供了和SDH類似的開銷管理能力，OTN光通道(OCh)層的OTN幀結(jié)構(gòu)大大增強(qiáng)了該層

35、的數(shù)字監(jiān)視能力。另外OTN還提供6層嵌套串聯(lián)連接監(jiān)視（TCM）功能，這樣使得OTN組網(wǎng)時(shí)，采取端到端和多個(gè)分段同時(shí)進(jìn)行性能監(jiān)視的方式成為可能。OTUk層的段監(jiān)測字節(jié)（SM）可以對(duì)電再生段進(jìn)行性能和故障監(jiān)測；ODUk層的通道監(jiān)測字節(jié)（PM）可以對(duì)端到端的波長通道進(jìn)行性能和故障監(jiān)測。4增強(qiáng)了組網(wǎng)和保護(hù)能力通過OTN幀結(jié)構(gòu)、ODUk交叉和多維度可重構(gòu)光分插復(fù)用器（ROADM）的引入，大大增強(qiáng)了光傳送網(wǎng)的組網(wǎng)能力，改變了基于SDH VC-12/VC-4調(diào)度帶寬和WDM點(diǎn)到點(diǎn)提供大容量傳送帶寬的現(xiàn)狀。前向糾錯(cuò)（FEC）技術(shù)的采用，顯著增加了光層傳輸?shù)木嚯x。另外，OTN將提供更為靈活的基于電層和光層的業(yè)務(wù)

36、保護(hù)功能。 第五章 光波分復(fù)用技術(shù)的前景展望 5.1 前景展望 AON是光纖通信技術(shù)發(fā)展 的最高階段，也是理想階段。 目前，光傳輸速率不斷提高，預(yù)計(jì)在未來 10年還將提高 100 倍，在這種超高速 網(wǎng)中，如果繼續(xù)采用原有的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)備，整個(gè) 網(wǎng)絡(luò)必將變得龐大復(fù)雜難 以實(shí)現(xiàn)，采用 電信號(hào)處理信息將給高速傳輸帶來 電子“瓶頸”，超高速帶來 的經(jīng)濟(jì)效益將被 昂貴的光 電和 電 光轉(zhuǎn)換費(fèi)用所抵消，因此實(shí)現(xiàn)是唯一的出路。 由于打破 了光/ 電轉(zhuǎn)換 的“瓶頸 ”，采用 AON 可實(shí)現(xiàn)超大容量 的網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)， 具有 網(wǎng)絡(luò) 的可擴(kuò)展性，即允許網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)和業(yè)務(wù)量地不斷增長，而不影響原有 的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。AON 的透

37、 明性允許不 同體制、格式和速率的信號(hào)的混合，允許現(xiàn)有和任何未來 的新系統(tǒng)的互連。AON 還具有可重構(gòu)性，采用關(guān)鍵網(wǎng)元 OADM 和 OXC 可使 網(wǎng)絡(luò) 的組建更加靈活。同時(shí)由于采用無源 的光器件，故障率下 降，使 AON 有更高的可靠性和可維護(hù)性。特別是對(duì)于我國這樣一 個(gè)幅員遼 闊、具有龐大干線 網(wǎng)的國家，將在干線網(wǎng)的交叉節(jié)點(diǎn)上引入 OXC和光波長變換，形成端 到端 的“虛波長 ”通路，實(shí)現(xiàn)用戶端 到端 的AON連接。這將使 電路之 間的調(diào)配轉(zhuǎn)接變得簡單 和方便。從發(fā)展趨勢看，形成一個(gè)真正的、以 WDM技術(shù)及光交換技術(shù) 為主 的光 網(wǎng)絡(luò)層，建立 純粹 的AON，消除光/ 電“瓶頸 ”已成為光

38、通信發(fā)展 的必然，這完全符合傳送 網(wǎng)的分層化 的趨勢。在 電路 DXC 和 ADM之下提出了一個(gè)新的光網(wǎng)絡(luò)層，簡化了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高了網(wǎng)絡(luò)可靠性，并且與業(yè)務(wù)和承載信號(hào)無 關(guān)，具有重要的現(xiàn)實(shí)和長遠(yuǎn)意義。 實(shí)際上， 世紀(jì) 的通信 網(wǎng)將成為光子 網(wǎng)絡(luò)，載有信息的光子將直接進(jìn)入城域網(wǎng)、企業(yè)網(wǎng)、路 由器和服務(wù)器，甚至用戶家庭。當(dāng)然 AON 的發(fā)展還處于初期階段，但它 已顯示出了良好的發(fā)展前景。 光波分復(fù)用技術(shù)及其通信應(yīng)用自提出到現(xiàn)在還不到 20 年， 人們對(duì)器件結(jié)構(gòu)及通信都進(jìn)行丁很多研究， 取得了不小的進(jìn)展。但是由于出現(xiàn)了相干光通信以及光孤子通信的研究 光 波分復(fù)用技術(shù)在通信方面的應(yīng)用曾一度出現(xiàn)徘徊， 從

39、而也影響了在這一技術(shù)領(lǐng)域更為深入的研究 近年來， 摻鉺光纖放大器( EDF A) 的研制成功并且實(shí)用化， 人們不得不重新評(píng)價(jià)光波分復(fù)用技術(shù)， 重新考慮光波分復(fù)用技術(shù)在通信應(yīng)用中的地位。 熔融型的雙波長光波分復(fù)用器， 無論是器件性能還是制作工藝， 均可以達(dá)到實(shí)用化的要 求。這種光波分復(fù)用器結(jié)構(gòu)簡單，易與光纖耦合，對(duì)光源及光接收器件無特殊要求， 而且價(jià)格便宜，采用這種光波分復(fù)用器進(jìn)行擴(kuò)容時(shí)， 對(duì)原 有系統(tǒng)不用作改動(dòng)。這是一種非常廉價(jià)的、 非常實(shí)用的光波分復(fù)用器件， 在混合光纖同軸網(wǎng)和光纖用戶同中有廣闊的應(yīng)用前景。有關(guān)專家認(rèn)為， 新一代的光纖通信系統(tǒng)將以摻鉺光纖放大器( EDFA) 和波分復(fù)用 (

40、WDM) 技術(shù)為核心。近年對(duì)密集波分復(fù)用器作了大量的研究， 也報(bào)導(dǎo)了許多成果，例如 1996年初AT T進(jìn)行 20Gbit/s 的光波分復(fù)用的試驗(yàn) 這意味著一根光纖的容量達(dá) 到了1000 Gbit/s ， 即一根光纖可以同時(shí)傳輸 1200萬路電話， 這個(gè)數(shù)字是驚人的。密集波分復(fù)用技術(shù)要求波長間隔很窄， 因此在技術(shù)及制作工藝上均有一定的難度，另外它對(duì)激光器的要求很高所以目前還無法實(shí)現(xiàn)實(shí)用化。婦果上述難點(diǎn)能被突破，那么密集波分復(fù)用技術(shù)在海底光纖通信、 陸地干線通信及光纖用戶網(wǎng)中將發(fā)揮巨大怍用，真正達(dá)到充分利用光纖帶寬 的 目的。5.2 面臨挑戰(zhàn)長期 以來，人們總是用銅線和 電子技術(shù)作為標(biāo)準(zhǔn)來衡量光網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 的成功與否。即使在今天，潛在用戶也要拿光纖方案的經(jīng)濟(jì)性與電子方案的經(jīng)濟(jì)性作比較