波分复用原理

1、 一一 概概 述述 世界电话业 务年增长 率为 10%，数据业务年增长 40% 中国 话音业务 % 的增长率，数据业务 % 增长 SDM(Space Division Multiplexer) 时分复用时分复用 TDM(Time Division Multiplexer) 波分复用波分复用 WDM(Wavelength Division Multiplexer) DWDM的特点 1、充分利用光纤的巨大带宽，带宽可达 25THz和更长的传输距离。 2、简化系统结构和设计，减少投资和维护费 用。 3、可节约大量光纤，扩容方便。 4、可完成各种电信业务的综合和分离。 5、可透明传输数据业务。 6、可

2、实现网络交换和恢复，具有高度生存性。 及更灵活的组网方式 32 2.5Gbit/s光谱图光谱图 红外红外 紫外紫外 可见光可见光 400nm400nm 1550nm1550nm1310nm1310nm 780nm780nm CDCD 唱碟机唱碟机 670nm670nm 激光笔激光笔 700nm700nm 波长波长 光通信光通信 光的粒子属性：光的粒子属性： 散射效应散射效应 弹性碰撞、非弹性碰撞弹性碰撞、非弹性碰撞 f f c c n c v 2 c f 光波的特性光波的特性 l 爱因斯坦波粒二相性爱因斯坦波粒二相性 光在真空中的传播速度光在真空中的传播速度:c=3 108m/s 媒质的折射率

3、媒质的折射率: n 光的全反射光的全反射 折射定律折射定律: n1sin 1=n2sin 2 光的电磁波属性：光的电磁波属性： 波长和频率波长和频率 1552.52nm 193.1THz 100GHz 0.8nm 没没 有有 互互 操操 作作 性性 成成 本本 较较 低低 各各 种种 设设 备备 供供 应应 厂厂 家家 各各 种种 速速 率率 接接 入入 任任 意意 波波 长长 接接 入入 各各 种种 数数 据据 格格 式式 任任 意意 时时 刻刻 接接 入入 成成 本本 较较 高高 开开 放放 式式 系系 统统 集集 成成 式式 系系 统统 l l l l l 光源的波长稳定光源的波长稳定

4、1 2 指定波长符合指定波长符合ITU-T规定规定 波长漂移波长漂移 /5（ITU-T） /10（国家）（国家） 光源的色散容限光源的色散容限 光谱宽度光谱宽度-20dB2.5Gbps 高速率传输高速率传输 马马赫赫策策恩恩德德或或 电电吸吸收收调调制制器器 驱驱动动电电流流 D DF FB B 激激光光器器 温度波长温度波长 控制电路控制电路 电电信信号号 入入射射光光 短短程程传传输输接接收收：PIN 长长程程传传输输接接收收：APD 接收机必须承受的影响：接收机必须承受的影响： 信号畸变信号畸变 噪声噪声 串扰串扰 衍射光栅 1输出 7 6 5 4 3 2 1,2,3,.n输入 输入孔阑

5、输入孔阑 输出孔阑输出孔阑 象平面象平面 物平面物平面FPR：自由传播范围：自由传播范围 对温度敏感引起的波长漂移；对温度敏感引起的波长漂移； 滤波器对宽带响应不好；滤波器对宽带响应不好； 邻近信道隔离度较差；邻近信道隔离度较差； 信号通带较平坦；信号通带较平坦； 偏振无关；偏振无关； 插入损耗较低；插入损耗较低； 温度特性很好，可达温度特性很好，可达0.001nm/oC以下。以下。 0 带宽和腔体数的关系 1 2 3 带宽 z y x 0 SMF SMF LensLens Lens Lens Lens 通通道道 1 通通道道 7 通通道道 5 通通道道 3 通通道道 8 通通道道 6 通通道

6、道 2 通通道道 4 Lens Lens Lens LensMicroPlasma 多多层层介介质质膜膜滤滤波波器器 (8 通通道道) 光纤布拉格光栅 （FBG） 检测光 光耦合器 选择波长的光信号输出 光隔离器 多波长光信号输入 对温度敏感，但成本低，便于设计和制造；对温度敏感，但成本低，便于设计和制造； 可以直接熔接到系统中；可以直接熔接到系统中； 滤波器性能较好；滤波器性能较好； 反射型结构（带阻）；反射型结构（带阻）； 光传输和光放大部分光传输和光放大部分 光的传输光的传输 芯芯 7 7 8 8 微微米米 包包层层 影响光传输的光纤参数 n 光纤的衰减 n 光纤的色散 n 光纤的非线性

7、效应 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 波长（波长（mmmm） 5 4 3 2 1 0 衰衰 减减 （db/kmdb/km） 1 2 43 OH- OH- OH- 190THz 50THz 单模光纤截止波长单模光纤截止波长 5 光纤的衰减光纤的衰减 随着脉冲在光纤中传输，脉冲的宽度被展宽随着脉冲在光纤中传输，脉冲的宽度被展宽 光纤的色散光纤的色散 10000 1000 100 10 600km600km 1 23 45 6 7 8 9 10 调制速率调制速率（GbpsGbps） 小色散光纤理论上小色散光纤理论上 小色散光纤实际上小色散光纤实

8、际上 传统光纤理论上传统光纤理论上 传统光纤实际上传统光纤实际上 光纤的非线性效应光纤的非线性效应 常规常规G.655G.655 大有效面积大有效面积G.655G.655 1550nm 1310nm 色色散散 p ps s/ /n nm m k km m 普普通通光光纤纤( (S SM MF F) ) 非非色色散散位位移移光光纤纤（N ND DS SF F，G G. .6 65 52 2） 已已有有光光纤纤的的 9 95 5% % 波波长长 色色散散位位移移光光纤纤（D DS SF F, ,G G. .6 65 53 3） 非非零零色色散散位位移移光光纤纤（N NZ ZD DS SF F, ,

9、G G. .6 65 55 5） 18 0 D DW WD DM M 波波长长范范围围 结论: 不适用于 10Gb/s 以上速率传输，但可 应用于 2.5Gb/s 或以下速率的DWDM。 G.652G.652单模光纤（单模光纤（NDSFNDSF） 大多数已安装的光纤 n低损耗 n大色散分布 n大有效面积 n色散受限距离短 2.5Gb/s系统色度色散受限距离约 600km 10Gb/s系统色度色散受限距离约34km nG.652+DCF方案升级扩容成本高 n低损耗 n零色散 n小有效面积 n长距离、单信道超高速EDFA系统 n四波混频（FWM）是主要的问题，不利于DWDM技术 结论: 适用于10

10、Gb/s以上速率单信道传输，但 不适用于 DWDM 应用，已经被市场淘汰。 G.653G.653单模光纤（单模光纤（DSFDSF） l 有几种类型的光纤可以使用（TruewaveTM、LSTM、 LEAFTM、大保实光纤等） l 在15301565nm窗口有较低的色散 l 可以有正的或负的色散，正色散SPM效应压缩脉冲， 负色散SPM效应展宽脉冲。 l 为DWDM系统的应用而设计的 结论: 适用于 10Gb/s 以上速率DWDM传输，是未来大 容量传输光纤的理想选择。 G.655G.655单模光纤（单模光纤（NZ-DSFNZ-DSF） G.655G.655光纤（光纤（NZ-DSFNZ-DSF）

11、 常规：常规： + +色散斜率小色散斜率小 - -非线性效应严重非线性效应严重 大有效面积：大有效面积： + +非线性效应小非线性效应小 - -色散斜率大色散斜率大 D0D0： +SPM+SPM压缩传输脉冲，补偿色散效应的影响压缩传输脉冲，补偿色散效应的影响 - -调制不稳定性（调制不稳定性（MIMI）（）（2000km2000km） D0D107(3200) 1.4 1059001200 1.6 107(1100) 2 108(120) 1.5 105 100130 0 90110 衰减速率，单位：衰减速率，单位：s-1 辐射衰减辐射衰减 EDFAEDFA光放大器基本配置光放大器基本配置 隔

12、离器隔离器 WDMEDF 隔离器隔离器 泵浦激光器泵浦激光器 输入信号输入信号输入信号输入信号 隔离器隔离器WDM EDF 隔离器隔离器 输入信号输入信号输入信号输入信号 泵浦激光器泵浦激光器 隔离器隔离器WDM EDF 隔离器隔离器 输入信号输入信号输入信号输入信号 泵浦激光器泵浦激光器泵浦激光器泵浦激光器 前向泵浦前向泵浦 后向泵浦后向泵浦 双向泵浦双向泵浦 EDFA光放大器增益锁定技术光放大器增益锁定技术 泵浦源功率控制泵浦源功率控制 饱和光控制技术饱和光控制技术 光功率光功率 检测控制检测控制 输入光功率输入光功率 检测检测 输出光功率输出光功率 检测检测 Pin Pout 泵浦激光器

13、泵浦激光器 EDF DWDM系统对光监控信道的系统对光监控信道的 基本要求基本要求 DCCo DCCo 高速网络互联器高速网络互联器高速网络互联器高速网络互联器 DCN 保护通道保护通道（E1） WDMWDM 系统系统 光放大中继器光放大中继器 WDMWDM 系统系统 波分复用终端波分复用终端 WDMWDM 系统系统 光放大中继器光放大中继器 WDMWDM 系统系统 波分复用终端波分复用终端 DWDM系统监控通道保护技术系统监控通道保护技术 DWDM网管系统网管系统 光复用段层光复用段层( (OMS) ) 光通道层光通道层( (OCH) ) 光传输段层光传输段层( (OTS) ) 光传送网分层

14、结构光传送网分层结构 复用段层复用段层( (MS) ) 通道层通道层( (PATH) ) 再生段层再生段层( (RS) ) SDHSDH分层结构分层结构 物理层物理层( (FIBER) ) 盘管器盘管器盘管器盘管器盘管器盘管器 . . 盘管器盘管器盘管器盘管器盘管器盘管器 . . 盘管器盘管器 盘管器盘管器盘管器盘管器 . . EMUEMU 设备管理器设备管理器 BCT1BCT1 BCT2BCT2 BCTmBCTmBCT1BCT1BCT2BCT2 BCTmBCTm BCT1BCT1BCT2BCT2 BCTmBCTm D C N DCNDCN 保护路由保护路由 EMS F/Q E1 LAN E1

15、 LAN 互连器互连器 互连器互连器 ECCr ECCmECCm ECCr ff f EMUEMU 设备管理器设备管理器 EMUEMU 设备管理器设备管理器 DWDM网管系统示意图网管系统示意图 合合 波波 器器 分分 波波 器器 n n 为最大通路数目为最大通路数目 W W 字母表示跨距字母表示跨距 x 表示表示应用代码中最大允许的光中继段数；应用代码中最大允许的光中继段数； y y 表示通路信号的最大比特率（表示通路信号的最大比特率（STM等级）等级）:1,4,16,64 z 表示光纤类型表示光纤类型 L L 表示长距离表示长距离 80km80km V V 表示甚长距离表示甚长距离 120

16、km120km U U 表示超长距离表示超长距离 160km160km 2 2 表示表示G.652G.652光纤光纤 3 3 表示表示G.653G.653光纤光纤 5 5 表示表示G.655G.655光纤光纤 应用代码的构成：应用代码的构成： 系统应用代码系统应用代码 1:8分 波 器 8:1合 波 器 80km G.652光 纤 . 8 7 2 1 . 8 7 2 1 应 用 代 码 8L-16.2 EDFA 光前置放大器 1:8分波器 8:1合波器 120km G.652光纤 . 8 7 2 1 . 8 7 2 1 应用代码 8V-16.2 EDFA 光功率放大器 EDFA 光前置放大器

17、EDFA 光功率放大器 1:8分波器 8:1合波器 160km G.652光纤 . 8 7 2 1 . 8 7 2 1 应用代码 8U-16.2 无在线光放大器系统的应用代码无在线光放大器系统的应用代码 EDFA 光 前 置 放 大 器 EDFA 光 线 路 放 大 器 EDFA 光 线 路 放 大 器 EDFA 光 功 率 放 大 器 1:8分 波 器 8:1合 波 器 80km G.652光 纤 . 8 7 2 1 . 8 7 2 1 应 用 代 码 8L5-16.2 EDFA 光前置放大器 EDFA 光线路放大器 EDFA 光线路放大器 EDFA 光线路放大器 EDFA 光线路放大器 E

18、DFA 光功率放大器 1:8分波器 8:1合波器 80km G.652光纤 . 8 7 2 1 . 8 7 2 1 应用代码 8L8-16.2 有在线光放大器系统和应用代码有在线光放大器系统和应用代码 1) 80公里跨距公里跨距 EDFA 光 前 置 放 大 器 EDFA 光 线 路 放 大 器 EDFA 光 线 路 放 大 器 EDFA 光 功 率 放 大 器 1:8分 波 器 8:1合 波 器 120km G.652光 纤 . 8 7 2 1 . 8 7 2 1 应 用 代 码 8V3-16.2 2) 120公里跨距公里跨距 EDFA 光前置放大器 EDFA 光线路放大器 EDFA 光线路

19、放大器 EDFA 光功率放大器 1:8分波器 8:1合波器 120km G.652光纤 . 8 7 2 1 . 8 7 2 1 应用代码 8V5-16.2 l 系统衰减范围 系统目标距离的衰减范围基于光缆在1530-1565nm范围内 的衰减系数为0.28dB/km(包括接头衰减和光缆富余度）、目标 距离40km的光纤衰减为11dB的假设计算得到的。 无无在在线线放放大大器器应应用用编编码码的的衰衰减减范范围围 应应用用编编码码L Lx x- -y y. .z zV Vx x- -y y. .z zU Ux x- -y y. .z z 衰衰减减范范围围 最最大大 最最小小 2 22 2 d dB B 待待定定 3 33 3 d dB B 待待定定 4 44 4 d dB B 待待定定 有有在在线线放放大大器器应应用用编编码码的的衰衰减减范范围围 应应用用编编码码n nL Lx x- -y y. .z zn