第七章 光波分复用系统
光波分复用系统设计与仿真
光波分复用系统设计与仿真光波分复用系统（Wavelength Division Multiplexing，简称WDM）是一种用于光纤通信中的技术。
它允许在单根光纤中同时传输多个独立的光信号，每个信号通过不同的波长进行区分。
光波分复用系统的设计与仿真是非常重要的，可以帮助我们了解它的原理及性能，下面将详细介绍。
首先，光波分复用系统的设计需要考虑到以下几个方面：1.光源：光源是产生光信号的设备，常用的光源包括激光器、LED等。
在设计中需要选择适当的光源，并确定其发光功率、波长等参数。
2.光纤：光纤是传输光信号的介质，其主要性能指标有损耗、色散等。
在设计中需要选择适当的光纤，并考虑光纤的长度、损耗和色散对系统性能的影响。
3.光分复用器：光分复用器用于将多个光信号通过不同的波长进行区分，并将它们合并到一根光纤中传输。
在设计中需要选择合适的光分复用器，并确定其通道数量、波长范围等参数。
4.接收器：接收器用于接收传输过来的光信号，并进行解调与处理。
在设计中需要选择适当的接收器，并确定其灵敏度、速率等参数。
接下来，我们可以使用仿真软件进行光波分复用系统的仿真。
仿真可以帮助我们预测系统的性能，优化系统参数以达到较好的传输效果。
以下是一些主要的仿真步骤：1.建立仿真模型：首先，需要建立一个光波分复用系统的仿真模型。
可以使用仿真软件提供的模型或者根据系统的实际参数自行建立模型。
2.设置系统参数：根据设计需求，设置光源的参数、光纤的长度和损耗等参数，确定光分复用器和接收器的配置。
3.设置信号源：模拟不同的独立光信号，设置它们的波长、功率等参数，并通过光分复用器将它们合并到一根光纤中。
4.运行仿真：运行仿真模型，观察传输过程中光信号的功率、波形等变化。
可以通过改变系统参数，比如光纤长度、光源功率等来观察系统的性能变化。
5.分析结果：根据仿真结果，分析系统的性能，比如光信号的损耗、串扰情况等。
可以通过优化系统参数，比如增加光源功率、调整波长间隔等来提升系统性能。
波分复用系统（WDM）结构原理和分类
波分复用系统(WDM),波分复用系统(WD M)结构原理和分类波分复用系统简要介绍光波分复用技术是在一根光纤中传输多波长光信号的一项技术。
其基本原理是在发送端将不同波长的光信号组合起来(复用)，并耦合到光缆线路上的同一根光纤中进行传输，在接收端又将组合波长的光信号分开〔解复用)，并进一步处理，恢复出原信号后送入不同的终端。
具体如下。
如图1所示。
发送端内有N个发射机：发射机所发出的光的波长是不同的，它们的波长分别为波长1-N。
每个光波承载1路信号。
再把N个光发射机发出的光信号(光信号1-N)集中为1个光的群信号，送进光纤线路，直到接收端。
若线路很长，光信号太弱，就加一光放大器，把光信号放大。
在接收端有N个光滤波器(1-N)。
滤波器1对载有信号1的光信号(波长1)有选择通过的作用，……滤波器N对载有信号N的光信号(波长N)有选择通过的作用。
光接收机的作用是把载有信号的光信号还原为原信号。
光波分复用的关键器件(1)分布反馈多量子阱激光器(DFB M QW—LD)(2)光滤波器(3)光放大器图1波分复用系统原理波分复用系统的发展与现状WDM波分复用并不是一个新概念在光纤通信出现伊始人们就意识到可以利用光纤的巨大带宽进行波长复用传输但是在20世纪90年代之前该技术却一直没有重大突破其主要原因在于TD M 的迅速发展从155Mbit/s 到622Mbi t/s 再到2.5G bit/s系统TDM速率一直以过去几年就翻 4 倍的速度提高人们在一种技术进行迅速的时候很少去关注另外的技术1995 年左右WDM系统的发展出现了转折一个重要原因是当时人们在TD M 10G bit/s技术上遇到了挫折，众多的目光就集中在光信号的复用和处理上W DM 系统才在全球范围内有了广泛的应用。
光波分复用的基本原理
光波分复用的基本原理光波分复用（Wavelength Division Multiplexing，WDM）是利用多个不同波长的光信号在一根光纤中传输的技术。
它是一种高效、高速的光通信方式，可以提高光纤通信的容量和速度。
WDM技术是通过将多个信号分别调制成不同波长的光信号，然后将这些光信号合并在一根光纤中传输，最后再将这些信号通过波分复用器（WDM器）进行分离，达到同时传输多个信号的目的。
本文将详细介绍WDM的基本原理及其应用。
一、WDM的原理WDM的基本原理是利用不同波长的光信号在一根光纤中传输，这些光信号可以同时传输，并且不会相互干扰。
WDM具体实现过程可以分为三个步骤：波长选择、光信号的多路复用、光信号的分路解复用。
1.波长选择在WDM中，每个光通道都有一个不同的波长，因此需要选择合适的波长区间。
一般来说，波长区间可以是常见的几个光纤谱段，例如1320~1360nm、1460~1625nm，或者是更小的波长间隔，如0.4nm、0.8nm或1.6nm。
2.光信号的多路复用当多个不同波长的光信号传递到一个单一光纤中时，它们会相互影响并干扰对方。
因此必须将它们在合适的位置上合并成单一的光束，这个过程称为多路复用。
在多路复用的过程中，需要用到一系列光学器件，例如：波分复用器（WDM器）、光衰减器、滤波器、耦合器、放大器、修补器、反射器等。
3.光信号的分路解复用在传输结束后，需要将合成的光信号恢复成原始的多个信号，这个过程称为分路解复用。
分路解复用的关键是在合适的位置上使用波分复用器（WDM器），将多个信号根据波长进行区分并进行分离。
分离后，可以通过调制解码等方法将信号恢复成原始数据。
二、WDM的应用WDM技术在光通信领域中的应用广泛，以下列出几个主要应用：1. 宽带网宽带网是一种将多种网络服务集成在一起的网络。
WDM技术可以在该网络中提供高达10Gbps的带宽，满足不同用户对网络传输速率、稳定性等方面的需求。
光波分复用系统的基本原理
光波分复用系统的基本原理本文简要介绍光波分复用系统的基本原理、结构组成、功能配置、关键技术部件和技术特点，说明光波分复用WDM系统是今后光通信发展的方向。
一、光波分复用（WDM）技术光波分复用（Wavelength Division Multiplexing，WDM）技术是在一根光纤中同时同时多个波长的光载波信号，而每个光载波可以通过FDM或TDM方式，各自承载多路模拟或多路数字信号。
其基本原理是在发送端将不同波长的光信号组合起来（复用），并耦合到光缆线路上的同一根光纤中进行传输，在接收端又将这些组合在一起的不同波长的信号分开（解复用），并作进一步处理，恢复出原信号后送入不同的终端。
因此将此项技术称为光波长分割复用，简称光波分复用技术。
WDM技术对网络的扩容升级，发展宽带业务，挖掘光纤带宽能力，实现超高速通信等均具有十分重要的意义，尤其是加上掺铒光纤放大器（EDFA）的WDM对现代信息网络更具有强大的吸引力。
二、WDM系统的基本构成WDM系统的基本构成主要分双纤单向传输和单纤双向传输两种方式。
单向WDM是指所有光通路同时在一根光纤上沿同一方向传送，在发送端将载有各种信息的具有不同波长的已调光信号通过光延长用器组合在一起，并在一根光纤中单向传输，由于各信号是通过不同波长的光携带的，所以彼此间不会混淆，在接收端通过光的复用器将不同波长的光信号分开，完成多路光信号的传输，而反方向则通过另一根光纤传送。
双向WDM是指光通路在一要光纤上同时向两个不同的方向传输，所用的波长相互分开，以实现彼此双方全双工的通信联络。
目前单向的WDM系统在开发和应用方面都比较广泛，而双向WDM由于在设计和应用时受各通道干扰、光反射影响、双向通路间的隔离和串话等因素的影响，目前实际应用较少。
三、双纤单向WDM系统的组成以双纤单向WDM系统为例，一般而言，WDM系统主要由以下5部分组成：光发射机、光中继放大器、光接收机、光监控信道和网络管理系统。
光纤波分复用器原理
光纤波分复用器原理
光纤波分复用器（WDM）是一种利用光子技术将多个不同波长的
光信号同时传输在同一根光纤中的设备。
其原理基于光的波长分立
特性，允许在同一光纤中传输多个不同波长的光信号，从而实现了
光纤通信的高密度和高带宽传输。
光纤波分复用器的原理主要包括两个方面，波长选择和波长复用。
首先，波长选择是指通过一定的光学元件（如光栅、滤波器等）选择特定波长的光信号，然后将这些不同波长的光信号合并在一起。
这样的波长选择过程可以通过光栅等光学元件实现，光栅可以分散
不同波长的光信号，并将它们聚焦到不同的位置上，从而实现波长
的选择。
其次，波长复用是指将多个不同波长的光信号合并在一起传输
到光纤中。
这一过程可以通过光学耦合器实现，光学耦合器可以将
多个不同波长的光信号合并成一个复合的光信号，然后通过光纤传
输到目的地。
总的来说，光纤波分复用器的原理是利用波长选择和波长复用技术，将多个不同波长的光信号合并在一起传输到光纤中，从而实现了光纤通信的高密度和高带宽传输。
这种技术在光纤通信中得到了广泛的应用，极大地提高了光纤通信系统的传输容量和效率。
光波分复用系统
●四波混频 当多个具有一定强度的光波在光纤中混合时， 当多个具有一定强度的光波在光纤中混合时，光纤的 非线性会导致产生其他的新波长。 非线性会导致产生其他的新波长。新波长的产生及原有 波长信号能量的转移消耗， 波长信号能量的转移消耗，会在多波长系统中产生串扰 或较大的信号衰减。 或较大的信号衰减。FWM的效率取决于通道间隔和光纤 的效率取决于通道间隔和光纤 色散。通道间隔越小，光纤色散越小， 色散。通道间隔越小，光纤色散越小，不同光波之间的 相位匹配就越好， 效率就越高， 相位匹配就越好，FWM效率就越高，影响越严重。 效率就越高 影响越严重。 通道间隔应满足下式： 通道间隔应满足下式：∆W≥0.25(M·P/D)1/2 M：光纤放大器间隔数 ： D：光纤色散系数： ：光纤色散系数： P：单通道平均光功率 ：
七、WDM系统的监控技术 系统的监控技术 在有EDFA 系统中，EDFA上业务信号不能上下，无电 系统中， 上业务信号不能上下， 在有 上业务信号不能上下 接口接入，只有光信号放大。 接口接入，只有光信号放大。在业务信号的开销位置上 也没有对EDFA监控的字节。因此必须增加一个电信号对 监控的字节。 也没有对 监控的字节 EDFA的运行状态进行监视。通常采用在个新长上传送监 的运行状态进行监视。 的运行状态进行监视 控信号。另外，对WDM系统的各相关部件的故障告警， 控信号。另外， 系统位，运行中的质量监控，所以在WDM系统中要设 故障定位，运行中的质量监控，所以在 系统中要设 有光监控通道（ 有光监控通道（OSC：optical supervision channel）。 ： ）。
5、光放大问题 、
•动态可调增益与锁定：要求EDFA能根据信号的变化， 动态可调增益与锁定：要求 能根据信号的变化， 动态可调增益与锁定 能根据信号的变化 实时地动态调整自身的工作状态，减小信号的波动， 实时地动态调整自身的工作状态，减小信号的波动，保 证信道的稳定。 证信道的稳定。 •要避免信道增减对其他信道的影响。 要避免信道增减对其他信道的影响。 要避免信道增减对其他信道的影响 •增益平坦 增益平坦 •光浪涌 •级联噪声 级联噪声
光纤通信系统波分复用系统WDM-共64页课件
中心频率 193.6 193.5 193.4 193.3 193.2 193.1 193.0 192.9 192.8 192.7 192.6 192.5 192.4 192.3 192.2 192.1
4 波系统 * * * *
8 波系统 * * * * * * * *
16 波系统 * * * * * * * * * * * * * * * *
（a）现实的需要性，以2.5Gb／s系统为例， 16波分单向就可达到40Gb／s的传输速率， 这足以满足未来几年的业务需求；
（b）技术的可行性。当前波分复用器件和激 光器元件的技术都满足16个波长以上的复用。
从当前应用上看，WDM系统只用于 2.5Gb／s以上的高速率系统。因而在制定规 范的过程中，我们主要考虑了基于2.5Gb／s SDH的干线网WDM系统的应用，承载信号为 SDH STM-16系统，即2.5Gb/s×N的WDM 系统。对于承载信号为其他格式(例如IP)的系 统和其它速率（例如10Gb/s×N）暂不作要 求。
开放式波分复用系统：就是波分复用器前端 加入波长转移单元OTU，将当前SDH的 G.957接口波长转换为G.692的标准波长光 接口。可以接纳过去的老SDH系统，并实 现不同厂家互联，但OTU的引入可能对系 统性能带来一定的负面影响。
双向WDM系统在设计和应用时必须要考虑几个关 键的系统因素：
如为了抑制多通道干扰(MPI)，必须注意到光反射的影响、 双向通路之间的隔离、串扰的类型和数值、两个方向传输的功 率电平值和相互间的依赖性、光监控信道(OSC)传输和自动功 率关断等问题，同时要使用双向光纤放大器。
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光波分复用
网络管理系统是通过光监控信道的物理层传送开销字节到其它节点或接收其它节点的开销字节对光波分复用 系统迸行管理。主要实现配置、故障、性能、安全管理等功能，并与上层管理系统相连。
WDM系统构成
WDM系统按照工作波长的波段不同可以分为两类：一类是在整个长波长波段内信道间隔较大的复用，称为粗 波分复用（CWDM）；另一类是在1550nm波段的密集波分复用（DWDM），它是在同一窗口中信道间隔较小的 波分复用，可以同时采用8,16或更多个波长在一对光纤上（也可采用单纤）构成光纤通信网络，其中每个波长之 间的间隔为1.6nm，0.8nm或更低，对应的带宽为200GHz，100GHz或更窄的带宽。
(1)可充分利用光纤的带宽资源，使同一根光纤的传输容量增加几倍至几十倍，甚至几百倍。(2)由于光波分 复用技术使用的波长相互独立，故可以同时传输特性完全不同的信号。(3)采用全双工方式，光信号可以在一根光 纤中同时向两个不同的方向传输，节省了线路投资，提高了系统的经济效益。(4)对于早期敷设的芯数不多的光缆， 波分复用技术可提供“在线升级，平滑过渡”的技术支持，即在对原有系统不作较大改功的情况下，进行扩容， 节省投资。(5)随着传输速率的不断提高，许多光器件的响应速度已明显不足。使用波分复用技术可以降低对器件 性能上的要求。(6)波分复用器件大多是光无源器件，结构简单，体积小，稳定可靠，在网络设计和施工中有很大 灵活性。因此，波分复用技术成为当前迸行扩容、升级改造以及建设新的高速、大容量通信网络的最佳技术 选 择。
通信技术中的波分复用系统原理与应用
通信技术中的波分复用系统原理与应用波分复用系统（Wavelength Division Multiplexing，简称WDM）是一种应用于通信技术中的重要技术。
它通过同时传输多个不同波长的光信号来实现光纤通信的高容量与高速率传输。
波分复用系统可以分为密集波分复用系统（DWDM）和稀疏波分复用系统（CWDM）两种类型，下面将重点介绍波分复用系统的原理和应用。
波分复用系统的原理主要基于波长和频率的特性。
这个系统中的每个波长都可以独立传输数据，同时在光纤中并行传输，从而提高了传输容量和速率。
波分复用系统的核心部件有光添加器、光分复用器和光解复用器。
光添加器用于将多个输入信号通过光纤发送到远程目的地，光分复用器则负责将多个信号合并成一个复合信号传输，光解复用器根据波长对复合信号进行分解，将各个波长的信号解复用为独立的信号。
波分复用系统的应用非常广泛。
波分复用系统可以实现高容量的光纤通信传输。
通过同时传输多个波长的光信号，可以将光纤的传输容量提高几十倍甚至上百倍，大大增加了通信网络的带宽，满足了日益增长的数据传输需求。
波分复用系统可以减少光纤线缆的使用，降低了通信设备的成本。
由于使用波分复用技术，可以将多个信号通过同一根光纤传输，避免了铺设大量的光纤线缆，从而节省了线缆的使用成本。
再次，波分复用系统还可以提高通信网络的可靠性和稳定性。
通过将不同波长的信号分隔传输，即使其中一个波长发生故障，其他波长的信号仍然可以正常传输，保证了通信网络的连续性和可靠性。
在实际应用中，波分复用系统被广泛应用于光纤通信网络中的长距离传输。
特别是在国际长途通信领域，波分复用技术已成为标配。
相比传统的电信号传输，波分复用系统在信号传输距离上有明显的优势。
由于光信号的传输损耗随距离的增加而增加，传统的光纤通信技术在长距离传输中很容易出现信号衰减和失真的问题。
而波分复用技术通过将信号进行多波长同时传输，可以充分利用光纤的宽带特性，克服了传统光纤通信的距离限制，实现了长距离高速率的信号传输。
波分复用就是光的频分复用
波分复用就是光的频分复用1、什么是光波分复用？光波分复用是指在传输光纤网络中，将少量信息流（也称为流），通过位型复用技术，在一根单模或者多模光纤上传输，各流之间空间隔离，实现了可靠的多路复用，使多路传输时受干扰的影响减至最低，大大提高数据传输的可靠性和容错性；同时还可以减少传输带宽，提高数据的传输速度和传输率，发挥光缆的最大容量，大大节约了网络成本。
2、光波分复用的工作原理光波分复用的工作原理是，将多个信号拆分成多个独立的连续波段，然后分别编码，将多个编码信号转换为光信号，并将其复用到一根光纤上，然后在光纤传输路由的终端处实现识别和重组，最终实现原信号的传输。
光波分复用技术的实现主要分为三个步骤：有线信号转换到光信号，将光信号复用到一条光纤上，以及有限信号光信号重构成原有线信号。
3、光波分复用的优势（1）提高了网络传输带宽，并且保障了网络流量的可靠性和容错性；（2）能够有效地利用宽带网络和光纤网络资源；（3）降低网络成本，可以把多个信号复用到一根光纤上，从而大大节约网络搭设的成本；（4）可以有效利用光纤的最大传输带宽，使数据传输的速率更高；（5）能够传输传统无线信号，如话音、视频、数据和图像等，同时可以支持多种应用，弥补传统光源和光复用技术中的不足。
4、光波分复用的应用（1）广播与电视传输：光波分复用技术可以提供的高质量的磁场防离辐射能力，无航空限制，更小的回绕时延，简单的布线，使用低成本的光纤，可以实现大距离的传输，满足广播和电视业的传输要求。
（2）数据传输：光波分复用技术可以250多个终端在一根光纤使用，极大地提高了传输带宽，延长了距离，减少了传输耗散带宽，改善了光信号传输质量。
（3）语音传输：光波分复用技术在语音传输中有着广泛的应用，可以满足不同的语音传输服务需求，提高了语音传输的可靠性，延长了传输路径。
5、光波分复用的结构光波分复用技术的结构主要有光放大器、选择器和终端路由器等，根据传输要求，选择不同的光放大器和选择器，使其能够具有良好的信号输出效果，终端路由器可以识别和重组复用后的信号，并按其原来的信号格式重构，最终实现原有信号的传输。
7.2光波分复用技术
(6) 信道宽度 信道宽度是指各光源之间为避免串扰应具有的波长间隔。
(7) 偏振相关损耗 偏振相关损耗(PDL: Polarization dependent Loss)是指由 于偏振态的变化所造成的插入损耗的最大变化值。
⑦ 美国Qtera 和Qwest: 两个波带4路×10Gb/s和2路×10Gb/s 沿NZDF光纤传输23×105km=2415km, 这个试验虽然WDM路数不 多，但在陆地光缆中却是最长距离。
7.2.3 WDM技术的主要特点
所以双向WDM系统的开发和应用相对说来要求较高，但与 单向WDM系统相比，双向WDM系统可以减少使用光纤和线路 放大器的数量。
3. 光波分复用器的性能参数 光波分复用器是波分复用系统的重要组成部分，为了确保
波分复用系统的性能，对波分复用器的基本要求是： • 插入损耗小 • 隔离度大 • 带内平坦，带外插入损耗变化陡峭 • 温度稳定性好 • 复用通路数多 • 尺寸小等
(1) 插入损耗 插入损耗是指由于增加光波分复用器/解复用器而产生的附 加损耗；
(2) 串扰抑制度 串扰是指其他信道的信号耦合进某一信道，并使该信道传 输质量下降的影响程度，有时也可用隔离度来表示这一程度；
(3) 回波损耗 回波损耗是指从无源器件的输入端口返回的光功率与输入 光功率的比；
(4) 反射系数 反射系数是指在WDM器件的给定端口的反射光功率与入射 光功率之比；
③ 日本富士通(Fujitsu): 128路×10.66Gb/s， 经过C和L波带 （注：C波带为1525～1565nm，L波带为1570～1620nm），用分 布喇曼放大(DRA: Distributed Raman Amplification), 传输距离达 6×140km=840km;
波分复用系统原理和特点
波分复用系统（Wavelength Division Multiplexing，WDM）是一种光纤通信技术，它利用光的不同波长来传输多个独立的通信信号。
波分复用系统的原理和特点如下：原理：
波分复用系统利用光的色散特性和光纤的低损耗特性，将不同波长的光信号同时传输在同一根光纤中。
在发送端，多个光源产生不同波长的光信号，然后通过光波分复用器将这些光信号合并成一个复合的光信号。
在接收端，通过光波分复用器将复合的光信号解复用为多个不同波长的光信号，然后通过光检测器将它们转换为电信号。
特点：
（1）高容量：波分复用系统可以同时传输多个信道，每个信道可以达到几十Gb/s甚至上百Gb/s的传输速率，大大提高了通信系统的传输容量。
（2）灵活性：波分复用系统可以根据实际需求灵活地配置不同数量和不同波长的光信道，使得光纤的带宽资源得到充分利用。
（3）低损耗：光纤对不同波长的光信号具有较低的损耗，因此波分复用系统的传输损耗较小，能够实现长距离的高速传输。
（4）互通性：波分复用系统采用标准化的波长间隔，不同厂家生产的设备可以相互兼容，提高了系统的互通性和可扩展性。
（5）可靠性：波分复用系统可以实现冗余备份，即使一个通道出现故障，其他通道仍然可以正常工作，提高了系统的可靠性和稳定性。
总之，波分复用系统通过将不同波长的光信号复用在一根光纤中，实现了高容量、灵活性、低损耗、互通性和可靠性的特点，是现代光纤通信系统中常用的技术之一。
光波分复用系统
ｃｎｔ ｃｏ ，ｏｋｎ ｎ￣ ｅ ｎ ｙ ｅｈ ｏ ｇｅ． ｏｓ ｕｔｎｗ ｒｉｇ ｆ ｃ ｌ ａｄ ｅ ｃｎ ｌ ｉ ｒ ｉ ｐ ｉ ｋ ｔ ｏ ｓ
Ｋபைடு நூலகம்ｅ ｗ ｏ ｄ ： ａ ｌｎｇｈ ｄｖｉｉ ｎｍ ｕｔｐ ｅ ｎｇＤｅ ｙ ｒ ｓＷ ｖｅｅ ｔ ｉ ｓｏ ｌｉｌｘｉ ； ｍｕｌ ｐ ｅ ｉ ｇ ｔ ｌｘ ｎ ｉ
一
通 路 。与单 纤单 向 Ｗ Ｍ 比单纤 双 向 Ｗ Ｍ系统 可 以减少 光纤 和线 Ｄ相 Ｄ
路 放大 器 的数量 。 三 、Ｗ Ｍ 统 的关键 技术 Ｄ系 （ ）光源 技术 一
、
光 波分 复用 技术 是在 一根 光纤 中 同时传 输 多个波 长光 信 号的 一项 技 术 。其基 本原 理 是在发 送端 将 不 同波 长 的光 信号 组合起 来 （ 复
计算机光盘软件与应用
工 程 技 术
Ｃ ｍ ｕ ｅ Ｄ Ｓ ｆｗ ｒ ｎ ｐ ｌ ｃ ｔ ｏ ｓ ｏ ｐ ｔｒ Ｃ ｏ ｔ ａ ｅ ａ ｄ Ａ ｐ ａ ｎ ｉ ｉ
２ １ 年第 １ ０１ ８期
光波分复用系统
李 炎
（ 中国铁通 长春分公 司，长春
摘
１ ０６ ） ３０ １
要 ：本 文介 绍 了光 波分 复 用 系统 的基 本概 念 、 系统 构造 、 工作原 理 以及 关键技 术 。
Ｗ Ｍ 技术 使一 根光 纤 的传输 容量 比单 波长 传输 增加 几倍 至几 Ｄ
十 倍 甚至几 百倍 ，充分 的利 用 了光纤 的 巨大带 宽 资源 ； 由于 ＷＭ Ｄ 技 术使 用 的各波 长 信道 相互独 立 ， 因而可 以 同时传 输 多种不 同类
型 的信 号；ＷＭ 技 术有 高度 的组 网 灵活性 ，如 长途 干线 网、多 路 Ｄ 多址 局域 网等 ，可 以利 用 Ｗ Ｍ技术 选择 路 由，实 现 网络交 换和 故 Ｄ 障恢 复 。Ｗ Ｍ 系统 的基 本构 成主 要有 两种 形式 ， 即双纤 单 向和 单 Ｄ
光波分复用(WDM)技术
光波分复用(WDM)技术一、波分复用技术的概念波分复用(WDM)是将两种或多种不同波长的光载波信号(携带各种信息)在发送端经复用器(亦称合波器，Multiplexer)汇合在一起，并耦合到光线路的同一根光纤中进行传输的技术；在接收端，经解复用器(亦称分波器或称去复用器，D emultiplexer)将各种波长的光载波分离，然后由光接收机作进一步处理以恢复原信号。
这种在同一根光纤中同时传输两个或众多不同波长光信号的技术，称为波分复用。
通信系统的设计不同，每个波长之间的间隔宽度也有不同。
按照通道间隔的不同，WDM可以细分为CWDM（稀疏波分复用）和DWDM（密集波分复用）。
CWDM 的信道间隔为20nm，而DWDM的信道间隔从0.2nm 到1.2nm，所以相对于DWDM，CWDM称为稀疏波分复用技术。
CWDM和DWDM的区别主要有二点：一是CWDM载波通道间距较宽，因此，同一根光纤上只能复用5到6个左右波长的光波，“稀疏”与“密集”称谓的差别就由此而来；二是CWDM调制激光采用非冷却激光，而DWDM采用的是冷却激光。
冷却激光采用温度调谐，非冷却激光采用电子调谐。
由于在一个很宽的波长区段内温度分布很不均匀，因此温度调谐实现起来难度很大，成本也很高。
CWDM避开了这一难点，因而大幅降低了成本，整个CWDM系统成本只有DWDM的30%。
CW DM是通过利用光复用器将在不同光纤中传输的波长结合到一根光纤中传输来实现。
在链路的接收端，利用解复用器将分解后的波长分别送到不同的光纤，接到不同的接收机。
二、波分复用技术的优点WDM技术之所以在近几年得到迅猛发展是因为它具有下述优点：(1) 传输容量大，可节约宝贵的光纤资源。
对单波长光纤系统而言，收发一个信号需要使用一对光纤，而对于WDM系统，不管有多少个信号，整个复用系统只需要一对光纤。
例如对于16个2.5Gb/s系统来说，单波长光纤系统需要32根光纤，而WDM系统仅需要2根光纤。
光纤通信系统-第7章 光波分复用系统
第7章光波分复用系统采用时分复用方式是传统数字通信提高传输效率、降低传输成本的有效措施。
无论是PDH系列的34Mbit/s、140Mbit/s、565Mbit/s系统的还是SDH系列的155Mbit/s、622Mbit/s、2488Gbit/s、9952Mbit/s系统都是按照这一原则进行。
但是随着现代电信网对传输容量要求的急剧提高，利用时分复用方式已经日益接近硅和砷化镓半导体技术的极限。
并且传输设备的价格也很高。
随着传输频率的提高，光纤色散的影响也越加严重。
而另一方面光纤的光谱范围尚未得到充分开发。
因而系统进一步扩容的唯一出路就是把电时分复用转到光波分复用上来，即从光域上用波分复用方式来提高传输速率。
本章主要介绍光波分复用技术的基本原理。
7.1 光波分复用的基本概念7.1.1光波分复用的基本概念光波分复用（WDM，Wavelength Division Multiplexing）技术是在一根光纤上能同时传送多波长光信号的一项技术。
它是在发送端将不同波长的光信号组合起来（复用），并耦合到光缆线路上的同一根光纤中进行传输，在接收端又将组合波长的光信号分开（解复用）并作进一步处理，恢复出原信号送入不同的终端。
因此，此项技术称为光波长分割复用，简称光波分复用（WDM）技术。
要能在一根光纤上同时传输多个波长信号，那么光纤必须要由足够的带宽资源。
目前单模光纤的适用工作区有两个，即1310nm和1550nm波长段两个低损耗区域。
单模光纤的带宽资源如图7.1所示。
由图可见，1310nm波长段，其低损耗区大约从1260～1360nm，共100nm。
1550nm波长段，其低损耗区从1480nm～1580nm，共100nm。
因此，两个工作波长段一共约有200nm 低损耗区可用，这相当于30000GHz的频带宽度。
但在目前的实际光纤通信系统中由于光纤色散和调制速率的限制，其通信速率被限制在10Gbit/s或以下，所以单模光纤尚有绝大部分的带宽资源有待开发。
波分复用系统的基本原理
一、波分复用系统的基本原理所谓波分复用（WDM），就是采用波分复用器（合波器）在发送端将规定波长的信号光载波合并起来，并送入一根光纤中传输；在接收侧，在由另一个波分复用器（分波器）将这些不同信号的光载波分开。
由于不同波长的光载波信号可以看作相互独立（不考虑光纤非线性时），从而在一根光纤中可实现多路光信号的复用传输。
不同类型的光波分复用器，可以复用的波长数也不同，目前商用化的一般是8个波长、16个波长和32个波长的系统。
波分复用系统的原理如图1-1所示。
图1-1 波分复用系统原理在80年代初光纤通信兴起时,首先被采用的是1310nm/1550nm的两个波长复用系统(即在光纤的两个低损耗窗口1310nm和1550nm各传送一路光波长信号),也叫粗波分复用系统。
这种系统比较简单，一般采用熔融的波分复用器，插入损耗小，在每个中继站，两个波长都进行解复用和光/电/光再生中继。
随着1550nm窗口EDFA的商用化，光传输工程可以利用EDFA对传送的光信号进行放大，实现超长距离无电再生中继传输，在1550nm窗口传送多个波长信号，这些信号相邻波长间隔较窄，且工作在一个共享的EDFA工作带宽内，这种波长间隔紧密的WDM系统称为密集型波分复用系统（DWDM）。
其频谱分布如图1-2所示。
ITU-T G.692建议，DWDM系统的绝对参考频率为193.1THz（对应波长1552.52nm），不同波长的频率间隔为100GHz的整数倍（对应波长间隔约为0.8.nm的整数倍）。
由于密集波分复用系统的波长间隔较小，必须采用高分辨率的波分复用器件，熔融的波分复用器一达不到要求。
不加特别说明，波分复用系统通常指DWDM系统。
λ1λ2λ3λ4 λ5λ6λ7λ8 波长图1-2 DWDM系统的频谱分布（一）DWDM的工作方式双纤单向传输：一根光纤只完成一个方向信号的传输，反向光信号的传输由另一根光纤来完成，统一波长在两个方向上可以重复利用（如图1-3所示）。
使用Optisystem设计光波分复用系统-2006-9-25
光波分复用系统（WDM Systems）设计1 光波分复用系统简介光波分复用是指将两种或多种各自携带有大量信息的不同波长的光载波信号，在发射端经复用器汇合，并将其耦合到同一根光纤中进行传输，在接收端通过解复用器对各种波长的光载波信号进行分离，然后由光接收机做进一步的处理，使原信号复原，这种复用技术不仅适用于单模或多模光纤通信系统，同时也适用于单向或双向传输。
波分复用系统的工作波长可以从0.8μm到1.7μm，由此可见，它可以适用于所有低衰减、低色散窗口，这样可以充分利用现有的光纤通信线路，提高通信能力，满足急剧增长的业务需求。
1.1 光波分复用系统的结构光波分复用系统一般有单向和双向两种结构，这里出一个单向8信道WDM点-点通信系统的示意图5.1。
N个光发送机发送N个不同波长的光信号按一定的间隔排列，在复用器（MUX）中复合在一起送入到传输光纤信道中。
在光接收机端，这N个波长光信号由解复用器（DEMUX）分离后送到相应的可调谐的光接收机。
传输信道中间包括了诸如EDFA、光纤等各种元件。
图1.1 点-点的8信道WDM系统1.2WDM光通信结构组成如图1.1所示，一般在WDM系统中的关键组件包括：（1）滤波器：在WDM系统中进行信道选择，只让特定波长的光通过，并组织其他光波长通过。
可调谐光滤波器能从众多的波长中选出某个波长让其通过。
在WDM系统的光接收机中，为了选择所需的波长，一般都需依赖于其前端的可调谐滤波器。
要求其有宽的谱宽以传输需要的全部信号谱成分，且带宽要窄以减小信道间隔。
（2）复用器/解复用器（MUX/DEMUX）：将多个光波长信号耦合到一路信道中，或使混合的信号分离成单个波长供光接收机处理。
一般，复用/解复用器都可以进行互易，其结构基本是相同的。
实际上即是一种波长路由器，使某个波长从指定的输入端口到一个指定的输出端口。
2 波分复用系统（WDM）模型设计案例：阵列波导光栅波分复用器（AWG）的设计分析2.1 设计目的使用OptiSystem模拟仿真AWG波分复用系统，检测其波长选择性能。
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图7-1 单模光纤的带宽资源
α( d B/k m ) 1260 1360 1480 1580 可用谱宽 可用谱宽
1300
1400
1500
1600
λ( n m )
5
续图7-1 单模光纤的带宽资源
由图7-1可见，1310nm波长段和1550nm 波长段一共约有200nm低损耗区可用，这相当于 30000GHz的频带宽度。但在目前的实际光纤通 信系统中由于光纤色散和调制速率的限制，单信 道TDM系统的通信速率被限制在10Gbit/s或以下， 所以单模光纤尚有绝大部分的带宽资源有待开发。
在WDM系统中，必须对光源的波长进行精确 的设定和控制，否则波长的漂移必然会造成系统 无法稳定、可靠地工作。所以要求在WDM系统中 要有配套的波长监测与稳定技术。
目前采用的主要方法有温度反馈控制法和波 长反馈控制法来达到控制与稳定波长的目的。
29
2. 光信道的串扰问题
光信道的串扰是影响接收机的灵敏度的重要 因素。信道间的串扰大小主要取决于光纤的非线 性和解复用器的滤波特性。在信道间隔为1.6nm 或0.8nm的情况下，目前使用的光解复用器在系 统中可以保证光信道间的隔离度大于25dB，可以 满足WDM系统的要求，但对更高速率的系统尚待 研究。
16通路WDM系统的16个光通路的中心波长 应满足表7-4的要求，8通路的WDM系统的8个光 通路的中心波长应选择表中标有*的波长。
22
表7-4 16通路和8通路WDM系统中心频率
序号 标称中心频率（THz） 标称中心波长（nm）
1
2 3 4 5 6 7 8 9
192.10
192.20 192.30 192.40 192.50 192.60 192.70 192.80 192.90
峰值光功率可达数瓦，有可能造成光/电变换 器和光连接器的损坏。
35
8. EDFA级联使用时的噪声积累问题
24
3. 中心频率偏差
中心频率偏差定义为标称中心频率与实际中心 频率之差。对于16通路WDM系统，通道间隔为 100GHz （ 约 0.8nm ） ， 最 大 中 心 频 率 偏 移 为 ±20GHz（约为0.16nm）；对于8通路WDM系 统，通道间隔为200GHz（约为1.6nm）。为了 未来向16通道系统升级，也规定对应的最大中心 频率偏差为±20GHz。
7.1 光波分复用的基本概念
7.2 WDM系统的基本结构与工作原理 7.3 光波分复用系统的关键技术 7.4 WDM系统的特点 7.5 光时分复用系统
12
7.2.1 WDM系统的基本结构
WDM系统主要由以下五个部分组成： 光发送机、光中继放大、光接收机、光监控 信道和网络管理系统。WDM系统总体结构 示意图如图7-5所示。
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第七章 光波分复用系统
7.1 光波分复用的基本概念
7.2 WDM系统的基本结构与工作原理 7.3 光波分复用系统的关键技术 7.4 WDM系统的特点 7.5 光时分复用系统
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7.3 光波分复用系统的关键技术
WDM系统的应用对增加通信容量、信息网络 的建设有重大意义。但是目前还存在一些技术问 题。例如对于激光器的波长及其稳定性要求较高； 光纤的非线性对光放大器的输出功率有很大的限 制；“四波混频”效应会造成信道间的串扰；光 纤的色散效应限制了信道速率的提高；如何监测 线路光放大器等问题。
17
表7-2 有线路放大器WDM系统的应用代码
应用 长距离区段 （每个区段的目标距离为 80km） 5 4L5-y· z 8L5-y· z 16L5-y· z 8 4L8-y· z 4L8-y· z 16L8-y· z 很长距离区段 （每个区段的目标距离为 120km） 3 4V3-y· z 8V3-y· z 16V3-y· z 5 4V5-y· z 8V5-y· z 16V5-y· z
18
区段数 4波长 8波长 16波长
图7-7无线路光放大器WDM系统的参考配置
Tx 1 S1 f1 S2 R M1 f2 R M2 R Mn OM /O A M P I-S M P I -R OA /O D SD1 SD2 SDn R2 R1
Rx1
Tx 2
Rx2
Tx n
Sn fn
Rn
Rxn
*图中给出的各参考点释义见表7-3
30
3. 光纤色散对传输的影响问题
在系统中采用了EDFA后，衰减问题得到了解 决，传输距离大大增加，但是色散也随之增加， 系统的无中继传输距离由原来的受衰减限制变为 了受色散限制。
因此对于高速光纤通信而言，光纤的色散效 应成为一个主要的限制因素必须解决，否则无法 实现长距离通信。
31
4. 光纤的非线性效应问题
复 光纤放大器 用 器
λ n+ 1······λ 2n λ 2n
T x n +1
T x 2n
9
图7-3 单纤双向传输示意图
λ1
Tx 1
λ1
复 用
λn λ 1······λ 1n
Tx n
器
解 复 用 器
Rx1
λn
Rxn
λn + 1
光纤放大器
λn + 1
R x n +1
λ 2n
R x 2n
解 复 用 器
WDM 的引入
3
7.1.1 光波分复用的基本概念
光 波 分 复 用 （ WDM ， Wavelength Division Multiplexing）技术是在一根光纤上能同时传送多波 长光信号的一项技术。它是在发送端将不同波长的光 信号组合起来（复用），并耦合到光缆线路上的同一 根光纤中进行传输，在接收端又将组合波长的光信号 分开（解复用）并作进一步处理，恢复出原信号送入 不同的终端。因此，此项技术称为光波长分割复用， 简称光波分复用（WDM）技术。
根据WDM线路系统中是否设置有EDFA， 可以将WDM线路系统分为有线路光放大器 WDM系统和无线路光放大器WDM系统。
EDFA:掺铒光纤放大器
15
图7-6 有线路光放大器WDM系统的参考配置
Tx 1 S1 f1 S2 R M1 f2 R M2 R Mn OM /O A M P I- S Sn fn OA R' S' M P I -R Rn OA /O D SD1 SD2 SDn R2 R1 Rx1
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更多波长的考虑
随着各种新业务对WDM系统容量的更高要 求，32波乃至更多波长数的WDM系统已经成熟， 其频率间隔已经缩小到50GHz。32通路或更高容 量的DWDM系统的波长分配可参见ITU-T和国标 相关标准。为了满足未来通信业务的需要，已经 提出间隔低至12.5GHz的系统方案，如此密集的 信道间隔对于光源波长的稳定度、精确度和复用/ 解复用器的性能指标提出了更高的要求
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1. 标称中心频率和最小通路间隔
为了保证不同WDM系统之间的横向兼容性， 必须对各个通路的中心频率进行规范。所谓标称 中心频率是指光波分复用系统中每个通路对应的 中心波长。目前国际上规定的通路频率是基于参 考频率为193.1THz，最小间隔为100GHz的频率 间隔系列。
21
2. 通路分配表
6
WDM 与 DWDM
由于目前一些光器件和相关技术还不十分成熟， 因此要实现光信道十分密集的复用（称为光频分 复用）还较为困难。在这种情况下，把在光纤同 一低损耗窗口中信道间隔较小的波分复用称为密 集 波 分 复 用 （ DWDM ， Dense Wavelength Division Multiplexing）。 WDM技术对通信网络的扩容升级、发展各种 宽带业务以及充分发掘光纤带宽潜力具有十分重 要的意义。
在WDM系统中，各光信道之间的信号传输功率 有可能发生起伏变化，这就要求EDFA能够根据信号的 变化，实时地动态调整自身的工作状态，从而减少信 号波动的影响，保证整个信道的稳定。在WDM系统中， 如果有一个或几个信道的输入光功率发生变化甚至输 入中断时，剩下的信道增益即输出功率会产生跃变， 甚至会引起线路阻塞。所以EDFA必须具有增益锁定功 能来避免某些信道完全断路时对其他信道的影响。
复
λ n+ 1······λ 2n
T x n +1
用 器
λ 2n
T x 2n
10
图7-4 光分路插入传输
光纤 光纤 光纤
1 , 2
光分插 复用器 OADM
2 , 3
光发 射机
光分插 复用器 OADM
3 , 4
光接 收机
光接 收机
光发 射机
1 3
2 4
11
第七章 光波分复用系统
33
6. EDFA的增益平坦问题
WDM系统中，因各信道的波长不同而有增 益偏差，经过多级放大后，增益偏差积累使各信 道信号特性恶化，最终造成整个系统不能正常工 作。
因此，要使各信道上的增益偏差处在允许范 围内，放大器的增益必须平坦。
34
7. EDFA的光浪涌问题
EDFA的采用可使输入光功率迅速增大，但由 于EDFA的动态增益变化较慢，在输入信号跳变的 瞬间将产生浪涌即输出光功率出现“尖峰”。
对于常规的单信道光纤通信系统来说，入纤 光功率较小，光纤呈线性状态传输，各种非线性 效应对系统的影响较小，甚至可以忽略。
但在WDM系统中，随着EDFA等放大器的使 用，入纤的光功率显著增大，光纤在一定条件下 将呈现非线性特性，会对系统的性能，包括信道 间串扰和接收机灵敏度等产生影响。
32
5. EDFA的动态可调整增益与锁定问题
1560.61*
1559.79 1558.98* 1558.17 1557.36* 1556.55 1555.75* 1554.94 1554.13*
10
11 12 13 14 15 16