通信工程专业论文15705.doc

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1、 毕业设计论文密集波分复用（DWDM）技术的原理与应用密集波分复用（DWDM）技术的原理与应用摘 要密集波分复用（DWDM）技术是近年来出现的光通信新技术，已得到越来越广泛的应用。密集波分复用的波道数已由8波、16波，发展到32波、40波、160波。随着IP业务的与日俱增，电信业的增长点从以电话为代表的通信服务向以数据为代表的信息服务转移。DWDM解决了传统电信业务大容量和远距离传输的基本问题，超长距离DWDM传输技术由于节省了大量的电中继设备，能够大幅度降低投资成本，提高系统的传输质量和可靠性，具有良好的升级扩容潜力及高效方便的维护特性。本文介绍了DWDM光传送网出现的历史背景，分析了DWD

2、M光传送网的基本原理，再着重阐述了目前DWDM的关键技术以及对DWDM的关键器件进行了介绍和原理分析，然后结合了某城域网工程项目的配置和系统进行了详尽的分析和设计。关键词：密集波分复用；IP业务；通信服务；信息服务；远距离传输Investigation and Application of DWDM AbstractThe technology of dense wavelength-division mutliplcxing (DWDM) is the new optical-communication technology appearing in recent years, have a

3、lready got more and more extensive application. The number of channels of DWDM already grows from 8 waves, 16 waves to 32 waves, 40 waves, 160 waves. With the growing with each passing day of IP business, the communication service represented by telephone of point of growth of the telecommunication

4、industry is shifted to the information service represented by data.DWDM solved traditional telecom business large capacity and the basic problems of the long-distance transmission, long distance DWDM transmission technology because can save them a lot of electric relay devices that can greatly reduc

5、e the investment cost, improve the system of transmission quality and reliability, good upgrade expansion potential and effective convenient maintenance characteristics.This paper has introduced the historical background that the DWDM optical transport network appears, it is analysedthat the basic p

6、rinciple, then emphatically expounds the key technology and DWDM the key devices are introduced and analyzed the principle, then combines a intracity networks project configuration and system for a detailed analysis and design.Keywords: Dense Wavelength-Division Mutliplcxing (DWDM);IP business;The c

7、ommunication service;The information service;The long-distance transmission目 录1、 引 言12、 绪 论22.1.项目背景22.2.毕业设计的主要任务23、 波分复用系统概述33.1.波分复用的发展33.2.波分复用的基本原理44、 DWDM的关键技术64.1.OTN的基本介绍64.2.光源技术64.2.1.光源类型64.2.2.DWDM 系统光源的特点74.2.3.DWDM 系统激光器调制方式74.3.光放大技术84.4.光复用和解复用技术94.4.1.常用光波分复用器简介104.4.2.DWDM 系统的复用/解复

8、用器件114.5.光转发技术134.5.1.概述134.5.2.工作原理以及性能指标135、 DWDM的关键器件165.1.光钎类型165.1.1.光纤类型标准和发展趋势165.2.光放大器196、 毕业设计相关实施项目 -某地城域骨干波分系统实施方案256.1.项目背景256.2.工程建设思路与原则256.3.骨干WDM网络建设方案267、 结论297.1.撰写论文中遇到的问题297.2.撰写论文中解决的问题297.3.总结30致 谢31参考文献321、 引 言互联网面世之后，谁也不可能准确预料到其发展速度是如此之快，在短短几十年间，服务供应商已经满足不了消费者日益增长的带宽需求，因此运营商

9、们迫切的需要大量的网络容量来满足顾客日益增长的服务需求。据估计，仅在1997年，通过一对光缆传输的长途电话的带宽容量就增加到了1.2 Gbps（百万比特每秒）。当数据传输速度以Gbps单位计算的时候，每秒钟可以通过网络传输1000本图书的信息。可是，到了今天，假如有1百万个家庭希望观赏网站上推出的视频节目或者使用新出现的网络视频应用，那么，在这一需求场合下，网络传输速率就必须达到太比特级（万亿比特每秒：Tbps）。当数据传输速度以Tbps单位计算的时候，在一秒钟的瞬间之内，网络就可以传输2000万个并发双工电话或者300年来出版的全部日报的数据量。除了消费者的带宽需求爆炸性地增加以外，众多服务

10、供应商还面临着其光缆可用余量即将用尽的窘迫局面。有一份产业报告指出：在1995年，埋设光缆中已经使用的部分平均在网络中占到了70%到80%之多。现在，许多电信运营商的光缆使用率几乎达到了100%的有效利用率上限。另外还有一个窘迫的难题：网络服务运营商怎么才能在一种物理网络之上部署和集成五花八门的多种通信技术。消费者的需要和企业之间的竞争压力迫使运营商们一方面必须提供在建设和运营成本上比较经济的多种服务，而且另一方面他们还要尽可能地在已经埋设的现有网络基础之上来部署这些业务。还好，出现了DWDM技术，正是DWDM为这些运营商们提供了同时满足这些需求的可行解决方案。密集型光波复用（DWDM：Den

11、se Wavelength Division Multiplexing）是一项用来在现有的光钎骨干网上提高宽带的激光技术。更确切地说，该技术是在一根指定的光钎中，多路复用单个光钎载波的紧密光谱间距，以便利用可以达到的传输性能。这样，在给定的信息传输容量下，就可以减少所需要的光钎的总数量。DWDM最大的特点在于能提供大容量的数据接入和传输，而且技术已经非常成熟，在长途骨干网中已经广泛应用。2、 绪 论2.1. 项目背景社会飞速发展，在十几年前我们还在使用电话线上网，享受着十几Kbit乃至几十Kbit的上网速度的时候，我们可曾想过再未来的十几年间，光钎已经取代了大部分的通信电缆，成为了固定通信网络

12、中的最主要的传输介质。随着科技的发展光钎一定会成为通信系统中极其重要的部分，因为这个世界上没有比光更加快的物质了，所以作为一名通信专业的学生更应跟上光钎通信迅猛的发展速度。在目前的光传输技术里，光的速度已经是极快的了，所以我们要想方设法的提高的是其传输的容量，而光波复用这个技术已经成为了系统升级扩容的首选方案了。因为光波分复用系统实现了在一根光钎上进行多个波长的复用传输，这样极大的提高了系统的容量。密集波分复用系统（DWDM）作为目前光波复用系统中最广泛应用的技术，我们需要对其进行充分的了解与认识，为我们更加深入的了解光钎系统打下殷实的基础。2.2. 毕业设计的主要任务九十年代以来，以inte

13、rnet为代表的信息技术革命正在深刻地改变传统电信概念和体系。据数据统计，每年世界的电话业务增长率为10%，中国的每年电话业务增长率为14%，而每年世界的数据业务年增长率为40%，中国的每年数据业务增长率为1800%。在这个庞大是数据面前让我们了解到目前数据业务的重要性，而光钎通信是支持这一数据的有力保障，因为光钎通信可以使我们的数据业务传送更加快速和方便。密集波分复用技术（DWDM）作为光钎扩容最有效，最经济的手段，充分满足目前网络宽带业务发展的需求，同时也成为通向未来全光传输网奠基了良好的基石。设计这个项目主要是了解DWDM的发展历史，DWDM的基本原理和关键技术，以及DWDM的几个关键器

14、件，分析DWDM的系统完善和应用前景。3、 波分复用系统概述3.1. 波分复用的产生背景话音业务的飞速增长和各种新业务的不断涌现，特别是IP技术的日新月异，网络容量必将会受到严重的挑战，传统的传输网络扩容方法采用空分复用（SDM）或时分复用（TDM）两种方式。 1.波分复用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

15、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。 2. 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的STM-1、STM-4、STM-16乃至STM-64的复用，通过时分复用技术可以成倍地提高光传输信息的容量，极大地降低了每条电路

16、在设备和线路方面投入的成本。并且采用这种复用方式可以很容易在数据流中抽取某些特定的数字信号，尤其适合在需要采取自愈环保护策略的网络中使用。 但时分复用的扩容方式有两个缺陷：第一是影响业务。即在“全盘”升级至更高的速率等级时，网络接口及其设备需要完全更换，所以在升级的过程中，不得不中断正在运行的设备。第二是速率的升级缺乏灵活性。以SDH设备为例，当一个线路速率为155Mbit/s的系统被要求提供两个155Mbit/s的通道时，就只有将系统升级到622Mbit/s，即使有两个155Mbit/s将被闲置，也没有办法。对于更高速率的时分复用设备，目前成本还较高，并且40Gbit/s的TDM设备已经达到

17、电子器件的速率极限，即使是10Gbit/s的速率在不同类型光纤中的非线性效应也会对传输产生各种限制。 现在时分复用技术是一种被普遍采用的扩容方式，它可以通过不断地进行 系统速率升级实现扩容的目的。但当达到一定的速率等级时，会由于器件和线路等各方面特性的限制而不得不寻找另外的解决办法。不管是采用空分复用还是时分复用的扩容方式，基本的传输网络均采用传统的PDH或SDH技术，即采用单一波长的光信号传输，这种传输方式是对光纤容量的一种极大浪费，因为光纤的带宽相对于目前我们利用的单波长信道来讲几乎是无限的。我们一方面在为网络的拥挤不堪而忧心忡忡，另一方面却让大量的网络资源白白浪费。DWDM技术就是在这样

18、的背景下应运而生的，它不仅大幅度地增加了网络的容量，而且还充分利用了光纤的宽带资源，减少了网络资源的浪费。3.2. 波分复用的基本原理所谓波分复用（WDM），就是把具有不同标称波长的几个或者几十个光通路信号复用到一根光钎中进行传送，每个光通路承载一个TDM方式的SDH信号。其系统工作原理图如图所示。图3-1 WDM系统工作原理图从图中可以看出，在发送端由各复用通路的光发送机分别发出具有不同标称波长的光信号，每个光通路承载着标准的SDH信号如2.5Gb/s或10Gb/s；然后由光复用器OD把光通路信号再分解开，分别输入到相应的各复用通路光接收机中。这样可以把光钎的传输容量扩大几倍甚至几十倍以上。

19、波分复用的关键技术大致有三部分：合/分波器、光放大器和光源器件。合/分波器实际上就是光学滤波器，其作用是对各复用光通路信号进行复用与解复用。因此对它们的基本要求是：插入耗损低、隔离度高、具有良好的带通特性、温度稳定性好、复用通路数多和具有较高的分辨率等。光放大器的作用是对复用后的光信号进行直接光放大，以解决WDM系统的超长距离传输问题。因为一般来讲，合/分波器的插入耗损较大，大大减小了WDM系统的传输距离，使之仅为三、四十公里左右，满足不了实际需求。使用光放大器后，不仅使WDM系统的传输距离满足常规要求，而且还可以实现超长距离传输，如可以达到640公里无中继传输。因此对光放大器的要求是，应具有

20、很高的增益、很宽的带宽和较低的噪声系数等。目前在1550nm波长范围皆采用摻饵光钎放大器EDFA，但在1310nm波长范围尚无实用化的光放大器，所以目前WDM技术主要用于1550nm波长范围。WDM系统的超长距离传输对光源器件提出了非常苛刻的要求，要求器件必须具有十分狭窄的谱宽和非常稳定的发射波长。影响光通信传输距离的两大因素为：损耗和色散，在高码速率传输的情况下，色散的影响占主要地位。光放大器只解决了传输耗损的问题，色散受限制需选择谱宽极窄的半导体激光器来解决。实践证明，采用传统的直接调制方式使半导体激光器在高码速率条件下工作时会产生所谓啁啾声，极大地限制了系统的传输距离。要想实现超长距离传

21、输，必须减小或避免啁啾声，为此WDM系统使用的光源器件改用外调制方法，即所谓外调制型光源。波分复用有3种类别：（1）WDM（波分复用）：每条光钎2-4个波长。初期的WDM系统是双信道1310/1550nm系统。（2）CWDM（粗波分复用）：每条光钎4-8个波长，有时候更多。用于中短程网络（3）DWDM（密集波分复用）：通常的DWDM系统支持8个或更多波长。新兴系统支持数百个波长。其实密集波分复用和WDM应是同一技术，它们是在不同时期对WDM系统的称呼，WDM是光钎在不同低耗损窗口的光波复用DWDM光钎在同一低损耗窗口的多个光波复用。发送端的光发射机发出波长不同而精度和稳定度满足一定要求的光信号

22、，经过光波长复用器复用在一起送入摻饵光钎功率放大器，再将放大后的多路光信号送入光钎传输，中间可以根据情况决定有或没有光线路放大器，到达接受端经光前置放大器放大以后，送入光波长分波器分解出原来的各路光信号。4、 DWDM的关键技术4.1. OTN的基本介绍数字传送网的演化也从最初的基于T1/E1的第一代数字传送网，经历了基于SONET/SDH的第二代数字传送网，发展到了目前以OTN为基础的第三代数字传送网。第一、二代传送网最初是为支持话音业务而专门设计的，虽然也可用来传送数据和图像业务，但是传送效率并不高。相比之下，第三代传送网技术，从设计上就支持话音、数据和图像业务，配合其他协议时可支持带宽按

23、需分配（BOD）、可裁剪的服务质量（QoS）及光虚拟转网（OVPN）等功能。1998年，国际电信联盟电信标准化部门（ITU-T）正式提出了OTN的概念。从其功能上看，OTN在子网内可以以全光形式传输，而在子网的边界处采用光-电-光转换。这样，各个子网可以通过3R再生器联接，从而构成一个大的光网络。光传送网(OTN)是以波分复用技术为基础、在光层组织网络的传送网，是下一代的骨干传送网。由于在网络上传送的IP业务和其他基于包传送数据业务的爆炸式增长，对传输容量的要求在不断迅猛增加，密集波分复用(DWDM)技术和光放大器(OA)技术的成熟和应用使传送网正在向以光联网技术为基础的光传送网发展。基于OT

24、N的传送网的出现将使人们期望的智能光网络逐步变为现实，为网络运营者和客户提供安全可靠、价格有效、客户无关、可管理、可操作、高效的新一代光传送平台。OTN将解决传统WDM网络无波长子波长业务调度能力、组网能力弱、保护能力弱等问题。光传送网面向IP业务、适配IP业务的传送需求已经成为光通信下一步发展的一个重要议题。光传送网从多种角度和多个方面提供了解决方案，在兼容现有技术的前提下，由于SDH设备大量应用，为了解决数据业务的处理和传送，在SDH技术的基础上研发了MSTP设备，并已经在网络中大量应用，很好地兼容了现有技术，同时也满足了数据业务的传送功能。但是随着数据业务颗粒的增大和对处理能力更细化的要

25、求，业务对传送网提出了两方面的需求：一方面传送网要提供大的管道，这时广义的OTN技术（在电域为OTH，在光域为ROADM）提供了新的解决方案，它解决了SDH基于VC-12/VC4的交叉颗粒偏小、调度较复杂、不适应大颗粒业务传送需求的问题，也部分克服了WDM系统故障定位困难，以点到点连接为主的组网方式，组网能力较弱，能够提供的网络生存性手段和能力较弱等缺点；另一方面业务对光传送网提出了更加细致的处理要求，业界也提出了分组传送网的解决方案，目前涉及的主要技术包括T-MPLS和PBB-TE等。4.2. 光源技术4.2.1. 光源类型目前广泛使用的半导体光源包括激光器（LD）和发光二极管（LED）。L

26、D 是相干光源，入纤功率大、谱线宽窄、调制速率高，适用于长距高速系统；LED 是非相干光源，入纤功率小、谱线宽宽、调制速率低，适用于短距低速系统。DWDM 系统的光源采用半导体激光器。4.2.2. DWDM 系统光源的特点4.2.2.1. 提供标准、稳定的波长DWDM 系统对每个复用通路的工作波长有非常严格的要求，波长漂移将导致系统无法实现稳定、可靠的工作。常用的波长稳定措施包括温度反馈控制法和波长反馈控制法。4.2.2.2. 提供比较大的色散容限值光纤传输可能会受到系统损耗和色散的限制，随着传输速率的提高，色散的影响越来越大。其中，色散受限可选用色散系数较低的光纤光缆或谱宽狭窄半导体激光器的

27、办法来解决。由于光缆已经舗设完毕，所以努力减小光源器件的谱宽是解决色散受限的有效手段。4.2.3. DWDM 系统激光器调制方式目前，光源强度调制的方法主要有两类：直接调制和间接调制（即外调制）。4.2.3.1. 直接调制直接调制是用电脉冲码流去直接控制半导体激光器的工作电流，从而使其发出与电信号脉冲相应的光脉冲流。例如当电脉冲信号为“1”时，激光器的工作电流大于其阈值电流，所以它会发出一个光脉冲；而当电脉冲信号为“0”时，激光器的工作电流因低于其阈值电流而不发光。直调方式简单、损耗小、成本低。但是，激光器工作电流的超高速变化容易导致调制啁啾。啁啾现象的产生将限制系统的传输速率和距离。直调方式

28、通常运用于G.652 光纤、传输距离小于100km、速率小于2.5Gbit/s的传输系统。4.2.3.2. 间接调制（即外调制）外调制方式是指，让激光器处连续发光状态，用电脉冲信号间接地控制（调制）激光器发出的连续光，最后获得光脉冲流。因此在外调制时，激光器会产生稳定的大功率激光，而外调制器则以低啁啾对其进行调制，从而获得远大于直接调制的最大色散值。适用于速率大于2.5Gbit/s 的长距传输系统。目前，常用的外调制器包括电吸收型调制器（EA）和波导型铌酸锂马赫-曾德尔（M-Z）调制器。电吸收型（EA）调制器使用受电脉冲信号控制的吸收器，去吸收或不吸收由连续波半导体激光器（CW）发出的光波，从

29、而使光脉冲流受电脉冲信号码流的间接控制。EA 光源体积小、集成度高、驱动电压低和耗电量少等。最大色散值可达12000ps/nm。波导型铌酸锂马赫-曾德尔（M-Z）调制器输入端，CW 处于连续波工作状态，它所发出的光经分波器分为两路相等的信号分别进入调制器的两个光支路。在电脉冲码流的控制下，分别对光信号进行相位调制。输出端，两个光支路由合波器合成，当两路光支路中的信号相位相反时，合波器无光信号输出；当两路光支路中的信号相位相同时，合波器有光信号输出。从而实现光脉冲流受电脉冲码流控制的目的。M-Z 光源的调制速率高、最大色散值大、消光比大，啁啾声系数在理论上可以为零。缺点在于，调制状态与光的偏振态

30、有关，调制器与激光器之间必须用保偏光纤连接。4.3. 光放大技术光放大器的开发成功及其产业化是光纤通信技术中的一个非常重要的成果，它大大地促进了光复用技术、光孤子通信以及全光网络的发展。顾名思义，光放大器就是放大光信号。在此之前，传送信号的放大都是要实现光电变换及电光变换，即O/E/O变换。有了光放大器后就可直接实现光信号放大。光放大器主要有3种: 光纤放大器、拉曼放大器以及半导体光放大器。光纤放大器就是在光纤中掺杂稀土离子(如铒、镨、铥等)作为激光活性物质。每一种掺杂剂的增益带宽是不同的。掺铒光纤放大器的增益带较宽，覆盖S、C、L频带； 掺铥光纤放大器的增益带是S波段；掺镨光纤放大器的增益带

31、在1310nm附近。而拉曼光放大器则是利用拉曼散射效应制作成的光放大器，即大功率的激光注入光纤后，会发生非线性效应拉曼散射。在不断发生散射的过程中， 把能量转交给信号光，从而使信号光得到放大。由此不难理解，拉曼放大是一个分布式的放大过程，即沿整个线路逐渐放大的。其工作带宽可以说是很宽的，几乎不受限制。这种光放大器已开始商品化了，不过相当昂贵。半导体光放大器(S0A)一般是指行波光放大器，工作原理与半导体激光器相类似。其工作带宽是很宽的。但增益幅度稍小一些，制造难度较大。这种光放大器虽然已实用了，但产量很小。对于长距离的光传输而言，随着传输距离的增长，光功率逐渐减弱，激光器的光源输出通常不超过3

32、dBm，否则激光器的寿命可能达不到要求，同时，为了保证信号的正确接收，接收端的接收功率也必须维持在一定的值上，例如-28dBm。因此光功率受限成为决定传输距离的主要因素。光放大器就是解决光功率受限问题的一种技术。它不需要经过光/电/光的变换而直接对光信号进行放大，分类如图所示：图4-1 放大器的类型光钎放大器是建立全光通信网的核心技术之一，也是密集波分复用（DWDM）系统发展的关键要素。DWDM系统的传统基础是摻饵光钎放大器（EDFA）。光钎在1550nm窗口有一较宽的低耗损带宽，可以容纳DWDM的光信号同时在一根光钎上传输。采用这种放大器的多路传输系统可以扩展，经济合理。EDFA出现以后，迅

33、速取代了电的信号再生放大器，大大简化了整个光传输网。但随着系统带宽需求的不断上升，EDFA也开始显示出它的局限性。由于可用的带宽只有30nm，同时又希望传输尽可能多的信道，故每个信道间的距离非常小，一般只有0.81.6nm，这很容易造成相邻信道间的串话。因此，实际上EDFA的带宽限制了DWDM系统的容量。最近研究表明，1590nm宽波段光钎放大器能够把DWDM系统的工作窗口扩展到1600nm以上。贝尔实验室和NH的研究化硅和饵的双波段光钎放大器。它由两个单独的子带放大器组成：传统1550nmEDFA（1530nm1560nm）；1590nm的扩展波段光钎放大器EBFA。EBFA和EDFA的结合

34、使用，可使DWDM系统的带宽增加一倍以上（75nm），为信道提供更大的空间，从而减少甚至消除了串话。因此，1590nmEBFA对满足不断增长的高容量光钎系统的需求迈出了重要的一步。4.4. 光复用和解复用技术波分复用系统的核心部件是波分复用器件，即光复用器和光解复用器（有时也称合波器和分波器），实际上均为光学滤波器，其性能好坏在很大程度上决定了整个系统的性能。在发送端，合波器（OM）的作用是把具有标称波长的各复用通路光信号合成为一束光波，然后输入到光纤中进行传输，即对光波起复用作用。在接收端，分波器（OD）的作用是把来自光纤的光波分解成具有原标称波长的各复用光通路信号，然后分别输入到相应的各光

35、通路接收机中，即对光波起解复用作用。由于光合、分波器性能的优劣对系统的传输质量有决定性的影响，因此，要求合、分波器的衰耗、偏差、信道间的串扰必须小。从原理上讲，合波器与分波器是相同的，只需要改变输入、输出的方向。DWDM系统中使用的波分复用器件的性能满足ITU-T G.671及相关建议的要求。光波分复用器的种类有很多，一下简单介绍 4 种常见的波分复用器，以及不同波长数量的DWDM 系统常用的复用器类型。4.4.1. 常用光波分复用器简介4.4.1.1. 光栅型波分复用器光栅型波分复用器属于角色散型器件。利用不同波长的光信号在光栅上反射角度不同的特性，分离、合并不同波长的光信号。图4-2光栅型

36、波分复用器原理图光栅型波分复用器具有优良的波长选择性，波长间隔可缩小到0.5 nm 左右。但是，由于光栅在制造上要求非常精密，不适合大批量生产，常用于实验室的科学研究。4.4.1.2. 介质薄膜型波分复用器介质薄膜型波分复用器由薄膜滤波器（TFF）构成。TFF 由几十层不同材料、不同折射率和不同厚度的介质膜组合而成。一层为高折射率，一层为低折射率，从而对一定的波长范围呈通带，而对另外的波长范围呈阻带，形成所要求的滤波特性。图4-3介质薄膜型波分复用器原理图介质薄膜型波分复用器是一种结构稳定的小型化无源光器件，信号通带平坦，插入损耗低，通路间隔度好。4.4.1.3. 阵列波导波分复用器（AWG）

37、阵列波导波分复用器是以光集成技术为基础的平面波导型器件。图4-4阵列波导型复用器原理图AWG 结构紧凑，插损小，是光传送网络中实现合分波的优选方案。4.4.1.4. 耦合型波分复用器耦合型波分复用器是将两根或者多根光纤靠贴在一起适度熔融而成的一种表面交互式器件，一般用于合波器。图4-5耦合器型合波器原理图耦合器型波分复用器只能实现合波功能，制造成本低，但是引入损耗较大。4.4.2. DWDM 系统的复用/解复用器件不同波长系统使用的光波分复用器件对应关系如下表：表4-1 DWDM 系统与光波分复用器件的对应关系主要性能指标1 复用通路数代表波分复用器件进行复用与解复用的光通路数量，与器件的分辨

38、率、隔离度等参数密切相关。2 插入损耗波分复用器件本身对光信号的衰减作用，直接影响系统的传输距离。不同类型的波分复用器件插损值不同，插损越小越好。3 隔离度表征光元器件中各复用光通路彼此之间的隔离程度。通路的隔离度越高，波分复用器件的选频特性就越好，串扰抑制比也越大，各复用光通路之间的相互干扰影响也越小。该参数仅对波长敏感型器件（薄膜滤波器型和AWG 型器件）有意义。对耦合型器件，参数无意义。4 反射系数在波分复用器件的输入端，反射光功率与入射光功率之比为反射系数。反射系数值越小越好。5 偏振相关损耗（PDL）偏振相关损耗是指由光波的偏振态变化引起的插入损耗最大变化值。光是频率极高的电磁波，所

39、以存在波的振动方向问题（偏振）。输入到波分复用器件中的各复用通路光信号，其偏振态不可能完全一致，而同一波分复用器件对不同偏振态的光波，其衰减作用也略有不同。PDL 值越小越好。6 温度系数温度系数是指，由于环境温度变化引起的复用通路中心工作频率的偏移。波分复用器件的温度系数越小越好。系数越小，说明各复用通路的中心工作频率越稳定。7 带宽波长敏感型器件（薄膜滤波器型和AWG 型器件）参数之一，对于耦合型波分复用器无意义。带宽包括通道宽度-0.5dB 和通道宽度-20dB 两种。􀁺 通道宽度-0.5dB当分波器插入损耗下降0.5dB 时，相应工作波长的变化值。描述分波器的带通特性

40、。良好的带通特性曲线应平坦、宽阔，带宽值越大越好。􀁺 通道宽度-20dB当分波器插入损耗下降20dB 时，相应工作波长的变化值。描述分波器的阻带特性。阻带特性曲线应陡峭，带宽值越小越好。4.5. 光转发技术4.5.1. 概述光波长转换技术（OTU）的主要功能就是进行波长转换。它将光通路信号的非标称波长转换成符合ITU-T 建议G.692 规定的标称光波长，然后接入DWDM 系统。OTU 的其他功能包括：1 提供标准、稳定的光源由于DWDM 系统需要在一个低损耗窗口复用多个波长，波长间隔小，因此，需要DWDM 光源的中心频率稳定工作在ITU-T 标准规范的标称中心频率序列上。2

41、 提供较大色散容纳值的光源DWDM 系统的无电中继长度的增加，要求系统延长光源的色散容限距离，并能够克服光纤的非线性效应。3 作为再生器使用当转换器作为再生器使用时，具备数据再生功能。数据再生为波长转换器的可选功能。4.5.2. 工作原理以及性能指标4.5.2.1. 工作原理OTU 的工作原理如图所示。图4-6 OTU工作原理图OTU 首先把符合G.957 规范的复用光通路信号进行光/电（O/E）转换，然后把转换后的电信号进行整形、定时提取和数据再生（也可不进行数据再生），最后再进行电/光（E/O）转换，输出波长、色散和发光功率等皆符合G.692 规范要求的DWDM 复用光通路信号。如果O/E

42、 转换后，只进行整形、定时处理（即2R 功能），该OTU 只实现波长转换的功能，传输距离较短。如果O/E 转换后，进行了整形、定时、再生处理（即3R 功能），该OTU实际上兼有再生中继器（REG）的功能。4.5.2.2. 主要性能指标（1） 系统工作波长区位于1550 nm 低耗窗口，分为C 波段和L 波段两部分。C波段（常规波段）波长范围为：1530nm1565nm工作频率：196.05THz192.10THz（1THz=1000GHz）L波段（长波长波段）波长范围：1565nm1625nm工作频率：190.90THz186.95THz（2） 通路间隔通路间隔是指两个相邻复用通路之间的标称频

43、率差，包括均匀通路间隔和非均匀通路间隔。目前，多数采用均匀通路间隔。DWDM 系统最小通路间隔为50GHz 的整数倍。复用通路为8 波时，通路间隔为200GHz。复用通路为16 波/32 波/40 波时，通路间隔为100GHz。复用通路为80 波以上时，通路间隔为50GHz。采用的通路间隔越小，要求分波器的分辨率越高，复用的通路数也越多。（3） 标称中心频率标称中心频率是指DWDM 系统中每个复用通路对应的中心波长（频率）。例如，当复用通路为16 波/32 波/40 波时，第1 波的中心频率为192.1THz，通路间隔为100GHz，频率向上递增。（4） 中心频率偏移中心频率偏移又称频偏，是指

44、复用光通路的实际中心工作频率与标称中心频率之间的偏差。国标规定，100GHz 频率间隔的系统，速率为2.5Gbit/s 以下时，最大中心频率偏移为20GHz（约0.16nm）；速率为10Gbit/s 时，最大中心频率偏移为12.5GHz。50GHz 频率间隔的系统，最大中心频率偏移为5GHz。最大中心频率偏移是指，在系统设计寿命终结时，考虑到温度、湿度等各种因素仍能满足的数值。（5） 色散容限色散反映了光脉冲沿光纤传播时的展宽。脉冲展宽将导致接收端信号脉冲消光比的下降，即“1”码与“0”码的电平接近，造成接收机的误判。为避免误码出现，应采取一定措施补偿光脉冲在光纤传输过程中引起的脉冲展宽，光纤

45、脉冲的展宽程度随着传输距离的增长而越来越严重。DWDM 系统对光纤色度色散系数的要求，基本上就是单个复用通路速率信号对光纤色度色散系数的要求。同时，由于DWDM 系统的无电中继长度远远大于单个SDH 系统，所以要求系统光源的色散容限距离必须延长。（6） 接收机灵敏度接收机灵敏度是指，输入信号处在1550nm 窗口，误码率达到10-12 时，OTU输入端口处的平均接收光功率的最小值。（7） 过载光功率过载光功率是指，输入信号处在1550nm 窗口，误码率达到10-12 时，OTU输入端口处的平均接收光功率的最大值。4.5.2.3. OTU 的分类与应用根据 OTU 在DWDM 系统中的位置，OT

46、U 可分为OTUT、OTUR 和OTUG。图4-7 OTU 的应用1 OTUTOTUT 位于客户设备与合波器之间，输出至合波器的信号满足G.692 标准。该类OTU 除了具有光/电与电/光转换功能之外，还具有再整形与再定时功能（即2R 功能），以及B1 字节的检测功能。2 OTUROTUR 位于分波器与客户设备之间，分波器输出至OTUR 的光信号满足G.692 标准。该类OTU 与OTUT 的功能类似，完成波长转换、2R 以及B1字节的检测功能。3 OTUGOTUG 位于合波器和分波器中间，输入、输出信号均满足G.692 标准。该类OTU 除了具有光/电与电/光转换之外，还具有再整形、再定时、

47、数据再生功能（即3R 功能），相当于一个常规的再生中继器（REG）。还应具有B1 字节的检测能力。5、 DWDM的关键器件5.1. 光钎类型传输容量需求的增加继续驱动传输技术领域的进步，随着密集波分复用（DWDM）技术、光纤放大技术，包括掺铒光纤放大器（EDFA）、分布喇曼光纤放大器（DRFA）、半导体放大器（SOA）和光时分复用（OTDM）技术的发展和广泛应用，光纤通信技术不断向着更高速率、更大容量的通信系统发展，并且逐步向全光网络演进。2002年OFC会议上报道了速率高达10.92Tbps的27340Gbps和10.2Tbps的DWDM系统。DWDM、OTDM、EDFA、DRFA、SOA以及与各种新型光纤和先进信号处理技术的结合将把光纤通信传输容量推向一个更高的水平。在如此高速率，特别是超长距离系统中，系统传输容量和距离是关键的技术衡量标准。而先进的光纤对超长距离系统是得到高容量传输最有效的途径之一，既具有能保持稳定可靠传输足够的富余度，又能支持宽带工作，减少非线性损伤，具有高的分布喇曼增益，简化网络管理。5.1.1. 光纤类型标准和发展趋势1966年高锟博士提出用光纤作为通信介质的设想，1970年美国康宁公司首先研制出衰减为20dBkm的单模光纤，从此以后，世界各国纷纷开展光纤研制和光纤通信的研究，形成了如今的通信革命的伟大局面。 通信用光纤的研