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1、武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计（论文）光纤通信波分复用系统的研究与设计 Research And Design Of Optical Fiber Communication Wavelength Division Multiplexing System 学生姓名 谭辉 学 号 1030210221 专业班级 通信技术1002（光纤通信方向） 指导教师 陈义华 2013年5月武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计（论文）作者声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果，除了文中特别加以标注的地方外，没有任何剽窃、抄袭、造假等违反学术道德、学术规范的行为，也没
2、有侵犯任何其他人或组织的科研成果及专利。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。如本毕业设计（论文）引起的法律结果完全由本人承担。毕业设计（论文）成果归武汉工程大学邮电与信息工程学院所有。特此声明。 作者专业： 作者学号： 作者签名： _年_月_日摘 要20世纪90年代以来光纤通信得到了迅速的发展，光纤通信中的新技术也在不断涌现，其中波分复用技术就是光纤通信中重要的技术之一。 波分复用(WDM)是在同一根光纤中同时传输两个或众多不同波长光信号的技术。本文首先介绍了光纤通信的发展、特点、基本组成和波分复用技术(WDM)的基础知识、应用状况及目前存在的问题和
3、发展状况，其中重点介绍了稀疏波分复用(CWDM)技术和密集波分复用(DWDM)技术的特点及其应用。其次深入分析了波分复用技术的基本原理与基本结构，同时深入分析了WDM系统的基本形式和主要特点及存在的问题，最后对现在的WDM的发展方向和前景做了进一步的探讨。关键词：光纤通信；波分复用；技术研究 目 录第1章 绪论11.1 光纤通信技术和波分复用技术的发展现状与趋势11.1.1 光纤通信技术的发展11.1.2 波分复用技术的发展21.2本论文研究的内容3第2章 波分复用技术42.1 WDM技术简介42.2 波分复用技术的特点52.3 光滤波器与光波分复用器62.4 波分复用在光纤中的应用8第3章
4、WDM的结构设计93.1 WDM系统的基本形式93.2 WDM系统的基本结构103.3 WDM技术的主要特点123.4 WDM技术目前存在的问题123.5 WDM的发展方向和前景13第4章 总结与展望15参考文献16致谢17附录 主要英文缩略语对照表18第1章 绪论1.1 光纤通信技术和波分复用技术的发展现状与趋势1.1.1 光纤通信技术的发展光纤通信是以信息载体，以光纤作为传输媒介的通信方式。光纤通信技术是近30年迅猛发展起来的高新技术，给世界通信技术乃至国民经济、国防事业和人民生活带来了巨大变革。光纤通信的发展可以分为以下几个进程：第一代光纤通信系统，是以1973-1976年的850nm波
5、长的多模光纤通信系统为代表。第二代光纤通信系统，是70年代末，80年代初的多模和单模光纤通信系统。第三代光纤通信系统，是80年代中期以后的长波长单模光纤通信系统。第四代光纤通信系统，是指进入90年代以后的同步数字体系光纤传输网络。1966年，英籍华人高锟预见利用玻璃可以制成衰减为20db/km的通信光导纤维。当时，世界上最优秀的光学玻璃衰减达1000db/km左右。1970年，美国康宁公司首先研制成衰减为20db/km的光纤。同一年贝尔实验室研制成功室温下可以连续工作的半导体激光器，其体积小、重量轻、功耗低、效率高，是光纤通信的理想光源。从此，光纤就进入了实用化的发展阶段，世界各国纷纷开展光纤
6、通信的研究。 此后，又分别在北京、上海、武汉、天津等地建立了现场试验系统，特别是1983年建成的链接武汉三镇的8Mbit/s，1985年扩容为34Mbit/s的数字光纤传输系统的开通使用，是中国的光纤通信开始走向实用化阶段。1988年起，国内光纤通信系统的应用从多模向单模发展，建成了扬州之高邮全长75KM的单模光纤传输系统，传输速率为34Mbit/s。1994年后，除极少数干线采用622Mbit/s系统外，大多数干线直接采用2.5Gbit/s系统、10Gbit/s系统和波分复用系统。截止到1998年底，中国公用邮电通信网已完成了连接全国31个省、市、自治区的“八纵八横”骨干光缆传输网建设，铺设
7、的长途和本地中继光缆总长度为100万公里。现在，我国光纤通信产业已初具规模，能够生产光纤光缆、光电器件、光端机及其他工程应用方面的配套仪表器件等。由此可见，中国已具有大力发展光纤通信的综合实力。今后的光纤通信将主要在以下几个方面发展：（1）输体质从准同步体系向同步数字体系过渡；（2）由单波通道向多波通道过渡；（3）用户网的光纤化；（4）光交换节点将取代电交换节点；（5）相干光纤通信是未来的光纤通信方式；（6）孤子通信与全光系统。光纤通信与电通信相比，主要区别有两点，一是以很高频率的光波作载波；二是用光纤作为传输介质。基于以上两点，光纤通信具有以下优点：（1）传输频带极宽，通信容量很大；（2）由
8、于光纤衰减小，中继距离长；（3）串扰小，保密性好，信号传输质量高；（4）光纤抗电磁干扰能力强；（5）光纤尺寸小，重量轻，便于传输和铺设；（6）光纤是石英玻璃控制成型，原材料来源丰富，并节约了大量有色金属。由于光纤具备一系列优点，所以广泛应用于公用通信、有限电视图像传输、计算机、空航、航天、船舰内的通信控制、电力及铁道通信交通控制信号、核电站通信、油田、炼油厂、矿井等区域内的通信。1.1.2 波分复用技术的发展两波长WDM(1310/1550nm)80年代在AT&T网中使用。90年代中期，发展缓慢，从155M 622M 2.5G10G TDM，技术的相对简单性和波分复用器件的发展还没有完全成熟，
9、到1995年开始高速发展。我国光通信的先行者武汉邮电科学研究院研制的波分复用技术，为光网络传输提供了实现“高速信息公路”的可能。1997年，武汉邮电科学研究院承担了具有国际领先水平的波分复用光网络技术的研究与开发。1999年，国产首条密集波分复用系统工程在山东投入实际运行，表明我国光通信产业在该领域中已取得了重大的突破，并一跃成为世界上少数能够开发、生产这一设备的国家之一。目前，我国已能够自行提供从集成式，半开放式到全开放式整个系列的密集波分复用系统。该系统将覆盖国家干线网，本地网、教育网。 1.2 本论文研究的内容论文从以下几方面对波分复用技术在光纤通信中的应用进行研究：（1）研究波分复用技
10、术多协议多业务特性。首先波分复用技术属于OSI协议的最底层（物理层）。它提供了独立于业务类型的传送结构，其表现形式是对上层业务透明，能在波长级别支持现有及未来新的数据格式。（2）做大量实验研究波分复用系统的业务拓展性能。经试验，波分复用系统能快速的进行波长配置，快速及时的进行带宽配置，一个连接可以提供的带宽可以从几十Mb到波长级别，甚至可以扩大到整跟光纤，还有能很好的支持一些新业务。波分复用系统的发展方向是全光网络和ASON，在光网络的基础上引入可以更加灵活的管理业务。（3）研究波分复用系统在光纤传输中的容量大小。波分复用技术能够在一根光缆中传输若干个信道的信号，接收端根据各载波频率的不同，利
11、用分波器器滤出每一个信道的信号。这样由于所载波长信号的的不同同根光缆中允许多个波长双方向传输，大大提高了传输容量。（4）研究波分复用技术在光网络传输中存在的问题。WDM是一项新技术，标准定制较粗，不同厂家的WDM产品互通性较差，要保证WDM系统在光网络中大规模实施，应加强光接口设备的研究。还有在网络管理方面不是很成熟，需要寻找新的参数，协议来准确衡量网络向用户提供的服务质量。 （5）波分复用在光网络中的发展前景。应用WDM技术第一次把复用方式从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，并且各个波长彼此独立，对传输的数据格式透明 ，现在WDM技术
12、还是基于点到点的方式，但点到点的WDM技术作为全光网络通迅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。第2章 波分复用技术2.1 WDM技术简介波分复用（WDM：Wavelength Division Multiplexing）技术是一根在光纤中同时传输多个光波信号的一项技术。其基本原理是在发送端将不同波长的光信号组合起来（复用），并耦合到光缆线路上的同一根光纤中进行传输，在接收端又将组合波长的光信号分开（解复用），并作进一步处理，恢复出原信号后送入不同的终端，因此将此项技术称为光波分分割复用，简称光波分复用技术。既是在一定的带宽上将输入的光信号调制在特定的频率上
13、，然后将调制后的信号复用在一根光纤上，完成此调制的关键是波长复用器的应用。复用后的信号经传送后到达链接的远端，在经过分离或解复用出不同的波长，然后由不同的检测器将各自的光信号转换成电信号，或者直接获取各自的波长信号，并且将它们连接到其他的WDM线路上。WDM系统通过使用不同的波长（在1550nm附近）来承载多个通路的信号，其中可包含大量的2.5Gbit/s和10Gbit/s信号。在实验室中，已成功地实现了在120KM长的光纤上传送2.6Tbit/s（既复用132波，每波20Gbit/s）信号的实验。WDM的优势在于：复用多个光业务到一根光纤上，允许灵活地扩展带宽，降低复用成本，重复利用现存的光
14、信号。特别是在光放大器引入后，光放大器不需要经过光电转换、电光转换和信号再生等复杂过程，可直接对信号进行全光放大。WDM光联网实现的关键是光分插复用器（OADM）和光交叉连接器（OXC）的引入，组成这些元素的基本模块式空分交换模块，建立输入和输出端口之间的信道联接。所有这些，将使电信网络通道的组织、调配、安全保护等更趋灵活。WDM传送网分为三层结构：电路层、通道层和传输媒质层。其中光通道(OP)技术是关键技术，能够同时提高线路传送容量和节点的吞吐量，而且在宽带宽、终端到终端的通信中，能够显著降低传送网的成本。 OP模式分为两种结构：波长通道(WP)和虚波长通道(VWP)。WP在整个路由分配唯一
15、一个波长，而VWP在每个链路上分配一个波长：WP具有全局意义，而VWP只具有局部意义。这两种结构各具特点：采用VWP技术，波长利用率和路由选择的自由度将高于WP技术，对于同一物理网络结构和同样数目的波长，VWP可以容纳更多的光通道：从波长的管理角度出发，WP方案要求对全网进行集中控制，而VWP采取链路到链路的分布式控制；在WP方案中，若不能分配一个从源节点到目的节点波长一致的光通道，就会发生波长阻塞，而VWP只存在由于没有空闲的波长通道造成的容量阻塞。光通道交叉连接(OPXC)提供了VWP方案所要求的波长转换能力。OPXC通过传送-耦合型矩阵开关(DC-SW)的应用，为VWP提供高性能的调制和升级能力。 WDM光联网已由最初的线形点到点式传送结构，逐步转变为环型结
