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1、第八章 波分复用技术,8.1 多信道复用技术 8.2 波分复用原理 8.3 光发送部分和光接收部分 8.4 波分复用器 8.5 掺铒光纤放大器(EDFA) 8.6 WDM设计中考虑的重要问题,8.1 多信道复用技术,光时分复用(OTDM) 光码分复用(OCDM) 副载波复用(SCM) 空分复用(SDM) 光波分复用(WDM),8.2 波分复用原理,1、WDM DWDM OFDM 在文献中波分复用技术一般又有波分复用(WDM)，密集波分复用(DWDM)和光频分复用(OFDM)之分。一般的看法是光载波复用数小于8波，信道间隔大于3.2nm的系统为WDM。而光载波复用数大于8波，信道间隔小于3.2n
2、m的系统称为DWDM。波分复用的密集程度与其他电通信的频分复用密集程度相当时，就称为OFDM。,ITU-T建议一直只提WDM和Multichannel system(多信道系统)，避免WDM和DWDM的区分和界定，建议文件规范的信道间隔也只窄到50GHz。 目前真正实用化的光波分复用系统是162.5Gbit/s，1610Gbit/s和322.5Gbit/s，3210Gbit/s，4010Gbit/s。我国目前也已达到了这一实用化水平。,2、WDM系统概述,WDM系统有单纤双向波分复用系统和双纤单向波分复用系统 单纤双向波分复用系统，它只用一根光纤，多个波长的信号可以在两个方向上同时传播。 双纤
3、单向波分复用系统，是用一对光纤，在每一根光纤中光单向传输。,3、WDM技术的主要特点,充分利用光纤的巨大带宽资源 同时传输多种不同类型的信号 实现单根光纤双向传输 多种应用形式 节约线路投资 降低器件的超高速要求 IP的传送通道 高度的组网灵活性、经济性和可靠性,8.3 光发送部分和光接收部分,1、光波长区的分配 光纤有两个长波长的低损耗窗口，即1310nm和1550nm窗口它们均可用于光信号的传输，但由于目前的EDFA的工作波长为15301565nm，因此WDM系统应这个波长区域内。,(1) 绝对参考频率(AFR) 绝对参考频率是为维持光信号频率的精度和稳定度而规范的特定频率参考。ITU-T
4、建议G.692文件，确定WDM系统的绝对参考频率规范为193.10THz。 (2) 信道间隔 G.692文件规范WDM的信道间隔为25GHz的整数倍，目前优先选用的是100GHz和50GHz信道间隔。G.652或G.655光纤系统是均匀信道间隔。G.653光纤采用非均匀信道间隔。,(3) 标准中心频率 所谓标准中心频率指的是光波分复用系统中每个通路对应的中心波长的频率。 (4) 中心频率偏差 中心频率偏差定义为标称中心频率与实际中心频率之差。,2、光转发器(OTU)技术,WDM光的发射是采用光转发器技术，开放式WDM系统在发送端采用OTU将非标准的波长转换为标准波长,3、可调光滤波器,WDM系
5、统的光接收端均使用了波长可调的光滤波器，其作用是在接收端于接收器前从多信道复用的光信号中选择出一定波长的信号，以供接收机进行接收。 通常使用法布珀罗(FP)干涉仪作为光滤波器。 另外还有一类是集成在LiNbO3波导上的，利用声光或电光效应来改变介质的折射率，从而实现对光波长选择的光滤波器，其中声光效应的滤波器调谐范围可做到大于100nm，而电光效应的滤波器调谐范围较小，只能达到10nm。 除此之外，窄带的光放大器对入射复用信号的选择放大，也可以起到光滤波器的作用。,8.4、波分复用器,波分复用器分发端合波器和收端的分波器。合波器又称复用器，分波器又称解复用器。 光波分复用器的种类很多，大致分为
6、四大类： 熔维光纤型 介质膜干涉型 光栅型光波分复用器 阵列波导光栅(AWG)型光波分复用器,8.5、掺铒光纤放大器(EDFA),1、EDFA概述 掺铒光纤放大器(EDFA)是将铒(Er)离子注入到纤芯中，形成了一种特殊光纤，它在泵浦光的作用下可直接对某一波长的光信号进行放大。 ,掺铒光纤放大器的主要优点是：,(1)工作波长处在1.531.56m范围，与光纤最小损耗窗口一致； (2)对掺铒光纤进行激励的泵浦功率低，仅需几十毫瓦，而拉曼放大器需0.51W的泵浦源进行激励； (3)增益高、噪声低、输出功率大。它的增益可达40dB，噪声系数可低至34dB，输出功率可达1420dBm； (4)连接损耗
7、低，因为它是光纤型放大器，因此与光纤连接比较容易，连接损耗可低至0.1dB。,2、掺铒光纤为什么具有放大功能,在制造光纤过程中，设法掺入一定量的三价铒离子形成掺铒光纤，铒离子在未受任何光激励的情况下，电子处在最低能级(基态)4I15/2上，当泵浦光射入，铒粒子吸收泵浦光的能量，电子向高能级跃迁。并迅速以非辐射跃迁的形式由泵浦态变至亚稳态(即4I13/2能级)，由于源源不断地进行泵浦，粒子数不断增加，从而实现了粒子数反转。 当具有1 550nm波长的光信号通过这段掺铒光纤时，亚稳态的粒子以受激辐射的形式跃迁到基态，并产生出和入射光信号中的光子一样的光子，从而大大增加了信号光中的光子数量，即实现了
8、信号光在掺铒光纤的传输过程中不断被放大的功能。,3、EDFA的基本结构,EDFA主要是由掺铒光纤(EDF)、泵浦光源、光耦合器、光隔离器以及光滤波器等组成。EDFA按照它的泵浦方式不同，有三种基本结构形式： 同向泵浦结构 反向泵浦结构 双向泵浦结构 从输出功率上来看，单泵浦的输出功率可达14dBm，而双泵浦的输出功率可达17dBm。,4、EDFA的性能指标,(1) 增益特性 EDFA的增益特性用功率增益来表示 放大器的功率增益随泵浦功率的增加而增加，但当泵浦功率达到一定值时，放大器增益出现饱和。 功率增益随掺铒光纤长度的增加而上升，当光纤长度达到一定值后，增益反而逐渐下降。可见，当光纤为某一长
9、度时，可获得最佳增益，这个光纤长度称为最大增益的光纤长度。 因此，在给定的掺铒光纤的情况下，应选择合适的泵浦功率和光纤长度，以达到最大增益。,(2)输出功率特性 当饱和增益下降3dB时所对应的输出功率值为3dB饱和输出功率。它代表了掺铒光纤放大器的最大输出能力。 (3)噪声特性 掺铒光纤放大器的噪声主要来源有： 信号光的散弹噪声； 信号光波与放大器自发辐射光波间的差拍噪声； 被放大的自发辐射光的散弹噪声； 光放大器自发辐射的不同频率光波间差拍噪声。,5、EDFA的基本应用形式,EDFA具体的应用形式有以下四种。 线路放大(Line Amplifier) 功率放大(Booster Amplifi
10、er) 前置放大(Preamplifier) LAN放大(LAN Amplifier),8.6 WDM设计中考虑的重要问题,1、WDM的信道串扰 (1) 线性串扰 线性串扰通常发生在解复用过程中，取决于用于选择信道的光滤波器的特性。 (2) 非线性串扰 由于是光纤非线性效应引起的，故这种串扰便称之为非线性串扰。光纤的非线性效应包括受激喇曼散射、受激布里渊散射、交叉相位调制和四波混频等。,2、系统设计方案概述,(1) 复用路数与波长范围的选择 WDM系统的最大复用路数决于两个因素：信道最大可利用带和最小信道间隔。EDFA的最大可利用带宽要分成两种情况： 20nm带宽，即15401560nm范围，
11、无需作通带平坦化处理。 32nm，即1528.771560.61nm范围，需要作通带平坦化处理。,(2) 速率等级的选择 单通道系统的传输速率取决于通信容量的需求和通信成本的合理化。 (3) 光纤类型的选择 WDM系统设计选择光纤的一般原则是： 新建WDM系统的路由不再选用G.653光纤，旧路由的G.653光纤用于WDM系统需采取不等间隔信道波长配置，复用路数通常选为8波。 STM-16系统一般使用G.652光纤，可以实现120km的跨距传输，具有成本优势。且未来有1310和1550两个波段同时使用的潜力。 2.5Gbit/s速率以上，长跨距宜选用G.655光纤。 允许同一个系统中G.652光纤和G.655光纤混用。,(4) 关于通路组织 WDM的分站切忌满足小通信容量中间站的通信要求 分站的站间距离尽可能接近目标距离 分配给同一站的信道尽量不用邻近信道，信道功率尽可能相同 WDM系统用于城域网时应选用环保护信道 (5) 信道功率选择,
