第 6 章　波分复用

第6章　波分复用 6.1 波分复用的基本概念 6.2 波分复用技术 6.3 波分复用系统 6.4 基于WDM的光传送网

6.1 波分复用的基本概念 • 光纤通信复用技术主要分为：光波复用和光信号复用两大类。 • 光波复用包括波分复用(WDM)和空分复用(SDM)， • 光信号复用包括光时分复用(OTDM)和光频分复用(OFDM)，此外还有光码分复用(OCDMA)。

1．光波复用 (1) 波分复用（WDM） • 光波分复用是指将两种或多种各自携带有大量信息的不同波长的光载波信号，在发射端经复用器汇合，并将其耦合到同一根光纤中进行传输，在接收端通过解复用器对各种波长的光载波信号进行分离，然后由光接收机做进一步的处理，使原信号复原，这种复用技术不仅适用于单模或多模光纤通信系统，同时也适用于单向或双向传输。 (2) 空分复用（SDM） • 空分复用就是利用空间分割，根据需要构成不同的信道进行光复用的一种复用技术。

2．光信号复用 (1) 光频分复用（OFDM） • 当光载波之间的间隔较小时，用波长来衡量其间隔就很不方便，所以对于波长间隔小于1nm的系统习惯称为OFDM系统。 (2) 光时分复用（OTDM） • OTDM是指可以将多个高速电调制信号分别转换为等速率的光信号，然后在光层上利用超窄光脉冲进行时域复用。 (3) OCDMA • 在OCDMA通信系统中，每个用户都拥有一个惟一的地址码，该码是一组光正交码中的一个。

6.2 光波分复用技术 6.2.1 WDM、DWDM和CWDM 6.2.2 WDM的特点 6.2.3 WDM与光纤 6.2.4 WDM对光源和光电检测器的要求

6.2.1 WDM、DWDM和CWDM • DWDM和CWDM技术实际上它们是同一种技术，只是通道间隔不同。 • WDM系统的通道间隔为几十纳米以上，例如最早的1310/1550nm两波长系统，它们之间的波长间隔达两百多纳米，这是在当时技术条件下所能实现的WDM系统。 • 随着技术的发展，特别是EDFA（掺铒光纤放大器）的商用化，使WDM系统的应用进入了一个新的时期。

6.2.1 WDM、DWDM和CWDM • 图6-1 WDM系统的频谱分布图

6.2.1 WDM、DWDM和CWDM • DWDM是密集波分复用的英文缩写。 • DWDM系统是一种波长间隔更紧密的WDM系统。 • 所谓密集是针对波长间隔而言的，而且DWDM技术其实是WDM技术的一种具体表现形式。 • 为了满足接入网应用的要求，因而近来流行一种称为粗波分复用的技术，即CWDM技术。

6.2.1 WDM、DWDM和CWDM • 图6-2 1550nm DWDM系统的结构图

6.2.1 WDM、DWDM和CWDM • CWDM系统是在1 530～1 560nm的频谱范围内每隔10nm分配一个波长。 • 无论是DWDM，还是CWDM，它们的本质都是相同的，即都是建立在频谱分割基础之上的不同表述形式。 • WDM系统中光波长区的分配问题。

6.2.2 WDM的特点 （1）光波分复用器结构简单、体积小、可靠性高 （2）提高光纤的频带利用率 （3）降低对器件的速率要求 （4）提供透明的传送通道 （5）可更灵活地进行光纤通信组网 （6）存在插入损耗和串光问题

6.2.3 WDM与光纤 • 图6-3 WDM与光纤特性

6.2.4 WDM对光源和光电检测器的要求 1．对光源的要求 (1) 激光器的输出波长保持稳定 (2) 激光器应具有比较大的色散容纳值 (3) 采用外调制技术 2．对光检测器的要求 • 光检测器应具有多波长检测能力。

6.2.4 WDM对光源和光电检测器的要求 • 图6-4 温度反馈控制原理示意图

6.2.4 WDM对光源和光电检测器的要求 • 图6-5 波长反馈控制原理示意图

6.3 波分复用系统 6.3.1 波分复用系统结构 6.3.2 WDM系统的基本应用形式 6.3.3 WDM系统中的光监控信道

6.3.1 波分复用系统结构 • 图6-6 WDM系统总体结构示意图（单向）

6.3.2 WDM系统的基本应用形式 1．单向结构 2．双向结构

1．单向结构 • 图6-7 单向结构WDM传输系统

2．双向结构 • 图6-8 双向结构WDM传输系统

6.3.3 WDM系统中的光监控信道 • 随着EDFA的商用化进程的发展，在WDM系统中通常使用EDFA作为中继器，这样使无电中继距 • 离大大提高，因而在WDM系统中的监控内容增加了对EDFA的监控与管理的内容。 • 在WDM系统中是通过增加一个新的波长来对EDFA的工作状态进行监控。 • 除监控线路中的EDFA之外，WDM系统中的监控系统还应完成对各波道工作状态的监控。 • 监控信号所传信息包括帧同步字节、公务字节和网管所用的开销字节等。

6.4 基于WDM的光传送网 6.4.1 WDM光传送网分层结构 6.4.2 WDM网络的交换形式和波长路由机制 6.4.3 WDM网络的关键设备OADM和OXC 6.4.4 采用光波分复用技术的高速光纤通信线路 6.4.5 WDM网络的生存性

6.4.1 WDM光传送网分层结构 1．光传送网与通信网之间的关系 2．WDM光传送网分层结构

1．光传送网与通信网之间的关系 • 图6-9 通信网的分层结构

2．WDM光传送网分层结构 (1) 分层结构 (2) 光通道网络 ① 光通道层的逻辑功能模型 ② 光复用段层的逻辑功能块模型 (3) WDM光传送网的网络单元连接模型

2．WDM光传送网分层结构 • 图6-10 WDM光传送网的功能分层模型图

2．WDM光传送网分层结构 • 图6-11 WDM光传送网的逻辑功能模块图

2．WDM光传送网分层结构 • 图6-12 VWP机制的波长转换过程示意图

2．WDM光传送网分层结构 • 图6-13 WDM光传送网的网络单元连接模型图

6.4.2 WDM网络的交换形式和波长路由机制 1．WDM网络的交换形式 2．波长路由机制

1．WDM网络的交换形式 (1) 光路交换 (2) 分组交换 (3) 光突发交换 (4) 光分组流交换

1．WDM网络的交换形式 • 图6-14 广播式星形光网络结构示意图

1．WDM网络的交换形式 • 图6-15 光分组交换网络节点结构

1．WDM网络的交换形式 • 图6-16 光突发交换网络节点结构

1．WDM网络的交换形式 • 图6-17 光分组流交换数据包格式

2．波长路由机制 • 图6-18 WDM网络中的波长通路

6.4.3 WDM网络的关键设备OADM和OXC • WDM已经成为光纤通信的主要发展方向，因而光分插复用器(OADM)和光数字交叉连接器OXC将成为光传送网中的关键器件，其性能直接对通信网络的性能构成影响。

1．OADM (1) OADM的功能 • 波长上、下话路的功能。 • 具有波长转换功能。 • 具有光中继放大和功率平衡功能。 • 提供复用段和通道保护倒换功能，支持各种自愈环。 • 具有多业务接入功能。

1．OADM (2) OADM的基本结构 ① 由分波器、空间交换单元和合波器组成的OADM ② 由耦合单元、滤波单元和合波器构成的OADM ③ 电声光可调滤波器构成的OADM ④ 由波长光栅路由器(WGR)构成的OADM

1．OADM • 图6-19 OADM节点主光通道的体系结构框图

1．OADM • 图6-20 基于分波器、空间交换单元和合波器组成的OADM

1．OADM • 图6-21 由耦合单元、滤波单元和合波器构成的OADM结构

1．OADM • 图6-22 由电声光可调滤波器构成的OADM结构

1．OADM • 图6-23 由波长光栅路由器(WGR)构成的OADM的结构图

2．OXC (1) OXC的功能 ① 与SDH网络中的DXC设备的功能相比，它们在网络中的地位和作用相同，但功能上存在下列区别。 • OXC是在光域完成交叉连接功能的，而DXC是在电层上进行交叉连接。 • OXC可以对不同速率和采用任何传输格式的信号进行交叉连接操作；DXC设备针对不同传输格式和不同传输速率的信号的处理方式不同。 • DXC受电子速率的限制，交叉连接速率较低；OXC无论在交叉连接速率、接入速率以及总容量等方面，都优于DXC。 • OXC中无需进行时钟信号同步与开销处理，便于网络升级(无需更换设备)，而DXC必须进行时钟信号同步与开销处理，在网络升级时必须更换设备。

2．OXC (1) OXC的功能 ② OXC的实现方式 • OXC共有三种实现方式：光纤交叉连接、波长交叉连接和波长转换交叉连接。

2．OXC • 图6-24 OXC的实现方式

2．OXC (1) OXC的功能 ③ OXC的主要功能 • OXC可以在光纤和波长两个层面上为网络提供带宽管理，如动态重构光网络、提供光信道的交叉连接以及本地上、下话路操作、动态调节各个光纤中的流量分布等。 • 同时在出现继纤故障时，OXC还能提供1+1光复用段保护。

2．OXC (2) OXC结构 ① 基于WDM技术和空分复用技术的OXC ② 基于空分技术和可调光滤波器技术的OXC ③ 基于分送耦合开关的第一类和第二类OXC ④ 基于平行波长的开关的OXC ⑤ 完全基于波长交换的OXC结构

2．OXC • 图6-25 OXC的一般结构

第 6 章 波分复用