光纖通信波分復(fù)用系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

1、武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）光纖通信波分復(fù)用系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì) Research And Design Of Optical Fiber Communication Wavelength Division Multiplexing System 學(xué)生姓名 譚輝 學(xué) 號(hào) 1030210221 專業(yè)班級(jí) 通信技術(shù)1002（光纖通信方向） 指導(dǎo)教師 陳義華 2013年5月武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）作者聲明本人聲明所呈交的論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果，除了文中特別加以標(biāo)注的地方外，沒有任何剽竊、抄襲、造假等違反學(xué)術(shù)道德、學(xué)術(shù)規(guī)范的行為，也沒

2、有侵犯任何其他人或組織的科研成果及專利。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。如本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）引起的法律結(jié)果完全由本人承擔(dān)。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成果歸武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院所有。特此聲明。 作者專業(yè)： 作者學(xué)號(hào)： 作者簽名： _年_月_日摘 要20世紀(jì)90年代以來(lái)光纖通信得到了迅速的發(fā)展，光纖通信中的新技術(shù)也在不斷涌現(xiàn)，其中波分復(fù)用技術(shù)就是光纖通信中重要的技術(shù)之一。 波分復(fù)用(WDM)是在同一根光纖中同時(shí)傳輸兩個(gè)或眾多不同波長(zhǎng)光信號(hào)的技術(shù)。本文首先介紹了光纖通信的發(fā)展、特點(diǎn)、基本組成和波分復(fù)用技術(shù)(WDM)的基礎(chǔ)知識(shí)、應(yīng)用狀況及目前存在的問題和

3、發(fā)展?fàn)顩r，其中重點(diǎn)介紹了稀疏波分復(fù)用(CWDM)技術(shù)和密集波分復(fù)用(DWDM)技術(shù)的特點(diǎn)及其應(yīng)用。其次深入分析了波分復(fù)用技術(shù)的基本原理與基本結(jié)構(gòu)，同時(shí)深入分析了WDM系統(tǒng)的基本形式和主要特點(diǎn)及存在的問題，最后對(duì)現(xiàn)在的WDM的發(fā)展方向和前景做了進(jìn)一步的探討。關(guān)鍵詞：光纖通信；波分復(fù)用；技術(shù)研究 目 錄第1章 緒論11.1 光纖通信技術(shù)和波分復(fù)用技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)11.1.1 光纖通信技術(shù)的發(fā)展11.1.2 波分復(fù)用技術(shù)的發(fā)展21.2本論文研究的內(nèi)容3第2章 波分復(fù)用技術(shù)42.1 WDM技術(shù)簡(jiǎn)介42.2 波分復(fù)用技術(shù)的特點(diǎn)52.3 光濾波器與光波分復(fù)用器62.4 波分復(fù)用在光纖中的應(yīng)用8第3章

4、WDM的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)93.1 WDM系統(tǒng)的基本形式93.2 WDM系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)103.3 WDM技術(shù)的主要特點(diǎn)123.4 WDM技術(shù)目前存在的問題123.5 WDM的發(fā)展方向和前景13第4章 總結(jié)與展望15參考文獻(xiàn)16致謝17附錄 主要英文縮略語(yǔ)對(duì)照表18第1章 緒論1.1 光纖通信技術(shù)和波分復(fù)用技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)1.1.1 光纖通信技術(shù)的發(fā)展光纖通信是以信息載體，以光纖作為傳輸媒介的通信方式。光纖通信技術(shù)是近30年迅猛發(fā)展起來(lái)的高新技術(shù)，給世界通信技術(shù)乃至國(guó)民經(jīng)濟(jì)、國(guó)防事業(yè)和人民生活帶來(lái)了巨大變革。光纖通信的發(fā)展可以分為以下幾個(gè)進(jìn)程：第一代光纖通信系統(tǒng)，是以1973-1976年的850nm波

5、長(zhǎng)的多模光纖通信系統(tǒng)為代表。第二代光纖通信系統(tǒng)，是70年代末，80年代初的多模和單模光纖通信系統(tǒng)。第三代光纖通信系統(tǒng)，是80年代中期以后的長(zhǎng)波長(zhǎng)單模光纖通信系統(tǒng)。第四代光纖通信系統(tǒng)，是指進(jìn)入90年代以后的同步數(shù)字體系光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)。1966年，英籍華人高錕預(yù)見利用玻璃可以制成衰減為20db/km的通信光導(dǎo)纖維。當(dāng)時(shí)，世界上最優(yōu)秀的光學(xué)玻璃衰減達(dá)1000db/km左右。1970年，美國(guó)康寧公司首先研制成衰減為20db/km的光纖。同一年貝爾實(shí)驗(yàn)室研制成功室溫下可以連續(xù)工作的半導(dǎo)體激光器，其體積小、重量輕、功耗低、效率高，是光纖通信的理想光源。從此，光纖就進(jìn)入了實(shí)用化的發(fā)展階段，世界各國(guó)紛紛開展光纖

6、通信的研究。 此后，又分別在北京、上海、武漢、天津等地建立了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)系統(tǒng)，特別是1983年建成的鏈接武漢三鎮(zhèn)的8Mbit/s，1985年擴(kuò)容為34Mbit/s的數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)的開通使用，是中國(guó)的光纖通信開始走向?qū)嵱没A段。1988年起，國(guó)內(nèi)光纖通信系統(tǒng)的應(yīng)用從多模向單模發(fā)展，建成了揚(yáng)州之高郵全長(zhǎng)75KM的單模光纖傳輸系統(tǒng)，傳輸速率為34Mbit/s。1994年后，除極少數(shù)干線采用622Mbit/s系統(tǒng)外，大多數(shù)干線直接采用2.5Gbit/s系統(tǒng)、10Gbit/s系統(tǒng)和波分復(fù)用系統(tǒng)。截止到1998年底，中國(guó)公用郵電通信網(wǎng)已完成了連接全國(guó)31個(gè)省、市、自治區(qū)的“八縱八橫”骨干光纜傳輸網(wǎng)建設(shè)，鋪設(shè)

7、的長(zhǎng)途和本地中繼光纜總長(zhǎng)度為100萬(wàn)公里?，F(xiàn)在，我國(guó)光纖通信產(chǎn)業(yè)已初具規(guī)模，能夠生產(chǎn)光纖光纜、光電器件、光端機(jī)及其他工程應(yīng)用方面的配套儀表器件等。由此可見，中國(guó)已具有大力發(fā)展光纖通信的綜合實(shí)力。今后的光纖通信將主要在以下幾個(gè)方面發(fā)展：（1）輸體質(zhì)從準(zhǔn)同步體系向同步數(shù)字體系過(guò)渡；（2）由單波通道向多波通道過(guò)渡；（3）用戶網(wǎng)的光纖化；（4）光交換節(jié)點(diǎn)將取代電交換節(jié)點(diǎn)；（5）相干光纖通信是未來(lái)的光纖通信方式；（6）孤子通信與全光系統(tǒng)。光纖通信與電通信相比，主要區(qū)別有兩點(diǎn)，一是以很高頻率的光波作載波；二是用光纖作為傳輸介質(zhì)?；谝陨蟽牲c(diǎn)，光纖通信具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）傳輸頻帶極寬，通信容量很大；（2）由

8、于光纖衰減小，中繼距離長(zhǎng)；（3）串?dāng)_小，保密性好，信號(hào)傳輸質(zhì)量高；（4）光纖抗電磁干擾能力強(qiáng)；（5）光纖尺寸小，重量輕，便于傳輸和鋪設(shè)；（6）光纖是石英玻璃控制成型，原材料來(lái)源豐富，并節(jié)約了大量有色金屬。由于光纖具備一系列優(yōu)點(diǎn)，所以廣泛應(yīng)用于公用通信、有限電視圖像傳輸、計(jì)算機(jī)、空航、航天、船艦內(nèi)的通信控制、電力及鐵道通信交通控制信號(hào)、核電站通信、油田、煉油廠、礦井等區(qū)域內(nèi)的通信。1.1.2 波分復(fù)用技術(shù)的發(fā)展兩波長(zhǎng)WDM(1310/1550nm)80年代在AT&T網(wǎng)中使用。90年代中期，發(fā)展緩慢，從155M 622M 2.5G10G TDM，技術(shù)的相對(duì)簡(jiǎn)單性和波分復(fù)用器件的發(fā)展還沒有完

9、全成熟，到1995年開始高速發(fā)展。我國(guó)光通信的先行者武漢郵電科學(xué)研究院研制的波分復(fù)用技術(shù)，為光網(wǎng)絡(luò)傳輸提供了實(shí)現(xiàn)“高速信息公路”的可能。1997年，武漢郵電科學(xué)研究院承擔(dān)了具有國(guó)際領(lǐng)先水平的波分復(fù)用光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究與開發(fā)。1999年，國(guó)產(chǎn)首條密集波分復(fù)用系統(tǒng)工程在山東投入實(shí)際運(yùn)行，表明我國(guó)光通信產(chǎn)業(yè)在該領(lǐng)域中已取得了重大的突破，并一躍成為世界上少數(shù)能夠開發(fā)、生產(chǎn)這一設(shè)備的國(guó)家之一。目前，我國(guó)已能夠自行提供從集成式，半開放式到全開放式整個(gè)系列的密集波分復(fù)用系統(tǒng)。該系統(tǒng)將覆蓋國(guó)家干線網(wǎng)，本地網(wǎng)、教育網(wǎng)。 1.2 本論文研究的內(nèi)容論文從以下幾方面對(duì)波分復(fù)用技術(shù)在光纖通信中的應(yīng)用進(jìn)行研究：（1）研究波

10、分復(fù)用技術(shù)多協(xié)議多業(yè)務(wù)特性。首先波分復(fù)用技術(shù)屬于OSI協(xié)議的最底層（物理層）。它提供了獨(dú)立于業(yè)務(wù)類型的傳送結(jié)構(gòu)，其表現(xiàn)形式是對(duì)上層業(yè)務(wù)透明，能在波長(zhǎng)級(jí)別支持現(xiàn)有及未來(lái)新的數(shù)據(jù)格式。（2）做大量實(shí)驗(yàn)研究波分復(fù)用系統(tǒng)的業(yè)務(wù)拓展性能。經(jīng)試驗(yàn)，波分復(fù)用系統(tǒng)能快速的進(jìn)行波長(zhǎng)配置，快速及時(shí)的進(jìn)行帶寬配置，一個(gè)連接可以提供的帶寬可以從幾十Mb到波長(zhǎng)級(jí)別，甚至可以擴(kuò)大到整跟光纖，還有能很好的支持一些新業(yè)務(wù)。波分復(fù)用系統(tǒng)的發(fā)展方向是全光網(wǎng)絡(luò)和ASON，在光網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上引入可以更加靈活的管理業(yè)務(wù)。（3）研究波分復(fù)用系統(tǒng)在光纖傳輸中的容量大小。波分復(fù)用技術(shù)能夠在一根光纜中傳輸若干個(gè)信道的信號(hào)，接收端根據(jù)各載波頻率的

11、不同，利用分波器器濾出每一個(gè)信道的信號(hào)。這樣由于所載波長(zhǎng)信號(hào)的的不同同根光纜中允許多個(gè)波長(zhǎng)雙方向傳輸，大大提高了傳輸容量。（4）研究波分復(fù)用技術(shù)在光網(wǎng)絡(luò)傳輸中存在的問題。WDM是一項(xiàng)新技術(shù)，標(biāo)準(zhǔn)定制較粗，不同廠家的WDM產(chǎn)品互通性較差，要保證WDM系統(tǒng)在光網(wǎng)絡(luò)中大規(guī)模實(shí)施，應(yīng)加強(qiáng)光接口設(shè)備的研究。還有在網(wǎng)絡(luò)管理方面不是很成熟，需要尋找新的參數(shù)，協(xié)議來(lái)準(zhǔn)確衡量網(wǎng)絡(luò)向用戶提供的服務(wù)質(zhì)量。 （5）波分復(fù)用在光網(wǎng)絡(luò)中的發(fā)展前景。應(yīng)用WDM技術(shù)第一次把復(fù)用方式從方式從電信號(hào)轉(zhuǎn)移到光信號(hào)，在光域上用波分復(fù)用的方式提高傳輸速率，光信號(hào)實(shí)現(xiàn)了直接復(fù)用和放大，并且各個(gè)波長(zhǎng)彼此獨(dú)立，對(duì)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式透明 ，現(xiàn)在W

12、DM技術(shù)還是基于點(diǎn)到點(diǎn)的方式，但點(diǎn)到點(diǎn)的WDM技術(shù)作為全光網(wǎng)絡(luò)通迅的第一步也是最重要的一步，它的應(yīng)用和實(shí)踐對(duì)于全光網(wǎng)的發(fā)展起到?jīng)Q定性的作用。第2章 波分復(fù)用技術(shù)2.1 WDM技術(shù)簡(jiǎn)介波分復(fù)用（WDM：Wavelength Division Multiplexing）技術(shù)是一根在光纖中同時(shí)傳輸多個(gè)光波信號(hào)的一項(xiàng)技術(shù)。其基本原理是在發(fā)送端將不同波長(zhǎng)的光信號(hào)組合起來(lái)（復(fù)用），并耦合到光纜線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（解復(fù)用），并作進(jìn)一步處理，恢復(fù)出原信號(hào)后送入不同的終端，因此將此項(xiàng)技術(shù)稱為光波分分割復(fù)用，簡(jiǎn)稱光波分復(fù)用技術(shù)。既是在一定的帶寬上將輸入的光信號(hào)調(diào)制在特定

13、的頻率上，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)鍵是波長(zhǎng)復(fù)用器的應(yīng)用。復(fù)用后的信號(hào)經(jīng)傳送后到達(dá)鏈接的遠(yuǎn)端，在經(jīng)過(guò)分離或解復(fù)用出不同的波長(zhǎng)，然后由不同的檢測(cè)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波長(zhǎng)信號(hào)，并且將它們連接到其他的WDM線路上。WDM系統(tǒng)通過(guò)使用不同的波長(zhǎng)（在1550nm附近）來(lái)承載多個(gè)通路的信號(hào)，其中可包含大量的2.5Gbit/s和10Gbit/s信號(hào)。在實(shí)驗(yàn)室中，已成功地實(shí)現(xiàn)了在120KM長(zhǎng)的光纖上傳送2.6Tbit/s（既復(fù)用132波，每波20Gbit/s）信號(hào)的實(shí)驗(yàn)。WDM的優(yōu)勢(shì)在于：復(fù)用多個(gè)光業(yè)務(wù)到一根光纖上，允許靈活地?cái)U(kuò)展帶寬，降低復(fù)用成本，重復(fù)利用

14、現(xiàn)存的光信號(hào)。特別是在光放大器引入后，光放大器不需要經(jīng)過(guò)光電轉(zhuǎn)換、電光轉(zhuǎn)換和信號(hào)再生等復(fù)雜過(guò)程，可直接對(duì)信號(hào)進(jìn)行全光放大。WDM光聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵是光分插復(fù)用器（OADM）和光交叉連接器（OXC）的引入，組成這些元素的基本模塊式空分交換模塊，建立輸入和輸出端口之間的信道聯(lián)接。所有這些，將使電信網(wǎng)絡(luò)通道的組織、調(diào)配、安全保護(hù)等更趨靈活。WDM傳送網(wǎng)分為三層結(jié)構(gòu)：電路層、通道層和傳輸媒質(zhì)層。其中光通道(OP)技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù)，能夠同時(shí)提高線路傳送容量和節(jié)點(diǎn)的吞吐量，而且在寬帶寬、終端到終端的通信中，能夠顯著降低傳送網(wǎng)的成本。 OP模式分為兩種結(jié)構(gòu)：波長(zhǎng)通道(WP)和虛波長(zhǎng)通道(VWP)。WP在整個(gè)路由

15、分配唯一一個(gè)波長(zhǎng)，而VWP在每個(gè)鏈路上分配一個(gè)波長(zhǎng)：WP具有全局意義，而VWP只具有局部意義。這兩種結(jié)構(gòu)各具特點(diǎn)：采用VWP技術(shù)，波長(zhǎng)利用率和路由選擇的自由度將高于WP技術(shù)，對(duì)于同一物理網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和同樣數(shù)目的波長(zhǎng)，VWP可以容納更多的光通道：從波長(zhǎng)的管理角度出發(fā)，WP方案要求對(duì)全網(wǎng)進(jìn)行集中控制，而VWP采取鏈路到鏈路的分布式控制；在WP方案中，若不能分配一個(gè)從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)波長(zhǎng)一致的光通道，就會(huì)發(fā)生波長(zhǎng)阻塞，而VWP只存在由于沒有空閑的波長(zhǎng)通道造成的容量阻塞。光通道交叉連接(OPXC)提供了VWP方案所要求的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換能力。OPXC通過(guò)傳送-耦合型矩陣開關(guān)(DC-SW)的應(yīng)用，為VWP提供高性能

16、的調(diào)制和升級(jí)能力。 WDM光聯(lián)網(wǎng)已由最初的線形點(diǎn)到點(diǎn)式傳送結(jié)構(gòu)，逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榄h(huán)型結(jié)構(gòu)、網(wǎng)型結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在的WDM系統(tǒng)與SDH在結(jié)構(gòu)上非常相似，WDM光聯(lián)網(wǎng)是在SDH的基礎(chǔ)上，應(yīng)用OADM和OXC設(shè)備建立起來(lái)的。與后者相比，其網(wǎng)絡(luò)容量不斷提高，保護(hù)能力也日益增強(qiáng)。2.2 波分復(fù)用技術(shù)的特點(diǎn)受用戶業(yè)務(wù)多樣化要求和網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的驅(qū)動(dòng)，特別是由于接入層IP業(yè)務(wù)帶寬的顯著增長(zhǎng)和長(zhǎng)途網(wǎng)DWDM容量的急劇擴(kuò)大，在城域網(wǎng)特別是其核心層，波分復(fù)用技術(shù)得到了初步的應(yīng)用。波分復(fù)用在城域網(wǎng)中的應(yīng)用與其自身的技術(shù)特點(diǎn)有著很大的關(guān)系：1. 支持多協(xié)議多業(yè)務(wù)，具有光的透明性 WDM技術(shù)屬于OSI七層協(xié)議的最底層物理層。它提供了獨(dú)立于

17、業(yè)務(wù)類型的傳送結(jié)構(gòu)，其表現(xiàn)形式是對(duì)上層業(yè)務(wù)透明，能在波長(zhǎng)級(jí)別支持現(xiàn)有及未來(lái)新的數(shù)據(jù)格式。 2 . 網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展性好，拓?fù)潇`活WDM系統(tǒng)既可滿足點(diǎn)到點(diǎn)的組網(wǎng)需求，也可以根據(jù)業(yè)務(wù)拓樸的需要滿足星形、環(huán)形、格狀等組網(wǎng)模式，非常適合城域網(wǎng)新業(yè)務(wù)的開拓及業(yè)務(wù)頻繁調(diào)整的現(xiàn)實(shí)情況。3 . 快速及時(shí)的帶寬配置，業(yè)務(wù)擴(kuò)展性能好 WDM系統(tǒng)能夠快速地進(jìn)行波長(zhǎng)配置，隨著技術(shù)的演進(jìn)，今后還能提供便捷的端到端的連接。一個(gè)連接可以提供的帶寬可以從幾十Mb到波長(zhǎng)級(jí)別，甚至可以擴(kuò)大到整根光纖。另外，對(duì)于城域網(wǎng)未來(lái)衍生出的新類型業(yè)務(wù)，如按需帶寬業(yè)務(wù)、波長(zhǎng)批發(fā)、波長(zhǎng)出租、帶寬交易、光層虛擬專用網(wǎng)（VPN）等，城域波分系統(tǒng)今后也可以

18、很好地支持。由于WDM系統(tǒng)的發(fā)展方向是全光網(wǎng)絡(luò)和ASON，在光網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上引入了控制平面的概念，管理平臺(tái)可以更加靈活方便地對(duì)業(yè)務(wù)進(jìn)行管理和調(diào)度。4. 多種生存性要求，多種業(yè)務(wù)保護(hù)機(jī)制共存對(duì)于系統(tǒng)上運(yùn)行的波長(zhǎng)信號(hào)，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的WDM系統(tǒng)（OMT）提供光層的通道和復(fù)用段保護(hù)機(jī)制，以確保承載業(yè)務(wù)的可靠性傳輸。5. 提供大容量的帶寬需求波分復(fù)用系統(tǒng)提供的高帶寬利用，是任何其它組網(wǎng)形態(tài)所無(wú)法比擬的。它在很大程度上彌補(bǔ)了城域網(wǎng)絡(luò)中光纖數(shù)量不足的缺憾。目前商用的波分復(fù)用系統(tǒng)的帶寬可以達(dá)到320G。利用長(zhǎng)波長(zhǎng)區(qū)（L-Band）或降低波長(zhǎng)間隔可以方便地開發(fā)出更高的帶寬通道，解決實(shí)際需要。2.3 光濾波器與光波分復(fù)用

19、器光濾波器在WDM系統(tǒng)中是一種重要原件，與波分復(fù)用有著密切關(guān)系常常用來(lái)構(gòu)成各種各樣的波分復(fù)用器和解復(fù)用器。光濾波器有三種應(yīng)用，第一個(gè)是單純的濾波器應(yīng)用，其原理框圖如圖2.1所示；第二個(gè)是波分復(fù)用解復(fù)用器中應(yīng)用，其原理框圖如圖2.2所示；第三個(gè)是在波長(zhǎng)路由器中的應(yīng)用，其原理框圖如圖2.3所示。波分復(fù)用器和解復(fù)用器主要用在WDM 終端和波長(zhǎng)路由器以及波長(zhǎng)插分復(fù)用器(Wavelength Add/Drop Multiplexer，WADM)中。波長(zhǎng)路由器是波長(zhǎng)選路網(wǎng)絡(luò)(Wavelength Routing Network)中的關(guān)鍵部件，其功能可由圖2.1的例子說(shuō)明，它有兩個(gè)輸入端口和兩個(gè)輸出端口，每

20、路輸入都載有一組1、2、3、和4WDM信號(hào)。路由器的輸入端口1上的波長(zhǎng)中，如果1、2、3 、4，輸入端口2上的波長(zhǎng)記為”1、”2、”3 、”4 。在輸入端口上1的波長(zhǎng)中，如果2和3、由輸出端口1輸出,則1和4由輸出端口2輸出；在輸入端口2中的波長(zhǎng)中，如果”2和”3、由輸出端口2輸出，則”1和”4由輸出端口1輸出，這樣，我們就可以稱路由器交換了波長(zhǎng)1和4。在本例中，波長(zhǎng)路由器只有兩個(gè)輸入端口和兩個(gè)輸出端口，每一路上只有4個(gè)波長(zhǎng)，但是在一般情況下，輸入和輸出的端口數(shù)是N(2)，并且每一端口的波長(zhǎng)數(shù)是W(2)。光濾波器12341234圖2.1 單純的濾波器應(yīng)用 波分復(fù)用器12341234圖2.2 波

21、分復(fù)用/解復(fù)用器中應(yīng)用1234”1”2”3”4波長(zhǎng)路由器1”2”34”123”4N=2，W=4圖2.3 波長(zhǎng)路由器中應(yīng)用如果一個(gè)波長(zhǎng)路由器的路由方式不隨時(shí)間變化，就成為靜態(tài)路由器；路由方式隨時(shí)間變化，則成為動(dòng)態(tài)路由器。靜態(tài)路由器可以用波分復(fù)器來(lái)構(gòu)成，如圖2.4所示。解復(fù)用器復(fù)用器1234”123”4”1”2”3”41”2”34圖2.4 由波分復(fù)用器構(gòu)成靜態(tài)路由器波長(zhǎng)分插復(fù)用器可以看成是波長(zhǎng)路由器的簡(jiǎn)化形式，它只有一個(gè)輸出端口和一個(gè)輸入端口，再加上一個(gè)用于分插波長(zhǎng)的本地端口。 2.4 波分復(fù)用在光纖中的應(yīng)用近幾年隨著多媒體通信的發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，信息交流的領(lǐng)域范圍不斷擴(kuò)大，網(wǎng)絡(luò)通信容量

22、急劇增加，因而不斷增加電信網(wǎng)絡(luò)容量變得越來(lái)越重要。采用密集波分復(fù)用（DWDM）技術(shù)可在不投入大量資金的情況下，在原有單模光纖上提供更多的傳輸通道，且DWDM系統(tǒng)的建設(shè)周期短，能更好地實(shí)現(xiàn)信息傳輸?shù)亩嘣?，以較短的時(shí)間實(shí)現(xiàn)對(duì)光纜通信傳輸網(wǎng)的擴(kuò)容，充分滿足社會(huì)各界對(duì)各種帶寬業(yè)務(wù)的需求。開發(fā)式的密集波分復(fù)用（DWDM）網(wǎng)絡(luò)不僅采用光技術(shù)進(jìn)行傳輸，而且通過(guò)光波長(zhǎng)選擇器件將不同波長(zhǎng)的不同光信號(hào)合并和分離，在節(jié)點(diǎn)處實(shí)現(xiàn)光復(fù)用和光去復(fù)用，突破了電路的處理速度，為實(shí)現(xiàn)全光網(wǎng)絡(luò)奠定了基礎(chǔ)。 第3章 WDM的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1 WDM系統(tǒng)的基本形式光波分復(fù)用器和解復(fù)用器是ADM技術(shù)的關(guān)鍵部件，將不同波長(zhǎng)的信號(hào)結(jié)合在一

23、起經(jīng)一根光纖輸出的器件稱為復(fù)用器（也叫合波器）。反之，經(jīng)同一傳輸光纖送來(lái)的多波長(zhǎng)信號(hào)分解為各個(gè)波長(zhǎng)分別輸出的器件稱為解波分復(fù)用器（也叫分波器）。從原理上講，這種器件是互易的（雙向可逆），即只要將解復(fù)用器的輸出和輸入端反過(guò)來(lái)使用，就是復(fù)用器。因此復(fù)用器和解復(fù)用器是相同的（除非有特殊的要求）。 WDM系統(tǒng)的基本構(gòu)成主要有以下兩種形式： （1）雙線單相傳輸。單向WDM傳輸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)送端將在有各種信息的、具有不同波長(zhǎng)的已調(diào)光信號(hào) 1，2, ，n,通過(guò)光復(fù)用器組合在一起，并在一根光纖中單向傳輸。由于各種信號(hào)是通過(guò)不同光波長(zhǎng)攜帶的，因此彼此之間不會(huì)混淆。在接受端通過(guò)

24、光解復(fù)用器將不同波長(zhǎng)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(guò)另一根光纖傳輸?shù)脑砼c此相同。（2）單線雙向傳輸。雙向WDM傳輸使之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(zhǎng)相互分開，以實(shí)現(xiàn)雙向全雙工的通信。 雙向WDM系統(tǒng)在設(shè)計(jì)和應(yīng)用時(shí)必要考慮幾個(gè)關(guān)鍵的系統(tǒng)因素，如為了抑制多通道干擾（MPT）,必須注意到光反射的影響、雙向通路之間的隔離、串?dāng)_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、光監(jiān)控信道（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。所以雙向WDM系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用相對(duì)說(shuō)來(lái)要求較高，但與單向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

25、器的數(shù)量。 另外，通過(guò)在中間設(shè)置光分插復(fù)用器（OADM）或光交插連接器（OXC），可使各波長(zhǎng)光信號(hào)進(jìn)行合流與分流，實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)的上下路（Add/Drop）和路由分配，這樣就可以根據(jù)光纖通信和光網(wǎng)的業(yè)務(wù)量分布情況，合理地安排插入或分出信號(hào)。3.2 WDM系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 21世紀(jì)的WDM系統(tǒng)主要由五部分組成：發(fā)光機(jī)、廣中繼放大、廣接收機(jī)、廣監(jiān)控信道和網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)1如圖3.1所示。發(fā)光射機(jī)位于WDM系統(tǒng)的發(fā)送端，在發(fā)送端首先將來(lái)自終端設(shè)備（如SDH端機(jī)）輸出的光信號(hào)，利用光轉(zhuǎn)發(fā)器（OUT）把符合ITU-TG。957建議的非特定波長(zhǎng)的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成符合ITU-TG。692建議的具有穩(wěn)定的特定波長(zhǎng)的光信號(hào)。O

26、TU對(duì)輸入端的信號(hào)波長(zhǎng)沒有特殊的要求，可以兼容任意廠家的SDH信號(hào)，其輸出端滿足G.692的接口，即標(biāo)準(zhǔn)的光波長(zhǎng)和滿足長(zhǎng)距離傳輸要求的光源，利用合波器合成多路光信號(hào)，通過(guò)光功率放大器（BA：BoosterAmplifier）放大輸出多路光信號(hào)。 通過(guò)一定距離傳輸后，要用摻鉺光纖放大器（EDFA）對(duì)光信號(hào)進(jìn)行中繼放大。在應(yīng)用時(shí)可根據(jù)具體情況，將EDFA用作“線放（LA）”、“供放（BA）”和“前放(PA)”。在WDM系統(tǒng)中，對(duì)EDFA必須采用增益平坦技術(shù)，使得EDFA對(duì)不同波長(zhǎng)的光信號(hào)具有接近相同的放大增益。與此同時(shí)，還要考慮到不同數(shù)量的光信道同時(shí)工作的各種情況，保證光信道的增益競(jìng)爭(zhēng)不影響傳輸性

27、能。在接收端，光前置放大器（PA）放大經(jīng)傳輸而衰減的主信道光信號(hào)，分波器從主信道光信號(hào)中分出特定波長(zhǎng)的光信號(hào)。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(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)，要有足夠的電帶寬。光監(jiān)控信道的主要功能是監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)各信道的傳輸情況，在發(fā)送端，插入本結(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的波長(zhǎng)為s(1510nm)的光監(jiān)控信號(hào)，與主信的光信號(hào)合波輸出；在接收端，將收到的光信號(hào)分離，輸出s(1510nm)波長(zhǎng)的光監(jiān)控信號(hào)和業(yè)務(wù)信道光信號(hào)。幀同步子介、公務(wù)字節(jié)和網(wǎng)管所用的開銷子介等都是通過(guò)光監(jiān)控信道來(lái)傳送的。網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)通過(guò)光監(jiān)控信道物理層傳送開銷字節(jié)到其他結(jié)點(diǎn)或接收來(lái)自其他結(jié)點(diǎn)的開銷字節(jié)對(duì)

28、WDM系統(tǒng)進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)配置廣立、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TMN)相連。 光轉(zhuǎn)換 器1光轉(zhuǎn)發(fā)器n光合波器BA接受i接受n光分波器PALA光監(jiān)控信道接受器光監(jiān)控信道接受器網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)光監(jiān)控信道發(fā)射機(jī)光中繼放大光接收機(jī)圖3.1 實(shí)際WDM系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)3.3 WDM技術(shù)的主要特點(diǎn)WDM技術(shù)具有很多優(yōu)勢(shì)，在近幾年得到快速發(fā)展。利用光纖的帶寬資源，使一根光纖的傳輸容量比單波長(zhǎng)傳輸增加幾倍至幾十倍，多波長(zhǎng)復(fù)用在單模光纖中傳輸，在大容量長(zhǎng)途傳輸時(shí)可大量節(jié)約光纖，對(duì)于早期安裝的電纜，芯數(shù)較少，利用波分復(fù)用無(wú)需對(duì)原有系統(tǒng)作較大的改動(dòng)即可進(jìn)行擴(kuò)容操作，由于同一光纖中傳輸?shù)男盘?hào)波長(zhǎng)

29、彼此獨(dú)立，因而可以傳輸特性完全不同的信號(hào)，完成各種電信業(yè)務(wù)信號(hào)的綜合與分離，包括數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)，以及PDH信號(hào)和SDH信號(hào)的綜合與分離，波分復(fù)用通道對(duì)數(shù)據(jù)格式透明，即與信號(hào)速率及電調(diào)制方式無(wú)關(guān)。一個(gè)WDM系統(tǒng)可以承載多種格式的“業(yè)務(wù)”，如ATM、IP等，在網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)充和發(fā)展中，是理想的擴(kuò)容手段，也是引入寬帶新業(yè)務(wù)（例如CATV、HDTV和B-ISDN等）的有利手段，增加一個(gè)附加波長(zhǎng)即可引入任意想要的新業(yè)務(wù)或新容量，利用WDM技術(shù)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)交換和恢復(fù)，從而可能實(shí)現(xiàn)未來(lái)透明的、具有高度生存性的光網(wǎng)絡(luò)，在國(guó)家骨干網(wǎng)的傳輸時(shí)，EDFA的應(yīng)用可以減少長(zhǎng)途干線系統(tǒng)SDH中繼器的數(shù)目，從而減少成本。3.4 W

30、DM技術(shù)目前存在的問題以WDM技術(shù)為基礎(chǔ)的具有分插復(fù)用和交叉連接功能的光傳輸網(wǎng)具有易于重構(gòu)、良好的擴(kuò)展性等優(yōu)勢(shì)，已成為未來(lái)高速傳輸網(wǎng)的發(fā)展方向，很好的解決下列問題有利于其實(shí)用化。（1）WDM是一項(xiàng)新的技術(shù)，其行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定較粗，因此不同商家的WDM產(chǎn)品互通性極差，特別是在上層的網(wǎng)絡(luò)管理方面。為了保證WDM系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)中的大規(guī)模實(shí)施，需保證WDM系統(tǒng)間的互操性以及WDM系統(tǒng)與傳統(tǒng)系統(tǒng)間互連、互通，因此應(yīng)加強(qiáng)光接口設(shè)備的研究。（2）WDM系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)管理，特別是具有復(fù)雜上/下通路需求的WDM網(wǎng)絡(luò)管理不是很成熟。在網(wǎng)絡(luò)中大規(guī)模采用需要對(duì)WDM系統(tǒng)進(jìn)行有效網(wǎng)絡(luò)管理，例如在故障管理方面，由于WDM系統(tǒng)可以在光

31、通道上支持不同類型的業(yè)務(wù)信號(hào)，一旦WDM系統(tǒng)發(fā)生故障，操作系統(tǒng)應(yīng)能及時(shí)自動(dòng)發(fā)現(xiàn)，并找出故障原因；目前為止相關(guān)的運(yùn)行維護(hù)軟件仍不成熟，在性能管理方面，WDM系統(tǒng)使用模擬方式復(fù)用及放大光信號(hào)，因此常用的比特誤碼率并不適用于衡量WDM的業(yè)務(wù)質(zhì)量，必須尋找一個(gè)新的參數(shù)來(lái)準(zhǔn)確衡量網(wǎng)絡(luò)向用戶提供的服務(wù)質(zhì)量等。（3）一些重要光器件的不成熟將直接限制光傳輸網(wǎng)的發(fā)展，如可調(diào)諧激光器等。通常光網(wǎng)絡(luò)中需要采用46個(gè)能在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行調(diào)諧的激光器，但目前這種可調(diào)諧激光器還很難商用化。3.5 WDM的發(fā)展趨勢(shì)WDM技術(shù)問世時(shí)間不長(zhǎng)，但由于具有許多顯著的優(yōu)點(diǎn)迅速得到推廣應(yīng)用，并向全光網(wǎng)絡(luò)的方向發(fā)展。今后全光技術(shù)的發(fā)展表現(xiàn)

32、在以下幾個(gè)方面：可變波長(zhǎng)激光器。到目前為止，光纖通信用的光源即半導(dǎo)體激光器只能發(fā)出固定波長(zhǎng)的光波。將來(lái)會(huì)出現(xiàn)激光器光源的發(fā)射波長(zhǎng)可按需要進(jìn)行調(diào)諧發(fā)送，其光譜性能將更加優(yōu)越，而且具有更高的輸出功率、穩(wěn)定性和可靠性。不僅如此，可變波長(zhǎng)的激光器更有利于大批量生產(chǎn)，降低成本。全光中繼器。目前的中繼器需要經(jīng)過(guò)光-電-光的轉(zhuǎn)換過(guò)程，即通過(guò)對(duì)電信號(hào)的處理來(lái)實(shí)現(xiàn)再生（整形、定時(shí)、數(shù)據(jù)再生），電再生器體積大、耗電多、成本高。摻鉺光纖放大器雖然可以用來(lái)作再生器使用，但它只是解決了系統(tǒng)損耗受限的難題，而無(wú)法解決色散的影響，這就對(duì)光源的光譜性能提出了極高的要求。未來(lái)的全光中繼器不需要光-電-光的處理過(guò)程，可以對(duì)光信號(hào)

33、直接進(jìn)行再定時(shí)、再整形和再放大，而且與系統(tǒng)的工作波長(zhǎng)、比特率、協(xié)議等無(wú)關(guān)。由于它具有光放大功能，所以解決了損耗受限的難題，又因?yàn)樗梢詫?duì)光脈沖波形直接進(jìn)行再整形，所以也解決了色散受限方面的難題。光交叉連接設(shè)備（OXC）。未來(lái)的OXC可以利用軟件對(duì)各路光信號(hào)靈活的交叉連接。OXC對(duì)全光網(wǎng)絡(luò)的調(diào)度、業(yè)務(wù)的集中與疏導(dǎo)、全光網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)與恢復(fù)等都將發(fā)揮作用。光分插復(fù)用器（OADM）。目前采用的OADM只能在中間局站上、下固定波長(zhǎng)的光信號(hào)，使用起來(lái)比較僵化。未來(lái)的OADM對(duì)上、下光信號(hào)將完全可控，通過(guò)網(wǎng)管系統(tǒng)就可以在中間局站有選擇地上、下一個(gè)或幾個(gè)波長(zhǎng)的光信號(hào)，使用起來(lái)非常方便，組網(wǎng)（光網(wǎng)絡(luò)）十分靈活。應(yīng)

34、用WDM技術(shù)第一次把復(fù)用方式從電信號(hào)轉(zhuǎn)移到光信號(hào)，在光域上用波分復(fù)用（既頻率復(fù)用）的方式提高傳輸速率，光信號(hào)實(shí)現(xiàn)了直接復(fù)用和放大，并且各個(gè)波長(zhǎng)彼此獨(dú)立，對(duì)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式透明。當(dāng)前研究的熱點(diǎn)之一是DWDM，DWDM實(shí)驗(yàn)室水平可達(dá)到100X10Gbit/s，中繼距離400km；30X40Gbit/s，中繼距離85km;64X5Gbit/s，中繼距離720km。密集波分復(fù)用DWDM商用水平為320Gbit/s，即一對(duì)光纖可傳送400萬(wàn)話路。目前商用系統(tǒng)的傳輸能力僅是單根光纖可能傳輸容量為數(shù)十Tbit/s的1/100。 我國(guó)開展WDM技術(shù)的研究起步比較晚，首先在長(zhǎng)途干線上采用WDM技術(shù)進(jìn)行點(diǎn)到點(diǎn)擴(kuò)容，

35、后在節(jié)點(diǎn)上采用OADM、OXC技術(shù)進(jìn)行上/下話路。我國(guó)于1997年引進(jìn)第一套8波長(zhǎng)WDM系統(tǒng)，并安裝在西安至武漢的干線上。1998年我國(guó)開始大規(guī)模引進(jìn)8X2.5Gb/sWDM系統(tǒng)，對(duì)總長(zhǎng)達(dá)2萬(wàn)多km的12條省際光纜干線進(jìn)行擴(kuò)容改造。同時(shí)各省內(nèi)干線也相繼采用WDM技術(shù)擴(kuò)容，如在“南昌-九江”光纜擴(kuò)容工程中，采用的就是AT&T公司的設(shè)備和雙窗口WDM系統(tǒng)，即在G.652光纖的1310nm、1550nm兩個(gè)低損耗工作窗口分別運(yùn)行一個(gè)系統(tǒng)。這樣可在不拆除1310nm窗口原有PDH設(shè)備的情況下，利用未使用的1550nm窗口，加開SDH2.5Gb/s系統(tǒng)。為保證我國(guó)干線網(wǎng)的高速率、大容量并有足夠的

36、余量確保網(wǎng)絡(luò)安全和未來(lái)發(fā)展的需要，采用WDM技術(shù)的工作已全面展開。 WDM是一種在光域上的復(fù)用技術(shù)，形成一個(gè)光層的網(wǎng)絡(luò)即全光網(wǎng)，將是光通訊的最高階段。建立一個(gè)以WDM和OXC（光交叉連接）喂基礎(chǔ)的光網(wǎng)絡(luò)層，實(shí)現(xiàn)用戶端到端得全光網(wǎng)絡(luò)連接，用一個(gè)純粹的“全光網(wǎng)”消除光電轉(zhuǎn)換的瓶頸將是未來(lái)的趨勢(shì)?，F(xiàn)在WDM技術(shù)還是基于點(diǎn)到點(diǎn)的方式，但點(diǎn)到點(diǎn)的WDM技術(shù)作為全光網(wǎng)通訊的第一步，也是最重要的一步，它的應(yīng)用和實(shí)踐對(duì)于全光網(wǎng)的發(fā)展起到?jīng)Q定性的作用。 第4章 總結(jié)與展望本論文詳盡對(duì)波分復(fù)用原理進(jìn)行了闡述，介紹了WDM系統(tǒng)的基本形式和基本結(jié)構(gòu)，還介紹了WDM技術(shù)的主要特點(diǎn)和目前存在的問題，最后對(duì)現(xiàn)在的WDM的發(fā)展方向和前景作了大致的說(shuō)明，并說(shuō)明了工作原理。本論文完成了以下工作：（1）在充分了解波分復(fù)用原理的基礎(chǔ)上，探討了波分復(fù)用技術(shù)基本形式和基本結(jié)構(gòu)；（2）探討了波分復(fù)用下的傳輸模式，光濾波器和光波分復(fù)用器；（3）提出了波分復(fù)用技術(shù)的研究方案，并對(duì)波分復(fù)用技術(shù)作了深入的研究。本論文還有很多不足，對(duì)于同步數(shù)字體系的和同步復(fù)用等相關(guān)技術(shù)說(shuō)明內(nèi)容太少，但這些技術(shù)在