光纖通信系統波分復用系統波分復用系統及技術概念發展概況主要特點WDM系統的技術規范WDM系統的基本類型及其應用波分復用的相關技術什么是波分復用技術？WDM:(WavelengthDvisionMultiplexing)

簡單地說，不同的信號匯集在一起傳輸而互不干擾稱為復用?！安ǚ謴陀眉夹g”指的是將不同波長的光信號匯集在一根光纖中發射傳輸，在接收端將它們分開。WDM技術的發展概況兩波長WDM(1310/1550nm)80年代在AT&T網中使用90年代中期，發展緩慢從155M－622M－－10GTDM技術的相對簡單性和波分復用器件的發展還沒有完全成熟。1995年開始，高速發展

(1)光纖色散和偏振模色散限制了10Gb/s的傳輸。

(2)TDM10Gb/s面臨著電子元器件響應時間的挑戰。

(3)光電器件的迅速發展。

我國光通信的先行者武漢郵電科學研究院研制的波分復用技術，為光網絡傳輸提供了實現“高速信息公路”的可能。

1997年，武漢郵電科學研究院承擔了具有國際領先水平的波分復用光網絡技術的研究與開發。

1999年，國產首條密集波分復用系統工程在山東投入實際運行，表明我國光通信產業在該領域中已取得了重大的突破，并一躍成為世界上少數能夠開發、生產這一設備的國家之一。目前，我國已能夠自行提供從集成式，半開放式到全開放式整個系列的密集波分復用系統。該系統將覆蓋國家干線網，本地網、教育網。主要特點充分利用了光纖的巨大帶寬節約了大量的光纖降低了器件的超高速要求通道對傳輸信號完全透明可擴展性好0,1，…n(1)光纖色散和偏振模色散限制了10Gb/s的傳輸。（a）現實的需要性，以／s系統為例，16波分單向就可達到40Gb／s的傳輸速率，這足以滿足未來幾年的業務需求；0,1，…nWDM系統須利用長波長光源器件，它不僅要求激光管的發射波長高度穩定，保證器件與波導之間實現最佳耦合，插入損耗小，同時要求能把多路激光管和必要的附屬電路集成在同一芯片上，使得多路光載波信號能夠在一根光纖中加以傳輸。集成式波分復用系統：就是SDH終端具有滿足的光接口；波長路由器是波長選路網絡(WavelengthRoutingNetwork)中的關鍵部件，其功能可由下圖說明由于各信號是通過不同光波長攜帶的，因而彼此之間不會混淆。從當前應用上看，WDM系統只用于／s以上的高速率系統。在輸入端口1上的波長中，如果和由輸出端口1輸出，則和由輸出端口2輸出；一種三端口光分波/合波裝置1310nm/1550nm窗口的波分復用:DWDM系統中，信道間距小，各個光通道的波長穩定性極為重要。波分復用器和解復用器主要用在:波長路由器是波長選路網絡(WavelengthRoutingNetwork)中的關鍵部件，其功能可由下圖說明WDM系統的技術規范

為了引進產品和國內自行開發的產品具有統一性，制定我國的標準十分必要。

（a）現實的需要性，以／s系統為例，16波分單向就可達到40Gb／s的傳輸速率，這足以滿足未來幾年的業務需求；（b）技術的可行性。當前波分復用器件和激光器元件的技術都滿足16個波長以上的復用。波長變換器（OUT）1310nm/1550nm窗口的波分復用:波長路由器是波長選路網絡(WavelengthRoutingNetwork)中的關鍵部件，其功能可由下圖說明WDM系統須利用長波長光源器件，它不僅要求激光管的發射波長高度穩定，保證器件與波導之間實現最佳耦合，插入損耗小，同時要求能把多路激光管和必要的附屬電路集成在同一芯片上，使得多路光載波信號能夠在一根光纖中加以傳輸。在接收端通過光解復用器將不同波長的信號分開，完成多路光信號傳輸的任務。在輸入端口1上的波長中，如果和由輸出端口1輸出，則和由輸出端口2輸出；波長路由器是波長選路網絡(WavelengthRoutingNetwork)中的關鍵部件，其功能可由下圖說明0,1，…n0,1，…n從155M－622M－－10GTDM技術的相對簡單性和波分復用器件的發展還沒有完全成熟。透過率高，帶寬窄，中心波長溫度系數可小于3pm/°C。?波長路由器波分復用器和解復用器主要用在:可以接納過去的老SDH系統，并實現不同廠家互聯，但OTU的引入可能對系統性能帶來一定的負面影響?；贏WG的靜態波長路由器

從當前應用上看，WDM系統只用于／s以上的高速率系統。因而在制定規范的過程中，我們主要考慮了基于／sSDH的干線網WDM系統的應用，承載信號為SDHSTM-16系統，即2.5Gb/s×N的WDM系統。對于承載信號為其他格式(例如IP)的系統和其它速率（例如10Gb/s×N）暫不作要求。工作波長區的選擇

對于常規光纖，給出了以為標準頻率、間隔為100GHz的41個標準波長～196.1THz)，即1530～1561nm。（通道數量，中心波長，波長間隔，中心頻率偏移等）

WDM系統除了對各個通路的信號波長有明確的規定外，對中心頻率偏移也有嚴格規定。通路中心頻率偏移定義為通路實際的中心頻率與通路中心頻率標稱值的差值。對通路間隔選擇100GHz的系統，到壽命終了時的頻率偏移應不大于±20GHz。1310nm/1550nm窗口的波分復用:

仍用于接入網，很少用于長距離傳輸1550nm窗口的密集波分復用(DWDM):

廣泛用于長距離傳輸1550nm窗口的稀疏波分復用(CWDM):

用于城域網DWDMDenseWavelengthDivisionMultiplexerITU-TG692信道間隔：nm量級

Dl Df 1.6nm 200GHz 0.8nm 100GHz 0.4nm 50GHzCWDMCoarseWavelengthDivisionMultiplexer稀疏波分復用、粗波分復用信道間隔：20nm常用的波長為1470nm、1490nm、1510nm、1530nm、1550nm、1590nm以及1610nm。正在考慮1290nm、1310nm、1330nm、1350nm、1380nm、1400nm、1420nm、1440nmWDM系統的基本類型及其應用雙纖單向傳輸單向WDM傳輸是指所有光通路同時在一根光纖上沿同一方向傳送。由于各信號是通過不同光波長攜帶的，因而彼此之間不會混淆。在接收端通過光解復用器將不同波長的信號分開，完成多路光信號傳輸的任務。反方向通過另一根光纖傳輸的原理與此相同。

圖7.7雙纖單向WDM傳輸單纖雙向傳輸

光通路在一根光纖上同時向兩個不同的方向傳輸。如圖7.8所示，所用波長相互分開，以實現雙向全雙工的通信。圖7.8單纖雙向WDM傳輸集成式波分復用系統：就是SDH終端具有滿足的光接口；標準的光波長、滿足長距離的光源。整個系統構造比較簡單，但是不能直接接納過去老SDH系統和不同廠家的系統。開放式波分復用系統：就是波分復用器前端加入波長轉移單元OTU，將當前SDH的接口波長轉換為的標準波長光接口。可以接納過去的老SDH系統，并實現不同廠家互聯，但OTU的引入可能對系統性能帶來一定的負面影響。

雙向WDM系統在設計和應用時必須要考慮幾個關鍵的系統因素：

如為了抑制多通道干擾(MPI)，必須注意到光反射的影響、雙向通路之間的隔離、串擾的類型和數值、兩個方向傳輸的功率電平值和相互間的依賴性、光監控信道(OSC)傳輸和自動功率關斷等問題，同時要使用雙向光纖放大器。但與單向WDM系統相比，雙向WDM系統可以減少使用光纖和線路放大器的數量。另外，通過在中間設置光分插復用器(OADM)或光交叉連接器(OXC)，可使各波長光信號進行合流與分流，實現波長的上下路(Add/Drop)和路由分配，這樣就可以根據光纖通信線路和光網的業務量分布情況，合理地安排插入或分出信號。波長變換器（OUT）光分插復用設備(OADM）光放大設備(EDFA)光交叉互連設備(OXC)DWDM的線路光速率可從10Gbit/s、20Gbit/s、40Gbit/s、80Gbit/s、320Gbit/s直至1600Gbit/s。半開放式波分復用系統波長轉移單元OTU(OpticalTransitionUnit)：將SDH終端送來的光信號，經過光—電—光轉移，送出特定波長信號送入合波器(OMU)。SDH(SynchronousDigitalHierarchy)

同步數字系列波分復用的相關技術

1．光源技術

WDM系統須利用長波長光源器件，它不僅要求激光管的發射波長高度穩定，保證器件與波導之間實現最佳耦合，插入損耗小，同時要求能把多路激光管和必要的附屬電路集成在同一芯片上，使得多路光載波信號能夠在一根光纖中加以傳輸。

密集波分復用中的光源技術

DWDM系統中，信道間距小，各個光通道的波長穩定性極為重要。規定了DWDM系統中每通道允許的波長最大偏移量小于1/5通道間隔。DWDM系統中使用的主要為DFB激光器，激光器管芯的溫度變化會引起材料折射率及腔長的變化，引起激光器的波長變化；激光器的老化同樣會引起激光器的波長漂移，有必要采用外部波長基準鎖定激光器的波長。激光器波長的穩定技術就分基于溫度反饋的波長控制技術和基于波長反饋的波長控制技術。

2．光纖技術

光纖通信中的非線性特性是影響WDM系統傳輸性能的關鍵因素。目前光纖既解決了光纖的線性色散受限問題，又解決了光纖的非線性問題，對于運行1OGbit／s或更高速率系統比較容易，是WDM系統使用的主要光纖。

3．光纖放大器技術4．光分波合波技術2.波分復用器件功能:功能原理及其分類技術指標為提升系統容量,實現在一根光纖中傳輸多個波長信號。合波分波波分復用器MUX波分解復用器DEMUX

在這一部分我們將介紹各種各樣的波長選擇技術，即光濾波技術。光濾波器在WDM系統中是一種重要元器件，與波分復用有著密切關系，常常用來構成各種各樣的波分復用器和解復用器。波分復用器和解復用器主要用在:

?WDM終端

?波長路由器

?波長分插復用器(WavelengthAdd/DropMultiplexer,WADM)波分復用器件在WDM終端的應用波分復用器l1l2l3l4l1,l2,l3,l4

波長路由器是波長選路網絡(WavelengthRoutingNetwork)中的關鍵部件，其功能可由下圖說明l1,l2,l3,l4l1,l2,l3,l411112222l1,l2,l3,l42112l1,l2,l3,l41221波長路由器波分復用器件在波長路由器中應用如果用來標記第i輸入鏈路上的波長λj,則路由器的輸入端口1上的波長記為、、、,輸入端口2上的波長記為、、、。在輸入端口1上的波長中，如果和由輸出端口1輸出，則和由輸出端口2輸出；在輸入端口2上的波長中，如果和由輸出端口2輸出，則和由輸出端口1輸出，這樣，我們就稱路由器交換了波長λ1和λ4。在本例中，波長路由器只有兩個輸入端口和兩個輸出端口，每一路上只有4個波長，但是在一般情況下，輸入和輸出的端口數是N(≥2)，并且每一端口的波長數是W(≥2)它有兩個輸入端口和兩個輸出端口，每路輸入都載有一組λ1,λ2,λ3和λ4WDM信號。

如果一個波長路由器的路由方式不隨時間變化，就稱為靜態路由器；路由方式隨時間變化，則稱之為動態路由器。靜態路由器可以用波分復用器來構成，如下圖所示。

波長分插復用器可以看成是波長路由器的簡化形式，它只有一個輸入端口和一個輸出端口，再加上一個用于分插波長的本地端口。

OADMl1,l2,l3,l4l1,l2,l3,l42原理及其分類波分復用器件是利用了一些特殊材料的光學特性，及色散、偏振、干涉等物理現象實現分波及其合波的功能。主要有光柵型、干涉濾波片型、陣列光波導型和熔錐型四種基本形式。1.色散型（光柵型）閃耀光柵光柵是指具有周期性透射或反射結構的器件。不同頻率的光照射光柵時，由于衍射效應，透射或反射光將以不同的空間角度傳播，就可將不同頻率的光在空間進行合波或分波。

閃耀光柵剖面圖lnBOE1l1

lnL1L2l1F1┋透射式二元光學波分復用器件光纖布拉格光柵＋環形器2.干涉濾波片型采用干涉濾波片來實現不同波長的光的分離，實現分/合波功能。由于采用了微等離子體鍍膜技術，介質膜窄帶濾光片的光學性能有了很大改善，工藝也較為成熟。透過率高，帶寬窄，中心波長溫度系數可小于3pm/°C。同時，DWDM系統市場的日益增長也使多腔介質膜窄帶濾光片的批量成本降低。干涉濾波片

0,

1，…

n

1，…

n

0n1L1n2L2薄膜諧振多腔濾波器(ThinFilmResonantMulticavityFilter)由反射介質薄膜隔開的兩個或多個腔構成。圖7.21單腔、雙腔、三腔介質薄膜濾波器的傳輸譜

改成多腔后與單腔相比，通帶頂部更加平坦，邊緣更為尖銳，如圖所示。介質薄膜型波分復用器件信道1信道2信道8LensLensLensLensLens信道7窄帶濾波器

1,…

8

1

2

8

7公共端-450介質膜波分復用器件各信道上光傳輸特性波長(nm)功率規定了DWDM系統中每通道允許的波長最大偏移量小于1/5通道間隔。CoarseWavelengthDivisionMultiplexerWDM系統須利用長波長光源器件，它不僅要求激光管的發射波長高度穩定，保證器件與波導之間實現最佳耦合，插入損耗小，同時要求能把多路激光管和必要的附屬電路集成在同一芯片上，使得多路光載波信號能夠在一根光纖中加以傳輸。集成式波分復用系統：就是SDH終端具有滿足的光接口；透過率高，帶寬窄，中心波長溫度系數可小于3pm/°C。90年代中期，發展緩慢在這一部分我們將介紹各種各樣的波長選擇技術，即光濾波技術。對于常規光纖，給出了以為標準頻率、間隔為100GHz的41個標準波長～196.主要有光柵型、干涉濾波片型、陣列光波導型和熔錐型四種基本形式。為了引進產品和國內自行開發的產品具有統一性，制定我國的標準十分必要。光通路在一根光纖上同時向兩個不同的方向傳輸。功率轉移的大小與輸入的兩光波長和光纖的纖芯間距以及相互作用長度有關。介質膜波分復用器件各信道上光傳輸特性通路中心頻率偏移定義為通路實際的中心頻率與通路中心頻率標稱值的差值。1999年，國產首條密集波分復用系統工程在山東投入實際運行，表明我國光通信產業在該領域中已取得了重大的突破，并一躍成為世界上少數能夠開發、生產這一設備的國家之一。3.陣列光波導型(AWG)ArrayedWaveguideGratingAWGl1l2l3l4l1l2l3l4AWGl1l2l3l4l1l2l3l4AWG可用作n×1波分復用器和1×n波分解復用器基于AWG的靜態波長路由器AWG光放大設備(EDFA)波長分插復用器可以看成是波長路由器的簡化形式，它只有一個輸入端口和一個輸出端口，再加上一個用于分插波長的本地端口。透過率高，帶寬窄，中心波長溫度系數可小于3pm/°C。仍用于接入網，很少用于長距離傳輸從155M－622M－－10GTDM技術的相對簡單性和波分復用器件的發展還沒有完全成熟。DWDM的線路光速率可從10Gbit/s、20Gbit/s、40Gbit/s、80Gbit/s、320Gbit/s直至1600Gbit/s。標準的光波長、滿足長距離的光源。光纖通信中的非線性特性是影響WDM系統傳輸性能的關鍵