光波分复用技术
光波分复用技术
摘要：本文从光波分复用基本原理入手，介绍了光波分复用系统的组成及各部分功能，和系统的分类。对wdm技术在实际应用中存在的问题及影响wdm系统性能因素进行了初步的探讨，并提出了光波分复用系统的安全保护方法。
关键词：光波分复用；扩容
一、光波分复用技术（wdm）的原理
wdm本质上是光域上的频分复用技术。其基本原理是根据每一信道光波频率（或波长）的不同将光纤的低损耗窗口划分成若干个信道，把光波作为信号的载波，在发送端采用波分复用器（合波器）将不同规定波长的信号光载波合并起来进入一根掺铒光纤放大器对光信号进行放大，再送入一根光纤进行传输。在接收端由波分复用器（分波器）将这些不同波长、承载不同信号的光载波分开，送往不同波长的光检测器，再对每个信号进行处理。因为每个光源以不同的波长工作，所以当在接收端转换成电信号时，可以完整的保持来自每个光源的独立信息，从而在一根光纤中可实现多路光信号的复用传输[1]。
二、wdm系统的组成和分类
1、wdm系统的组成及各部分功能
wdm系统一般包括光发射机、光中继放大器、光接收机、光监控信道和网络管理系统五部分。光发射机是光波分复用系统的核心，它发出的光信号波长不同，但精度和稳定度满足一定要求，信号经
光纤通信技术 分题型期末考试复习
光纤通信 分题型复习 前言 水平有限，仅供参考。如有错误，敬请纠正。 （一）选择填空判断或名词解释 第一章 1、利用光导纤维传输光波信号的通信方式称为光纤通信。 2、属于光波范围之内的电磁波主要包括紫外线、可见光和红外线。目前光纤通信使用的工作波长0.85μm （损耗2dB/km ）,1.31μm （损耗0.5dB/km ）和 1.55μm （损耗0.2dB/km ）（0.8~1.8μm ），对应的频率是167~375THz 。 3、光纤通信系统的形式：强度调制/直接检波（IM/DD ），主要由光发射机，光纤，光接收机，及光中继器组成。（光发射机将电信号转化成光信号耦合进光纤，光接收机将光信号转换成电信号，中继器分为光-电-光和光层上直接进行放大的光放大器）。 4、光纤通信优越性：1、传输频带宽，通信容量大，2、传输损耗小，中继距离长。3、抗电磁干扰能力强。4、光纤细，重量轻，制作资源丰富。 第二章 1、外层的折射率比内层低。折射率高的叫纤芯，其折射率为n 1，直径为2a ，折射率低的叫包层，其折射率为n 2，直径为2b 。n 1>n 2。 2、光纤的分类：1、按光纤横截面折射率分布不同：阶跃型光纤（均匀光纤）和渐变型光纤（非均匀光纤）。2、按纤芯中的传输模式:单模光纤 (直径较小，为4~10μm ，纤芯较小，适合于大容量，长距离)，多模光纤（直径约为50μm ，传输多种模式） 3、反射定律：θ1=θ1'，反射角=入射角。折射定律：n 1 sin θ1=n 2 sin θ2 。 4、全反射的条件： n 1>n 2； θc <θ1<90o 。 5、弱波导光纤：1 21n n -n ≈? 。 6、数值孔径:光纤捕捉光射线能力的物理量，用NA 表示。?=-==2n n n sin 121max 22φNA 7、全反射形成导波的条件：221n n sin 2-≤φ ，是入射角。 8、渐变型光纤的本地数值孔径：()()()a n r n r 22-= NA ， 9、光纤的自聚焦：渐变型光纤中，不同射线具有相同的轴向速度的现象。 10、截止：光纤中出现了辐射模时，即认为导波截止。 11、0 光波分复用(WDM)技术 一、波分复用技术的概念 波分复用(WDM)是将两种或多种不同波长的光载波信号(携带各种信息)在 发送端经复用器(亦称合波器，Multiplexer)汇合在一起，并耦合到光线路的同一根光纤中进行传输的技术；在接收端，经解复用器(亦称分波器或称去复用器，Demultiplexer)将各种波长的光载波分离，然后由光接收机作进一步处理以恢复原信号。这种在同一根光纤中同时传输两个或众多不同波长光信号的技术，称为波分复用。 通信系统的设计不同，每个波长之间的间隔宽度也有不同。按照通道间隔的不同，WDM可以细分为CWDM（稀疏波分复用）和DWDM（密集波分复用）。CWDM 的信道间隔为20nm，而DWDM的信道间隔从0.2nm 到1.2nm，所以相对于DWDM，CWDM称为稀疏波分复用技术。 CWDM和DWDM的区别主要有二点：一是CWDM载波通道间距较宽，因此，同一根光纤上只能复用5到6个左右波长的光波，“稀疏”与“密集”称谓的差别就由此而来；二是CWDM调制激光采用非冷却激光，而DWDM采用的是冷却激光。冷却激光采用温度调谐，非冷却激光采用电子调谐。由于在一个很宽的波长区段内温度分布很不均匀，因此温度调谐实现起来难度很大，成本也很高。CWDM避开了这一难点，因而大幅降低了成本，整个CWDM系统成本只有DWDM的30%。CWDM是通过利用光复用器将在不同光纤中传输的波长结合到一根光纤中传输来实现。在链路的接收端，利用解复用器将分解后的波长分别送到不同的光纤，接到不同的接收机。 二、波分复用技术的优点 WDM技术之所以在近几年得到迅猛发展是因为它具有下述优点： (1) 传输容量大，可节约宝贵的光纤资源。对单波长光纤系统而言，收发一个信号需要使用一对光纤，而对于WDM系统，不管有多少个信号，整个复用系统只需要一对光纤。例如对于16个2.5Gb/s系统来说，单波长光纤系统需要32根光纤，而WDM系统仅需要2根光纤。 (2) 对各类业务信号“透明”，可以传输不同类型的信号，如数字信号、模拟信号等，并能对其进行合成和分解。 (3) 网络扩容时不需要敷设更多的光纤，也不需要使用高速的网络部件，只需要换端机和增加一个附加光波长就可以引入任意新业务或扩充容量，因此WDM技术是理想的扩容手段。 (4) 组建动态可重构的光网络，在网络节点使用光分插复用器（OADM）或者使用光交叉连接设备（OXC），可以组成具有高度灵活性、高可靠性、高生存性的全光网络。 三、波分复用技术目前存在的问题 以WDM技术为基础的具有分插复用功能和交叉连接功能的光传输网具有易于重构、良好的扩展性等巨大优势，已成为未来高速传输网的发展方向，但在真正实现之前，还必须解决下列问题。 1．网络管理 目前，WDM系统的网络管理，特别是具有复杂的上/下通路需求的WDM网络管理仍处于不成熟期。如果WDM系统不能进行有效的网络管理，将很难在网络 判断题（共10道小题，共50.0分） 1. OTN帧就是OTUk帧，是OTN信号在电层的帧格式。 2. 1.正确 2.错误 知识点:阶段作业二 学生答案:[A;] 标准答 案: A 得分:[5]试题分 值: 5.0 提示: 3. OTN的完整功能OTM接口用作不同管理域间各节点之间的域间中继连接接口。 4. 1.正确 2.错误 知识点:阶段作业二 学生答案:[B;] 标准答 案: B 得分:[5]试题分 值: 5.0 提示: 5. 光分插复用器(OADM)和光交叉连接(OXC)设备是DWDM传输网的主要节点设备。 6. 1.正确 2.错误 知识点:阶段作业二 学生答案:[A;] 标准答 案: A 得分:[5]试题分 值: 5.0 提示: 7. DWDM系统中，对于用作后置放大器(OBA)的EDFA的监控管理，必须采用单独的光信道来传输监控管理信息。 8. 1.正确 2.错误 知识点:阶段作业二 学生答案:[B;] 标准答 案: B 得分:[5]试题分 值: 5.0 提示: 9. 目前DWDM系统的波长间隔一般从0.2nm到1.2nm。 10. 1.正确 2.错误 知识点:阶段作业二 学生答案:[A;] 标准答 案: A 得分:[5]试题分 值: 5.0 提示: 11. 根据信道间波长间隔的不同，WDM系统通常可分为CWDM和DWDM两种。 12. 1.正确 2.错误 知识点:阶段作业二 学生答案:[A;] 标准答 案: A 得分:[5]试题分 值: 5.0 提示: 13. MSTP中，链路接入规程(LAPS)可以根据实际应用中被映射业务流量大小和所需带宽来调整虚级联的容量。 14. 1.正确 2.错误 知识点:阶段作业二 学生答案:[B;] 标准答 案: B 得分:[5]试题分 值: 5.0 提示: 15. MSTP将SDH的高可靠性、ATM的统计复用和QoS保证以及IP网络的带宽共享等特征集于一身。 16. 光波分复用系统的基本原理 本文简要介绍光波分复用系统的基本原理、结构组成、功能配置、关键技术部件和技术特点，说明光波分复用WDM系统是今后光通信发展的方向。 一、光波分复用（WDM）技术 光波分复用（Wavelength Division Multiplexing，WDM）技术是在一根光纤中同时同时多个波长的光载波信号，而每个光载波可以通过FDM或TDM方式，各自承载多路模拟或多路数字信号。其基本原理是在发送端将不同波长的光信号组合起来（复用），并耦合到光缆线路上的同一根光纤中进行传输，在接收端又将这些组合在一起的不同波长的信号分开（解复用），并作进一步处理，恢复出原信号后送入不同的终端。因此将此项技术称为光波长分割复用，简称光波分复用技术。 WDM技术对网络的扩容升级，发展宽带业务，挖掘光纤带宽能力，实现超高速通信等均具有十分重要的意义，尤其是加上掺铒光纤放大器（EDFA）的WDM对现代信息网络更具有强大的吸引力。 二、WDM系统的基本构成 WDM系统的基本构成主要分双纤单向传输和单纤双向传输两种方式。单向WDM是指所有光通路同时在一根光纤上沿同一方向传送，在发送端将载有各种信息的具有不同波长的已调光信号通过光延长用器组合在一起，并在一根光纤中单向传输，由于各信号是通过不同波长的光携带的，所以彼此间不会混淆，在接收端通过光的复用器将不同波长的光信号分开，完成多路光信号的传输，而反方向则通过另一根光纤传送。双向WDM是指光通路在一要光纤上同时向两个不同的方向传输，所用的波长相互分开，以实现彼此双方全双工的通信联络。目前单向的WDM系统在开发和应用方面都比较广泛，而双向WDM由于在设计和应用时受各通道干扰、光反射影响、双向通路间的隔离和串话等因素的影响，目前实际应用较少。 三、双纤单向WDM系统的组成 以双纤单向WDM系统为例，一般而言，WDM系统主要由以下5部分组成：光发射机、光中继放大器、光接收机、光监控信道和网络管理系统。 1.光发射机 光发射机是WDM系统的核心，除了对WDM系统中发射激光器的中心波长有特殊的要求外，还应根据WDM系统的不同应用（主要是传输光纤的类型和传输距离）来选择具有一定色度色散容量的发射机。在发送端首先将来自终端设备输出的光信号利用光转发器把非特定波长的光信号转换成具有稳定的特定波长的信号，再利用合波器合成多通路光信号，通过光功率放大器（BA）放大输出。 波分复用技术(WDM)介绍 --------密集波分复用（DWDM）和稀疏波分复用（CWDM） 波分复用(WDM)是将两种或多种不同波长的光载波信号(携带各种信息)在发送端经复用器(亦称合波器，Multiplexer)汇合在一起，并耦合到光线路的同一根光纤中进行传输的技术；在接收端，经解复用器(亦称分波器或称去复用器，Demultiplexer)将各种波长的光载波分离，然后由光接收机作进一步处理以恢复原信号。这种在同一根光纤中同时传输两个或众多不同波长光信号的技术，称为波分复用。 WDM本质上是光域上的频分复用FDM技术。每个波长通路通过频域的分割实现，每个波长通路占用一段光纤的带宽。WDM系统采用的波长都是不同的，也就是特定标准波长，为了区别于SDH系统普通波长，有时又称为彩色光接口，而称普通光系统的光接口为“白色光口”或“白光口”。 通信系统的设计不同，每个波长之间的间隔宽度也有不同。按照通道间隔的不同，WDM 可以细分为CWDM（稀疏波分复用）和DWDM（密集波分复用）。CWDM的信道间隔为20nm，而DWDM的信道间隔从0.2nm 到1.2nm，所以相对于DWDM，CWDM称为稀疏波分复用技术。 1 DWDM技术简介 WDM和DWDM是在不同发展时期对WDM系统的称呼。在20世纪80年代初，人们想到并首先采用的是在光纤的两个低损耗窗口1310nm窗口和1550nm窗口各传送1路光波长信号，也就是1310nm、1550nm两波分的WDM系统。随着1550nm窗口EDFA的商用化，WDM系统的相邻波长间隔变得很窄（一般小于1.6nm），且工作在一个窗口内，共享EDFA光放大器。为了区别于传统的WDM系统，人们称这种波长间隔更紧密的WDM系统为密集波分复用系统。所谓密集，是指相邻波长间隔而言，过去WDM系统是几十纳米的波长间隔，现在的波长间隔只有0.4～2nm。密集波分复用技术其实是波分复用的一种具体表现形式。如果不特指1310nm、1550nm的两波分WDM系统外，人们谈论的WDM系统 光分插复用（OADM）节点技术 光通信具有带宽大、可靠性高、成本低等特点,光通信系统和光网络飞速发展给信息时代带来新的革命。OADM节点在光网络中的应用,使得环内路由操作不受传输信号类型和速率的影响,从而实现本地网的透明,为提供端到端的波长业务奠定基础。也就是说用户可以根据自己的需要将任何形式,任何速率的信息承载在某一个波长上,而网络通过波长标识路由将其传到目的地。 一概述 WDM光网络简介 随着数据业务以几何级数增长，尤其是Internet的迅速普及，现有网络技术已远远不能适应广大用户对网络速度和带宽的要求。90年代中期后走向实用的光波分复用（WDM）技术可以较好地利用光纤的宽带能力，是一种比较经济实用的扩大传输容量的方法，因而在近年来得到迅速发展，目前商品化的系统传输容量已达400Gb/s,实验系统则达到10Tb/s。 然而，目前光纤传送的信息到了节点上还必须全部经过光/电转换，依靠电子设备进行互联和交换，再把电信号转换成光信号向下传输。光电转换和电子设备的速率限制了交换容量的提高，即形成所谓的“电子瓶颈”。可以预计，建立在WDM传输和OADM、OXC光节点基础上的WDM全光网(WDM-AONs)将成为占主导地位的新一代光纤通信网络，以其高度的透明性、兼容性、可重构性和可扩展性，满足当今信息通信容量急剧增长的需要。 OADM是波分复用（WDM）光网络的关键器件之一，其功能是从传输光路中有选择地上下本地接收和发送某些波长信道，同时不影响其它波长信道的传输。也就是说，OADM在光域内实现了传统的SDH （电同步数字层次结构）分插复用器在时域内完成的功能，而且具有透明性，可以处理任何格式和速率的信号，这一点比电ADM更优越。OADM的研究进展和技术水平 鉴于OADM在骨干网节点及本地接入中的重要作用，国内外各大学、公司和团体都展开了比较深入的研究，有力的推动了OADM商业化进程。美国于1994年开始的MONET计划，包含基于声光可调谐滤波器结构的8波长通道OADM节点的研究。欧盟于1995年开始的ACTS计划中有COBNET（联合光干线通信网）和METON（光城域通信网）两个项目都与OADM有关，该计划对OADM器件进行了广泛而深入的研究。 从商业化程度来看，目前Lucent公司已经研制出40×10Gb/s带有完善网络接口的OADM节点，并成功推向市场。其它如Alcatel，Siemens，NEC等公司也都有成熟产品推出。目前国内对OAMD的研究也取得了很大进展，在863-300项目“中国高速信息示范网”中，大唐、武邮、中兴分别完成了8路波长，任意上下的OADM节点，具有完善的网络管理接口，可根据网络需求，对OADM进行灵活配置。 二OADM的技术原理 OADM的物理模型 一般的OADM节点可以用四端口模型来表示，基本功能包括三种：下路需要的波长信道，复用进上路信号，使其它波长信道尽量不受影响地通过。OADM具体的工作过程如下：从线路来的WDM信号包含N 个波长信道，进入OADM的“Main Input”端，根据业务需求，从N个波长信道中，有选择性地从下路端 第1章WDM概述 1.1 WDM技术的产生背景 1.1.1 光网络复用技术的发展 随着信息时代宽带高速业务的不断发展，不但要求光传输系统向更大容量、更长 距离发展，而且，要求其交互便捷。因此，在光传输系统中引入了复用技术。所 谓复用技术是指利用光纤宽频带、大容量的特点，用一根光纤或光缆同时传输多 路信号。在多路信号传输系统中，信号的复用方式对系统的性能和造价起着重要 作用。 光纤传输网的复用技术经历了空分复用（SDM）、时分复用（TDM）到波分复用 （WDM）三个阶段的发展。 SDM技术设计简单、实用，但必须按信号复用的路数配置所需要的光纤传输芯数， 投资效益较差；TDM技术的应用很广泛，缺点是线路利用率较低；WDM技术在 1根光纤上承载多个波长（信道），使之成为当前光纤通信网络扩容的主要手段。 光纤通信系统经历了几个发展阶段，从70年代末的PDH系统，90年代中期的 SDH系统(经历了准同步数字体系（PDH）、同步数字体系（SDH），和波分复用 （WDM）三个阶段)，以及近来风起云涌的DWDM系统，乃至将来的智能光网 络技术，光纤通信系统自身正在快速地更新换代。 波分复用技术从光纤通信出现伊始就出现了，80年代末、90年代初，AT&T贝尔 实验室的厉鼎毅（T.Y.Lee）博士大力倡导波分复用（DWDM）技术，两波长WDM （1310／1550nm）系统80年代就在美国AT&T网中使用，速率为2×1.7Gb／s。 但是到90年代中期，WDM系统发展速度并不快. 从技术和经济的角度，DWDM技术是目前最经济可行的扩容技术手段。 WDM WDM又叫波分复用技术，是新一代的超高速的光缆技术，所谓波分复用技术， 就是在单一光纤内同步传输多个不同波长的光波，让数据传输速度和容量获得倍 增，它充分利用单模光纤的低损耗区的巨大带宽资源，采用合波器，在发送端将 不同规定波长的光载波进行合并，然后传入单模光纤。在接收部分将再由分波器 将不同波长的光载分开的复用方式，由于不同波长的载波是相互独立的，所以双 1.光开关是按一定要求将一个光通道的光信号转换到另一个光通道的器件。 2.光开关可使光路之间进行直接交换, 是光网络中完成全光交换的核心器件,在全光网络中, 光开关可实现在全光层的路由选择、波长选择、光交叉连接以及自愈保护等重要功能。 3.其中光交叉连接设备(OXC) 和光分插复用设备(OADM) 可以说是全光网的核心。而光开关和光开关阵列恰恰是OXC 和OADM的核心技术。 4.全光网络中应用的光开关应具有快的响应速度、低的插入损耗、低通道串音、对偏振不敏感、可集成性和可扩展性、低成本、低功耗、热稳定性好等特性。 今后光开关发展的方向：光调制光开关和波导调制光开关的技术发展较快,其开关时间具有几个ps 到10ps的开发潜力,可以满足全光通信网络实现高速光交换、光交叉连接的要求。因此,光调制光开关和波导调制光开关是今后光开关的发展方向。但是,光调制光开关和波导调制光开关串音大的缺点目前尚无技术突破,还处于实验室研究阶段,而且价格昂贵,近几年要达到实用化的水平并投入市场不太可能。目前采用较为成熟的MEMS技术研制开发光开关、光开关列阵,并在此基础上组建、完善全光交换机及其交换矩阵系统等全光网络节点设备，具有非常大的现实应用价值。 目前,MEMS技术还存在一些问题:一是迫切需要用于微电子机械系统设计的先进的模拟工具和模型建立工具(大多数微电子机械设备都是用功能差的不能准确预测执行情况的分析工具来建立的,这种方式效率低下,费时费力),只有运用合适的开发工具,并配以连通高性能工作站以及本地的和远程的超级计算机网络才能从根本上改变这种局面;其次,微电子机械系统的包装面临独特的挑战,因为微电子机械装置形状差异大,并且部分装置还要求放置于特定的环境中,所以几乎每开发一套微电子机械系统就需要为其设计一个专用的包装。容许设计者从已有的标准包中挑选出新的微电子机械设备的包装也不失为一个较好的办法。（应用光学2005） 常见的光开关： 1.MEMS光开关：而MEMS光开关是基于半导体微细加工技术构筑在半导体基片上的微镜阵列, 即将电、机械和光集成为一块芯片, 能透明地传送不同速率、不同协议的业务。目前已成为一种最流行的光开关制作技术。其基本原理通过静电力或电磁力的作用, 使可以活动的微镜产生升降、旋转或移动, 从而改变输入光的传播方向以实现光路通断的功能, 使任一输入和输出端口相连接, 且1 个输出端口在同一时间只能和1个输入端口相连接。与现有的基于光波导技术的光开关相比, MEMS 光开关具有低串音、低插损的优点成为全光网络中的关键光器件。 MEMS光开关优点：与现有的基于光波导技术的光开关相比, MEMS 光开关具有低串音、低插损的优点成为全光网络中的关键光器件。同时它既有机械光开关和波导光开关的优点, 又克服了光机械开关难以集成和扩展性差等缺点, 它结构紧凑、重量轻, 且扩展性较好。 MEMS光开关特性：低插入损耗; 低串扰; 与波长、速率、调制方式无关; 功耗低; 坚固、寿命长; 可集成扩展成大规模光开关矩阵; 适中的响应速度(开关时间从100ns～10ms)。在光交叉连接及需要支持大容最交换的系统中, 基于MEMS 技术的解决方案已是主流。 MEMS光开关分类：MEMS 光开关可以分为二维和三维光开关。二维光开关由一种受静电控制的二维微小镜面阵列组成,光束在二维空间传输。准直光束和旋转微镜构成多端口光开关, 对于M×N 的光开关矩阵, 光开关具有M×N个微反射镜。二维光开关的微反射镜具有两个状态0和1(通和断), 当光开关处于1 态时, 反射镜处于由输入光纤准直系统出射的光束传播通道内, 将光束反射至相应的输出通道并经准直系统进入目标输出光纤;当光开关处于0 态时, 微反射镜不在光束传播通道内, 由输入通道光纤出射的光束直接进入其对面的光纤。三维MEMS 的微镜固定在一个万向支架上, 可以沿任意方向偏转。每根输入光纤都有一个对应的MEMS 输入微镜, 同样, 每根输出光纤也都有其对应的MEMS 输出微镜[17]。因此, 对于M×N 三维MEMS 光开关, 则具有M+N 个MEMS 微反射镜。由每根输出光纤出射的光束可以由其对应的输入微镜反射到任意一个输出微镜, 而相应的输出微镜可以将来自任一输入微镜的光束反射到其对应的输出光纤。对于M×N 三维MEMS 光开关, 每个输入微镜有N 个态, 而输出微镜则具有M个状态。目前, Iolon 利用MEMS 实现了光开关的大量自动化生产。该结构开关时间小余5ms。Xeros 基于MEMS 微镜技术, 设计了能升级到1152×1152 的光 武汉工程大学邮电与信息工程学院 毕业设计（论文） 光纤通信波分复用系统的研究与设计 Research And Design Of Optical Fiber Communication Wavelength Division Multiplexing System 学生姓名谭辉 学号1030210221 专业班级通信技术1002（光纤通信方向） 指导教师陈义华 2013年5月 作者声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果，除了文中特别加以标注的地方外，没有任何剽窃、抄袭、造假等违反学术道德、学术规范的行为，也没有侵犯任何其他人或组织的科研成果及专利。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。如本毕业设计（论文）引起的法律结果完全由本人承担。 毕业设计（论文）成果归武汉工程大学邮电与信息工程学院所有。 特此声明。 作者专业： 作者学号： 作者签名： ____年___月___日 摘要 20世纪90年代以来光纤通信得到了迅速的发展，光纤通信中的新技术也在不断涌现，其中波分复用技术就是光纤通信中重要的技术之一。波分复用(WDM)是在同一根光纤中同时传输两个或众多不同波长光信号的技术。 本文首先介绍了光纤通信的发展、特点、基本组成和波分复用技术(WDM)的基础知识、应用状况及目前存在的问题和发展状况，其中重点介绍了稀疏波分复用(CWDM)技术和密集波分复用(DWDM)技术的特点及其应用。其次深入分析了波分复用技术的基本原理与基本结构，同时深入分析了WDM系统的基本形式和主要特点及存在的问题，最后对现在的WDM的发展方向和前景做了进一步的探讨。 关键词：光纤通信；波分复用；技术研究 通信工程综合实验报告 姓名：学号：班级： 上课时间：星期（三）（16:20）——（18:10） 一、实验名称：光波分复用器特性测试 二、实验目的 (1) 了解光波分复用器的工作原理及其结构。 (2) 掌握光波分复用器的特性参数测试和正确使用方法。 三、实验仪器 JH5002A+光纤通信原理实验箱 光功率计 1310/1550光波分复用器两只 FC/PC光纤跳线四根 四、基本原理 波分复用器的主要技术指标如下： (1) 工作波长λ1、λ2：本实验中工作波长分别为1310nm和1550nm。 (2) 插入损耗Li 插入损耗的定义为： 即波长为λ1的输入光功率P1与输出光功率P2之比(化成分贝数)或波长为λ2的输入光功率P1与输出光功率P2之比(化成分贝数)。优良的波分复用器的插入损耗可小于0．5dB。 (3) 波长隔离度Lλ 指一个波长的光功率串扰另一波长输出臂程度的度量(化成分贝数)。Lλ值一般应达到20 dB以上。 波长隔离度的数学定义为： (4) 光谱响应范围△λ 通常指插入损耗小于某一容许值的波长范围。要根据应用要求而定。除此以外还有机械性能和温度性能指标。一个典型的1310nm／1550nm熔锥型单模光纤波分复用器的谱损曲线如下图所示： 图1 熔锥型单模光纤波分复用器的谱损曲线 (5) 波分复用器的光串扰： 测量1310nm的光串扰的方框图如图16-4(a)所示： 测量1550nm的光串扰的方框图如图16-4(b)所示： 图2 波分复用器光串扰的测量框图 上式中L12，L21即是光波分复用器相应的光串扰。 五、实验内容 1、波长隔离度测量 (1) 按下图将光发送机模块的光输出端、Y型分路器、光功率计连接好。 一、判断题（共10道小题，共50.0分） 1. OTN帧就是OTUk帧，是OTN信号在电层的帧格式。 A. 正确 B. 错误 2. OTN的完整功能OTM接口用作不同管理域间各节点之间的域间中继连接接口。 A. 正确 B. 错误 3. 光分插复用器(OADM)和光交叉连接(OXC)设备是DWDM传输网的主要节点设备。 A. 正确 B. 错误 4. DWDM系统中，对于用作后置放大器(OBA)的EDFA的监控管理，必须采用单独的光信道来传输 监控管理信息。 A. 正确 B. 错误 5. 目前DWDM系统的波长间隔一般从0.2nm到1.2nm。 A. 正确 B. 错误 6. 根据信道间波长间隔的不同，WDM系统通常可分为CWDM和DWDM两种。 A. 正确 B. 错误 7. MSTP中，链路接入规程(LAPS)可以根据实际应用中被映射业务流量大小和所需带宽来调整虚 级联的容量。 A. 正确 B. 错误 8. MSTP将SDH的高可靠性、ATM的统计复用和QoS保证以及IP网络的带宽共享等特征集于一 身。 A. 正确 B. 错误 9. SDH传输网中，DXC设备常用于网状网节点或星形网的中心节点。 A. 正确 B. 错误 10. 信息净负荷的第一个字节在STM-N帧中的位置是固定的。 A. 正确 B. 错误 11. 二、单项选择题（共10道小题，共50.0分） 1. 影响中继距离的因素有（）和（）。 A. 衰减、色散 B. 非线性效应、衰减 C. 损耗、频率啁啾 D. 色散、啁啾声 2. OTUk帧为基于字节的（）的块状结构。 A. 4行4080列 B. 9行4080列 C. 4行3824列 D. 4行3810列 3. DWDM系统的工作波长在（）nm附近。 A. 980 B. 1310 C. 1550 D. 1650 4. 下列（）是MSTP使用的适用程度最广泛的封装协议。 A. PPP B. GFP C. LAPS D. HDLC 5. VC-4-Xv中每个VC-4的POH里的（）字节是作为虚级联标识用的。 A. J1 B. C2 C. G1 D. H4 波分复用技术 摘要波分复用(WND)是将两种或多种不同波长的光载波信号(携带各种信息)在发送端经复用器(亦称合波器，Multiplexer)汇合在一起，并耦合到光线路的同一根光纤中进行传输的技术；在接收端，经解复用器(亦称分波器或称去复用器，Demultiplexer)将各种波长的光载波分离，然后由光接收机作进一步处理以恢复原信号。这种在同一根光纤中同时传输两个或众多不同波长光信号的技术，称为波分复用。 关键词波分复用技术（WDM），光纤，光传输网，交叉连接 引言 WDM是一种在光域上的复用技术，形成一个光层的网络既全光网，将是光通讯的最高阶段。建立一个以WDM和OXC（光交叉连接）为基础的光网络层，实现用户端到端的全光网连接，用一个纯粹的“全光网”消除光电转换的瓶颈将是未来的趋势。现在WDM技术还是基于点到点的方式，但点到点的WDM技术作为全光网通讯的第一步，也是最重要的一步，它的应用和实践对于全光网的发展起到决定性的作用。 1 波分复用技术 指在同一根光纤中同时让两个或两个以上的光波长信号通过不同光信道各自传输信息,称为光波分复用技术,简称WDM。光波分复用包括频分复用和波分复用。光频分复用(FDM)技术和光波分复用(WDM)技术无明显区别,因为光波是电磁波的一部分,光的频率与波长具有单一对应关系。通常也可以这样理解,光频分复用指光频率的细分,光信道非常密集。光波分复 用指光频率的粗分,光倍道相隔较远,甚至处于光纤不同窗口。 光波分复用一般应用波长分割复用器和解复用器(也称合波/分波器)分别置于光纤两端,实现不同光波的耦合与分离。这两个器件的原理是相同的。光波分复用器的主要类型有熔融拉锥型,介质膜型,光栅型和平面型四种。其主要特性指标为插入损耗和隔离度。通常,由于光链路中使用波分复用设备后,光链路损耗的增加量称为波分复用的插入损耗。当波长11,l2通过同一光纤传送时,在与分波器中输入端l2的功率与11输出端光纤中混入的功率之间的差值称为隔离度。光波分复用的技术特点与优势如下: 1.1 充分利用光纤的低损耗波段,增加光纤的传输容量,使一根光纤传送信息的物理限度增加一倍至数倍。目前我们只是利用了光纤低损耗谱(1310nm-1550nm)极少一部分,波分复用可以充分利用单模光纤的巨大带宽约25THz,传输带宽充足。 1.2 具有在同一根光纤中,传送2个或数个非同步信号的能力,有利于数字信号和模拟信号的兼容,与数据速率和调制方式无关,在线路中间可以灵活取出或加入信道。 1.3 对已建光纤系统,尤其早期铺设的芯数不多的光缆,只要原系统有功率余量,可进一步增容,实现多个单向信号或双向信号的传送而不用对原系统作大改动,具有较强的灵活性。 1.4 由于大量减少了光纤的使用量,大大降低了建设成本、由于光纤数量少,当出现故障时,恢复起来也迅速方便。 1.5 有源光设备的共享性,对多个信号的传送或新业务的增加降低了成本。 1.6 系统中有源设备得到大幅减少,这样就提高了系统的可靠性。目前,由于多路载波的光波分复用对光发射机、光接收机等设备要求较高,技术实施有一定难度,同时多纤芯光缆的 1.9 WDM光波分复用器 实验者：张钦(12342080) 合作者：王唯一(12342057) （中山大学物理科学与工程技术学院，光信息科学与技术12级2班 B13） 2015年3月26日，19,70% c 一、实验目的和内容 1、了解WDM光波分复用器的工作原理和制作工艺,即熔融拉锥技术。 2、认识WDM光波分复用器的基本技术参量的实际意义，学会测量插入损耗、附加损耗、隔离度、偏振相关损耗等。 3、分析测量误差的来源。 二、实验基本原理 在熔融拉锥技术中，具体制作方法一般是将两根（或者两根以上）除去涂覆层的裸光纤以一定方式靠近，在高温加热下熔融，同时向两侧拉伸，利用计算机监控其光功率耦合曲线，并根据耦合比与拉伸长度控制停火时间,最后形成双锥结构。采用熔融拉锥法实现光纤间传输光功率耦合的耦合系数与波长有关，光传输波长发生变化时，耦合系数也会变化，即耦合器的分光比发生变化。考虑到熔融拉锥的耦合是周期性的，耦合周期愈多，耦合系数与传输波长的关系越大，所以尽量减少熔融拉锥中耦合的次数，最好在一个周期内完成耦合。合理改变熔融拉锥条件，能够获得不同功能的全光纤耦合器件。熔融拉锥机的控制原理模块图如图1所示。熔融拉锥型光纤耦合器工作原理示意图如图2所示。 图1 熔融拉锥机系统控制示意图 图2 熔融拉锥型光纤耦合器工作原理示意图 1、单模耦合器 HE信号。图3是单模光纤耦合器的迅衰场耦合示意图。但在单模光纤中传导模是两个正交的基模 11 传导模进入熔锥区时，随着纤芯的不断变细，归一化频率V逐渐减小，有越来越多的光功率掺入光纤包层中。实际上光功率是在由包层作为芯，纤外介质（一般是空气）作为包层的复合波导中传播的；在输出端，随着纤芯的逐渐变粗，V值重新增大，光功率被两根纤芯以特定比例“捕获”。在熔锥区，两光纤包层合并在一起，纤芯足够逼近，形成弱耦合。将一根光纤看做是另一光纤的扰动，在弱导近似下，并假设光纤是无吸收的，则有 OADM工作原理和应用 一，OADM概念与性能 1，OADM概念 光分插复用器（optical add-drop multiplexer），简写为OADM。其定义为对多波长光信号,一种能从中分出单个光波长信号,或将单个光波长信号加入到多波长光信号中的光波分复用设备。光分插复用（OADM）可以看作是OXC的功能简化OADM 光分插复用器是一种用滤光器或分用器从波分复用传输链路插入或分光信号的设备。它是光传送网(OTN)的关键网元，可以不经光／电／光转换和电处理，就能实现波分复用信道的分插功能，也就是说OADM在光域实现了传统的电SDH分插复用器在时域内完成的功能，因而在光网络中有着极大的应用前景。 OADM在光域内实现传统的电SDH分插复用在时域内完成的功能，而且具有透明性，可以处理任何格式和速率的信号，这一点比在SDH网络中所用的电ADM（分插复用器）更优越。 分插在这里的解释是上路和下路的意思。上路的意思就是在进入到光分插复用器的光信号中，新增加一种或多种波长的信道，和其他的信道一起复用到光纤中。下路的意思就是在进入到光分插复用器的光信号中，去掉一种或多种波长的信道，其他无关的信道直接通过光分插复用器，下路的信道直接转到设备中进行业务处理了，不是截断 的意思。 工作结构示意图： 2. OADM的主要性能 衡量OADM的性能主要有： 1)容量大小 OADM的端口数量（即支持的链路数）、每端口可容纳的波长数量和可以上下路的波长数量。这些参数反映出OADM节点的容量。 2) 业务接入及汇聚能力 OADM应能开放式的支持多业务,对任何厂家的SDH设备STM-N 信号进行透明接入，包括STM-1/-4/-16/-64-256；还可承载其它格式的光信号，如ATM业务或POS，包括STM-1c/4c/16c/64C；以太网业务，支持100M/GBE/10GBE业务的接入；企业互联业务(ESCON)；光纤通道(FC)。其它业务方面，提供灵活的多速率接口，可以承载45Mbit/s-2.5Gbit/s之间的任意速率业务, 汇聚多个低速率信号为高速率信号，如4×155M、4×622M、4×2.5G等。 3）多种粒度的业务调度能力 OADM应能实现波长级和子波级的调度管理，灵活地对上下路的通道进行动态配置。根据此功能，OADM可分成两种：一种是固定上下路的OADM，即只能上下一个或几个固定波长的OADM。另一种是可动态重构的光分插复用设备（ROADM），它可以通过网管软件远程控制网元中的ROADM子系统实现上下路波长的配置和动态调整。 光通信系统可以按照不同的方式进行分类。如果按照信号的复用方式来进行分类，可分为频分复用系统（FDM-Frequency Division Multiplexing ）、时分复用系统（TDM-Time Division Multiplexing）、波分复用系统（WDM- Wavelength Division Multiplexing）和空分复用系统（SDM-Space Division Multiplexing）。所谓频分、时分、波分和空分复用，是指按频率、时间、波长和空间来进行分割的光通信系统。应当说，频率和波长是紧密相关的，频分也即波分，但在光通信系统中，由于波分复用系统分离波长是采用光学分光元件，它不同于一般电通信中采用的滤波器，所以我们仍将两者分成两个不同的系统。 波分复用是光纤通信中的一种传输技术，它利用了一根光纤可以同时传输多个不同波长的光载波的特点，把光纤可能应用的波长范围划分成若干个波段，每个波段作一个独立的通道传输一种预定波长的光信号。光波分复用的实质是在光纤上进行光频分复用（OFDM），只是因为光波通常采用波长而不用频率来描述、监测与控制。随着电-光技术的向前发展，在同一光纤中波长的密度会变得很高。因而，使用术语密集波分复用（DWDM-Dense Wavelength Division Multiplexing），与此对照，还有波长密度较低的WDM系统，较低密度的就称为稀疏波分复用（CWDM-Coarse Wave Division Multiplexing）。 这里可以将一根光纤看作是一个“多车道”的公用道路，传统的TDM系统只不过利用了这条道路的一条车道，提高比特率相当于在该车道上加快行驶速度来增加单位时间内的运输量。而使用DWDM技术，类似利用公用道路上尚未使用的车道，以获取光纤中未开发的巨大传输能力。 2.1.2 WDM技术的发展背景 随着科学技术的迅猛发展，通信领域的信息传送量正以一种加速度的形式膨胀。信息时代要求越来越大容量的传输网络。近几年来，世界上的运营公司及设备制造厂家把目光更多地转向了WDM技术，并对其投以越来越多的关注，增加光纤网络的容量及灵活性，提高传输速率和扩容的手段可以有多种，下面对几种扩容方式进行比较。 l 空分复用SDM（Space Division Multiplexer） 空分复用是靠增加光纤数量的方式线性增加传输的容量，传输设备也线性增加。 在光缆制造技术已经非常成熟的今天，几十芯的带状光缆已经比较普遍，而且先进的光纤接续技术也使光缆施工变得简单，但光纤数量的增加无疑仍然给施工以及将来线路的维护带来了诸多不便，并且对于已有的光缆线路，如果没有足够的光纤数量，通过重新敷设光缆来扩容，工程费用将会成倍增长。而且，这种方式并没有充分利用光纤的传输带宽，造成光纤带宽资源的浪费。作为通信网络的建设，不可能总是采用敷设新光纤的方式来扩容，事实上，在工程之初也很难预测日益增长的业务需要和规划应该敷设的光纤数。因此，空分复用的扩容方式是十分受限。 l 时分复用TDM（Time Division Multiplexer） 时分复用也是一项比较常用的扩容方式，从传统PDH的一次群至四次群的复用，到如今SDH 物理与工程 Vol.17 No.5 2007 波分复用器在光纤通信中的应用 李叶芳 王晓旭 柳 华 (大连理工大学物理与光电工程学院,辽宁大连 116024) (收稿日期:2006 12 01) 摘 要 在光纤通信领域中使用波分复用技术,可以极大地提高网络的传输容量及速率,是解决现代通信技术带宽危机的有效方法.本文介绍了波分复用(WDM)器件的特性,并以 双路双向光纤通信为例说明应用WDM技术的优势. 关键词 波分复用器;光纤通信;双路双向光纤通信 THE APPLICATION OF WAVELENGTH DIVISION MULTIPLEXER IN FIBER C OMMUNICATION Li Yefang W ang Xiaoxu Liu Hua (School of Ph ysics and Optoelectr on ic Technology,Dalian University of Technology,Dalian,L iaoning, 116024) Abstract T he transmissio n capacity and r ate in fiber com munication could be significantly im pro ved by using w aveleng th div ision multiplexer(WDM),w hich is one of the most effectiv e w ays to settle the bandw idth crisis.T he characteristics of WDM are intr oduced,and the advantages of WDM ar e illustrated w ith tw o w ay bi directio nal fiber communicatio n. Key Words w avelength division multiplexer;fiber comm unication;tw o w ay bi directio nal fiber com munication 1 引言 自1880年贝尔设计的 光电话装置被证实光波可以传送信息开始,真正使光通信到来的时代是20世纪80年代以后.一个完整的光通信系统应具备3个条件:!光源;?光纤;#光电检测器.1966年,美藉华人高锟博士发表论文,指出 用石英玻璃纤维传送光信号来进行通信.1970年,美国康宁公司首次研制成功了光纤,为光通信提供了理想的传输介质.在这一时期,半导体激光器也被研制成功,波长适用于光纤低损耗传输的光源在光纤通信中起到了决定性的作用.这一切使光纤通信的发展极为迅速.但是随着信息传送量与日俱增,通信网的传输容量成为阻碍其发展的瓶颈.20世经纪80年代初,波分复用技术就已经出现了,但波分复用器还没有成熟.1995年以后,波分复用技术获得了突破,这为解决通信技术危机提出了有效方法.波分复用技术是指使用多束激光在同一条光纤上同时传输多个不同波长光波的技术,其关键器件是波分复用器(WDM).本文介绍波分复用器的特性,将其用于光纤通信实验有通俗易懂、步骤简单及技术先进的特点. 2 波分复用器的特性 光波分复用器是对光波波长进行分离与合成的器件,将不同光源波长的信号结合在一起经一根传输光纤输出的器件称为复用器;将同一根光纤送来的多波长信号分解为个别波长输出的器件称为光解复用器.在图1中,M是光波分复用器; D是光解复用器. 在早期,波分复用器有粗波分复用及密集波分复用器之分.波长在1310nm及1550nm两个窗口各传输一路光波信号的被称为粗波分复用器(WDM).粗波分复用器的特点是插入损耗小, 26 OTN 帧就是OTUk 帧，是OTN 信号在电层的帧格式 1. 正确 2. 错误 知识点: 阶段作业二 学生答标准答 [A;] A 案: 案: 试题分 得分: [5] 值: 提示: OTN 的完整功能OTM 接口用作不同管理域间各节点之间的域间中继连接接口。 1. 正确 2. 错误 案: 案: 知识点 : 阶段作业 提示: 光分插复用器（OADM ） 和光交叉连接（OXC ）设备是DWDM 传输网的主要 节点设备。 1. 正确 2. 错误 知识点 : 阶段作业 学生答 [A;] 学生答 [B;] 标准答 B 案: 案: 试题分 得分: [5] 值: 标准答 A 试题分 得分:[5] 值: 提示: DWDM系统中，对于用作后置放大器（OBA）的EDFA的监控管理，必须采用单独的光信道来传输监控管理信息。 1. 正确 2. 错误 知识点: 阶段作业二 学生答标准答 案:[B;] B 案: 得分: 试题分[5] 值: 提示: 目前DWDM 系统的波长间隔一般从到。 1. 正确 2. 错误 知识点: 阶段作业 学生答标准答 [A;]A 案:案: 得分: [5] 试题分 值: 提示: 根据信道间波长间隔的不同，WDM 系统通常可分为CWDM 和DWDM 两种。 1. 正确 2. 错误 知识点: 阶段作业二 学生答[A;] 标准答 案: 案: 试题分 得分 : [5] 值: 提示: MSTP 中，链路接入规程（LAPS ）可以根据实际应用中被映射业务流量大 小和所需带宽来调整虚级联的容量。 1. 正确 2. 错误 知识点 : 阶段作业 学生答 [B;] 案: 试题分 值: 提示: MSTP 将SDH 的高可靠性、ATM 的统计复用和QoS 保证以及IP 网络的 带宽共享等特征集于一身。 标准答 B 案: 得分 : [5]光波分复用(WDM)技术复习过程
光网络阶段作业二
光波分复用系统的基本原理
波分复用技术(WDM)
光分插复用(OADM)节点技术
WDM 技术和要求
光开关定义分类
光纤通信波分复用系统的研究与设计
北交大通信专业综合实验2_2光波分复用器特性测试
2018光网络阶段作业二
波分复用技术论文
实验1.9WDM光波分复用器
光分插复用器(OADM)
波分复用的概念
波分复用器在光纤通信中的应用
光网络阶段作业二