第5章波分复用
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1、 光纤通信光纤通信 原理与应用原理与应用 第5章 波分复用光纤通信系统 第5章 波分复用光纤通信系统 5.1 光纤通信系统新技术简述 5.2 波分复用（WDM）技术 5.3 光中继器 5.1 5.1 光纤通信系统新技术简述光纤通信系统新技术简述从20世纪90年代起，光纤通信进入了一个发展十分迅速、新技术不断涌现的新阶段。本章简要介绍多信道复用光纤通信系统、微波副载波复用光纤传输系统、相干光通信系统、光纤孤子通信系统的基本概念和发展状况。 1 1多信道复用光纤通信技术多信道复用光纤通信技术 （1）光波分复用（）光波分复用（OWDM）技术）技术 在光域内进行波长分割复用，使不同的信道占用不同的波长
2、，在单根光纤、多个波长上完成多信道复用，而光信号的中继放大则用掺铒光纤放大器来实现。该技术已经实用化。 （2）光时分复用（）光时分复用（OTDM）技术）技术 在光域内进行时间分割复用，使不同的信道占用不同的时隙，在单根光纤、单个波长上完成多信道复用。由于要在光域内对信号进行选路、识别、同步等处理，故需要全光逻辑和存储器件，而这些器件目前尚不成熟，所以OTDM还在研究之中。 （3）光码分复用（）光码分复用（OCDM）技术）技术 在光域内进行码型分割复用，用不同的码型代表不同的信道，在单根光纤、单个波长上完成多信道复用。目前，该技术尚在研究之中。 2微波副载波复用（微波副载波复用（SCM）技术）技
3、术 在发送端用基带电信号对微波信号进行幅度、频率或相位调制，形成已调信号副载波，再将多路已调信号副载波合起来共同对一个光源进行强度调制，然后经单根光纤传输；在接收端经光/电转换后用可调微波本振信号混频进行检测。3. 相干光通信技术相干光通信技术 在发送端用基带电信号对光载波进行幅度、频率或相位调制，形成已调信号光波，经单根光纤传输后，在接收端使用本振相干光与已调信号光波混频进行相干检测。相干光通信对光源的谱线纯度和光频率的稳定性要求非常苛刻，其完全实用化仍有相当大的距离。 4. 光纤孤子通信技术光纤孤子通信技术 大功率光脉冲输入光纤时，可以产生非线性效应导致光脉冲压縮。通过适当选择有关参数，并
4、采用光纤放大器来补偿光纤损耗，可使非线性压縮与光纤色散展宽相互抵消，从而使光纤中传输的光脉冲宽度始终保持不变，这种光脉冲称为光孤子。利用光孤子作为载波，适合超长距离、超高速的光纤通信。 目前，世界上已建立了多个光纤孤子实验系统，也进行了现场试验。但从技术成熟性来看，光纤孤子通信还远未达到实用水平。5.2 5.2 波分复用（波分复用（WDM）技术）技术5.2.1 基本概念基本概念 1基本问题基本问题（1）目前常用光纤的低损耗区宽度 目前单根光纤的低损耗区宽度约为200 nm。 单个工作波长(1.31 m或1.55 m) 占用光纤低损耗区的波长范围最多只有2.5。所以，单波长光纤通信系统没有充分利
5、用光纤低损耗区的带宽资源。（2）采用波分复用（WDM）方式提高光纤带宽利用率 波分复用方式是让不同波长的光信号分别携带各自的用户信息，同时在一根光纤内传输。如果光载波间隔为几个纳米，则一根光纤可以同时容纳几十个波长的光载波信道。2几种波分复用的区别几种波分复用的区别 （1）密集波分复用（）密集波分复用（DWDM） DWDM是指频率间隔为100 GHz (相应波长间隔约为0.80 nm)，信道数为8,16, 32, 40等的复用；也可以是频率间隔为200 GHz (相应波长间隔约为1.60 nm)，信道数为8,16等的复用。 （2）粗波分复用（）粗波分复用（CWDM） CWDM是指波长间隔为20
6、 nm (相应频率间隔约为2.50 THz)，信道数为4, 8或16的复用。（3）宽带波分复用（）宽带波分复用（BWDM） BWDM是指不在同一个低损耗窗口内、具有较宽波长间隔的两个波长的复用。（4）光频分复用（）光频分复用（OFDM） OFDM是指1550 nm低损耗窗口内更多波长光信号的复用，其频率间隔为110 GHz，相应波长间隔约为0.0080.08 nm。 5.2.2 波分复用系统的组成波分复用系统的组成1波分复用系统的基本构成和分类波分复用系统的基本构成和分类 波分复用系统分为单向波分复用系统和双向波分复用系统两种类型。 （1）单向波分复用系统）单向波分复用系统 发送端有N个光发送
7、器和1个合波器，接收端有N个光接收器和1个分波器，收发两端共用1根光纤。N个光发送器发送N个不同波长的光波，这些光波通过合波器后合并起来，耦合进单根光纤进行传输。合并光波传送到接收端后，分波器将这N个不同波长的光波分开，分别送给与这些波长相对应的接收器，将光波载荷的信息提取出来。利用两套相同的单向波分复用系统才可以进行双工通信，这需要使用两根光纤，故称为双纤单向WDM传输系统。目前，实际的WDM系统主要采用双纤单向传输方式。（2）双向波分复用系统双向波分复用系统 通信两端各有N个光发送器、N个光接收器和1个合波/分波器，通信两端共用1根光纤。2N个光发送器发送2N个不同波长的光波，分别与对端光
8、接收器的接收波长一致。合波/分波器可以同时完成光波的合并或分开。1根光纤能够同时传输来自两个不同方向的光波，可以进行双工通信，故称为单纤双向WDM传输系统 。2波分复用系统的基本特点波分复用系统的基本特点（1）充分利用光纤的低损耗带宽资源，使单根光纤的传输容量增大几倍至几十倍以上，进一步显示了光纤通信的巨大优势。 （2）各个载波信道彼此独立，可以互不干扰地同时传输不同特性的信号，各种信号的合路与分路能够方便地进行，为宽带综合业务数字网的实现提供了可能。 （3）初步解决了中继全光化问题，为全光通信网的实现奠定了基础。（4）节省了光纤和光电型中继器，大大降低了建设成本，方便了已建成系统的扩容。3波
9、分复用系统的主要特性指标波分复用系统的主要特性指标（1）信道中心波长：信道中心波长：指每个信道内分配给光源的波长。（2）信道带宽信道带宽与与信道平坦带宽信道平坦带宽：信道带宽是指每个信道内分配给光源的波长范围；信道平坦带宽是指幅度传输特性曲线波动范围不超过1 dB的带宽大小，用来表示带宽的平直程度。信道平坦带宽越大，越能容纳光源波长的微小变化。（3）信道间隔信道间隔：是指相邻信道的波长间隔。通常信道间隔大于信道带宽。（4）信道隔离度：信道隔离度：指由一个信道耦合到另一个信道中的信号大小，隔离度越大，则耦合信号越小。所以，隔离度大一些为好。隔离度的倒数称为串扰，信道内的散射或反射都可以产生串扰。
10、信道隔离度定义为s10lg(dBiIji信道 中的输入光功率隔离度）()信道 中来自信道 的串扰光功率（5）插入损耗：插入损耗： 指由于WDM器件的引入而产生的传输功率损耗，包括WDM器件自身固有损耗，以及WDM器件与光纤的连接损耗。插入损耗越小越好。插入损耗定义为inWDM10lg()(dB)WDM器件某一输入端口的入射光功率插入损耗器件某一输出端口的出射光功率（6）温度稳定性：）温度稳定性： 指温度每变化1时的波长漂移大小。要求在整个工作温度范围内，波长漂移应当小于信道带宽，远小于信道间隔。（7）偏振稳定性：）偏振稳定性： 指插入损耗对光波偏振状态的敏感程度，敏感程度越大，则输出光功率越不
11、稳定。4波分复用器件的类型波分复用器件的类型 包括复用器（即合波器）和解复用器（即分波器），它们是多信道光波合并与分开所不可缺少的重要光学器件。复用/解复用器主要分为光纤耦合型、角度色散型、干涉型等几种类型。5.2.3 光纤耦合型波分复用器件光纤耦合型波分复用器件 1熔锥式光纤耦合器熔锥式光纤耦合器 将并排放置的两根或多根光纤的一定长度部位扭绞在一起，将扭绞处逐渐烧成熔融状态，同时慢慢拉伸光纤，使扭绞部位形成耦合区。在耦合区内各个光纤的包层变薄，纤芯彼此靠近。根据靠近程度的不同，可以形成光场之间的强、弱耦合。以致在一根光纤内传输的光波，很容易跑到另一根光纤内传输和输出；或者也容易分散跑到几根光
