第6章 WDM系統(tǒng)本章內(nèi)容

WDM技術(shù)概述和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

WDM系統(tǒng)設(shè)備與組網(wǎng)。

WDM系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。WDM系統(tǒng)規(guī)范。本章重點(diǎn)

WDM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與設(shè)備。WDM系統(tǒng)規(guī)范。本章難點(diǎn)

WDM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)。學(xué)習(xí)本章目的和要求

掌握WDM概念和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

掌握WDM系統(tǒng)的設(shè)備和組網(wǎng)。

了解WDM系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)。

掌握WDM系統(tǒng)規(guī)范。DWDM的原理

DWDM關(guān)鍵技術(shù)和實(shí)現(xiàn)方式傳輸媒質(zhì)（也就是光纖）的種類和特性

DWDM系統(tǒng)組網(wǎng)主要內(nèi)容6.1WDM技術(shù)概述

1．WDM技術(shù)產(chǎn)生背景傳統(tǒng)的傳輸網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容方法采用空分多路復(fù)用（SDM）和時(shí)分多路復(fù)用（TDM）兩種方式。（1）SDM靠增加光纖數(shù)量的方式線性增加傳輸系統(tǒng)的容量，傳輸設(shè)備也線性增加?？辗侄嗦窂?fù)用的擴(kuò)容方式十分受限。（2）TDM是比較常用的擴(kuò)容方式，從PDH的一次群至四次群的復(fù)用，到SDH的STM-1、STM-4、STM-16至STM-64的復(fù)用。但達(dá)到一定的速率等級(jí)時(shí)，會(huì)受到器件和線路等特性的限制。

WDM技術(shù)不僅大幅度地增加了網(wǎng)絡(luò)的容量，而且還充分利用了光纖的寬帶資源，減少了網(wǎng)絡(luò)資源的浪費(fèi)。

2．WDM的概念和特點(diǎn)（1）WDM的概念波分復(fù)用（WDM）技術(shù)是在一根光纖中同時(shí)傳輸多個(gè)波長光信號(hào)的一項(xiàng)技術(shù)。其基本原理是在發(fā)送端將不同波長的光信號(hào)組合起來（復(fù)用），并耦合到光纜線路上的同一根光纖中進(jìn)行傳輸，在接收端又將組合波長的光信號(hào)分開（解復(fù)用），并作進(jìn)一步處理，恢復(fù)出原信號(hào)后送入不同的終端，因此，將此項(xiàng)技術(shù)稱為光波長分割復(fù)用，簡(jiǎn)稱光波分復(fù)用技術(shù)。

波分復(fù)用:光纖通信中特有的一種傳輸技術(shù)，它利用了一根光纖可以同時(shí)傳輸多個(gè)不同波長的光載波的特點(diǎn)，將光纖的低損耗窗口劃分成若干個(gè)波段，每個(gè)波段用作一個(gè)獨(dú)立的信道傳輸一種預(yù)定波長的光信號(hào)。通常把光信道間隔較大（幾十個(gè)納米，甚至在光纖的不同窗口上）的復(fù)用稱光波分復(fù)用(WDM，

WavelengthDivisionMultiplexing)，而把在同一窗口中信道間隔較小（納米級(jí)、零點(diǎn)幾個(gè)納米級(jí)）的WDM稱為密集波分復(fù)用（DWDM）(光纖上的FDM)。

DWDM系統(tǒng)的構(gòu)成及光譜示意如圖6-1所示。圖6-1DWDM系統(tǒng)的構(gòu)成及頻譜示意圖彌補(bǔ)合波器損耗，提高發(fā)射功率提高接收靈敏度光波長轉(zhuǎn)換器單模光纖光譜發(fā)傳收

（2）WDM的優(yōu)越性（1）超大容量:使一根光纖的傳輸容量比單波長傳輸容量增加幾倍、幾十倍乃至幾百倍。（2）對(duì)數(shù)據(jù)“透明”：按波長的不同進(jìn)行復(fù)用和解復(fù)用，與信號(hào)的速率和電調(diào)制方式無關(guān)。（3）系統(tǒng)升級(jí)時(shí)能最大限度地保護(hù)已有投資：無需對(duì)光纜線路進(jìn)行改造，只需更換光發(fā)射機(jī)和光接收機(jī)。（4）高度的組網(wǎng)靈活性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性：網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)電時(shí)分復(fù)用技術(shù)組成結(jié)構(gòu)要大大簡(jiǎn)化，各種業(yè)務(wù)的調(diào)度只需調(diào)整相應(yīng)光信號(hào)的波長即可實(shí)現(xiàn)。（5）降低器件的超高速要求（6）可兼容全光交換6.1.2WDM工作方式

（1）雙纖單向傳輸(半雙工)

雙纖單向傳輸指一根光纖只完成一個(gè)方向光信號(hào)的傳輸，反向光信號(hào)的傳輸由另一根光纖來完成。如圖6-2所示圖6-2

雙纖單向傳輸?shù)腄WDM系統(tǒng)

（2）單纖雙向傳輸(全雙工)

單纖雙向傳輸指在一根光纖中實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方向光信號(hào)的同時(shí)傳輸，兩個(gè)方向的光信號(hào)應(yīng)安排在不同波長上。圖6-3

單纖雙向傳輸?shù)腄WDM系統(tǒng)

（3）光信號(hào)的分出和插入通過光分插復(fù)用器（OADM）可以實(shí)現(xiàn)各波長的光信號(hào)在中間站的分出與插入，即完成上/下光路，利用這種方式可以完成DWDM系統(tǒng)的環(huán)形組網(wǎng)。圖6-4

光信號(hào)的分出和插入傳輸6.1.3WDM系統(tǒng)類型有集成式DWDM和開放式DWDM。集成式DWDM系統(tǒng)沒有采用波長轉(zhuǎn)換技術(shù)，它要求復(fù)用終端的光信號(hào)符合ITU-T建議的波長，然后進(jìn)行合波。開放式DWDM系統(tǒng)采用波長轉(zhuǎn)換技術(shù)，將復(fù)用終端SDH的光信號(hào)（G.957）轉(zhuǎn)換成符合ITU-T建議（G.692）的波長，然后進(jìn)行合波。

1．集成式WDM系統(tǒng)集成式WDM系統(tǒng)要求SDH終端設(shè)備具有滿足G.692的光接口：標(biāo)準(zhǔn)的光波長、滿足長距離傳輸?shù)墓庠础D6-5

集成式WDM系統(tǒng)

2．開放式WDM系統(tǒng)開放式WDM系統(tǒng)就是在波分復(fù)用器前加入光波長轉(zhuǎn)換器（OTU），將SDH非規(guī)范的波長轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)波長。圖6-6

開放式WDM系統(tǒng)6.1.4WDM系統(tǒng)應(yīng)用類型根據(jù)WDM線路系統(tǒng)中是否設(shè)置有摻鉺光纖放大器（EDFA），可將WDM線路系統(tǒng)分成有線路光放大器的WDM系統(tǒng)和無線路光放大器的WDM系統(tǒng)兩大類。

1．有線路光放大器的WDM系統(tǒng)

（1）系統(tǒng)參考配置圖6-7

有線路光放大器的WDM系統(tǒng)參考配置

（2）系統(tǒng)的分類與應(yīng)用代碼

表6-1 有線路光放大器WDM系統(tǒng)的應(yīng)用代碼應(yīng)用長距離區(qū)段（每個(gè)區(qū)段的目標(biāo)距離是80km）很長距離區(qū)段（每個(gè)區(qū)段的目標(biāo)距離是120km）區(qū)段數(shù)58354波長4L5-y.z4L8-y.z4V3-y.z4V5-y.z8波長8L5-y.z8L8-y.z8V3-y.z8V5-y.z16波長16L5-y.z16L8-y.z16V3-y.z16V5-y.z

2．無線路光放大器的WDM系統(tǒng)

（1）系統(tǒng)參考配置圖6-9

無線路光放大器的WDM系統(tǒng)的參考配置表6-2 無線路光放大器WDM系統(tǒng)的應(yīng)用代碼應(yīng)用長距離（目標(biāo)距離是80km）很長距離（目標(biāo)距離是120km）超長距離（目標(biāo)距離是160km）4波長4L-y.z4V-y.z4U-y.z8波長8L-y.z8V-y.z8U-y.z16波長16L-y.z16V-y.z16U-y.z（2）系統(tǒng)的分類和應(yīng)用代碼6.2WDM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與設(shè)備

6.2.1WDM系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

WDM系統(tǒng)由5部分組成：光發(fā)射機(jī)、光中繼放大、光接收機(jī)、光監(jiān)控信道和網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，如圖所示。圖6-10WDM系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)示意圖（單向）

（1）光發(fā)射機(jī)。是WDM系統(tǒng)的核心，對(duì)發(fā)射激光器的中心波長有特殊的要求外，還需要根據(jù)WDM系統(tǒng)的不同應(yīng)用來選擇具有一定色度色散容限的發(fā)射機(jī)。

（2）光放大器。光線路放大器可以根據(jù)情況決定有或沒有。目前使用的光放大器多數(shù)為EDFA。

（3）光接收機(jī)。接收機(jī)不但要滿足一般接收機(jī)對(duì)光信號(hào)靈敏度、過載功率等參數(shù)的要求，還要能承受有一定光噪聲的信號(hào)，要有足夠的電帶寬性能。

（4）光監(jiān)控信道。監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)各信道的傳輸情況，光監(jiān)控波長λs為1

510nm。

（5）網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)。對(duì)WDM系統(tǒng)進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)配置管理、故障管理、性能管理、安全管理等功能，并與上層管理系統(tǒng)（如TMN）相連。6.2.2WDM系統(tǒng)設(shè)備1．DWDM器件

DWDM器件分為合波器和分波器兩種。

合波器的主要作用是將多個(gè)信號(hào)波長合在一根光纖中傳輸。

分波器的主要作用是將在一根光纖中傳輸?shù)亩鄠€(gè)波長信號(hào)分離。DWDM器件

2．DWDM的幾種網(wǎng)絡(luò)單元類型DWDM設(shè)備可分為光終端復(fù)用器（OTM）、光線路放大器（OLA）、光分插復(fù)用器（OADM）和電中繼器（REG）幾種類型。以華為公司的波分320G設(shè)備為例講述各種網(wǎng)元的作用(自學(xué))。（1）光終端復(fù)用器（OTM）

OTM放置在終端站，分為發(fā)送部分和接收部分。

在發(fā)送方向，OTM把波長為λ1～λ16（或λ32）的STM-16信號(hào)經(jīng)合波器復(fù)用成DWDM主信道，然后對(duì)其進(jìn)行光放大，并附加上波長為λs的光監(jiān)控信道。在接收方向，OTM先把光監(jiān)控信道取出，然后對(duì)DWDM主信道進(jìn)行光放大，經(jīng)分波器解復(fù)用成16（或32）個(gè)波長的STM-16信號(hào)。OTM的信號(hào)流向如圖6-11所示。λsλs監(jiān)控信號(hào)處理板

（1）光終端復(fù)用器（OTM）圖6-11OTM信號(hào)流向圖接收方向發(fā)送方向分波板收端波長轉(zhuǎn)換板

（2）光線路放大器（OLA）光線路放大器放置在中繼站上，完成雙向傳輸?shù)墓庑盘?hào)放大，延伸無電中繼的傳輸距離。每個(gè)傳輸方向的OLA先取出光監(jiān)控信道（OSC）并進(jìn)行處理，再將主信道進(jìn)行放大，然后將主信道與光監(jiān)控信道OSC合路并送入光纖線路。如圖6-12所示。圖6-12OLA信號(hào)流向圖

（3）光分插復(fù)用器（OADM）

用于分插本地業(yè)務(wù)通道，其他業(yè)務(wù)通道穿通。

OADM設(shè)備接收線路的光信號(hào)后，先提取監(jiān)控信道，再用WPA將主光通道預(yù)放大，通過MR2單元把含有16或32路STM-16的光信號(hào)按波長取下一定數(shù)量后送出設(shè)備，要插入的波長經(jīng)MR2單元直接插入主信道，再經(jīng)功率放大后插入本地光監(jiān)控信道，向遠(yuǎn)端傳輸。以MR2為例，其信號(hào)流向如圖6-13所示。圖6-13

靜態(tài)OADM（32/2）信號(hào)流向圖兩個(gè)OTM背靠背組成的光分插復(fù)用器用兩個(gè)OTM背靠背的方式組成一個(gè)可上/下波長的OADM，這種方式較之用一塊單板進(jìn)行波長上/下的靜態(tài)OADM要靈活，可任意上/下1到16或32個(gè)波長，更易于組網(wǎng)。圖6-14

兩個(gè)OTM背靠背組成的OADM信號(hào)流向圖

（4）電中繼器（REG）電中繼器無業(yè)務(wù)上/下，只是為了延伸傳輸距離。以STM-16信號(hào)的中繼為例，其的信號(hào)流向如圖6-15所示。圖6-15

電中繼器（REG）的信號(hào)流向圖6.2.3WDM組網(wǎng)與網(wǎng)絡(luò)保護(hù)

1．WDM網(wǎng)絡(luò)的一般組成（網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌?/p>

（1）點(diǎn)到點(diǎn)組網(wǎng)

DWDM的點(diǎn)到點(diǎn)組網(wǎng)示意圖如圖6-16（a）所示。（2）鏈形組網(wǎng)

DWDM的鏈形組網(wǎng)示意圖如圖6-16（b）所示。（3）環(huán)形組網(wǎng)

DWDM環(huán)形組網(wǎng)示意圖如圖6-16（c）所示。

(c)WDM的環(huán)形組網(wǎng)示意圖(b)WDM的鏈形組網(wǎng)示意圖(a)WDM的點(diǎn)到點(diǎn)組網(wǎng)示意圖2．WDM網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)點(diǎn)到點(diǎn)線路保護(hù)主要有兩種保護(hù)方式一種是基于單個(gè)波長，在SDH層實(shí)施的1+1或1︰N的保護(hù)；另一種是基于光復(fù)用段上的保護(hù)，在光路上同時(shí)對(duì)合路信號(hào)進(jìn)行保護(hù)，這種保護(hù)也稱光復(fù)用段保護(hù)（OMSP）。另外還有基于環(huán)網(wǎng)的保護(hù)。

（1）基于單個(gè)波長的保護(hù)

①基于單個(gè)波長，在SDH層實(shí)施的1＋1保護(hù)這種保護(hù)系統(tǒng)機(jī)制與SDH系統(tǒng)的1＋1MSP類似。這種方式的可靠性比較高，但成本也比較高。圖6-17

基于單個(gè)波長，在SDH層實(shí)施的1＋1保護(hù)

②基于單個(gè)波長，在SDH層實(shí)施的1:n保護(hù)圖6-18

基于單個(gè)波長，在SDH層實(shí)施的1:n保護(hù)

③基于單個(gè)波長，同一WDM系統(tǒng)內(nèi)1:n保護(hù)同一WDM系統(tǒng)內(nèi)1:n保護(hù)是指在同一WDM系統(tǒng)內(nèi)，有n個(gè)波長通道作為工作波長，1個(gè)波長通路作為保護(hù)系統(tǒng)。但是考慮到實(shí)際系統(tǒng)中，光纖、光纜的可靠性比設(shè)備的可靠性要差，只對(duì)系統(tǒng)保護(hù)，而不對(duì)線路保護(hù)，實(shí)際意義不是太大。圖6-19

光復(fù)用段（OMSP）保護(hù)（2）光復(fù)用段保護(hù)這種技術(shù)只在光路上進(jìn)行1＋1保護(hù)，而不對(duì)終端線路進(jìn)行保護(hù)。

（3）環(huán)網(wǎng)的保護(hù)①基于單個(gè)波長保護(hù)的波長通道保護(hù)環(huán)，即單個(gè)波長的1＋1保護(hù)，類似于SDH系統(tǒng)中的通道保護(hù)。圖6-20

光通道保護(hù)環(huán)②復(fù)用段保護(hù)環(huán)，對(duì)合路波長的信號(hào)進(jìn)行保護(hù)，在光纖切斷時(shí)，可在斷纖臨近的2個(gè)節(jié)點(diǎn)完成“環(huán)回”功能，從而使所有的業(yè)務(wù)得到保護(hù)，與SDH的MSP相類似。圖6-21

二纖單向光復(fù)用段保護(hù)環(huán)6.2.4WDM系統(tǒng)的監(jiān)控

1．對(duì)光監(jiān)控信道的要求

（1）監(jiān)控通路波長優(yōu)選1

510nm，監(jiān)控速率優(yōu)選2Mb/s。（2）光監(jiān)控通路的OSC功能，應(yīng)滿足以下條件。

監(jiān)控通路不應(yīng)限制光放大器的泵浦波長。

監(jiān)控通路不應(yīng)限制光放大器之間的距離。

監(jiān)控通路不應(yīng)限制未來在1

310nm波長的業(yè)務(wù)。

在光放大器失效時(shí)監(jiān)控通路仍然可用。

OSC傳輸是分段的且具有3R功能和雙向傳輸功能。

應(yīng)有OSC保護(hù)路由，防止光纖被切斷后監(jiān)控信息不能傳送的嚴(yán)重后果。

（3）監(jiān)控通路的幀結(jié)構(gòu)中至少有2個(gè)時(shí)隙作為公務(wù)聯(lián)絡(luò)通路；至少有1個(gè)時(shí)隙供網(wǎng)絡(luò)提供者使用（F1字節(jié)）；至少有4個(gè)時(shí)隙作為網(wǎng)絡(luò)管理信息的DCC通道。

2．WDM系統(tǒng)的監(jiān)控

（1）帶外波長監(jiān)控技術(shù)

ITU-T建議采用一特定波長作為光監(jiān)控信道，傳送監(jiān)測(cè)管理信息，此波長位于業(yè)務(wù)信息傳輸帶外時(shí)可選1

310nm、1

480nm或1

510nm，優(yōu)先選用1

510nm。由于它們位于EDFA增益帶寬之外，所以稱之為帶外波長監(jiān)控技術(shù)。由于帶外監(jiān)控信號(hào)不能通過EDFA，監(jiān)控信號(hào)在EDFA之前要取出，在EDFA之后要插入。帶外監(jiān)控信號(hào)得不到EDFA的放大，傳送的監(jiān)控信息速率低，一般為2.048Mbit/s。

（2）帶內(nèi)波長監(jiān)控技術(shù)帶內(nèi)監(jiān)控技術(shù)選用位于EDFA增益帶寬內(nèi)的1

532nm波長，其優(yōu)點(diǎn)是可利用EDFA增益，此時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的速率可提高至155Mbit/s。6.2.5WDM系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)管理

1．故障管理故障管理應(yīng)能對(duì)傳輸系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷、故障定位、故障隔離、故障改正，并應(yīng)有路徑測(cè)度功能。

2．性能管理故障管理中必須監(jiān)視的基本參數(shù)也是性能管理必須監(jiān)視的參數(shù)。性能管理還應(yīng)有的功能有：能對(duì)監(jiān)控信道OSC的誤碼性能參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)采集和分析，并能傳送給外部存儲(chǔ)設(shè)備；能同時(shí)對(duì)所有終端點(diǎn)進(jìn)行性能監(jiān)視；能同時(shí)對(duì)性能監(jiān)視門限進(jìn)行設(shè)置；能存儲(chǔ)和報(bào)告監(jiān)控通路15min和24h兩類性能事件數(shù)據(jù)；能報(bào)告“當(dāng)前”和“近期”兩種性能監(jiān)視數(shù)據(jù)。

3．配置管理配置管理包括：網(wǎng)元配置；網(wǎng)元的初始化；建立和修改網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D；配置網(wǎng)元狀態(tài)；NE的狀態(tài)和控制等。

4．安全管理安全管理能提供的管理功能有：操作級(jí)別和權(quán)限劃分；日志管理；口令管理；管理區(qū)域劃分；用戶管理；安全檢查（如核查口令）；安全告警；未經(jīng)授權(quán)的人不能接入管理系統(tǒng)，具有有限授權(quán)的人只能接入相應(yīng)授權(quán)的部分；能對(duì)所有試圖接入受限資源的申請(qǐng)進(jìn)行監(jiān)視和控制。

3．配置管理配置管理包括：網(wǎng)元配置；網(wǎng)元的初始化；建立和修改網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D；配置網(wǎng)元狀態(tài)；NE的狀態(tài)和控制等。

4．安全管理安全管理能提供的管理功能有：操作級(jí)別和權(quán)限劃分；日志管理；口令管理；管理區(qū)域劃分；用戶管理；安全檢查（如核查口令）；安全告警；未經(jīng)授權(quán)的人不能接入管理系統(tǒng)，具有有限授權(quán)的人只能接入相應(yīng)授權(quán)的部分；能對(duì)所有試圖接入受限資源的申請(qǐng)進(jìn)行監(jiān)視和控制。6.2.6WDM系統(tǒng)的性能波分復(fù)用系統(tǒng)是基于SDH多波長系統(tǒng)的，因此，其網(wǎng)絡(luò)性能應(yīng)該全部滿足我國SDH體制及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的指標(biāo)，主要有誤碼、抖動(dòng)和漂移指標(biāo)。在WDM系統(tǒng)承載的SDH系統(tǒng)中，當(dāng)衡量WDM系統(tǒng)傳輸質(zhì)量時(shí)，必須以SDH2.5Gbit/s的信號(hào)作為標(biāo)準(zhǔn)，而不是SDH155Mbit/s信號(hào)。系統(tǒng)必須增加對(duì)2.5Gbit/s誤碼和抖動(dòng)的測(cè)試，測(cè)試的信號(hào)應(yīng)為滿負(fù)載的SDH2.5Gbit/s成幀信號(hào)。6.3WDM系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

6.3.1

光源光源的作用是產(chǎn)生激光或熒光，它是組成光纖通信系統(tǒng)的重要器件。目前應(yīng)用于光纖通信的光源是LD和LED。

LD和LED相比，主要區(qū)別在于，前者發(fā)出的是激光，后者發(fā)出的是熒光。因此，LED的譜線寬度較寬，調(diào)制效率低，與光纖的耦合效率也較低；但它的輸出特性曲線線性好，使用壽命長，成本低，適用于短距離、小容量的傳輸系統(tǒng)。而LD一般適用于長距離、大容量的傳輸系統(tǒng)。高速光纖通信系統(tǒng)中使用的光源分為多縱模激光器（MLM-LD）和單縱模激光器（SLM-LD）兩類。

MLM-LD的發(fā)射頻譜的線寬較寬，為nm量級(jí)，而且可以觀察到多個(gè)諧振峰的存在。

SLM-LD發(fā)射頻譜的線寬為0.1nm量級(jí)，而且只能觀察到單個(gè)諧振峰。SLM-LD比MLM-LD的單色性更好。

WDM系統(tǒng)光源的突出特點(diǎn)是：有比較大的色散容納值和標(biāo)準(zhǔn)而穩(wěn)定的波長。

1．激光器的調(diào)制方式

（1）間接調(diào)制方式間接調(diào)制，即不直接調(diào)制光源，而是在光源輸出的通路上外加調(diào)制器來對(duì)光波進(jìn)行調(diào)制，此調(diào)制器實(shí)際上起到一個(gè)開關(guān)的作用，這種調(diào)制方式又稱作外調(diào)制。常用的外調(diào)制器有電光調(diào)制器、聲光調(diào)制器和波導(dǎo)調(diào)制器等。①電光調(diào)制器是利用晶體的電光效應(yīng)制成的。②聲光調(diào)制器是利用介質(zhì)的聲光效應(yīng)制成的。③波導(dǎo)調(diào)制器是將鈦（Ti）擴(kuò)散到鈮酸鋰（LiNbO2）基底材料上，用光刻法制出波導(dǎo)的具體尺寸。（2）外調(diào)制激光器的類型根據(jù)光源與外調(diào)制器的集成和分離情況，外調(diào)制激光器有集成外調(diào)制激光器和分離外調(diào)制激光器。

①集成外調(diào)制激光器常用的是與光源集成在一起的電吸收調(diào)制器。圖6-22

電吸收調(diào)制器的吸收波長的改變示意圖

②分離外調(diào)制激光器常用的是恒定光輸出激光器（CW）＋馬赫—策恩德（MachZehnder）外調(diào)制器（LiNbO3）。該調(diào)制器是將輸入光分成兩路相等的信號(hào)分別進(jìn)入調(diào)制器的兩個(gè)光支路，這兩個(gè)光支路采用的材料是電光性材料，即其折射率會(huì)隨著外部施加的電信號(hào)大小而變化，由于光支路的折射率變化將導(dǎo)致信號(hào)相位的變化，故兩個(gè)支路的信號(hào)在調(diào)制器的輸出端再次結(jié)合時(shí)，合成的光信號(hào)是一個(gè)強(qiáng)度大小變化的干涉信號(hào)。通過這種辦法，將電信號(hào)的信息轉(zhuǎn)換到了光信號(hào)上，實(shí)現(xiàn)了光強(qiáng)度調(diào)制。分離式外調(diào)制激光器技術(shù)成熟、性能較好、且頻率啁啾可以等于零，成本較低。

2．激光器波長的穩(wěn)定與控制

（1）集成式電吸收調(diào)制激光器的波長穩(wěn)定集成式電吸收調(diào)制激光器（EML）的波長微調(diào)主要是靠改變溫度來實(shí)現(xiàn)的。

（2）分布反饋式激光器的波長穩(wěn)定分布反饋式激光器（DFB）的波長穩(wěn)定是利用波長和管芯溫度的對(duì)應(yīng)特性，通過控制激光器管芯處的溫度來控制波長，以達(dá)到穩(wěn)定波長。

（3）其他波長穩(wěn)定技術(shù)除了溫度外，激光器的驅(qū)動(dòng)電流也能影響波長。此外，封裝的溫度也可能影響到器件的波長。直接使用波長敏感元件對(duì)光源進(jìn)行波長反饋控制是比較理想的，波長控制的原理如圖6-23所示。

圖6-23

波長敏感器件對(duì)光源進(jìn)行波長反饋控制原理圖6.3.2光電檢測(cè)器

WDM系統(tǒng)要求光電檢測(cè)器應(yīng)具有多波長檢測(cè)能力。要完成此功能可以采用可調(diào)光電檢測(cè)器，它是在一般的光電二極管結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上增加一個(gè)諧振腔，這樣可以通過調(diào)節(jié)施加到諧振腔上的電壓來改變諧振腔的長度，從而達(dá)到調(diào)諧的目的。6.3.3光波長轉(zhuǎn)換器

OTU除了可以將非標(biāo)準(zhǔn)波長轉(zhuǎn)換成ITU-T所規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)波長外，還可以根據(jù)需要增加定時(shí)再生的功能。

1．沒有定時(shí)再生電路的OTU

沒有定時(shí)再生電路的OTU實(shí)際上由一個(gè)光/電轉(zhuǎn)換器和一個(gè)電/光轉(zhuǎn)換器構(gòu)成，適用于傳輸距離較短，僅以波長轉(zhuǎn)換為目的的情況，其原理如圖6-24所示。圖6-24

沒有定時(shí)再生電路的OTU

2．有定時(shí)再生電路的OTU

有定時(shí)再生電路的OTU是在光/電轉(zhuǎn)換器和電/光轉(zhuǎn)換器之間增加了一次整形，實(shí)際上兼有REG的功能。此種OTU在進(jìn)行波長轉(zhuǎn)換的同時(shí)，還可以進(jìn)行信號(hào)整形，抵制噪聲，提高光功率，可以被置于數(shù)字段之上，作為常規(guī)REG使用，簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)。圖6-25

有定時(shí)再生電路的OTU6.3.4光放大器光放大器是一種不需要經(jīng)過光/電/光變換而直接對(duì)光信號(hào)進(jìn)行放大的有源器件，能高效補(bǔ)償光功率在光纖傳輸中的損耗，延長通信系統(tǒng)的傳輸距離，是長距離、大容量、高速率光通信系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。在WDM系統(tǒng)中，應(yīng)用最多的是EDFA。EDFA具有高增益、低噪聲、大輸出功率，寬頻帶等優(yōu)點(diǎn)，但在WDM系統(tǒng)中必須采用增益平坦技術(shù)，使EDFA對(duì)不同波長的光信號(hào)具有相同的放大增益，同時(shí)，還需要考慮到不同數(shù)量的光信道同時(shí)工作的情況，能夠保證光信道的增益競(jìng)爭(zhēng)不影響傳輸性能。

1．EDFA增益的平坦性普通的以純硅光纖為基礎(chǔ)的EDFA的增益平坦區(qū)很窄，僅在1

549～1

561nm之間，約為12nm的范圍；在1

530～1

542nm之間的增益起伏很大。在EDFA中適當(dāng)?shù)負(fù)饺胍恍╀X，已經(jīng)能夠做到1dB增益平坦區(qū)幾乎擴(kuò)展到整個(gè)鉺通帶（1

525～1

560nm），基本解決了普通硅EDFA的增益不平坦問題。圖6-26EDFA增益曲線平坦性的改進(jìn)

2．EDFA的增益控制常用的EDFA的增益控制技術(shù)有控制泵浦源增益和控制飽和波長的輸出功率兩種。

（1）控制泵浦源增益控制泵浦源增益的方法是EDFA的增益控制技術(shù)比較典型的一種。EDFA內(nèi)部的監(jiān)測(cè)電路通過監(jiān)測(cè)輸入和輸出功率的比值來控制泵浦源的輸出，當(dāng)輸入波長中某些信號(hào)丟失時(shí)，輸入功率會(huì)減小，輸出功率和輸入功率的比值會(huì)增加，通過反饋電路，降低泵浦源的輸出功率，保持EDFA增益（輸出/輸入）不變，從而使EDFA的總輸出功率減少，保持輸出信號(hào)電平的穩(wěn)定。

（2）控制飽和波長的輸出功率此種方法是在發(fā)送端，除了8路工作波長外，系統(tǒng)還發(fā)送另一個(gè)波長作為飽和波長。在正常情況下，該波長的輸出功率很小，當(dāng)線路的某些信號(hào)丟失時(shí)，飽和波長的輸出功率會(huì)自動(dòng)增加，用以補(bǔ)償丟失的各波長信號(hào)的能量，從而保持EDFA輸出功率和增益恒定。當(dāng)線路的多波長信號(hào)恢復(fù)時(shí)，飽和波長的輸出功率會(huì)相應(yīng)減少。這種方法直接控制飽和波長激光器的輸出，速度較控制泵浦源要快一些。

3．EDFA應(yīng)用中應(yīng)注意的問題

（1）非線性問題

（2）光浪涌問題

（3）色散問題6.3.5

光復(fù)用器和光解復(fù)用器

WDM系統(tǒng)中常用的光波分復(fù)用器有介質(zhì)薄膜干涉型、光柵型、熔錐型耦合器、陣列波導(dǎo)光柵型等。介質(zhì)薄膜干涉型波分復(fù)用器是用得最早的光濾波器，優(yōu)點(diǎn)是插入損耗小，缺點(diǎn)是要分離1nm左右波長較為困難，通過改進(jìn)制膜方法，可以分離1nm波長，一般在16個(gè)通道以下WDM系統(tǒng)中采用。光柵型波分復(fù)用器在制造上要求較精密，一般在科學(xué)研究中應(yīng)用較多。熔錐型耦合器的串?dāng)_較大，在復(fù)用路數(shù)不是很多時(shí)，一般只用來做復(fù)用器。陣列波導(dǎo)光柵（AWG）型波分復(fù)用器具有波長間隔小、信道數(shù)多、通帶平坦等優(yōu)點(diǎn)，非常適合于超高速、大容量WDM系統(tǒng)使用。6.3.6光纖傳輸技術(shù)

1．光纖的種類

（1）G.652光纖

這種光纖有兩個(gè)應(yīng)用窗口，1

310nm和1

550nm。不同波長的光波復(fù)用在一起進(jìn)行傳輸，彼此之間相互作用，將產(chǎn)生四波混頻（FWM），F(xiàn)WM的效率取決于光通路間隔和光纖色散，通路間隔越窄，光纖色散越小，F(xiàn)WM效率也越高。從這一點(diǎn)上看，此種光纖的1

550nm窗口最有利于WDM系統(tǒng)。然而，色散系數(shù)越大，高比特系統(tǒng)的傳輸中繼距離越短，從這一點(diǎn)上看，又不利于WDM系統(tǒng)。在采用高性能的光源時(shí)，G.652光纖可以將2.5Gbit/s速率的信號(hào)無電再生中繼傳輸至少600km左右，而對(duì)于10Gbit/s速率的信號(hào)，即使采用外調(diào)制技術(shù)，盡可能地壓縮了光源的譜線寬度，其色散受限距離也只有60km左右。如果使用色散補(bǔ)償技術(shù)，則可有效地抵消G.652光纖的色散，傳輸距離可超過千公里。

（2）G.653光纖

G.653光纖又稱色散位移光纖（DSF），這是一種光纖的低損耗窗口與零色散窗口重合的一種光纖。由于該光纖在1

550nm附近的色散系數(shù)極小，趨近于零，當(dāng)用于WDM時(shí)，不同通路光波之間的相位匹配很好，四波混頻（FWM）效率很高，會(huì)產(chǎn)生非常嚴(yán)重的干擾，不適合于WDM系統(tǒng)。

（3）G.655光纖

G.655光纖又稱做非零色散位移光纖（NZDSF），使1

550nm窗口同時(shí)具有了最小色散和最小衰減。這樣，該光纖即可支持10Gbit/s的長距離傳輸；又由于其非零色散的特性，可以避免四波混頻影響，較好地同時(shí)滿足TDM和WDM兩種發(fā)展方向的要求。

Lucent公司生產(chǎn)的“真波光纖”是一種典型的工作區(qū)為正色散的光纖，適合于WDM系統(tǒng)的陸地應(yīng)用。康寧公司推出了具有負(fù)色散工作區(qū)的光纖SMF-LS，在越洋海纜中得到了廣泛的應(yīng)用。

（4）大有效面積光纖大有效面積光纖（LEAF）是為了適應(yīng)更大容量、更長距離的WDM系統(tǒng)的應(yīng)用而出現(xiàn)，由于有效面積的增加，減少了光纖中傳播的光功率密度，故可承受較高的光功率，可以更有效地克服非線性影響。從全光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展來看，LEFA光纖可以減輕色散的線性和高功率的非線性影響，提高入纖功率，增加波分復(fù)用數(shù)，代表著光纖發(fā)展的方向。該光纖的主要缺點(diǎn)是色散斜率偏大，因此傳輸距離很長時(shí)，功率代價(jià)變大，另外其模場(chǎng)直徑（MFD）也偏大，因此微彎和宏彎損耗需仔細(xì)控制。

（5）色散補(bǔ)償光纖色散補(bǔ)償光纖在1

550nm區(qū)有很大的負(fù)色散。在原來G.652光纖線路中加入一段色散補(bǔ)償光纖，用色散補(bǔ)償光纖的長度來控制補(bǔ)償量的大小，用于抵消原來G.652光纖在1

550nm處的正色散，使整個(gè)線路在1

550nm處的總色散為零，這樣既可滿足單信道超高速傳輸，又可傳輸WDM信號(hào)。一般來說，25mDCF就可補(bǔ)償1kmG.652光纖的色散。

（6）全波光纖當(dāng)前的單模光纖，不是工作在1

310nm窗口（1

280～1

325nm），就是工作在1

550nm窗口（1

530～1

565nm），而1

350～1

450nm波長范圍沒有利用。其原因主要是在光纖制造過程中，一般會(huì)出現(xiàn)水分子滲入纖芯玻璃中，導(dǎo)致1

385nm區(qū)較強(qiáng)的氫氧根吸收損耗，使得1

350～1

450nm區(qū)不能用于通信。全波光纖則是消除氫氧根吸收損耗，使得可用波長范圍增加了100nm。

2．光纖的非線性效應(yīng)光纖的非線性效應(yīng)主要有受激散射和非線性折射。

（1）受激散射

①受激拉曼散射（SRS）。當(dāng)一定強(qiáng)度的光入射到光纖中時(shí)，會(huì)引起光纖材料的分子振動(dòng)，低頻邊帶稱斯托克斯線，高頻邊帶稱反斯托克斯線，前者強(qiáng)度強(qiáng)于后者，兩者之間的頻差稱為斯托克斯頻率。兩個(gè)頻率間隔恰好為斯托克斯頻率的光波同時(shí)入射到光纖時(shí)，低頻波將獲得光增益，高頻波將衰減，高頻波的能量將轉(zhuǎn)移到低頻波上，這就是所謂的受激拉曼散射（SRS）。發(fā)生拉曼散射的結(jié)果將導(dǎo)致WDM系統(tǒng)中短波長通路產(chǎn)生過大的信號(hào)衰減，從而限制了通路數(shù)。

②受激布里淵散射（SBS）。從現(xiàn)象上看，SBS類似于SRS，只是SBS涉及聲子振動(dòng)，而非分子振動(dòng)。SBS就是當(dāng)一個(gè)窄線寬、高功率信號(hào)沿著光纖傳輸時(shí)，將產(chǎn)生一個(gè)與輸入光信號(hào)同向的聲波，這個(gè)聲波的波長是光波長的一半，且以聲速傳輸。

SBS效應(yīng)不僅會(huì)給系統(tǒng)帶來噪聲，而且會(huì)造成信號(hào)的一種非線性損耗，限制入纖功率的提高，并降低系統(tǒng)的光信噪比，嚴(yán)重限制傳輸系統(tǒng)性能的提高

（2）非線性折射光纖的折射率n隨著光強(qiáng)的變化而變化的非線性現(xiàn)象。

①自相位調(diào)制（SPM）

。指?jìng)鬏斶^程中光脈沖由于自身相位變化（光波的相位隨折射率和傳播距離而變），導(dǎo)致光脈沖頻譜擴(kuò)展的現(xiàn)象。

②交叉相位調(diào)制（XPM）。在多波長系統(tǒng)中，非線性折射會(huì)導(dǎo)致信號(hào)的相位受其他通路功率的調(diào)制，這種現(xiàn)象被稱為交叉相位調(diào)制（XPM或CPM）。

③四波混頻（FWM）。當(dāng)多個(gè)具有一定強(qiáng)度的光波在光纖中混合時(shí)，光纖的非線性會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生其他新的波長，即四波混頻效應(yīng)。6.4WDM系統(tǒng)規(guī)范

6.4.1WDM波長分配

1．絕對(duì)頻率參考在WDM系統(tǒng)中，一般選擇193.1THz作為頻率間隔的參考頻率，其原因是它比基于任何其他特殊物質(zhì)的絕對(duì)主頻率參考（AFR）更好，193.1THz值處于幾條AFR線附近。一個(gè)適宜的光頻率參考可以為光信號(hào)提供較高的頻率精度和頻率穩(wěn)定度。

2．標(biāo)稱中心頻率標(biāo)稱中心頻率指的是光波分復(fù)用系統(tǒng)中每個(gè)通路對(duì)應(yīng)的中心波長。在G.692中允許的通路頻率是基于參考頻率為193.1THz、最小間隔為100GHz的頻率間隔系列。對(duì)于頻率間隔系列的選擇應(yīng)該滿足以下要求。（1）至少應(yīng)該提供16個(gè)波長。（2）波長的數(shù)量不能太多。（3）所有波長都位于光放大器增益曲線相對(duì)比較平坦的部分。（4）這些波長應(yīng)該與放大器的泵浦波長無關(guān)。（5）所有通路在這個(gè)范圍內(nèi)均應(yīng)該保持均勻間隔。

3．通路間隔

WDM系統(tǒng)的通路間隔是指相鄰?fù)烽g的標(biāo)稱頻率差，可以是均勻間隔也可以是非均勻間隔，非均勻間隔可以用來抑制G.653光纖中的四波混頻效應(yīng)。

G.692文件推薦使用的通路間隔均勻的41個(gè)標(biāo)準(zhǔn)波長見表6-3。

標(biāo)準(zhǔn)中心頻率（THz）100GHz間隔標(biāo)準(zhǔn)中心波長（nm）標(biāo)準(zhǔn)中心頻率（THz）100GHz間隔標(biāo)準(zhǔn)中心波長（nm）196.101

528.77194.00﹡1

545.32196.001

529.55193.90﹡1

546.12195.901

530.33193.80﹡1

546.92195.801

531.12193.70﹡1

547.72195.701

531.90193.60﹡﹡1

548.51195.601

532.68193.50﹡﹡﹡1

549.32195.501

533.47193.40﹡﹡1

550.12195.401

534.25193.30﹡﹡﹡1

550.92195.301

535.04193.20﹡﹡1

551.72195.20﹡1

535.82193.10﹡﹡﹡1

552.52195.10﹡1

536.61193.00﹡﹡1

553.33195.00﹡1

537.40192.90﹡﹡﹡1

554.13194.90﹡1

538.19192.80﹡﹡1

554.94

標(biāo)準(zhǔn)中心頻率（THz）100GHz間隔標(biāo)準(zhǔn)中心波長（nm）標(biāo)準(zhǔn)中心頻率（THz）100GHz間隔標(biāo)準(zhǔn)中心波長（nm）194.80﹡1

538.98192.70﹡﹡﹡1

555.75194.70﹡1

539.77192.60﹡﹡1

556.55194.60﹡1

540.56192.50﹡﹡﹡1

557.36194.50﹡1

541.35192.40﹡﹡1

558.17194.40﹡1

542.14192.30﹡﹡﹡1

558.98194.30﹡1

542.94192.20﹡﹡1

559.79194.20﹡1

543.73192.10﹡﹡﹡1

560.61194.10﹡1

544.53

4．中心頻率偏差中心頻率偏差定義為標(biāo)稱中心頻率與實(shí)際中心頻率之差。

16通路和8通路WDM系統(tǒng)的通道間隔為100GHz和200GHz，最大中心頻率偏移均為±20GHz（約為0.16nm）。影響中心頻率偏差的主要因素有光源啁啾、信號(hào)信息帶寬、光纖的自相位調(diào)制（SPM）引起的脈沖展寬及溫度和老化的影響等。6.4.2WDM系統(tǒng)光接口技術(shù)規(guī)范

1．光接口位置與參數(shù)定義

圖6-28

單通路的光接口的位置

1．光接口位置與參數(shù)定義

圖6-29

多通路的光接口的位置輸出端參數(shù)對(duì)應(yīng)于各個(gè)通路發(fā)送機(jī)后的輸出口。

（1）單個(gè)發(fā)送機(jī)輸出端參數(shù)①最大色散容納值②光譜特性有20dB譜寬和邊模抑制比。③平均發(fā)送功率④消光比⑤眼圖模板

（2）單個(gè)接收機(jī)輸入口參數(shù)①接收靈敏度②接收機(jī)波長范圍③光信噪比④接收機(jī)反射系數(shù)⑤光通道代價(jià)

（3）合路信號(hào)的輸入口參數(shù)①平均每路輸入功率②平均總輸入功率③每路光信噪比④串?dāng)_⑤各路輸入功率的最大差值

（4）合路信號(hào)的輸出口參數(shù)①發(fā)送端S

點(diǎn)串話②通路輸出功率③發(fā)送功率④每通路光信噪比⑤各路輸出功率的最大差值

（5）光通路參數(shù)在WDM系統(tǒng)中，出現(xiàn)了“子”和“主”兩個(gè)光通道。定義兩光放大器之間為子光通道，MPI-S和MPI-R之間為主光通道，如圖6-30所示。圖6-30

主光通道與子光通道的劃分6.4.2WDM系統(tǒng)光接口技術(shù)規(guī)范

①衰減與目標(biāo)距離。目標(biāo)距離的衰減范圍是在1

530～1

565nmEDFA的工作頻帶內(nèi)，假設(shè)光纖損耗是以0.28dB/km為基礎(chǔ)（包括接頭和光纜富余度）而得出的。表6-4 無線路光放大器系統(tǒng)的衰減范圍應(yīng)

用

代

碼nL-y.znV-y.znU-y.z衰減范圍最大22dB33dB44dB最小表6-5 有線路光放大器系統(tǒng)的衰減范圍應(yīng)

用

代

碼nLx-y.znVx-y.z衰減范圍（OA之間）最大22dB33dB最小

②色散。對(duì)于超高速波分復(fù)用系統(tǒng)，大多數(shù)是色散敏感系統(tǒng)（色散包括色度色散和偏振模色散）。表6-6所示是2.5Gbit/s系統(tǒng)有/無線路光放大器系統(tǒng)在G.652光纜上傳輸?shù)纳⑷菹拗岛湍繕?biāo)傳送距離。表6-6 2.5Gbit/s系統(tǒng)，有/無線路光放大器系統(tǒng)在G.652光纜上傳輸?shù)纳⑷菹拗岛湍繕?biāo)傳送距離應(yīng)

用

代

碼LVUnV3-y.2nL5-y.2nV5-y.2nL8-y.2最大色散容限值160024003200720080001200012800目標(biāo)傳輸距離（km）80120160360400600640

③偏振模色散。偏振模色散是指由光纖隨機(jī)性雙折射引起的，不同偏振狀態(tài)下光纖折射率不同，導(dǎo)致相移不同，在時(shí)域上表現(xiàn)為時(shí)延不同，最終脈沖波形展寬，增加了碼間干擾。

④反射。反射系數(shù)包括最小回?fù)p和最大反射系數(shù)。

最小回?fù)p是指主通道光纜線路（包括任何光連接器）MPI-S點(diǎn)入射光功率和反射光功率之比。

最大離散反射系數(shù)是指光通道光纜線路（包括任何光連接器）不均勻性（例如接頭）引起的反射。

⑤光通道代價(jià)指從MP