光纤通信设计.doc

基于波分复用的光纤数字语音通信系统的设计电科1082班 吴仕洪 200811911227摘要：本文详细介绍了波分复用的光纤数字语音通信系统的工作原理，分析了其特点和传输通信的关键技术，对其发展方向和发展展开了展望 。关键词：波分复用 原理 特点 前景1 引 言 目前所使用的光纤通信系统都是把电信号调制到某一个波长的光载波上，然后在光纤中传输，在接收端把电信号解调出来 。这种光纤中只传输单一波长信号的通信方式，虽然一根光纤可以同时传送几千路数字电话信号，甚至可以传送3万路电话，但是这种方式并不能充分利用光纤传输信息的容量 。采用波分复用技术，在一根光纤中同时传送多个波长的光信号，这样在不增加光纤数目的情况下，把传输的信息容量增加几倍甚至上百倍。在一根光纤中，传送多个不同波长光信号的技术，叫做波分复用技术（Wavelength Division Multiplexing，简称WDM） 1 。我们可以利用波分复用技术实现光纤数字语音通信。2 波分复用的光纤数字语音通信系统的工作原理 波分复用光纤通信系统主要由光发送机、光纤、光接收机、光放大器和波分复用器件组成。在模拟载波通信系统中，通常采用频分复用方法提高系统的传输容量，充分利用电缆的带宽资源，即在同一根电缆中同时传输若干个信道的信号，接收端根据各载波频率的不同，利用带通滤波器就可滤出每一个信道的信号。同样，在光纤通信系统中也可以采用光的频分复用的方法来提高系统的传输容量，在接收端采用解复用器将各数字语音信号光载波分开 。由于在光的频域上信号频率差别比较大，一般采用波长来定义频率上的差别，该复用方法称为波分复用 2 。WDM技术就是为了充分利用单模光纤低损耗区带来的巨大带宽资源，根据每一数字语音信道光波的频率（或波长）不同可以将光纤的低损耗窗口划分成若干个信道，把光波作为信号的载波，在发送端采用波分复用器（合波器）将不同规定波长的数字语音信号光载波合并起来送入一根光纤进行传输。在接收端，再由一波分复用器（分波器）将这些不同波长承载不同语音信号的光载波分开的复用方式。由于不同波长的光载波信号可以看作互相独立（不考虑光纤非线性时），从而在一根光纤中可实现多路语音信号的复用传输。将两个方向的信号分别安排在不同波长传输即可实现双向传输。根据波分复用器的不同，可以复用的波长数也不同，从2个至几十个不等，一般商用化是8波长和16波长系统，这取决于所允许的光载波波长的间隔大小，图1给出了其系统的组成 。图 1 波分复用光纤通信系统组成 单向WDM传输是指所有波长信道同时在一根光纤上沿同一方向传输，如图1所示，在发送端将载有各种信息的、具有不同载波波长的已调的语音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。由于各种信号时通过不同波长的光载波携带的，因而彼此之间不会混淆，在接收端通过光解复用器将不同波长的语音信号分开，完成多路语音信号传输的任务。3 波分复用光纤通信的关键技术 3 频率稳定的可调谐激光器 可调谐激光器是实现波分复用最重要的器件。近年来制成的单频激光器都用多量子阱（MQV）结构、分布反馈（DFB）式或分布布喇格反射（DBR）式结构，有些能在10nm 或 1THz范围内调谐，提高了调谐速度。由于发射激光器的频率（或波长）随着工作条件（如温度和电流）的变化而发生漂移，所以应采用有效措施保持各载波频率至少是相对的稳定，使信道间隔恒定。一种稳频的方法是将激光器的频率锁定在某种原子或分子的谐振频率上。在1.5波长上，已经利用氨、氢、乙炔等气体分子实现了对半导体激光器的频率稳定。利用光生伏特效应、相环技术等都实现了半导体激光器的频率稳定。 波分复用器 波长复用解复用器是波分复用光纤通信系统中的关键部件，其性能的优劣对系统的传输质量起着决定性作用。波长复用解复用器具有插人损耗小、带内损耗平坦、带外插人损耗变化陡峭、隔离度大、复用信道多、温度稳定性好等特点。波长复用解复用器种类繁多，目前商用化的主要有藕合器型 、介质膜滤波器型 、集成光波导型和布拉格光栅型。 掺饵光纤放大器（EDFA）经过一定的距离传输后，要用掺饵光纤放大器对光纤信号进行中继放大。在应用时可根据具体情况，将EDFA用作“线放”、“功放”和“前放”。在WDM系统中，对EDFA必须采用增益平坦技术，使得EDFA对不同波长的光信号具有接近相同的增益。与此同时，还要考虑到不同数量的光波长信道同时工作的各种情况，保证光波长信道之间的增益竞争不影响传输性能。4 波分复用光纤通信的主要特点 4 WDM技术之所以在近几年得到迅猛发展，是因为它具有下述优点（1）充分挖掘光纤的巨大带宽资源 光线具有巨大的带宽资源（低损耗波段），WDM 技术使一根光纤的传输容量比但波长传输增加几倍至几十倍甚至几百倍，从而增加了光纤的传输容量，降低了通信成本，具有很大的应用价值和经济价值。（2）同时传输多种不同类型的信号由于WDM技术使用的各波长的信道相互独立，因而可以传输特性和速率完全不同的信号，完成各种电信业务信号和综合传输，如 PDH 信号和 SDH 信号、数字信号和模拟信号、多种业务（音频、视频、数据等）的混合传输等。（3）降低线路成本采用WDM技术可使N个波长复用起来在单根光纤中传输，也可实现单根光纤双向传输，在长途大容量传输时可以节约大量光线，另外，对已经建成的光纤通信系统扩容方便，只要原系统的功率余量较大，就可以进一步增容而不必对原系统作大的改动。（4）降低器件的超高速要求随着传输速率的不断提高，许多光电器件的响应速度已明显不足，使用WDM技术可降低对一些器件在性能上的极高要求，同时又可实现大容量传输。（5）高度的组网灵活性、经济性和可靠性WDM技术有很多应用形式，如长途干线网、广播分配网、多路多址局域网。可以利用 WDM 技术选择路由，实现网络交换和故障恢复， 从而实现未来的透明、灵活、 经济且具有高度生存性的光网络。5 波分复用光纤通信的发展前景 5 WDM技术的应用第一次把复用方式从电信号转移到光信号，在光域上用波分复用的方式提高传输速率，光信号实现了直接复用和放大，不再回到光信号上再进行处理，并且各个波长彼此独立，对传输的数据格式透明。因此，从某种意义上讲，WDM 技术的应用标志着光通信时代的真正到来。密集波分复用DWDM 商用水平为 320Gbit/s，即一对光纤可传输400万话路，相当于0 .05 秒内能传完30卷大英百科全书 。目前商用系统的传输能力仅是单根光纤能传容量的1% 。使用WDM技术，形成一个光层的网络，即“全光网”将是光通讯的最高阶段建立一个以WDM和 OXC为基础的光网络层，实现用户端到端的全光网连接，用一个纯粹的“全光网”消除光电转换的瓶颈将是未来的趋势。现在 WDM 技术还是基于点到点的方式，但点到点的 WDM 技术作为全光网通讯的第一步也是最重要的一步，它的应用和实践对于全光网的发展起到决定性的作用。6 结束语随着通信容量需求的飞速增加和通信业务形式多样化，WDA光纤通信技术以其优越的性能而倍受青睐，成为当前光传输领域中的开发和应用热点。由于其利用波长复用的方式来增加通信容量，所以，能利用光纤的巨大带宽极大地满足对通信容量的需求，并大大降低对光纤的耗用。同时由于波分复用光纤通信系统直接对光波长进行处理而不针对信号的内容，即对信号是透明的，因而非常适宜多媒体综合业务的发展。波分复用光纤通信系统作为全光网的基础技术，其推广应用必将大大推进全光网的建设和发展。目前波分复用光纤通信技术的推广应用还受到很多技术因数的制约，随着一些新技术、新器件的开发利用，波分复用光纤通信技术必将在光通信网络的建设中发挥出巨大的、不可代替的作用。参考文献 ：1 庞革珠, 李唐军. 波分复用光纤通信M. 铁道通信信号, 1999, 6 : 12-132 吴海西. WDM技术的原理及其应用与发展J. 现代