信息与通信光纤通信新技术.pptx

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1、第一节、多信道复用技术第一节、多信道复用技术光纤通信最大的特点是高的带宽，可以通过 以下几种方式实现光信号的复用：1、光时分复用（OTDM）2、光波分复用（WDM）3、光空分复用（OSDM）4、光码分复用（OCDMA）6、副载波复用（SCM）5、光频分复用（OFDM）第1页/共172页一、光空分复用（OSDM）多条光纤的复用：利用现有的光纤管道，加缚更多的光纤。方法简单，成本高。在一根光纤中实现空分复用，即对于光纤的纤芯区域光束的空间分割。一条光纤的复用：技术难度大。地下管道单根光纤空间光信道第2页/共172页二、光时分复用（OTDM）用多个电信道信号调制具有同一个光频的不同光时隙，经复用后在

2、同一根光纤传输。超窄光脉冲发生器光分路器外调制器10G电TDM信号光合路器解复用器10G克服了电子瓶径对电TDM中SDH的速率限制。但对光器件的要求太高。第3页/共172页三、光码分复用（OCDMA）系统给每个用户分配一个唯一的光正交码的码字作为该用户的地址码。在发送端，对要传输的数据该地址码进行光正交编码，然后实现信道复用；在接收端，用与发端相同的地址码进行光正交解码。编码器正交码1数据信号1编码器正交码2数据信号2编码器正交码3数据信号3光方向耦合器光方向耦合器解码器解码器解码器正交码1数据信号1数据信号2正交码2数据信号3在OTDM和WDM的基础上进一步提高光纤通信的带宽，但仍处于实验阶

3、段。第4页/共172页四、波分复用（WDM）在同一个光纤同时传输多个波长的光信号的复用方式。合波器123分波器123技术成熟，实用化第5页/共172页五、光频分复用技术（OFDM）本质上与波分复用无分别，只是 波长的间隔要更小，我们把 波长间隔小于1nm 的分波技术叫做OFMD，反之叫做WDM。复用路数更多，但对器件的要求更高。第6页/共172页六、副载波复用（SCMsubcarrier multiplexing）将多个低频的模拟基带信号用不同射频信号去调制，然后混频后再驱动光源，以光的形式发送出去。放大放大放大频道1频道2频道3调制调制调制Rf1Rf2Rf3BPFBPFBPF微波合成电路宽放

4、光源发送框图驱动电路fs1fs2fs3第7页/共172页光检测器宽放微波分离电路解调器解调器解调器LPFLPFLPFfs1fs2fs3频道1频道2频道3接收框图技术成熟，应用于光纤CATV系统。第8页/共172页第二节、波分复用原理1、波分复用的理论依据常用窗口1310nm附近：通信带宽17700GHz1550nm附近:通信带宽12500GHz30THz的带宽信道间隔10GHz3000个信道第9页/共172页2、波分复用的分类按信道间的间隔分：宽波分复用（WWDM）：信道间隔100nm(已淘汰)粗波分复用（CWDM）：信道间隔在20nm-10nm之间，复用窗口1310/1550nm.(尚未发展

5、起来)密集波分复用（DWDM）:信道间隔在1-10nm，复用窗口在1550nm.(广泛使用，因此可用WDM代指密集波分复用)第10页/共172页3、WDM 的实现方式国际上高速光纤通信的发展趋势是：EDFA+DWDM+NZDSF+PICEDFA+DWDM+NZDSF+PICEDFA：对光信号进行放大，工作频段在1550nm的窗口附近，与DWDM的工作窗口相匹配。NZDSF：非零色散位移光纤，可以克服DWDM中由于复用信道数目多带来的四波混频效应。PIC：将功能不同的若干光器件通过波导互联和材料生长技术，优化集成在一个芯片上。第11页/共172页4、WDM系统的基本形式WDM的关键部件：光波分复

6、用器（合波器）：将不同波长的光信号混合在一 起送入同一根光纤中传输。光解复用器（分波器）：将一根光纤中传来的多波长信号 按波长进行分离。WDM应用的几种形式：（1）双纤单向传输：两套设备，两根光纤 光发射机光发射机复用器解复用器光接收机光接收机光接收机光接收机解复用器复用器光发送机光发送机1n1nn1n1n1EDFAEFDA第12页/共172页(2)单纤双向传输：只需一根光纤，大大降低成本。光发送机光发送机光接收机光接收机复用器/解复用器EDFA复用器/解复用器光接收机光接收机光发送机光发送机1n1n1+nn+n1+nn+n第13页/共172页第三节、WDM系统的结构与特点一、WDM系统组成图

7、光转发器光转发器合波器BA光监控信道发送器LA光监控信道的接收与发送光监控信道接收器PA分波器光转发器光转发器网 管第14页/共172页二、WDM设备的分类1、集成式WDM系统光接口与其他设备必须一致，不能兼容其他设备。2、开放式WDM设备 能兼容其他厂家的设备第15页/共172页三、WDM的特点1、充分利用光纤的带宽2、对信号透明3、经济、灵活、方便4、降低对器件的要求第16页/共172页第四节、光滤波器和光波分复用器一、光滤波器的应用（一）单纯的滤波作用：只允许一路特定波长的光通过。142 3123 4光滤波器与光波分复用器密切相关，有时也用做波分复用器第17页/共172页（二）波长的复用

8、和解复用中2341142 3合波作用142 32341分波作用第18页/共172页（三）在波长路由中的应用1 2431 32 4第19页/共172页二、常用光滤波器的原理（一）光纤布拉格光栅（FBG）原理：基于光的干涉效应 制造原理：在光纤的二氧化硅中加入具有光敏特性的锗，用紫外 线照射使之折射滤呈现周期分布的光栅。（见板书）滤波原理：（见板书）第20页/共172页光纤布拉格光栅的作用：（1）滤波12 3 43124第21页/共172页（2）作光分插复用(OADM)12 3 43124312 3 4第22页/共172页(3)色散补偿作用啁啾光纤：使光纤结距呈线形变化的光纤短波长长波长长波长短波

9、长第23页/共172页（二）法布里-珀罗滤波器（F-P）M1M2满足一定的相位条件的光发生光的加强干涉其他波长的光发生相消干涉 第24页/共172页（三）M-Z干涉仪1 2LL+L12M-Z干涉仪可以通过改变通道折射率实现滤波的可调性。M-Z级联实现多级滤波：1 81 37586421357246813572468第25页/共172页三、常用光波分复用器（1）棱镜型波分复用器可以完成分光和合光作用12第26页/共172页（二）衍射光栅型波分复用器2131 23+第27页/共172页（三）阵列波导光栅型波分复用器（AWG）第28页/共172页（四）光纤熔锥型波分复用器第29页/共172页四、波分

10、复用的主要参数（1）插入损耗a=10Lg(Pout/Pin)(dB)(2)串扰抑制度Cij=-10Lg(Pij/Pi)(dB)(3)回波损耗RL=-10LPr/Pj)(dB)(4)工作波长当前DWDM系统的工作波长在1530-1565nm第30页/共172页第31页/共172页第一节、概述一、传统放大技术的缺陷放大整形判决再生O/EE/O缺点：1、设备复杂。2、稳定性可靠性不够。3、不利于波分复用。4、光电转换限制通信的容量。未来全光网络（AON）的发展趋势：光复用、光交换、光路由，所以必须在光传输上实现全光化。光放大器：直接在光域进行放大。第32页/共172页二、常用光放大器及其工作波段 3

11、、掺铒光纤放大器（EDFA）4、掺镨光纤放大器（PDFA）2、光纤拉曼放大器（FRA）1、半导体放大器（SOA）损耗1310nm 1550nm波长SOAFRAEDFAPDFA第33页/共172页三、常用光放大器的结构图耦合器件激活物质耦合器件泵浦源光输入信号放大光信号第34页/共172页第二节 半导体光放大器一、一、工作原理：在电泵浦源的作用下，半导体材料发生粒子数反转，当遇到外来光子激励时，产生受激辐射，对光的能量进行放大。二、放大波段：1300nm-1600nm三、优点：1、覆盖1310nm和1550nm 的窗口范围。2、充分利用激光器技术，工艺成熟，便于集成。四、缺点：1、与光纤耦合困难

12、。2、对光的偏振特性敏感。3、噪声及串扰大。第35页/共172页利用光泵浦源对光纤进行激发，使光纤中产 生非线性效应（拉曼散射），将泵浦光的能量向信号光转移，从而实现光的放大。第三节、拉曼放大器一、工作原理：拉曼散射：介质在强光功率下产生对入射光 的非弹性散射，使得短波长光的 的能量向长波长转移。二、放大波段1270nm-1670nm三、优点1、输出光功率 大，工作稳定2、噪声特性好，耦合容易四、缺点光纤长度过大，于偏振态有关第36页/共172页三、结构图与能带图光波长耦合器泵浦光1信号光212+滤波器放大信号光212h1h 2泵浦光信号光振动态光声子第37页/共172页一、什么是掺铒光纤放大

13、器工作波长：nmnm第四节、掺铒光纤放大器是在石英光纤中掺入Er元素，在泵浦光的激励下，对特定波长的信号光进行放大。二、优点（1）工作波长与光纤的最小窗口和目前的波分窗口相对应。（2）耦合效率高。（3）增益与偏振态无关。（5）增益高、噪声小，输出功率大。（4）所需的泵浦功率小。三、缺点（1）放大波长范围窄。（2）增益带宽不平坦。第38页/共172页四、工作原理能量基态泵浦光亚稳态激发态受激吸收无辐射跃迁输入光信号受激辐射输出光放大信号光声子在泵浦光源的激励下，掺铒光纤基级上的电子产生受激吸收被激发到到高的激发能级上，继而马上下降到稍低的亚稳态级，与基级形成粒子数反转分布，当信号 光满足h=Eg

14、时，将产生受激辐射激发同频同偏振方向的光子，从而对光产生放大。第39页/共172页五、的基本结构及功能合波器光滤波器泵浦光源（掺铒光纤）信号光光隔离器光隔离器放大的信号光将输入光信号和泵浦光 混合在一起送给输出一个较短波长的激光为提供激励 防止反射光影响光放大器的工作稳定性。提供能产生粒子数反转的工作物质，放大光信号。清除放大器的噪声，提高系统的信噪比第40页/共172页六、的三种结构方式、同向泵浦方式合波器光隔离器光隔离器滤波器泵浦光源优点：噪声小 缺点：输出光功率不大第41页/共172页、反向泵浦方式合波器光隔离器光隔离器光滤波器泵浦光源优点：输出光功率大缺点：噪声大 第42页/共172页

15、合波器光隔离器光隔离器光滤波器泵浦光源3、双向泵浦方式泵浦光源第43页/共172页（1）、功率增益G=10Lg(Pout/Pin)(dB)增益与泵浦源功率曲线增益与的长度曲线七、主要参数粒子数反转趋于饱和放大的光被损耗抵消要得到最大的增益必须选择合适的泵浦光功率和掺铒光纤长度第44页/共172页（）输出饱和功率和最大输出功率输入功率（dBm）0-20-1001020输出功率(dBm)当输出光功率达到一定值时，增加 输入信号功率，输出光功率不变，这个输出光功率叫做输出饱和光 功率。输出饱和光功率定义3dB的饱和光功率为最大输出光功率，表明EDFA正常工作的最大输出功率。最大输出光功率第45页/共

16、172页（）、噪声系数Si/NiSo/No放大器的噪声主要来源于自发辐射。噪声系数：（4）、工作带宽最大增益下降3dB 处 对应的光谱宽度定义为工作带宽。1530nm1560nm波长增益第46页/共172页、做前置放大器前置放大器八、EDFA 在光纤通信中的应用、做功率放大器光功率放大器光中继放大器、做中继器第47页/共172页第五节、掺镨光纤放大器一、什么是掺镨光纤。在氟化物光纤中掺入Pr离子，使之在泵浦光的激励下对特定波长的信号光进行放大。二、放大波段1281nm-1381nm三、优点在1310nm的窗口有平坦的增益，便于对已敷设G.652光纤进行波分扩容。四、问题：工作稳定性阻碍其使用化

17、进程。第48页/共172页第六节、放大器市场分析EDFAFRASOA美国CIBC worrld market公司对2004年光放大器市场预测96亿美圆7.5亿美圆2亿美圆第49页/共172页要点、光放大器的分类半导体放大器光纤放大器非线性光放大器第50页/共172页要点、的结构与分类泵浦光源掺铒光纤光隔离器波分复用器光滤波器同向泵浦结构反向泵浦结构双向泵浦结构第51页/共172页要点、的工作原理在泵浦光的照射下，掺铒光纤处于粒子数反转的状态，接收到光子后产生受激辐射，实现了对光的放大。第52页/共172页要点、的性能指标功率增益输出饱和功率噪声系数第53页/共172页要点、在光纤通信中的应用前

18、置放大器功率放大器中继器第54页/共172页作业、光放大器的种类，画出各自的工作波段、的结构及功能、简述的工作原理，并从量子学的角度解释、的几种应用形式第55页/共172页光放大器光放大器通用光放大器结构通用光放大器结构第56页/共172页Characteristics of Optical AmplifiersSignal GainPout:light power measured at output of amplifierPin:measured at the input endGs:single pass gainPositive feedbackNote:the amplifier

19、gain is not so large that self-sustaining oscillations will be excited第57页/共172页Characteristics of Optical AmplifiersNoise FigureNoise process:spontaneous emission(random events and phases of emitted photons are also random)Pout=GPin+PNGPin:Amplified signal outputPN:Amplified spontaneous emissions(A

20、SE)Performance index:第58页/共172页第59页/共172页光放大器的种类1、掺铒光纤放大器(Erbium-doped Fiber Amplifier,EDFA)EDFAGS-EDFA掺碲的EDFA(Telluride-based EDFA,C+L 波带)2、喇曼光纤放大器(Raman),Raman+EDFA3、半导体光放大(SOA)4、掺铥光纤放大器(TDFA,GS-TDFA)第60页/共172页掺铒光纤放大器（掺铒光纤放大器（EDFA）输入信号输入信号耦合器耦合器980/1550nm WDM980/1550nm WDM泵浦光泵浦光掺铒光纤掺铒光纤输出信号输出信号光隔离

21、器光隔离器第61页/共172页DWDMDWDM系统对光放大的基本要求系统对光放大的基本要求光放大器应满足光放大器应满足ITU-T建议建议G.663、G.691及其他相关建议。及其他相关建议。EDFA的主要技术参数：的主要技术参数：工工作作波波长长范范围围、输输入入功功率率范范围围、输输出出功功率率范范围围、饱饱和和输输出出功功率率、噪噪声声系系数数、偏偏振振相相关关增增益益、小小信信号号增增益益、增增益益平平坦坦度度、增增益益变变化化、增增益益斜斜度度、输输入入光光回回损损、输输出出光光回回损等。损等。对对EDFA模块的其它要求：模块的其它要求：-具有泵浦源自动关闭功能。具有泵浦源自动关闭功能

22、。-寿命不小于寿命不小于30万小时。万小时。-具有放大器自动增益均衡（控制）功能。具有放大器自动增益均衡（控制）功能。第62页/共172页980nm980nm1 s 10ms15201520 1560 nm nm4I11/24I15/24I13/21480nm1480nmEDFAEDFA的能带结构和光放大原理的能带结构和光放大原理的能带结构和光放大原理的能带结构和光放大原理第63页/共172页泵浦源的选取泵浦源的选取泵浦源的选取泵浦源的选取0.98mm0.98mm和和1.48mm1.48mm为为无无激激发发态态吸吸收收的的能能带带，因因而而是是常常用用的的两两个个泵泵浦浦波波长长。这这两两个个

23、波波长长的的泵泵浦源都可用半导体激光器实现。浦源都可用半导体激光器实现。和和1.48mm1.48mm比比较较，0.98mm0.98mm属属于于三三能能级级系系统统。增增益益大大，泵泵浦浦效效率率高高，噪噪声声小小（可可低低至至3dB3dB）,是目前光纤放大器的首选泵浦波长。是目前光纤放大器的首选泵浦波长。第64页/共172页同向泵浦同向泵浦反向泵浦反向泵浦双向泵浦双向泵浦隔离器隔离器WDMWDMEDFEDF隔离器隔离器输入信号输入信号输入信号输入信号泵浦激光器泵浦激光器隔离器隔离器WDMWDMEDFEDF隔离器隔离器泵浦激光器泵浦激光器输入信号输入信号输入信号输入信号隔离器隔离器WDMWDME

24、DFEDF隔离器隔离器输入信号输入信号输入信号输入信号泵浦激光器泵浦激光器泵浦激光器泵浦激光器EDFAEDFA光放大器基本配置光放大器基本配置第65页/共172页泵浦方式比较泵浦方式比较同向泵浦优点：易于实现；缺点：易饱和，噪声大。反向泵浦优点：不易饱和；噪声较低。双向泵浦优点：优点相结合，光均匀分布，增益 也较平稳。第66页/共172页EDFAEDFA的特性的特性的特性的特性工作波长于光纤最小损耗窗口一致，在光纤通工作波长于光纤最小损耗窗口一致，在光纤通信中获得很好的应用。信中获得很好的应用。能量转换效率高：激光工作物质集中在光纤芯能量转换效率高：激光工作物质集中在光纤芯子中的近轴部分，而信

25、号光和泵浦光也是在光子中的近轴部分，而信号光和泵浦光也是在光纤的近轴部分最强纤的近轴部分最强,使得光与物质的作用很充分。使得光与物质的作用很充分。增益高，噪声低，输出功率大。增益高，噪声低，输出功率大。增益特性稳定：增益特性稳定：EDFAEDFA增益对温度不敏感。增益对温度不敏感。第67页/共172页EDFAEDFA的不足的不足的不足的不足波长固定：铒离子能级间的能级差决定了波长固定：铒离子能级间的能级差决定了EDFAEDFA的工作波长是固定的，只能放大的工作波长是固定的，只能放大1.551.55左右左右波长的光波。波长的光波。增益带宽不平坦：增益带宽不平坦：EDFAEDFA的增益带宽约的增益

26、带宽约40nm40nm，但增益带宽不平坦。在但增益带宽不平坦。在WDMWDM光纤通信系统中需光纤通信系统中需要采取特殊的手段来进行增益谱补偿。要采取特殊的手段来进行增益谱补偿。第68页/共172页EDFAEDFA的典型谱曲线的典型谱曲线的典型谱曲线的典型谱曲线第69页/共172页EDFA光放大器增益平坦技术光放大器增益平坦技术本征型：本征型：本征型：本征型：高含铝掺高含铝掺高含铝掺高含铝掺铒光纤铒光纤铒光纤铒光纤(Al-EDF)(Al-EDF)(Al-EDF)(Al-EDF)滤波型：滤波型：滤波型：滤波型：长周期长周期长周期长周期光纤光栅光纤光栅光纤光栅光纤光栅第70页/共172页EDFAED

27、FA动态增益均衡示例动态增益均衡示例第71页/共172页EDFA光放大器增益锁定技术光放大器增益锁定技术 泵浦源功率控制泵浦源功率控制 饱和光控制技术饱和光控制技术光功率光功率检测控制检测控制输入光功率检测输入光功率检测输出光功率检测输出光功率检测PinPout泵浦激光器泵浦激光器EDF第72页/共172页一种实用一种实用EDFA的组成方案的组成方案色散补偿光纤第73页/共172页光线放光线放(OLA)增益增益G=2025dBPout=+17dBm增益增益G=2025dBPin=-28dBmATT增益增益G=2025dBPout=+17dBm增益增益G=3035dBPout=+17dBm光功放

28、光功放(OBA)光预放光预放(OPA)OBAOPAOBAOLAOPAEDFA的应用的应用第74页/共172页拉曼光纤放大器背景原理优点应用涉及问题所作工作第75页/共172页拉曼光纤放大器背景 传统c-band的EDFA可用增益带宽为35nm.然而，因特网的迅速发展要求光纤的传输容量大概每两年就要翻一番，现在c波段2.5G系统容量未来5年就会用光。解决的办法由三种：1。增加单个信道速率。（色散影响）2。减少信道间距。（四波混频影响）3。开拓新的频段。（FRA的优势）第76页/共172页拉曼光纤放大器原理 在许多非线性光学介质中，高能量（波长较短）的泵浦光散射，将一小部分入射功率转移到另一频率下

29、移的光束，频率下移量由介质的振动模式决定，此过程称为拉曼效应。量子力学描述为入射光波的一个光子被一个分子散射成为另一个低频光子，同时分子完成振动态之间的跃迁，入射光作为泵浦光产生称为斯托克斯波的频移光。研究发现，石英光纤具有很宽的受激拉曼散射（SRS）增益谱，并在13THz附近有一较宽的主峰。如果一个弱信号与一强泵浦光波同时在光纤中传输，并使弱信号波长置于泵浦光的拉曼增益带宽内，弱信号光即可得到放大，这种基于受激拉曼散射机制的光放大器即称为光纤拉曼放大器。第77页/共172页典型的拉曼增益曲线 第78页/共172页拉曼散射的特点：1）在玻璃介质中参与拉曼散射的是光学声子（optical pho

30、nons）2)在所有类型的光纤中都会发生，但拉曼增益稀疏的形状和峰值由掺杂物质的密度决定，纯GeO2光纤的峰值是熔融硅光纤的8倍。3）响应时间很短，为瞬态反应（fs）4）增益具有偏振依赖性，当泵浦光与信号光偏振方向平行时增益最大，垂直时增益最小为零。但实际上在非保偏光纤中由于模式混扰的原因表现为增益偏振无关。5）增益谱很宽但并不平坦，泵浦波长为1550nm时在Silica中最大增益频移为13.2THz（约100nm）并且可以扩展到30THz。第79页/共172页FRA的类型 分立式按照光纤长度 分布式 前向根据泵浦入纤的方向 双向 背向第80页/共172页第81页/共172页与EDFA比较拉曼

31、光纤放大器优点第82页/共172页采用多泵浦设计，FRA能获得平坦度较好的增益第83页/共172页 应用：FRA+EDFA1。串联 pump2。并联第84页/共172页第85页/共172页涉及问题1。数学模型（区别于考虑因素的多少及计算方法）2。噪声（主要有四种）3。光纤类型（决定增益及其他如DS、DC)4。泵浦偏振4。泵浦入纤方向5。应用研究(与EDFA的结合问题）第86页/共172页第87页/共172页分布式FRA 噪声1。RS尤其是DRS（双向瑞里散射）在光纤内部，瑞里散射主要有两种形式：单向和双向散射，单向散射主要散射ASE,而DRS主要散射信号光，造成信号间串扰。与光纤长度和增益成正

32、比，因此会限制最大增益（10-15dB)。采取的办法是逐级放大并用隔离器分开。第88页/共172页分布式FRA 噪声2.对拉曼光纤放大器噪声影响的另外主要影响来源于raman 放大的瞬态效应（即处在高能态的时间：fs）这会很容易将泵浦的功率扰动耦合进入信号光，使信号光的相对强度噪声（RIN)加大。改善办法：1。提高泵浦质量 2。采用反向泵浦，将高能态驰豫时间转化为较长的传输时间。第89页/共172页分布式FRA 噪声3。热噪声，来源于玻璃的特性。当温度高与室温时，光纤中的光子在泵浦作用下会产生自发放大，尤其是泵浦波长接近信号波长时更加明显，因此在宽带放大器设计中不可忽视.3.ASE 噪声第90

33、页/共172页主要工作1。研 究 了 F R A 的 机 理 和 特 性，对 数 学 模 型 及 其 算 法 进 行 了 分 析。2。仿 真 研 究 了 C 波 段 的 多 泵 浦 F R A 的 泵 浦 配 置 规 律。3。正 在 进 行 工 作：设 计 优 化 泵 浦 配 置 模 型合 理 简 化 模 型。准 备：研 究 与 E D F A 的 结 合 问 题。第91页/共172页设计优化泵浦配置模型第92页/共172页合理简化的模型第93页/共172页光放大器光放大器通用光放大器结构通用光放大器结构第94页/共172页 波分复用技术一、WDM系统的概况二、WDM复用器件1、角色散型（光删

34、型）2、干涉型3、单模光纤耦合器型第95页/共172页 一、WDM系统的概况1、WDM是有效的扩大传输容量的方法第96页/共172页WDM使单纤传输容量产生飞跃使单纤传输容量产生飞跃480 Gb/sC+L Band200 ch.2 Tb/s1 Tb/s4 Tb/s50 GHz spacing100 ch.25 GHz spacing40Gb channels12 Tb/sSpectrally EfficientModulation8 Tb/s12.5 GHz spacingC+L+S Band200016 Tb/s80Gb channels20014 Tb/s8 Tb/s第97页/共172页2

35、、波分复用频带1）WDM，DWDM和FDM2）DWDM的复用频带(1535-1560)nm region called C-band,(1570-1610)nm region called L-band,(1480-1520)nm region called S-band1530 nm1540 nm1550 nm1560 nm1570 nm1580 nm1590 nm1600 nm第98页/共172页DWDM系统的标准波长系统的标准波长第100页/共172页3)波分复用系统构成原理 1 2 N波分复用器 1 2 N波分解复用器光功率放大器光线路放大器光线路放大器光前置放大器 1 2 3 4 5

36、 6 N光谱光谱波长波长单信道WDM信号第102页/共172页开放式和集成式系统结构集成式系统就是 SDH 终端具有满足G.692的光接口：标准的光波长、满足长距离传输的光源。开放系统就是在波分复用器前加入 OTU（波长转换器），将SDH非规范的波长转换为标准波长，可以接入不同厂商的SDH 系统。第103页/共172页有线路光放大器系统的参考配置（3）WDM系统的配置第104页/共172页 S1Sn：通路1n在发射机光输出连接器处光纤上的参考点；RM1RMn：通路1n在OM/OA的光输入连接器处光纤上的参考点；MPI-S：OM/OA的光输出连接器后面光纤上的参考点；S：线路光放大器的光输出连接

37、器后面光纤上的参考点；R：线路光放大器的光输入连接器前面光纤上的参考点；MPI-R：OA/OD的光输入连接器前面光纤上的参考点；SD1SDn：是OA/OD的光输出连接器处的参考点；R1Rn：接收机光输入连接器处的参考点。第105页/共172页2.5 Gb/s有/无中继放大器系统在G.652光缆上的色度色散容限值和目标传送距离应用代码 L V U nV3-y.2nL5-y.2 nV5-y.2 nL8-y.2最大色散容纳值(ps/nm)160024003200720080001200012800目标传送距离(km)80120 160360400600640L代表长距离;V代表很长距离;U代表超长距

38、离 nWx-y.z n是最大波长数目;x是该应用代码允许的最大中继间隔的数目;y是STM等级;z是光纤类型，2代表G.652光纤,3代表G.653光纤,5代表G.655光纤第106页/共172页二、复用/解复用器1、复用/解复用器的参数2、角色散型（光栅型）3、干涉型（1）干涉膜滤波器型（2）M-Z滤波器型（3）阵列波导光栅行4、单模光纤耦合器型第107页/共172页(a)合波器(b)分波器插入损耗:IL10log(Pout/Pin)远端串音（隔离度）：FCj(i)=-10lgPj(i)/Pi(i)i,j=1,n,且ji 反射系数：RL-10log(Pr/Pi)偏振相关损耗(PDL):偏振相关

39、损耗指的是对于所有的偏振态，由于偏振态的变化造成的插入损耗的最大变化值。复用/解复用器的参数第108页/共172页1、角色散型（光栅型）角色散本领：色分辨本领：瑞利判据：第109页/共172页光栅原理第110页/共172页光栅型第111页/共172页2、干涉型（1）干涉膜滤波器型q 多层介质薄模q 自聚焦透镜第112页/共172页q 多层介质薄膜A1和A2路程差：相位差：透射波长：m是整数。第113页/共172页薄膜透射性质第114页/共172页q 自聚焦透镜（1/4节距的自聚焦棒）折射率分布：近轴光线轨迹：节距第115页/共172页干涉膜滤波器型第116页/共172页安装在自聚焦轴上的波分复

40、用器件消除偏振敏感性第117页/共172页波分解复用器特性示例波分解复用器特性示例第118页/共172页（2）Mach-Zahnder滤波器型第119页/共172页第120页/共172页基于M-Z滤波器的四波分复用器第121页/共172页Input iOutput jWaveguide k（3）阵列波导光栅Arrayed Waveguide Grating第122页/共172页第123页/共172页Arrayed Waveguide GratingnAdjacent waveguides have path length difference of DL.nRelative phase fro

41、m input i to output j going through waveguide k isnWith a so-called Rowland construction,we have 第124页/共172页 Arrayed Waveguide GratingnWavelengths l that are present at input I that satisy the phase matching condition for some integer m will add in phase and transferred to output jnExample:Demultipl

42、exerAll l are present at input i.We engineer so that第125页/共172页1.1.集成光器件，可作为波长路由器；集成光器件，可作为波长路由器；集成光器件，可作为波长路由器；集成光器件，可作为波长路由器；2.2.对温度敏感，引起的波长漂移；对温度敏感，引起的波长漂移；对温度敏感，引起的波长漂移；对温度敏感，引起的波长漂移；3.3.邻近信道隔离度较差；邻近信道隔离度较差；邻近信道隔离度较差；邻近信道隔离度较差；第126页/共172页3、单模光纤耦合器型用途：多路复用，双路解复用第127页/共172页第128页/共172页或0和 m=0,+/-1,

43、+/-2,.第129页/共172页n用于复用波长数目较多的场合 1 2 3 4 1 3 2 4 =100GHz=50GHz波长信道交织器波长信道交织器(Interleaver)第130页/共172页n更高的单波长比特率：80Gb/sn更密集的波长间隔：20GHzn更宽的可用波长范围：C、L和S波长带n更长的光放大段：数百kmn更长的光再生中继段：3Tbit/s(300*11.6Gbit/s)transmission Over 7380kmn更大容量的光系统：10.92Tb/sn更多类型的业务接口。WDM系统发展趋势第131页/共172页第132页/共172页2、WDM全光网简介（1）WDM全光

44、网的基本概念（2）WDM全光网的分层结构（3）WDM环网结构第133页/共172页（1）WDM全光网的基本概念 光交叉连接（OXC）节点 我们这里考虑的OXC要完成两个主要功能：光通道的交叉连接功能和本地上下路功能。本地上下路功能可以使某些光通道在本地下路，进入本地网络或直接经过光电变换后送入SDH层的DXC，由DXC对其中的电通道进行处理。除了实现这两个主要功能外，OXC可以具有可扩展性（scalability）、模块性（modularity）、灵活性、生存性等特性。第134页/共172页典型的OXC结构第135页/共172页第136页/共172页v 光分叉复用（OADM）节点光分插复用器O

45、ADM的功能是从传输设备中选择地下路（Drop）通往本地的信号，同时上路（Add）本地用户发往另一节点用户的信号，同时不影响其它波长信道的传输，保持光域的透明性。OADM可分为固定波长OADM和可变波长OADM两种。可变波长OADM较好的应用场合是WDM环网络。第137页/共172页典型的OADM结构第138页/共172页第139页/共172页v 波长通道网络 电复用段一个单位的信息（如SDH信号、PDH信号、甚至模拟视频信号）在光网络中传送时，需要为它选一条路由并分配波长，称为建立光通道。波长通道是指OXC没有波长转换功能，光通道在不同的波 长复用段中必须使用相同波长实现。这样，必须找到一条

46、链路，在构成这条链路的所有波长复用段中，存在一个共同的空闲波长。如果找不到这样一条链路，该传送请求失败。波长通道方式要求光通道层在选路和分配波长时必须采用集中控制方式，因为只有在掌握了整个网络所有波长复用段的波长占用情况后，才可能为一个新传送请求选一条合适的路由。第140页/共172页v 虚波长通道（VWP：Virtual Wavelength Path）虚波长通道是指利用OXC的波长转换功能，使光通道在不同的波长复用段可以占用不同的波长，从而可以有效地利用各波长复用段的空闲波长来建立传送请求，提高波长的利用率。建立虚波长通道时，光通道层只需找到一条链路，其中每个波长复用段都有空闲波长即可。在

47、虚波长通道运作方式下，确定通道的传送链路后，各波长复用段的波长可以逐个分配，因此可以进行分布式控制。这种方法可以大大降低光通道层选路的复杂性。第141页/共172页（2）光传送网的分层结构 在现存的传送网的电复用段层和物理层之间加入光层；光层又分为：光信道层（OCH）光复用段层（OMS）光传输段层（OTS）第142页/共172页SDH网络网络WDM网络网络电路层电路层电路层电路层通道层通道层电通道层电通道层复用段层复用段层电复用段层电复用段层再生段层再生段层光层光层物理层物理层物理层物理层光传送网光传送网电路层电路层电路层电路层虚通道虚通道PDH通道层通道层SDH通道层通道层虚通道虚通道电复用

48、段层电复用段层电复用段层电复用段层光信道层光信道层光复用段层光复用段层光传输段层光传输段层物理层物理层第143页/共172页 各层的功能光信道层(OCH，Optical Channel Layer)光信道层负责为来自电复用段层的客户信息选择路由和分配波长，为灵活的网络选路安排光信道连接；处理光信道开销，提供光信道层的检测、管理功能；在故障发生时，通过重新选路或直接把工作业务切换到预定的保护路由来实现保护倒换和网络恢复。第144页/共172页ITU-T G.709光传送网的网络节点接口定义了n阶光传送模块（OTM-n）OTM:OTM-n(n1):光传输段层（OTS）光复用段层（OMS）光信道层（

49、OCh）光信道层的结构:光信道传送单元（OTU）光信道数据单元（ODU）光信道净负荷单元（OPU）第145页/共172页Figure 6 3/G.709 Structure of the ONNI(Optical Network Node Interface)第146页/共172页光信道数据单元(ODUk)的帧结构第1行的第1到第16列是预留给光信道传送单元k(OTUk)的开销所用；第2到第4行的第1到第16列是预留给光信道数据单元(ODUk)的特殊的 开销所用；第1到第4行的第17到第3824列是留给光通道传送单元的净负荷所用；第1到第4行的第3825到第4080列是用作光通道传送单元的前向

50、纠错。第147页/共172页Figure 8 1/G.709 OTM-n IrDI multiplexing and mapping structure第148页/共172页 光复用段层(OMS，Optical Multiplexing Section Layer)该层保证相邻两个波长复用传输设备间多波长复用光信号的完整传输，为多波长信号提供网络功能。主要包括：为灵活的多波长网络选路重新安排光复用段连接；为保证多波长光复用段适配信息的完整性处理光复用段开销；为段层的运行和维护提供光复用段的检测和管理功能。第149页/共172页 光传输段层(OTS，Optical Transmission Se