波分复用系统的基本原理

一、波分复用系统的基本原理所谓波分复用（WDM），就是采用波分复用器（合波器）在发送端将规定波长的信号光载波合并起来，并送入一根光纤中传输；在接收侧，在由另一个波分复用器（分波器）将这些不同信号的光载波分开。由于不同波长的光载波信号可以看作相互独立（不考虑光纤非线性时），从而在一根光纤中可实现多路光信号的复用传输。不同类型的光波分复用器，可以复用的波长数也不同，目前商用化的一般是8个波长、16个波长和32个波长的系统。波分复用系统的原理如图1-1所示。光源λ2光源λN光源λ1合波器分波器检测器λN检测器λ2检测器λ1λ1…λNCH3CH2CH1CH3CH2CH1图1-1波分复用系统原理在80年代初光纤通信兴起时,首先被采用的是1310nm/1550nm的两个波长复用系统(即在光纤的两个低损耗窗口1310nm和1550nm各传送一路光波长信号),也叫粗波分复用系统。这种系统比较简单，一般采用熔融的波分复用器，插入损耗小，在每个中继站，两个波长都进行解复用和光/电/光再生中继。随着1550nm窗口EDFA的商用化，光传输工程可以利用EDFA对传送的光信号进行放大，实现超长距离无电再生中继传输，在1550nm窗口传送多个波长信号，这些信号相邻波长间隔较窄，且工作在一个共享的EDFA工作带宽内，这种波长间隔紧密的WDM系统称为密集型波分复用系统（DWDM）。其频谱分布如图1-2所示。ITU-TG.692建议，DWDM系统的绝对参考频率为193.1THz（对应波长1552.52nm），不同波长的频率间隔为100GHz的整数倍（对应波长间隔约为0.8.nm的整数倍）。由于密集波分复用系统的波长间隔较小，必须采用高分辨率的波分复用器件，熔融的波分复用器一达不到要求。不加特别说明，波分复用系统通常指DWDM系统。λ1λ2λ3λ4λ5λ6λ7λ8波长光谱强度系统的光带宽自发辐射噪声光信号图1-2DWDM系统的频谱分布（一）DWDM的工作方式双纤单向传输：一根光纤只完成一个方向信号的传输，反向光信号的传输由另一根光纤来完成，统一波长在两个方向上可以重复利用（如图1-3所示）。这种DWDM系统可以充分利用光纤的巨大带宽资源，使一根光纤的传输容量扩大几倍至几十倍。在长途网中，可以根据实际业务量需要逐步增加波长来实现扩容，十分灵活。在实际光缆偏振模色散（PMD）不清的前提下，也是一种战士避免采用超高速光系统而利用多个2.5Gbit/s系统实现超大容量传输的手段.。单纤双向传输：在一根光纤中实现两个方向光信号的同时传输，两个方向的光信号不能同波长（如图1-4所示）。单线双向传输允许单根光纤携带全双工通路，通常可以比单向传输节约一般光纤器件，由于两个方向传输的信号不交互产生FWM（四波混频）产物，因此其总的FWM产物比双纤单向传输少的多，其缺点是，这种系统需要采用特殊的措施来对付光反射（包括光街头引起的离散反射和光纤本身的瑞利后向反射），以防多径干扰；当进行光信号放大以延长传输距离时，必须采用双向光纤放大器，以及光环兴器等元件，其噪声系数稍差。光分/插传输：通过光分插复用器（OADM）可实现各波长光信号在中间站的分出与插入，即完成上/下光路（如图1-5所示）。利用这种方式可以完成WDM系统的环形组网。光源λN光源λ1合波器分波器检测器λN检测器λ1λ1…λN1N1N光源λ1光源λ1检测器λ1检测器λ1合波器分波器λ1…λN2NN+1N+12N图1-3双纤单向传输的WDM系统光源λN光源λ1检测器λN检测器λ1λ1…λ1N1N光源λN+1光源λ2N检测器λN+1合波器分波器λN+1…λ2N2NN+1N+12N检测器λ2N图1-4单纤双向传输的WDM系统检测器λ1检测器λ2OADMOADM光源λ1光源λ2λ1…λ图1-5光分/插传输（二）波分复用方式的主要特点1.可以充分利用光纤的巨大带宽资源，使传输容量比单波长传输增加几倍至几十倍；2.在大容量长途传输时，WDM与EDFA结合可以节约大量光纤和电再生器，大大降低传输成本；3.由于同一光纤中传输的信号波长彼此独立，与信号速率及电调制方式无关，可以完成各种电信业务的综合与分离，是引入宽带新业务（例如CATV）的方便手段；4.在长途网中应用时，可以根据实际业务量需要逐步增加波长来扩容，十分经济灵活。5.可以利用WDM选路实现网络交换和恢复从而实现未来透明的、具有高度生存性的全光网络。二、光在光纤中的传输效应分析1．色散2．非线性三、DWDM系统总体结构