第3章 光网络的复用技术

第3章 光网络的复用技术
6. 多波长波分复用系统
90年代中后期EDFA的技术成熟，WDM系统的应用就进入了一个新时期， EDFA工作在1550nm窗口，1550nm窗口本身的损耗最低，新的WDM技术只采 用1550nm窗口。在此窗口中采用多个波长，称为多波长波分复用系统，即现代 的WDM系统。
1550nm DWDM系统结构图
时分复用
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(3)光时分复用（OTDM）
OTDM的原理就是将多个高速电调制信号分别转换为等速率光信号，在光层 上利用超窄光脉冲进行时域复用，把多个光信号调制成更高速率的光信号，提 高单个信道的数据传输速率。 OTDM要走向实用化必须解决三个关键技术 ： ①超窄光脉冲的产生与调制 ②全光时分复用 ③全光时分解复用和定时提取技术
(2)色散：利用色散补偿光纤（DCF）对色散进行补偿； (3)非线性效应：减小输入光功率等。
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举例：
假设一个点到点的WDM系统，每根光纤中传输的信号数目是n，每个信号 的传输速率为B，系统中使用的光纤段数为k，每段长度为L，那么： （1）光纤的总的传输速率为：BT=B×n; （2）系统总的传输距离为：LT=L×k；
（2）开放式WDM系统
在波分复用器前面已经加入了波长变换器（OTU），可以将非标准波长转换成 标准波长。开放式WDM系统比集成式WDM系统更加复杂，但是其兼容性更好，便
于对网络性能进行检测，也便于信号的中继。
开放式WDM系统
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符合G.657的发射机与O/E/O型的光波长转换器合并使用示意图
①光浪涌的产生
在光纤突然被切断或者其他原因导致信号丢失时，泵浦源继续向EDFA注 入高能光子，激发大量的铒离子到达高能级，导致亚稳态上的铒离子大量积
① 8×22dB
系统由8段组成，每段允许的光纤损耗是22dB。普通的G.652光纤平均每公里损耗为 0.275dB，22dB的损耗对应的距离是22/0.275=80km。 8×22dB系统在中间没有电的再生中继过程的情况下，最远可以传输8×80=640km
的距离。
适合中国大多数地区使用。
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例如：表中序号为5的信道，其频偏最大范围是192.5THz±20GHz，即：
192.48~192.52THz，对应波长范围：1557.52~1557.20nm。
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（2）光接口分类
对于N×2.5Gbps的WDM系统的长途应用，国内规定了3种光接口：8×22dB、 3×33dB和5×30dB。其中，22 dB、33 dB和30 dB表示的是每个区段允许的损耗， 8、3和5表示的是整个系统的区段的数目。
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8/16波长WDM系统的频率系列
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 中心频率（THz） 192.1 192.2 192.3 192.4 192.5 192.6 192.7 192.8 192.9 193.0 193.1 193.2 波长（nm） 1560.61 1559.79 1558.98 1558.17 1557.36 1556.55 1555.75 1554.94 1554.13 1553.33 1552.52 1551.72
第3章 光网络的复用技术
第3章 光网络的复用技术
3.1 复用技术的发展及几种典型复用技术的比较
1. 什么是复用技术
“将多路数据组合成一路数据的过程。复用的目的是更好地共 享信道资源，适应信道传输。” 更确切的定义应该是：按照某种方式，将多路数据复合到一 个信道上或者一个介质链路上传输。目的是为了更有效地利用介 质的传输带宽，以降低单位数据的传输成本。
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（3）光监控信道（OSC）要求
表2.2 OSC的接口参数 监控波长 监控速率 信号码型 信号发送功率 光源类型 光谱特性 最小接收灵敏度 1510nm 2Mbit/s CMI 0~7dBm MLM LD 待研究 -48dBm
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（4）安全要求
ITU-T建议规定，单路或者合路信号的入纤最大光功率为+17dBm。在链路切 断情况下可能出现光浪涌现象，一旦出现光浪涌，瞬间功率可能会远大于这 个17dBm，造成器件损坏。
（155Mbps）、STM-4(622Mbps)和STM-16(2.5Gbps)等。无论PDH还是SDH，
所采用的复用技术均为TDM技术。 其他复用技术：码分复用、光时分复用等，技术最成熟，使用最为广泛的是波 分复用（WDM）技术。
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4. 几种典型复用技术
空分复用（SDM）
放大器的数量。但双向系统设计复杂。
单纤双向传输
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10. WDM系统的传输容量
在光纤通信系统中，通常将所能达到的最大传输速率B和最长传输距离L 的乘积BL，称为系统的传输容量。有时，也把一根光纤中多个信号的总速率 称为容量。 限制WDM系统传输容量的主要因素有 ：
(1)光纤损耗：采用EDFA补偿损耗的影响；
（1）光波长区的分配
①系统工作波长区 ITU-T的G.692规定，WDM系统的工作波长范围为1528.77~1560.61nm，对应的 工作频率为198.1~192.1THz。 ②绝对频率参考（AFR） 绝对频率参考是指WDM系统标称中心频率的绝对参考点。G.692规定，绝对频 率参考为193.1THz，对应的光波长为1552.52nm。绝对频率参考加上通路间隔的 倍数，就是每个信道的标称中心频率（中心波长）。
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5. 两波分复用系统
WDM技术最早出现在上个世纪80年代初，针对每根光纤上只能传输一个 波长，存在巨大的光纤资源浪费的情况，首先考虑的是最简单的方案：在光 纤的两个低损耗窗口（1310nm和1550nm），每个波段各自传送一路波长信 号，这就是最早的两波长波分复用系统。
1310/1550nm WDM系统结构图
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2. 为什么需要复用技术
如果不采用复用技术，而是直接用光纤来传输低速率信号的话，不但会造成资 源的极大浪费，而且会使数据的传输成本非常高。复用技术的目的就是为了充分 利用资源，降低通信成本。
3. 复用技术的发展
光纤通信系统的复用技术一开始采用的是脉冲编码调制(PCM)方式，先把模拟 信号变成数字信号，再利用TDM技术组成一次群至五次群等，传输速率分别是2M、 8M、34M、140M、560M，这种系统是PDH系统。SDH系列有STM-1
8×22dB系统结构图
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②3×33dB
每段允许损耗可达33dB，对应每区段长度为120km，总的传输距离可达 360km。主要是考虑到西北地区，特别是沙漠地区会出现超长中继距离的情况。
③5×30dB
整个系统由5段组成，每段传输距离大约为100km。这种光接口主要是作为补充。 在组网的时候，根据实际情况，每个区段的距离都可以灵活选用80km、100km、 或者120km，增加组网的灵活性。
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③通路间隔 指两个相邻的光信道之间的标称中心频率之差。通路间隔可以是均匀的， 也可以是非均匀的。 G.692建议中规定，WDM通路间隔是100GHz（约0.8nm）的整数倍，通 常采用的是200GHz（1.6nm）和100GHz（0.8nm）两种通路间隔。
④标称中心频率
标称中心频率是指WDM系统中每个信道对应的中心频率，或者中心波长。 G.692建议规定，标称中心频率是基于绝对频率参考为193.1THz、最小通路间 隔为100GHz的频率系列。
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3.2 波分复用（WDM）技术
1. 什么是波分复用
所谓的波分复用，就是在一根光纤上不只传输一个光载波，而是利用不同的 频段，同时传输多个不同波长的光载波。这些不同波长的光信号所承载的数字信 号可以是相同速率、相同数据格式，也可以是不同速率、不同的数据格式。因为
这些光载波波长不同，在传输频带内的位置就不一样，传输的时候各自独立传输，
13
14 15 16
193.3
193.4 193.5 193.6
1550.92
1550.12 1549.32 1548.51
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⑤中心频率偏移 简称频偏，是指系统中信道的实际中心频率与标称中心频率之间的偏差。 一般规定，对于8通路的WDM系统，考虑到以后向16波长WDM系统的升级， 规定最大中心频率偏移为±20GHz。
时分复用（TDM）
光时分复用（OTDM） 光码分复用（OCDM） (1)空分复用（SDM）
单纯依靠增加光纤对的方式，线性增加系统的传输容量，传输容量是随着 铺设光纤光缆的数量线性增加。这种扩容方式的优点是简单易行，扩容方案 很容易实现。
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(2)时分复用（TDM）
通过把时间划分成更小的时间间隔，把来自不同源头的数据比特承载在同
OTDM目前还是实验室中的研究课题，离应用于光网络还很远。OTDM可
以把单信道传输速率提高到TDM无法达到的高速率，这种复用方式会随着技术 的成熟，在网络中得到广泛应用。
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（4）光码分复用（OCDM）
OCDM是码分多址技术在光域内的应用，给每个用户分配一个唯一的光正交 码的码字作为该用户的地址码。在发送端，对要传输的数据的地址码进行光正交 编码，然后实现信道复用，在接收端，用与发送端相同的地址码进行光正交解码。
不会互相造成干扰。
2. WDM技术的实质
WDM波分复用在实质上是频分复用技术。在光信号的频段内，信号频率都高 达几百THz，用频率表示信道非常不便，以波长表示更适合。
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WDM系统的频谱分布图
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※ WDM、DWDM和CWDM的区别。
3. WDM技术原理
把低损耗窗口（1550nm窗口）划分成若干个通路，把光波作为信号的载波， 在发送端采用波分复用器（合波器）将不同波长光信号合并起来送入一根光纤 传输，在接收端，再由另一个波分复用器（分波器）把这些不同波长分开。 传输Biblioteka Baidu程中，各个波长彼此之间是相互独立的。所以，一方面不同的波长可 以在同一根光纤中传输，另一方面不同的方向可以传输不同波长，用一根光纤
一条链路上，提高传输链路的容量。 优点：技术成熟，可以实现无缝升级。 缺点：第一，通过时分复用方式来扩容，会影响到正在传输的服务；第二， 速率的升级缺乏灵活性。 对于高速率系统的时分复用，目前实验室中最高传输速率可以达到 40Gbps，这个速率已经接近电子器件的速率极限。
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就可实现双向传输。
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WDM系统原理示意图
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4. WDM技术的优点
(1)超大容量传输
(2)节约光纤资源
(3)能够实现平滑升级 (4)充分利用了成熟的TDM技术 (5)利用EDFA实现超长距离传输 (6)对光纤色散无过高要求 (7)支持网络向全光网的发展趋势
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7. WDM系统实例-济南－青岛的WDM波分复用系统
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8. WDM系统的分类
（1）集成式WDM系统
集成式WDM系统指的是接入的SDH终端都具有符合G.692标准的光接口， 这种SDH接口称为彩色接口，也称彩光口。
集成式WDM系统
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9. WDM系统的构成
（1）双纤单向：
单向WDM是指一根光纤只完成一个方向光信号的传输，反方向的光信
号由另一光纤完成。
双纤单向传输
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（2）单纤双向
一根光纤上实现不同方向的传输，两方向所用波长相互分开，允许单根光纤携
带全双工通路。与双纤单向WDM相比，单纤双向WDM系统可以减少光纤和线路
（3）系统的传输容量为：BT×LT=(B×n) ×(L×n)
若B=2.5Gbps，n=16，L=80km，k=8，则系统总传输容量为： 2.5Gbps×16×80km×8=25.6（Tbps· km）
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11. WDM系统的技术规范
以下介绍的WDM系统的规范，指参考ITU-T的G.692规范所制定的n×2.5Gbps系 统的国内标准。并且，只考虑点到点的WDM技术，不考虑组网。