第5章光纖通信系統(tǒng)

1、第五講 光纖通信系統(tǒng)主要內(nèi)容主要內(nèi)容5.1光通信線路組成5.2光纖通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)5.3光放大器5.4多路信號(hào)復(fù)用5.5波分復(fù)用5.6 同步數(shù)字系列（SDH）第5章 波分復(fù)用光纖通信系統(tǒng)5.1 光纖通信系統(tǒng)新技術(shù)簡(jiǎn)述光纖通信系統(tǒng)新技術(shù)簡(jiǎn)述5.2 波分復(fù)用（波分復(fù)用（WDM）技術(shù)）技術(shù)5.3 光中繼器光中繼器 5.3.1 光電轉(zhuǎn)換型中繼器 5.3.2 全光型中繼器概述 5.3.3 摻鉺光纖放大器（摻鉺光纖放大器（EDFA） 5.3.4 光纖拉曼放大器（FRA） 5.3.6 半導(dǎo)體光放大器（SOA）第第 6 章章 光纖數(shù)字通信系統(tǒng)的傳輸規(guī)范光纖數(shù)字通信系統(tǒng)的傳輸規(guī)范 6.1 光纖數(shù)字通信系統(tǒng)的兩種主

2、要傳輸制式光纖數(shù)字通信系統(tǒng)的兩種主要傳輸制式 6.1.2 同步數(shù)字系列（同步數(shù)字系列（SDH） 6.2 光纖數(shù)字通信系統(tǒng)的基本質(zhì)量指標(biāo)光纖數(shù)字通信系統(tǒng)的基本質(zhì)量指標(biāo) 6.3 光纖數(shù)字通信系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)光纖數(shù)字通信系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì) 6.4 光纖數(shù)字通信系統(tǒng)的測(cè)量光纖數(shù)字通信系統(tǒng)的測(cè)量5.1 光通信線路組成1、點(diǎn)到點(diǎn)單用戶線路光發(fā)送機(jī)光接收機(jī)光發(fā)送機(jī)光接收機(jī)光發(fā)送機(jī)光接收機(jī)光接收機(jī)光發(fā)送機(jī)光纜光纜光端機(jī)光端機(jī)2、點(diǎn)到點(diǎn)多用戶線路多路信號(hào)復(fù)用12n多路信號(hào)解復(fù)用1n多路信號(hào)復(fù)用多路信號(hào)解復(fù)用光端機(jī)光端機(jī)電端機(jī)電端機(jī)電源公務(wù)、管理3、遠(yuǎn)距離線路光端機(jī)光端機(jī)電端機(jī)電端機(jī)中繼站中繼站遠(yuǎn)距離信號(hào)損耗衰減中繼站

3、的作用：補(bǔ)償光纖的損耗和色散1）光信號(hào)放大（補(bǔ)償光纖損耗）2）光信號(hào)脈沖再生（消除補(bǔ)償光纖的色散）中繼方式：1）光信號(hào)直接放大-光放大器2）光端機(jī)光端機(jī)光端機(jī)光端機(jī)光端機(jī)電端機(jī)電端機(jī)中繼站中繼站4、遠(yuǎn)距離光通信鏈路鏈路終端站中繼站分路站樞紐站（中心站）為了節(jié)約建設(shè)成本，往往是一纜多對(duì)光纖，并行傳輸, m對(duì)為了防止線路故障中斷，往往留有備份線路因此線路中，應(yīng)有線路質(zhì)量檢測(cè)和倒換設(shè)備中間站通信站終端站終端站終端站中間站分路站樞紐站中繼站mnm:將一系列點(diǎn)到點(diǎn)光纖線路組合并連起來(lái)，就形成光通信鏈路光通信鏈路也是一種基本的光通信網(wǎng)絡(luò)。復(fù)用段、數(shù)字段中繼段當(dāng)發(fā)生線路故障中斷時(shí)，在該復(fù)用段倒換線路-用備份

4、線路代替工作線路5、光纖通信網(wǎng)絡(luò)光光纖通信纖通信網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)是是由光傳輸系統(tǒng)由光傳輸系統(tǒng)連接的信息傳輸網(wǎng)絡(luò)連接的信息傳輸網(wǎng)絡(luò)。（1）基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)類(lèi)型基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)類(lèi)型a) 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)(b) 線形總線網(wǎng)線形總線網(wǎng)(c) 環(huán)形網(wǎng)環(huán)形網(wǎng)(d) 星形網(wǎng)星形網(wǎng)(e) 樹(shù)形網(wǎng)樹(shù)形網(wǎng)(f) 網(wǎng)格形網(wǎng)網(wǎng)格形網(wǎng)光纖通信網(wǎng)絡(luò)由網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和線路組成光纖通信網(wǎng)絡(luò)由網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和線路組成（2）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分類(lèi)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分類(lèi)城域城域/ /本地本地網(wǎng)多網(wǎng)多采用環(huán)形結(jié)構(gòu)采用環(huán)形結(jié)構(gòu)接入網(wǎng)通常是環(huán)形接入網(wǎng)通常是環(huán)形和星形的復(fù)合結(jié)構(gòu)和星形的復(fù)合結(jié)構(gòu)骨干網(wǎng)多采骨干網(wǎng)多采用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)按層次劃分：分為骨干網(wǎng)，本地網(wǎng)和接入網(wǎng)按分布區(qū)域劃分：廣域

5、網(wǎng)、城域網(wǎng)，局域網(wǎng)5.2 系系 統(tǒng)統(tǒng) 的的 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是:選擇最佳路由和局站設(shè)置選擇最佳路由和局站設(shè)置傳輸體制和傳輸速率傳輸體制和傳輸速率光纖光纜和光端機(jī)的基本參數(shù)和性能指標(biāo)光纖光纜和光端機(jī)的基本參數(shù)和性能指標(biāo)以使系統(tǒng)的實(shí)施達(dá)到最佳的性能價(jià)格比。以使系統(tǒng)的實(shí)施達(dá)到最佳的性能價(jià)格比。在技術(shù)上，系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要問(wèn)題是確定中繼距離在技術(shù)上，系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要問(wèn)題是確定中繼距離尤其對(duì)長(zhǎng)途光纖通信系統(tǒng)，中繼距離設(shè)計(jì)是否合理，尤其對(duì)長(zhǎng)途光纖通信系統(tǒng)，中繼距離設(shè)計(jì)是否合理，對(duì)系統(tǒng)的性能和經(jīng)濟(jì)效益影響很大。對(duì)系統(tǒng)的性能和經(jīng)濟(jì)效益影響很大。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟1）

6、選定傳輸速率和傳輸制式）選定傳輸速率和傳輸制式 2）選定工作波長(zhǎng)）選定工作波長(zhǎng) 3）選定光源和光檢測(cè)器件）選定光源和光檢測(cè)器件 4）選定光纖光纜類(lèi)型）選定光纖光纜類(lèi)型 5）選定路由、估算中繼距離）選定路由、估算中繼距離 6）估算誤碼率）估算誤碼率 S和R兩點(diǎn)之間光纖線路總損耗不能超過(guò)系統(tǒng)的總功率衰減emcrtsfMMPPL2L 為中繼距離為中繼距離(km)f光纖損耗系數(shù)光纖損耗系數(shù)(dB/km)s光纖平均接頭損耗光纖平均接頭損耗(dB/km)Pt 為平均發(fā)射光功率平均發(fā)射光功率(dBm)Pr為接收靈敏度接收靈敏度(dBmc 為連接器損耗連接器損耗(dB/對(duì)對(duì))Me 為系統(tǒng)功率余量系統(tǒng)功率余量(

7、dB)Mm為系統(tǒng)功率代價(jià)功率代價(jià)(dB)受光纖線路損耗限制的中繼距離為受光纖線路損耗限制的中繼距離為)/()/()()()(2)()()(kmdBkmdBdBMdBMdBdBmPdBmPkmLsfemcrt5.2.1 中繼距離受損耗的限制中繼距離受損耗的限制光纖總損耗系統(tǒng)允許總衰減L 連接器損耗連接器損耗一般為一般為0.31 dB/對(duì)。對(duì)。光纖損耗系數(shù)光纖損耗系數(shù)f取決于光纖類(lèi)型和工作波長(zhǎng)，取決于光纖類(lèi)型和工作波長(zhǎng)，例如單模光纖在1310 nm, f為0.40.45 dB/km; 在1550 nm, f為0.220.25 dB/km。平均接頭損耗可取0.05 dB/個(gè)，每千米光纖平均接頭損耗s

8、可根據(jù)光纜生產(chǎn)長(zhǎng)度計(jì)算得到。光纖系統(tǒng)代價(jià)Mm在一個(gè)中繼段總余量不超過(guò)5 dB。 系統(tǒng)余量Me包括由于時(shí)間和環(huán)境的變化而引起的發(fā)射光功率和接收靈敏度下降， 以及設(shè)備內(nèi)光纖連接器性能劣化，Me一般不小于3 dB。 )/()/()()()(2)()()(kmdBkmdBdBMdBMdBdBmPdBmPkmLsfemcrt最大色散最大色散/ps nm-1最大損耗最大損耗/dB120（多縱模）（多縱模）2424131015504 139.264300（多縱模）（多縱模）282813101550139.264不要求（多縱模）不要求（多縱模）35131034.368不要求不要求4013108.448S和和R

9、之間的容限之間的容限BER 1 10-10標(biāo)稱(chēng)波長(zhǎng)標(biāo)稱(chēng)波長(zhǎng)/nm標(biāo)稱(chēng)速率標(biāo)稱(chēng)速率/（Mb s-1） 根據(jù)ITU-T(原CCITT)G.955建議，用LD作光源的常規(guī)單模光纖(G.652)系統(tǒng)，在S和R之間數(shù)字光纖線路的容限如表。 5.3.2 中繼距離受色散中繼距離受色散(帶寬帶寬)的限制的限制如果系統(tǒng)的傳輸速率較高，光纖線路色散較大，中繼距離主如果系統(tǒng)的傳輸速率較高，光纖線路色散較大，中繼距離主要受色散要受色散(帶寬帶寬)的限制。的限制。為使光接收機(jī)靈敏度不受損傷， 保證系統(tǒng)正常工作，必須對(duì)光纖線路總色散對(duì)光纖線路總色散(總帶寬總帶寬)進(jìn)行規(guī)范。進(jìn)行規(guī)范。對(duì)于數(shù)字光纖線路系統(tǒng)，色散增大，意味著

10、數(shù)字脈沖展寬增加，因而在接收端要發(fā)生碼間干擾，使接收靈敏度降低， 或誤碼率增大。嚴(yán)重時(shí)甚至無(wú)法通過(guò)均衡來(lái)補(bǔ)償，使系統(tǒng)失去設(shè)計(jì)的性能。不歸零碼歸零碼T不歸零碼歸零碼RZT矩形脈沖高斯脈沖TB1光纖通信傳輸信號(hào)碼型有一定占空比高電平在一個(gè)周期之內(nèi)所占的時(shí)間比率 101011T高斯脈沖t)(tg222)(tAetg為均方根均方根(rms)脈沖寬度脈沖寬度高斯脈沖的碼間干擾定義為相對(duì)rms脈沖寬度Ta/脈沖半高全寬度半高全寬度(FWHM)2/A222Te=/0.4247T13.5 10-24.4 10-21.7 10-23.9 10-3 3.4 10-40.500.400.350.300.25a =

11、/T相對(duì)相對(duì)rms脈沖寬度脈沖寬度a和碼間干擾和碼間干擾 的關(guān)的關(guān)系系當(dāng)a=0.25時(shí)，碼間干擾只有峰值的0.034%，完全可以忽略不計(jì)。當(dāng)a=0.5時(shí)，增加到13.5%，此時(shí)功率代價(jià)為78dB，難以通過(guò)均衡進(jìn)行補(bǔ)償。一般系統(tǒng)設(shè)計(jì)選取a=0.250.35，功率代價(jià)不超過(guò)2 dB。TaaTLDBfDaL對(duì)于寬光譜光源，在非零色散波長(zhǎng)aTLDBfa 在這個(gè)基礎(chǔ)上，根據(jù)原CCITT建議，對(duì)于實(shí)際的單模光纖通信系統(tǒng)，對(duì)于實(shí)際的單模光纖通信系統(tǒng)，受色散限制的中繼距離受色散限制的中繼距離L可以表示為：可以表示為：)()/()/(10)(6nmkmnmpsDsMbfkmLbBfDkmL)(BfDaL為光源譜

12、線寬度光源譜線寬度(nm)，對(duì)多縱模激光器多縱模激光器(MLM-LD)， 為rms寬度，對(duì)單縱模激光器單縱模激光器(SLM-LD), 為峰值下降20dB的寬度。是與功率代價(jià)和光源特性有關(guān)的參數(shù)，對(duì)于MLM-LD, =0.115對(duì)于SLM-LD，=0.306a=0.250.35BfD41 由于光纖制造工藝的偏差，光纖的零色散波長(zhǎng)不會(huì)全部光纖的零色散波長(zhǎng)不會(huì)全部等于標(biāo)稱(chēng)波長(zhǎng)值，而是分布在一定的波長(zhǎng)范圍內(nèi)。等于標(biāo)稱(chēng)波長(zhǎng)值，而是分布在一定的波長(zhǎng)范圍內(nèi)。 光源的峰值波長(zhǎng)也是分配在一定波長(zhǎng)范圍內(nèi)，并不總是光源的峰值波長(zhǎng)也是分配在一定波長(zhǎng)范圍內(nèi)，并不總是和光纖的零色散波長(zhǎng)度相重合。和光纖的零色散波長(zhǎng)度相重合

13、。對(duì)于G.652規(guī)范的單模光纖波長(zhǎng)為12851330 nm，色散系數(shù)D不得超過(guò)3.5 ps/(nmkm)波長(zhǎng)為12701340 nm, D不得超過(guò)6 ps/(nmkm) (1)光纖通信系統(tǒng)的中繼距離受損耗限制時(shí)從損耗限制和色散限制兩個(gè)計(jì)算結(jié)果中， 選取較短的距離，作為中繼距離計(jì)算的最終結(jié)果。(2)中繼距離受色散限制時(shí))/()/()()()(2)()()(kmdBkmdBdBMdBMdBdBmPdBmPkmLsfemcrt)()/()/(10)(6nmkmnmpsDsMbfkmLb對(duì)于MLM-LD, =0.115對(duì)于SLM-LD，=0.3065.1光通信線路組成5.2光纖通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)估算中繼距

14、離設(shè)系統(tǒng)平均發(fā)射功率Pt=-3 dBm, 接收靈敏度Pr=-42 dBm，功率代價(jià)Mm=6 dB，設(shè)備余量Me=3 dB，連接器損耗c=0.3dB/對(duì)，光纖損耗系數(shù)f=0.35 dB/km, 光纖平均接頭損耗s=0.04 dB/km。)(3 .7504. 035. 0363 . 02)42(3kmL例：計(jì)算例：計(jì)算140 Mb/s單模光纖通信系統(tǒng)中繼距離。單模光纖通信系統(tǒng)中繼距離。得到中繼距離)/()/()()()(2)()()(kmdBkmdBdBMdBMdBdBmPdBmPkmLsfemcrt解：線路碼速率fb=140Mb/s, |D|=3.0 ps/(nmkm)，MLM-LD =2.5

15、nm。（1）損耗限制系統(tǒng)Pt=-3 dBmPr=-42 dBmc=0.3dB/對(duì)Mm=6 dBMe=3 dBf=0.35 dB/kms=0.04 dB/km)(5 .1095 . 20 . 314010115. 06kmL 在工程設(shè)計(jì)中，中繼距離應(yīng)取75.3 km。 在本例中中繼距離主要受損耗限制。在本例中中繼距離主要受損耗限制。MLM-LD, =0.115（2）色散限制系統(tǒng))()/()/(10)(6nmkmnmpsDsMbfkmLbfb=140Mb/s, |D|=3.0 ps/(nmkm)，MLM-LD =2.5 nm得到中繼距離中繼距離和傳輸速率的關(guān)系，包括損耗限制和色散限制的結(jié)果Gb/s

16、對(duì)于波長(zhǎng)為0.85 m的多模光纖，由于損耗大，中繼距離一般在20 km以?xún)?nèi)。傳輸速率很低，傳輸速率很低，SI光纖的速率不如同軸線，光纖的速率不如同軸線，GI光纖的速率在光纖的速率在0.1 Gb/s以上就受到色以上就受到色散限制。散限制。單模光纖在長(zhǎng)波長(zhǎng)工作， 損耗大幅度降低，中繼距離可達(dá)100200 km在1.31m零色散波長(zhǎng)附近，當(dāng)速率超過(guò)1 Gb/s時(shí)， 中繼距離才受色散限制。在1.55 m波長(zhǎng)上，由于色散大，通常要用單縱模激光器，理想系統(tǒng)速率可達(dá)5 Gb/s 0.85m,SIF光纖，fbL0.011=0.01 (Gb/s)km 0.85m, GIF光纖，fbL0.120=2.0 (Gb/

17、s)km 1.31 m, SMF光纖，fbL1125=125 (Gb/s)km 1.55m, SMF光纖，fbL275=150 (Gb/s)km 1.55m, DSF光纖，fbL2080=1600 (Gb/s)km 把反映光纖傳輸系統(tǒng)技術(shù)水平的指標(biāo)：速率把反映光纖傳輸系統(tǒng)技術(shù)水平的指標(biāo)：速率距離距離(fbL)乘積大體歸納如下：乘積大體歸納如下：5.3 光放大器 光放大器分類(lèi)光放大器分類(lèi) 半導(dǎo)體光放大器半導(dǎo)體光放大器 摻鉺光纖放大器摻鉺光纖放大器 光纖光纖拉曼放大器拉曼放大器5.3.1光放大器分類(lèi)5.3.2 半導(dǎo)體光放大器 1 半導(dǎo)體光放大器原理半導(dǎo)體光放大器原理 2 半導(dǎo)體光放大器特性半導(dǎo)體光

18、放大器特性 3 半導(dǎo)體光放大器的應(yīng)用半導(dǎo)體光放大器的應(yīng)用( SOA , Semiconductor Optical Amplifier)半導(dǎo)體光放大器外形半導(dǎo)體光放大器外形 半導(dǎo)體光放大器的機(jī)理與激光器的相同，通過(guò)受激半導(dǎo)體光放大器的機(jī)理與激光器的相同，通過(guò)受激發(fā)射放大入射光信號(hào)。發(fā)射放大入射光信號(hào)。 光放大器只是一個(gè)沒(méi)有反饋的激光器，其核心是當(dāng)光放大器只是一個(gè)沒(méi)有反饋的激光器，其核心是當(dāng)放大器被光或電泵浦時(shí)，使粒子數(shù)反轉(zhuǎn)獲得光增益。放大器被光或電泵浦時(shí)，使粒子數(shù)反轉(zhuǎn)獲得光增益。 增益不僅與入射信號(hào)的頻率（或波長(zhǎng)）有關(guān)，而且增益不僅與入射信號(hào)的頻率（或波長(zhǎng)）有關(guān)，而且與放大器內(nèi)任一點(diǎn)的局部光強(qiáng)

19、有關(guān)，該頻率和光強(qiáng)與放大器內(nèi)任一點(diǎn)的局部光強(qiáng)有關(guān)，該頻率和光強(qiáng)與光增益的關(guān)系又取決于放大器介質(zhì)。與光增益的關(guān)系又取決于放大器介質(zhì)。注入電流注入電流輸入輸入光信號(hào)光信號(hào)輸出光信號(hào)輸出光信號(hào)有源區(qū)有源區(qū)Lz = 0z = Lz z1 、半導(dǎo)體光放大器原理、半導(dǎo)體光放大器原理 行波光放大器是一行波光放大器是一個(gè)沒(méi)有反饋的激光個(gè)沒(méi)有反饋的激光器。器。 其核心是當(dāng)放大器其核心是當(dāng)放大器被光或電泵浦時(shí)，被光或電泵浦時(shí)，使粒子數(shù)反轉(zhuǎn)獲得使粒子數(shù)反轉(zhuǎn)獲得光增益。光增益。行波半導(dǎo)體光放大器行波半導(dǎo)體光放大器注注入入電電流流輸輸入入光光信信號(hào)號(hào)輸輸出出光光信信號(hào)號(hào)有有源源區(qū)區(qū)Lz = 0z = Lz z 減小半導(dǎo)

20、體激光器腔體界減小半導(dǎo)體激光器腔體界面反射，可使激光器變?yōu)槊娣瓷?，可使激光器變?yōu)榉糯笃?。放大器就稱(chēng)為放大器。放大器就稱(chēng)為 F-P 放大器。放大器。F-P諧振腔反射率諧振腔反射率 R 越越大，大，SOA的增益越大。的增益越大。但是，當(dāng)?shù)?，?dāng) R 超過(guò)一定超過(guò)一定值后，光放大器將變?yōu)橹岛?，光放大器將變?yōu)榧す馄?。激光器。F-P SOA2 半導(dǎo)體激光放大器半導(dǎo)體激光放大器（SOA）特性特性 增益：芯片增益：芯片30 35 dB, 除除 8 10 dB的耦合的耦合損耗外，還有損耗外，還有22 25 dB的增益；的增益； 帶寬：很寬帶寬：很寬，3 dB帶寬約為帶寬約為70 nm（9 THz）可以對(duì)窄至幾

21、個(gè)可以對(duì)窄至幾個(gè)ps ps 的超窄光脈沖進(jìn)的超窄光脈沖進(jìn)行放大；行放大； 噪聲：典型值為噪聲：典型值為 57 dB； 可與光發(fā)射機(jī)和接收機(jī)一起單片集成在一可與光發(fā)射機(jī)和接收機(jī)一起單片集成在一起起； 缺點(diǎn)：對(duì)偏振方向非常敏感。缺點(diǎn)：對(duì)偏振方向非常敏感。 半導(dǎo)體光放大器帶寬和增益頻譜曲線半導(dǎo)體光放大器帶寬和增益頻譜曲線法布里法布里-玻羅放大器玻羅放大器(F-PA)和和行波放大器行波放大器(TWA)的帶寬比較的帶寬比較 行波光放大器的增益與波長(zhǎng)的行波光放大器的增益與波長(zhǎng)的關(guān)系關(guān)系波長(zhǎng)可調(diào)激光器波長(zhǎng)可調(diào)激光器 + 光放大光放大+ 調(diào)制器調(diào)制器 集成化器件集成化器件可可調(diào)調(diào)諧諧光光柵柵濾濾波波器器增增益

22、益區(qū)區(qū)D DB BR R調(diào)調(diào)諧諧半半導(dǎo)導(dǎo)體體光光放放大大探探測(cè)測(cè)E EA A調(diào)調(diào)制制抗抗反反射射膜膜高高反反射射膜膜后后鏡鏡面面前前鏡鏡面面I I表表 幾種商用半導(dǎo)體光放大器（幾種商用半導(dǎo)體光放大器（SOA）性能指標(biāo)性能指標(biāo) 3 半導(dǎo)體光放大器的應(yīng)用半導(dǎo)體光放大器的應(yīng)用 SOA存在增益受偏振影響、信道交叉串?dāng)_以及耦存在增益受偏振影響、信道交叉串?dāng)_以及耦合損耗較大等缺點(diǎn)，所以不能作為在線放大器使用。合損耗較大等缺點(diǎn)，所以不能作為在線放大器使用。 SOA可以在可以在1.3 m光纖系統(tǒng)中作為光放大使用，光纖系統(tǒng)中作為光放大使用，因?yàn)橐话愕囊驗(yàn)橐话愕腅DFA不能在該窗口使用。不能在該窗口使用。 SOA

23、芯片具有高達(dá)芯片具有高達(dá)3035 dB的增益，除輸入和輸?shù)脑鲆?，除輸入和輸出端存在總共出端存在總?10 dB的耦合損耗外，還有的耦合損耗外，還有2225 dB的增益。的增益。 另外行波半導(dǎo)體光放大器具有很寬的帶寬，可以對(duì)另外行波半導(dǎo)體光放大器具有很寬的帶寬，可以對(duì)窄至幾個(gè)窄至幾個(gè)ps的超窄光脈沖進(jìn)行放大。的超窄光脈沖進(jìn)行放大。 在在DWDM光纖通信中，可作為波長(zhǎng)路由器中的波光纖通信中，可作為波長(zhǎng)路由器中的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換和快速交換器件使用。長(zhǎng)轉(zhuǎn)換和快速交換器件使用。 在在OTDM中，也可以用作時(shí)鐘恢復(fù)和解復(fù)用器的非中，也可以用作時(shí)鐘恢復(fù)和解復(fù)用器的非線性器件。線性器件。在石英光纖中在石英光纖中摻入摻

24、入稀土離子作為增益介質(zhì)稀土離子作為增益介質(zhì)在泵浦光的激發(fā)下實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的放大。在泵浦光的激發(fā)下實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的放大。放大器的特性主要由摻雜元素決定。放大器的特性主要由摻雜元素決定。5.3.3 5.3.3 摻鉺光纖放大器摻鉺光纖放大器有許多不同的稀土元素，如有許多不同的稀土元素，如鉺（鉺（Er），鐠（），鐠（Pr）,鈥（鈥（Ho），釹（），釹（Nd），釤（），釤（Sm），），銩（銩（Tm），和鐿（），和鐿（Yb）等。）等。都可用于實(shí)現(xiàn)不同波長(zhǎng)的光放大器，這些波長(zhǎng)覆蓋了從可見(jiàn)光到紅外的很寬范都可用于實(shí)現(xiàn)不同波長(zhǎng)的光放大器，這些波長(zhǎng)覆蓋了從可見(jiàn)光到紅外的很寬范圍，直至圍，直至2.8m。Erbium Dop

25、ed Fiber AmpliferEDFA摻鉺光纖放大器工作于摻鉺光纖放大器工作于1.55m具有高增益、高功率和寬帶寬等優(yōu)良特性，具有高增益、高功率和寬帶寬等優(yōu)良特性，一、摻鉺光纖摻鉺光纖EDFEDF結(jié)構(gòu)和折射率分布結(jié)構(gòu)和折射率分布二、摻鉺光纖放大器的基本結(jié)構(gòu)二、摻鉺光纖放大器的基本結(jié)構(gòu)泵浦光由半導(dǎo)體激光器（泵浦光由半導(dǎo)體激光器（LD）提供）提供,與被放大信號(hào)光一起通過(guò)光耦合器或波分復(fù)與被放大信號(hào)光一起通過(guò)光耦合器或波分復(fù)用耦合器注入摻鉺光纖（用耦合器注入摻鉺光纖（EDF）光隔離器用于隔離反饋光信號(hào)，提高穩(wěn)定性。光隔離器用于隔離反饋光信號(hào)，提高穩(wěn)定性。光濾波器用于濾除放大過(guò)程中產(chǎn)生的噪聲。光濾

26、波器用于濾除放大過(guò)程中產(chǎn)生的噪聲。3種構(gòu)成結(jié)構(gòu)種構(gòu)成結(jié)構(gòu)-3種配置方式種配置方式前向泵浦 正向泵浦后向或反向泵結(jié)構(gòu)雙向泵結(jié)構(gòu)三、三、EDFA工作原理工作原理1、鉺離子的能級(jí)結(jié)構(gòu)、鉺離子的能級(jí)結(jié)構(gòu)摻鉺光纖能放大光信號(hào)的基本原理在于鉺離子能吸收泵浦光的能量，實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，當(dāng)波長(zhǎng)為1.55m的信號(hào)光通過(guò)已被激活的摻鉺光纖時(shí)，亞穩(wěn)態(tài)上的粒子以受激輻射的方式躍遷到基態(tài)。對(duì)應(yīng)于每一次躍遷，都將產(chǎn)生一個(gè)與激發(fā)該躍遷的光子完全一樣的光子，從而實(shí)現(xiàn)了信號(hào)光在摻鉺光纖的傳播過(guò)程中不斷放大。2/154I2/134I2/114I2/94I2/112H基態(tài)亞穩(wěn)態(tài)激發(fā)態(tài)nm1550nm1480nm980nm800nm8

27、00有源媒質(zhì)(幾十米左右長(zhǎng)的摻鉺石英光纖，芯徑35m,摻雜濃度(251000)10 6 )(a)EDFA的結(jié)構(gòu); (b)能級(jí); (c)增益譜泵浦光源( 990或1480nm LD)三能級(jí)系統(tǒng)放大的自發(fā)發(fā)射(ASE)譜，帶寬很大(達(dá)2040nm)，且有兩個(gè)峰值，分別對(duì)應(yīng)于1530nm和1550nm。2、自發(fā)輻射譜1530nm980nm980nm泵浦光泵浦光放大后放大后的信號(hào)光的信號(hào)光.1E2E3E信號(hào)光信號(hào)光1550nm1550nm0能級(jí)能級(jí) 3rE0.80eV1.27eV鉺離子能級(jí)圖鉺離子能級(jí)圖3、受激輻射、受激輻射四、四、 EDFAEDFA的特性的特性 EDFAEDFA的增益的增益與許多參數(shù)

28、有關(guān)，與許多參數(shù)有關(guān)， ErEr離子濃度與徑向分布、離子濃度與徑向分布、 光纖尺寸、放大器長(zhǎng)度、光纖尺寸、放大器長(zhǎng)度、 泵浦功率與泵浦功率與 輸入信號(hào)功率等輸入信號(hào)功率等 1. 增益特性輸入功率（dBm）0-20-1001020輸出功率(dBm)輸出飽和光功率輸入功率（dBm）G1.48m泵浦對(duì)給定的放大器長(zhǎng)度對(duì)給定的放大器長(zhǎng)度L，放，放大器增益先隨泵浦功率按指大器增益先隨泵浦功率按指數(shù)增長(zhǎng)，當(dāng)泵浦功率超過(guò)某數(shù)增長(zhǎng)，當(dāng)泵浦功率超過(guò)某一值時(shí)，增長(zhǎng)變慢了。一值時(shí)，增長(zhǎng)變慢了。EDFA的小信號(hào)增益隨泵浦功率和放大器長(zhǎng)度而變的曲線的小信號(hào)增益隨泵浦功率和放大器長(zhǎng)度而變的曲線1.48m泵浦對(duì)給定的泵浦功

29、率，放大器增益隨長(zhǎng)度變化，并存在一最佳長(zhǎng)度，超過(guò)此對(duì)給定的泵浦功率，放大器增益隨長(zhǎng)度變化，并存在一最佳長(zhǎng)度，超過(guò)此長(zhǎng)度后，由于泵浦功率的消耗，最佳點(diǎn)后的鉺光纖不能受到足夠泵浦，而長(zhǎng)度后，由于泵浦功率的消耗，最佳點(diǎn)后的鉺光纖不能受到足夠泵浦，而且要吸收已放大的信號(hào)能量，導(dǎo)致增益很快降低。且要吸收已放大的信號(hào)能量，導(dǎo)致增益很快降低。 從圖中曲線可見(jiàn)，從圖中曲線可見(jiàn)，采用采用1.55m1.55m信號(hào)波長(zhǎng)、信號(hào)波長(zhǎng)、5mW5mW的泵浦功率，在的泵浦功率，在L L30m30m時(shí)已達(dá)到時(shí)已達(dá)到30dB30dB增益，增益，過(guò)長(zhǎng)已無(wú)意義。過(guò)長(zhǎng)已無(wú)意義。 2、放大器增益隨長(zhǎng)度變化、放大器增益隨長(zhǎng)度變化 3、歸一

30、化輸出功率隨歸一化輸入功率的關(guān)系、歸一化輸出功率隨歸一化輸入功率的關(guān)系outPinPpP 4、增益隨輸出功率的變化及增益飽和特性、增益隨輸出功率的變化及增益飽和特性 增益系數(shù))(PPGPPGK增益系數(shù)各種光纖放大器的帶寬比較 GS-EDFA為增益移位為增益移位EDFA，EDTFA為摻碲為摻碲(Te)的硅基摻鉺光纖放大器，的硅基摻鉺光纖放大器，TDFA為摻銩為摻銩(Tm)的光纖放大器，的光纖放大器，GS-TDFA為增益移位摻銩光纖放大器，為增益移位摻銩光纖放大器，RFA為喇曼光纖放大器。為喇曼光纖放大器。5. 噪聲特性EDFA的輸出光中，除了有信號(hào)光外，還有自發(fā)輻射光，它們一起被放大，形成了影響

31、信號(hào)光的噪聲源。EDFA的噪聲主要有以下四種：信號(hào)光的散粒噪聲；被放大的自發(fā)輻射光的散粒噪聲；自發(fā)輻射光譜與信號(hào)光之間的差拍噪聲；自發(fā)輻射光譜間的差拍噪聲。以上四種噪聲中，后兩種影響最大，尤其是第三種。噪聲是決定EDFA性能的主要因素。衡量EDFA的噪聲特性可用噪聲指數(shù)F來(lái)度量。 EDFA EDFA的寬帶放大特性可同時(shí)放大多路信號(hào)。的寬帶放大特性可同時(shí)放大多路信號(hào)。 只要多信道的總帶寬小于放大器帶寬。只要多信道的總帶寬小于放大器帶寬。 EDFAEDFA亦非常適用于波分復(fù)用（亦非常適用于波分復(fù)用（WDMWDM）或光頻分復(fù)用光波通信系統(tǒng)。）或光頻分復(fù)用光波通信系統(tǒng)。 多路信號(hào)通過(guò)多路信號(hào)通過(guò)EDF

32、AEDFA同時(shí)放大時(shí)一個(gè)重要問(wèn)題是信道間的串音。同時(shí)放大時(shí)一個(gè)重要問(wèn)題是信道間的串音。串音主要起因有兩個(gè)因素：串音主要起因有兩個(gè)因素： 一是四波混頻或互調(diào)制；一是四波混頻或互調(diào)制； 二是交叉調(diào)制或交叉飽和。二是交叉調(diào)制或交叉飽和。 6 6、多信道放大特性、多信道放大特性 多路信號(hào)信道四波混頻或互調(diào)多路信號(hào)信道四波混頻或互調(diào) 在多路信號(hào)通過(guò)在多路信號(hào)通過(guò)EDFAEDFA同時(shí)放大時(shí)，鉺光纖中載流子數(shù)同時(shí)放大時(shí)，鉺光纖中載流子數(shù)N N將受到將受到j(luò)kjk=j j-k k的差頻調(diào)制，因此鉺光纖的增益和折射率受到頻率的差頻調(diào)制，因此鉺光纖的增益和折射率受到頻率jkjk的調(diào)的調(diào)制，這種由多路信號(hào)產(chǎn)生的調(diào)制

33、稱(chēng)為增益和折射率光柵，此光柵將部分制，這種由多路信號(hào)產(chǎn)生的調(diào)制稱(chēng)為增益和折射率光柵，此光柵將部分信號(hào)從一個(gè)信道散射到另一個(gè)信道，稱(chēng)為信道串音，亦可看作是非線性信號(hào)從一個(gè)信道散射到另一個(gè)信道，稱(chēng)為信道串音，亦可看作是非線性效應(yīng)產(chǎn)生的四波混頻或互調(diào)。效應(yīng)產(chǎn)生的四波混頻或互調(diào)。 通常，當(dāng)通常，當(dāng)jkjkspsp11時(shí)，調(diào)制頻率很高，載流子壽命很長(zhǎng)，相比之時(shí)，調(diào)制頻率很高，載流子壽命很長(zhǎng)，相比之下載流子數(shù)因而折射率和增益的變化很慢，信道串音就可忽略。下載流子數(shù)因而折射率和增益的變化很慢，信道串音就可忽略。 在在EDFAEDFA中，上能級(jí)載流子的壽命典型值為中，上能級(jí)載流子的壽命典型值為spsp10ms

34、10ms（半導(dǎo)體激光（半導(dǎo)體激光器的載流子壽命為器的載流子壽命為0.5ns0.5ns），因此信道間隔即使降至），因此信道間隔即使降至jk=10kHzjk=10kHz，條件，條件jkjkspsp11也滿足，實(shí)際通信系統(tǒng)中，也滿足，實(shí)際通信系統(tǒng)中，jkjk10MHz10MHz，因此完全可忽略這，因此完全可忽略這類(lèi)串音。類(lèi)串音。 交叉飽和交叉飽和 交叉飽和是指某特定信道的響應(yīng)不僅是由其自身功率造成（稱(chēng)自飽交叉飽和是指某特定信道的響應(yīng)不僅是由其自身功率造成（稱(chēng)自飽和），而且也受相鄰信道的功率的影響而引起。和），而且也受相鄰信道的功率的影響而引起。 這種效應(yīng)引起的串音是所有放大器共有的。這種效應(yīng)引起的串

35、音是所有放大器共有的。 但當(dāng)放大器用于非飽和區(qū)時(shí)即可避免這種串音。但當(dāng)放大器用于非飽和區(qū)時(shí)即可避免這種串音。 在在EDFAEDFA光放大系統(tǒng)中，由于增益恢復(fù)時(shí)間光放大系統(tǒng)中，由于增益恢復(fù)時(shí)間gg較長(zhǎng)，一般不存在圖較長(zhǎng)，一般不存在圖形效應(yīng)，即使運(yùn)用于飽和區(qū)，由交叉飽和導(dǎo)致的串音亦可忽略。形效應(yīng)，即使運(yùn)用于飽和區(qū)，由交叉飽和導(dǎo)致的串音亦可忽略。 優(yōu)點(diǎn)（1）工作波長(zhǎng)與光纖的最小窗口和目前的波分窗口相對(duì)應(yīng)。（2）耦合效率高。 （3）增益與偏振態(tài)無(wú)關(guān)。 （5） 增益高、輸出功率大。 （4）所需的泵浦功率小。（6）噪聲小 Nf=47dB(7)對(duì)信號(hào)和傳輸速率透明，兼容各種制式（8）頻帶寬 30-35nm（

36、9）WDM串話很小 EDFAEDFA具有高增益、高功率、寬帶寬、低噪聲、低串音、具有高增益、高功率、寬帶寬、低噪聲、低串音、低插損等優(yōu)良特性。低插損等優(yōu)良特性。 五、五、EDFAEDFA的系統(tǒng)應(yīng)用的系統(tǒng)應(yīng)用 光放大器在光波系統(tǒng)中的可能應(yīng)用 EDFA在干線光波系統(tǒng)中的應(yīng)用采用不設(shè)在線采用不設(shè)在線EDFA或再或再生中繼器的方案生中繼器的方案 已使已使2Gb/s的信號(hào)傳的信號(hào)傳輸距離超過(guò)輸距離超過(guò)300km3R3R中繼器的級(jí)聯(lián)，每段間接入中繼器的級(jí)聯(lián)，每段間接入3R3R混合中繼，以提高系統(tǒng)性混合中繼，以提高系統(tǒng)性能，延長(zhǎng)通信距離。能，延長(zhǎng)通信距離。 采用在線多級(jí)采用在線多級(jí)1R1R光中繼器，光中繼器

37、，3R3R混合中繼器組合系統(tǒng)，以延長(zhǎng)通信距離；混合中繼器組合系統(tǒng)，以延長(zhǎng)通信距離； EDFA在寬帶光波分配系統(tǒng)中的應(yīng)用 EDFA在寬帶光波分配系統(tǒng)中的應(yīng)用EDFA在寬帶光波分配系統(tǒng)中的應(yīng)用 (c) 當(dāng)采用當(dāng)采用1.5m1.5m的光放大器作為的光放大器作為AM-FDMAM-FDM光發(fā)送機(jī)的功率提升放大器和光發(fā)送機(jī)的功率提升放大器和分配中心光接收機(jī)的前置放大器時(shí)，傳輸距離可達(dá)分配中心光接收機(jī)的前置放大器時(shí)，傳輸距離可達(dá)20km20km，而且采用星形，而且采用星形耦合器可提供耦合器可提供N15N15個(gè)光分路，服務(wù)范圍擴(kuò)大很多（。個(gè)光分路，服務(wù)范圍擴(kuò)大很多（。 5.3 光放大器 光放大器分類(lèi)光放大器分

38、類(lèi) 半導(dǎo)體光放大器半導(dǎo)體光放大器 摻鉺光纖放大器摻鉺光纖放大器 光纖光纖拉曼放大器拉曼放大器5.3.4 光纖拉曼放大器1、分布式拉曼放大器工作原理2、拉曼放大器的增益?zhèn)€帶寬3、拉曼放大器的構(gòu)成利用強(qiáng)泵浦光通過(guò)光纖傳輸時(shí)產(chǎn)生受激拉曼散射，使組成光纖的石英晶格利用強(qiáng)泵浦光通過(guò)光纖傳輸時(shí)產(chǎn)生受激拉曼散射，使組成光纖的石英晶格振動(dòng)和泵浦光之間發(fā)生相互作用，產(chǎn)生比泵浦光波長(zhǎng)還長(zhǎng)的散射光（斯托振動(dòng)和泵浦光之間發(fā)生相互作用，產(chǎn)生比泵浦光波長(zhǎng)還長(zhǎng)的散射光（斯托克斯光）?？怂构猓?。如果散射光波長(zhǎng)和信號(hào)光波長(zhǎng)相同，就使如果散射光波長(zhǎng)和信號(hào)光波長(zhǎng)相同，就使弱信號(hào)光得到放大。弱信號(hào)光得到放大。一、分布式光纖拉曼放大器

39、的工作原理一、分布式光纖拉曼放大器的工作原理利用非線性光學(xué)效應(yīng)，受激拉曼散射對(duì)信號(hào)光放大利用非線性光學(xué)效應(yīng)，受激拉曼散射對(duì)信號(hào)光放大ppRss如果一個(gè)弱信號(hào)光與一個(gè)強(qiáng)泵浦光同時(shí)在一根光纖中傳輸，如果一個(gè)弱信號(hào)光與一個(gè)強(qiáng)泵浦光同時(shí)在一根光纖中傳輸，產(chǎn)生比泵浦光波長(zhǎng)還長(zhǎng)的散射光（斯托克斯光），產(chǎn)生比泵浦光波長(zhǎng)還長(zhǎng)的散射光（斯托克斯光），并且弱信號(hào)光的并且弱信號(hào)光的波長(zhǎng)在泵浦光的拉曼增益帶寬內(nèi)，波長(zhǎng)在泵浦光的拉曼增益帶寬內(nèi)， 該散射光與波長(zhǎng)相同的信號(hào)光重疊，該散射光與波長(zhǎng)相同的信號(hào)光重疊，從而使弱信號(hào)光放大，獲得拉曼增益。從而使弱信號(hào)光放大，獲得拉曼增益。對(duì)石英光纖對(duì)石英光纖泵浦光波長(zhǎng)與待放大信號(hào)光

40、波長(zhǎng)之間的頻率差大約為泵浦光波長(zhǎng)與待放大信號(hào)光波長(zhǎng)之間的頻率差大約為13 THz，在在1.5 m波段，它相當(dāng)于約波段，它相當(dāng)于約100 nm的波長(zhǎng)差。的波長(zhǎng)差。二、拉曼放大器（FRA）組成可以采用前向泵浦可以采用前向泵浦, ,也可以采用后向泵浦，因也可以采用后向泵浦，因后向泵浦后向泵浦減小了泵浦光和信號(hào)光相互作用的長(zhǎng)度，從而也就減小減小了泵浦光和信號(hào)光相互作用的長(zhǎng)度，從而也就減小了了泵浦噪聲對(duì)泵浦噪聲對(duì)信號(hào)的影響，所以通常采用后向泵浦信號(hào)的影響，所以通常采用后向泵浦。光纖分布式喇曼放大器（光纖分布式喇曼放大器（DRA）構(gòu)成）構(gòu)成-后向泵浦后向泵浦W WD DM M傳傳輸輸光光纖纖信信號(hào)號(hào)光光泵

41、泵浦浦光光光光復(fù)復(fù)用用器器泵泵浦浦光光增增益益平平坦坦濾濾波波器器入入1 1入入2 2三、光纖拉曼放大器的特性光纖拉曼放大器的特性1、拉曼增益和帶寬、拉曼增益和帶寬拉曼增益系數(shù)頻譜曲線當(dāng) 時(shí)，THzspR2 .13增益 達(dá)到最大。)(Rg增益帶寬 達(dá)到 。gvTHz8 小信號(hào)光在長(zhǎng)光纖內(nèi)的喇曼增益小信號(hào)光在長(zhǎng)光纖內(nèi)的喇曼增益 泵浦功率為泵浦功率為200mW時(shí)，時(shí)，最大增益值最大增益值為為7.78 dB 泵浦功率為泵浦功率為100 mW時(shí)，時(shí)，最大增益值最大增益值為為3.6 dB。 在增益峰值在增益峰值附近的增益附近的增益帶寬約為帶寬約為78THz。喇喇曼曼增增益益波波長(zhǎng)長(zhǎng)05101520250

42、1234561443 1470 1500 1530 1560 1590 162078200mW泵泵浦浦功功率率泵泵浦浦光光和和信信號(hào)號(hào)光光的的頻頻率率差差泵泵浦浦C(THz)（nm）泵泵浦浦功功率率100mW(dB)波波段段窗窗口口 2、多波長(zhǎng)泵浦增益帶寬、多波長(zhǎng)泵浦增益帶寬 增益波長(zhǎng)由泵浦光波長(zhǎng)決定，增益波長(zhǎng)由泵浦光波長(zhǎng)決定， 選擇適當(dāng)?shù)谋闷止獠ㄩL(zhǎng)，可得到任意波長(zhǎng)選擇適當(dāng)?shù)谋闷止獠ㄩL(zhǎng)，可得到任意波長(zhǎng)的光信號(hào)放大。的光信號(hào)放大。 分布式光纖拉曼放大器的增益頻譜是每個(gè)分布式光纖拉曼放大器的增益頻譜是每個(gè)波長(zhǎng)的泵浦光單獨(dú)產(chǎn)生的增益頻譜疊加的波長(zhǎng)的泵浦光單獨(dú)產(chǎn)生的增益頻譜疊加的結(jié)果，所以它是由泵浦光

43、波長(zhǎng)的數(shù)量和種結(jié)果，所以它是由泵浦光波長(zhǎng)的數(shù)量和種類(lèi)決定的。類(lèi)決定的。 5個(gè)泵浦波長(zhǎng)個(gè)泵浦波長(zhǎng)單獨(dú)泵浦時(shí)，單獨(dú)泵浦時(shí)，產(chǎn)生的增益頻產(chǎn)生的增益頻譜和總的增益譜和總的增益頻譜曲線。頻譜曲線。3、多波長(zhǎng)泵浦增益頻譜、多波長(zhǎng)泵浦增益頻譜1 14 48 80 01 15 52 20 01 15 56 60 01 16 60 00 01 16 64 40 00 05 51 10 01 15 52 20 02 25 5增增益益( (d dB B) )波波長(zhǎng)長(zhǎng)（n nm m）喇喇曼曼總總增增益益是是各各泵泵浦浦波波長(zhǎng)長(zhǎng)光光產(chǎn)產(chǎn)生生的的增增益益之之和和1464nm1402nm1423nm1443nm1495nm

44、泵浦產(chǎn)生的增益總總增增益益nmp14021nmp14232nmp14433nmp14644nmp149555.5 多路信號(hào)復(fù)用技術(shù)1、多路信號(hào)復(fù)用方式的分類(lèi)FDMTDMCDM多路電信號(hào)復(fù)用方式多路光信號(hào)復(fù)用方式WDM-DWDM(OFDM)OTDMOCDM頻分復(fù)用時(shí)分復(fù)用碼分復(fù)用密集波分復(fù)用2、TDM 同步時(shí)分復(fù)用準(zhǔn)同步時(shí)分復(fù)用 異步時(shí)分復(fù)用在頻域劃分子信道在時(shí)域劃分子信道正交編碼，不同信道碼型正交收發(fā)同步時(shí)鐘時(shí)鐘111122223333同步時(shí)分復(fù)用112233異步時(shí)分復(fù)用11322PDHSDHATMIP3、PDH 速率等級(jí)數(shù)字復(fù)用等數(shù)字復(fù)用等級(jí)級(jí)包含包含64Kb/s信道的信道的數(shù)目數(shù)目數(shù)據(jù)率（

45、數(shù)據(jù)率（Mb/s）北美北美歐洲歐洲日本日本010.0640.0640.0641（次群）（次群）241.5541.554302.048483.1523.1522（次群）（次群）966.3126.3121208.4483（次群）（次群）48034.36832.06467244.376134491.053144097.7284（次群）（次群）1920139.2644032274.1765760397.200skBit /3064skb/6424/048. 2sMb4/4488. 8sMb4/368.34sMbsMb /264.139一次群二次群三次群四次群4、PDH 數(shù)字復(fù)接正碼速調(diào)整速率調(diào)整同步復(fù)

46、用定時(shí)系統(tǒng)時(shí)鐘幀同步發(fā)生器分路恢復(fù)定時(shí)提取低速碼流高速碼流4/048. 2sMbsMb/4488. 85.6 波分復(fù)用技術(shù)波分復(fù)用技術(shù)WDM，Wavelength Division Multiplexing1光波分復(fù)用的基本概念和分類(lèi)2 WDM系統(tǒng)的特點(diǎn)3WDM系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)4光波分復(fù)用系統(tǒng)的技術(shù)要求5 WDM多信道信號(hào)傳輸性能多信道信號(hào)傳輸性能光波分復(fù)用（WDM，Wavelength DivisionMultiplexing）技術(shù)是在一根光纖上能同時(shí)傳送多波長(zhǎng)光信號(hào)的一項(xiàng)技術(shù)。一、光波分復(fù)用的基本概念與分類(lèi)在發(fā)送端將不同波長(zhǎng)的光信號(hào)組合起來(lái)（復(fù)用），并耦合到光纜線路上的同一根光纖中進(jìn)行傳輸，在接

47、收端又將組合波長(zhǎng)的光信號(hào)分開(kāi)（解復(fù)用）并作進(jìn)一步處理，恢復(fù)出原信號(hào)送入不同的終端。因此，此項(xiàng)技術(shù)稱(chēng)為光波長(zhǎng)分割復(fù)用， 簡(jiǎn)稱(chēng)光波分復(fù)用（WDM）技術(shù)。單模光纖的帶寬100nm100nmDWDM把在光纖同一低損耗窗口中信道間隔較小的波分復(fù)用稱(chēng)為密集波分復(fù)用 。兩個(gè)波長(zhǎng)之間的間隔為0.8nm、1.6nm或更低。密集波分復(fù)用DWDM，DenseWavelength Division Multiplexing8n1550nm波長(zhǎng)WDM系統(tǒng)的基本形式1. 雙纖單向傳輸2. 單纖雙向傳輸3. 光分路插入傳輸雙纖單向傳輸單纖雙向傳輸光分路插入傳輸波分復(fù)用器解復(fù)用器光纖123n123n12.nTTTRR波分復(fù)用

48、器（也稱(chēng)合波器Multiplexer）解復(fù)用器(也稱(chēng)為分波器De-multiplexer)WDM系統(tǒng)的分類(lèi)系統(tǒng)的分類(lèi) 稀疏或粗波復(fù)用稀疏或粗波復(fù)用CWDM，通道數(shù)，通道數(shù)2個(gè)個(gè)8個(gè)，個(gè)， 通道間隔通道間隔10nm100nm, 間隔最大的為間隔最大的為1310/1550nm復(fù)用器。復(fù)用器。(2) 密集波分復(fù)用密集波分復(fù)用DWDM，通道數(shù)，通道數(shù)8個(gè)個(gè)32個(gè)，個(gè)， 通道間隔通道間隔1nm10nm， 現(xiàn)在商用系統(tǒng)較多采用現(xiàn)在商用系統(tǒng)較多采用8個(gè)、個(gè)、16個(gè)和個(gè)和32個(gè)復(fù)用通道。個(gè)復(fù)用通道。(3) 致密波分復(fù)用或稱(chēng)光頻分復(fù)用致密波分復(fù)用或稱(chēng)光頻分復(fù)用OFDM， 通道數(shù)通道數(shù)40個(gè)個(gè)1000個(gè)，個(gè)， 通

49、道間隔通道間隔0.1nm1nm，是進(jìn)一步發(fā)展的方向。是進(jìn)一步發(fā)展的方向。二、二、WDM系統(tǒng)的特點(diǎn) 充分利用光纖的帶寬資源 可以在一根光纖同時(shí)傳輸多種電信業(yè)務(wù) 可實(shí)現(xiàn)單纖雙向傳輸 節(jié)省大量光纖 降低器件的超高速要求 適用于多種網(wǎng)絡(luò)形式 引入寬帶業(yè)務(wù)方便 高度的組網(wǎng)靈活性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性三、三、 WDM系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)光波長(zhǎng)的分配目前在SiO2光纖上，光信號(hào)的傳輸都在光纖的兩個(gè)低損耗區(qū)段，即1310nm和1550nm。但由于目前常用的EDFA的工作波長(zhǎng)范圍為15301565nm。因此，光波分復(fù)用系統(tǒng)的工作波長(zhǎng)應(yīng)該在15301565nm。在這有限的波長(zhǎng)區(qū)內(nèi)如何有效地進(jìn)行通路分配，關(guān)系到提高帶寬資源的利用

50、率及減少相鄰?fù)烽g的非線性影響等。標(biāo)稱(chēng)中心頻率和最小通路間隔為了保證不同WDM系統(tǒng)之間的橫向兼容性，必須對(duì)各個(gè)通路的中心頻率進(jìn)行規(guī)范。標(biāo)稱(chēng)中心頻率標(biāo)稱(chēng)中心頻率是指光波分復(fù)用系統(tǒng)中每個(gè)通路對(duì)應(yīng)的中心波長(zhǎng)。目前國(guó)際上規(guī)定的通路頻率是基于參考頻率為193.1THz，最小間隔為100GHz的頻率間隔系列。16通路和8通路WDM系統(tǒng)中心頻率通路分配表光發(fā)射機(jī)中繼器中繼器中繼器光接收機(jī)光發(fā)射機(jī)中繼器中繼器中繼器光接收機(jī)光發(fā)射機(jī)中繼器中繼器中繼器光接收機(jī)光發(fā)射機(jī)中繼器中繼器中繼器光接收機(jī)光發(fā)射機(jī)光發(fā)射機(jī)光發(fā)射機(jī)光發(fā)射機(jī)N 123光接收機(jī)光接收機(jī)光接收機(jī)光接收機(jī)N 123復(fù)用器解復(fù)用器EDFA波長(zhǎng)穩(wěn)定、窄線寬

51、高速、小啁啾調(diào)制窄帶、小串話、穩(wěn)定濾波增益平坦、寬帶、較高輸出功率高靈敏度寬動(dòng)態(tài)范圍四、復(fù)用系統(tǒng)的技術(shù)要求四、復(fù)用系統(tǒng)的技術(shù)要求（1）光纖光纜光纖光纜為避免為避免1550nm處的高色散產(chǎn)生的色散展寬和非線處的高色散產(chǎn)生的色散展寬和非線性四波混頻性四波混頻FWM效應(yīng)引起的信道間串?dāng)_，應(yīng)采用效應(yīng)引起的信道間串?dāng)_，應(yīng)采用非零色散位移光纖非零色散位移光纖NZDSF（即即G.655光纖光纖）。）。G.655光纖光纖能同時(shí)克服能同時(shí)克服G.652光纖在光纖在1550nm波長(zhǎng)處波長(zhǎng)處高色散展寬和高色散展寬和G.653光纖在同一波長(zhǎng)處的非線性光纖在同一波長(zhǎng)處的非線性FWM導(dǎo)致的信道間的串?dāng)_。導(dǎo)致的信道間的串?dāng)_

52、。DWDM復(fù)用系統(tǒng)需要提供幾項(xiàng)重要的配套條件復(fù)用系統(tǒng)需要提供幾項(xiàng)重要的配套條件（2 2）光發(fā)送和接收機(jī)技術(shù)性能光發(fā)送和接收機(jī)技術(shù)性能為在實(shí)際摻鉺光纖放大器為在實(shí)際摻鉺光纖放大器 EDFA 35nm EDFA 35nm 或更寬的波譜寬度的增或更寬的波譜寬度的增益譜寬內(nèi)減小信道間隔，增加復(fù)用波長(zhǎng)通道數(shù)，益譜寬內(nèi)減小信道間隔，增加復(fù)用波長(zhǎng)通道數(shù)，要求：要求： 光發(fā)送機(jī)的發(fā)光波長(zhǎng)要可調(diào)，穩(wěn)定性要高，譜線要窄，消光發(fā)送機(jī)的發(fā)光波長(zhǎng)要可調(diào)，穩(wěn)定性要高，譜線要窄，消光比要高，輸出功率可調(diào)控。光比要高，輸出功率可調(diào)控。 光接收機(jī)的信噪比光接收機(jī)的信噪比 OSNR OSNR 和靈敏度要高，動(dòng)態(tài)范圍和電帶和靈敏度

53、要高，動(dòng)態(tài)范圍和電帶寬要寬。寬要寬。（3 3）光放大器的技術(shù)性能光放大器的技術(shù)性能對(duì)于在目前應(yīng)用較多的對(duì)于在目前應(yīng)用較多的C C波段（波段（1530nm1530nm1565nm1565nm）復(fù)用系統(tǒng)中，）復(fù)用系統(tǒng)中，應(yīng)采用寬帶應(yīng)采用寬帶EDFAEDFA，對(duì)于對(duì)于L L波段（波段（1570nm1570nm1610nm1610nm）的復(fù)用系統(tǒng)則采用增益移位的）的復(fù)用系統(tǒng)則采用增益移位的GS-EDFAGS-EDFA，而對(duì)于而對(duì)于S S波段（波段（1490nm1490nm1530nm1530nm）的復(fù)用系統(tǒng)可采用增益移位）的復(fù)用系統(tǒng)可采用增益移位摻銩光纖放大器摻銩光纖放大器GS-TDFAGS-TDFA

54、，亦可以采用分布式超寬帶喇曼放大，亦可以采用分布式超寬帶喇曼放大器器RFARFA。不管使用哪一類(lèi)不管使用哪一類(lèi)OAOA，均要求有良好的增益平坦特性，低的噪聲，均要求有良好的增益平坦特性，低的噪聲指數(shù)，并具有增益鎖定和自定增益控制功能指數(shù)，并具有增益鎖定和自定增益控制功能。1985年 Bellcore 提出了SONETSynchronous Optical Network1988年 CCITT 接受了 SONET 更名為SDHSynchronous Digital HierarchyPDH Pseudosynchronous Digital HierarchySDH的速率的速率SDH的幀結(jié)構(gòu)與開(kāi)

55、銷(xiāo)功能的幀結(jié)構(gòu)與開(kāi)銷(xiāo)功能SDH的主要設(shè)備的主要設(shè)備1. 標(biāo)準(zhǔn)速率標(biāo)準(zhǔn)速率SDH具有統(tǒng)一規(guī)范的接口速率。具有統(tǒng)一規(guī)范的接口速率。SDH以同步傳送模塊以同步傳送模塊（STM Synchromous Transport module）的形式傳輸）的形式傳輸。最基本的同步傳送模塊是最基本的同步傳送模塊是STM-1 速率是速率是155.520Mbit/s更高等級(jí)的更高等級(jí)的STM-N模塊可以近似看作是將模塊可以近似看作是將N個(gè)基本模塊個(gè)基本模塊STM-1按同步復(fù)用，經(jīng)過(guò)字節(jié)間插后的結(jié)果。按同步復(fù)用，經(jīng)過(guò)字節(jié)間插后的結(jié)果。STM-N的速率是的速率是STM-1速率速率155.520Mbit/s的的N倍，倍，

56、N值只能是4的整數(shù)次冪，目前目前SDH僅支持僅支持N1，4，16，64和和256。STM-N N=4i，i=0, 1, 2, 3, 4SDH標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)速率速率（表（表1.2）SDHSONET等級(jí)速率（Mbit/s）等級(jí)（光載波電信號(hào)）速率（Mbit/s）STM-051.840OC-1STS-151.840STM-1155.520OC-3STS-3155.520OC-9STS-9466.560STM-4622.080OC-12STS-12622.080OC-18STS-18933.120OC-24STS-241244.160OC-36STS-361866.240STM-162488.320OC-4

57、8STS-482488.320OC-96*STS-96*4976.640STM-649953.280OC-192STS-1929953.280STM-25639813.120OC-576STS-57639813.1202幀結(jié)構(gòu)幀結(jié)構(gòu)幀結(jié)構(gòu)是一種按規(guī)律有序排列的重復(fù)性圖案。幀結(jié)構(gòu)是一種按規(guī)律有序排列的重復(fù)性圖案。STM-N幀由幀由270N列、列、9行字節(jié)組成，每個(gè)字節(jié)為行字節(jié)組成，每個(gè)字節(jié)為8比特。幀周期是比特。幀周期是125s，即幀的重復(fù)頻率為，即幀的重復(fù)頻率為8000Hz，這與話音信號(hào)的取樣頻率一致。，這與話音信號(hào)的取樣頻率一致。再生段開(kāi)再生段開(kāi)銷(xiāo)銷(xiāo)RSOHRSOH復(fù)用段開(kāi)復(fù)用段開(kāi)銷(xiāo)銷(xiāo)MSO

58、HMSOH管理單元指針管理單元指針AU PTRAU PTR幀周期s1252進(jìn)制數(shù)據(jù)流82709NPOH Path Overhead3段開(kāi)銷(xiāo)的字節(jié)安排與功能段開(kāi)銷(xiāo)的字節(jié)安排與功能豐富的段開(kāi)銷(xiāo)是豐富的段開(kāi)銷(xiāo)是SDH的一個(gè)重要特點(diǎn)的一個(gè)重要特點(diǎn)。段開(kāi)銷(xiāo)字節(jié)段開(kāi)銷(xiāo)字節(jié)幀定位字節(jié)：幀定位字節(jié)：A1A1、A2A2再生段蹤跡字節(jié)：再生段蹤跡字節(jié)：J0J0BIP-8BIP-8字節(jié)字節(jié)：B1B1公務(wù)字節(jié)：公務(wù)字節(jié)：E1E1、E2E2使用者通路字節(jié)：使用者通路字節(jié)：F1F1DCCDCC字節(jié)：字節(jié)：D1D1D12D12BIP-BIP-N N2424字節(jié)：字節(jié)：B2B2APSAPS字節(jié)：字節(jié)：K1K1、K2K2同步狀

59、態(tài)字節(jié)：同步狀態(tài)字節(jié)：S1S1復(fù)用段遠(yuǎn)端差錯(cuò)指示字復(fù)用段遠(yuǎn)端差錯(cuò)指示字節(jié)：節(jié)：M1M1STM-1段開(kāi)銷(xiāo)99A1=11110110,A2=00101000D1-D3:192kbit/s, D4-D12:575kbit/s6.4.4 SDH設(shè)備設(shè)備SDHSDH網(wǎng)絡(luò)由一系列網(wǎng)絡(luò)由一系列SDHSDH網(wǎng)元組成，網(wǎng)元組成，SDHSDH網(wǎng)元的物理實(shí)體就是網(wǎng)元的物理實(shí)體就是SDHSDH設(shè)備設(shè)備。SDHSDH設(shè)備設(shè)備包括包括四類(lèi)四類(lèi)：終端復(fù)用器終端復(fù)用器（TMTM）用于將用于將PDHPDH或其他業(yè)務(wù)信號(hào)復(fù)用進(jìn)或其他業(yè)務(wù)信號(hào)復(fù)用進(jìn)STM-NSTM-N幀信號(hào)，或是用幀信號(hào)，或是用于將速率較低的于將速率較低的STM-

60、NSTM-N信號(hào)組合成一個(gè)速率較高的信號(hào)組合成一個(gè)速率較高的STM-MSTM-M（M MN N）信號(hào)。）信號(hào)。分插復(fù)用器分插復(fù)用器（ADMADM）能夠在無(wú)需分接或終結(jié)整個(gè)能夠在無(wú)需分接或終結(jié)整個(gè)STM-NSTM-N信號(hào)的前提下，分出信號(hào)的前提下，分出和插入和插入STM-NSTM-N信號(hào)中的任何支路信號(hào)，信號(hào)中的任何支路信號(hào)，數(shù)字交叉連接設(shè)備數(shù)字交叉連接設(shè)備（SDXCSDXC）是一種具有一個(gè)或多個(gè)信號(hào)接口，并可以對(duì)任是一種具有一個(gè)或多個(gè)信號(hào)接口，并可以對(duì)任何端口之間接口速率信號(hào)（和何端口之間接口速率信號(hào)（和或其子速率信號(hào)）提供可控的或其子速率信號(hào)）提供可控的VCVC透明連接透明連接和再連接的設(shè)備