光纤通信课件第6章 WDM

WDM系统的基本结构
光接收机： 由光前置放大器(PA)放大经传输而衰减的主信道光信 号。 光分波器从主信道光信号中分出特定波长的光信号。 接收机不但要满足一般接收机对光信号灵敏度、过载 功率等参数的要求，还要能承受有一定光噪声的信号， 要有足够的电带宽。
WDM系统的基本结构
光监控信道（OSC: Optical Supervisory Channel）： 主要功能：监控系统内各信道的传输情况。 在发送端，插入本结点产生的波长为λs（1510 nm）的 光监控信号，与主信道的光信号合波输出。 在接收端，将接收到的光信号分离，输出λs 波长的光 监控信号和业务信道光信号。 帧同步字节、公务字节和网管所用的开销字节等都是 通过光监控信道来传送的。
WDM复用原理
波分复用的常规分类
➢ 光频分复用(OFDM)：光频(信)道间距很小的频分复用。 ➢ 密集波分复用(DWDM):光频(信)道间距小于10nm的波分
复用，D:Dense (密集) ➢ 粗波分复用(CWDM)：光频(信)道间距大于10nm 的波分复
用, C: Coarse (粗)，也称稀疏波分复用。 ➢ DWDM(1550波段)的标准信道间距：
WDM复用原理
WDM系统的基本构成： 将不同波长的信号结合在一起经一根光纤输出的器件 称为复用器(也叫合波器)。 反之，经同一传输光纤送来的多波长信号分解为各个 波长分别输出的器件称为解复用器(也叫分波器)。 复用器和解复用器一般是相同的(除非有特殊的要求)。
WDM复用原理
WDM系统的基本构成主要有以下两种形式： 双纤单向传输： 单向WDM传输：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λ1,λ2,…,λn通过光复用器组合在一起， 并在一根光纤中单向传输。在接收端通过光解复用器 将不同波长的信号分开，完成多路光信号传输的任务。
WDM复用原理
含OADM的传输： 通过在中间设置光分/插复用器（OADM）或光交叉连 接器（OXC），可使各波长光信号进行合流与分流， 实现波长的上/下路(Add/Drop)和路由分配。 这样就可以根据光纤通信线路和光网的业务量分布情 况，合理地安排插入或分出信号。 OADM节点的核心器件是光滤波器件，由滤波器件选 择要上/下路的波长，实现波长路由。 OADM 中的主要参数有：信道间隔、信道带宽、中心 波长、信道隔离度、波长温度稳定度、信道差损均匀 性.
存在的问题
以WDM技术为基础的具有分插复用和交叉连接功能的光传输 网具有易于重构、良好的扩展性等优势，已成为未来高速传输 网的发展方向，很好的解决下列技术问题有利于其实用化。
1. WDM是一项新的技术，其行业标准制定较粗，因此不同商 家的WDM产品互通性极差，特别是在上层的网络管理方面。 为了保证WDM系统在网络中大规模实施，需保证WDM系 统间的互操作性以及WDM系统与传统系统间互连、互通， 因此应加强光接口设备的研究。
存在的问题
2. WDM系统的网络管理，特别是具有复杂上/下通路需 求的WDM网络管理不是很成熟。在网络中大规模采用需 要对WDM系统进行有效网络管理。例如在故障管理方面 ，由于WDM系统可以在光通道上支持不同类型的业务信 号，一旦WDM系统发生故障，操作系统应能及时自动发 现，并找出故障原因；目前为止相关的运行维护软件仍不 成熟；在性能管理方面，WDM系统使用模拟方式复用及 放大光信号，因此常用的比特误码率并不适用于衡量 WDM的业务质量，必须寻找一个新的参数来准确衡量网 络向用户提供的服务质量等。
WDM系统的基本结构
EDFA： 经过一定距离传输后，要用EDFA对光信号进行中继放 大。 可根据具体情况，将EDFA用作“线放(LA：Line Amplifier)”, “功放(BA)”和“前放(PA：Preamplifier)”。 在WDM系统中，对EDFA必须采用增益平坦技术，使 得EDFA对不同波长的光信号具有接近相同的放大增益。 还要考虑到不同数量的光信道同时工作的各种情况， 保证光信道的增益竞争不影响传输性能。
存在的问题
3. 一些重要光器件的不成熟将直接限制光传输网的发展， 如可调谐激光器等。通常光网络中需要采用4～6个能在整 个网络中进行调谐的激光器，但目前这种可调谐激光器还 很难商用化。
关注的问题
1. 什么波分复用(WDM)技术？ 为什么要使用WDM技术？
2. WDM系统中使用的无源器件 - 光耦合器 - 马赫-曾德复用器 - 阵列波导光栅 - 光纤光栅
WDM系统的基本结构ห้องสมุดไป่ตู้
网络管理系统： 通过光监控信道物理层传送开销字节到其他结点，或 接收来自其他结点的开销字节对WDM系统进行管理， 实现配置管理、故障管理、性能管理和安全管理等功 能，并与上层管理系统（如TMN）相连。
WDM技术的优点
1.充分利用光纤的低损耗波段,增加光纤的传输容量,使一根 光纤传送信息的物理限度增加一倍至数倍。目前我们只是 利用了光纤低损耗谱(1310nm-1550nm)极少一部分,波 分复用可以充分利用单模光纤的巨大带宽约25THz,传输带 宽充足。
WDM的概念
波分复用（WDM） 在光纤通信系统中也可以采用光的频分复用的方法来 提高系统的传输容量，在接收端采用解复用器（光带 通滤波器）将各信号光载波分开。 由于在光的频域上信号频率差别比较大，人们更喜欢 采用波长来定义频率上的差别，因而这样的复用方法 称为波分复用。
WDM的工作原理
光波分复用（WDM: Wavelength Division Multiplexing） 基本原理：
Δλ＝1.6nm, 0.8nm, 0.4nm (Δν ＝200GHz, 100GHz, 50GHz)
WDM复用原理
目前，“掺铒光纤放大器（EDFA）+ 密集波分复用 （WDM）+ 非零色散光纤（NZDSF）+光子集成（PIC）” 正成为国际上长途高速光纤通信线路的主要技术方向。
光子集成芯片制造并不是一件容易的事情。光子器件具有 三维结构，比二维结构的半导体集成要复杂得多。将激光器、 检测器、调制器和其他器件都集成到芯片中，这些集成需要 在不同材料多个薄膜介质层上重复地沉积和蚀刻，这些材料 包括砷化铟镓、磷化铟等。
在发送端将不同波长的光信号组合起来（复用），耦 合到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），恢复出原信号后送入不同 的终端。
WDM的工作原理
在1300~1600 nm光谱范围内，以一定的间隔隔开的多个波长 可以在同一根光纤中独立传播。
100 GHz
WDM 40 Gb/s PSK
2.具有在同一根光纤中,传送2个或数个非同步信号的能力, 有利于数字信号和模拟信号的兼容,与数据速率和调制方式 无关,在线路中间可以灵活取出或加入信道。
WDM技术的优点
3.对已建光纤系统,尤其早期铺设的芯数不多的光缆,只要原 系统有功率余量,可进一步增容,实现多个单向信号或双向 信号的传送而不用对原系统作大改动,具有较强的灵活性。
相应波段宽度
WDM复用原理
同理，波长为1.55 μm（1.50 μm ~ 1.60 μm）的窗口，相 应的带宽为12 500 GHz
c / 2
(1.6 1.5) 106 3108 /(1.5106 )2 12.51012 Hz 12.5THz
两个窗口合在一起，总带宽超过30 THz。如果信道频率 间隔为10 GHz，在理想情况下，一根光纤可以容纳3000个 信道。
发展迅速的原因
1.光电器件的迅速发展，特别是EDFA的成熟和商用化， 使在光放大器（1530～1565nm）区域采用WDM技术成为可能
2.利用TDM方式已接近硅和镓砷技术的极限， TDM已无太多的潜力，且传输设备价格高；
3.已敷设G.652光纤1550nm窗口的高色散限制了TDM10Gb/s 系统的传输，光纤色散的影响日益严重。从电复用转移到 光复用，即从光频上用各种复用方式来提高复用速率， WDM技术是能够商用化最简单的光复用技术。
4.由于大量减少了光纤的使用量,大大降低了建设成本、由 于光纤数量少,当出现故障时,恢复起来也迅速方便。
5.有源光设备的共享性,对多个信号的传送或新业务的增加 降低了成本。
WDM技术的优点
6.系统中有源设备得到大幅减少,这样就提高了系统的可靠 性。
目前,由于多路载波的光波分复用对光发射机、光接收机等 设备要求较高,技术实施有一定难度,同时多纤芯光缆的应 用对于传统广播电视传输业务未出现特别紧缺的局面,因而 WDM的实际应用还不多。但是,随着有线电视综合业务的 开展,对网络带宽需求的日益增长,各类选择性服务的实施 、网络升级改造经济费用的考虑等等,WDM的特点和优势 在CATV传输系统中逐渐显现出来,表现出广阔的应用前景, 甚至将影响CATV网络的发展格局。
可调谐范围
可调范围取决于有效折射率的变化量
tune
neff neff
折射率1%的改变导致10~15 nm的调谐范围
例： 这两个低损耗波长 窗口可以容纳 290 个40-Gb/s PSK信号
WDM复用原理
光纤的带宽很宽。波长为1.31 μm（1.25 μm ~ 1.35μm）的 窗口，相应的带宽为17 700 GHz：
c / 2
中心波长
(1.35 1.25) 106 3108 /(1.3106 )2
17.7 1012 Hz 17.7THz
WDM复用原理
优点：各信号通过不同光波长携带，彼此不会混淆。同一 波长可以在两个方向上重复利用。 缺点：光纤以及光器件资源利用率不高。
WDM复用原理
单纤双向传输： 双向WDM传输：光通路在一根光纤上同时向两个不同的 方向传输。所用波长相互分开，以实现双向全双工的通信。
WDM复用原理
优点：双向WDM系统可以减少使用光纤和线路放大器的 数量，节约成本。 缺点：双向WDM系统的开发和应用相对说来要求较高， 需要解决多通道干扰，要进行光放大，以延长传输距离等。