波分復(fù)用技術(shù)ppt課件教學(xué)教程

1、第八章 波分復(fù)用技術(shù)8.1 多信道復(fù)用技術(shù)8.2 波分復(fù)用原理8.3 光發(fā)送部分和光接收部分8.4 波分復(fù)用器8.5 摻鉺光纖放大器(EDFA)8.6 WDM設(shè)計(jì)中考慮的重要問題8.1 多信道復(fù)用技術(shù)光時(shí)分復(fù)用(OTDM)光碼分復(fù)用(OCDM)副載波復(fù)用(SCM)空分復(fù)用(SDM)光波分復(fù)用(WDM)8.2 波分復(fù)用原理 1、WDM DWDM OFDM 在文獻(xiàn)中波分復(fù)用技術(shù)一般又有波分復(fù)用(WDM)，密集波分復(fù)用(DWDM)和光頻分復(fù)用(OFDM)之分。一般的看法是光載波復(fù)用數(shù)小于8波，信道間隔大于3.2nm的系統(tǒng)為WDM。而光載波復(fù)用數(shù)大于8波，信道間隔小于3.2nm的系統(tǒng)稱為DWDM。波分

2、復(fù)用的密集程度與其他電通信的頻分復(fù)用密集程度相當(dāng)時(shí)，就稱為OFDM。ITU-T建議一直只提WDM和Multichannel system(多信道系統(tǒng))，避免WDM和DWDM的區(qū)分和界定，建議文件規(guī)范的信道間隔也只窄到50GHz。目前真正實(shí)用化的光波分復(fù)用系統(tǒng)是162.5Gbit/s，1610Gbit/s和322.5Gbit/s，3210Gbit/s，4010Gbit/s。我國目前也已達(dá)到了這一實(shí)用化水平。 2、WDM系統(tǒng)概述 WDM系統(tǒng)有單纖雙向波分復(fù)用系統(tǒng)和雙纖單向波分復(fù)用系統(tǒng)單纖雙向波分復(fù)用系統(tǒng)，它只用一根光纖，多個(gè)波長的信號(hào)可以在兩個(gè)方向上同時(shí)傳播。雙纖單向波分復(fù)用系統(tǒng)，是用一對(duì)光纖，在

3、每一根光纖中光單向傳輸。3、WDM技術(shù)的主要特點(diǎn)充分利用光纖的巨大帶寬資源同時(shí)傳輸多種不同類型的信號(hào)實(shí)現(xiàn)單根光纖雙向傳輸多種應(yīng)用形式節(jié)約線路投資降低器件的超高速要求IP的傳送通道高度的組網(wǎng)靈活性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性8.3 光發(fā)送部分和光接收部分1、光波長區(qū)的分配 光纖有兩個(gè)長波長的低損耗窗口，即1310nm和1550nm窗口它們均可用于光信號(hào)的傳輸，但由于目前的EDFA的工作波長為15301565nm，因此WDM系統(tǒng)應(yīng)這個(gè)波長區(qū)域內(nèi)。 (1) 絕對(duì)參考頻率(AFR)絕對(duì)參考頻率是為維持光信號(hào)頻率的精度和穩(wěn)定度而規(guī)范的特定頻率參考。ITU-T建議G.692文件，確定WDM系統(tǒng)的絕對(duì)參考頻率規(guī)范為19

4、3.10THz。(2) 信道間隔G.692文件規(guī)范WDM的信道間隔為25GHz的整數(shù)信，目前優(yōu)先選用的是100GHz和50GHz信道間隔。G.652或G.655光纖系統(tǒng)是均勻信道間隔。G.653光纖采用非均勻信道間隔。(3) 標(biāo)準(zhǔn)中心頻率所謂標(biāo)準(zhǔn)中心頻率指的是光波分復(fù)用系統(tǒng)中每個(gè)通路對(duì)應(yīng)的中心波長的頻率。(4) 中心頻率偏差中心頻率偏差定義為標(biāo)稱中心頻率與實(shí)際中心頻率之差。2、光轉(zhuǎn)發(fā)器(OTU)技術(shù) WDM光的發(fā)射是采用光轉(zhuǎn)發(fā)器技術(shù)，開放式WDM系統(tǒng)在發(fā)送端采用OTU將非標(biāo)準(zhǔn)的波長轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)波長3、可調(diào)光濾波器WDM系統(tǒng)的光接收端均使用了波長可調(diào)的光濾波器，其作用是在接收端于接收器前從多信道復(fù)

5、用的光信號(hào)中選擇出一定波長的信號(hào)，以供接收機(jī)進(jìn)行接收。通常使用法布珀羅(FP)干涉儀作為光濾波器。另外還有一類是集成在LiNbO3波導(dǎo)上的，利用聲光或電光效應(yīng)來改變介質(zhì)的折射率，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)光波長選擇的光濾波器，其中聲光效應(yīng)的濾波器調(diào)諧范圍可做到大于100nm，而電光效應(yīng)的濾波器調(diào)諧范圍較小，只能達(dá)到10nm。除此之外，窄帶的光放大器對(duì)入射復(fù)用信號(hào)的選擇放大，也可以起到光濾波器的作用。8.4、波分復(fù)用器 波分復(fù)用器分發(fā)端合波器和收端的分波器。合波器又稱復(fù)用器，分波器又稱解復(fù)用器。 光波分復(fù)用器的種類很多，大致分為四大類：熔維光纖型介質(zhì)膜干涉型光柵型光波分復(fù)用器陣列波導(dǎo)光柵(AWG)型光波分復(fù)用器

6、8.5、摻鉺光纖放大器(EDFA)1、EDFA概述 摻鉺光纖放大器(EDFA)是將鉺(Er)離子注入到纖芯中，形成了一種特殊光纖，它在泵浦光的作用下可直接對(duì)某一波長的光信號(hào)進(jìn)行放大。 摻鉺光纖放大器的主要優(yōu)點(diǎn)是：(1)工作波長處在1.531.56m范圍，與光纖最小損耗窗口一致；(2)對(duì)摻鉺光纖進(jìn)行激勵(lì)的泵浦功率低，僅需幾十毫瓦，而拉曼放大器需0.51W的泵浦源進(jìn)行激勵(lì)；(3)增益高、噪聲低、輸出功率大。它的增益可達(dá)40dB，噪聲系數(shù)可低至34dB，輸出功率可達(dá)1420dBm；(4)連接損耗低，因?yàn)樗枪饫w型放大器，因此與光纖連接比較容易，連接損耗可低至0.1dB。2、摻鉺光纖為什么具有放大功能

7、 在制造光纖過程中，設(shè)法摻入一定量的三價(jià)鉺離子形成摻鉺光纖，鉺離子在未受任何光激勵(lì)的情況下，電子處在最低能級(jí)(基態(tài))4I15/2上，當(dāng)泵浦光射入，鉺粒子吸收泵浦光的能量，電子向高能級(jí)躍遷。并迅速以非輻射躍遷的形式由泵浦態(tài)變至亞穩(wěn)態(tài)(即4I13/2能級(jí))，由于源源不斷地進(jìn)行泵浦，粒子數(shù)不斷增加，從而實(shí)現(xiàn)了粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。 當(dāng)具有1 550nm波長的光信號(hào)通過這段摻鉺光纖時(shí)，亞穩(wěn)態(tài)的粒子以受激輻射的形式躍遷到基態(tài)，并產(chǎn)生出和入射光信號(hào)中的光子一樣的光子，從而大大增加了信號(hào)光中的光子數(shù)量，即實(shí)現(xiàn)了信號(hào)光在摻鉺光纖的傳輸過程中不斷被放大的功能。3、EDFA的基本結(jié)構(gòu) EDFA主要是由摻鉺光纖(EDF)、泵

8、浦光源、光耦合器、光隔離器以及光濾波器等組成。EDFA按照它的泵浦方式不同，有三種基本結(jié)構(gòu)形式： 同向泵浦結(jié)構(gòu) 反向泵浦結(jié)構(gòu)雙向泵浦結(jié)構(gòu) 從輸出功率上來看，單泵浦的輸出功率可達(dá)14dBm，而雙泵浦的輸出功率可達(dá)17dBm。4、EDFA的性能指標(biāo)(1) 增益特性 EDFA的增益特性用功率增益來表示 放大器的功率增益隨泵浦功率的增加而增加，但當(dāng)泵浦功率達(dá)到一定值時(shí)，放大器增益出現(xiàn)飽和。 功率增益隨摻鉺光纖長度的增加而上升，當(dāng)光纖長度達(dá)到一定值后，增益反而逐漸下降?？梢?，當(dāng)光纖為某一長度時(shí)，可獲得最佳增益，這個(gè)光纖長度稱為最大增益的光纖長度。 因此，在給定的摻鉺光纖的情況下，應(yīng)選擇合適的泵浦功率和光

9、纖長度，以達(dá)到最大增益。 (2)輸出功率特性 當(dāng)飽和增益下降3dB時(shí)所對(duì)應(yīng)的輸出功率值為3dB飽和輸出功率。它代表了摻鉺光纖放大器的最大輸出能力。(3)噪聲特性 摻鉺光纖放大器的噪聲主要來源有：信號(hào)光的散彈噪聲；信號(hào)光波與放大器自發(fā)輻射光波間的差拍噪聲；被放大的自發(fā)輻射光的散彈噪聲；光放大器自發(fā)輻射的不同頻率光波間差拍噪聲。5、EDFA的基本應(yīng)用形式 EDFA具體的應(yīng)用形式有以下四種。線路放大(Line Amplifier)功率放大(Booster Amplifier)前置放大(Preamplifiev)LAN放大(LAN Amplifier)8.6 WDM設(shè)計(jì)中考慮的重要問題1、WDM的信道

10、串?dāng)_(1) 線性串?dāng)_ 線性串?dāng)_通常發(fā)生在解復(fù)用過程中，取決于用于選擇信道的光濾波器的特性。(2) 非線性串?dāng)_ 由于是光纖非線性效應(yīng)引起的，故這種串?dāng)_便稱之為非線性串?dāng)_。光纖的非線性效應(yīng)包括受激喇曼散射、受激布里淵散射、交叉相位調(diào)制和四波混頻等。2、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案概述(1) 復(fù)用路數(shù)與波長范圍的選擇 WDM系統(tǒng)的最大復(fù)用路數(shù)決于兩個(gè)因素：信道最大可利用帶和最小信道間隔。EDFA的最大可利用帶寬要分成兩種情況：20nm帶寬，即15401560nm范圍，無需作通帶平坦化處理。32nm，即1528.771560.61nm范圍，需要作通帶平坦化處理。 (2) 速率等級(jí)的選擇 單通道系統(tǒng)的傳輸速率取決于通信容量的需求和通信成本的合理化。 (3) 光纖類型的選擇 WDM系統(tǒng)設(shè)計(jì)選擇光纖的一般原則是：新建WDM系統(tǒng)的路由不再選用G.653光纖，舊路由的G.653光纖用于WDM系統(tǒng)需采取不等間隔信道波長配置，復(fù)用路數(shù)通常選為8波。STM-16系統(tǒng)一般使用G.652光纖，可以實(shí)現(xiàn)120km的跨距傳輸，具有成本優(yōu)勢。且未來有1310和1550兩個(gè)波段同時(shí)