知识点波分复用的概念课件.
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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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1 1,
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1 2,
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1 3
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1 4
波分复用原理课件
信号调制是将信息转换为适合传 输的光信号的过程。
常用的信号调制格式包括开关键 控（OOK）、脉冲幅度调制（ PAM）和相位偏移键控（PSK）
等。
解调则是将调制后的光信号还原 为原始信息的过程。
信号同步与监控
01
02
03
04
信号同步是指确保不同波长信 号在同一时间开始和结束传输
的过程。
通过使用同步信号和时间标记 ，可以实现信号的精确同步。
波分复用原理课件
目录
• 波分复用技术概述 • 波分复用系统的组成 • 波分复用的关键技术 • 波分复用的优势与挑战 • 波分复用技术的应用案例 • 波分复用技术的实验与演示
01 波分复用技术概 述
波分复用的定义
波分复用是一种利用单根光纤进行多路传输的技术，它将不同波长的光信号合并在 同一根光纤中传输，从而实现多个信号的同时传输。
结果四
通过实验，深入理解了波分复 用技术的原理和应用。
THANKS
感谢观看
扩展性强
随着新波长的加入，波分复用 网络的容量可以不断扩展，满 足未来不断增长的数据传输需 求。
可靠性高
由于每个波长独立传输数据， 因此某个波长的故障不会影响 到其他波长的传输，提高了网
络的可靠性。
挑战
色散问题
噪声干扰
不同波长的光信号在光纤中的传播速度略 有不同，导致信号畸变，称为色散。需要 采取措施来减小色散对传输性能的影响。
新型光纤材料
新型光纤材料的研发将有助于解决色散和噪声问题，提高波分复用 的性能和稳定性。
智能化管理
随着物联网和大数据技术的发展，未来将实现波分复用网络的智能 化管理，提高网络的运维效率和可靠性。
05 波分复用技术的 应用案例
波分复用
7.2.4 光滤波器与光波分复用器
• 波长路由器中应用(图7.10(c))
7.2.4 光滤波器与光波分复用器
• 波分复用器和解复用器主要用在: • WDM终端 • 波长路由器 • 波长分插复用器(Wavelength Add/Drop Multiplexer, WADM)
7.2.4 光滤波器与光波分复用器
1. WDM的概念
如图7.6所示，在光纤的两个低损 耗传输窗口： 波长为1.31 μm(1.25～ 1.35μm)的窗口，相应的带宽(|Δf|=|Δλc/λ2|, λ和Δλ分别为中心波长和相 应的波段宽度， c为真空中光速)为 17700 GHz； 波长为1.55 μm(1.50～ 1.60 μm)的窗口， 相应的带宽为 12500 GHz。两个窗口合在一起，总 带宽超过30THz。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。
7.2.2 WDM系统的基本结构
• 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。 • 目前国际上已商用的系统有：4×2.5 Gb/s(10 Gb/s), 8×2.5 Gb/s(20 Gb/s), 16×2.5 Gb/s(40 Gb/s), 40×2.5 Gb/s(100 Gb/s), 32×10 Gb/s(320 Gb/s), 40×10 Gb/s(400 Gb/s)。
入端反过来使用， 就是复用器 。因此复用器和解复用器是相同
的(除非有特殊的要求)。 WDM系统的基本构成主要有以下两种 形式：双纤单向传输和单纤双向传输 。
2. WDM系统的基本形式
波分复用
电话网互联网，以及视频信号的接入，需求爆增。 促进骨干网扩容，SDH系列从155Mbit/s 622Mbit/s 2.5Gbit/s(+WDM) 10Gbit/s(+WDM) 再往后，一是继续SDH模式下发展，即40Gbit/S，但需要克服： 1. 偏振模色散
2. 微波（毫米波）调制驱动电路
3. 时钟恢复 当时性能价格比明显不如WDM技术
技术发展： 相关器件性能、可靠性的提高， 系统技术研究走向成熟 技术标准的建立使WDM光纤通信系统成形并走向实用化。 技术层面包括：激光器，相关无源器件（光隔离器、波分复用器等） 的发展、成熟 ； 系统的稳定性：包括频谱系统的温度稳定性，光纤的发展 （G.652G.655光纤），系统色散补偿技术等
光发射机 光中继站 光 接 收 机 信 号 整 形 光 发 射 机 光接收机 光 电 转 换 信 号 放 大 信 号 再 现
驱 动 电 路
激 光 器
光 隔 离 器
驱动电路前端为复接设备，经时分复用技术复接到光发射端； 光隔离器防止回波信号反射到激光器；信号整形包括所谓“3R”功 能，即时钟校正(re-timing)，整形(re-shaping)和再放大(reamplification)。通常总称为信号的再生过程。
3. WDM光纤通信系统结构原理
总体结构如图所示
光发射机 光发射机 光发射机 光波分 复用器 光纤放 大器 解复用 器
光接 收机 光接 收机
光虑到多通道之间的干扰， 和对双向光纤放大器等要求对成本的增加，单纤单向为主要应用 形式。各信道之间波长间隔为0.8nm(100GHz) 关键的技术单元是光波分复用器，此外还可结合光分插复用， 光交叉连接，光波长变换技术等结合构成WDM“全光网”
2. 微波（毫米波）调制驱动电路
3. 时钟恢复 当时性能价格比明显不如WDM技术
技术发展： 相关器件性能、可靠性的提高， 系统技术研究走向成熟 技术标准的建立使WDM光纤通信系统成形并走向实用化。 技术层面包括：激光器，相关无源器件（光隔离器、波分复用器等） 的发展、成熟 ； 系统的稳定性：包括频谱系统的温度稳定性，光纤的发展 （G.652G.655光纤），系统色散补偿技术等
光发射机 光中继站 光 接 收 机 信 号 整 形 光 发 射 机 光接收机 光 电 转 换 信 号 放 大 信 号 再 现
驱 动 电 路
激 光 器
光 隔 离 器
驱动电路前端为复接设备，经时分复用技术复接到光发射端； 光隔离器防止回波信号反射到激光器；信号整形包括所谓“3R”功 能，即时钟校正(re-timing)，整形(re-shaping)和再放大(reamplification)。通常总称为信号的再生过程。
3. WDM光纤通信系统结构原理
总体结构如图所示
光发射机 光发射机 光发射机 光波分 复用器 光纤放 大器 解复用 器
光接 收机 光接 收机
光虑到多通道之间的干扰， 和对双向光纤放大器等要求对成本的增加，单纤单向为主要应用 形式。各信道之间波长间隔为0.8nm(100GHz) 关键的技术单元是光波分复用器，此外还可结合光分插复用， 光交叉连接，光波长变换技术等结合构成WDM“全光网”
波分基本原理课件
04
波分复用的优势与挑战
波分复用的优势
01
02
03
04
高带宽利用率
波分复用允许多个信号在同一 根光纤上传输，大大提高了带
宽的利用率。
降低成本
通过共享光纤资源，波分复用 可以显著降低网络建设的成本。
灵活扩展
随着业务量的增长，可以通过 增加波长数量来扩展系统的容
量。
高可靠性
由于不同的信号在物理上被分 开，因此一个信号的故障不太
光电检测器用于将接收到的光信号转换 为电信号，以便后续处理和应用。
滤波器用于滤除信道中的噪声和其他干 扰因素，以确保接收到的光信号质量可靠。
接收机通常包括解调器、滤波器和光电 检测器等组件，以确保能够准确还原出 原始的光信号。
解调器用于将合成的光信号解调为不同 波长的光信号，以便后续处理和应用。
03
光滤波技术
总结词
光滤波技术用于滤除波分复用信号中的噪声和干扰，提高信噪比。
详细描述
光滤波技术利用光学干涉和衍射等原理，实现对特定波长信号的选择性通过或滤 除。在波分复用系统中，不同波长的光信号可能受到不同程度的噪声干扰，光滤 波技术能够实现对各波长信号的精确过滤，提高信号的纯净度和可靠性。
光检测技术
调制器用于将不同波长的光信号调制 到不同的频率上，以便在信道中实现 有效的复用。
发射机通常包括调制器、放大器和滤 波器等组件，以确保输出光信号的质 量和稳定性。
放大器用于放大输出光信号的功率， 以确保信号在传输过程中具有足够的 能量。
信道
信道是波分复用系统中光信号 传输的媒介，通常采用光纤作
为传输介质。
要点一
总结词
光检测技术用于将接收到的光信号转换为电信号，便于后 续处理和分析。
波分复用原理PPT课件
温度波长 控制电路
DFB 激光器
驱动电流
马赫策恩德或 电吸收调制器
光接收机
入射光
短程传输接收：PIN 长程传输接收：APD
电信号
接收机必须承受的影响： 信号畸变 噪声 串扰
合波和分波无源部分
DWDM系统对合波和分波无源器件的
基本要求
DWDM 系统 中 使 用的 波 分 复用 器 件 的性 能 应 满足 ITU-T G.671及相关建议的要求。 合波器
常用的合波器类型有耦合器型、介质薄膜滤波器型和集成光波导型。 合波器的参数主要有插入损耗、光反射系数、工作波长范围、极化 相关损耗和各通路插损的最大差异。
分波器
分波器的类型主要有光栅型、干涉滤波器型、熔锥型和集成光波导 型分波器等类型。
分波器的参数主要有通路间隔、插入损耗、光反射系数、相邻通路 隔 离 度 、 非 相 邻 通 路 隔 离 度 、 极 化 相 关 损 耗 、 温 度 系 数 、 0.5dB 和 20dB带宽。
DWDM系统的分类
以系统接口分类：集成式或开放式系统 以信道数分类：4、8、16、32等 以信道速率分类：2.5Gbit/s 、10Gbit/s及混合速率 以信道承载业务类型分类：PDH、SDH、ATM、
IP或混合业务等
以地理域分类：海底系统、陆地干线、本地网、
城域网
开放式和集成式系统结构
比著名的CPU性能进展more定律 （18个月左右翻番）快2～3倍
扩容的选择
空分复用
SDM(Space Division Multiplexer)
时分复用
TDM(Time Division Multiplexer)
波分复用
WDM(Wavelength Division Multiplexer)
知识点波分复用的概念课件.
Last Modified: 2004兺06懍14粧 10:13 湰屃
•降低器件的超高速要求：随着传输速率的不断提高， 许多光电器件的响应速度已明显不足，使用WDM技术 可降低对一些器件在性能上的极高要求，同时又可实 现大容量传输。
53
2.5.2 波分复用的原理
• WDM基本原理是在发送端利用合波器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，在接收端利用分波器 又将组合波长的光信号分开（解复用），并做进一步处理，恢复出原信号后 送入不同的终端，见图2-26。
2.5.1 什么叫波分复用
•可以充分利用光纤的传输带宽：光纤的低损耗波段 具有巨大的带宽资源，WDM技术使一根光纤的传输容 量比单波长传输增加几倍至几十倍甚至几百倍，从而 增加光纤的传输容量。
波分复 用优点
•节省线路投资：采用WDM技术可使N个波长复用起来 在单根光纤中传输，也可实现单根光纤双向传输，在 长途大容量传输时可以节约大量光纤。
2-11-10-2-2 知识点波分复用的概念课件
2.5 波分复用技术
• • • • 复用技术有哪些？ 分什么出现波分复用？ 现有光纤通信传输速率是多少？ 光纤的传输容量的潜力是多少？
探 讨
2.5.• 所谓波分复用（Wavelength Division Multiplexing, WDM ）就是让不同 波长的光信号同在一根光纤上传输而互不干扰。在接收端转换成电信号 时，可以独立地保持每一个不同波长的光源所传送的信息。
•通常将光信 道间隔较大的 （甚至在光纤 不同窗口上） 的复用称为 WDM，再把在 同一窗口内信 道间隔较小的 复用称为密集 波DWDM。当相 邻光载波的间 隔小到0.1nm （10GHz）以 下时，此时的 复用称为光频 分复用。
光纤通信第四章4-波分复用
2015-5-21
an = 1
n
a g (t nT )
n
对“1” 对“0”
24
码
=-1
北京邮电大学顾畹仪
频移键控
m(t )
n
imt int g ( t nT ) ( a e a e ) n n
an =1
对“1”码
=0
对“0”码
an
是an的逻辑非
2015-5-21
2015-5-21
北京邮电大学顾畹仪
5
1、角色散型
角色散本领:角色散本领是相距为单位波长的光波 散开角度，其表达式为 色分辨本领: 色分辨本领反映器件分辨波长很接 近的谱线的能力。光学元件的色分辨本领定义为
D
min
min
D
半角宽度△θ=δθ
式中，δλmin是瑞利判据所规定的角色散元件能够 分辨的两谱线的最小波长差。
2 2
c0 Le c( z)dz
sin 2 ( c0 Le ) 1 1
和
或0
( c0 Le ) 1 ( c0 Le ) 2
m=0, +/-1, +/-2,….
2
m
2015-5-21
北京邮电大学顾畹仪
22
波长信道交织器(Interleaver)
用于复用波长数目较多的场合
干涉膜型解复用器特性示例
2015-5-21
北京邮电大学顾畹仪
15
（2）Mach-Zahnder滤波器型
pi E i E i Ei Aeit i l pi1 pi 2 A2 2
an = 1
n
a g (t nT )
n
对“1” 对“0”
24
码
=-1
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频移键控
m(t )
n
imt int g ( t nT ) ( a e a e ) n n
an =1
对“1”码
=0
对“0”码
an
是an的逻辑非
2015-5-21
2015-5-21
北京邮电大学顾畹仪
5
1、角色散型
角色散本领:角色散本领是相距为单位波长的光波 散开角度，其表达式为 色分辨本领: 色分辨本领反映器件分辨波长很接 近的谱线的能力。光学元件的色分辨本领定义为
D
min
min
D
半角宽度△θ=δθ
式中，δλmin是瑞利判据所规定的角色散元件能够 分辨的两谱线的最小波长差。
2 2
c0 Le c( z)dz
sin 2 ( c0 Le ) 1 1
和
或0
( c0 Le ) 1 ( c0 Le ) 2
m=0, +/-1, +/-2,….
2
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22
波长信道交织器(Interleaver)
用于复用波长数目较多的场合
干涉膜型解复用器特性示例
2015-5-21
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（2）Mach-Zahnder滤波器型
pi E i E i Ei Aeit i l pi1 pi 2 A2 2
第二十三讲 波分复用技术
其中Pi是波长λ i为的光信号输入光功率，Pij是波长λi为的 光信号串扰到波长为λj信道的光功率。 • 回波损耗——指从无源器件输入端口返回的光功率Pr与输入光功 率Pj的比值。即
无法显示图像。计算机可能没有足够的内存以打开该图像，也可能是该图像已损坏。请重新启动计算机，然后重新打开该文件。如果仍然显示红色 “x”，则可能需要删除该图像，然后重新将其插入。
光监控信道 接收/发送器
光监控信道 接收器
网络管理系统
WDM系统的组成
• 光发送机——将来自不同终端的多路光信号分别由光转发器（OTU） 转换为各自特定波长的光信号后，经光合波器合成组合光信号， 再通过光功率放大器（BA）放大输出至光纤中传输。 • 光中继放大——用采用了增益平坦技术的EDFA（LA）实现对不同 波长光信号的相同增益放大。 • 光接收机——先由前置光放大器（PA）放大经传输衰减的主信道 光信号，再用分波器从主信道光信号中分出不同特定波长的光信 号。 • 光监控信道（OSC）——监控系统内各信道的传输情况。在发送端， 插入本节点产生的波长λs为的光监控信号（如帧同步、公务及各 种网管开销字节），与主信道的光信号合波输出；在接收端，将 收到的光信号进行分离，输出为λs波长的光监控信号和业务信道 光信号。 • 网络管理系统——通过光监控信道物理层传送的开销字节到其他 结点或接收来自其他结点的开销字节对WDM进行管理，实现配置、 故障、安全、性能管理等功能，并与上级管理系统通信。
第二十三讲 技术
波分复用
主要内容
• 一、波分复用的定义 • 二、波分复用原理 • 三、波分复用系统的基本结构 • 四、光波分复用器的性能指标 • 五、波分复用的技术优势
波分复用的定义
• 波分复用是光纤通信中特有的一种传输 技术，它利用了一根光纤可以同时传输 多个不同波长的光载波的特点，将光纤 的低损耗窗口划分成若干个波段，每个 波段用作一个独立的通道传输一种预定 波长的光信号。通常将波分复用缩写为 Ｗ Ｄ Ｍ ( Wavelength Division Multiplexing)。
第4章 波分复用
A．OADM
(1) OADM的功能 • 波长上、下话路的功能。 • 具有波长转换功能。 • 具有光中继放大和功率平衡功能。 • 提供复用段和通道保护倒换功能，支持各种自 愈环。 • 具有多业务接入功能。
A．OADM
(2) OADM的基本结构 ① 由分波器、空间交换单元和合波器组成的 OADM ② 由耦合单元、滤波单元和合波器构成的OADM ③ 电声光可调滤波器构成的OADM ④ 由波长光栅路由器(WGR)构成的OADM
2 ）WDM的特点
（1） 光波分复用器结构简单、体积小、可靠性 高 （2） 提高光纤的频带利用率 （3） 降低对器件的速率要求 （4） 提供透明的传送通道 （5） 可更灵活地进行光纤通信组网 （6） 存在插入损耗和串光问题
3 ）WDM与光纤
• 图6-3 WDM与光纤特性
4 ）WDM对光源和光电检测器的 要求 A．对光源的要求 (1) 激光器的输出波长保持稳定 (2) 激光器应具有比较大的色散容纳值 (3) 采用外调制技术 B．对光检测器的要求 • 光检测器应具有多波长检测能力。
2）光信号复用
(1) 光频分复用（OFDM） • 当光载波之间的间隔较小时，用波长来衡量其间隔就 很不方便，所以对于波长间隔小于1nm的系统习惯TDM是指可以将多个高速电调制信号分别转换为等 速率的光信号，然后在光层上利用超窄光脉冲进行时 域复用。 (3) OCDMA • 在OCDMA通信系统中，每个用户都拥有一个惟一的地 址码，该码是一组光正交码中的一个。
C．WDM网络保护
(1) WDM系统线路保护方式 ① 基于单个波长的、在SDH层上实现的1+1或 1∶n保护 ② 光复用段保护(OMSP) (2) WDM环网的保护 ① WDM环形网络的分类 ② 两纤环 (3) 网状网的OXC保护
波分复用器课件
基于纳米线材料制作的Si-AWG (a)比利时根特大学的马鞍形(b)日本横滨国立大学
基于纳米Si光波导的新型交叠型AWG结构
AWG结构： 至少一条输入波导/输出波导 输入/输出自由传输区（FPR） 阵列波导区域 FPR为罗兰圆结构
AWG需满足的衍射方程：
n F d a P sR i i n n F d a P sR o i n n a L m
阵列波导光栅 （AWG）
蚀刻衍射光栅 （EDG）
TFF与AWG结构示意图
基于TFF 的复用/解复用器：
技术成熟，具有温度稳定性好、偏振不敏感、信道隔离度高、信 道间隔可以不规则设置、系统升级容易等优点，但也有每个 TFF 需单 独设计、通道损耗依滤波顺序递增、器件成本与通道数成正比、装配
时间长等缺点，因此一般只应用于系统中通道数小于 16 的情况。
性的干涉滤波器，就可以实现将不同的波长分离或合并。
图中A为空气，G为基底，H为 光学厚 度为λ0/4的高折射率膜层，L 为光学厚度为λ0/4的低折射率膜层。 器件的中间两层连续的低折射率膜
层(LL)，加起来的光学厚度为λ0/2。 对于波长为λ0的光，可以完全透射 LL，就像没有LL膜层一样。LL两 边是H层，整个HLLH层的光学厚度 为λ0 ，所以波长为λ0的光也是完全透射的，这样对于整个λ0/4膜系， 无论有多少层，波长为λ0的光都能透射过去。而对于其它λ≠λ0的光， 每通过一层，透射率就下降一次，直到最后被滤除。
EDG原理：
光栅方程：n e ff (s inin s ind iff,0 ) m 0
上式两边进行微分，可以得到角色散关系
m
neff
两边同时乘以Rowland圆直径，可以获得线色散关系
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2.5.1 什么叫波分复用
•可以充分利用光纤的传输带宽：光纤的低损耗波段 具有巨大的带宽资源，WDM技术使一根光纤的传输容 量比单波长传输增加几倍至几十倍甚至几百倍，从而 增加光纤的传输容量。
波分复 用优点
•节省线路投资：采用WDM技术可使N个波长复用起来 在单根光纤中传输，也可实现单根光纤双向传输，在 长途大容量传输时可以节约大量光纤。
•通常将光信 道间隔较大的 （甚至在光纤 不同窗口上） 的复用称为 WDM，再把在 同一窗口内信 道间隔较小的 复用称为密集 波DWDM。当相 邻光载波的间 隔小到0.1nm （10GHz）以 下时，此时的 复用称为光频 分复用。
图2-26 波分复用的原理
•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合波 器（也叫复用器）。反之，经同一传输光纤送来的多波长信号 分解为不同波长分别输出的器件称为分波器（也叫解复用器）。
2-11-10-2-2 知识点波分复用的概念课件
2.5 波分复用技术
• • • • 复用技术有哪些？ 分什么出现波分复用？ 现有光纤通信传输速率是多少？ 光纤的传输容量的潜力是多少？
探 讨
2.5.1 什么叫波分复用
加油站gth Division Multiplexing, WDM ）就是让不同 波长的光信号同在一根光纤上传输而互不干扰。在接收端转换成电信号 时，可以独立地保持每一个不同波长的光源所传送的信息。
Last Modified: 2004兺06懍14粧 10:13 湰屃
•降低器件的超高速要求：随着传输速率的不断提高， 许多光电器件的响应速度已明显不足，使用WDM技术 可降低对一些器件在性能上的极高要求，同时又可实 现大容量传输。
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2.5.2 波分复用的原理
• WDM基本原理是在发送端利用合波器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，在接收端利用分波器 又将组合波长的光信号分开（解复用），并做进一步处理，恢复出原信号后 送入不同的终端，见图2-26。