密集波分复用系统(1)-思考题及参考答案

密集波分复用系统（1）－思考题及参考答案

（1）什么是DWDM系统？

答：WDM (Wavelength Division Multiplexing) 技术是在一根光纤中同时传输多波长光信号的一项技术。

其基本原理（如图）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传输，在接收端将复用波长的光信号分开(解复用)，并作处理，恢复出原信号后送人不同的终端，此项技术称为光波长分割复用，简称WDM技术。

（2）DWDM技术的主要特点有哪些？

答：DWDM技术的主要特点如下：

⏹充分利用光纤的巨大带宽资源

⏹同时传输多种不同类型的信号

⏹实现单根光纤双向传输

⏹多种应用形式

⏹节约线路投资

⏹降低器件的超高速要求

⏹IP的传送通道（IP over WDM）

⏹提供光层保护，倒换速度快

⏹高度的组网灵活性、经济性和可靠性

（3）简述DWDM系统的两种传输方式，并画出示意图。

答：DWDM系统有如下两种传输方式：

⏹单纤单向传输／双纤双向传输：

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（如图）。

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复用器组合在一起，并在一根光纤中单向传输，各信号是通过不同光波长携带的，彼此之间不会混淆。在接收端通过光解复用器将不同光波长的信号分开，完成多路光信号传输任务。反方向原理相同。

⏹单纤双向传输：

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（如图）。

单向DWDM系统在开发和应用方面都比较广泛。双向DWDM系统的开发和应用相对来说要求更高，这是由于双向DWDM系统在设计和应用时必须要考虑到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、串话的类型和数值、两个方向传输的功率电平值和相互间的依赖性、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。但与单向DWDM系统相比，双向DWDM系统可以减少使用光纤和线路放大器的数量。

（4）简述DWDM系统的组成，并画出其基本结构图。

答：DWDM系统主要由：光发射机、光中继放大、光接收机、光监控信道和网络管理系统五部分组成，其基本结构如下图所示。

➢系统核心—光发射机：对中心波长和稳定度有高要求，具有一定的色散容限。

➢光放大器EDFA：对信号进行光中继放大，延长传输距离；采用增益平坦技术，对不同波长的信号具有相同的放大增益；根据应用位置不同，将EDFA用作“线放（LA)”、“功放（BA)”、和“前放（PA）”。

➢光监控信道OSC：监控系统内各信道的传输情况；监控信道采用1510nm／1310nm 波长；

➢传输帧同步字节、公务字节和网管的开销字节；

➢合波／分波器：合波和分波；

（5）什么是开放式与集成式DWDM系统？

答：

（A ）开放式系统：接口为黑白口； （B ）集成式系统：接口为彩口；

TM1 TM2

TMn •••

•••

TM1 TM2

TMn TM1 TM2

TMn

•••

•••

TM1 TM2

TMn

（6）简述光纤衰耗的产生机理？如何计算一条端到端的光纤链路衰耗？ 答：在光纤内部，引起光纤损耗的主要机理是：光能量的吸收损耗、散射损耗和辐射损耗（微弯损耗）。

一条端到端的光纤链路总衰耗可如下计算：

y L N

i i i S 1

ααα∑=+=

式中， L i 为第i 段光纤答长度，αi 为相应光纤衰减系数；N 为总光纤段数，αS 为平均每连接点的损耗，y 为连接点数。

（7）模内色散（即：色度色散）包含几种情况？简述之。如何计算一个端对端链路的总色散？

答：光纤的模内色散（即：色度色散）包括：材料色散、波导色散和折射率剖面色散。

其中：材料色散是由于构成光纤的材料折射率随光波长而已所引起的色散；

波导色散是由于光纤中同一传播模式的群速度随光波长而异所引起的色散； 折射率剖面色散是由于光纤折射率剖面结构（如：相对折射率差、剖面形状）差异所引起的色散。

（8）非线性效应对单／多信道光通信系统有何不良影响？如何抑制它们？分别简述之。 答：对于单信道光通信系统：

影响单信道光通信系统性能的非线性效应主要是自相位调制（SPM ）和受激布里渊散射（SBS ）。

自相位调制（SPM ）的产生是由于本信道光功率引起的折射率非线性变化，这一非线性折射率引起与脉冲强度成正比的非线性相移，因此脉冲的不同部分有不同的相移，并由此产生脉冲的啁啾。SPM 会增强色散的脉冲展宽效应。SPM 效应在高传输功率或高比特率的系统中更为突出。

受激布里渊散射（SBS ）是由于光子受到声学声子的散射所产生的，形成斯托克斯波与反斯托克斯波。SBS 增益最大的方向与泵浦光传播方向相反，是一种背向散射。SBS 在朝向光源的方向上产生增益，会引起光源不稳定。SBS 对常规光通信系统（平均功率≈1mw ）影响不大，但对功率较高的光放大系统会造成限制。

降低SBS 的措施：使单信道功率保持在SBS 阈值以下；增加光源的线宽，大于100MHz （0.1nm)；采用相位调制。

对于多信道光通信系统：

影响多信道光通信系统性能的非线性效应主要是交叉相位调制（XPM）、四波混频（FWM）和受激喇慢散射（SRS）。

交叉相位调制（XPM）的产生是由于外信道光功率引起的折射率非线性变化，导致相位变化。XPM将加剧WDM系统中SPM的啁啾及相应的脉冲展宽效应。当信道之间的间隔及光纤色散愈小时，XPM的影响愈大。

抑制措施：增加信道间隔可以抑制XPM。

四波混频FWM的影响有赖于相互作用的信号之间的相位关系。如果相互作用的信号以同样的群速度传播（无色散时就是这种情况），则FWM的影响加强，另一方面，如果存在色散，不同的信号以不同的群速度传播，因此不同光波之间的交替地同相叠加和反相叠加，其净效果是减小了混频的效率。在有色散的系统中，信道间隔越大，群速度的差异就越大。色散位移光纤中的色散值很低，FWM效率要高得多。在色散位移光纤中，信道数增加时，会产生更多的FWM项。信道间隔减小时，相位失配减小，FWM效率增加。信号功率增加，FWM呈指数增加。

降低FWM的措施：

➢仔细选择各信道的位置，使得那些拍频项不与信道带宽范围重叠。这对于较少信道数的WDM系统是可能的，但必须仔细计算信道的确切位置。

➢增加信道间隔，增加信道之间的群速度不匹配。但缺点是增加了总的系统带宽，从而要求放大器在较宽的带宽范围内有平坦的增益谱，另外还增加了SRS引起的代价。

➢增加光纤的有效截面，降低光纤中光功率密度。

➢对于DSF使用大于1560nm的波长。这种方法的思路是：即使对于DSF，这一范围内也存在显著的色散量，从而可以减小FWM的效率。这依赖于L-band的EDFA。

➢针对不同的波长信道引入延时，从而扰乱不同波长信道的相位关系。

受激喇曼散射（SRS）是光子受到振动分子散射所产生的。SRS同时存在于在光传输方向或者与之相反的方向；阈值比SBS高3个数量级，具有100nm频移间隔；SRS 引起DWDM 不同信道之间发生耦合，导致串扰；长波长信号被短波长信号放大，引起信道功率不平衡；仅当两个波长信号都处于高电平状态才会发生SRS；波长间隔大容易产生SRS；色散可以减小SRS。因为这时不同信道的信号以不同的速度传播，从而减小了不同波长的脉冲在光纤中任一点处都重合的概率。

降低SRS的措施：使信道间隔减小；传输功率保持在SRS阈值以下；引入一定的色散。