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1、第1章 WDM概述1.1 WDM技术的产生背景1.1.1 光网络复用技术的发展随着信息时代宽带高速业务的不断发展，不但要求光传输系统向更大容量、更长距离发展，而且，要求其交互便捷。因此，在光传输系统中引入了复用技术。所谓复用技术是指利用光纤宽频带、大容量的特点，用一根光纤或光缆同时传输多路信号。在多路信号传输系统中，信号的复用方式对系统的性能和造价起着重要作用。光纤传输网的复用技术经历了空分复用（SDM）、时分复用（TDM）到波分复用（WDM）三个阶段的发展。SDM技术设计简单、实用，但必须按信号复用的路数配置所需要的光纤传输芯数，投资效益较差；TDM技术的应用很广泛，缺点是线路利用率较低；W
2、DM技术在1根光纤上承载多个波长（信道），使之成为当前光纤通信网络扩容的主要手段。光纤通信系统经历了几个发展阶段，从70年代末的PDH系统，90年代中期的SDH系统(经历了准同步数字体系（PDH）、同步数字体系（SDH），和波分复用（WDM）三个阶段)，以及近来风起云涌的DWDM系统，乃至将来的智能光网络技术，光纤通信系统自身正在快速地更新换代。 波分复用技术从光纤通信出现伊始就出现了，80年代末、90年代初，AT&T贝尔实验室的厉鼎毅（T.Y.Lee）博士大力倡导波分复用（DWDM）技术，两波长WDM（13101550nm）系统80年代就在美国AT&T网中使用，速率为21.7Gbs。但是到9
3、0年代中期，WDM系统发展速度并不快.从技术和经济的角度，DWDM技术是目前最经济可行的扩容技术手段。 WDMWDM又叫波分复用技术，是新一代的超高速的光缆技术，所谓波分复用技术，就是在单一光纤内同步传输多个不同波长的光波，让数据传输速度和容量获得倍增，它充分利用单模光纤的低损耗区的巨大带宽资源，采用合波器，在发送端将不同规定波长的光载波进行合并，然后传入单模光纤。在接收部分将再由分波器将不同波长的光载分开的复用方式，由于不同波长的载波是相互独立的，所以双向传输问题，迎刃而解。根据不同的波分复用器（分波器，合波器X可以复用不同数量的波长。通信系统的设计不同，每个波长之间的间隔宽度也有不同。按照
4、通道间隔的不同，WDM可以细分为CWDM（稀疏波分复用）和DWDM（密集波分复用）。CWDM的信道间隔为20nm，而DWDM的信道间隔从0.4nm 到1.2nm，所以相对于DWDM，CWDM称为稀疏波分复用技术。 DWDM是一种能在一根光纤上同时传送多个携带有信息（模拟或数字）的光载波，只 需通过增加波长（信道）实现系统扩容的光纤通信技术。它将几种不同波长的光信号组合（复用）起来传输，传输后将光纤中组合的光信号再分离开（解复用），送入不同的通信终端，即在一根物理光纤上提供多个虚拟的光纤通道，我们也可以称之为虚拟光纤。1.2 光波分复用和解复用器件的技术概述光波分复用器与解复用器属于光波分复用器
5、件，又称为合波器与分波器，实际上是一种光学滤波器件。在发送端，合波器（OM）的作用是把具有标称波长的各复用通路光信号合成为一束光波，然后输入到光纤中进行传输，即对光波起复用作用。在接收端，分波器（OD）的作用是把来自光纤的光波分解成具有原标称波长的各复用光通路信号，然后分别输入到相应的各光通路接收机中，即对光波起解复用作用。由于光合、分波器性能的优劣对系统的传输质量有决定性的影响，因此，要求合、分波器的衰耗、偏差、信道间的串扰必须小。1.2.1 光波分复用器件介绍以下将简要介绍4种常见的波分复用器，以及不同波长数量的DWDM系统常用的复用器类型。1常用光波分复用器简介（1）光栅型波分复用器 光
6、栅型波分复用器属于角色散型器件。利用不同波长的光信号在光栅上反射角度不同的特性，分离、合并不同波长的光信号，工作原理如图 01所示。图 01 光栅型波分复用器原理图光栅型波分复用器具有优良的波长选择性，波长间隔可缩小到0.5 nm左右。但是，由于光栅在制造上要求非常精密，不适合大批量生产，常用于实验室的科学研究。（2）介质薄膜型波分复用器介质薄膜型波分复用器由薄膜滤波器（TFF）构成。TFF由几十层不同材料、不同折射率和不同厚度的介质膜组合而成。一层为高折射率，一层为低折射率，从而对一定的波长范围呈通带，而对另外的波长范围呈阻带，形成所要求的滤波特性。工作原理如图 02所示。图 02 介质薄膜
7、型波分复用器原理图介质薄膜型波分复用器是一种结构稳定的小型化无源光器件，信号通带平坦，插入损耗低，通路间隔度好。（3）阵列波导波分复用器（AWG）Arrayed Waveguide Grating阵列波导波分复用器是以光集成技术为基础的平面波导型器件，工作原理如图 03所示。图 03 阵列波导型复用器原理图AWG结构紧凑，插损小，是光传送网络中实现合分波的优选方案。（4）耦合型波分复用器耦合型波分复用器是将两根或者多根光纤靠贴在一起适度熔融而成的一种表面交互式器件，一般用于合波器，工作原理如图 04所示。图 04 耦合器型合波器原理图耦合器型波分复用器只能实现合波功能，制造成本低，但是引入损耗
8、较大。2DWDM系统的复用/解复用器件不同波长系统使用的光波分复用器件对应关系如表 01所示。表 01 DWDM系统与光波分复用器件的对应关系光波分复用器类型合波器分波器32波以下40波80波以上32波以下40波80波以上耦合型-阵列波导型介质薄膜型-光栅型-1.2.2主要性能指标 1复用通路数代表波分复用器件进行复用与解复用的光通路数量，与器件的分辨率、隔离度等参数密切相关。2插入损耗波分复用器件本身对光信号的衰减作用，直接影响系统的传输距离。不同类型的波分复用器件插损值不同，插损越小越好。3隔离度表征光元器件中各复用光通路彼此之间的隔离程度。通路的隔离度越高，波分复用器件的选频特性就越好，
9、串扰抑制比也越大，各复用光通路之间的相互干扰影响也越小。该参数仅对波长敏感型器件（薄膜滤波器型和AWG型器件）有意义。对耦合型器件，参数无意义。4反射系数在波分复用器件的输入端，反射光功率与入射光功率之比为反射系数。反射系数值越小越好。5偏振相关损耗（PDL）偏振相关损耗是指由光波的偏振态变化引起的插入损耗最大变化值。光是频率极高的电磁波，所以存在波的振动方向问题（偏振）。输入到波分复用器件中的各复用通路光信号，其偏振态不可能完全一致，而同一波分复用器件对不同偏振态的光波，其衰减作用也略有不同。PDL值越小越好。6温度系数温度系数是指，由于环境温度变化引起的复用通路中心工作频率的偏移。波分复用
10、器件的温度系数越小越好。系数越小，说明各复用通路的中心工作频率越稳定。7带宽波长敏感型器件（薄膜滤波器型和AWG型器件）参数之一，对于耦合型波分复用器无意义。带宽包括-0.5dB通道宽度和-20dB通道宽度两种。l-0.5dB通道宽度当分波器插入损耗下降0.5dB时，相应工作波长的变化值。描述分波器的带通特性。良好的带通特性曲线应平坦、宽阔，带宽值越大越好。l-20dB通道宽度当分波器插入损耗下降20dB时，相应工作波长的变化值。描述分波器的阻带特性。阻带特性曲线应陡峭，带宽值越小越好。1.3 DWDM工作波长范围石英光纤有三个常用的低损耗窗口：850nm窗口、1310nm窗口和1550nm窗
11、口，如图 1.31所示。O：Original Band，原始波段 E：Extend Band，扩展波段 S：Short Band，短波段C：Conventional Band，常规波段 L：Long Band，长波段图 1.31 光纤通信中的低损窗口1850nm窗口波长范围600nm900nm。主要用于多模光纤，传输损耗较大（平均损耗2dB/km）。一般适用于短距的接入网环境，如光纤通道（FC）业务。21310nm窗口该波长区的可用波长下限主要受限于光纤截止波长和光纤衰减系数，上限主要受限于1385nm处OH根吸收峰的影响。工作范围为1260nm1360nm，平均损耗0.3dB/km0.4dB
12、/km。由于目前尚无工作于1310nm窗口的宽带光放大器，所以不适用于DWDM系统。(CWDM器件不能用在长距离传输的设备)31550nm窗口该波长区的下限主要受限于1385nm处OH根吸收峰的影响，而上限主要受限于红外吸收损耗和弯曲损耗的影响。工作波长位于1460nm1625nm，平均损耗0.19dB/km0.25dB/km。1550nm窗口的损耗最低，可用于SDH信号的短距和长距通信。同时，由于目前常用的光放大器EDFA在该窗口具有良好的增益平坦度，因此，1550nm窗口也适用于DWDM系统。1550nm窗口的工作波长分为3部分（S波段、C波段和L波段），波长范围如图 1.32所示。图 1
13、.32 1550nm窗口工作波长划分（1）S波段（1460nm1530nm）：由于EDFA工作波长范围位于C波段或L波段，因此，目前DWDM系统中不使用S波段。（2）C波段（1530nm1565nm）：常用于40波以下DWDM系统（频道间隔100GHz）、80波DWDM系统（频道间隔50GHz）以及SDH系统(同步数字体系)的工作波长区。（3）L波段（1565nm1625nm）：80波以上DWDM系统的工作波长区。此时，频道间隔为50GHz。1.4 DWDM系统的工作波长工作波长区说明以下按DWDM系统的复用通道的数量，分别介绍不同系统的工作波长范围、频率范围、通路间隔、中心频率偏差。18/1
14、6/32/40/48波系统工作波长范围：C波段（1530nm1565nm）频率范围：191.3THz196.0THz通路间隔：100 GHz中心频率偏差：20GHz（速率低于2.5Gbit/s）；12.5GHz（速率10Gbit/s）280/96波系统工作波长范围：C波段（1530nm1565nm）频率范围：C波段（191.30THz196.05THz）通路间隔：50GHz中心频率偏差：5GHz3160/176波系统工作波长范围：C波段（1530nm1565nm）+L波段（1565nm1625nm）频率范围：C波段（191.30 THz196.05 THz），共96波；L波段（186.95 T
15、Hz190.90 THz），共80波。通路间隔：50GHz中心频率偏差：5GHz1.4.1 DWDM波长分配密集波分设备的工作波长严格遵循ITU-T建议的G.692标准，采用多信道系统使用的特定中心波长和中心频率值。1当密集波分设备为C波段40波及以下波长系统时，通路间隔100 GHz，波长分配如表01所示。表01 基于C波段的40 CH波长分配波长序号子波段名称标称中心频率（THz）标称中心波长（nm）波长序号子波段名称标称中心频率（THz）标称中心波长（nm）1C100_1192.11560.6121C100_1194.11544.532C100_1192.21559.7922C100_119
