第八章 光波分復(fù)用系統(tǒng)

1、第8章 光波分復(fù)用系統(tǒng)2本章要點(diǎn) 本章主要介紹以波分復(fù)用（WDM）為代表的多信道光纖通信系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)，以及光時(shí)分復(fù)用（OTDM）技術(shù)原理。 3WDM系統(tǒng)和SDH系統(tǒng)的關(guān)系n 在光網(wǎng)絡(luò)傳送層的關(guān)系：在光網(wǎng)絡(luò)傳送層的關(guān)系：WDMWDM系統(tǒng)與系統(tǒng)與SDHSDH系統(tǒng)均屬于系統(tǒng)均屬于傳送網(wǎng)傳送網(wǎng)層，層，二者都是建立在光纖傳輸媒質(zhì)。二者都是建立在光纖傳輸媒質(zhì)。SDHSDH系統(tǒng)是在系統(tǒng)是在電通道層電通道層上上進(jìn)行的復(fù)用、交叉連接和組網(wǎng)，而進(jìn)行的復(fù)用、交叉連接和組網(wǎng)，而WDMWDM系是在系是在光域上光域上進(jìn)行的復(fù)進(jìn)行的復(fù)用、交叉連接和組網(wǎng)。用、交叉連接和組網(wǎng)。n 對(duì)承載信號(hào)復(fù)用方式的區(qū)別：對(duì)承載信號(hào)復(fù)用方

2、式的區(qū)別：SDHSDH是基于是基于單波長(zhǎng)單波長(zhǎng)（一根光纖（一根光纖傳輸一個(gè)波長(zhǎng)光路）的時(shí)分復(fù)用（傳輸一個(gè)波長(zhǎng)光路）的時(shí)分復(fù)用（TDMTDM）系統(tǒng)；）系統(tǒng)；WDMWDM技術(shù)在一根技術(shù)在一根光纖中同時(shí)傳輸不同波長(zhǎng)的光纖中同時(shí)傳輸不同波長(zhǎng)的多個(gè)光載波信號(hào)多個(gè)光載波信號(hào)，為，為FDMFDM系統(tǒng)，充系統(tǒng)，充分利用光纖帶寬資源，增加系統(tǒng)傳輸容量。分利用光纖帶寬資源，增加系統(tǒng)傳輸容量。n 信號(hào)的光接口標(biāo)準(zhǔn)：信號(hào)的光接口標(biāo)準(zhǔn)：SDHSDH設(shè)備的光接口符合設(shè)備的光接口符合ITU-T G.957ITU-T G.957和和G.691G.691建議，該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)工作中心波長(zhǎng)沒(méi)有特別規(guī)定。在建議，該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)工作中心波長(zhǎng)沒(méi)有特

3、別規(guī)定。在WDMWDM系統(tǒng)系統(tǒng)中，光接口必須滿(mǎn)足中，光接口必須滿(mǎn)足ITU-T G.692ITU-T G.692建議。該建議規(guī)定了每個(gè)光建議。該建議規(guī)定了每個(gè)光通路的參考頻率、通路間隔、標(biāo)稱(chēng)中心頻率（即中心波長(zhǎng)）、通路的參考頻率、通路間隔、標(biāo)稱(chēng)中心頻率（即中心波長(zhǎng)）、中心頻率頻率偏差等參數(shù)。中心頻率頻率偏差等參數(shù)。48.1 波分復(fù)用原理 提高光纖通信系統(tǒng)的容量的方法包括時(shí)分復(fù)用（TDM）、波分復(fù)用（WDM）、空分復(fù)用（SDM）、模分復(fù)用（MDM）和極化復(fù)用（PDM）等 最常見(jiàn)的TDM方法的主要缺點(diǎn)是當(dāng)電信號(hào)的傳輸速率達(dá)到較高等級(jí)（如10Gbit/s或更高時(shí)），對(duì)于光器件（如激光器和調(diào)制器）的開(kāi)關(guān)

4、速率等性能要求較高，實(shí)現(xiàn)難度較大，同時(shí)光纖中的色散和非線(xiàn)性等也限制了調(diào)制信號(hào)的速率。波分復(fù)用（WDM）為代表的多信道光纖通信系統(tǒng)成為實(shí)現(xiàn)大容量傳輸?shù)闹饕夹g(shù)方案之一。58.1 波分復(fù)用原理68.1.1 WDM系統(tǒng)基本概念 光波分復(fù)用（WDM，Wavelength Division Multiplexing）技術(shù)是在一根光纖上能同時(shí)傳送多波長(zhǎng)光信號(hào)的一項(xiàng)技術(shù)。它是在發(fā)送端將不同波長(zhǎng)的光信號(hào)組合起來(lái)（復(fù)用），并耦合到光纜線(xiàn)路上的同一根光纖中進(jìn)行傳輸，在接收端又將組合波長(zhǎng)的光信號(hào)分開(kāi)（解復(fù)用）并作進(jìn)一步處理，恢復(fù)出原信號(hào)送入不同的終端。因此，此項(xiàng)技術(shù)稱(chēng)為光波長(zhǎng)分割復(fù)用，簡(jiǎn)稱(chēng)光波分復(fù)用（WDM）技術(shù)。

5、78.1 波分復(fù)用原理8圖8-1 單模光纖的帶寬資源可用譜寬可用譜寬(dB/km)(nm)130014001500160012601360148015808.1.1 WDM系統(tǒng)基本概念 9 由圖8-1可見(jiàn)，1310nm波長(zhǎng)段和1550nm波長(zhǎng)段一共約有200nm低損耗區(qū)可用，這相當(dāng)于30THz的頻帶寬度。但在目前的實(shí)際光纖通信系統(tǒng)中由于光纖色散和調(diào)制速率的限制，單信道TDM系統(tǒng)的通信速率一般被限制在1040Gbit/s或以下，所以單模光纖尚有絕大部分的帶寬資源有待開(kāi)發(fā)。 8.1.1 WDM系統(tǒng)基本概念 10u CWDM 與 DWDM 根據(jù)WDM系統(tǒng)中不同信道之間的波長(zhǎng)或頻率間隔，可以分為信道間

6、隔較大、復(fù)用信道數(shù)較小的稀疏波分復(fù)用（CWDM）系統(tǒng)和密集波分復(fù)用（DWDM）。 CWDM系統(tǒng)的信道間隔一般為20nm，而DWDM系統(tǒng)信道間隔可以為1.6nm、0.8nm或更低。8.1.1 WDM系統(tǒng)基本概念 118.1.1 WDM系統(tǒng)基本概念 12u WDM技術(shù)的特點(diǎn) （1）可以充分利用光纖巨大的帶寬資源。（2）對(duì)不同的信號(hào)具有很好的兼容性。（3）節(jié)約投資。（4）降低光電器件的要求。（5）可以靈活組網(wǎng)。8.1.1 WDM系統(tǒng)基本概念 138.1.1 WDM系統(tǒng)基本概念 148.1.2 WDM系統(tǒng)的應(yīng)用形式1. 雙纖單向傳輸2. 單纖雙向傳輸3. 光分路插入傳輸15圖8-2 雙纖單向傳輸WDM

7、系統(tǒng)Tx1Rx2nRxn+1Txn12nn+1nRx1Tx2nTxn+1Rxn12nn+1n解復(fù)用器解復(fù)用器復(fù)用器復(fù)用器光纖放大器11nn+12n光纖放大器8.1.2 WDM系統(tǒng)的應(yīng)用形式可以方便地分階段動(dòng)態(tài)擴(kuò)容，可以根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)量的需要可以方便地分階段動(dòng)態(tài)擴(kuò)容，可以根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)量的需要逐步增加波長(zhǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)擴(kuò)容，是目前最主要的應(yīng)用形式。逐步增加波長(zhǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)擴(kuò)容，是目前最主要的應(yīng)用形式。16圖8-3 單纖雙向傳輸WDM系統(tǒng) Tx1Rx2nRxn+1Txn12nn+1nRx1Tx2nTxn+1Rxn12nn+1n解復(fù)用器解復(fù)用器復(fù)用器復(fù)用器光纖放大器11nn+12n8.1.2 WDM系統(tǒng)的應(yīng)用形式該系

8、統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用對(duì)技術(shù)要求較高，但可以減少使用光纖和線(xiàn)路放大器的數(shù)量，在光接入網(wǎng)等環(huán)境的使用具有明顯的優(yōu)點(diǎn)。17423132,43,光發(fā)射機(jī)光分插復(fù)用器OADM光分插復(fù)用器OADM光接收機(jī)光接收機(jī)光發(fā)射機(jī)光纖光纖光纖21,圖8-4 光分路插入傳輸WDM系統(tǒng)8.1.2 WDM系統(tǒng)的應(yīng)用形式188.2.1 WDM系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) WDM系統(tǒng)主要由光發(fā)送機(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)等部分組成。8.2 WDM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及分類(lèi)19光 合 波 器光轉(zhuǎn)發(fā)器11光轉(zhuǎn)發(fā)器2nBA光監(jiān)控信道發(fā)送器光發(fā)送機(jī)1n光纖光接收機(jī)s光 分 波 器光接收1lnPA光接收21n光纖光監(jiān)控信道接收器sLA 光監(jiān)控

9、信道接收/ 發(fā)送器ss光中繼放大網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)圖8-5 WDM系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)示意圖（單向）8.2.1 WDM系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)20（1 1）光發(fā)射機(jī)）光發(fā)射機(jī) 是是WDMWDM系統(tǒng)的核心系統(tǒng)的核心，對(duì)發(fā)射激光器的，對(duì)發(fā)射激光器的中心波長(zhǎng)中心波長(zhǎng)有特殊的要有特殊的要求外，還需要根據(jù)求外，還需要根據(jù)WDMWDM系統(tǒng)的不同應(yīng)用來(lái)選擇具有一定色度色系統(tǒng)的不同應(yīng)用來(lái)選擇具有一定色度色散容限的發(fā)射機(jī)。散容限的發(fā)射機(jī)。（2 2）光放大器）光放大器 光線(xiàn)路放大器可以根據(jù)情況決定有或沒(méi)有。目前使用的光光線(xiàn)路放大器可以根據(jù)情況決定有或沒(méi)有。目前使用的光放大器多數(shù)為放大器多數(shù)為EDFAEDFA。（3 3）光接收機(jī)）光接收機(jī)

10、 接收機(jī)不但要滿(mǎn)足一般接收機(jī)對(duì)光信號(hào)靈敏度、過(guò)載功率接收機(jī)不但要滿(mǎn)足一般接收機(jī)對(duì)光信號(hào)靈敏度、過(guò)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。電帶寬性能。8.2.1 WDM系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)21（4 4）光監(jiān)控信道）光監(jiān)控信道: :監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)各信道的傳輸情況監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)各信道的傳輸情況p 帶外波長(zhǎng)監(jiān)控技術(shù) ITU-TITU-T建議采用一特定波長(zhǎng)作為光監(jiān)控信道，傳送監(jiān)測(cè)管理信建議采用一特定波長(zhǎng)作為光監(jiān)控信道，傳送監(jiān)測(cè)管理信息，此波長(zhǎng)位于業(yè)務(wù)信息傳輸帶外時(shí)可選息，此波長(zhǎng)位于業(yè)務(wù)信息傳輸帶外時(shí)可選1 1 310nm310nm、

11、1 1 480nm480nm或或1 1 510nm510nm，優(yōu)先選用，優(yōu)先選用1 1 510nm510nm。由于它們位于。由于它們位于EDFAEDFA增益帶寬之外，增益帶寬之外，所以稱(chēng)之為所以稱(chēng)之為帶外波長(zhǎng)監(jiān)控技術(shù)帶外波長(zhǎng)監(jiān)控技術(shù)。 由于帶外監(jiān)控信號(hào)不能通過(guò)由于帶外監(jiān)控信號(hào)不能通過(guò)EDFAEDFA，監(jiān)控信號(hào)在，監(jiān)控信號(hào)在EDFAEDFA之前要取之前要取出，在出，在EDFAEDFA之后要插入。之后要插入。 帶外監(jiān)控信號(hào)得不到帶外監(jiān)控信號(hào)得不到EDFAEDFA的放大，傳送的監(jiān)控信息速率低，的放大，傳送的監(jiān)控信息速率低，一般為一般為2.048Mbit/s2.048Mbit/s。8.2.1 WDM系

12、統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)22p 帶內(nèi)波長(zhǎng)監(jiān)控技術(shù) 帶內(nèi)監(jiān)控技術(shù)選用位于帶內(nèi)監(jiān)控技術(shù)選用位于EDFAEDFA增益帶寬內(nèi)的增益帶寬內(nèi)的1 1 532nm532nm波長(zhǎng)，波長(zhǎng)，其優(yōu)點(diǎn)是可利用其優(yōu)點(diǎn)是可利用EDFAEDFA增益，此時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的速率可提高至增益，此時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的速率可提高至155Mbit/s155Mbit/s。（5 5）網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)）網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng) 對(duì)對(duì)WDMWDM系統(tǒng)進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)配置管理、故障管理、性系統(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)（如能管理、安全管理等功能，并與上層管理系統(tǒng)（如TMNTMN）相連。相連。8.2.1 WDM系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)238.2.1

13、WDM系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)248.2.2 WDM系統(tǒng)分類(lèi)方法25開(kāi)放式WDM系統(tǒng)就是在波分復(fù)用器前加入光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器（OTU），將SDH非規(guī)范的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)。開(kāi)放式：在同一WDM中，可接入不同廠商的SDH系統(tǒng)。268.2.2 WDM系統(tǒng)分類(lèi)方法 根據(jù)WDM線(xiàn)路系統(tǒng)中是否設(shè)置有EDFA，可以將WDM線(xiàn)路系統(tǒng)分為p 有線(xiàn)路光放大器WDM系統(tǒng)p 無(wú)線(xiàn)路光放大器WDM系統(tǒng) 27Tx1TxnTx2Rx1RxnRx2OA/ODOM/OAOAS1RMPI-SRM1fnSnf2S2f1RMnRM2RnR2R1SMPI-RSD1SDnSD2*圖中給出的各參考點(diǎn)釋義見(jiàn)表8-1圖8-6 有線(xiàn)路光放大器WDM系統(tǒng)的參考

14、配置 8.2.2 WDM系統(tǒng)分類(lèi)方法1 有線(xiàn)路光放大器WDM系統(tǒng)28u 有線(xiàn)路光放大器WDM系統(tǒng)的分類(lèi)與應(yīng)用代碼 應(yīng)用代碼一般采用以下方式構(gòu)成：nWx-yz，其中 n是最大波長(zhǎng)數(shù)目 W代表傳輸區(qū)段距離（WL，V或U分別代表長(zhǎng)距離、很長(zhǎng)距離和超長(zhǎng)距離） x表示所允許的最大區(qū)段數(shù)（x1） y是該波長(zhǎng)信號(hào)的最大比特率（y4或16分別代表STM-4或STM-16） z代表光纖類(lèi)型（z2，3，5分別代表G.652，G.653或G.655光纖）8.2.2 WDM系統(tǒng)分類(lèi)方法29表8-2 有線(xiàn)路放大器WDM系統(tǒng)的應(yīng)用代碼應(yīng) 用長(zhǎng)距離區(qū)段（每個(gè)區(qū)段的目標(biāo)距離為80km）很長(zhǎng)距離區(qū)段（每個(gè)區(qū)段的目標(biāo)距離為120

15、km）區(qū)段數(shù)58354波長(zhǎng)4L5-yz4L8-yz4V3-yz4V5-yz8波長(zhǎng)8L5-yz4L8-yz8V3-yz8V5-yz16波長(zhǎng)16L5-yz16L8-yz16V3-yz16V5-yz8.2.2 WDM系統(tǒng)分類(lèi)方法30圖8-7無(wú)線(xiàn)路光放大器WDM系統(tǒng)的參考配置Tx1TxnTx2Rx1RxnRx2OA/ODOM/OAS1MPI-SRM1fnSnf2S2f1RMnRM2RnR2R1MPI-RSD1SDnSD2* 應(yīng)用代碼見(jiàn)表8-38.2.2 WDM系統(tǒng)分類(lèi)方法2 無(wú)線(xiàn)路光放大器WDM系統(tǒng)318.2.3 WDM系統(tǒng)波長(zhǎng)規(guī)劃328.2.3 WDM系統(tǒng)波長(zhǎng)規(guī)劃G.694.1和G.694.2，分別

16、對(duì)應(yīng)于DWDM和CWDM系統(tǒng)。G.694.1標(biāo)準(zhǔn)主要針對(duì)的是光纖中最常用的C波段（15301560nm）和L波段（15601625nm）。331.中心頻率規(guī)劃u G.694.1波長(zhǎng)規(guī)劃p 規(guī)定規(guī)定DWDMDWDM系統(tǒng)中應(yīng)以系統(tǒng)中應(yīng)以193.1 THz193.1 THz為參考中心頻率（對(duì)應(yīng)為參考中心頻率（對(duì)應(yīng)的參考中心波長(zhǎng)為的參考中心波長(zhǎng)為1552.52nm1552.52nm）p 不同信道間的間隔可以為不同信道間的間隔可以為12.5 GHz12.5 GHz、25 GHz25 GHz、50GHz50GHz、100GHz100GHz或其整數(shù)倍或其整數(shù)倍p 總的可用范圍為總的可用范圍為184.5 TH

17、z184.5 THz（1624.89nm1624.89nm）至）至195.937 195.937 THzTHz（1530.04nm1530.04nm）。）。8.2.3 WDM系統(tǒng)波長(zhǎng)規(guī)劃34若相鄰波長(zhǎng)通路間隔為12.5GHz， 可容納約915個(gè)波長(zhǎng)；若相鄰波長(zhǎng)通路間隔為25GHz， 可容納約457個(gè)波長(zhǎng)；若相鄰波長(zhǎng)通路間隔為50GHz， 可容納約228個(gè)波長(zhǎng)；若相鄰波長(zhǎng)通路間隔為100GHz， 可容納約114個(gè)波長(zhǎng)。8.2.3 WDM系統(tǒng)波長(zhǎng)規(guī)劃u WDM波長(zhǎng)規(guī)劃原則 除了考慮需要滿(mǎn)足的系統(tǒng)總?cè)萘浚◤?fù)用的波長(zhǎng)總數(shù)）外，還要考慮以下因素：（1）避開(kāi)傳輸光纖的零色散區(qū)域以減小和消除四波混頻（FWM

18、）效應(yīng)的影響；（2）選取的波長(zhǎng)應(yīng)盡可能處于光放大器的增益平坦區(qū)域，以避免在實(shí)際應(yīng)用時(shí)由于多個(gè)光放大器級(jí)聯(lián)造成的不同波長(zhǎng)通路間輸出功率不同的情況。358.2.3 WDM系統(tǒng)波長(zhǎng)規(guī)劃36 考慮到光纖損耗系數(shù)較低和光放大器增益較為平坦的都集中在C波段（15301565nm），因此16波長(zhǎng)的WDM系統(tǒng)一般選取C波段設(shè)置波長(zhǎng)，而對(duì)于32波長(zhǎng)或更多復(fù)用波長(zhǎng)的DWDM系統(tǒng)而言，可以把總的工作波長(zhǎng)分為兩組（稱(chēng)為紅帶和藍(lán)帶），分別進(jìn)行光放大和前向糾錯(cuò)等方法，使得系統(tǒng)的總體性能（如端到端的光信噪比）獲得優(yōu)化。8.2.3 WDM系統(tǒng)波長(zhǎng)規(guī)劃37表8-4 32通路DWDM系統(tǒng)中心頻率序號(hào)標(biāo)稱(chēng)中心頻率（THz）標(biāo)稱(chēng)中心

19、波長(zhǎng)（nm）1192.101560.612192.201559.793192.301558.9830195.001537.4031195.101536.6132195.201535.828.2.3 WDM系統(tǒng)波長(zhǎng)規(guī)劃38表8-5 CWDM系統(tǒng)標(biāo)稱(chēng)中心波長(zhǎng)標(biāo)稱(chēng)中心波長(zhǎng)（nm）1271129113311351137113911571159116118.2.3 WDM系統(tǒng)波長(zhǎng)規(guī)劃392. 中心頻率偏差 中心頻率偏差定義為標(biāo)稱(chēng)中心頻率與實(shí)際中心頻率之差，影響其大小的主要因素包括光源啁啾、信號(hào)帶寬、自相位調(diào)制（SPM）效應(yīng)引起的脈沖展寬、以及溫度和老化等 。對(duì)于16通路WDM系統(tǒng)，通道間隔為100GHz

20、（約0.8nm），最大中心頻率偏移為20GHz（約為0.16nm）；對(duì)于8通路WDM系統(tǒng)，通道間隔為200GHz（約為1.6nm）。為了未來(lái)向16通道系統(tǒng)升級(jí)，也規(guī)定對(duì)應(yīng)的最大中心頻率偏差為20GHz。8.2.3 WDM系統(tǒng)波長(zhǎng)規(guī)劃408.3 WDM系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)（刪除） 由于同時(shí)有多個(gè)不同波長(zhǎng)通路在一根光纖中同時(shí)傳輸，因此對(duì)于WDM系統(tǒng)而言會(huì)存在一些單信道光纖通信系統(tǒng)中沒(méi)有的問(wèn)題，包括：（1） 光源的波長(zhǎng)準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度（2）信道串?dāng)_（3）色散（4）非線(xiàn)性效應(yīng)（5）光放大器引入的傳輸損傷411. 光源的波長(zhǎng)準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度問(wèn)題 在WDM系統(tǒng)中，首先要求光源具有較高的波長(zhǎng)準(zhǔn)確度，否則可能會(huì)引起不同波

21、長(zhǎng)信號(hào)之間的干擾。再有就是必須對(duì)光源的波長(zhǎng)進(jìn)行精確的設(shè)定和控制，否則波長(zhǎng)的漂移必然會(huì)造成系統(tǒng)無(wú)法穩(wěn)定、可靠地工作。所以要求在WDM系統(tǒng)中要有配套的波長(zhǎng)監(jiān)測(cè) 與穩(wěn)定技術(shù)。 目前采用的主要方法有溫度反饋控制法和波長(zhǎng)反饋控制法來(lái)達(dá)到控制與穩(wěn)定波長(zhǎng)的目的。 422. 光信道的串?dāng)_問(wèn)題 光信道的串?dāng)_是影響接收機(jī)的靈敏度的重要因素。信道間的串?dāng)_大小主要取決于光纖的非線(xiàn)性和復(fù)用器的濾波特性。在信道間隔為1.6nm或0.8nm的情況下，目前使用的光解復(fù)用器在系統(tǒng)中可以保證光信道間的隔離度大于25dB，可以滿(mǎn)足WDM系統(tǒng)的要求，但對(duì)更高速率的系統(tǒng)尚待研究。433. 光纖色散對(duì)傳輸?shù)挠绊憜?wèn)題 u WDM系統(tǒng)中普遍

22、使用了光放大器，光纖線(xiàn)路的損耗得以有效解決，但隨著總傳輸距離不斷延長(zhǎng)，色散累計(jì)值也會(huì)隨之增加，系統(tǒng)成為色散性能受限系統(tǒng)。對(duì)于WDM系統(tǒng)中單個(gè)信道速率達(dá)到10Gb/s乃至40Gb/s以上時(shí)，需要采取色散補(bǔ)償措施。u 由于光纖的色散系數(shù)與波長(zhǎng)有關(guān)，因此對(duì)于WDM系統(tǒng)中的不同波長(zhǎng)需要采取差異化或自適應(yīng)的色散補(bǔ)償措施，即針對(duì)光纖的色散斜率進(jìn)行補(bǔ)償。u 此外，還要考慮偏振模色散（PMD）和高階色散等對(duì)系統(tǒng)性能的影響。444. 光纖的非線(xiàn)性效應(yīng)問(wèn)題 對(duì)于常規(guī)的單信道光纖通信系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，入纖光功率較小，光纖呈線(xiàn)性狀態(tài)傳輸，各種非線(xiàn)性效應(yīng)對(duì)系統(tǒng)的影響較小，甚至可以忽略。但在WDM系統(tǒng)中，隨著EDFA等放大器的使

23、用，入纖的光功率顯著增大，光纖在一定條件下將呈現(xiàn)非線(xiàn)性特性，會(huì)對(duì)系統(tǒng)的性能，包括信道間串?dāng)_和接收機(jī)靈敏度等產(chǎn)生影響。455. 光放大器引入的傳輸損傷 在WDM系統(tǒng)中，各光信道之間的信號(hào)傳輸功率有可能發(fā)生起伏變化，這就要求EDFA能夠根據(jù)信號(hào)的變化，實(shí)時(shí)地動(dòng)態(tài)調(diào)整自身的工作狀態(tài)，從而減少信號(hào)波動(dòng)的影響，保證整個(gè)信道的穩(wěn)定。在WDM系統(tǒng)中，如果有一個(gè)或幾個(gè)信道的輸入光功率發(fā)生變化甚至輸入中斷時(shí)，剩下的信道增益即輸出功率會(huì)產(chǎn)生躍變，甚至?xí)鹁€(xiàn)路阻塞。所以EDFA必須具有增益鎖定功能來(lái)避免某些信道完全斷路時(shí)對(duì)其他信道的影響。468.3.1 光源技術(shù) 對(duì)WDM系統(tǒng)采用的光源技術(shù)主要有： 波長(zhǎng)可調(diào)諧激光

24、器 波長(zhǎng)可調(diào)諧濾波器 高精度光源 外調(diào)制技術(shù)478.3.2波分復(fù)用器/解復(fù)用器 光波分復(fù)用/解復(fù)用器（WDM/DWDM）是波分復(fù)用系統(tǒng)的關(guān)鍵器件。其功能是將多個(gè)波長(zhǎng)不同的光信號(hào)復(fù)合后送入同一根光纖中傳送（波分復(fù)用器）或?qū)⒃谝桓饫w中傳送的多個(gè)不同波長(zhǎng)的光信號(hào)分解后送入不同的接收機(jī)（解復(fù)用器）。波分復(fù)用器和解復(fù)用器也分別被稱(chēng)為合波器和分波器，是一種與波長(zhǎng)有關(guān)的光纖耦合器。 光波分復(fù)用器/解復(fù)用器性能的優(yōu)劣對(duì)于WDM系統(tǒng)的傳輸質(zhì)量有決定性的影響。 481. WDM/DWDM器的結(jié)構(gòu)原理 根據(jù)制造的特點(diǎn)，WDM器件大致有熔錐光纖型、干涉濾波器型和光柵型等幾種類(lèi)型。 熔錐光纖型 干涉濾波器型 光柵型

25、集成光波導(dǎo)型 熔錐光纖型4950薄膜濾波器自聚焦透鏡自聚焦透鏡122143211234432112341N分路器介質(zhì)薄膜干涉濾波器型51準(zhǔn)直透鏡光柵光纖12344321光纖144321光柵自聚焦透鏡(a) 用傳統(tǒng)透鏡作準(zhǔn)直器件(b) 用自聚焦透鏡作準(zhǔn)直器件23光柵型52集成光波導(dǎo)型532. WDM/DWDM器件性能 插入損耗 隔離度 回波損耗 工作波長(zhǎng)范圍 通路帶寬21.5logiLNiijijPPClg10irPPRLlg10548.3.3 光轉(zhuǎn)發(fā)器（OTU） 根據(jù)光接口的兼容性可以分成開(kāi)放式和集成式兩種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。集成式系統(tǒng)要求接入光接口滿(mǎn)足DWDM光接口標(biāo)準(zhǔn)（即ITU-T G.692波長(zhǎng)標(biāo)

26、準(zhǔn)），開(kāi)放式系統(tǒng)在波分復(fù)用器前加入了波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器（OTU），將SDH光接口（即ITU-TG.957）轉(zhuǎn)換成符合ITU-TG.692規(guī)定的接口標(biāo)準(zhǔn)。 OTU 的基本功能是完成G.957到G.692的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換功能，使得包括SDH在內(nèi)的各類(lèi)不具備WDM標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)的光纖通信系統(tǒng)能夠接入WDM系統(tǒng)，另外，OTU還可以根據(jù)需要增加定時(shí)再生的功能。圖8-13 OTU應(yīng)用示例55SDH系統(tǒng)WDM系 統(tǒng)O/EE/O定時(shí)再生G.957G.692OTU56OTU應(yīng)用場(chǎng)合57圖8-17 基于XGM原理OTU示意圖SOACWttsCW連續(xù)波激光器SOA半導(dǎo)體光放大器s包含信息的原始波長(zhǎng)信號(hào)t目標(biāo)波長(zhǎng)信號(hào)1 0 10 1 0

27、588.3.4 光纖傳輸技術(shù) WDM系統(tǒng)中的光纖傳輸技術(shù)與一般的光纖通信系統(tǒng)相比，由于存在傳輸速率高和信道數(shù)量多等特點(diǎn)，因此存在著一些特殊的要求，包括光纖選型、色散補(bǔ)償技術(shù)和色散均衡技術(shù)等。591. 光纖選型 在使用1550nm波長(zhǎng)段的光纖通信系統(tǒng)中，對(duì)單波長(zhǎng)、長(zhǎng)距離的通信采用G.653光纖（DSF光纖）具有很大的優(yōu)越性。但當(dāng)G.653光纖用于WDM系統(tǒng)中時(shí)，可能在零色散波長(zhǎng)區(qū)出現(xiàn)嚴(yán)重的非線(xiàn)性效應(yīng)，其中四波混頻FWM對(duì)系統(tǒng)的影響尤為明顯。 FWM效應(yīng)產(chǎn)生的大量寄生波長(zhǎng)或感生波長(zhǎng)與初始的某個(gè)傳輸波長(zhǎng)一致，造成嚴(yán)重的干擾。如在已有的G.653光纖線(xiàn)路上開(kāi)通WDM系統(tǒng)，一般可以采用非等間隔布置波長(zhǎng)和

28、增大波長(zhǎng)間隔等方法。但總的來(lái)看，G.653光纖不適合于高速率、大容量、多波長(zhǎng)的WDM系統(tǒng)。60WDM系統(tǒng)中不能使用G.653光纖原因：四波混頻效應(yīng)原理示意f12f331f221f332f223f13f321f231f312f132f213f123f3f2f1頻率信道1信道3信道2fFWM=f1f2f3由于四波混頻（FWM）效應(yīng)，多個(gè)波長(zhǎng)會(huì)激發(fā)出新的感生波長(zhǎng)，對(duì)原有信道產(chǎn)生影響和干擾。G.653光纖在1550nm波長(zhǎng)處色散為零，F(xiàn)WM效應(yīng)明顯，因此不適合用于WDM系統(tǒng)。DWDM系統(tǒng)光纖選型 為了有效抑制四波混頻效應(yīng)，可以選擇G.655非零色散位移光纖（NZ DSF）。這樣既避開(kāi)了零色散區(qū)（避免F

29、WM效應(yīng)），同時(shí)又保持了較小的色散值，利于傳輸高速率的信號(hào)。而為了適應(yīng)WDM系統(tǒng)單個(gè)信道的傳輸速率需求，可以使用偏振模色散性能較好的G.655B和G.655C光纖。 從系統(tǒng)成本角度考慮，尤其是對(duì)原有采用G.652光纖的系統(tǒng)升級(jí)擴(kuò)容而言，在G.652光纖線(xiàn)路上增加色散補(bǔ)償元件以控制整個(gè)光纖鏈路的總色散值也是一種可行的辦法。 未來(lái)WDM系統(tǒng)中可能會(huì)利用整個(gè)O、S、C和L波長(zhǎng)段，因此色散平坦光纖G.656光纖可能會(huì)得到較大的應(yīng)用，如果單信道速率要求較低的話(huà)，無(wú)水峰的G.652C和G.652D也可以選擇。61622. 色散補(bǔ)償技術(shù) 隨著現(xiàn)代通信網(wǎng)對(duì)傳輸容量要求的急劇提高，原有光纖線(xiàn)路中大量使用的G.6

30、52光纖已不能適應(yīng)，采用波分復(fù)用和色散補(bǔ)償技術(shù)在現(xiàn)有光纖系統(tǒng)上直接升級(jí)高速率傳輸系統(tǒng)是目前較為適宜的技術(shù)方法。63色散補(bǔ)償光纖DCF 對(duì)光纖一階群速度色散（GVD）完全補(bǔ)償?shù)臈l件為 （8-4）式中傳輸光纖在波長(zhǎng)處的色散系數(shù)； 色散補(bǔ)償光纖在波長(zhǎng)處的色散系數(shù)； 傳輸光纖的長(zhǎng)度； 色散補(bǔ)償光纖的長(zhǎng)度。 0)()(ccttLDLD)(tD)(cDtLcL64DCF的品質(zhì)因數(shù) DCF的品質(zhì)因數(shù)FOM（Figure of Merit）定義為 （8-6）式中 FOM為品質(zhì)因數(shù)，單位（ps/nmdB）；D色散系數(shù)，單位（ps/nmkm）衰減系數(shù)，單位（dB/km）。 FOM是DCF的重要參數(shù)，可以用來(lái)對(duì)不同

31、類(lèi)型的DCF進(jìn)行性能比較。 DFOM 65色散補(bǔ)償光纖DCF與常規(guī)單模光纖色散特性D/ps/kmnm/nm+20-20-50+5+1513101550G.652DCF常 規(guī) 單 模 光 纖 在1550nm附近具有高的色散，不利于高速率光纖通信系統(tǒng)色 散 補(bǔ) 償 光 纖 在1550nm附近具有負(fù)色散，可以抵消常規(guī)單模光纖的正色散其他色散補(bǔ)償技術(shù)u預(yù)啁啾技術(shù)u色散均衡器u光相位共軛色散補(bǔ)償663. 偏振模色散補(bǔ)償u電補(bǔ)償技術(shù)u光電結(jié)合補(bǔ)償方法u光域補(bǔ)償67684. 色散均衡技術(shù) 在原有采用G.652光纖的系統(tǒng)中，采用色散補(bǔ)償技術(shù)只能實(shí)現(xiàn)整個(gè)鏈路或者其中部分?jǐn)?shù)字段的總色散為零，但是由于色散補(bǔ)償元件是

32、分段式的使用的，這就可能造成光纖鏈路的色散值呈現(xiàn)起伏波動(dòng)的情況，這也不利于WDM系統(tǒng)。因此需要引入色散均衡技術(shù)，在保證整個(gè)鏈路色散最小的同時(shí)，中間任意數(shù)字段的色散起伏都不會(huì)很大。8.3.4光放大器增益箝制技術(shù) WDM系統(tǒng)中，個(gè)別波長(zhǎng)通道的故障或者波長(zhǎng)上下路等網(wǎng)絡(luò)配置的更改，都會(huì)引起光纖鏈路中實(shí)際傳輸波長(zhǎng)數(shù)量的變化，光功率也隨之變化。為了保證每個(gè)波長(zhǎng)通道的輸出功率穩(wěn)定，光放大器的增益應(yīng)能隨實(shí)際應(yīng)用的波長(zhǎng)數(shù)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，即需要光放大器的泵浦源輸出功率能夠隨著輸入信號(hào)的變化進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整。 光放大器的增益箝制技術(shù)就是指當(dāng)輸入功率在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，光放大器的增益隨之變化并使得其他波長(zhǎng)通道的輸出功率保持

33、穩(wěn)定的技術(shù)。實(shí)現(xiàn)機(jī)制主要包括總功率控制法、飽和波長(zhǎng)法、載波調(diào)制法和全光增益箝制法等。69708.3.5 光監(jiān)控信道技術(shù) 在使用光放大器作為中繼器的WDM系統(tǒng)中，由于光放大器中不提供業(yè)務(wù)信號(hào)的上下，同時(shí)在業(yè)務(wù)信號(hào)的開(kāi)銷(xiāo)位置中（如SDH的幀結(jié)構(gòu)）也沒(méi)有對(duì)光放大器進(jìn)行監(jiān)控的冗余字節(jié)，因此缺少能夠?qū)夥糯笃饕约胺糯笾欣^信號(hào)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控的手段。此外，對(duì)WDM系統(tǒng)的其他各個(gè)組成部件的故障告警、故障定位、運(yùn)行中的質(zhì)量監(jiān)控、線(xiàn)路中斷時(shí)備用線(xiàn)路的監(jiān)控等也需要冗余控制信息。為了解決這一問(wèn)題，WDM系統(tǒng)中通常采用的是業(yè)務(wù)以外的一個(gè)新波長(zhǎng)上傳送專(zhuān)用監(jiān)控信號(hào)，即設(shè)置光監(jiān)控信道（OSC）。OSC的設(shè)置原則uOSC的

34、波長(zhǎng)不應(yīng)與光放大器的泵浦波長(zhǎng)重疊；uOSC不應(yīng)限制兩線(xiàn)路放大器之間的距離；uOSC提供的控制信息不收光放大器的限制，即線(xiàn)路放大器失效時(shí)監(jiān)控信道應(yīng)盡可能可用；uOSC傳輸應(yīng)該是分段的，且具有均衡放大、識(shí)別再生、定時(shí)功能和雙向傳輸功能，在每個(gè)光放大器中繼站上，信息能被正確的接收下來(lái)；u只考慮在兩根光纖上傳輸?shù)碾p向系統(tǒng)，允許OSC在雙向傳輸，以便若其中一根光纖被切斷后，監(jiān)控信息仍然能被線(xiàn)路終端接受到。7172OSC實(shí)現(xiàn)技術(shù) 帶外監(jiān)控技術(shù)n 對(duì)于使用EDFA作為線(xiàn)路放大器的WDM系統(tǒng)，需要一個(gè)額外的光監(jiān)控信道。ITU-T建議采用一個(gè)特定波長(zhǎng)作為光監(jiān)控信道，傳送監(jiān)測(cè)管理信息。此波長(zhǎng)位于業(yè)務(wù)信息傳輸帶寬之

35、外時(shí)可選用151010nm，速率為2048kb/s。 帶內(nèi)監(jiān)控技術(shù)n 選用位于EDFA增益帶寬內(nèi)的波長(zhǎng)15324.0nm作為監(jiān)控信道波長(zhǎng)。此時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的速率可取為155Mbit/s。 73圖8-28 帶外波長(zhǎng)監(jiān)控示意圖分波器合波器監(jiān)控系統(tǒng)2048kbit/sEDFAPDLD下光路上光路8.4 WDM設(shè)備與組網(wǎng)8.4.1 WDM設(shè)備類(lèi)型及應(yīng)用場(chǎng)合8.4.2 WDM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)8.4.3 WDM網(wǎng)絡(luò)保護(hù)7475 WDM設(shè)備按用途可分為光終端復(fù)用器（OTM）、光線(xiàn)路放大器（OLA）、光分插復(fù)用器（OADM）和光交叉連接(OXC)幾種類(lèi)型。8.4.1 WDM設(shè)備類(lèi)型及應(yīng)用場(chǎng)合761光終端復(fù)用器（OTM） OTM信號(hào)流向圖8.4.1 WDM設(shè)備類(lèi)型及應(yīng)用場(chǎng)合TWC波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換板77 2光線(xiàn)路放大器 光線(xiàn)路放大器放置在中繼站上，完成雙向傳輸?shù)墓庑盘?hào)放大，延伸無(wú)電中繼的傳輸距離。 每個(gè)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(xiàn)路。圖 OLA信號(hào)流向圖8