第6章_波分复用
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。
光纤(带答案)
第一章：光纤通讯1、什么是光纤通讯光纤通讯及系统的构成光纤通讯使用光导纤维作为传输光波信号的通讯方式。
光纤通讯系统往常由电发射机、光发射机、光接收机、电接收机和由光纤构成的光缆等构成。
2、什么事光通讯光通讯就是以光波为载波的通讯。
3、光纤通讯的长处①传输频带宽，通讯容量大。
② 传输衰减小，传输距离长。
③ 抗电磁扰乱，传输质量好。
④ 体积小、重量轻、便于施工。
⑤ 原资料丰富，节俭有色金属，有益于环保4、光纤通讯的工作波长光源：近红外区波长：—μm频次：167—375THz5 、 WDM是指什么DWDM指什么WDM：波分复用DWDM：密集波分复用6、光纤从资料上能够分为哪几种从资料上分为石英光纤、多组份玻璃光纤、氟化物光纤、塑料光纤等7、光纤活动连结器从连结方式来看分为哪几种常有的插针端面有哪几种PC、 APC、 SPC（球面、斜面、超级抛光端面呈球面的物理接触）8、按缆芯构造分，光缆分为哪几种层绞式、单位式、骨架式、带状式9、光芒的制造分哪几个步骤I资料准备与提纯II制棒III拉丝、涂覆IV塑套此中制棒分为：（ 1） MCVD改良的化学气相积淀法（2）PCVD等离子化学气相积淀法10 、按资料光纤分几种同611、无源器件的种类连结器、分路器与耦合器、衰减器、隔绝器、滤波器、波分复用器、光开关和调制器等第二章：光纤通讯的物理学基础1、经过哪些现象能够证明光拥有颠簸性光的颠簸性能够从光的干涉、光的衍射和光的偏振等现象证明2、什么叫光电效应光电效应拥有哪些试验规律因为光的照耀使电子从金属中溢出的现象称为光电效应⑴每种金属都有一个确立的截止频次γ0，当入射光的频次低于γ 0时，无论入射光多强，照耀时间多长，都不可以从金属中开释出电子。
⑵关于频次高于γ 0的入射光，从金属中开释出的电子的最大动能与入射光的强度没关，只与光的频次相关。
频次越高开释出的电子的动能就越大。
⑶关于频次高于γ 0的入射光，即便入射光特别轻微，照耀后也能立刻开释出电子。
计算机网络各习题以及详解
Base是Baseband的缩写，表示使用基带传输，没有进行调制和
频分复用。
SX，短波长
LX，长波长】
11.某网络连接拓扑图如下图所示，PC0的MAC地址为M1，PC1的 MAC地址为M2，路由器Fa0/0的MAC地址为M3，路由器Fa0/1的MAC 地址为M4，请回答下面问题。
（1）假设交换机Switch0收到所有连接端口的数据帧并建立了MAC地 址转发表，如果这个表的格式为：MAC地址，端口号。请列出这个 MAC地址转发表。 （2）假设交换机Switch0已经建立了所有连接端口的MAC地址转发 表，如果收到一个以太网数据帧，该帧首部的目的地址为M3，源地址 为M2，请问交换机Switch0将该帧转发到哪个端口？ 答案【(1) M1 Fa0/5
送到目的地做路由选择所需要的信息。在路径上的每个结点， 分组被接收，短时
间存储，然后传递给. bit/s D. Hz
答案【C】
13. 假定某通信链路为一条完整的电缆，长度为1000km，信号在链路 中的传播速度为200，000 km/s。如果带宽为100 Mb/s，传输1 Gbit数 据，请计算（1）转发时延。（2）传播时延。 答案【转发时延=数据帧长度/发送速率
第一章 概述
1.用户接入internet通过
A. ASP Ｂ. JSP C. ISP D. P2P 答案【C】
2.在因特网标准化工作的四个阶段中，不是RFC文档阶段的是
A. 草案 B. 建议标准 C. 草案标准 D. 正式标准 答案【A】
3.因特网的边缘部分是 A. 主机 B. 路由器 C. 电信网络 D. 以上全部
10M以太网即10Mb/s，也就是10000000b/1000000us，那么发送 1bit需要的时间是0.1us 10M以太网的slot time ＝ 512×0.1 = 51.2us 同理，100M以太网发送1bit所需时间0.01us 100M以太网的slot time = 512×0.01 = 5.12us】
第6章 光纤器件--有源器件2-y
Ip N+
RL
输出 电压 Vout
光生电流 W = 5~50 m m E ~ Vr / W C d PIN管分布电容
Pin
入射光 hv >Eg
抗反射膜
电 极
Ip
Cd
RL
Vout
W
PIN 二极管与 PN 二极管的主要区别是，在 P 和 N 层之间 加入了一个 I 层，作为耗尽层。I 层的宽度较宽，约有（5 ~ 50）mm，可吸收绝大多数光子，使量子效率提高，使光生 电流增加。 Np Nn
1.0
(2~5)nm
Dl 1/2
GaAlAs: (30~50)nm InGaAsP: (60~120)nm
0.8 相 对 0. 光 6 强 0.4
0.02nm
0.2
0 -60 -40
0.2
-20 0 波长 /nm
-20
0 波长 /nm
20
40
60
0 -40
20
40
0 -0.4
-0.2
0
0.2
0.4
波长 /nm
第六章 光纤有源器件
1.光调制器 2.光源 3.光探测器 4.光放大器
1. 光调制器
直接调制：信号直接调制光源的输出光强 外调制：信号通过外调制器对连续输出光进行调制
直接调制
外调制
直接调制是信号直接 调制光源的输出光强。 外调制是信号通过外 调制器对连续输出光 进行调制。 用直接调制时，注入 电流的变化要非常大， 并引入不希望有的线 性调频（啁啾）。
2
声光调制器
电极
电极引线 电声换能器 耦合介质 声光介质
通信原理_第6章信道复用和多址技术.
特点：简单，信道利用率低,不稳定。最大吞吐量仅为容 量的18.4%。
各种ALOHA方案网络吞吐量 S与提供负载 G的关系如图。
具有捕获效应的S-ALOHA 0.54
归一化信道吞吐量(S)
0.45 0.36 0.27 0.18 0.09 0.00 0.00 0.5
(a) 工作示意图。4个地球站，其中一个为基准站。
基准站任务：为其他各站发射定时信号。基准站也可由某一地球站兼 任。帧周期(帧)：所有地球站在卫星内占有的整个时间间隔。 分帧（子帧）:每个地球站占有的时隙帧。 (b) 帧结构。帧周期为125μs）或其整倍数。 帧:由所有分帧和一个基准站分帧组成。分帧的长度可以一样也可以 不一样。由前置码和数据两部分组成。
在FDMA中，是指各地球站占用转发器的频段；
在TDMA中，是指各站占用的时隙；
在CDMA中，是指各站使用的正交码组。
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6.3.1 频分多址
FDMA按频率划分，把各站发射的信号配置在卫星频带内 的指定位置上,各中心频率留有保护频带。 示意图。
保护频带
转发器频带分配
f A fB
3/48
6.1.1 频分复用
低通滤波器 调制器 MOD 带通滤波器 BPF 带通滤波器 BPF 解调器 DEM 低通滤波器 LPF
f1 (t )
LPF
f1 (t )
01
f 2 (t )
消息输入 LPF MOD BPF
f S (t )
主调制器 MOD 信道 主解调器 DEM BPF
波分复用的两波道间隔为10 ~ 100nm。当间隔为1 ~ 10nm， 甚至1nm以下时，称为密集波分复用（DWDM）。
第六章 多路复用技术
据传输时，别的用户不能使用，此通路保持空闲状态。
FDM主要适用于传输模拟信号的频分制信道，主要用于电话、 电报和电缆电视（CATV）。在数据通信中，需和调制解调技术结 合使用。 优点：多个用户共享一条传输线路资源。
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6.3 统计时分多路复用（STDM—static ）
据用户实际需要动态地分配线路资源，因此也叫动态时分
多路复用或异步时分多路复用。也就是当某一路用户有数据
要传输时才给它分配资源，提高线路利用率。
优点：线路传输的利用率高 适于计算机通信中突发性或断续性的数据传输
缺点：每个时隙都要添加地址段
低通滤波器 n －1
mn-1 ′ (t)
发送端 接收端
低通滤波器 n
mn ′ (t)
时分复用系统示意图
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6.2 时分多路复用（TDM）
字符交错法
帧结构： SF 帧同步头 , 控制信号序列 CSS ， Mi 代表第 M 路信号 中的第i个符号
SF CSS Ai … Mi
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6.3 统计时分多路复用（STDM）
TDM与STDM复用原理的基本差别示意图
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6.3 统计时分多路复用（STDM）
衡量STDM复用器性能的参数 N：输入数据源的数目 R：每个源的数据率（bps） M：复用链路的有效容量（bps） α：每个源传输数据所占的时间与通信总时间的比值， 一般有0< α <1 K=M/NR:复用链路容量对最大输入总量之比。 α<=K<=1
《光纤通信》原荣 第三版 第6章 复习思考题参考答案
第6章复习思考题参考答案6-1 EDFA的工作原理是什么？有哪些应用方式答：现在我们具体说明泵浦光是如何将能量转移给信号的。
若掺铒离子的能级图用三能级表示，如图6.3.2（a）所示，其中能级E1代表基态，能量最低，能级E2代表中间能级，能级E3代表激发态，能量最高。
若泵浦光的光子能量等于能级E3与E1之差，掺杂离子吸收泵浦光后，从基态E1升至激活态E3。
但是激活态是不稳定的，激发到激活态能级E3的铒离子很快返回到能级E2。
若信号光的光子能量等于能级E2和E1之差，则当处于能级E2的铒离子返回基态E1时就产生信号光子，这就是受激发射，使信号光放大获得增益。
图6.3.2（b）表示EDFA的吸收和增益光谱。
为了提高放大器的增益，应尽可能使基态铒离子激发到能级E3。
从以上分析可知，能级E2和E1之差必须是相当于需要放大信号光的光子能量，而泵浦光的光子能量也必须保证使铒离子从基态E1跃迁到激活态E3。
图6.3.2 掺铒光纤放大器的工作原理EDFA可作为光发射机功率增强放大器、接收机前置放大器，或者取代光-电-光中继器作为在线光中继器使用。
在光纤系统中可延长中继距离，特别适用于长途越洋通信。
在公用电话网和CA TV分配网中，使用EDFA补偿分配损耗，可做到信号无损耗的分配。
另外，EDFA可在多信道系统中应用，因为EDFA的带宽与半导体光放大器（SOA）的一样都很宽（1~5 THz），使用光放大器可同时放大多个信道，只要多信道复合信号带宽比放大器带宽小就行。
EDFA具有相当大的带宽（∆λ = 20~40 nm，或∆f = 2.66~5.32 THz），这就意味着可用来放大短至皮秒级的光脉冲而无畸变。
从光波系统的应用观点出发，EDFA的潜在应用在于它们可放大ps级的脉冲而不发生畸变的能力。
6-2 EDFA有几种泵浦方式？哪种方式转换效率高？哪种噪声系数小答：使用0.98 μm和1.48 μm的半导体激光泵浦最有效。
北京邮电大学光网络阶段作业题库
1.APD中的电场分为两部份在光纤通信系统中，光中继器的作用是实现信号的放大和波形整形的功能2.RZ码的功率谱中包括的时钟频率成份较大3.在光接收机中自动增益控制电路的输入信号取自均衡器的输出信号4.在光接收端机中与光电检测器直接相连的是前置放大器5.为了取得较大的信噪比，对光接收机中前置放大器的要求是低噪声高增益6.温度的转变，会致使LD输出功率的变化，因此在发射机中利用自动功率控制技术来稳定光源的输出功率。
7.为了避免在传送的信号码流中存在长“0”和长“1”的现象，所采取的解决方案是扰码8.由于RZ码的频谱中存在所传输数据信号的时钟频率分量，因此在光接收机中可利用RC电路进行微分，再通过一个非门，将所接收的NRZ转换为RZ码。
9.NRZ信号通过非线性处置器后的波形是一种RZ信号10.码型变换的目的是将双极性码变成单极性码。
11.在目前的实用光纤通信系统中采用直接调制方式，即将调制信号直接作用在光源上，使光源的输出功率随调制信号的转变而转变。
12.渐变型光纤的最佳折射指数散布是指平方型折射指数分布13.光纤色散包括材料色散、波导色散和模式色散14.零色散光纤是指工作波长为1550nm的单模光纤，可取得最小的衰减特性和色散特性。
15.光纤通信的三个低损耗窗口是1310nm、850nm、1.55μm16.EDFA的泵浦光源的典型工作波长为980nm17.EDFA利用于光纤通信系统中，会给系统引入自发辐射噪声18.EDFA在光纤通信系统中的应用之一是前置放大器19.光电检测器的响应度越高，说明它的量子效率就越高20.光电检测器在光纤通信系统中的主要任务是将光信号转换为电信号21.传输距离与码速度、光纤的色散系数、光源的谱宽成反比。
22.光接收机的动态范围是指在保证系统误码标准要求下，光接收机的最大输入光功率与最低输入光功率之差，其单位为dB23.光发射机的消光比，一般要求小于或等于 10%24.在光发射端机中均衡放大功能框是实现信号的衰减补偿和均衡处置功能的25.前置放大器是指与光电检测器牢牢相连接的器件26.NRZ码的功率谱中不包括时钟频率成份27.按照调制信号的性质不同，内调制又分为模拟和数字调制。
第6章_波分复用.
2．OXC
(2) OXC ① 基于WDM技术和空分复用技术的OXC ② 基于空分技术和可调光滤波器技术的OXC ③ 基于分送耦合开关的第一类和第二类OXC ④ 基于平行波长的开关的OXC ⑤ 完全基于波长交换的OXC
2．OXC
• 图6-25 OXC的一般结构
2．OXC
• 图6-26 WDM技术和空分复用技术相结合的 OXC的结构
(1) (2)
2．网络生存性策略——保护和 恢复 （1）保护恢复技术分类 • 按网络中所使用的协议层次进行划分：
– – – – IP层恢复技术 ATM SDH层恢复技术 光层恢复技术
• WDM网络的恢复方案又可分为保护倒换和利用 OXC
2．网络生存性策略——保护和 恢复 (2) • 冗余度是指网络中总的空闲容量与总工作容量 • 恢复率是指已恢复的通道数占原来失效的总通
6.2 光波分复用技术
6.2.1 WDM、DWDM和CWDM 6.2.2 WDM的特点 6.2.3 WDM与光纤 6.2.4 WDM对光源和光电检测器的要求
6.2.1 WDM、DWDM和CWDM
• DWDM和CWDM技术实际上它们是同一种技术， 只是通道间隔不同。 • WDM系统的通道间隔为几十纳米以上，例如最 早的1310/1550nm两波长系统，它们之间的波 长间隔达两百多纳米，这是在当时技术条件下 所能实现的WDM • 随着技术的发展，特别是EDFA（掺铒光纤放大 器）的商用化，使WDM系统的应用进入了一个 新的时期。
6.2.4 WDM对光源和光电检测器 的要求 • 图6-5 波长反馈控制原理示意图
6.3 波分复用系统
6.3.1 波分复用系统结构 6.3.2 WDM系统的基本应用形式 6.3.3 WDM系统中的光监控信道
第六章 无源与有源光器件—2
6.2.2
光纤定向耦合器
光纤定向耦合器是作为光纤线路的分路、合路、插入以及节 点互连的一种光耦合器件。在光通信及其他光纤系统中，凡涉及 多个光波信号的分、合及相互耦合时，都需要用到光纤定向耦合 器。本节以光纤传输系统中使用最多的定向耦合元件—四端口X 形定向耦合器为典型进行重点分析，介绍其工作原理、制作方法、 主要性能参数，进而扩展到星形耦合器。 1.X形光纤定向耦合器的工作原理与制作方法 光纤定向耦合器依据工作机理可分为三种类型：部分反射式、 波前分割式和模场耦合式。 模场耦合式光纤定向耦合器的工作机理，是基于光纤倏逝场 耦合的模式理论，即依据光纤中传输模式场分布的相互耦合来 实现光信号的分路与合路。当两光纤的纤芯相距足够近时，两 光纤中传输的模式将通过它们的倏逝场相互耦合，即在一根光 纤中传输的模式场分布会扩展到另一根光纤，使在其中激励起
图6.21
2×2熔锥型光纤定向耦合器结构与分路示意图
在理想情况下，当在端口①输入光功率P1时，在③、④端口 将按设计预定的比例输出光功率P3和P4，而无返回端口②的功率 分量，即P2=0。故为定向耦合器。基于定向耦合器的双向性，当 由其他端口输入时，其特性也将以此类推。由于理想的2×2定向 耦合器可视为一个无源且无插入损耗的器件，它有确定的分光比。 根据耦合波方程，可以求得其功率传输函数由如下矩阵确定
输出端口数目 每个输出端口所占的信号功率比 2 4 5 8 10 15 20 25 50 100 0.5 0.25 0.20 0.125 0.1 0.067 0.05 0.04 0.026.99 9.03 10 11.76 13.01 13.98 16.99 20
表6.2
无附加损耗条件下光耦合器中平均分配信号的损耗规律
2.光耦合器的主要类型 光耦合器的用途很多，制造的器件与材料也各异。根据功能 用途、端口排布规律以及制造的器件与材料、结构特点等，可将 光耦合器大致区分为图6.18所示的主要类型。
第6章 DWDMWDM光传送网络
图6-6 OUT的定位 图6-7 业务信道与监控信道的分离
➢ 光监控信道（OSC）主要用以监控系统内各信道的传输
情况，在光发送机，插入本节点产生的波长为S（1 310 nm
或1 480 nm或1 510 nm+10 nm），与主信道的光信号合波 输出；在光接收端机，将接收到的监控光信号分离，分别输
⑤美国Lucent Tech:100路×10Gb/s＝1Tb/s，各路波长的间隔 缩小到25GHz,用L波带,沿NZDF光纤(G.655光纤)传输400km;
6.1.5. DWDM系统的主要器件 1．光/电/光变换的OTU
➢ 一种是没有定时再生电路的OTU，实际上由一个光／电 转换器和一个高性能的电/光转换器构成，原理框图如图 6-8所示。
（a）信号光和连续光同向输入
（b）信号光和连续光反向输入
基于SOA的XGM型全光波长ห้องสมุดไป่ตู้换器
3.OTU应用
图6-12 没有再生中继功能的OTU应用示例
图6-13 OTU作为再生中继器的应用示例
6.2 DWDM基本网络单元设备
DWDM基本网络单元设备，一般按用途可分为 ➢ 光终端复用设备（OTM） ➢ 光线路放大设备（OLA） ➢ 光分插复用设备（OADM） ➢ 光交叉连接设备（OXC）
➢ 另一种是有定时再生电路的OTU是在光/电转换器和电/光 转换器之间增加了一个定时再生功能块，对所接收到的 信号进行了一次整形，实际上兼有REG的功能，原理框 图如图6-9所示。
图6-8 没有定时再生
图6-9 有定时再生
2光/光变换的OTU
➢ 图6-10是SOA-XGM型OTU结构。信号光（波长为λs）和 连续光（变换所需的光波长λc）同时入射到SOA中时，信号 光强的变化将使SOA的增益发生变化。当信号光强度增加为 “l”码时，SOA的增益变小（增益饱和），而当信号光强度 减少为“0”码时，SOA的增益加大（非增益饱和） ，这样 信号光对SOA的增益实施了调制，将使连续光的强度也随 SOA的增益而变化，从而使所载信号转移到连续光的振幅上 去。在输出既有原信号波长的光，又有被调制的连续光波长， 故需要一个光滤波器滤出原信号波长λs。由于采用了增益饱 和效应，所以通过波长变换后的信号与原信号是相反的。图 6-10（a）和（b）为常见的两类SOA-XGM型OTU。
光纤通信原理参考答案
光纤通信原理参考答案光纤通信原理参考答案第⼀章习题1-1 什么是光纤通信?光纤通信是利⽤光导纤维传输光波信号的通信⽅式。
1-2 光纤通信⼯作在什么区，其波长和频率是什么?⽬前使⽤的通信光纤⼤多数采⽤基础材料为SiO2的光纤。
它是⼯作在近红外区，波长为0.8～1.8µm，对应的频率为167～375THz。
1-3 BL积中B和L分别是什么含义?系统的通信容量⽤BL积表⽰，其含义是⽐特率—距离积表⽰，B为⽐特率，L为中继间距。
1-4 光纤通信的主要优点是什么?光纤通信之所以受到⼈们的极⼤重视，是因为和其他通信⼿段相⽐，具有⽆以伦⽐的优越性。
主要有：(1) 通信容量⼤(2) 中继距离远(3) 抗电磁⼲扰能⼒强，⽆串话(4) 光纤细，光缆轻(5) 资源丰富，节约有⾊⾦属和能源。
光纤还具有均衡容易、抗腐蚀、不怕潮湿的优点。
因⽽经济效益⾮常显著。
1-5 试画出光纤通信系统组成的⽅框图。
⼀个光纤通信系统通常由电发射机、光发射机、光接收机、电接收机和由光纤构成的光缆等组成。
1-5 试叙述光纤通信的现状和发展趋势。
略第⼆章习题2-1 有⼀频率为Hz 13103?的脉冲强激光束，它携带总能量W=100J ，持续时间是τ=10ns(1ns=10-9s)。
此激光束的圆形截⾯半径为r=1cm 。
求：(1) 激光波长； (2) 平均能流密度； (3) 平均能量密度； (4) 辐射强度；（1）m c513810103103-=??==νλ（2）213229/1018.3)10(1010100ms J S W S ?==?=--πτ（3）s m J c S w 25813/1006.11031018.3?=??== （4）213/1018.3ms J S I ?==2-2 以单⾊光照射到相距为0.2mm 的双缝上，双缝与屏幕的垂直距离为1m 。
（1）从第⼀级明纹到同侧旁第四级明纹间的距离为7.5mm ，求单⾊光的波长；（2）若⼊射光的波长为6×10-7m ，求相邻两明纹间的距离。
光纤思考题
光纤通信第一章：1、什么是光纤通信：光纤通信是以光波作为信息载体，以光纤作为传输媒介的一种通信方式2、光纤的主要作用是什么？引导光在光纤内沿直线或弯曲的途径传播。
Or（单模光纤的纤芯直径为4μm～10μm，适用于高速长途通信系统。
多模光纤的纤芯直径为50μm，适用于低速短距离通信系统）3、与电缆或微波等通信方式相比，光纤通信有何优缺点？光纤通信有何优点：容许频带很宽，传输容量很大损耗很小，中继距离很长且误码率很小重量轻、体积小丶抗电磁干扰性能好泄漏小，保密性能好节约金属材料，有利于资源合理使用or与电缆或微波等电通信方式相比，光纤通信的优点如下：(1)传输频带极宽，通信容量很大(2)由于光纤衰减小，无中继设备，故传输距离远；(3)串扰小，信号传输质量高；(4)光纤抗电磁干扰，保密性好；(5)光纤尺寸小，重量轻，便于传输和铺设；(6)耐化学腐蚀；（7)光纤是石英玻璃拉制成形原材料来源丰富4、为什么说使用光纤通信可以节省大量有色金属？5、为什么说光纤通信具有传输频带宽，通信容量大？光纤可利用的带宽约为50000GHz，1987年投入使用的1.7Gb/s光纤通信系统，一堆光纤能同时传输24192路电话，2.4Gb/s系统，能同时传输3000多路电话，频带宽对于各种宽频带信息具有十分重要的意义，否则，无法满足未来宽带综合业务数字网（B-ISDN）发展的需要。
6、可见光是人眼能看见的光，其波长范围是多少？0.39~0.76μm7、红外线是人眼能看见的光，其波长范围是多少？0.76~300μm8、近红外区：其波长范围是多少？0.76~1.5μm9、光纤通信所用光波的波长范围是多少？0.8~1.6μm10、光纤通信中常用的三个低损耗的窗口的中心波长分别是多少？0.85,1.30,1.55μm第二章：1、典型光纤由几部分组成？各部分的作用是什么？光纤由纤芯、包层和涂覆层3部分组成。
其中纤芯：纤芯位于光纤的中心部位。
波分复用技术详解
蓝带
红带
1480.0 nm 202.6 THz
1528.77 196.10
1560.61 nm 192.1 THz
0.4 nm 50 GHz
1480.0 nm 1528.77 202.6 THz 196.1
1560.61 nm 192.1 THz
F=193.1THz+/-n*50GHz
n=0,1,2…
O D U OPA
OS
C
OS
C
OS
OWU
C
OS
C
1
OTU1 OTU2
2
O M U
OBA
OTU1
n
OLA EMU
n
OTUn
第7章 光纤通信新技术
集成式WDM系统
OMT
1 2
ILA
OMT
1
O M U
OBA
2
OLA OPA O D U
OS
C
OS
1
1 2
n
2
┋ n
┉
第7章 光纤通信新技术
波分复用系统原理（1）
16个2.5G信号合成40G在一根光纤上传输
(1) 2.488 Gbs
...
1310nm/1550nm
Narrowband wavelength division multiplexing
1 2 3 4 5 6 7
第7章 光纤通信新技术
光－电－光接口变换原理
G.692 G.957 光接口 O/E 光输入 定时 再生 E/O 光输出 光接口
光转发器（OTU）
O-E 电信号处理 E-O
DFB 激光器 电光调制器
多路复用技术(攻略篇)
P114 图6. 21
脉冲填充示例
Example of Pulse Stuffing
帧同步 Framing
TDM技术应用时，复用器和分离器之间的同步是一个主 要问题。
最常用的技术是“附加数字帧同步法”： 在每帧上增加一个控制比特（时隙） 这些比特看起来就象增加了一个新信道——“控 制信道”。 控制信道上所用的比特形式应该是可识别的。 如使用交替变化的…之类数据信道上不可能有这样 的比特形式。 将每个信道的输入位与预期的同步形式比较，就可 以解决同步问题。
Note
时分复用是一种数字多路复用技术，用于将 多个低速通道组合成为一个高速通道。
TDM is a digital multiplexing technique for combining several low-rate channels into one high-rate one.
如果源端发送的是模拟信号，复用前要先转换 为数字信号。
多级复用
Multilevel Multiplexing
当一路的数据速率是其他几路数据速率的整数 倍时，可采用多级复用技术。
多时隙复用
Multiple-slot Multiplexing
在一个帧里对某路输入分配多个时隙。
脉冲填充
Pulse Stuffing 如果某些源输入的数据速率不是其他源输入数
一般来说，正在通信的两个站点不会完全用尽数据链路的 全部带宽。
“复用”(multiplexing) 就是使一条数据链路能同时传输 多路信号的一组技术。
复用技术最常用在使用大容量光纤、同轴电缆或微波链路 的长途通信方面，以及广域网的主干连接。
第六章 DWDM(WDM)光传输网络
OMT
(a) 点到点WDM系统
OMT
(b) 点到点具有分插/复用的WDM系统 OADM
OADM
OXC
OXC
OADM OADM OXC
OXC
OADM
(c) 环状及网状结构的WDM系统
由点到点传输系统向WDM光网络的演进
1、DWDM的现状和发展 利用TDM技术,已经可以实现40Gbit/s的 SDH商用系统，但受电子器件发展和光纤 偏振模色散（PMD）的限制，要实现更高 比特率的系统非常困难 人们开始研究光机制下的复用技术，即 波分复用技术（WDM），使得一条光纤 芯上可以同时传输多个波长 目前，商用DWDM系统已达 32(40)×2.5Gbit/s、32(40)×10Gbit/s
①交叉增益调制SOA型全光波长 变换器
λs
λc
同向传输
信号光（波长为λs）和连续光（具有变换所需要 的光波长λc）入射到SOA上。 当信号光为“1“码时，其功率使S0A达到饱和， 这时对连续光的增益很小。 而当信号光为“0”码时，SOA不出现饱和，这时 对连续光的增益很大，即SOA的增益随信号光 “1”，“0”码的变化而变化。 通过SOA增益的变化使信号光的信息加载到连续 光的振幅上面。在输出端，用光滤波器滤出λc， 就达到波长变换的目的。
⑤最小边模抑制比 SMSR=10LgP1/P2>30dB ;P1/P2=1000
P1为主纵模的平均功率 P2最显著的边模的平均功率 ⑥最大-20 dB宽度(相当于 LD光谱宽度)最大-20dB 带宽为:λ1-λ2
P2 P1
⑥激光器波长稳定与控制
2.光波长转换单元OTU
OTU（optical transponde unit）是把某一波长的 输入光信号变换为另一个或是同一个波长的输出光 信号的功能单元。
光纤通信技术(第2版)答案
（2） NA n12 n22 n1 2
代入（1）中的 可得： NA 0.3873
16.已知阶跃光纤纤芯的折射指数为n1=1.5，相对折
射指数差 0.01、纤芯半径a=25μm，若
引起脉冲波形的形状发生变化。从波形在时间上展宽的角度去理解，也就是光脉冲在光纤中传输，随
着传输距离的加大，脉冲波形在时间上发生了展宽，这种现象称为光纤的色散
10.什么是模式色散？材料色散？波导色散？
答：模式色散：光纤中的不同模式，在同一波长下传输，各自的相位常数βmn不同所引起的色散
材料色散：由于光纤材料本身的折射指数n和波长λ呈非线性关系，从而使光的传播速度随波长 而变化所引起的色散
18.渐变型光纤的折射指数分布为 1
n(r
)
n(0)
1
2(
r a
)
a
2
求出光纤的本地数值孔径
解： NA(r) n2 (r) n2 (a)
得： NA(r)
n
2
(0)
1
2(
a r
)
n
2
(0)
1
2(
a r
)a
12.什么是受激拉曼散射和受激布里渊散射？ 答：如设入射光的频率为f0，介质分子振动频率为fv，则散射光的频率为：fs=f0士fv，这种现象称为 受激拉曼散射
受激布里渊散射与受激拉曼散射相比较物理过程很相似，都是在散射过程中通过相互作用，光波 与介质发生能量交换，但受激布里渊散射所产生的斯托克斯波在声频范围，其波的方向和泵浦光波方 向相反，而受激拉曼散射所产生的斯托克斯波在光频范围，其波的方向和泵浦光波方向一致
谢希仁《计算机网络教程》第五版答案
谢希仁《计算机网络教程》第1章概述传播时延＝信道长度/电磁波在信道上的传播速度发送时延＝数据块长度/信道带宽总时延＝传播时延＋发送时延＋排队时延101计算机网络的发展可划分为几个阶段？每个阶段各有何特点？102试简述分组交换的要点。
103试从多个方面比较电路交换、报文交换和分组交换的主要优缺点。
104为什么说因特网是自印刷术以来人类通信方面最大的变革？105试讨论在广播式网络中对网络层的处理方法。
讨论是否需要这一层？106计算机网络可从哪几个方面进行分类？107试在下列条件下比较电路交换和分组交换。
要传送的报文共x（bit）。
从源站到目的站共经过k段链路，每段链路的传播时延为d（s），数据率为b（b/s）。
在电路交换时电路的建立时间为S（s）。
在分组交换时分组长度为p（bit），且各结点的排队等待时间可忽略不计。
问在怎样的条件下，分组交换的时延比电路交换的要小？108在上题的分组交换网中，设报文长度和分组长度分别为x和（p+h）（bit），其中p为分组的数据部分的长度，而此为每个分组所带的控制信息固定长度，与p的大小无关。
通信的两端共经过ｋ段链路。
链路的数据率为b（b/s），但传播时延和结点的排队时间均可忽略不计。
若打算使总的时延为最小，问分组的数据部分长度Ｐ应取为多大？109计算机网络中的主干网和本地接入同各有何特点？110试计算以下两种情况的发送时延和传播时延：111计算机网络由哪几部分组成？第2章协议与体系结构201网络协议的三个要素是什么？各有什么含义？202试举出对网络协议的分层处理方法的优缺点。
203试举出一些与分层体系结构的思想相似的日常生活。
204 试述具有五层协议的原理网络体系结构的要点，包括各层的主要功能。
205试举出日常生活中有关“透明”这种名词的例子。
206 试将TCP/IP和OSI的体系结构进行比较。
讨论其异同之处。
207 解释以下名词：协议栈、实体、对等层、协议数据单元、服务访问点、客户、服务器、客户/服务器方式。
《光纤通信》习题解答
第1章1.光通信的优缺点各是什么？答：优点有：通信容量大；传输距离长；抗电磁干扰；抗噪声干扰；适应环境；重量轻、安全、易敷设；；寿命长。
缺点：接口昂贵；强度差；不能传送电力；需要专用的工具、设备以及培训；未经受长时间的检验。
2.光通信系统由哪几部分组成，各部分功能是什么？答：通信链路中最基本的三个组成部分是光发射机、光接收机和光纤链路。
各部分的功能参见1.3节。
3.假设数字通信系统能够在载波频率1%的比特率下工作，试问在5GHz的微波载波和1.55μm的光载波上能传输多少路64kb/s的音频信道？答：5GHz×1％/64k＝781路（3×108/1.55×10-6）×1％/64k＝3×107路4.SDH体制有什么优点？答：主要为字节间插同步复用、安排有开销字节用于性能监控与网络管理，因此更加适合高速光纤线路传输。
5.简述未来光网络的发展趋势及关键技术。
答：未来光网络的发展趋势为全光网，关键技术为多波长传输和波长交换技术。
6.简述WDM的概念。
答：WDM的基本思想是将工作波长略微不同，各自携带了不同信息的多个光源发出的光信号，一起注入同一根光纤，进行传输。
这样就充分利用光纤的巨大带宽资源，可以同时传输多种不同类型的信号，节约线路投资，降低器件的超高速要求。
7.解释光纤通信为何越来越多的采用WDM+EDFA方式。
答：WDM波分复用技术是光纤扩容的首选方案，由于每一路系统的工作速率为原来的1/N，因而对光和电器件的工作速度要求降低了，WDM合波器和分波器的技术与价格相比其他复用方式如OTDM等，有很大优势；另一方面，光纤放大器EDFA的使用使得中继器的价格和数量下降，采用一个光放大器可以同时放大多个波长信号，使波分复用（WDM）的实现成为可能，因而WDM＋EDFA方式是目前光纤通信系统的主流方案。
8.WDM光传送网络（OTN）的优点是什么？答：（1）可以极提高光纤的传输容量和节点的吞吐量，适应未来高速宽带通信网的要求。
波分复用设备课件
2019/8/30
返回 8
烽火公司波分复用设备介绍
集成式WDM系统
集成式WDM系统：要求SDH终端设备具有满足G.692的光 接口，标准的光波长、满足长距离传输色散容限要求的光 源。对SDH设备的要求与WDFM为同一厂商提供，在网络 管理上很难实现SDH、WDM的彻底分开。
SDH SDH SDH
G.692接口
2019/8/30
4
烽火公司波分复用设备介绍
波分复用的优、缺点
波分复用：扩容方案充分利用了 光纤的 带宽，可以混合使用 各种速率、各种数据格式和厂家的设备(开放式)；可以通过啬 新的波长和特性，按用户的要求确定容量。
优 点：对于2.5G以下速率的WDM，目前的技术已经完全 可以克服由于光纤色散和光纤非线性效应也将产生各种传限制， 满足对传输容量和传输距离的各种要求。
O/E
1510±10nm 光监控信道
CMI/NRZ 转换
帧检测和 定时提取
开销字节 处理
盘控器
OW字节 开销字节
背板总线
E/O
NRZ / CMI 转换
光监控信道单元
组帧和 开销字节
帧和定时 发生器
主振荡器
OW字节
开销字节
2019/8/3光0 监控盘的功能结构示意图
返 2回2
公务盘(EOW)
主要功能：是通过光监控信道的公务字节
第二章：WDM 网络应用
WDM系统的分类 ◆ 以系统接口分类：开放式和集成式
◆ 以信道 速率分类：1.25Gb/s、2.5 Gb/s 、10 Gb/s及混合 ◆ 以信号类型分类：数字信号和模拟信号
◆ 以信道承载业务类型分类：PDH、SDH、ATM、IP或 混
合业务等
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2．网络生存性策略——保护和 恢复 （1）保护恢复技术分类 • 按网络中所使用的协议层次进行划分：
– – – – IP层恢复技术 ATM层恢复技术 SDH层恢复技术 光层恢复技术
• WDM网络的恢复方案又可分为保护倒换和利用 OXC重新选路进行业务恢复两种。
2．网络生存性策略——保护和 恢复 (2) 网络生存性性能指标 • 冗余度是指网络中总的空闲容量与总工作容量 之比。 • 恢复率是指已恢复的通道数占原来失效的总通 道数的比例。 • 恢复时间是与恢复率有关的指标，它是指在以 一定恢复率为目标的情况下，恢复网络所需要 的时间。
• 图6-23 由波长光栅路由器(WGR)构成的OADM 的结构图
2．OXC
(1) OXC的功能 ① 与SDH网络中的DXC设备的功能相比，它们在网络中的地位和 作用相同，但功能上存在下列区别。 • OXC是在光域完成交叉连接功能的，而DXC是在电层上进行交 叉连接。 • OXC可以对不同速率和采用任何传输格式的信号进行交叉连接 操作；DXC设备针对不同传输格式和不同传输速率的信号的处 理方式不同。 • DXC受电子速率的限制，交叉连接速率较低；OXC无论在交叉 连接速率、接入速率以及总容量等方面，都优于DXC。 • OXC中无需进行时钟信号同步与开销处理，便于网络升级(无需 更换设备)，而DXC必须进行时钟信号同步与开销处理，在网络 升级时必须更换设备。
6.2.1 WDM、DWDM和CWDM
• 图6-1 WDM系统的频谱分布图
6.2.1 WDM、DWDM和CWDM
• DWDM是密集波分复用的英文缩写。 • DWDM系统是一种波长间隔更紧密的WDM系统。 • 所谓密集是针对波长间隔而言的，而且DWDM 技术其实是WDM技术的一种具体表现形式。 • 为了满足接入网应用的要求，因而近来流行一 种称为粗波分复用的技术，即CWDM技术。
• 图6-6 WDM系统总体结构示意图（单向）
6.3.2 WDM系统的基本应用形式
1．单向结构 2．双向结构
1．单向结构
• 图6-7 单向结构WDM传输系统
2．双向结构
• 图6-8 双向结构WDM传输系统
6.3.3 WDM系统中的光监控信道
• 随着EDFA的商用化进程的发展，在WDM系统中通常 使用EDFA作为中继器，这样使无电中继距 • 离大大提高，因而在WDM系统中的监控内容增加了对 EDFA的监控与管理的内容。 • 在WDM系统中是通过增加一个新的波长来对EDFA的 工作状态进行监控。 • 除监控线路中的EDFA之外，WDM系统中的监控系统 还应完成对各波道工作状态的监控。 • 监控信号所传信息包括帧同步字节、公务字节和网管 所用的开销字节等。
2．OXC
(2) OXC结构 ① 基于WDM技术和空分复用技术的OXC ② 基于空分技术和可调光滤波器技术的OXC ③ 基于分送耦合开关的第一类和第二类OXC ④ 基于平行波长的开关的OXC ⑤ 完全基于波长交换的OXC结构
2．OXC
• 图6-25 OXC的一般结构
2．OXC
• 图6-26 WDM技术和空分复用技术相结合的 OXC的结构
1．影响波分复用系统性能的因 素 (1) 制作技术和成本限制 (2) 串扰影响 (3) 稳频 (4) 阻塞特性
2．与WDM系统设计有关的几个 问题 （1） WDM系统中的最小和最大光功率 ① 最小光功率 ② 最大光功率 （2） 信噪比、通道间隔、总通道数传输距离的 影响 （3） 最大中继距离的计算
6.2.1 WDM、DWDM和CWDM
• 图6-2 1550nm DWDM系统的结构图
6.2.1 WDM、DWDM和CWDM
• CWDM系统是在1 530～1 560nm的频谱范围内 每隔10nm分配一个波长。 • 无论是DWDM，还是CWDM，它们的本质都是 相同的，即都是建立在频谱分割基础之上的不 同表述形式。 • WDM系统中光波长区的分配问题。
3．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
6.2 光波分复用技术
6.2.1 WDM、DWDM和CWDM 6.2.2 WDM的特点 6.2.3 WDM与光纤 6.2.4 WDM对光源和光电检测器的要求
6.2.1 WDM、DWDM和CWDM
• DWDM和CWDM技术实际上它们是同一种技术， 只是通道间隔不同。 • WDM系统的通道间隔为几十纳米以上，例如最 早的1310/1550nm两波长系统，它们之间的波 长间隔达两百多纳米，这是在当时技术条件下 所能实现的WDM系统。 • 随着技术的发展，特别是EDFA（掺铒光纤放大 器）的商用化，使WDM系统的应用进入了一个 新的时期。
6.2.2 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
6.2.3 WDM与光纤
• 图6-3 WDM与光纤特性
6.2.4 WDM对光源和光电检测器 的要求 1．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 2．对光检测器的要求 • 光检测器应具有多波长检测能力。
第6章
波分复用
6.1 波分复用的基本概念 6.2 波分复用技术 6.3 波分复用系统 6.4 基于WDM的光传送网
6.1 波分复用的基本概念
• 光纤通信复用技术主要分为：光波复用和光信 号复用两大类。 • 光波复用包括波分复用(WDM)和空分复用 (SDM)， • 光信号复用包括光时分复用(OTDM)和光频分复 用(OFDM)，此外还有光码分复用(OCDMA)。
1．光波复用
(1) 波分复用（WDM） • 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。 (2) 空分复用（SDM） • 空分复用就是利用空间分割，根据需要构成不同的信 道进行光复用的一种复用技术。
1．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
1．OADM
• 图6-19 OADM节点主光通道的体系结构框图
1．OADM
• 图6-20 基于分波器、空间交换单元和合波器组 成的OADM
1．OADM
• 图6-21 由耦合单元、滤波单元和合波器构成的 OADM结构
1．OADM
• 图6-22 由电声光可调滤波器构成的OADM结构
1．OADM
1．光传送网与通信网之间的关 系 • 图6-9 通信网的分层结构
2．WDM光传送网分层结构
(1) 分层结构 (2) 光通道网络 ① 光通道层的逻辑功能模型 ② 光复用段层的逻辑功能块模型 (3) WDM光传送网的网络单元连接模型
2．WDM光传送网分层结构
• 图6-10 WDM光传送网的功能分层模型图
6.4 基于WDM的光传送网
6.4.1 WDM光传送网分层结构 6.4.2 WDM网络的交换形式和波长路由机制 6.4.3 WDM网络的关键设备OADM和OXC 6.4.4 采用光波分复用技术的高速光纤通信线路 6.4.5 WDM网络的生存性
6.4.1 WDM光传送网分层结构
1．光传送网与通信网之间的关系 2．WDM光传送网分层结构
• 网络的生存性是指网络在经受各种故障(网络失 效和设备失效)后能够维持可接受业务质量的能 力。 • 经常出现的网络故障包括以下几种。
– 设备故障 – 链路故障 – 软件故障
2．网络生存性策略——保护和 恢复
• 为了保证网络的正常工作，必须建立一个具有 快速、可靠的交叉连接机制和重选路由技术的 保护倒换方案。 • 就网络生存性而言，它包含两个方面的内容： 保护和恢复。 (1) 保护恢复技术分类 (2) 网络生存性性能指标
2．OXC
(1) OXC的功能 ② OXC的实现方式 • OXC共有三种实现方式：光纤交叉连接、波长 交叉连接和波长转换交叉连接。
2．OXC
• 图6-24 OXC的实现方式
2．OXC
(1) OXC的功能 ③ OXC的主要功能 • OXC可以在光纤和波长两个层面上为网络提供 带宽管理，如动态重构光网络、提供光信道的 交叉连接以及本地上、下话路操作、动态调节 各个光纤中的流量分布等。 • 同时在出现继纤故障时，OXC还能提供1+1光 复用段保护。
2．WDM光传送网分层结构
• 图6-11 WDM光传送网的逻辑功能模块图
2．WDM光传送网分层结构
• 图6-12 VWP机制的波长转换过程示意图
2．WDM光传送网分层结构
• 图6-13 WDM光传送网的网络单元连接模型图
6.4.2 WDM网络的交换形式和波 长路由机制 1．WDM网络的交换形式 2．波长路由机制
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的系统习惯称 为OFDM系统。 (2) 光时分复用（OTDM） • OTDM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。