波分复用光纤传输系统的设计

创新实验（论文）
题目波分复用光纤传输系统（WDM）
电子与信息工程学院（系）通信工程专业
学生姓名
开题日期：2010年12月 1 日
波分复用光纤传输系统
摘要：本文主要介绍波分复用器的工作原理操作规则及实际应用。

WDM（波分复用）是利用多
个激光器在单条光纤上同时发送多束不同波长激光的技术。

每个信号经过数据（文本、语音、视频等）调制后都在它独有的色带内传输。

WDM能使电话公司和其他运营商的现有光纤基础设施容量大增。

制造商已推出了WDM系统，也叫DWDM（密集波分复用）系统。

DWDM可以支持150多束不同波长的光波同时传输，每束光波最高达到10Gb/s的数据传输率。

这种系统能在一条比头发丝还细的光缆上提供超过1Tb/s的数据传输率。

WDM 技术的特点决定了它可以几倍几十倍的提升带宽。

通过本次实验与动手操作，能更好的理解与感受到WDM获得广泛应用的原因和实际应用的便捷。

进一步了解WDM技术的特点。

关键词：波分复用器，原理，操作，应用。

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，Demultiplexer)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。

WDM光波系统是高速全光传输中传输容量潜力最大的一种多信道复用方案，本实验采用1310nm 和1550nm的光波进行波分复用。

1.波分复用光纤传输系统（WDM）原理及结构
1.1 波分复用（WDM）技术原理
波分复用技术是在一根光纤中同时传输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。

因此将此技术称为光波长分割复用，简称波分复用技术。

根据信道间隔的大小，光波分复用技术可分为三种，即稀疏的WDM、密集的WDM和致密的WDM，后者也叫做光频分复用（PFDM）。

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的WDM对现代信息网络更具有强大的吸引力。

为了充分利用光纤的频带资源，提高光波系统的通信容量，除了WDM技术外，还有如下几种复用技术：一，时分复用；二，光码分复用；三，空分复用；四，方向分割复用。

1.2波分复用系统的基本构成
波分复用系统（WDM）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，并在一根光纤上单向传输，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，在接收端通过光的解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是指光通路在一根光纤上同时向两个不同的方向传输，所有的波长相互分开，以实现彼此双方全双工的通信联络。

WDM系统主要有以下五个部分组成：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。

2.波分复用光传输系统实验
2.1实验目的及内容
掌握波分复用技术及实验方法。

用波分复用器实现两路模拟信号传输、两路数字信号传输、模拟和数字混传。

2.2实验流程
实验框图如下：
图1 流程图
实验步骤：
1、关闭系统电源。

有三种连线方式分别代表了模拟信号和模拟信号一起传输、模
拟信号和数字信号混传、数字信号和数字信号一起传输
图2 连线方式列表
2、用以上三种方式中的一种连接好。

然后将波分复用器连入实验系统中连接方法
如图3线路图。

3、用同样的方法将另一只波分复用器与1310nm和1550nm光端机连接。

4、用光纤活动连接器将两波分复用器连接起来。

５、如果传输的是模拟信号，则重新进行实验。

图3 线路图
3.模拟信号光纤传输
3.1实验目的及内容
1、了解模拟信号光纤系统的通信原理；
2、了解完整的模拟信号光纤通信系统的基本结构；
3、掌握各种模拟信号的传输机理。

通过不同频率的正弦信号、方波信号、三角波进行光传输实验。

所用仪器有：光纤通信实验系统，示波器，光纤跳线。

3.2实验原理与流程
本实验中将模拟信号源输出的正弦波、三角波、方波信号通过光纤进行传输。

查看模拟信号源的电路图：图中P400是输入的方波信号，输入的方波信号有两种频率可选1k、2k。

P401是三角波的输出端，P410是正弦波的输出端。

模拟信号也可以通过PCM编码后变成数字信号。

然后，再送入光发射模块数字信号端进行传输。

接收到信号后再送入PCM译码模块，得到模拟信号。

这种传输方法将在后面的实验中进行。

实验步骤：
１．关闭系统电源，用光纤跳线连接1310nm光发模块和1310nm光收模块；
２．将模拟信号源模块的正弦波（P410）连接到1310nm光发模块的P104；
３．把1310nm光发模块的J101设置为“模拟”。

将模拟信号源模块的J400设置为1K；
４．将1310nm光收模块的RP106顺时针旋到最大，RP108逆时针旋到最大。

５．打开系统电源，用示波器观测模拟信号源模块的TP402,调节模拟信源模块的RP400，使信号的峰-峰值为2V。

６．用示波器观测1310nm光收模块的TP108。

通过调节1310nm光发模块RP104使得到的模拟信号不失真且幅度尽可能的大；
７．关闭系统电源，拆除实验导线。

将各实验仪器摆放整齐。

观察实验结果。

在示波器上可以看到经调试后的波形，与标准波形比较基本上没有失真。

方波
三角波
正弦波
4.图像光纤传输系统
4.1 实验原理
在光纤通信专用通信系统中，短程广播电视信号传输是较早采用光纤传输的领域之一。

由于光纤本身是绝缘材料，因此光缆短程传输不像同轴电缆那样容易受到地电位差的影响，从而避免了所谓传输中的滚道干扰现象。

近年来，为了提高广播电视传输质量，在电视中心至微波站或电视发射塔之间、微波站与地面卫星站之间的短程线视频传输常用模拟光纤系统来替代电缆系统。

视频光纤传输的实质就是模拟信号的光纤传输。

视频信号由摄像头产生，通过激光器调制，经光纤传输后，由光收端机恢复出视频信号并输出到电视机接收端。

视频信号的带宽为0~6MHz相对于语音信号的0~3KHz来说宽了许多，因此光发射机和光接收机的要求更严格，实验中要认真调整才能得到满意的图象传输效果。

摄像头有三个接口：红色是电源接口，黄色是视频接口，白色是音频接口。

视频光纤传输系统的实验框图如下：
图6视频光纤传输系统
4.2实验步骤
1、关闭系统电源。

2、将1310nm光收发模块调为无失真传输状态。

然后，关闭系统电源，保留光纤跳线连接，拆除其它连线。

3、用视频连接线连接摄像头和1310nm光发模块的P104。

再用视频连接线连接1310nm模拟输出和监视器。

点击查看实验连线。

4、打开系统电源，可以观察到监视器上会显示摄像头传输的视频信号。

（注意：监视器背后有一按键应将其设置为AV模式。

如果图像比较模糊，调节摄像头的焦距即可得到清晰的图像。

5、调节1310nm光收模块的RP10
6、RP108，观察图像有何变化。

6、关闭系统电源，拆除实验导线。

将各实验仪器摆放整齐。

这样，通过监视器就能看到摄像头扫描到的图片，同时也能听到摄像头前的声音。

实验结论：通过实验，可以得出WDM具有如下特点：可以充分利用光纤的巨大带宽资源；适应各种信号；透明传输；扩容方便；网络生存性好；节省成本。

WDM（波分复用技术），是新一代的超高速的光缆技术，所谓波分复用技术，就是在单一光纤内同步传输多个不同波长的光波，让数据传输速度和容量获得倍增，它充分利用单模光纤的低损耗区的巨大带宽资源，采用合波器，在发送端将不同规定波长的光载波进行合并，然后传入单模光纤。

在接收部分将再由分波器将不同波长的光载波分开的复用方式，由于不同波长的载波是相互独立的，所以可以双向传输。

这次的动手操作增强了我的实践能力，使我进一步掌握了实验中的注意事项，加深了对WDM 的理解。

实验仪器列表：
纤通信实验系统视频连接线
视器光纤跳线
摄像头示波器
参考文献：
[1]邓忠礼.送网和波分复用系统SDH&WDM清华大学出版社. 2003
[2]刘继红.姚英. WDM光传送网中的关键技术研究西安邮电学院学报 2002(01)
[3]邱琪.光纤双向视频数据传输系统的研究与实现电子科技大学学报 2001(06)。