光通信设备的设计u

1、光通信设备的设计涂松（通信 1002 班、学号 U201013039）【摘要】：近年来，通信行业发展迅速，大量的通信新业务不断涌现，信息高速公路正在全球范围内以惊人的速度发展建立起来。所有这些应用都对大容量通信提出了越来越高的要求，使得光纤通信技术向着速度高、容量大、可伸缩性好的方向发展。波分复用(WDM)系统的发展正是适应了这一潮流。在本文中，将讨论这些 WDM系统的【，并给出一个 WDM 光纤通信系统的总体设计。】WDM 光纤通信 光设备 设计The design of the optical communication apparatusAbstractIn recent years,

2、the rapid development of the communications industry, a lot ofcommunication services are emerging, the information superhighway is being developed at an alarming rate worldwide established. All of these applications are ever-increasing demands on large-capacity communication, optical fiber communica

3、tion technology toward high speed, large capacity, scalability right direction.Wavelength Division Multiplexing (WDM) system is adapted to this trend of the times. In this article, will discuss the key technologies of the WDM system, and gives the overall design of aWDM optical fiber communication s

4、ystems.KeywordsWDM；Optical fiber communication；Fiber optic equipment；Design导言目前，光纤通信己成为现代通信网的基本组成部分，承载着通信骨千网络的主要传输任务。随着通信新业务的发展，语音、图像、数据等信息量成式增长，尤其是 Internet在全球范围迅速推广，对通信网带宽要求十分迫切。现有的通信网已经难以满足要求，扩大通信容量成为当务之急。扩大光纤通信容量的主要技术方案有电时分复用(ETDM)、光时分复用(OTDM) 、波分复用(WDM) 、光孤子等。现在 ETDM 技术方案的实用化水平已达到10Gb/s。由于受电子器件

5、处理能力的限制，很难实现大于 10Gb/s 的ETDM 系统。因此，该技术扩容的潜力已基本挖掘殆尽。OTDM 和光孤子技术对扩大光纤通信容量具有极大的潜力。尽管这两种技术的研究也有了很大进展，但涉及的技术很复杂，一些一步解决，因此，短期内还不能达到实用化的程度。还有待进波分复用(WDM)技术的基本原理是在同一根光纤中形成具有不同调制方式的多个信道，同时传输有不同波长的多个信号。通常以 GHz 或纳米这两种计量来表示任何两个信道的波长间隔，如 200GHz 或 1.6nm、100GHz 或 0.8nm 等。当波长的间隔小于等于 100GHz 或0.8nm 时，WDM 就被称为密集波分复用(DWD

6、M)技术。使用 WDM 技术就可以在原有传输速率的基础上，成倍地扩大光纤的传输能力。图 1.1 是一个波分复用系统及其频谱的示意图。一、WDM 波分复用器件及设备波分复用系统是由功能各不相同的光学器件组合而成，根据接口方式的不同，WDM 系统可以分为两种：开放式 WDM 系统和集成式 WDM 系统。集成式系统就是终端设备具有满足 ITU 一 TG.692 的光接口：标准的光波长和满足长距离传输的光源。WDM 系统只负责光信号的传输，整个系统构造比较简单，但是，由于对终端设备的接口有严格的要求，是系统兼容性和互联性不高，尤其是不能接纳原有的非标准设备。另外，集成式 WDM 系统在网络管理上也很难

7、实现终端网络与 WDM 网络的彻底。在实际应用的波分复用系统中，大多采用开放式结构来设计系统。开放式系统就是在波分复用器前加入 OTU(波长转换器)，将不同终端的非规范波长转换为标准波长。开放是指在同一 WDM 系统中，可以接入多种的终端系统。OTU 对输入端的信号没有要求，可以兼容任意波长的光信号。OTU 的输出端满足 G.692 的光接口，开放式 WDM 系统结构如图 1.2 所示。图 1.2 开放式 WDM 系统开放式 WDM 系统可以兼容不同厂家的终端设备，并且可以彻底实现终端系统与 WDM 系统。因此，越来越多的 WDM 系统设计采用开放式结构。以下，分别讨论组成开放式 WDM系统中

8、所需要的各种光学设备：光波长转换器、一、光波长转换器(OTU)用器、光解复用器和光放大器。波长转换器件的主要作用在于把非标准的波长转换为 ITU 一 T692 所规范的标准波长，以满足系统的波长兼容性。现在已的中，使用的仍然是光一电一光(OE 一 O)的变换方式，即先用光电二极管 PIN 或 APD 把接收到的光信号转换为电信号，然后用该电信号对标准波长的激光器重新进行调制，从而得到新的符合要求的光波长信号。图 1.3 是光波长转换器的示意图。图 1.3 (光一电一光)光波长转换器开放式 DWDM 依靠波长转换器这一关键器件来实现灵活调整波长，从而做到不对终端设备的光器件做过多的要求。目前的光

9、通信技术还不能实现长距离的全光传输，在实际的长距离 DWDM 系统里，每经过一定的距离(例如：在 G.652 光纤上约为 600km 左右)就需要把光信号转换为电信号进行再生放大，才能保证信号的完整性。因此，人们往往在光波长转换器的O/E 和E/O 单元之间加入定时再生电路，对信号进行中继放大，这样可以简化网络结构。而没有定时再生电路的光波长转换器，通常用于 DWDM 系统的边缘。由于两种 OTU 的作用略有区别，在相关的技术规范中，对它们的接口参数要求也稍有差别：没有再生中继功能的OTU 接收光灵敏度为一 18dB，过载功率为 0dB；有再生中继功能的 OTU 接收光灵敏度为一28dB，过载

10、功率为一 9dB。在 DWDM 系统中使用的光波长转换器应当满足以下的基本要求：1) 比特率透明；2) 输出具有较高的光信噪比和良好的谱特性(超低惆啾声、适宜的光谱宽度)，以便保证足够的无再生传输距离；3) 对输入信号的偏振状态不敏感。另外，除了使用光电光波长转换器来实现波分复用系统与终端设备的互联以外，目前正在积极开展基于半导体光放大器的光一光波长转换器的研究工作，以期实现光波长的直接转换。光波长转换器不仅承担波长转换的功能，而且还是发射信号的光源。WDM 系统的最重要特点是每个信道采用不同的波长，这对激光器提出了较高要求。除了准确的工作波长外，在整个期间，波长偏移量都应在一定的范围之内，以

11、避免不同的波长相互干扰。即激光器必须工作在标准波长、且具有很好的稳定性。另一方面，田于采用了光放大器，WDM 系统的无再生中继距离大大延长。然而，EDFA 光放大器只进行放大，没有整形和定时功能， 不能有效去除因线路色散和反射等带来的不利影响。因而，要求光源的色散受限距离大大延长。由过去的 50 一 60km 提高到 600km 以上，这对光源的要求大大提高。总体上，应用在WDM 系统上的光源有两个突出特点： 比较大的色散容纳值； 标准而稳定的波长。通常光源所采用的直接调制单纵模 DFB 激光器由于容易引起惆啾(Chirp)噪声，传输距离受到很大限制，在 G.652 光纤上 2.5Gb/s 吮

12、时的色散受限距离只有 120km 左右。这对于光缆干线 WDM 系统要求的 500600km 是不够的。从原理上讲，很难消除直接调制带来的 Chirp 噪声，为了得到符合 WDM 系统要求的光波，目前的 WDM 系统中多使用外调制光源。与直接调制不同，在外调制情况下，高速电信号不再直接调制激光器，而是加载在某一媒介上，利用该媒介的物理特性使通过的激光器信号的光波特性发生变化，从而间接建立了电信号与激光的调制关系。在外调制情况下，激光器产生稳定的大功率激光，而外调制器以低惆啾对它进行调制，从而获得远大于直接调制的色散受限距离。目前，投入实用的主要有两种：一种是电吸收型外调制器，一种是波导型妮酸锉

13、马赫一曾德尔(MZ)调制器。图 1.4 波长原理在 WDM 系统中，光波分复用器处输入的信号均为固定波长的光信号，各个信道的信号波长不同，而且对中心频率偏移有严格规定。如信道间隔选择 200GHz，到终了时的波长偏移应不大于士 20GHz。相邻两个信道如果波长偏移过大，就会造成信道间的串扰过大，产生误码。就目前技术而言，最简单的方法是依靠稳定激光器的温度和偏流保证。但这种方法无法解决由于激光器老化、温度变化引起的波长变化。当波长精度要求较高时，需要使用更严格的波长1.4 所示。技术。使用波长敏感器件对可调制连续波光源的波长进行的原理如图波长敏感器件的输出电压随激光器 LD 发射的光波长变化而变

14、化，这一电压变化信息经适当处理可以用来直接或间接LD 发射的光波长，使其稳定在规定的工作波长上。二、用器和光解复用器用器和光解复用器是WDM 系统的重要组成部分，它们的功能相反，统称为WDM 器件。根据制造工艺，可以分为熔锥型、1.熔锥型膜滤光型、光纤光栅型和波导阵列光栅型等等。熔融拉锥法是将两根(或两根以上)光纤除去涂覆层，以一定的方法靠拢，在高温加热下熔融，同时两侧拉伸并稍加扭曲，最终在加热区形成双锥体形式的特殊波导结构。由于不同光纤的纤芯十分靠近，因而可以通过锥形区的消失波祸合达到所需要的藕合功率。熔锥型光复用器制造简单，易于批量生产。熔锥型 WDM 器件的特点是损耗低(最大值<5

15、dB，典型值 0.2dB)，无需波长选择器件，此外还具有较好的光通路带宽/通路间隔比和温度稳定性，不足之处是稍大，复用波长数少，度较差(20dB 左右)。采用多个熔融式祸合器级联应用的方法，可以改进度(提高到 3040dB)。2.膜滤光型光滤波器有两类，一类为滤波器，另一类是吸收滤波器，两者均可由介质薄膜(DTF)。DTF 千涉滤波器由几十层不同材料、不同折射率和不同厚度的介质膜以预先设计的厚度淀积在基片上，以达到所要求的波长响应特性。每层的厚度为波长的 1/4，一层为高折射率，一层为低折射率，交替叠合而成。当光入射到高折射率层时，反射光没有相移。当光入射到低折射率层时，反射光经历 180“相

16、移。由于层厚 1/4 波长(90。)，因而经低折射率层反射的光经历 360。相移，与经高折射率层的反射光同相叠加。这样，在中心波长附近，各层反射光叠加，在滤波器前端面形成很强的反射光。在这高反射区之外，反射光突然降低，大部分光成了透射光，据此，可以使之对一定波长范围呈通带，对另外波长范围呈阻带，从而形成所要求的滤波特性。利用这种具有特定波长选择特性的同的波长分离或者合并起来，如图 1.5 所示。滤波器就可以将不图 1.5 DTF滤波器原理图当前的镀膜技术结合了材料科学、真空物理学、薄膜物理化学、计算机辅助设计等先进技术，可以将多层介质膜用信道间隔<1nm。采用DTF滤光器制成超窄带型，由

17、此可制成密集型波分复用器，其复滤波器型WDM 器件的主要优点是设计与所用光纤参数几乎完全无关，可以实现结构稳定的小型化器件，信号通带较平坦，与极化无关，损耗较低，温度特性很好，可达 0.00Innl 了以下，但通路数3.光纤光栅型很多，目前可达 16 路。光纤光栅是近几年正着力研究、探索其机理的一种新型的全光纤器件。它是利用紫外激光诱导光纤纤芯折射率分布呈周期性变化的机理。当折射率的周期变化能满足布喇格光栅的条件时，该光栅相应波长的光就会产生全反射，而且其余波长的光会顺利通过，相当于一个带阻滤波器，如图 1.6 所示。图 1.6 光纤布喇格光栅滤波器由于光纤布喇格光栅(FBG)是直接采用紫外光

18、写入，中心反射波长可以精密，反射带宽可以任意选择，反射率可以达到几乎 100%。采用 FBG 作为 WDM 器件，可以把整个器件直接和系统中的光纤熔为一体，并且带内频响很平坦，带外抑制比很高，损耗不大，性能十分稳定。1560nm 波长的温度系数为 0.01nm/，滤波特性滚降斜率优于 150dB/nm，带外抑制比可以高达 50dB。光纤布喇格光栅(FBG)具的滤光特性、便于设计制造、效率高等优点，因此可制作成信道间隔非常小的带通、带阻滤波器。目前己广泛用于 WDM 系统中。然而，这类光纤光栅滤波器的波长适用范围较窄，只适于单个波长；带来的好处是可以根据使用的波长数目增减滤波器，应用比较灵活。4

19、.集成光波导型集成光波导型 WDM 器件是以光集成技术为基础的平面波导型器件，典型的制作过程是在硅晶片上沉积一层薄薄的二氧化硅，并利用光刻技术形成所需要的图案，腐蚀成型。这种器件具有一切平面波导技术的潜在优点，诸如适于批量生产、重复性好、小，可以在光掩膜过程中实现复杂的光路、与光纤的对准容易等等，不仅如此，除了应用于 WDM 器件以外，还可以做成矩阵结构，对光信道进行上下分插(OADM)，是在以后的全光网络中实现光交换的优选方案。集成光波导型WDM 器件中具有代表性的是NTT 公司开发的阵列波导光栅(Arrayed Waveguide Grating)光合波分波器。阵列波导光栅(AWG)具有波

20、长间隔小(从 15nm 到0.2nm)、信道数目多(从8 扩大到128)、通带平坦等优点。非常适合于高速度、大容量的DWDM 系统使用。波导阵列光栅型 WDM 器件的结构主要由输入、输出波导、第一和第二聚焦腔和波导阵列组成，它们集成在单一衬底上，如图 1.7 所示。图 1.7 阵列波导光栅(AWG)WDM 器件输入、输出波导的位置和阵列波导的位置满足罗兰圆规则。为了降低波导损耗，将其设计成楔状形。阵列波导的波导数应有足够多，以便充分接收平面波导区的衍射光功率。因此，阵列波导连接两个平面波导区，能1 二 1 的光学成相系统。传输过程中，波前形变很小。聚焦腔的作用是将各种波长的输入光信号祸合到阵列

21、波导的输入端。由于阵列波导一般有几百条，相邻波导的长度差为常数L，这种结构产生的波长相关相移使阵列波导呈显衍射光栅的特性。根据衍射理论，在阵列波导的输出端，按波长长短顺序排列输出，并通过另一个聚焦腔祸合输出到相应的输出波导的输入端，最终实现分波输出。阵列波导光栅型 WDM 器件可以具备 N 个输入和N 个输出，当 N 个波长的光信号从器件不同的输入端口输入时，在器件输出端口得到的信号波长是不一样的，输入、输出波长的关系N×N 阵列的形式。只要将 N 个波长的信号分别从 N 个输入端口输入，在任何一个输出端口上均可接收到 N 个波长的信号。当光时分复用技术采用这种器件时，就使一个(用户

22、)能享用 N 倍的信息流量。目前，波导阵列光栅(AWG)的研究越来越被重视，在众多类型的高密集型的 WDM 器件中占有明显优势，有强大的发展潜力。5.各种类型的 WDM 器件比较熔锥型WDM 器件适合复用度低的 WDM 系统应用。使用熔锥型WDM 器件级联的方成无源星型藕合器，可以用作信道数小于 16 的合波器。高密集型的 DWDM 系统将要采用平面波导型 WDM 器件，这类 WDM 器件可以实现几十个、甚至 100 多个波长的复用和解复用。熔锥型WDM 器件制作工艺简单，易于批量生产，生产成本低。平面波导型 WDM 器件制作工艺复杂，生产设备昂贵，生产成本高。对于膜滤光型和光纤光栅型WDM

23、器件而言，前者更适合 4、8 波复用系统应用，这类 4、8 波复用和解复用器件有较高的度和较低的损耗，成本也比较低。但是，在 16 波或波复用和解复用时，其度和损耗的优势没有了，而且各波的损耗极不均衡，不利于系统应用 EDPA。光纤光栅型 WDM 器件在 4、8 波复用和解复用时，度较低，损耗较大，成本也比较高。但是，在 16 波或波复用和解复用时，其度可以做得更高一些，各波的损耗也比较均衡，有利于与放大器使用，而且设计与制造周期短，易于批量生产，成本低，在市场的激烈竞争中有明显的价格优势。表 1.1 是各种 WDM 器件主要特性的比较结果，需要注意的是，特性参数是随波长数不同而变化的，表中数

24、值只是大致参考范围。表 1.1 阵列波导光栅(AWG)WDM 器件在复用器上，8 一 16 路 WDM 系统，几乎所有的公司都采用了无源的星型光祸合器作为波分复用器的合波器，有的采用 l：n，有的出于线路保护的考虑，采用了 2：n 藕合器，一路输出接工作通路，另一个接保护通路。这主要是因为简单、便宜，相互间度好。缺点是引入的损耗大，以 1：8 祸合器为例，可以达 10dB 左右。而在解复用器上，对于 8 一 16路的 WDM 系统，现在的厂家大部分选用了 DTF滤波器解复用器或平面波导型解复用器；而对于 16 路以上的 WDM 系统，复用器和解复用器大多都选用平面波导型 WDM 器件，因为该类

25、型 WDM 器件的损耗与信道数无关。三、光放大器(OA)迄今为止，人们已研究了三种光放大器，即：半导体激光放大器、非线性光纤拉曼放大器和掺稀土元素的光纤放大器。掺稀土元素的光纤放大器又可分为掺饵光纤放大器(ED 队)和掺错光纤放大器(PDFA)其中，EDFA 适合于长波长 155Onm 窗口的光信号放大，而 PDFA 适用于1310nm 窗口的光信号。目前己经达到实用化水平并在DWDM 系统中广泛应用的就是掺饵光纤放大器 ED 队。在 WDM 系统中，光放大器有三种应用：功率放大器(BA)：端波分复用器之后放大信号的光放大器。也称为后置放大器，主要是用来补偿无源光器件的损耗和提高17dBm 以

26、上。光功率，目前功率放大器的输出功率可达十线路放大器(LA)：线路上的光放大器。主要用作光中继器，为了增加中继距离，既要有高的光功率，还要有高增益和低噪声。目前，线路放大器的输出功率可达+17dBm 以上；小信号增益可达 44dB。前置放大器(PA)：接收端解复用器之前的光放大器。主要目的是提高的灵敏度，通常工作于小信号状态。目前，前置放大器的噪声系数毛 4dB，己经接近量子极限(3dB)。当工作速率在 Gbit/s 数量级的时候，可以把 APD的灵敏度提高约 10dB。一个典型的 EDFA 由掺饵光纤、泵浦源和藕合器等器件组成，其结构如图 1.8 中的(a)图所示。其中，掺饵光纤提供放大功能

27、：泵浦源提供功率足够强的泵浦光；祸合器将信号与泵浦光混合；为了抑制光反射，确保放大器工作稳定，在输入和输出端还要加入作用是降低自发辐射(ASE)噪声对系统的影响。器；光滤波器的图 1.8 掺饵放大器原理掺饵光纤之所以有放大功能，是利用掺饵光纤中的饵离子Er3+受激辐射跃迁来实现对1550nln 波段光信号的放大，如图 2.8 中的(b)图所示。Er3 十在未受到任何激励的情况下，处在基态上。当泵浦光射入，饵离子吸收泵浦光子，向高能级跃迁。泵浦光的波长不同，Er3+所跃迁的高能级也不同。 98Onm 和 148Onln 光波的泵浦效率较高，为大多数的泵浦源所采用。由于在亚稳态能级上，饵离子存活的

28、 比较长，受到泵浦激励的 Er3 十，以非辐射跃迁的形式不断地向亚稳态汇集。当 1550nm 波长的光信号经过这段掺饵光纤时，亚稳态的Er3+离子以受激辐射的形式跃迁到基态，并产生和入射信号光中的光子一模一样的光子，从而大大增加了信号光中的光子数量，从而得到放大了的光信号。由于光放大器有很宽的频带，一般在 153Onrn 一 1565lun 之间，这给采用 EDFA 的 DWDM 系统提供了“透明”特性：放大功能与信号码率和信号格式无关，而且能把各波长信号光同时放大。泵浦源的波长有两种，即 980lun 和 1480nm。9801 加泵浦源可以保持较低的噪声系数，而 1480nm 泵浦源有着更

29、高的泵浦效率，可以获得较大的输出功率(相对于 980lun，约3dB 左右)。在实际的线路放大器应用中，对于 8 路 WDM 系统，大多采用 9，这是因为 G.6 光纤的 WDM 系统主要是色散受限而非损耗受限而采用 1480nln 会增大系统功率衰耗采用980nm 获得最佳的噪声系数更有利干系统性能。但是对于 16 路以上的 WDM 系统，则使用1480nm 的泵浦源。这是由于较大的分路比减少了可用功率范围，必须用功率更大的泵浦源。也有的公司采用了两级泵浦，一级采用 98OIun，另一级采用 1480nln 泵浦源。既了噪声系数，又增大了输出功率。但是，出于激光安全性和光纤非线性的考虑，输出

30、光功率一般限制在+l7dB 以下，这也是光源器件的安全要求。光放大器的光器件(泵浦源)的使用寿命要求在 30 万小时以上，为便于施工与维护，泵浦源应具有自动关闭功能。二、系统总体方案设计系统方案设计的目的就是定义传输结构和传输参数，使传送距离和光信噪比(OSNR)、误码率 BER)达到通信的标准。WDM 系统的端是将多个终端光发射机的光信号复用在一根光纤中行传输，在接收端将光信号解复用，并由多个终端光来接收。因此，WDM 系统是构建于信道系统之上的。WDM 系统的每个信道的性能都应与相应的单信道系统要求一致。如：使用 WDM 统承载 SDH 系统，则每个信道都应符合 G.957 光接口标准的要

31、求。WDM 系统的功能框图如图 3.1 所示。系统使用的是单纤单向结构，用两根光纤实现双向通信。保证系统的设备兼容性，采用开放式的设计，用光波长转换器(OTU)实现与终端设备的连接。图中，子路径指线路中两个设备之间的光纤路径；主光路径是从端波分复用器到接收端波复用器之间的光纤路径。这里，接收设备可以是中继设备或解复用器。主光路径也称为光再生段。中继设备将光信号解复用，通过具有再生电路的光波长转换器(OTU)进行信号的整形、抑制声、提高功率，然后再用波长复用器把各波长信号复用在一起转发出去。从中继设备的光信要恢复到最初时的状态。接收端的波分复用器的作用是将复用信道，通过各自的光波长转换器(OTU

32、)送入终端设，完成信号的传输。光信号经过一个光再生段以后，又恢复为初始状态。因此，主光路径是最小的功能完整单元。DWM 传输系统由一个或多个主光路径组成，通过设计主光路径，就可以完成整个认心 M 系统的设在下面的方案设计中，将只考虑单个再生段的情况，在需要长距离传输的时候，只要加入中继备即可延长 WDM 系统的传输距离。系统设计的性能指标为：在最坏情况下，系统的位误码率(BER)不大于10-12 。系统参数主要包括：信道中心频率(波长)、波分复用器件、光放大器(OA)、光波长转换器(OTU)、色散补偿模块(DCM)等设备的主要设计参数。一、信道中心频率(波长)对于常规 G.652 光纤，ITU

33、 一 TG.692 共给出了以 193.1THz 为绝对参考频率，间隔为l00GHz(0.8nm)的 41 个标准波长(192.1THz 一 196.1THz)，即 1528.77run 一 1560.6Inm。根据信息于 2001 年 11 月 1 日开始实施的 WDM 系统技术要求(32xIOGbi 眺部分)，选用其中频率在 192.1THz 一 195.2THz 之间的 32 个波长为系统传输的中心波长。在这个波长区间，EDFA 的增益相对平坦，其增益差在 1.5dB 以内，而且增益较高，可充分利用 ED 队的高增益区。在多级级联的 WDM 系统中，容易实现各通路的增益均衡。二、波分复用

34、器件波分复用器件是 WDM 系统的器件之一，基本要求是：损耗离度大、带内小等等。波分复用平坦、带外损耗变化陡峭、温度稳定性好、复用通路数目多、器件分为两种：复用器和解复用器，它们的主要指标有：损耗、反射系数、工作波长范围、偏振相关损耗、相令马通路度等。损耗指的是无源器件的输入和输出端口之间的光功率之比，是 dB，定义为：IL=-10log(Pi/Po)。其中：Pi 是指光功率。到输入端口的光功率，Po 是指从输出端口接收到的反射系数是对于给定条件的谱组成、偏振和几何分布，在 WDM 器件给定端口的反射光Pr 和入射光Pi 之比，通常用 dB 表示：R-10log(Pr/Po)。工作波长范围规定

35、了 WDM 器件能够按照设计性能工作的标称工作波长。偏振相关损耗指的是对于所有的偏振态，由于偏振态变化造成的值。损耗最大变化度是反映相邻信号相干程度的指标，对于频率相邻的两个信号 lw 和相邻通路是lw 通路带lx ，相邻通路宽内的lx 的最大1.复用器度为：。其中，是lx 通路带宽内的lw 信号的最小损耗，损耗。目前 32 信道的波长复用器通常采用集成光波导或介质薄膜滤波器等技术制作，相关参数如表 2.1 所示。表 2.1 复用器的参数指标2.解复用器目前 32 信道的复用器通常采用光纤布喇格光栅、集成光波导或介质薄膜滤波器等技术制作，相关参数如表 2.2 所示。表 2.2 解复用器的参数指

36、标三、光放大器(OA)在 WDM 系统中，光放大器有三种应用形式：功率放大器(BA)、线路放大器(LA)、前置放大器(PA)。这三种应用都可以用 EDFA 光放大器来实现。作为光放大器，不仅要求增益平坦，而且还必须有自动增益功能：当 32 路信号中的某些信号失去的时候，应不影响其它信道的正常工作，没有突发误码产生：在极限情况下，如果同时失去 31 路信号，剩余的一个信道应在 10ms 内恢复正常无误码工作；即使发生光纤断开的情况，EDFA 光放大器应能够自动关闭泵浦源。当逐路增加承载的信道数量的时候，不影响其它信道的性能；当同时增加多个信道时， 系统也应当不受影响；如果在运行时增加或减少承载的

37、信道数量，EDFA 各项参数可以自动调整。1.光功率放大器(BA)光功率放大器(Boost Amplifier)用在复用器输出端的后面，用于提高系统的率，BA 的参数要求如表 2.3 所示。光功表 2.3 光功率放大器的参数要求2.光线路放大器(LA)光线路放大器(Line Amplifier)用在无源光纤段之间以补充光纤损耗，延长中继长度， LA 的参数要求如表 2.4 所示。表 2.4光线路放大器的参数要求3.光前置放大器(PA)光前置放大器(Pre 一 amplifier)用在解复用器输入端的前面，用于提高信号的接收灵敏度，PA 的参数要求如表 2.5 所示。表 2.5 光前置放大器的参

38、数要求四、光波长转换器(OTU)系统设计采用开放式 WDM 结构，采用光波长转换器(OTU)作为 WDM 系统与终端设备之间的接口设备。在中继设备里使用的 OTU，还具有信号再生电路，以实现信号的 3R 中继功能。1.端 OTU端 OUT 的作用是将终端设备的光信号转换为符合 G.692 规范的标准波长，其接口要求如表 2.6 所示。表 2.6端 OTU 接口要求2.接收端 OTU端 OUT 的作用是将解复用器输出的光信号转换终端设备要求的光信号，其接口要求如表 2.7 所示。表 2.7 接收端 OTU 接口要求五、色散补偿模块(OCM)由于 G.652 光纤的色散值为正，因此系统使用负色散

39、DCM 来进行色散补偿。DCM 应当置于光放大器的中间级(MSA)，即两级泵浦源之间。因为两级放大器本来就需要一定的线路损耗，这样，DCM 模块不额外增加线路损耗，对系统光信噪比的影响降至最小。DCM 的补偿原则根据光功率预算的结果而定，并综合考虑非线性效应的影响。DCM 的参数要求如表 2.8 所示。表 2.8 DCM 参数要求由于目前 DCM 并不能补偿光纤的色散斜率。对于整个复用波段，对总的色散补偿量可以根据实际应用的情况采取欠补偿和完全补偿两种设计方法：欠补偿是以 1546nln 波长补偿到绝对色散量的 92%为原则。这样，长波长区(1545nln 以上)欠补偿更加厉害，而在短波长区(

40、1540nm 以下)为近似完全补偿；而完全补偿则对复用波段的色散平均值(1545nrn 附近)进行完全补偿，这种补偿方法在蓝带出现过补偿，而在红带出现一定的欠补偿。六、主光通道指标从端的复用器输出祸合器之后的 MPI 一 S 点到接收端解复用器输入祸合器之前的MPI 一P 点，这段距离称为系统的主光通道。光信号在主光通道上的传输指标直接影响系统性能，表 2.9 给出了主光通道的指标要求，其中线路衰减指线路的损耗，没有考虑加入 DCM的功率代价。表 2.9 WDM 主光通道指标在每个 ED 队光中继站和 WDM 系统终端站点上，主光通道配备不中断业务监测接口(可以接入监测仪表)，在不中断传输业务

41、的情况下，对波分复用终端站和线路放大器中继站的主光通道进行实时监测。三、系统优化为了使传输性能更加稳定高效，还可以对系统进行多方面的优化设计，本节进行光信道(OSC)和带外前向纠错(FEC)技术的讨论。一、光信道(OSC)在系统中安排有一个额外的光信道。光信道能在每个线路光放大器处进行上下，并连接到管理终端设备区为 1530 一 1565nm，光光信号的性能和传输状态。光线路放大器 EDFA 的增益通路必须位于 EDFA 有用增益带宽的外面，有关标准规定采用151Onm 波长。为了保证系统稳定工作，可以增加对 EDFA 监视功能。由于在 EDFA 上业务信号不进行上下，没有电接口接入，只有光信

42、号的放大，而且业务信号的开销(如 SDH)上也没有对 EDFA 进行和的字节，因而必须增加一个电信号对 ED 队的运动状态进行。现在经常采用的方法是在信道上传送检测信号。另外，在波分复用终端站和线路放大器中继站中，还可以加入专门的软件估算每个光通路的光功率和光信噪比的功能，并将相应的数据通过信道送到系统中，在上可以查看相应的物理量。估算功率和信噪比的精确度要在士 1.5dB 之内。二、前向纠错(FEC)功能前向纠错(FEC)是为提高海底)己缆传输速率而提出的一种编码技术。FEC 编码在端 OTU 加入到业务信号中，而接收端的 O 刊再进行信号的纠错和还原。FEC 的功能主要包括：在的数据。端对

43、信号进行 FEC 编码，加入根据 R-S 算法得到的冗余符号，并生成速率更高在接收端对通过提取 FEC 冗余码进行纠错操作，并将信号还原。FEC 技术可以分为 in Band(带内)纠错和 Out Band(带外)纠错两种方式。目前的10Gbit/s SDH 系统大多具有带内 FEC；而在基于 10Gbit/s 的 WDM 系统中，则大多使用带外FEC 技术。WDM 系统中，一般在光波长转换器(OTU)内配备 FEC 功能。采用带外 FEC 技术可以利用的字节，获得较高的增益。目前广泛采用的是 G.975 所规定的海缆 Reed Solomon 编码方法。使用 RS 编码虽然使开销增加了 7%，但可以使 OSNR 增益 5 一 7dB。实验结果证明：在打开带外 FEC 功能，OSNR 为 12.5dB 一 13.5dB 时，比特误码率(BER)可以达到10-12 。相对于不带 FEC 系统，带外 FEC 带来的相对