第8章波分复用技术 WDM工作原理 DM系统的基本组成 DM系统中的关键器件 口波分复用系统规范
8.1WDM工作原理 8.1.1WDM工作原理 WDM技术,就是以光波作为载波,在同一根光纤内同时 传输多个不同波长的光载波信号的技术。每个波长的光波 都可以单独携带语音、数据和图像信号,因此,WDM技 术可以让单根光纤的传输容量获得倍增。图8.1.1所示为点 到点WDM传输系统工作原理框图。在发送端,n个光发射 机分别工作在n个不同波长上,这n个波长间有适当的间隔 分隔,分别记为入1A2,…,Mn。这n个光波作为载波分别被 信号调制而携带信息 个波分复用器(也称合波器 Multiplexer)将这些不同波长的光载波信号进行合并,耦 合入单模光纤。在接收部分由一个解复用器(也称为分波 器 De-multiplexer)将不同波长的光载波信号分开,送入各 自的接收机进行检测。 國p
入1 波分复用 入12.n 解复用器 为帮助了解WDM的潜在通信容量,我们回忆一下普通单模石英光纤中光传输 损耗与波长的关系(见图1.1.3)。根据此图我们知道,在长波长波段,光纤有 两个低损耗传输窗口即1310nm和1550nm窗口。这两个窗口的波长范围分别从 1270nm到1350nm和1480m到1600nm,分别对应着80nm和120nm的谱宽范 围。而目前光纤通信系统中所使用的高质量的1550nm的光源,其调制后的输 出谱线宽度最大不超过0.2nm,考虑到老化及温度引起的波长漂移,给出约 0.4nm~1.6nm的谱宽富余量,应是合乎情理的。即使这样,单个系统的谱宽也 只占用了光纤传输带宽的几十分之一到几百分之一。为充分利用单模光纤的低 损耗区的巨大带宽资源,在光纤低损耗窗口采用多个相互间有一定的波长间隔 的激光器作为光源,经各光源调制的信号同时在光纤中传播,这就是WDM技 术。可以说,WDM技术使得光纤具有巨大带宽这一优点得以充分体现。以 种工作在1550m的窄线宽DFB激光器为例,它可在0.8nm的谱带内发射信号 因此在1525nm~1565nm共40m的范围内,WDM系统可传送50个信道。若每 个信道的传输速率为10Gbts,则系统总的传输速率即为50×10Gbts,比单 信道传输的容量增加了50倍
图8.1.1 WDM工 作原理 框图 波 分 复 用 器 解 复 用 器 光纤 λ1 λ2 λ3 λn λ1 λ2 λ3 λn … … λ1λ2 ...λn 为帮助了解WDM的潜在通信容量，我们回忆一下普通单模石英光纤中光传输 损耗与波长的关系（见图1.1.3）。根据此图我们知道，在长波长波段，光纤有 两个低损耗传输窗口即1310nm和1550nm窗口。这两个窗口的波长范围分别从 1270nm 到1350nm和1480nm到1600nm，分别对应着80nm和120nm的谱宽范 围。而目前光纤通信系统中所使用的高质量的1550nm的光源，其调制后的输 出谱线宽度最大不超过0.2nm，考虑到老化及温度引起的波长漂移，给出约 0.4nm~1.6nm的谱宽富余量，应是合乎情理的。即使这样，单个系统的谱宽也 只占用了光纤传输带宽的几十分之一到几百分之一。为充分利用单模光纤的低 损耗区的巨大带宽资源，在光纤低损耗窗口采用多个相互间有一定的波长间隔 的激光器作为光源，经各光源调制的信号同时在光纤中传播，这就是WDM技 术。可以说，WDM技术使得光纤具有巨大带宽这一优点得以充分体现。以一 种工作在1550nm的窄线宽DFB激光器为例，它可在0.8nm的谱带内发射信号， 因此在1525nm~1565nm共40nm的范围内，WDM系统可传送50个信道。若每 个信道的传输速率为10Gbit/s，则系统总的传输速率即为50×10Gbit/s，比单 信道传输的容量增加了50倍
8.1.2WDM、DWDM与cWDM 1WDM与DWDM 早期的WDM系统在1310m和1550nm两个窗口上实现复用,波长间隔为 240nm。目前,由于还没有在1310m窗口的实用化的光放大器,而商用 化的掺铒光纤放大器(EDFA)的增益窗口在1550m近,所以现在 WDM技术一般是指在1550mm窗口附近波长的复用。在普通的WDM技术 中,所采用的波长间隔(指相邻的两个通道的工作波长之差)一般约为 4~10nm。随着WDM术的发展,一个新的名词—DWDM常常出现。 DWDM意思为密集波分复用( Dense Wavelength Division Multiplexing) 它与D酸术的主要区别在于DWDM中使用的波长间隔很小,常常才 于16m,如0.8nm。有些公司的产品达到0.4nm甚至于0.2nm。, DWDM也主要指在1550nm窗口附近的复用技术 由于光波的波长因传输介质不同而发生改变,而光波的频率却是固定 变的,所以,国际电信联盟(TU在制定有关WDM标准和建议时,采用频 率间隔而不采用波长间隔。波长间隔与频率间隔之间的关系可以由 (1.5.1)式近似得到。根据此关系式:在1550nm附近的频率间隔分别为 200GHz,100GHz,50GHz和25GHz的系统,对应的波长间隔分别约为 1.6nm,0.8nm,0.4nm和0.2nm。 关于DMDM技术在1550窗口附近各信道的光波频率、波长及频率间隔(波 长间隔)等,TU提出了相关的建议和标准,即TUTG.692,见表8.1 國p
标准蜜(THx 中心长〔m) 标准螂(TH)中心故长m 标准频(THx)中心故长mn) 1966 1524.89 1947 539.77 192.8 155494 1965 52566 1946 1540.56 155575 1964 1526.44 1945 1541.35 1926 155655 152722 1944 1542.14 192.5 155736 1962 152799 1943 1542.92 1924 1558,17 196.1 1528.77 1942 154373 1923 155898 60 196 1529.55 1544.53 155979 530.33 1940 192.1 1958 1531.12 1939 1546,12 1920 156142 195.7 153190 1938 154692 1919 156223 1956 153268 47.72 1918 156305 1955 153347 1936 154851 191.7 156386 1954 1534.25 193.5 154932 1916 1953 153504 1934 1550.12 191.5 156550 1952 153582 193.3 195.1 153661 1551.72 153740 193.1 52 1949 538.19 0 553.3 153898 54.13 國p
DWDM技术中各波长间的间隔很小,在光纤的低损耗窗口 可以传输的信道数就更多,所以系统的传输容量就更高。但正是 因为复用的波长间隔减小,DWDM系统要求光源有精确的波长及 很好的波长稳定性,这样,系统一方面需采用价格昂贵的激光器, 另一方面需采用复杂的控制技术对其进行控制;同时系统对波分 复用器和解复用器的性能也提出了更高的要求,如带宽更窄、稳 定性更高等。因此,系统的造价就大大提高。由于高性能和高价 格, DWDM比较适用于长途干线传输系统。 2、cWDM 近年来,宽带城域网正成为电信和网络建设的热点。由于城域 网传输距离短,业务接口复杂多样化,如果照搬应用于长途传输 的DWDM技术,会带来成本上的大幅度提高。粗波分复用或称稀 疏波分复用CWDM技术在系统成本、性能及可维护性等方面具有 优势,正逐渐成为今后日益增长的城域网市场的主流技术。 國p
DWDM技术中各波长间的间隔很小，在光纤的低损耗窗口 可以传输的信道数就更多，所以系统的传输容量就更高。但正是 因为复用的波长间隔减小，DWDM系统要求光源有精确的波长及 很好的波长稳定性，这样，系统一方面需采用价格昂贵的激光器， 另一方面需采用复杂的控制技术对其进行控制；同时系统对波分 复用器和解复用器的性能也提出了更高的要求，如带宽更窄、稳 定性更高等。因此，系统的造价就大大提高。由于高性能和高价 格，DWDM比较适用于长途干线传输系统。 2、CWDM 近年来，宽带城域网正成为电信和网络建设的热点。由于城域 网传输距离短，业务接口复杂多样化，如果照搬应用于长途传输 的DWDM技术，会带来成本上的大幅度提高。粗波分复用或称稀 疏波分复用CWDM技术在系统成本、性能及可维护性等方面具有 优势,正逐渐成为今后日益增长的城域网市场的主流技术
CWDM的信道波长间隔约20m。由于信道间隔较宽,由激光器的 波长漂移而带来的信道串扰对系统的影响较小,所以,CWDM可采用 不带冷却器的半导体激光器。这种半导体激光器一般是由激光器芯片 和密封在带有玻璃窗口的金属容器中的监控光电二极管构成的,因而 也无须采用比较复杂的控制技术。这两方面的原因使发射机体积只有 DWDM发射机的五分之一。CWDM对复用器的选择也很宽松,只需 用粗波分复用器和解复用器。由于器件成本和系统要求的降低,使得 实现起来也更加容易。 ITU针对CWDM的工作波长(频率)通过了G.6942建议,如表8.2 所示。从表中可见,激光器的工作波长从1270nm开始到1610nm结束, 共有十八个通道,覆盖了O、E、S、C、L共五个波段
CWDM的信道波长间隔约20nm。由于信道间隔较宽，由激光器的 波长漂移而带来的信道串扰对系统的影响较小，所以，CWDM可采用 不带冷却器的半导体激光器。这种半导体激光器一般是由激光器芯片 和密封在带有玻璃窗口的金属容器中的监控光电二极管构成的，因而 也无须采用比较复杂的控制技术。这两方面的原因使发射机体积只有 DWDM发射机的五分之一。CWDM对复用器的选择也很宽松，只需 用粗波分复用器和解复用器。由于器件成本和系统要求的降低，使得 实现起来也更加容易。 ITU针对CWDM的工作波长（频率）通过了G.694.2建议，如表8.2 所示。从表中可见，激光器的工作波长从1270nm开始到1610nm结束， 共有十八个通道，覆盖了O、E、S、C、L共五个波段
序号 中心 1 1270 2 1310 6 1370 8 9 1430 10 11 1470 1490 13 1510 1530 1550 1570 17 1590 1610 國p
从上一节WDM的工作原理我们了解到,WDM系统必须有工作在不同波长 上的激光器,有能够将不同波长的光信号进行合并、选择和分路的波分复用 器和解复用器,还有有光接收机将解复用后的光信号进行光电检测,原出原 始信号。若要传输更长的距离,则还需要能够将各路光信号同时进行放大的 放大器等。图82.1示出了一个包含有功率光放大器,在线光放大器和前置光 放大器的单向传输WDM系统。其中,TX表示发射机( Transmitter),Rx表示 接收机( Receiver)。OC-192表示光层的传输速率,参见第9章表9.5所示 除了上述的几个部分以外,WDM系统还应有光监控部分和网络管理部分。 WDM系统可以有双纤单向传输和单纤双向传输。双纤单向传输指的是一根光 纤完成一个方向的传输,而另一根光纤则完成反方向的传输。由于两个方向 的传输分别由两根光纤完成,因此,同一个波长可以在两个方向上同时被利 用。单纤双向传输则是由同一根光纤完成两个方向上的信号传输,两个方向 的信号必须分配不同的波长。同一波长不能被两个方向的信号同时利用。 般来说,目前采用的大多数为双纤单向传输。单纤双向传输在纤芯数量较少 的情况下采用,并且在系统设计时要考虑光反射、多次通过干扰、串扰及两 个方向传输的功率电平值等问题。 國p
8．2 WDM系统的基本组成 从上一节WDM的工作原理我们了解到， WDM系统必须有工作在不同波长 上的激光器，有能够将不同波长的光信号进行合并﹑选择和分路的波分复用 器和解复用器，还有有光接收机将解复用后的光信号进行光电检测，原出原 始信号。若要传输更长的距离，则还需要能够将各路光信号同时进行放大的 放大器等。图8.2.1示出了一个包含有功率光放大器，在线光放大器和前置光 放大器的单向传输WDM系统。其中，Tx表示发射机（Transmitter）,Rx表示 接收机（Receiver）。OC-192表示光层的传输速率，参见第9章表9.5所示。 除了上述的几个部分以外，WDM系统还应有光监控部分和网络管理部分。 WDM系统可以有双纤单向传输和单纤双向传输。双纤单向传输指的是一根光 纤完成一个方向的传输，而另一根光纤则完成反方向的传输。由于两个方向 的传输分别由两根光纤完成，因此，同一个波长可以在两个方向上同时被利 用。单纤双向传输则是由同一根光纤完成两个方向上的信号传输，两个方向 的信号必须分配不同的波长。同一波长不能被两个方向的信号同时利用。一 般来说，目前采用的大多数为双纤单向传输。单纤双向传输在纤芯数量较少 的情况下采用，并且在系统设计时要考虑光反射﹑多次通过干扰﹑串扰及两 个方向传输的功率电平值等问题
OC-19 OC-192 Tx1 波 光纤 Rx1 OC-192 A2分 C-192 Tx2 复 0c1922./用 解复用器 OC-192 Tx3 功在 [OC- 192 7m 放放 Txn 器器 置放大器 oc192 Rxn 图82.1点到点单向传输WDM系统组成框图