光波分复用技术讲座-信息产业部

1、 光波分复用技术讲座 第一讲 WDM技术的基本原理 信息产业部部电信研究院院 xxxx目前，WDM（波波分复用）技技术发展十分分迅速，已展展现出巨大的的生命力和光光明的发展前前景，我国的的光缆干线和和一些省内干干线已开始采采用WDM系系统，并且国国内一些厂商商也正在开发发这项技术。为为帮助读者了了解和熟悉这这一新技术，我我们组织了该该系列讲座。第第一讲是WDDM技术的基基本原理；第第二讲介绍WWDM系统中中应用的光电电器件的种类类及其主要原原理，以及它它们的应用情情况；第三讲讲介绍WDMM系统的技术术规范，特别别是信息产业业部刚刚制定定发布的166（8）22.5Gbs WDMM系统规范，并并予

2、以较详细细的说明；第第四讲主要是是关于WDMM系统管理方方面的要求，以以及WDM和和SDH网管管系统的关系系；第五讲是是关于WDMM系统测试方方法和相关仪仪表；第六讲讲主要探讨采采用0ADMM组环的技术术，另外还将将讨论基于OOXC和0AADM的全光光网技术。欢欢迎读者朋友友随时对该讲讲座提出意见见和要求（热热线电话：0010-6771327992）。1 概述在过去200年里，光纤纤通信的发展展超乎了人们们的想象，光光通信网络也也成为现代通通信网的基础础平台。就我我国长途传输输网而言，截截止到19998年底，省省际干线光缆缆长度已接近近2O万kmm。光纤通信信系统经历了了几个发展阶阶段，从80

3、0年代末的PPDH系统，990年代中期期的SDH系系统，以及近近来风起云涌涌的WDM系系统，光纤通通信系统自身身在快速地更更新换代。波分复用技技术从光纤通通信出现伊始始就出现了，两两波长WDMM（1310015500nm）系统统80年代就就在美国ATT&T网中使使用，速率为为21.77Gbs。但但是到90年年代中期，WWDM系统发发展速度并不不快，主要原原因在于：（11）TDM（时时分复用）技技术的发展，1155Mbs6222Mbs2.5Gbbs TDDM技术相对对简单。据统统计，在2.5Gbss系统以下（含含2.5Gbbs系统），系系统每升级一一次，每比特特的传输成本本下降3O左右。正由由于

4、此，在过过去的系统升升级中，人们们首先想到并并采用的是TTDM技术。（22）波分复用用器件还没有有完全成熟，波波分复用器解复用器和和光放大器在在90年代初初才开始商用用化。1995年年开始，WDDM技术的发发展进入了快快车道，特别别是基于掺饵饵光纤放大器器EDFA的的1550nnm窗口密集集波分复用（DDWDM）系系统。Luccent率先先推出822.5Gbs系统，CCiena推推出了162.5Gbbs系统，试试验室目前已已达Tbss速率，世界界上各大设备备生产厂商和和运营公司都都对这一技术术的商用化表表现出极大的的兴趣，WDDM系统在全全球范围内有有了较广泛的的应用。发展展迅速的主要要原因在

5、于：（1）光电电器件的迅速速发展，特别别是EDFAA的成熟和商商用化，使在在光放大器（1153011565nmm）区域采用用WDM技术术成为可能。（22）TDM110Gbss面临着电子子元器件的挑挑战，利用TTDM方式已已日益接近硅硅和镓砷技术术的极限，TTDM已没有有太多的潜力力可控，并且且传输设备的的价格也很高高。（3）已已敷设G.6652光纤11550nmm窗口的高色色散限制了TTDM10GGbs系统统的传输，光光纤色度色散散和极化模色色散的影响日日益加重。人人们正越来越越多地把兴趣趣从电复用转转移到光复用用，即从光域域上用各种复复用方式来改改进传输效率率，提高复用用速率，而WWDM技术

6、是是目前能够商商用化最简单单的光复用技技术。从光纤通信信发展的几个个阶段看，所所应用的技术术都与光纤密密切相关。880年代初期期的多模光纤纤通信，所应应用的是多模模光纤的8550nm窗口口；80年代代未、90年年代初期的PPDH系统，所所应用的是单单模光纤13310nm窗窗口；19993年开始的的SDH系统统开始转向11550nmm窗口；WDDM是在光纤纤上实行的频频分复用技术术，更是与光光纤有着不可可分割的联系系。目前的WWDM系统是是在155OOnm窗口实实施的多波长长复用技术，因因而在深入讨讨论WDM技技术以前，有有必要讨论一一下光纤的特特性，特别是是光纤的带宽宽和损耗特性性。2 光纤的

7、基基本特性由于单模光光纤具有内部部损耗低、带带宽大、易于于升级扩容和和成本低的优优点，因而得得到了广泛应应用。从800年代未起，我我国在国家干干线网上敷设设的都是常规规单模光纤。常常规石英单模模光纤同时具具有15500nm和13310nm两两个窗口，最最小衰减窗口口位于15550nm窗口口。多数国际际商用光纤在在这两个窗口口的典型数值值为：13110nm窗口口的衰减在（00.30.4）dBkm；15550nm窗窗口的衰减在在（O.1990.255）dBkkm。从上图可以以看出，除了了在13800nm有一个个OH-根离离子吸收峰导导致损耗比较较大外，其它它区域光纤损损耗都小于00.5dBkm（据

8、报报道已有公司司推出了ALLLWAVEE全波光纤，消消除了这一损损耗峰峰值，使使整个频带更更加平坦）。现现在人们所利利用的只是光光纤低损耗频频谱（1311015550nm）极极少的一部分分。以常规SSDH 2.5Gbss系统为例，在在光纤的带宽宽中只占很小小一部分，大大约只有0.02nm左左右；全部利利用掺饵光纤纤放大器EDDFA的放大大区域带宽（1153011565）nnm的35nnm带宽，也也只是占用光光纤全部带宽宽（13100157OOnm）的116左右。理论上，WWDM技术可可以利用的单单模光纤带宽宽达到2000nm，即225THz带带宽，即使按按照波长间隔隔为0.8nnm（1000G

9、Hz）计计算，理论上上也可以开通通200多个个波长的WDDM系统，因因而目前光纤纤的带宽远远远没有利用。WWDM技术的的出现正是为为了充分利用用这一带宽，而而光纤本身的的宽带宽、低低损耗特性也也为WDM系系统的应用和和发展提供了了可能。3 WDM技技术原理在模拟载波波通信系统中中，为了充分分利用电缆的的带宽资源，提提高系统的传传输容量，通通常利用频分分复用的方法法，即在同一一根电缆中同同时传输若干干个信道的信信号，接收端端根据各载波波频率的不同同，利用带通通滤波器就可可滤出每一个个信道的信号号。同样，在光光纤通信系统统中也可以采采用光的频分分复用的方法法来提高系统统的传输容量量，在接收端端采用

10、解复用用器（等效于于光带通滤波波器）将各信信号光载波分分开。由于在在光的频域上上信号频率差差别比较大，人人们更喜欢采采用波长来定定义频率上的的差别，因而而这样的复用用方法称为波波分复用。所谓WDMM技术就是为为了充分利用用单模光纤低低损耗区带来来的巨大带宽宽资源，根据据每一信道光光波的频率（或或波长）不同同可以将光纤纤的低损耗窗窗口划分成若若干个信道，把把光波作为信信号的载波，在在发送端采用用波分复用器器（合波器）将将不同规定波波长的信号光光载波合并起起来送入一根根光纤进行传传输。在接收收端，再由一一波分复用器器（分波器）将将这些不同波波长承载不同同信号的光载载波分开的复复用方式。由由于不同波

11、长长的光载波信信号可以看作作互相独立（不不考虑光纤非非线性时），从从而在一根光光纤中可实现现多路光信号号的复用传输输。双向传输输的问题也很很容易解决，只只需将两个方方向的信号分分别安排在不不同波长传输输即可。根据波分分复用器的不不同，可以复复用的波长数数也不同，从从2个至几十十个不等，现现在商用化的的一般是8波波长和16波波长系统，这这取决于所允允许的光载波波波长的间隔隔大小，图22给出了其系系统组成。WDM本质质上是光域上上的频分复用用（FDM）技技术。要想深深刻理解WDDM系统的本本质，有必要要对传输技术术的发展进行行一下总结。从从我国几十年年应用的传输输技术来看，走走的是FDMM-TDM

12、-TDM+FFDM的路线线。开始的明明线、中同轴轴电缆采用的的都是FDMM模拟技术，即即电域上的频频分复用技术术，每路话音音的带宽为44kHz，每每路话音占据据传输媒质（如如同轴电缆）一一段带宽；PPDH、SDDH系统则是是在光纤上传传输的TDMM基带数字信信号，每路话话音速率为664kbss；而WDMM技术是光纤纤上频分复用用技术，166（8）22.5Gbs的WDMM系统则是光光域上的FDDM模拟技术术和电域上TTDM数字技技术的结合。下面列出了了几种传输技技术实现方式式：.明线技术术，FDM模模拟技术，每每路电话4kkHz；.小同轴电电缆6O路FFDM模拟技技术，每路电电话4kHzz；.中

13、同轴电电缆18000路FDM模模拟技术，每每路电话4kkHz；.光纤通信信140Mbbs PDDH系统，TTDM数字技技术，每路电电话64kbb；.光纤通信信2.5Gbbs SDDH系统，TTDM数字技技术，每路电电话64kbbs；.光纤通信信N2.55Gbs WDM系统统，TDM数数字技术+光光频域FDMM模拟技术，每每路电话644kbs。WDM本质质上是光域上上的频分复用用FDM技术术，每个波长长通路通过频频域的分割实实现，如图33所示。每个个波长通路占占用一段光纤纤的带宽，与与过去同轴电电缆FDM技技术不同的是是：（1）传传输媒质不同同，WDM系系统是光信号号上的频率分分割，同轴系系统是

14、电信号号上的频率分分割利用。（22）在每个通通路上，同轴轴电缆系统传传输的是模拟拟信号4kHHz语音信号号，而WDMM系统目前每每个波长通路路上是数字信信号SDH 2.5Gbbs或更高高速率的数字字系统。4 WDM技技术的主要特特点可以充充分利用光纤纤的巨大带宽宽资源，使一一根光纤的传传输容量比单单波长传输增增加几倍至几几十倍。使N个个波长复用起起来在单模光光纤中传输，在在大容量长途途传输时可以以大量节约光光纤。另外，对对于早期安装装的芯数不多多的电缆，芯芯数较少，利利用波分复用用不必对原有有系统作较大大的改动即可可比较方便地地进行扩容。由于同同一光纤中传传输的信号波波长彼此独立立，因而可以以

15、传输特性完完全不同的信信号，完成各各种电信业务务信号的综合合和分离，包包括数字信号号和模拟信号号，以及PDDH信号和SSDH信号的的综合与分离离。波分复复用通道对数数据格式是透透明的，即与与信号速率及及电调制方式式无关。一个个WDM系统统可以承载多多种格式的“业业务”信号，AATM、IPP或者将来有有可能出现的的信号。WDDM系统完成成的是透明传传输，对于“业业务”层信号号来说，WDDM的每个波波长就像“虚虚拟”的光纤纤一样。在网络络扩充和发展展中，是理想想的扩容手段段，也是引入入宽带新业务务（例如CAATV、HDDTV和B-ISDN等等）的方便手手段，增加一一个附加波长长即可引入任任意想要的

16、新新业务或新容容量。利用WWDM技术选选路来实现网网络交换和恢恢复，从而可可能实现未来来透明的、具具有高度生存存性的光网络络。在国家家骨干网的传传输时，EDDFA的应用用可以大大减减少长途干线线系统SDHH中继器的数数目，从而减减少成本。距距离越长，节节省成本就越越多。5 WDM和DDWDM人们在谈论论WDM系统统时，有时会会谈到DWDDM（密集波波分复用系统统）。WDMM和DWDMM是同一回事事吗？它们之之间到底有那那些差别呢？其实，WDDM和DWDDM应用的是是同一种技术术，它们是在在不同发展时时期对WDMM系统的称呼呼，它们与WWDM技术的的发展历史有有着紧密的关关系。在80年代代初，光

17、纤通通信兴起之初初，人们想到到并首先采用用的是在光纤纤的两个低损损耗窗口13310nm和和1550nnm窗口各传传送1路光波波长信号，也也就是1311Onm1155Onmm两波分的WWDM系统，这这种系统在我我国也有实际际的应用。该该系统比较简简单，一般采采用熔融的波波分复用器件件，插入损耗耗小；没有光光放大器，在在每个中继站站上，两个波波长都进行解解复用和光电光再生生中继，然后后再复用在一一起传向下一一站。很长一一段时间内在在人们的理解解中，WDMM系统就是指指波长间隔为为数十nm的的系统，例如如1310nnm15550nm两波波长系统（间间隔达2000多nm）。因因为在当时的的条件下，实实

18、现几个nmm波长间隔是是不大可能的的。随着15550nm窗口口EDFA的的商用化，WWDM系统的的应用进入了了一个新时期期。人们不再再利用13110nm窗口口，而只在11550nmm窗口传送多多路光载波信信号。由于这这些WDM系系统的相邻波波长间隔比较较窄（一般（11.6nm），且且工作在一个个窗口内共享享EDFA光光放大器，为为了区别于传传统的WDMM系统，人们们称这种波长长间隔更紧密密的WDM系系统为密集波波分复用系统统。所谓密集集，是指相临临波长间隔而而言。过去WWDM系统是是几十nm的的波长间隔，现现在的波长间间隔小多了，只只有（0.882）nmm，甚至00.8nm。密密集波分复用用技

19、术其实是是波分复用的的一种具体表表现形式。由由于DWDMM光载波的间间隔很密，因因而必须采用用高分辨率波波分复用器件件来选取，例例如平面波导导型或光纤光光栅型等新型型光器件，而而不能再利用用熔融的波分分复用器件。在DWDMM长途光缆系系统中，波长长间隔较小的的多路光信号号可以共用EEDFA光放放大器。在两两个波分复用用终端之间，采采用一个EDDFA代替多多个传统的电电再生中继器器，同时放大大多路光信号号，延长光传传输距离。在在DWDM系系统中，EDDFA光放大大器和普通的的光电光光再生中继器器将共同存在在，EDFAA用来补偿光光纤的损耗，而而常规的光电光再生生中继器用来来补偿色散、噪噪声积累带

20、来来的信号失真真。现在，人们们都喜欢用WWDM来称呼呼DWDM系系统。从本质质上讲，DWWDM只是WWDM的一种种形式，WDDM更具有普普遍性，DWWDM缺乏明明确和准确的的定义，而且且随着技术的的发展，原来来认为所谓密密集的波长间间隔，在技术术实现上也越越来越容易，已已经变得不那那么“密集”了了。一般情况况下，如果不不特指13110nm11550nmm的两波分WWDM系统，人人们谈论的WWDM系统就就是DWDMM系统。6 总 结过去无论PPDH的344Mbs-140Mbbs-5665Mbss，还是SDDH的1555Mbs-622Mbbs-2.4Gbss，其扩容升升级方法都是是采用电的TTDM

21、方式，即即在电信号上上进行的时间间分割复用技技术，光电器器件和光纤完完成的只是光光电变换和透透明传输，对对信号在光域域上没有任何何处理措施（甚甚至于放大）。WWDM技术的的应用第一次次把复用方式式从电信号转转移到光信号号，在光域上上用波分复用用（即频率复复用）的方式式提高传输速速率，光信号号实现了直接接复用和放大大，而不再回回到电信号上上处理，并且且各个波长彼彼此独立，对对传输的数据据格式透明。因因此，从某种种意义上讲，WWDM技术的的应用标志着着光通信时代代的“真正”到到来。 第第二讲WDMM系统中的光光电器件 信信息产业部电电信研究院 xxxWDM系统统本质上是光光域上的模拟拟系统，WDD

22、M技术第一一次把复用方方式从电域转转移到光域，在在光域上用彼彼长复用（即即频率复用）的的方式提高传传输速率，光光信号实现了了直接复用和和放大，而不不再回到电信信号上处理，因因而大大增加加了光电器件件，而且光模模拟系统的性性能很大程度度上取决于各各器件的特性性。相对于SSDH系统，WWDM系统增增加了波分复复用器（解复复用器）、光光放大器等器器件，另外对对激光器信号号的波长准确确性和稳定性性也提出了较较高的要求。下下面我们分33部分介绍WWDM系统中中的光电器件件，即激光器器、波分复用用器和光放大大器。1 激光器过去SDHH系统工作波波长是在一个个很宽的区域域内，而WDDM系统的最最重要特点是是

23、每个系统采采用不同的波波长，一般波波长问隔为1100GHzz或2OOGGHz，这对对激光器提出出了较高要求求。除了准确确的工作波长长外，在整个个寿命期间波波长偏移量都都应在一定的的范围之内，以以避免不同的的波长相互干干扰。即激光光器必须工作作在标准波长长、且具有很很好的稳定性性。另一方面，由由于采用了光光放大器，WWDM系统的的无再生中继继距离大大延延长。SDHH系统再生距距离一般在5506Okkm，由再生生器进行整形形、定时和再再生，恢复成成数字信号继继续传输。而而WDM系统统中，每隔88okm有一一个EDFAA，只进行放放大，没有整整形和定时功功能，不能有有效去除因线线路色散和反反射等带来

24、的的不利影响，系系统经50OO60Okkm传输后才才进行光电电再生，因而而要求光源的的色散受限距距离大大延长长。由过去的的5O600km提高到到6O0kmm以上，这对对光源的要求求大大提高。总总体上，应用用在WDM系系统上的光源源有2个突出出特点：（11）比较大的的色散容纳值值。（2）标标准而稳定的的波长。11外调调制技术对于直接调调制来讲，单单纵模激光器器引起的啁啾啾（Chirrp）噪声已已成为限制其其传输距离的的主要因素。即即使采用a值值较小的应变变型超晶格激激光器，在GG652光光纤上传输225 Gbbs的色散散受限距离也也只有1200km左右。这这对于国家干干线WDM系系统要求的55O

25、O600Okm是不不够的。从原原理上讲，很很难消除直接接调制带来的的Chirpp噪声，人们们把眼光转向向了外调制。与直接调制制不同，在外外调制情况下下，高速电信信号不再直接接调制激光器器，而是加载载在某一媒介介上，利用该该媒介的物理理特性使通过过的激光器信信号的光波特特性发生变化化，从而间接接建立了电信信号与激光的的调制关系。在在外调制情况况下，激光器器产生稳定的的大功率激光光，而外调制制器以低啁啾啾对它进行调调制，从而获获得远大于直直接调制的色色散受限距离离。目前，投投入实用的主主要有两种：一种是电吸吸收型外调制制器，一种是是波导型铌酸酸锂马赫一曾曾德尔调制器器。1111 电吸收外外调制器（

26、EEML激光器器）电吸收外调调制器是一种种强度调制器器，也是第一一种大量生产产的钢镓砷磷磷（InGaaAsP）光光电集成器件件。它将激光光器和调制器器集成到一片片芯片上。EEML激光器器芯片的激光光器段工作于于恒定功率或或CW模式。输输入信号加在在调制器上，因因此调制器像像一个开关，让让光通过或把把光关断。这这使得产生的的信号的啁啾啾声（Chiirp）非常常小，囚此可可以在标准的的光纤上传播播非常长的距距离，并且信信号的失真很很小，典型的的EML激光光器支持超过过600kmm的距离。电吸收外调调制器的最突突出的优点是是体积较小，集集成度好。另另外驱动电压压低，耗电量量小，在已有有的WDM陆陆地

27、系统中，绝绝大部分公司司的产品都采采用了这种类类型的外调制制器。1122 马赫-曾曾德尔（Maach一Zeehnderr）外调制器器马赫-曾德德尔波导型外外调制器也是是一种强度调调制器。它使使用单独的一一个单纵模DDFB激光器器和一个外调调制器。激光光器也工作于于连续波（CCW）状态，在在外加调制电电场的情况下下，由于银酸酸锂（LiNNbO3）良良好的电光效效应，使波导导的折射率发发生改变，通通过波导的光光的强度相应应发生变化，实实现波导输出出的光幅度调调制。马赫-曾德尔调制制器在原理上上其啁啾参数数可以为零，因因而调制速率率极高，几乎乎不受光纤色色散的限制，调调制线宽很窄窄，消光比高高。缺点

28、是调调制器与偏振振矿态相关，激激光器和调制制器之间的连连接必须使用用保偏光纤。在在10Gb5以上超高高速WDM系系统传输时，MMZ外调制器器成为克服光光纤色散影响响的主要手段段。12波长长稳定技术WDM系统统的一个重要要特点是在光光波分复用器器处输入的信信号均为固定定波长的光信信号，各个通通路的信号波波长不同，而而且对中心频频率偏移有严严格规定。如如对于8225Gbs WDMM系统，通路路间隔选择22OOGHzz，到寿命终终了时的波长长偏移不大于于20GHHz。相邻两两个通路如果果波长偏移过过大，就会造造成通路间的的串扰过大，产产生误码。就就目前技术而而言，最简单单的方法是依依靠稳定激光光器的

29、温度和和偏流保证。但但这种方法无无法解决由于于激光器老化化、温度变化化引起的波长长变化。当波波长精度要求求较高时，需需要使用更严严格的波长控控制技术。使用波长敏敏感器件对可可调制连续波波光源的波长长进行控制的的原理如图11所示。波长长敏感器件的的输出电压随随LD发射光光波长变化而而变化，这一一电压变化信信息经适当处处理可用来直直接或间接控控制LD发射射的光波长，使使其稳定在规规定的工作波波长上。2 波分复用器器件波分复用器器件是波分复复用系统的重重要组成部分分，将不同光光源波长的信信号结合在一一起经一根传传输光纤输出出的器件称为为合波器，如如图2（a）所所示。反之，经经同一传输光光纤送来的多多

30、波长信号分分解为个别波波长分别输出出的器件称分分波器，如图图2（b）所所示。有时同同一器件既可可作分波器，又又可以作合波波器。WDM器件件有多种制造造方法，目前前已广泛商用用的WDM器器件可以分为为4类，即角角色散器件、干干涉滤波器、熔熔锥型波分复复用器和集成成光波导型。下下面分别进行行介绍。21光栅栅型波分复用用器光栅型波分分复用器件属属于角色散型型器件。当人人射光照射到到光栅上后，由由于光栅的角角色散作用，使使不同波长的的光信号以不不同的角度出出射，然后经经透镜会聚到到不同的输出出光纤，从而而完成波长的的选择作用，如图3所示。总的来看，光光栅型WDMM器件具有优优良的波长选选择特性，可可以

31、使波长间间隔缩小到数数nm到0.51nm左左右。另外，光光栅型器件是是并联工作的的，插入损耗耗不会随复用用信道的增多多而增加，己己能实现322131个个波长的复用用，但对温度度稳定性要格格外注意。以以16通路WWDM为例，由由于光源在11550nmm波长的温度度系数大约为为04nmm，环境境温度变化330就足以以引起约0.4nm的波波长偏移，对对于通路带宽宽仅0.311nm的情况况将至少导致致3dB的失失配损耗，其其严重性可见见一斑。因而而采用温控措措施是必要的的。除上述传统统光栅器件外外，近来一种种利用紫外光光将折射率光光栅刻在光纤纤芯区的光纤纤光栅受到了了很大重视，如如图4所示。据据报道其

32、性能能甚佳，带内内频响很平坦坦，带外抑制制比很高，插插入损耗不大大，性能十分分稳定，1556Onm的的温度系数为为0.Olnnm，滤滤波特性滚降降斜率优于115odB11m，带带外抑制比可可以高达500dB。它具有理想想的滤光特性性、便于设计计制造、效率率高等优点，因因此可制作成成倍道间隔非非常小的带通通、带阻滤波波器。目前已已广泛用于WWDM系统中中。2.2 介质簿簿膜滤波器型型波分复用器器光滤波器有有两类，一类类为干涉滤波波器，另一类类是吸收滤波波器，两者均均可由介质薄薄膜（DTFF）构成。DDTF干涉滤滤波器由几十十层不同材料料、不同折射射率和不同厚厚度的介质膜膜按照设计要要求组合起来来

33、，每层的厚厚度为V4波波长，一层为为高折射率，一一层为低折射射率，交替叠叠合而成。当当光入射到高高折射率层时时，反射光没没有相移。当当光入射到低低折射率层时时，反射光经经历18O相移。由于于层厚144波长（9OO），因而而经低折射率率层反射的光光经历36OO相移，与与经高折射率率层的反射光光同相叠加。这这样在中心波波长附近，各各层反射光叠叠加，在滤波波器前端面形形成很强的反反射光。在这这高反射区之之外，反射光光突然降低，大大部分光成了了透射光，据据此可以使之之对一定波长长范围呈通带带，对另外波波长范围呈阻阻带，从而形形成所要求的的滤波特性。利利用这种具有有特定波长选选择特性的干干涉滤波器就就可

34、以将不同同的波长分离离或者合并起起来，如图55所示。采用DTF干涉涉滤波器型WWDM器件的的主要优点是是设计与所用用光纤参数几几乎完全无关关，可以实现现结构稳定的的小型化器件件，信号通带带较平坦，与与极化无关，插插入损耗较低低，温度特性性很好，可达达0.OOllnm以以下，但通路路数不会很多多，目前可达达16路。2.3 熔锥型型波分复用器器熔拉双锥（熔熔锥）型光纤纤耦合器，即即将多根光纤纤在热熔融条条件下拉成锥锥形，并稍加加扭曲，使其其熔融在一起起。由于不同同光纤的纤芯芯十分靠近，因因而可以通过过锥形区的消消失波耦合达达到所需要的的耦合功率。熔熔锥型WDMM器件制造简简单，更易于于批量生产，因

35、因而应用更广广泛。熔锥型WDDM器件的特特点是插入损损耗低（最大大值5dBB，典型0.2dB），无无需波长选择择器件，此外外还具有较好好的光通路带带宽通路间间隔比和温度度稳定性，不不足之处是尺尺寸稍大，复复用波长数少少，隔离度较较差（20ddB左右），一一般不用在目目前的密集波波分复用系统统中。2.4 集成光光波导型WDDM器件集成光波导导型WDM器器件是以光集集成技术为基基础的平面波波导型器件，具具有一切平面面波导技术的的潜在优点，诸诸如适于批量量生产、重复复性好、尺寸寸小，可以在在光掩膜过程程中实现复杂杂的光路、与与光纤的对准准容易等等，因因而代表了一一种先进的WWDM器件技技术。目前平平

36、面波导型WWDM器件有有各种实现方方案，其中一一种称为龙骨骨型的平面波波导WDM器器件较有前途途。器件由22个星形耦合合器经M个非非耦合波导构构成，耦合波波导不等长从从而形成光栅栅，两端的星星形耦合器由由平面设置的的两个共焦阵阵列径向波导导构成。这种种波导型WDDM器件通路路数大、紧凑凑、易于批量量生产，但带带内频响尚不不够平坦，图图6所示为一一个龙骨型平平面波导WDDM器件的结结构原理。2.5 各种WWDM器件的的性能比较表1是各种种WDM器件件主要特性的的比较结果，需需要注意特性性参数是随波波长数不同而而变化的，表表中数值只是是大致范围，仅仅供参考。 表11 各种WDDM器件性能能比较器件

37、类型机理批量生产通路间（nm）通路数串音（dB）插入损耗（dB）主要缺点 衍射光栅型角色散一般0.5104131-3036温度敏感DTF型干涉/吸收一般1100232-2526通路数较少熔锥型波长依赖性较容易1010026-（15-445）0.21.55通路数少集成光波导型平面波导容易15 443225611插入损耗大在合波器上上，8166路WDM系系统，几乎所所有的公司都都采用了无源源的星型光耦耦合器作为波波分复用器的的合波器，有有的采用1：n，有的出出于线路保护护的考虑，采采用了2：nn耦合器，一一路输出接工工作通路，另另一个接保护护通路。这主主要是因为简简单、便宜，相相互间隔离度度好。缺

38、点是是引入的损耗耗大，以1：8耦合器为为例，可以达达10dB左左右。而在解解复用器上，对对于8166路的WDMM系统，现在在的厂家大部部分选用了DDTF干涉滤滤波器解复用用器或平面波波导型解复用用器；而对于于16路以上上的WDM系系统，复用器器和解复用器器大多都选用用平面波导型型复用器，因因为该类型复复用器的损耗耗与通路数无无关。3 光放大器在WDM系系统中，光放放大器有3种种应用：发送送侧波分复用用器之后放大大信号的光放放大器功功率放大器，线线路上的光放放大器线线路放大器，接接收侧解复用用器之前的光光放大器前置放大器器。迄今为止止，人们已研研究成功3种种光放大器，即即半导体激光光放大器、非非

39、线性光纤拉拉曼放大器和和掺稀土元素素的光纤放大大器。掺稀土土元素的光纤纤放大器又可可分为掺铒光光纤放大器（EEDFA）和和掺镨光纤放放大器（PDDFA），其其中，EDFFA适合于长长波长15550nm窗口口的光信号放放大，而PDDFA适用于于1310nnm窗口的光光信号。目前前已经达到实实用化水平并并在WDM系系统应用的就就是掺铒光纤纤放大器EDDFA。3.1 光光放大器原理理一个典型的的EDFA由由掺铒光纤、泵泵浦源和波分分复用器组成成。其中掺铒铒光纤提供放放大，泵浦源源提供足够强强的泵浦功率率，波分复用用器将信号与与泵浦光混合合，掺铒光纤纤放大器构成成如图7所示示。EDFA是是利用激光泵泵

40、浦石英光纤纤中掺铒离子子（E3+）的的受激辐射来来实现对1555Onm波波段光信号的的放大。由于于光放大器有有很宽频带一一般在153301nm1565nnm，这给采采用EDFAA的光系统提提供了“透明明”特性，放放大与信号码码率和信号格格式无关，而而且能把各波波长信号光同同时放大。泵浦源有两两种，即988Onm和1148Onmm。980nnm泵浦源可可以保持较低低的噪声系数数，而1488Onm泵浦浦源有着更高高的泵浦效率率，可以获得得较大的输出出功率（相对对于980nnm，大3ddB左右）。在在实际的线路路放大器应用用中，对于88路WDM系系统，大多采采用98Olllm，这是是因为G.6652

41、光纤的的WDM系统统主要是色散散受限，而非非损耗受限，因因而采用14480nm会会增大系统功功率衰耗，提提高EDFAA的输出功率率并没必要；采用98OOnm获得最最佳的噪声系系数反而有利利干系统性能能。但是对于于16路以上上的WDM系系统，则采用用了14800nm的泵浦浦源。这是由由于较大的分分路比减少了了可用功率范范围，必须采采用功率更大大的泵浦源。也也有的公司采采用了两级泵泵浦，1，级级采用98OOnm，一级级采用14880nm泵浦浦源。既改善善了噪声系数数，又增大了了输出功率。但但是，出于激激光安全性和和光纤非线性性的考虑，输输出光功率一一般限制在十十17dBmm以下，这也也是激光器33

42、A的安全要要求。3.2 EDFFA的增益平平坦度EDFA的的增益。波长长特性不平坦坦导致不同波波长的接收光光功率差异。对对于多级级连连EDFA系系统尤其重要要。在多波长长级联EDFFA系统中，信信号频带内的的ASE（放放大的自发光光辐射）噪声声在每个EDDPA得到累累积，累积的的ASE噪声声还会由于KKerr效应应给信号带来来相位上的噪噪声，扩展了了信号频谱，EEDFA级联联数目较多时时，多级级联联后的EDFFA的增益曲曲线极不平坦坦，可选用的的增益区减小小，各波长信信号的增益不不平衡，必须须采取均衡措措施。解决增益均衡的的途径首先是是实现增益谱谱的平坦。方法大体上可分分为滤波器型型和本征型两

43、两类：滤波器器型是在EDDFA中内插插无源滤波器器将153OOnm的增益益峰降低，或或专门设计其其透射谱与掺掺饵光纤增益益谱相反的光光滤波器将增增益谱削平，但但结构工艺都都较复杂，附附加损耗大，输输出功率会减减校本征型是是采用高铝掺掺杂光纤或氟氟化物光纤。这这类方法的最最大优点是无无需制作和引引入附加元件件，掺铝光纤纤还可以增大大放大器的放放大频谱范围围。但氟化物物光纤与石英英光纤材料的的不共性招致致放大器工艺艺和可靠性的的诸多麻烦。33掺铒光纤纤放大器的增增益均衡技术术EDFA的的增益均衡是是一个重要问问题。WDMM系统是一个个多波长工作作系统，当某某些波长信号号失去时，由由于增益竞争争，其

44、能量会会转移到存在在的信号上，使使其它波长的的功率提高。在在接收端，由由于电平的突突然提高会带带来误码，而而且在极限情情况下，当88路波长中77路丢失时，所所有的功率都都集中到一个个波长上，功功率会达到+17dBmm左右，这又又会带来强烈烈的非线性或或接收机过载载，也会带来来误码。EDFA的的增益控制技技术有许多种种，典型的有有控制泵浦源源增益的方法法，EDFAA内部的监测测电路通过监监测输入和输输出功率的比比值来控制泵泵浦源的输出出，当输入波波长某些信号号丢失时，输输入功率会减减小，输出功功率和输入功功率的比值会会增加，通过过反馈电路，降降低泵浦源的的输出功率，保保持（输出输入）增益益不变，

45、从而而使EDFAA的总输出功功率减少，保保持输出信号号电平的稳定定。另外，还有有饱和波长的的方法。在发发送端，除了了8（16）路路工作波长外外，系统还发发送另一个波波长作为饱和和波长。在正正常情况下，该该波长的输出出功率很小，当当线路的某些些信号失去时时，饱和波长长的输出功率率会自动增加加，用以补偿偿丢失的各波波长信号的能能量，从而保保持EDFAA输出功率和和增益保持恒恒定。当线路路的多波长信信号恢复时，饱饱和波长的输输出功率会相相应减少，这这种方法直接接控制饱和波波长激光器的的输出，速度度较控制泵浦浦源要快一些些。4 总结本讲介绍了了WDM系统统中主要光电电器件：激光光器、波分复复用器和掺饵

46、饵光纤放大器器EDFA。模模拟系统的性性能很大程度度上取决于各各器件的特性性，因此这些些光电器件的的性能对wDDM系统的性性能有着重要要影响。要想想深入理解WWDM系统，我我们也必须熟熟悉和了解这这些器件的工工作原理和特特性。 第三三讲WDM系系统技术规范范 信息产业业部电信研究究院张成良 xxx随着WDMM系统的大规规模建设，对对标准的需要要也越来越强强烈。WDMM系统不像SSDH系统那那样有严格统统一的规范。主主要原因在于于SDH系统统是ITU-T先制定了了标准规范，各各大厂商再根根据标准去制制造产品，而而WDM系统统的发展却恰恰恰相反，是是各厂商先有有产品，而且且规范不一，都都认为自己是

47、是最好的选择择，因此到现现在为止ITTU-T还没没有形成统一一的规范。因因此，为了使使引进产品和和国内自行开开发的产品具具有统一性，制制订我国的标标准是十分必必要的。在制定我国国WDM规范范时，必须先先确定波分复复用系统的通通道数目。从从最近几年看看，16（88）波长的应应用将是第一一步。从各个个公司现在推推出的产品看看，几乎全是是间隔为1000GHz的的16波分系系统。这主要要有以下原因因：（a）现现实的需要性性，以255Gbs系系统为例，116波分单向向就可达到440Gbss的传输速率率，这足以满满足未来几年年的业务需求求；（b）技技术的可行性性。当前波分分复用器件和和激光器元件件的技术都

48、满满足16个波波长以上的复复用。有鉴于于此，我们所所考虑的主要要是用于干线线系统的15550nm的的16通路密密集波分复用用技术。从当前应用用上看，WDDM系统只用用于2 55Gbs以以上的高速率率系统。因而而在制定规范范的过程中，我我们主要考虑虑了基于25Gbss SDH的的干线网WDDM系统的应应用，承载信信号为SDHH STM-16系统，即即25Gbb/sN的的WDM系统统。对于承载载信号为其他他格式（例如如IP）的系系统和其它速速率（例如110GbssN）暂不不作要求。在WDM系系统规范中，只只考虑了点到到点的线性系系统。目前世世界上大规模模建设的WDDM系统几乎乎无一例外的的都是点到

49、点点的系统，而而且大部分没没有采用OAADM。在有有业务上下的的节点上，采采用了复用器器解复用器器的背对背方方式，因此我我们规范的都都是点到点的的线性系统，而而没有考虑环环型或其它应应用。1 集成式系统统和开放式系系统WDM系统统根据其分类类，可以分为为开放式WDDM系统和集集成式WDMM系统。集成式系统统就是SDHH终端设备具具有满足G.692的光光接口：标准准的光波长、满满足长距离传传输的光源（又又称彩色接口口）。这两项项指标都是当当前SDH系系统不要求的的。即把标准准的光波长和和长受限色散散距离的光源源集成在SDDH系统中。整整个系统构造造比较简单，没没有增加多余余设备。但在在接纳过去的

50、的老SDH系系统时，还必必须引入波长长转换器OTTU，完成波波长的转换，而而且要求SDDH与WDMM为同一个厂厂商，在网络络管理上很难难实现SDHH、WDM的的彻底分开。集集成式WDMM系统如图11所示。开放式系统统就是在波分分复用器前加加入OTU（波波长转换器），将将SDH非规规范的波长转转换为标准波波长。开放是是指在同一WWDM系统中中，可以接入入多家的SDDH系统。OOTU对输入入端的信号没没有要求，可可以兼容任意意厂家的SDDH信号。OOTU输出端端满足6.6692的光接接口：标准的的光波长、满满足长距离传传输的光源。具具有OTU的的WDM系统统，不再要求求SDH系统统具有G.6692

51、接口，可可继续使用符符合G.9557接口的SSDH设备；可以接纳过过去的SDHH系统，实现现不同厂家SSDH系统工工作在一个WWDM系统内内，但OTUU的引入可能能对系统性能能带来一定的的负面影响；开放的WDDM系统适用用于多厂家环环境，彻底实实现SDH与与WDM分开开。开放式WWDM系统如如图2所示。图3是一个个波长转换器器0TU。该该器件的主要要作用在于把把非标准的波波长转换为IITU-T所所规范的标准准波长，以满满足系统的波波长兼容性。现现在已商用的的产品中，使使用的依旧是是光电光光（OE0）的变换换，即先用光光电二极管PPIN或APPD把接收到到的光信号转转换为电信号号，然后用该该电信

52、号对标标准波长的激激光器重新进进行调制，从从而得到新的的符合要求的的光波长信号号。对于集成系系统和开放系系统的选取，运运营者可以根根据需要。在在有SDH系系统多厂商的的地区，可以以选择开放系系统，而新建建干线和SDDH制式较少少的地区，可可以选择集成成系统。但是是现在WDMM系统采用开开放系统的越越来越多。2工作波长区的的选择对对于常规G.652光纤纤，ITU-T G.6692给出了了以 19331THzz为标准频率率、间隔为1100GHzz的41个标标准波长（1192119611THz），即即15301561nnm。但在实实际系统中，考考虑到当前干干线系统应用用WDM系统统主要目的是是为了扩

53、容，全全部应用的可可能性几乎为为零，因为在在整个EDFFA放大频谱谱15301565nnm内，级联联后的EDFFA的增益曲曲线极不平坦坦，可选用的的增益区很小小，各波长信信号的增益不不平衡，必须须采取复杂的的均衡措施，并并且当前业务务的需求并没没有那么大的的容量。综合合各大公司的的材料，1554815560nm波波长区的166个波长更受受青睐，西门门子和朗讯都都采用了这一一波长区。在在1549156Onnm波长区间间，EDFAA的增益相对对平坦，其增增益差在15dB以内内，而且增益益较高，可充充分利用EDDFA的高增增益区，见图图4。在多级级级联的WDDM系统中，容容易实现各通通路的增益均均衡

54、。另外该该区域位于长长波长区一侧侧，很容易在在EDFA的的另一侧1553O15545nm开开通另外166个波长，扩扩容为32通通路的WDMM系统。16通路WWDM系统的的16个光通通路的中心频频率应满足表表1的要求，88通路WDMM系统的8个个光通路的中中心波长应选选表：中加的波长。 表1 166通路和8通通路WDM系系统中心频率率序号 中心频率（THHz）波长（nm）1192.1*1560.6612192.21559.7993192.3*1558.9984192.41558.1775192.5*1557.3366192.61556.5557192.7*1555.7758192.81554.9

55、449192.*1554.11310193.01553.33311193.1*1552.55212193.21551.72213193.3*1550.99214193.41550.12215193.5*1549.33216193.61548.511WDM系统统除了对各个个通路的信号号波长有明确确的规定外，对对中心频率偏偏移也有严格格规定。通路路中心频率偏偏移定义为通通路实际的中中心频率与通通路中心频率率标称值的差差值。对通路路间隔选择1100GHzz的16225Gbs WDMM系统，到寿寿命终了时的的波长偏移应应不大于220GHz。3 光按口分类类由于现在应应用的WDMM系统都是用用于干线长途

56、途传输，因而而我国只选用用有线路光放放大器的系统统，不考虑两两点之间的无无线路光放大大器的WDMM系统。现阶阶段我们只考考虑确定8波波长和16波波长的应用。对于长途WDMM系统的应用用，我们规定定了3种光接接口：即822dB，3333dBB和5300dB系统。其其中22dBB、30dBB和33dBB是每一个区区段（Spaan）允许的的损耗，而前前一个数字88（5，3）则则代表区段（SSpan）的的数目。图5为822dB系系统的示意图图。该系统由由8段构成，每每两个LA之之间的允许损损耗为22ddB，BA和和PA分别是是功率放大器器和预放大器器，LA是线线路放大器。假假设光纤损耗耗以0.2775

57、dBkkm为基础（包包括接头和光光缆富裕度），222dB对应应于8Okmm的光纤损耗耗，则8222dBWDDM系统可以以传输8880km=6640km的的距离，中间间无电再生中中继。80km比比较符合我国国中继段的情情况，可以满满足大部分地地区中继距离离的要求。目目前干线的中中继段距离大大多在5060km。另另外8222dB系统技技术上相对成成熟，可靠性性高，性能好好，光信噪比比（OSNRR）比3333dB和5530dBB要好455dB。因此此可作为干线线传输和省内内二级干线传传输的优选系系统。考虑到西北北地区有可能能出现超长中中继的情况，增增加了3333dB系统统（可以传输输31200km=

58、3660km），以以适应某些沙沙漠地区超长长中继距离的的需要。另外外由于5333dB的实实现尚需要研研究，并结合合我国实际情情况，在中继继距离80kkm和1200km以外，我我们引入每区区段（Spaan）损耗330dB（传传送距离为1100km左左右）、5个个Span的的系统，即553OdBB系统，作为为长中继距离离，多段数的的补充，也是是533ddB的替代。这这样使每个区区段（Spaan）的距离离由2种（880km、112Okm）增增加到3种（880km、110Okm和和12Okmm），增加了了组网的灵活活性。在WDM系系统中，目前前的8通路系系统不能被升升级为16路路系统，除非非该8路系统

59、统是配置不完完全的16通通路系统的子子集，否则都都不能直接升升级，即没有有前向兼容性性。这就要求求运营者在建建设WDM系系统时，应对对本地业务量量发展有着正正确的估计，以以选择合适的的通路数。4 光按口参数数在ITU-T G.6692建议中中，对于点到到点WDM系系统的光接口口参数几乎为为零，为了增增加可操作性性，我们重点点参考了几家家大公司的产产品标准，制制定了较详细细的系统接口口规范，增加加了标准化程程度，具有较较强的可操作作性，特别是是考虑到高功功率条件下的的非线性效应应和光信噪比比要求，合理理地选择入纤纤功率，并对对开放系统和和集成系统提提出了相应要要求。在开放放的WDM系系统中，对于

60、于OTU在发发送端、再生生中继器和接接收端的不同同应用，分别别给出了具体体指标。考虑虑到维护人员员的需要，对对EDFA增增加了在线监监测口的要求求，以方便日日常的维护测测试。针对WDMM系统的模拟拟性质，我们们特别制定了了WDM系统统接收端光信信噪比（OSSNR）数值值，对于822dB的的系统，其光光信噪比为222dB；而而对于5330dB和3333dBB，则要求分分别为21ddB和20ddB。因为系系统的OSNNR很大程度度上决定于区区段（spaan）的损耗耗。区段（sspan）的的损耗越大，则则最后系统的的性能越差。由由于篇幅所限限，参数的具具体内容在此此不详述。5 性能要求目前，WDDM