第七章光波分復用系統第1頁，課件共60頁，創作于2023年2月第七章光波分復用系統7.1光波分復用的基本概念7.2WDM系統的基本結構與工作原理7.3光波分復用系統的關鍵技術7.4WDM系統的特點7.5光時分復用系統2第2頁，課件共60頁，創作于2023年2月7.1光波分復用的基本概念

回憶：復用的主要技術光通信中TDM的優缺點

WDM的引入3第3頁，課件共60頁，創作于2023年2月7.1.1光波分復用的基本概念

光波分復用（WDM，WavelengthDivisionMultiplexing）技術是在一根光纖上能同時傳送多波長光信號的一項技術。它是在發送端將不同波長的光信號組合起來（復用），并耦合到光纜線路上的同一根光纖中進行傳輸，在接收端又將組合波長的光信號分開（解復用）并作進一步處理，恢復出原信號送入不同的終端。因此，此項技術稱為光波長分割復用，簡稱光波分復用（WDM）技術。4第4頁，課件共60頁，創作于2023年2月圖7-1單模光纖的帶寬資源5第5頁，課件共60頁，創作于2023年2月續圖7-1單模光纖的帶寬資源由圖7-1可見，1310nm波長段和1550nm波長段一共約有200nm低損耗區可用，這相當于30000GHz的頻帶寬度。但在目前的實際光纖通信系統中由于光纖色散和調制速率的限制，單信道TDM系統的通信速率被限制在10Gbit/s或以下，所以單模光纖尚有絕大部分的帶寬資源有待開發。6第6頁，課件共60頁，創作于2023年2月WDM與DWDM

由于目前一些光器件和相關技術還不十分成熟，因此要實現光信道十分密集的復用（稱為光頻分復用）還較為困難。在這種情況下，把在光纖同一低損耗窗口中信道間隔較小的波分復用稱為密集波分復用（DWDM，DenseWavelengthDivisionMultiplexing）。WDM技術對通信網絡的擴容升級、發展各種寬帶業務以及充分發掘光纖帶寬潛力具有十分重要的意義。7第7頁，課件共60頁，創作于2023年2月7.1.2WDM系統的基本形式

雙纖單向傳輸單纖雙向傳輸光分路插入傳輸8第8頁，課件共60頁，創作于2023年2月圖7-2雙纖單向傳輸示意圖9第9頁，課件共60頁，創作于2023年2月圖7-3單纖雙向傳輸示意圖

10第10頁，課件共60頁，創作于2023年2月光發射機光分插復用器OADM光分插復用器OADM光接收機光接收機光發射機光纖光纖光纖圖7-4光分路插入傳輸11第11頁，課件共60頁，創作于2023年2月第七章光波分復用系統7.1光波分復用的基本概念7.2WDM系統的基本結構與工作原理7.3光波分復用系統的關鍵技術7.4WDM系統的特點7.5光時分復用系統12第12頁，課件共60頁，創作于2023年2月7.2.1WDM系統的基本結構

WDM系統主要由以下五個部分組成：光發送機、光中繼放大、光接收機、光監控信道和網絡管理系統。WDM系統總體結構示意圖如圖7-5所示。13第13頁，課件共60頁，創作于2023年2月光合波器光轉發器11光轉發器2nBA光監控信道發送器光發送機λ1λn光纖光接收機λs光分波器光接收1lnPA光接收2λ1λn光纖光監控信道接收器λsLA光監控信道接收/發送器λsλs光中繼放大網絡管理系統圖7-5WDM系統總體結構示意圖（單向）14第14頁，課件共60頁，創作于2023年2月7.2.2WDM系統的分類方法

根據WDM線路系統中是否設置有EDFA，可以將WDM線路系統分為有線路光放大器WDM系統和無線路光放大器WDM系統。EDFA:摻鉺光纖放大器15第15頁，課件共60頁，創作于2023年2月圖7-6有線路光放大器WDM系統的參考配置

*圖中給出的各參考點釋義見表7-116第16頁，課件共60頁，創作于2023年2月有線路光放大器WDM系統的分類與應用代碼

應用代碼一般采用以下方式構成：nWx-y·z，其中n是最大波長數目W代表傳輸區段（W＝L，V或U分別代表長距離、很長距離和超長距離）x表示所允許的最大區段數（x＞1）y是該波長信號的最大比特率（y＝4或16分別代表STM-4或STM-16）z代表光纖類型（z＝2，3，5分別代表G.652，G.653或G.655光纖）17第17頁，課件共60頁，創作于2023年2月表7-2有線路放大器WDM系統的應用代碼應用長距離區段（每個區段的目標距離為80km）很長距離區段（每個區段的目標距離為120km）區段數58354波長4L5-y·z4L8-y·z4V3-y·z4V5-y·z8波長8L5-y·z4L8-y·z8V3-y·z8V5-y·z16波長16L5-y·z16L8-y·z16V3-y·z16V5-y·z18第18頁，課件共60頁，創作于2023年2月圖7-7無線路光放大器WDM系統的參考配置*圖中給出的各參考點釋義見表7-319第19頁，課件共60頁，創作于2023年2月7.2.3光波長區的分配目前在SiO2光纖上，光信號的傳輸都在光纖的兩個低損耗區段，即1310nm和1550nm。但由于目前常用的EDFA的工作波長范圍為1530～1565nm。因此，光波分復用系統的工作波長主要為1530～1565nm。在這有限的波長區內如何有效地進行通路分配，關系到提高帶寬資源的利用率及減少相鄰通路間的非線性影響等。20第20頁，課件共60頁，創作于2023年2月標稱中心頻率和最小通路間隔為了保證不同WDM系統之間的橫向兼容性，必須對各個通路的中心頻率進行規范。所謂標稱中心頻率是指光波分復用系統中每個通路對應的中心波長。目前國際上規定的通路頻率是基于參考頻率為193.1THz，最小間隔為100GHz的頻率間隔系列。21第21頁，課件共60頁，創作于2023年2月通路分配表

16通路WDM系統的16個光通路的中心波長應滿足表7-4的要求，8通路的WDM系統的8個光通路的中心波長應選擇表中標有*的波長。22第22頁，課件共60頁，創作于2023年2月表7-416通路和8通路WDM系統中心頻率序號標稱中心頻率（THz）標稱中心波長（nm）1192.101560.61*2192.201559.793192.301558.98*4192.401558.175192.501557.36*6192.601556.557192.701555.75*8192.801554.949192.901554.13*10193.001553.3311193.101552.52*12193.201551.7213193.301550.9214193.401550.12*15193.501549.3216193.601548.51*23第23頁，課件共60頁，創作于2023年2月更多波長的考慮隨著各種新業務對WDM系統容量的更高要求，32波乃至更多波長數的WDM系統已經成熟，其頻率間隔已經縮小到50GHz。32通路或更高容量的DWDM系統的波長分配可參見ITU-T和國標相關標準。為了滿足未來通信業務的需要，已經提出間隔低至12.5GHz的系統方案，如此密集的信道間隔對于光源波長的穩定度、精確度和復用/解復用器的性能指標提出了更高的要求24第24頁，課件共60頁，創作于2023年2月中心頻率偏差中心頻率偏差定義為標稱中心頻率與實際中心頻率之差。對于16通路WDM系統，通道間隔為100GHz（約0.8nm），最大中心頻率偏移為±20GHz（約為0.16nm）；對于8通路WDM系統，通道間隔為200GHz（約為1.6nm）。為了未來向16通道系統升級，也規定對應的最大中心頻率偏差為±20GHz。25第25頁，課件共60頁，創作于2023年2月第七章光波分復用系統7.1光波分復用的基本概念7.2WDM系統的基本結構與工作原理7.3光波分復用系統的關鍵技術7.4WDM系統的特點7.5光時分復用系統26第26頁，課件共60頁，創作于2023年2月7.3光波分復用系統的關鍵技術

WDM系統的應用對增加通信容量、信息網絡的建設有重大意義。但是目前還存在一些技術問題。例如對于激光器的波長及其穩定性要求較高；光纖的非線性對光放大器的輸出功率有很大的限制；“四波混頻”效應會造成信道間的串擾；光纖的色散效應限制了信道速率的提高；如何監測線路光放大器等問題。27第27頁，課件共60頁，創作于2023年2月7.3.1WDM系統的幾個技術問題光源的波長準確度和穩定度問題光信道的串擾問題光纖色散對傳輸的影響問題光纖的非線性效應問題

EDFA的動態可調整增益與鎖定問題

EDFA的增益平坦問題

EDFA的光浪涌問題

EDFA級聯使用時的噪聲積累問題28第28頁，課件共60頁，創作于2023年2月1.光源的波長準確度和穩定度問題在WDM系統中，必須對光源的波長進行精確的設定和控制，否則波長的漂移必然會造成系統無法穩定、可靠地工作。所以要求在WDM系統中要有配套的波長監測與穩定技術。目前采用的主要方法有溫度反饋控制法和波長反饋控制法來達到控制與穩定波長的目的。29第29頁，課件共60頁，創作于2023年2月光信道的串擾問題

光信道的串擾是影響接收機的靈敏度的重要因素。信道間的串擾大小主要取決于光纖的非線性和解復用器的濾波特性。在信道間隔為1.6nm或0.8nm的情況下，目前使用的光解復用器在系統中可以保證光信道間的隔離度大于25dB，可以滿足WDM系統的要求，但對更高速率的系統尚待研究。30第30頁，課件共60頁，創作于2023年2月光纖色散對傳輸的影響問題

在系統中采用了EDFA后，衰減問題得到了解決，傳輸距離大大增加，但是色散也隨之增加，系統的無中繼傳輸距離由原來的受衰減限制變為了受色散限制。因此對于高速光纖通信而言，光纖的色散效應成為一個主要的限制因素必須解決，否則無法實現長距離通信。31第31頁，課件共60頁，創作于2023年2月光纖的非線性效應問題

對于常規的單信道光纖通信系統來說，入纖光功率較小，光纖呈線性狀態傳輸，各種非線性效應對系統的影響較小，甚至可以忽略。但在WDM系統中，隨著EDFA等放大器的使用，入纖的光功率顯著增大，光纖在一定條件下將呈現非線性特性，會對系統的性能，包括信道間串擾和接收機靈敏度等產生影響。32第32頁，課件共60頁，創作于2023年2月EDFA的動態可調整增益與鎖定問題

在WDM系統中，各光信道之間的信號傳輸功率有可能發生起伏變化，這就要求EDFA能夠根據信號的變化，實時地動態調整自身的工作狀態，從而減少信號波動的影響，保證整個信道的穩定。在WDM系統中，如果有一個或幾個信道的輸入光功率發生變化甚至輸入中斷時，剩下的信道增益即輸出功率會產生躍變，甚至會引起線路阻塞。所以EDFA必須具有增益鎖定功能來避免某些信道完全斷路時對其他信道的影響。33第33頁，課件共60頁，創作于2023年2月EDFA的增益平坦問題

WDM系統中，因各信道的波長不同而有增益偏差，經過多級放大后，增益偏差積累使各信道信號特性惡化，最終造成整個系統不能正常工作。因此，要使各信道上的增益偏差處在允許范圍內，放大器的增益必須平坦。34第34頁，課件共60頁，創作于2023年2月EDFA的光浪涌問題

EDFA的采用可使輸入光功率迅速增大，但由于EDFA的動態增益變化較慢，在輸入信號跳變的瞬間將產生浪涌即輸出光功率出現“尖峰”。峰值光功率可達數瓦，有可能造成光/電變換器和光連接器的損壞。35第35頁，課件共60頁，創作于2023年2月EDFA級聯使用時的噪聲積累問題

信號經過EDFA傳輸后，信噪比會產生劣化，且信噪比的劣化與級聯的EDFA的數量和放大器之間的光纖段跨距有關，跨距越大，信噪比劣化越嚴重。所以，放大器之間的光纖段跨距一般控制在80～120km之內，以保證信號傳輸性能對信噪比的要求。36第36頁，課件共60頁，創作于2023年2月7.3.2光源技術對WDM系統采用的光源技術主要有：波長可調諧激光器波長可調諧濾波器高精度光源外調制技術37第37頁，課件共60頁，創作于2023年2月7.3.4光波分復用/解復用器與光濾波器技術

光波分復用/解復用器（WDM/DWDM）是波分復用系統的關鍵器件。其功能是將多個波長不同的光信號復合后送入同一根光纖中傳送（波分復用器）或將在一根光纖中傳送的多個不同波長的光信號分解后送入不同的接收機（解復用器）。

波分復用器和解復用器也分別被稱為合波器和分波器，是一種與波長有關的光纖耦合器。光波分復用器/解復用器性能的優劣對于WDM系統的傳輸質量有決定性的影響。38第38頁，課件共60頁，創作于2023年2月WDM/DWDM器的結構原理根據制造的特點，WDM器件大致有熔錐光纖型、干涉濾波器型和光柵型等幾種類型。熔錐光纖型WDM/DWDM干涉濾波器型WDM/DWDM光柵型WDM/DWDM集成光波導型WDM/DWDM

39第39頁，課件共60頁，創作于2023年2月薄膜濾波器自聚焦透鏡自聚焦透鏡1×N分路器干涉濾波器型DWDM器件原理40第40頁，課件共60頁，創作于2023年2月準直透鏡光柵光纖光纖光柵自聚焦透鏡(a)用傳統透鏡作準直器件(b)用自聚焦透鏡作準直器件光柵型DWDM器件原理41第41頁，課件共60頁，創作于2023年2月平面陣列波導光柵型波分復用器42第42頁，課件共60頁，創作于2023年2月WDM/DWDM器件性能

插入損耗隔離度回波損耗工作波長范圍通路帶寬43第43頁，課件共60頁，創作于2023年2月7.3.5光轉發器（OTU）技術1.OTU的基本結構WDM系統在發送端采用OTU，主要作用是把非標準的波長轉化為ITU-T所規定的標準波長，以滿足系統的波長兼容性。可以根據是否具有OTU將WDM系統分為集成式和開放式兩種。

44第44頁，課件共60頁，創作于2023年2月G.692S1SDH波分復用器OAOA波分解復用器S2SNR1R2RNSDHSDHSDHSDHSDH集成式WDM系統示意圖45第45頁，課件共60頁，創作于2023年2月G.957波分復用器波分解復用器S1SDHOTUOAOAS2SDHOTUSNSDHOTUR1SDHOTUG.957R2SDHOTURNSDHOTU開放式WDM系統示意圖接收端的OTU是可選項46第46頁，課件共60頁，創作于2023年2月圖7-17基于XGM原理OTU示意圖47第47頁，課件共60頁，創作于2023年2月7.3.6光纖傳輸技術

WDM系統中的光纖傳輸技術與一般的光纖通信系統相比，由于存在傳輸速率高和信道數量多等特點，因此存在著一些特殊的要求，包括光纖選型、色散補償技術和色散均衡技術等。48第48頁，課件共60頁，創作于2023年2月1.光纖選型

從系統成本角度考慮，尤其是對原有采用G.652光纖的系統升級擴容而言，在G.652光纖線路上增加色散補償元件以控制整個光纖鏈路的總色散值也是一種可行的辦法。從長遠來看，未來WDM系統中可能會利用整個O、S、C和L波長段，因此色散平坦光纖G.656光纖可能會得到較大的應用。49第49頁，課件共60頁，創作于2023年2月2.色散補償技術

隨著現代通信網對傳輸容量要求的急劇提高，原有光纖線路中大量使用的G.652光纖已不能適應，采用波分復用和色散補償技術在現有光纖系統上直接升級高速率傳輸系統是目前較為適宜的技術方法。關于WDM的一些技術問題已在本章中闡述，色散補償問題將在第11章中詳細介紹。50第50頁，課件共60頁，創作于2023年2月3.色散均衡技術

在原有采用G.652光纖的系統中，采用色散補償技術只能實現整個鏈路或者其中部分數字段的總色散為零，但是由于色散補償元件是分段式的使用的，這就可能造成光纖鏈路的色散值呈現起伏波動的情況，這也不利于WDM系統。因此需要引入色散均衡技術，在保證整個鏈路色散最小的同時，中間任意數字段的色散起伏都不會很大。51第51頁，課件共60頁，創作于2023年2月7.3.7WDM系統的監控技術

WDM系統中通常采用的是單獨使用一個波長傳送監控信號*，在WDM系統中該波長也被稱為光監控信道（OSC，OpticalSupervisoryChannel）。*思考：為什么需要獨立的波長傳送監控信號？52第52頁，課件共60頁，創作于2023年2月OSC實現技術

帶外監控技術對于使用EDFA作為線路放大器的WDM系統，需要一個額外的光監控信道。ITU-T建議采用一個特定波長作為光監控信道，傳送監測管理信息。此波長位于業務信息傳輸帶寬之外時可選用1510±10nm，速率為2048kb/s。

帶內監控技術選用位于EDFA增益帶寬內的波長1532±4.0nm作為監控信道波長。此時監控系統的速率可取為155Mbit/s。

53第53頁，課件共60頁，創作