1、波分復(fù)用原理簡(jiǎn)介產(chǎn)生背景傳輸帶寬的需求增長(zhǎng)，傳輸系統(tǒng)需擴(kuò)容：增加系統(tǒng)數(shù)量（光纖數(shù)量）：敷設(shè)光纜，沒(méi)有有效利用光纖帶寬提高系統(tǒng)速率（TDM 時(shí)分復(fù)用PDH/SDH） ： 10Gb/s,40Gb/s 電子器件技術(shù)極限/成本 /G.652 光纖1550nm 窗口的高色散波分復(fù)用（WDM）技術(shù)EDFA（ erbium-doped fiber amplifier 摻鉺光纖放大器）的成熟和商用化基本概念波分復(fù)用（WDM） 充分利用單模光纖低損耗區(qū)的巨大帶寬資源，將光纖的低損耗窗口劃分成若干個(gè)信道，把光波作為信號(hào)的載波，將多種不同波長(zhǎng)的光載波信號(hào)在發(fā)送端經(jīng)復(fù)用器（亦稱合波器，Multiplexer） 匯合在

2、一起，并耦合到光線路的同一根光纖中進(jìn)行傳輸；在接收端，經(jīng)解復(fù)用器（亦稱分波器，Demultiplexer） 將各種波長(zhǎng)的光載波分離，然后由光接收機(jī)作進(jìn)一步處理以恢復(fù)原信號(hào)。這種在同一根光纖中同時(shí)傳輸兩個(gè)或眾多不同波長(zhǎng)光信號(hào)的技術(shù)，稱為波分復(fù)用。波分復(fù)用在本質(zhì)上是光域上的頻分復(fù)用（FDM ）技術(shù)。通道間隔的不同，可分為：CWDM （ Coarse Wavelength Division Multiplexing稀疏 /粗波分復(fù)用）信道間隔為20nmDWDM （ Dense Wavelength Division Multiplexing密集波分復(fù)用）信道間隔從0.2nm 到 1.2nm 。波分復(fù)

3、用技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)（1） 傳輸容量大，可以充分利用光纖的巨大帶寬資源，節(jié)約寶貴的光纖資源。（2） 對(duì)各類業(yè)務(wù)信號(hào)“透明”，可以傳輸不同類型、多種格式的業(yè)務(wù)信號(hào)。對(duì)于“業(yè)務(wù)”層信號(hào)來(lái)說(shuō)， WDM 的每個(gè)波長(zhǎng)就像“虛擬”的光纖一樣。（3） 擴(kuò)容方便。WDM 技術(shù)是理想的擴(kuò)容手段。對(duì)于早期芯數(shù)不多的光纖系統(tǒng)，利用此技術(shù)，不必做較大改動(dòng)，就可以輕松擴(kuò)容。增加一個(gè)附加光波長(zhǎng)就可以引入任意新業(yè)務(wù)或擴(kuò)充容量。（4） 組建動(dòng)態(tài)可重構(gòu)的光網(wǎng)絡(luò)，在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)使用光分插復(fù)用器（OADM）或者使用光交叉連接設(shè)備（ OXC），可以組成具有高度靈活性、高可靠性、高生存性的全光網(wǎng)絡(luò)。WDM 系統(tǒng)參考配置:系統(tǒng)接口示意圖S1 .Sn

4、： 信道1 n的發(fā)送機(jī)的輸出光連接器處光纖上的參考點(diǎn)；RM1 . RMn： OM/OA 相對(duì)于信道1 n 的輸入光連接器前面的光纖上的參考點(diǎn)；MPI-S： OM/OA 輸出光連接器之后光纖上的參考點(diǎn)；S'： 線路OA 輸出光連接器之后光纖上的參考點(diǎn)R'： 線路OA 輸入光連接器之前光纖上的參考點(diǎn)MPI-R ： OA/OD 輸入光連接器之前光纖上的參考點(diǎn)；SD1 . SDn： OA/OD 輸出光連接器處的參考點(diǎn)；R1 . Rn： 接收機(jī)的輸入光連接器處的參考點(diǎn)；G.957 兼容光發(fā)送/接收器結(jié)合波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)G.692 發(fā)送器示意圖G.691 (STM-64) 結(jié)合波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)G.

5、692 發(fā)送器示意圖DWDM 系統(tǒng)的應(yīng)用集成式 DWDM接入的單光傳輸設(shè)備終端具有滿足G.692標(biāo)準(zhǔn)的光源（結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，多業(yè)務(wù)多速率） 開(kāi)放式 DWDM在波分復(fù)用器前加入波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換單元，輸出滿足G.692，輸入符合G.957/G.691 光接口標(biāo)準(zhǔn)（兼容現(xiàn)有多廠商普通光源，確定波長(zhǎng)（1310/1550）確定速率）WDM 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn) DWDM 的關(guān)鍵技術(shù)和器件（ 1 ）光源波長(zhǎng)穩(wěn)定、高色散容限 波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換單元 （O/E/O）（ 2 ）光復(fù)用/ 解復(fù)用無(wú)源器件，插入損耗小、隔離度大、偏振相關(guān)性低 合波器：耦合器型、介質(zhì)膜濾波器型、集成光波導(dǎo)型（陣列波導(dǎo)光柵AWG ） 分波器：介質(zhì)膜濾波器型、集

6、成光波導(dǎo)型、布拉格光柵型 光梳狀濾波器（Interleaver） （ 100GHz->50GHz 間隔）（ 3）光放大器高增益、增益平坦、高輸出、寬頻帶、低噪聲、增益特性與偏振不相關(guān) 摻鉺光纖放大器（EDFA） 光纖喇曼放大器（FRA） （全波段，分布式，低噪聲）（ 4 ）光監(jiān)控通道Optical Supervisory Channel （OSC）:由于光中繼器只有光信號(hào)放大，沒(méi)有電接口接入，業(yè)務(wù)信號(hào)開(kāi)銷（如 SDH）也沒(méi)有對(duì)EDFA 監(jiān)控的字節(jié)。為了對(duì)EDFA 光中繼器進(jìn)行監(jiān)視和管理而引入OSC，利用 EDFA 工作頻帶以外的一個(gè)波長(zhǎng)進(jìn)行監(jiān)控和管理，傳送網(wǎng)管、公務(wù)和監(jiān)控信息。 ITU-

7、T ： 1510nm（或 1480nm,1310nm,EDFA 帶內(nèi) ） 國(guó)標(biāo)： 1510nm 2Mbit/s CMI 碼（ 5）色散補(bǔ)償由于光纖對(duì)不同頻率分量的群速度色散不同將導(dǎo)致信號(hào)各頻率分量之間產(chǎn)生群時(shí)延差，表現(xiàn)為時(shí)域脈沖展寬，引起符號(hào)間干擾，限制系統(tǒng)傳輸速率的提高和傳輸距離的延伸。高速（10Gb/s、 40Gb/s）長(zhǎng)距離傳輸系統(tǒng)必須解決好色散補(bǔ)償問(wèn)題。 色散補(bǔ)償光纖（DCF） ：負(fù)色散斜率，衰減較大，置于EDFA兩級(jí)放大之間（ 6）前向糾錯(cuò)編碼技術(shù)（FEC 技術(shù) ）前向糾錯(cuò)FEC 是通過(guò)在傳輸碼列中加入冗余位，在接受端通過(guò)糾錯(cuò)譯碼自動(dòng)糾正傳輸中的差錯(cuò)來(lái)實(shí)現(xiàn)碼糾錯(cuò)功能。從而降低OSNR

8、（光信躁比）要求，延長(zhǎng)傳輸距離。帶內(nèi)FEC：利用SDH 幀中的一部分開(kāi)銷字節(jié)裝載FEC碼的監(jiān)督碼元。編碼增益較小。G.707帶外FEC ：帶外FEC的編碼冗余度大，糾錯(cuò)能力強(qiáng)，具有較強(qiáng)的靈活性，編碼增益較高。改變了調(diào)制速率。G.975 （10.664Gb/s）/G.709（10.709Gb/s）帶外 FEC 增強(qiáng)型 FEC：應(yīng)用于時(shí)延要求不嚴(yán)、編碼增益要求特別高的光通信系統(tǒng)波長(zhǎng)分配DWDM:C 波段、 L 波段ITU-T G .694.1國(guó)標(biāo)50GHz 間隔193.1+n × 0.05(THz)(80*10Gb/s)(160*10Gb/s)196.05191.80(優(yōu)選196.051

9、92.10)196.05191.80(C)+190.90186.95(L)100GHz 間隔193.1+n × 0.1(THz)32*2.5Gb/s),32*10Gb/s16*10Gb/s40*10Gb/s連續(xù)頻帶192.1195.2分離頻帶192.1193.6,194.5196.0192.1193.6192.1196.0CWDM:1271 nm1611 nm（間隔20nm,共 18個(gè) ）應(yīng)用代碼有線路放大器的多通道系統(tǒng)應(yīng)用代碼nWx-y.zn 最大波長(zhǎng)數(shù)W 跨距（間距） L 長(zhǎng)距離 long-haul;（ 目標(biāo)距離80公里， 22dB）V 甚長(zhǎng)距離very long-haul; （

10、 目標(biāo)距離120公里，33 dB） V （目標(biāo)距離100公里， 30dB，國(guó)標(biāo) ）U 超長(zhǎng)距離ultra long-haul. （ 目標(biāo)距離160公里，44dB）x 最大跨距段（中繼間隔）數(shù)量（x=1 表示沒(méi)有線路放大器，可省略）y 波長(zhǎng)信號(hào)的最高比特率（STM 等級(jí) ）z 光纖類型:2G.652光纖.3G.653光纖.5G.655光纖.WDM 網(wǎng)元類型OTM 光終端復(fù)用設(shè)備OADM 光分插復(fù)用器OLA 光線路放大器*OXC 光交叉連接設(shè)備WDM 系統(tǒng)的分層結(jié)構(gòu)WDM 保護(hù)方式1 基于單個(gè)波長(zhǎng)，在SDH 層實(shí)施保護(hù)：1+11:N2 光通道層保護(hù)(OCHP)34光復(fù)用段層保護(hù)(OMSP)光線路保

11、護(hù)(OLP)光纖波段Band 波段Descriptor描述Range 范圍 (nm)O bandOriginal 原始1260 to 1360E bandExtended 擴(kuò)展1360 to 1460S bandShort wavelength短波1460 to 1530C bandConventional 常規(guī)1530 to 1565L bandLong wavelength長(zhǎng)波1565 to 1625U bandUltralong wavelength超長(zhǎng)波1625 to 1675波長(zhǎng)頻率換算 f c, :波長(zhǎng)；f:頻率；c 2.99792458*10 8 m/s(真空光速)頻率間隔與波長(zhǎng)

12、間隔：例 f1=193.1THz, 1=1552.52nm, f=100GHz, =?f1* 1=c,(f1+ f)( 1- )=c(193.1+0.1)*10 12(1552.52- )*10-9= 2.99792458*10 8 0.80nm摻鉺光纖放大器EDFA 放大原理 =hv其中：為光子的能量，v 為光的頻率，h 為普朗克常數(shù)。摻鉺光纖中的Er3+離子所處的能量狀態(tài)處在一系列分立的能量狀態(tài)上，這些能量狀態(tài)稱為能級(jí)。Er3+離子的某兩個(gè)能級(jí)之間的能量差相等時(shí)，Er3+離子就會(huì)與光子Er 3+離子與光子相互作用從高能級(jí)躍Er3+離子與光子相互作用從低能級(jí)躍遷到高能級(jí)，并且吸收激發(fā)光子激發(fā)

13、態(tài)與基態(tài)之間的能量差與泵浦光子能量相同，亞穩(wěn)態(tài)與基態(tài)之間的能量差與1550nm的光子在摻鉺光纖中注入足夠強(qiáng)的泵浦光，就可以將大部分處于基態(tài)的Er3+離子抽運(yùn)到激發(fā)態(tài)上，處于Er3+離子又迅速無(wú)輻射地轉(zhuǎn)移到亞穩(wěn)態(tài)上。由于Er3+離子在亞穩(wěn)態(tài)上能級(jí)壽命較長(zhǎng)，因此，Er3+粒子數(shù)比處于基態(tài)的Er3+粒子數(shù)當(dāng)信號(hào)光子通過(guò)摻鉺光纖，與 Er3+離子相互作用發(fā)生受激輻射效應(yīng)，產(chǎn)生大量與自身完全相同的Er3+Er3+離子的亞穩(wěn)態(tài)和基態(tài)具有一定的寬度，使EDFA15301570nm。*1310nm波長(zhǎng)：摻鐠光纖放大器(PDFA)光纖拉曼放大器（FRA）放大原理分布式拉曼放大器工作的基本原理是受激拉曼散射（SR

14、S）效應(yīng)：是光纖中的一種非線性現(xiàn)象，它將一小部分入射光功率轉(zhuǎn)移到頻率比其低的斯托克斯波上。當(dāng)波長(zhǎng)較短（與信號(hào)波長(zhǎng)相比）的泵浦光饋入光纖時(shí)，發(fā)生此類效應(yīng)。泵浦光光子釋放其自身的能量，釋放出基于信號(hào)光波長(zhǎng)的光子，將其能量疊加在信號(hào)光上，從而完成對(duì)信號(hào)光的放大。光纖喇曼放大器最重要的特點(diǎn)是增益波長(zhǎng)由泵浦光波長(zhǎng)決定，只要泵浦源的波長(zhǎng)適當(dāng)，理論上可對(duì)光纖可用帶寬內(nèi)任意波長(zhǎng)進(jìn)行放大。其增益介質(zhì)為普通傳輸光纖本身，分布式放大，噪聲指數(shù)低。國(guó)際電聯(lián)ITU-T 建議：G.692 帶光放大器的多信道系統(tǒng)的光接口Optical interfaces for multichannel systems with optical amplifiersG.694.1 WDM 應(yīng)用的光譜珊格：DWDM 頻率珊格Spectral Grids for WDM Applications: DWDM Frequency GridG.694.2 WDM 應(yīng)用的光譜珊格：CWDM 頻率珊格Spectral Grids for WDM Applications: CDWDM Wavelength Grid中華人民共和國(guó)通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：