現(xiàn)代通信系統(tǒng)課件：數(shù)字光纖通信系統(tǒng)

數(shù)字光纖通信系統(tǒng)5.1

數(shù)字光纖通信系統(tǒng)概述5.1.1數(shù)字光纖通信的基本概念數(shù)字光纖通信，是以光波運(yùn)載數(shù)字信號，以光導(dǎo)纖維為傳輸媒介的一種通信方式。有如下的顯著特點(diǎn):1.線徑細(xì),重量輕由于光纖的直徑小，制成光纜后與電纜比要細(xì)得多，有利于長途和市話干線布放，便于制造多芯光纜。2.損耗極低由于技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在制造出的光纖介質(zhì)純度很高，因而損耗極低。3.傳輸?shù)念l帶寬，信息容量大由于光波頻率高，因此用光來攜帶信號則信息量大?，F(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展到幾十千兆比特／秒光纖通信系統(tǒng).4.不受電磁干擾，防腐和不會銹蝕因光纖是非金屬材料．它不會受到電磁干擾，也不會發(fā)生銹蝕，具有防腐的能力。5.不怕高溫，防爆、防火性能強(qiáng)因光纖是石英玻璃材料，所以不怕高溫，有防火的性能。因而可用于易燃易爆的環(huán)境中。6.光纖通信保密性好由于光纖在傳輸光信號時向外世漏小，不會產(chǎn)生串話等干擾，因而光纖通信保密性好。5.1.2數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的組成數(shù)字光纖通信系統(tǒng)與一般通信系統(tǒng)一樣，它由發(fā)送設(shè)備、傳輸信道和接收設(shè)備三大部分構(gòu)成?，F(xiàn)在普遍采用的數(shù)字光纖通信系統(tǒng)，是采用數(shù)字編碼信號經(jīng)強(qiáng)度調(diào)制一直接檢波的數(shù)字通信系統(tǒng)。這里的強(qiáng)度是指光強(qiáng)度，即單位面積上的光功率。強(qiáng)度調(diào)制是利用數(shù)字信號直接調(diào)制光源的光強(qiáng)度，使之與信號電流成線性變化。直接檢肢，是指信號在光接收機(jī)的光頻上檢測出數(shù)字脈沖信號。光纖通信系統(tǒng)組成原理方框圖如圖5.1所示。圖5.1

光纖通信系統(tǒng)組成原理方框圖在發(fā)送設(shè)備中，有源器件把數(shù)字脈沖電信號轉(zhuǎn)換為光信號(E/O變換），送到光纖中進(jìn)行傳輸。在接收設(shè)備中，設(shè)有光檢測器件，將接收到的光信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字脈沖信號(O/E變換）。在其傳輸?shù)穆吠局?，?dāng)距離較遠(yuǎn)時，采用光中繼設(shè)備，把信號經(jīng)過中繼再生處理后傳輸。實(shí)用系統(tǒng)是雙方向的，其結(jié)構(gòu)圖如圖5.2所示。圖5.2

數(shù)字光纖通信傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方框圖圖中，數(shù)字端機(jī)主要是把用戶各種數(shù)字信號，包括數(shù)字程控交換機(jī)和數(shù)字接口，通過復(fù)用設(shè)備組成一定的數(shù)字傳輸結(jié)構(gòu)（幀結(jié)構(gòu)），不同速率等級的數(shù)字信號流送至光端機(jī)，光端機(jī)把數(shù)字端機(jī)送來的數(shù)字信號進(jìn)行處理，變成光脈沖送人光纖進(jìn)行傳輸，接收端進(jìn)行相反的變換。光端機(jī)主要由光發(fā)送、光接收、信號處理及輔助電路組成。在光發(fā)送部分完成電／光變換，在光接收部分主要完成光／電變換。信號處理，主要指把數(shù)字端機(jī)送來的數(shù)字脈沖信號再處理，以及各種碼型變換，使之適應(yīng)光傳輸及其他目的。輔助電路主要包括告警、公務(wù)、監(jiān)控及區(qū)間通信等等。光中繼機(jī)的作用，主要是將光纖長距離傳輸后，受到的衰耗及色散畸變的光脈沖信號，轉(zhuǎn)換為電信號后經(jīng)放大整形、定時、再生還原為規(guī)則的數(shù)字脈沖信號。經(jīng)過再調(diào)制光源，變?yōu)楣饷}沖信號送入光纖繼續(xù)傳輸，達(dá)到延長傳輸距離的目的。5.1.3光纖和光纜1.光纖光纖就是導(dǎo)光的政璃纖維的簡稱，是石英玻璃絲，它的直徑只有0.1mm，如同人的頭發(fā)絲粗細(xì)。在通信中，它和原來傳送電話的明線、電纜一樣，是一種新型的信息傳輸介質(zhì)，但它比以上兩種方式傳送的信息量要高出成千上萬倍，可達(dá)到上百千兆比特／秒，而且衰耗極低。2.光纖的導(dǎo)光原理光纖為什么能夠?qū)Ч?，能傳送大量信息呢？這要研究其傳輸理論，但其傳輸理論涉及的數(shù)學(xué)、物理知識面相當(dāng)廣，它要用到微分方程、場論等等高等數(shù)學(xué)知識及物理的微電子學(xué)、光學(xué)等高深理論。這里我們用簡單的比喻，從物理概念上來說明，以加深對光纖傳輸信息的理解。光纖是利用光的全反射特性來導(dǎo)光的。在物理中學(xué)習(xí)過光從一種介質(zhì)向另一種介質(zhì)傳播，由于它們在不同介質(zhì)中傳輸速率不一樣，因此，當(dāng)通過兩個不同的介質(zhì)交界面就會發(fā)生折射。若現(xiàn)在有兩種不同介質(zhì)，其折射率分別n0、n1，而且n1＞n0，設(shè)界面為xx‘，折射率小的稱光疏媒質(zhì)，折射率大的稱光密媒質(zhì)。假定光線從光疏媒質(zhì)射向光密媒質(zhì)，其折射情況如圖5.3所示。圖中，入射角為θ?，入射光線與法線yy＇夾角，折射角為θ1一一一折射光線與yy＇夾角，由圖可見，θ1<θ

0若使光束從光密媒質(zhì)射向光疏媒質(zhì)時，則折射角大于入射角，如圖5.4所示。圖5.3

光的折射示意圖圖5.4

臨界角和光線的全反射如果不斷增大θ0可使折射角達(dá)到90°，這時的θ1稱為臨界角。如果繼續(xù)增大隊(duì)，則折射角會大于臨界角，使光線全部返回光密媒質(zhì)中，這種現(xiàn)象稱為光的全反射。

當(dāng)光線從光密媒質(zhì)射向光疏媒質(zhì)．且入射角大于臨界角時，就會產(chǎn)生全反射現(xiàn)象，光纖就是利用這種全反射來傳輸光信號的。根據(jù)這一原理，在制造光纖時，使光纖芯的折射率高，在外面涂上一包屏層，可使折射率低，當(dāng)選擇一定的角度時，射入纖芯的光束將會全部返回纖芯中。這就要制造一種像水管一樣的光導(dǎo)管，在光導(dǎo)管壁及光纖芯包的邊界使之形成光束的全反射，從而達(dá)到將光束都集中在光纖芯部傳輸而不向外泄漏，就似水管中的水流那樣，使之永遠(yuǎn)在水管中流動。要做成這樣的光導(dǎo)管，除了對光纖芯部的折射率有要求以外，還要使靠近纖芯與包層的邊沿具有極小的光損耗，使能量都集中在光芯中傳播。當(dāng)然，這就對光纖材料提出了很高的要求。由于石英玻璃質(zhì)地脆、易斷裂，為了保護(hù)光纖表面，提高抗拉強(qiáng)度，以便于實(shí)用，一般都在裸光纖外面進(jìn)行兩次涂覆而構(gòu)成光纖芯線。光纖芯線結(jié)構(gòu)如圖5.5所示。光纖的芯線由纖芯、包層、涂覆層、套塑四部分組成。包層的外面涂覆一層很薄的涂覆層，涂覆的材料為硅銅樹脂或聚氨基甲酷乙醋，涂覆層的外面套塑，套塑的原料大都采用尼龍、聚乙烯或聚苯烯等塑料。圖5.5

光纖芯線的剖面構(gòu)造圖3.單模光纖及特性參數(shù)根據(jù)波導(dǎo)傳輸波動理論分析，光纖的傳播模式可分為多模光纖和單模光纖。1)多模光纖多模光纖即能承受多個模式的光纖，如圖5.6（a）、（b）所示。這種光纖結(jié)構(gòu)簡單、易于實(shí)現(xiàn)，接頭連接要求不高，用起來方便，也較便宜。因而在早期的數(shù)字光纖通信系統(tǒng)（PDH系列）中采用。但這種光纖傳輸帶寬窄、衰耗大、時延差大，因而已逐步被單模光纖代替。

2）單模光纖即只能傳送單一基模的光纖，如圖5.6(c）所示。這種光纖從時域看不存在時延差，從頻域看，傳輸信號的帶寬比多模光纖寬得多，有利于高碼率信息長距離傳輸。單模光纖的纖芯直徑一般為4～10μm，包層即外層直徑一般為125μm，比多模光纖小得多。圖5.5

單模光纖結(jié)構(gòu)示意圖3）單模光纖的主要特性光纖的特性參數(shù)及定義相當(dāng)復(fù)雜。在一般數(shù)字光纖工程中，單模光纖所需的主要參數(shù)有：工作波長或截止波長、模場直徑和衰減系數(shù)等。(1）截止波長A。截止波長通常是判斷光纖是否在單模工作的一個重要參數(shù)，只有當(dāng)工作波長大于截止波長時才能保證光纖在單模工作。(2）模場直徑d。模場直徑是單模光纖的一個重要參數(shù)。至目前為止，模場直徑的確切定義還沒有明確規(guī)定。從物理概念上我們可理解為，對于單模光纖，基模場強(qiáng)在光纖橫截面近似為高斯分布。如圖5.7所示。通常將纖芯中場分布曲線最大值1/e處所對應(yīng)的寬度定義為模場直徑用d表示。(3）衰減系數(shù)α。衰減系數(shù)是在工程上設(shè)計光纖通信系統(tǒng)時，必須要用到的一個重要參數(shù)。它是指沿光纖傳播方向光信號的損耗，它是決定光纖中繼段長度的重要因素。衰減量的大小通常用衰減系數(shù)α來表示．單位是dB/km，其定義為式中，Pi為光纖輸入的光功率；P0為光纖輸出的光功率；L為光纖的長度（單位為km)。圖5.7基模場強(qiáng)分布曲線

為了使光纖能在工程中實(shí)用化，要求其能承受工程中拉伸、側(cè)壓和各種外力作用，還要具有一定的機(jī)械強(qiáng)度才能使性能穩(wěn)定。因此，將光纖制成不同結(jié)構(gòu)、不同形狀和不同種類的光纜以適應(yīng)光纖通信的需要。根據(jù)不同的用途和條件，制成的光纜種類很多，但其基本結(jié)構(gòu)是相同的。光纜主要由纜芯、加強(qiáng)元件和護(hù)層組成。4.光纜

1）纜芯纜芯是由光纖芯組成的，它可分為單芯和多芯兩種。單芯型纜芯和多芯型纜芯結(jié)構(gòu)的比較如表5.1所示單芯型由單根二次涂覆處理后的光纖組成。多芯型由多根經(jīng)二次涂覆處理后的光纖組成，它又分為帶狀結(jié)構(gòu)和單位式結(jié)構(gòu)。目前國內(nèi)外對二次涂覆主要采用下列兩種保護(hù)結(jié)構(gòu)：(l）緊套結(jié)構(gòu)。如圖5.8(a）所示，在光纖與套管之間有二個緩沖層，其目的是為了減少外面應(yīng)力對光纖的作用。緩沖層一般采用硅樹脂，二次被覆用尼龍口。這種光纖的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單，使用方便。(2）松套結(jié)構(gòu)。如圖5.8(b）所示，將一次涂覆后的光纖放在一根管子中，管中充油膏形成松套結(jié)構(gòu)。這種光纖的優(yōu)點(diǎn)是：機(jī)械性能好，防水性好，便于成纜。圖5.8

緊套和松套光纖結(jié)構(gòu)示意圖2）加強(qiáng)元件由于光纖的材料比較脆，容易斷裂，為了使光纜便于承受敷設(shè)安裝時所加的外力等，在光纜內(nèi)中心或四周要加一根或多根加強(qiáng)元件。加強(qiáng)元件的材料可用鋼絲或非金屬的纖維一一一增強(qiáng)塑料（FRP）等。3）護(hù)層光纜的護(hù)層主要是對已形成的光纖芯線起保護(hù)作用，避免受外部機(jī)械力和環(huán)境損壞。因此，要求護(hù)層具有耐壓力、防潮、濕度特性好、重量輕、耐化學(xué)侵蝕、阻燃等特點(diǎn)。光纜的護(hù)層又分內(nèi)護(hù)層和外護(hù)層，內(nèi)護(hù)層一般采用聚乙烯或聚氨乙烯等，外護(hù)層可根據(jù)敷設(shè)條件而定，如采用由鉆帶和聚乙烯組成的LAP外護(hù)套加鋼絲鎧裝等。的光纜的種類。在公用通信網(wǎng)中用的光纜結(jié)構(gòu)如表5.2所示種類結(jié)構(gòu)光纖芯線數(shù)必要條件長途光纜層絞式<10低損耗，寬頻帶，可用單盤盤長的光纜來鋪設(shè)，骨架式有利于防側(cè)壓力單位式10~200骨架式<10海底光纜層絞式40~100低損耗，耐水壓，耐張力單位式40~100用戶光纜單位式<200高密度，多芯和低、中損耗帶狀式>200局內(nèi)光纜軟線式2~20重量輕，線徑細(xì)，可撓性好

帶狀式單位式表5.2公用通信網(wǎng)中的光纜結(jié)構(gòu)下面介紹幾種有代表性的光纜結(jié)構(gòu)形式。(1）層絞式光纜。它是將若干根光纖芯線以強(qiáng)度元件為中心絞合在一起的一種結(jié)構(gòu)，如圖5.9(a）所示。特點(diǎn)是成本低，芯線數(shù)不超過10根。(2）單位式光纜。它是將幾根至十幾根光纖芯線集合成一個單位，再由數(shù)個單位以強(qiáng)度元件為中心絞合成纜，如圖5.9(b）所示，其芯線數(shù)一般適用于幾十芯。(3）骨架式光纜。這種結(jié)構(gòu)是將單根或多根光纖放入骨架的螺旋槽內(nèi)，骨架中心是強(qiáng)度元件，骨架上的溝槽可以是V型、U型或凹型，如圖5.9(c）所示。由于光纖在骨架溝槽內(nèi)具有較大空間，因此當(dāng)光纖受到張力時，可在槽內(nèi)做一定的位移，從而減少了光纖芯線的應(yīng)力應(yīng)變和微變，這種光纖具有耐側(cè)壓、抗彎曲、抗拉的特點(diǎn)。(4）帶狀式光纜。它是將4～12根光纖芯線排列成行，構(gòu)成帶狀光纖單元，再將多個帶狀單元按一定方式排列成纜，如圖5.9(d）所示。這種光纜的結(jié)構(gòu)緊湊，采用此種結(jié)構(gòu)可做成上千芯的高密度用戶光纜。圖5.9光纜的基本結(jié)構(gòu)(a）層絞式；（b）單位式；（c）骨架式；（d）帶狀式5.2PDH數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)在第4章，對PDH系列的幀結(jié)構(gòu)組成已經(jīng)講述，這里主要講述PDH數(shù)字系列的光纖傳輸系統(tǒng)及其網(wǎng)絡(luò)接口。PDH數(shù)字光纖通信傳輸系統(tǒng)方框圖結(jié)構(gòu)如圖5.2所示。系統(tǒng)終端設(shè)備由數(shù)字端機(jī)和光端機(jī)組成，對其PDH系列來說，主要是指在方框圖中的電端機(jī)的PCM一、二、三、四次群（PCM高次群）。它是根據(jù)系統(tǒng)業(yè)務(wù)容量來確定PCM高次群的等級的。正如第4章中所講述的，它是以PCM30/32路基群即2Mb/s速率接口為基礎(chǔ)，采用按碼位異步復(fù)接方式．按一定幀結(jié)構(gòu)進(jìn)行逐級復(fù)接而成。在發(fā)端為復(fù)接，在接收端為分接，從高次群中分接出低次群數(shù)字信號。隨著數(shù)字集成技術(shù)的發(fā)展，PDH系統(tǒng)設(shè)備已把數(shù)字端機(jī)、光端機(jī)集成在一個物理體中，體積很?。ㄕ埽@些設(shè)備根據(jù)不同用戶、不同用途，把復(fù)接的數(shù)字碼進(jìn)行PDH系列光傳輸碼型的變換（線路編碼），組成如4BlH、lBlH等不同幀結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的傳輸設(shè)備。隨著光通信技術(shù)的發(fā)展啕按國家組網(wǎng)的有關(guān)規(guī)定．近年來.PDH系列設(shè)備只在公網(wǎng)中用作市話網(wǎng)的中繼傳輸系統(tǒng)，但是，在許多專用信息傳輸系統(tǒng)中它也得到廣泛應(yīng)用。在我國公用電話網(wǎng)及數(shù)據(jù)網(wǎng)中.PDH系列的數(shù)字結(jié)構(gòu)，主要用于數(shù)字網(wǎng)絡(luò)接口標(biāo)準(zhǔn)，特別是2Mb/s速率的接口，在數(shù)據(jù)、衛(wèi)星、移動通信系統(tǒng)中普遍采用。PDH系統(tǒng)電接口主要參數(shù)CCITT在G.703協(xié)議中，對以2.048Mb／s為基礎(chǔ)的PDH系列規(guī)定了接口特性、速率、碼型。如表5.3所示。表5.3PDH系列規(guī)定的電接口主要參數(shù)接口速率（Mb/s）2.0488.44834.368139.264接口碼型HDB3HDB3HDB3CMI光線衰減/db0~80~80~20~12G921規(guī)定的標(biāo)稱比特容差如表5.4所示表5.4G.921規(guī)定的標(biāo)稱比特容差標(biāo)稱比特速率（Mb/s）2.0488.44834.368139.264容差/×2.

PDH系統(tǒng)光接口主要參數(shù)系統(tǒng)發(fā)光功率如表5.5所示。表5.5系統(tǒng)發(fā)光功率光源類型S點(diǎn)平均發(fā)送光功率/dBmLD≧-9、（-6）、（-3）LED≧-30系統(tǒng)光接收靈敏度．當(dāng)BER=l×?xí)r所需的最低接收光功率如表5.6所示。表5.6系統(tǒng)光接收靈敏度標(biāo)稱述率／（Mb/s)標(biāo)稱波長／nm光檢測器PIN接收靈敏度S/dBm8.4481310PIN-FET-50(46)34.3681310PIN-FET-42139.2641310PIN-

FET-385.3SDH光同步數(shù)字傳輸系統(tǒng)5.3.1SDH光同步數(shù)字傳輸系統(tǒng)的基本概念和特點(diǎn)1.SDH系統(tǒng)的基本概念隨著通信網(wǎng)的發(fā)展和用戶的需求，基于點(diǎn)對點(diǎn)傳輸?shù)臏?zhǔn)同步(PDH）系統(tǒng)暴露出一些固有的、難以克院的弱點(diǎn)，已經(jīng)不能滿足大容量高速傳輸?shù)囊蟆榱诉m應(yīng)現(xiàn)代通信網(wǎng)的發(fā)展，產(chǎn)生了高速大容量光纖技術(shù)和智能網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合的新體制——同步數(shù)字系列（SDH）。SDH是一個將復(fù)接、線路傳輸及交換功能融為一體的、并由統(tǒng)一網(wǎng)管系統(tǒng)操作的綜合信息傳送場地，可實(shí)現(xiàn)諸如網(wǎng)絡(luò)的有效管理、開通業(yè)務(wù)時的性能監(jiān)視、動態(tài)網(wǎng)絡(luò)維護(hù)、不同供應(yīng)廠商之間的互通等多項(xiàng)功能。它大大提高了網(wǎng)絡(luò)資源利用率，并顯著降低了管理和維護(hù)費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)了靈活、可靠和高效的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行與維護(hù)，因而在現(xiàn)代信息傳輸網(wǎng)絡(luò)中占據(jù)重要地位。2.SDH系統(tǒng)的特點(diǎn)SDH系統(tǒng)的核心理念是要從統(tǒng)一的國家電信網(wǎng)和國際互通的高度來組建數(shù)字通信網(wǎng)，它是構(gòu)成綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(ISDN），特別是寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)CB-ISDN）的重要組成部分。SDH系統(tǒng)的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面：(l）有全世界統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接口（NNI)，包括統(tǒng)一的數(shù)字速率等級、幀結(jié)構(gòu)、復(fù)接方法、線路接口、監(jiān)控管理等，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字傳輸體制上的世界標(biāo)準(zhǔn)及多廠家設(shè)備的橫向兼容。(2）采用標(biāo)準(zhǔn)化的信息結(jié)構(gòu)等級，其基本模塊是速率為155.520Mb凡的同步傳輸模塊第一級（記作STM-1）。更高速率的同步數(shù)字信號（如STM4,STM-16,STM64)可簡單地將STM一1進(jìn)行字節(jié)間插同步復(fù)接而成，大大簡化了復(fù)接和分接。(3)SDH的幀結(jié)構(gòu)中安排了豐富的開銷比特，使網(wǎng)絡(luò)的管理和維護(hù)功能大大加強(qiáng)，而且適應(yīng)將來B-ISDN的要求。(4)SDH采用同步復(fù)用方式和靈活的復(fù)用映射結(jié)構(gòu)，利用設(shè)置指針的辦法，可以在任意時刻．在總的復(fù)接碼流中確定任意支路字節(jié)的位置，從而可以從高速信號一次直接插入或取出低速支路信號，使上下業(yè)務(wù)十分容易。(5)SDH確定了統(tǒng)－新型的網(wǎng)絡(luò)部件，這些部件有TM、ADM、REG以及DXC，這些部件都有世界統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。此外，由于用一個光接口代替大量的電接口，可以直接經(jīng)光撞口通過中間節(jié)點(diǎn)，省去了大量電路單元。

(6)SDH對網(wǎng)管設(shè)備的接口進(jìn)行了規(guī)范，使不同廠家的網(wǎng)管系統(tǒng)互聯(lián)成為可能。這種網(wǎng)管不僅簡單而且?guī)缀跏菍?shí)時的．因此降低了網(wǎng)管費(fèi)用．提高了網(wǎng)絡(luò)的效率、靈活性和可靠性。(7)SDH與現(xiàn)有PDH完全兼容，體現(xiàn)了后向兼容性。同時SDH還能容納各種新的業(yè)務(wù)信號，如高速局域網(wǎng)的光纖分布式數(shù)據(jù)接口（FDDI）信號、異步傳遞模式（ATM）信元等，體現(xiàn)了完全的前向兼容性。SDH體系并非完美無缺，其缺陷主要表現(xiàn)在三個方面：即頻帶利用率低、指針調(diào)整機(jī)理復(fù)雜、軟件的大量使用使系統(tǒng)容易受到計算機(jī)病毒的侵害。5.3.2SDH的速率與幀結(jié)構(gòu)1.SDH的速率SDH具有統(tǒng)一規(guī)范的速率。SDH信號以同步傳輸模塊（STM）的形式傳送。SDH信號最基本的同步傳輸模塊是STM-1，其速率為155.520Mb/s。更高等級的STM-N信號是將STM-1經(jīng)字節(jié)間同步復(fù)接而成。其中.N是正整數(shù)。目前SDH僅支持N=1,4,16,64。ITU-TG.707建議規(guī)范的SDH標(biāo)準(zhǔn)速率如表5-7所示。表5.7SDH標(biāo)準(zhǔn)速率等級STM-1STM-4STM-16STM-64速率（Mb/s）155.520622.0802488.3209953.2802.SDH幀結(jié)構(gòu)SDH幀結(jié)構(gòu)已在4.3.3節(jié)中作過介紹，在此不再贅述。5.3.3SDH的基本網(wǎng)絡(luò)單元

SDH傳輸網(wǎng)是由不同類型的網(wǎng)元設(shè)備通過光纜線路的連接組成的，通過不同的網(wǎng)元完成SDH網(wǎng)絡(luò)的傳送功能.SDH常見的網(wǎng)元設(shè)備類型有終端復(fù)用器（TM）、分／插復(fù)用器(ADM）、再生中繼器（REG）和數(shù)字交叉連接設(shè)備CDXC）等。1.終端復(fù)用器（TM)TM終端復(fù)用器如圖5.10所示，用在網(wǎng)絡(luò)的終端站點(diǎn)上，例如一條鏈的兩個端點(diǎn)，它是具有兩個端口的設(shè)備。將PDH支路信號復(fù)用進(jìn)SDH信號中，或?qū)⑤^低等級的SDH信號復(fù)用進(jìn)高等級STMN信號中，以及完成上述過程的逆過程。圖5.10

終端復(fù)用器2.分／插復(fù)用器（ADM)ADM分／插復(fù)用器如圖5.11所示，用于SDH傳輸網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)接站點(diǎn)處，例如鏈的中間節(jié)點(diǎn)或環(huán)上節(jié)點(diǎn)，是SDH網(wǎng)上使用最多、最重要的一種網(wǎng)元設(shè)備，它是一種具有三個端口的設(shè)備。圖5.11

分／插復(fù)用器分／拍復(fù)用器將同步復(fù)用和數(shù)字交叉連接功能綜合于一體，利用內(nèi)部的交叉連接矩陣，不僅實(shí)現(xiàn)了低速率的支路信號可靈活地插入／分出到高速的STMN中的任何位置，而且可以在群路接口之間靈活地對通道進(jìn)行交叉連接。ADM是SDH最重要的一種網(wǎng)元設(shè)備，它可等效成其他網(wǎng)元，即能完成其他網(wǎng)元設(shè)備的功能（例如，一個ADM可等效成兩個TM設(shè)備）。3.再生中繼器（REG)REG再生中繼器如圖5.12所示，其最大特點(diǎn)是不上下（分／插）電路業(yè)務(wù)，只放大或再生光信號。REG的功能就是接收經(jīng)過長途傳輸后衰減了的、有畸變的STM-N信號，對它進(jìn)行放大、均衡、再生后發(fā)送出去。實(shí)際上，REG與ADM相比僅少了支路端口的側(cè)面，所以ADM若不上／下本地業(yè)務(wù)電路時，完全可以等效一個REG。圖5.12

再生中繼器

4.數(shù)字交叉連接設(shè)備（DXC)DXC數(shù)字交叉連接設(shè)備如圖5.13所示，具有一個或多個PDH或SDH信號接口，可以在任何接口之間對信號及其子速率信號進(jìn)行可控連接和再連接的設(shè)備。DXC的核心部件是高性能的交叉連接矩陣，其基本結(jié)構(gòu)與ADM相似，只是DXC的交叉連接矩陣容量比較大，接口比較多，具有一定的智能恢復(fù)功能，常用于網(wǎng)狀網(wǎng)節(jié)點(diǎn)。DXC可將輸入的m路STM-N信號交叉連接到輸出的n路STM-N信號上，圖5.13表示有m條輸入光纖和n條輸出光纖。圖5.13

數(shù)字交叉連接設(shè)備DXC5.3.4SDH光傳輸系統(tǒng)中的光纜和中繼長度計算1.傳輸系統(tǒng)用的光纖在SDH光同步傳輸系統(tǒng)中主要采用光纜，在短距離如一些局域網(wǎng)、校園網(wǎng)、企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)還采用了多模光纖．而在公用網(wǎng)中已普遍采用單模光纖。目前的光纖通信中廣泛采用的是G.652、G.653、G.654、G.655。G.652光纖目前稱為1310nm波長性能最佳單模光纖，適用于1310nm和1530nm以下的單通路中；G.653光纖是在1550nm波長性能最佳的單模光纖，此光纖零色散從1310nm移至1530nm工作股長，所以又稱為色散移位光纖，也主要用在SDH系統(tǒng)中；G.604光纖，稱為截止波長移位的單模光纖，主要用于海底光纖通信。2.SDH光傳輸系統(tǒng)的中繼長度估算在設(shè)計光纖傳輸再生中繼段距離長度時，通常采用的方法是最壞值設(shè)計法，此方法是將所有參數(shù)值都按最壞值選取。這種設(shè)計方法不存在先期失效問題。在排除人為和自然界破壞因素后，按最壞值設(shè)計的系統(tǒng)，在其壽命終結(jié)，富余度用完，且處于極端溫度條件下仍能100%地保證系統(tǒng)性能要求。光纖傳輸中繼距離的長短是由光纖衰減和色散等因素決定的。不同的系統(tǒng)，由于各種因素的影響程度不同，中繼距離的設(shè)計方式也不同。在實(shí)際的工程應(yīng)用中，設(shè)計方式分為兩種情況：第一種情況是衰減受限系統(tǒng)，即中繼距離根據(jù)S和R點(diǎn)之間的光通道衰減決定；第二種情況是色散受限系統(tǒng)，即中繼距離根據(jù)S和R點(diǎn)之間的光纖色散決定。光纜線路工程施工范圍示意圖如圖5.14所示。圖5.14光纜線路工程施工范圍示意圖1）衰減受限系統(tǒng)

L：衰減受限中繼段長度（km);Ps：S點(diǎn)發(fā)送光功率（dBm):P,:R點(diǎn)接收靈敏度(dBm);Pp：光通道功率代價（dB)，因反射、碼間干擾、模分配噪聲和激光器明瞅而產(chǎn)生的總退化，光通道功率代價不超過ldB;Mc：光纜富余度（dB)，在一個中繼段內(nèi)，光纜富余度不應(yīng)超過5dB，設(shè)計中按3～5dB取值；Me：設(shè)備富余度CdB），通常取3dB:I:A,:表示S和R點(diǎn)之間所有活動連接器損耗（dB）之和，如ODF架上的短接光纖連接設(shè)備連接器衰減.FC型連接器平均0.8dB／個，PC型平均0.5dB／個；A表示每個活動連接器損耗2）色散受限系統(tǒng)根據(jù)ITU-T建議，色散受限系統(tǒng)中繼段距離可用下式估算：式中，L：色散受限中繼段長度（km);E：當(dāng)光源為多縱模激光器時取0.115，單縱模激光器時取0.306;B：線路信號比特率C（Mbit/s);t.;.：光源的譜寬（nm);D：光纖色散系數(shù)(ps/nm/km）。這里需要說明的是低速率線路信號，在單模光纖傳輸時，一般可不考慮色散受限中繼段距離。5.4光波分復(fù)用系統(tǒng)5.4.1光波分重用系統(tǒng)組成光波分復(fù)用系統(tǒng)的組成如圖5.15所示。首先，在光終端設(shè)備中通過波長轉(zhuǎn)換，將傳輸信號標(biāo)準(zhǔn)波長轉(zhuǎn)換為波分復(fù)用系統(tǒng)使用的系列工作波長，然后，多路光信號通過光復(fù)用器捐合到一根光纖上，經(jīng)放大后在光纖線路中傳輸。圖5.15光波分復(fù)用系統(tǒng)組成在一定距離后設(shè)置光纖放大器，對衰減后的光信號進(jìn)行光中繼放大。當(dāng)?shù)竭_(dá)接收端后，將放大的光搞合信號解復(fù)用為多路光信號，然后通過波長轉(zhuǎn)換，將每路的光信號的工作波長再轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)波長。2.

光波分復(fù)用傳輸原理光波分復(fù)用傳輸系統(tǒng)WDM傳輸原理圖如圖5.16所示。圖5.16(a）中是在一根光纖中同時單向傳輸幾個不同波長的光波信號。首先，把信號通過光源變?yōu)椴煌ㄩL的光波信號；然后，通過光波分復(fù)用WDM合到一根光纖中傳輸，如圖中的λ1，λ2….λn；最后，當(dāng)光信號到達(dá)收端時，把光搞合信號解復(fù)用，通過光檢測器取得多波長光信號。圖5.16(b）所示為雙向傳輸光波分復(fù)用原理圖，其過程與單向傳輸相同。圖5.16WDM傳輸原理圖(a）單向WDM傳輸原理圖；（b）雙向WDM傳輸原理圖3.

光波分復(fù)用波長區(qū)通路劃分光波分復(fù)用系統(tǒng)中，是以波場來表述其通路的，如λ1～λ8即為8通路，有8個波長，稱為標(biāo)稱中心波長或標(biāo)稱中心頻率。各通路間的頻率間隔一般有50GHz、100GHz、200GHz等。隨著間隔的不同，標(biāo)稱中心頻率和標(biāo)稱中心波長也不同。

通路間隔：主要是指在光波分復(fù)用系統(tǒng)中兩相鄰?fù)烽g的標(biāo)稱波長（頻率）之差。通路間隔可以均勻相等，也可以不等，我們這里講的是均勻等間隔的系統(tǒng)。

標(biāo)稱中心波長：在光波分復(fù)用系統(tǒng)中，每個信號通路所對應(yīng)的中心波長稱為標(biāo)稱中心波長，或稱為標(biāo)稱中心頻率。目前國際上一般以193.1THz為參考頻率，標(biāo)稱波長為1552.52nm。目前所開發(fā)的光纖在1310nm和1550nm窗口，世界上研究的NZDSF非零色散移位光纖，其工作波長可移至1520nm或1570nm。在實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)的2.64Tb/s的光波分復(fù)用系統(tǒng)總帶寬這1529～1564nm。實(shí)用的光波分復(fù)用系統(tǒng)，至少應(yīng)提供16波長的通路，根據(jù)需要也可以是8通路、4通路等。下面列出16通路和8通路中心頻率和中心波長，如表5.8所示。表5.816通路和8通路WDM系統(tǒng)中心波長（頻率）波長序號中心頻率/THz波長／nm波長序號中心頻率／THz波長／nm1192.101560.619192.901554.132192.201559.7910193.001553.333192.301558.9811193.101552.524192.401558.1712193.201551.725192.501557.3613193.301550.926192.601556.5514193.101550.127192.701555.7515193.501549.328192.801554.9416193.601548.515.4.2光波分復(fù)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)光波分復(fù)用系統(tǒng)（WDM）主要由光發(fā)射機(jī)、光接收機(jī)、光中繼放大、光纖（光纜）、光監(jiān)控信道和網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)6大部分組成。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖5.17所示。圖5.17WDM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖5.17所示，光波分復(fù)用系統(tǒng)的簡單工作過程為：首先把終端SDH端機(jī)的光信號送到光發(fā)射端，經(jīng)光轉(zhuǎn)發(fā)器（OTU）把符合ITU-IG.957協(xié)議的非特定波長的光信號轉(zhuǎn)換成具有特定波長的光信號，再利用合搜器合成多通路的光信號，經(jīng)功率放大器（EA）放大后，送入光纖信道傳輸，同時插入光監(jiān)控信號。經(jīng)過一段距離（可達(dá)上萬里）需要對光纖信號進(jìn)行光信號放大?，F(xiàn)在，一般使用摻餌光放大器（EDFA），由于是多波長工作，因此要使EDFA對不同波長光信號具有相同的放大增益（采用放大增益平擔(dān)技術(shù)），還要考慮多光信道同時工作情況，保證多光信道增益競爭不會影響傳輸性能。放大后的光信號經(jīng)過光纖（光纜）傳輸?shù)浇邮斩?，?jīng)長途傳輸后衰減的主信道弱光信號經(jīng)PA放大后，利用分波器從主信道光信號中分出特定波長的光信號。對主接收機(jī)的主要要求為：(1）要滿足光信號接收的靈敏度；(2）要符合過載功率的要求；(3）能承受一定的光噪聲信號；(4）有足夠0/E的電帶寬特性。光監(jiān)控部分主要用以監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)各信道的傳輸情況。在發(fā)送端，插入本節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的波長(1510nm）光監(jiān)測信號（其中包含有光波分復(fù)用的幀同步用字節(jié)、公務(wù)字節(jié)和網(wǎng)管所用的開銷字節(jié)等），與光信道的光信號合波輸出。在接收端要從光合波信號中分出光監(jiān)控信號(1550nm）和業(yè)務(wù)光信道信號。

光波分復(fù)用系統(tǒng)管理：主要經(jīng)過光監(jiān)控信道傳送的開銷字節(jié)及其他節(jié)點(diǎn)的開銷字節(jié)對WDM系統(tǒng)進(jìn)行管理。5.4.3WDM系統(tǒng)的功能描述對于一個完整的WDM系統(tǒng)，可用如圖5.18所示的WDM系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖來描述。根據(jù)光信號傳送的距離遠(yuǎn)近，WDM系統(tǒng)可分為兩類：其一為無線路光放大器的傳輸系統(tǒng)，其二為有線路光放大器的傳輸系統(tǒng)。圖5.18WDM系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖在光波分復(fù)用系統(tǒng)中的傳輸線路，特別是在要下載SDH信號和再上SDH信號的情況下，要用電再生器。因此，在WDM系統(tǒng)中應(yīng)有此功能，在需要時就設(shè)立電再生器，否則不加。功能結(jié)構(gòu)中有、無線路光放大器的WDM系統(tǒng)的參考配置應(yīng)有所差異，如圖5.19、圖5.20所示。圖5.19

無線路光放大器的WDM系統(tǒng)圖5.20有線路光放大器的WDM系統(tǒng)以上兩種線路配置圖中，Tx1…Txn為不同波長的光發(fā)射器；Rx1…Rxn為不同波長的光接收器；OM/OA為光合波器與光放大器的集成；OA/OD為光前置放大器與光分波器的集成；OA為光放大器。圖中所示各參考點(diǎn)的定義如表5.9所示。表5.9

備參考點(diǎn)的定義參考點(diǎn)定義S1，…，Sn

通道l～n在發(fā)射機(jī)不同波長的光輸出連接器的光纖參考點(diǎn)RM1，…，RMn通道1～n在OM/OA的光輸入連接器的光纖參考點(diǎn)MPISOM；’OA在光輸出連接器后面光纖上的參考點(diǎn)R'線路光放大器的光輸入連接器前面光纖上的參考點(diǎn)S'線路光放大器的光輸出連接器后面光纖上的參考點(diǎn)MPI-R在OA/OD的光輸入連接器前面光纖上的參考點(diǎn)Sd1，…，Sdn,通道I～n光接收機(jī)輸出連接器處光纖上的參考點(diǎn)R1，…，Rn通道l～n光接收器輸入連接器處光纖上的參考點(diǎn)在無線路光放大器的WDM系統(tǒng)中，標(biāo)稱距離與通路波長數(shù)目有關(guān)，分三種距離區(qū)段：其一為長距離，目標(biāo)距離為80km；其二為很長距離，目標(biāo)距離為120km；其三為超長距離,目標(biāo)距離為160km。

在有線路光放大器的WDM系統(tǒng)中，放大器設(shè)置情況與通路的波長數(shù)目有關(guān)，分兩種情況：一種為長距離區(qū)段，其目標(biāo)距離一般為80km；另一種為很長距離區(qū)段，其目標(biāo)距離一般為120km。5.4.4

光波分復(fù)用系統(tǒng)的主要設(shè)備前面我們已經(jīng)講了光波分復(fù)用系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)。如圖5.17所示。該系統(tǒng)的主要設(shè)備有：光轉(zhuǎn)發(fā)器（OTU）、光合波器／分波器、光纖放大器，這里主要介紹這幾種關(guān)鍵的設(shè)備器件。1.光轉(zhuǎn)發(fā)器

在光波分復(fù)用系統(tǒng)中，首先要把從客戶來的光信號，轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)波長光信號后，再送入合波器。對于開放式的WDM系統(tǒng)，允許不同廠商的SDH光接口的非標(biāo)準(zhǔn)波長進(jìn)入，如圖5.19中的S1，…，Sn波長光信號．然后通過光轉(zhuǎn)發(fā)器轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)波長。光轉(zhuǎn)發(fā)器（OTU）即為波長轉(zhuǎn)換器．其功能是實(shí)現(xiàn)把非標(biāo)準(zhǔn)的波長轉(zhuǎn)換為ITU-T所規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)長，即要符合G.692要求的光接口。目前，商用的仍然是光／電／光(O/E/0）的轉(zhuǎn)換方式，此種方式技術(shù)上較成熟，易于實(shí)現(xiàn)，由于在轉(zhuǎn)換中進(jìn)行了電再生處理，信號質(zhì)量得到了改善。從發(fā)展來看，采用光／光（O／O）變換極其有利于集成，這種波長轉(zhuǎn)換器日前尚無商用介紹，但是在研制中的卻不少。在研制中的技術(shù)主要有基于半導(dǎo)體光放大器的交叉增益調(diào)制(XCM）、交叉相位調(diào)制（XPM）、四波混頻調(diào)制(FWM）以及布拉格反射器和雙穩(wěn)型LD等方法構(gòu)成的全光波長變換器等。

當(dāng)轉(zhuǎn)發(fā)器（OTU）在發(fā)送端使用時，其作用是使SDH設(shè)備的光信號與波分復(fù)用的光信號之間完成接口轉(zhuǎn)換。在接收端使用時．主要實(shí)現(xiàn)其反變換句把波分復(fù)用的光信號恢復(fù)為開放的SDH系列的光信號。在有再生中繼器的WDM系統(tǒng)中也同樣要經(jīng)OTU轉(zhuǎn)換。這幾種OHU，隨著在系統(tǒng)中應(yīng)用場合情況不同，其主要參數(shù)要求也不相同，如表5.10所示。

光波分復(fù)用器和解復(fù)用器如圖s.20中的合波器和分波器。能將不同光滑、波長的光信號合在一起，經(jīng)一根光纖輸出傳輸?shù)钠骷泻喜ㄆ?，又稱復(fù)用器；反之，將經(jīng)一根光纖送來的多波長光信號分解為不同波長分別輸出的器件叫分波器，又稱解復(fù)用器。從原理上講，此器件是互易的（雙向可逆）。因而，復(fù)用器和解復(fù)用器是相同的，復(fù)用器的輸出端反過來就是解復(fù)用器。光波分復(fù)用器和解復(fù)用器對系統(tǒng)傳輸質(zhì)量起著決定性影響。對它們的主要要求是:(1）損耗及其偏差要小；(2）信道間的干擾要小；(3）通道損耗要平坦；(4）偏振的相關(guān)性要低。2.光波分復(fù)用器和解復(fù)用器光波分復(fù)用器和解復(fù)用器主要有介質(zhì)膜濾波器、各種光柵型和星型耦合器等多種結(jié)構(gòu)形式。這里簡單介紹一種光柵型光波分復(fù)用和解復(fù)用器，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖5.21所示。光柵型光波分復(fù)用器與棱鏡分光作用一樣。它是在一塊能夠投射或反射的平面上刻劃平行且等距的溝痕，形成許多具有相同間隔的狹縫，當(dāng)含有多波長的光信號通過光柵時產(chǎn)生衍射，不同成分的光信號將以不同的角度出射。圖5.21

光柵型光波分復(fù)用器結(jié)構(gòu)示意圖光柵型光波分復(fù)用器種類較多，圖5.21為閃耀光柵型。它主要由透鏡和光柵組成，一般用體積較小的自聚焦透鏡，為使器件緊湊，將光柵直接刻劃在透鏡端面形成。當(dāng)光纖陣列的光信號輸入光纖后，經(jīng)透鏡準(zhǔn)直，以等根數(shù)的平行光束射向閃耀光柵，由于光柵的衍射作用，不同波長的光信號以方向略有差異的各種平行光束返回透鏡傳輸，再經(jīng)透鏡聚焦后以一定規(guī)律分別注入輸出光纖中。另外還有陣列波導(dǎo)光柵（AWG）型光波分復(fù)用器，它主要采用半導(dǎo)體加工工藝構(gòu)筑光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，如圖5.22所示。圖5.22為1×8波分復(fù)用器。它，與波長、間隔、材料等特性有關(guān)，采用半導(dǎo)體加工工藝制造出來的光波分復(fù)用器。這種結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)十個乃至上百個波長復(fù)用與解復(fù)用。AWG型光波分復(fù)用器具有波長間隔小，信道數(shù)多，通道平坦等優(yōu)點(diǎn)，適合超高速、大容量的光波分復(fù)用系統(tǒng)使用，它是目前研制、開發(fā)和應(yīng)用的重點(diǎn)。圖5.22 1×8波分復(fù)用器在光波分復(fù)用系統(tǒng)中，光纖放大器是關(guān)鍵設(shè)備，它是將光波信號直接放大的一種器件。如光纖中摻餌（三階稀土元素）而形成的摻餌光纖放大器件，還有摻錫、摻鐿等元素的光纖放大器?，F(xiàn)在已經(jīng)實(shí)用化而且用得較多的是摻餌光纖放大器。

1)摻餌光纖放大器（EDFA)在石英光纖的芯層中摻入餌（Er）三價稀土元素，形成一種特殊光纖，在泵浦光源的激勵下可放大光信號，因此稱為摻餌光纖放大器（EDFA）。其主要特點(diǎn)是高增益、高輸出、寬頻帶、低噪聲。其增益特性與偏振無關(guān)，對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)比特率與格式透明。在波分復(fù)用中，利用光纖放大器技術(shù)，可以把該波段內(nèi)的所有波長衰減的光信號同時放大。在WDM的發(fā)送端用光纖放大器作功率放大器，提高進(jìn)入光纖線路放大器的功率；在WDM的接收端解復(fù)用之前，設(shè)置光纖放大器作為前置放大，提高接收機(jī)靈敏度，這是原來再生中繼器無能為力的。特別對于光纖接入網(wǎng)，更需要光纖放大器把信號放大后才能分支到各用戶終端。由于有光纖放大器的應(yīng)用，才使波分復(fù)用系統(tǒng)實(shí)用化，也使波分復(fù)用接入網(wǎng)技術(shù)成為可能。3.摻餌光纖放大（CEDFA)2）摻餌光纖放大器（EDFA）基本結(jié)構(gòu)及工作過程摻餌光纖放大器（EDFA）主要由摻餌光纖、光泵浦源、光耦合器、光隔離器等組成，如圖5.23所示。圖5.23

EDFA的基本組成摻餌光纖：這里采用工作波長1550nm的光纖（摻餌元素），摻雜的液度根據(jù)光纖放大器的光纖長度而定，長度越長，摻雜濃度越小。光泵浦源是一種能量較強(qiáng)的激勵光源，在此光激勵下才能增強(qiáng)光能，光泵浦源功率可用大功率半導(dǎo)體激光器提供。光耦合器的作用是將光信號和泵浦源合在一起，當(dāng)較弱的信號光與較強(qiáng)的泵浦源進(jìn)入摻餌光纖時，泵浦光激活餌粒子。在信號光子的感應(yīng)下，餌離子受激輻射．產(chǎn)生能級躍遷。躍遷到基層，將一模一樣的光子注入信號光中，完成放大作用。光隔離器的作用是抑制光反射，以確保光纖放大器工作穩(wěn)定。要使隔離大于40dB，一般配置兩個隔離器．一個在輸入端，以消除上段因放大的（白發(fā)）發(fā)射光信號反向傳輸可能引起的干擾；另一個在輸出端，保護(hù)器件免受下級的逆反射。光纖放大器的特性主要有增益特性、輸出功率和噪聲特性。增益特性表明該放大器的放大能力，同一般放大器增益定義一樣，是輸出與輸入功率之比，通常為15～40dB。它的增益大小與許多因素有關(guān)。改變摻雜成分可改善EDFA的增益特性平坦度；采用隔離器吸收最大增益點(diǎn)峰值功率，可使增益均衡，擴(kuò)大EDFA的帶寬。

還有其他類型的光纖放大器，如摻鐠光纖放大器（PDFA）（它對改造現(xiàn)有光纖通信擴(kuò)容升級有現(xiàn)實(shí)意義），摻鉛、摻鋅、摻氟化物等光纖放大器，現(xiàn)在正開發(fā)并逐步得到應(yīng)用的還有半導(dǎo)體光纖放大器（SOA）。還有一些光纖放大器及其特性功能可參閱有關(guān)專著。5.4.5

光波分復(fù)用線路光纖1.G.652、G.653、G.654、G.655光纖在目前的光纖通信中廣泛采用的是G.652、G.653、G.654、G.655。G.652光纖目前稱為1310nm波長性能最佳單模光纖，適用于1310nm和1530nm以下的單通路中：G.653是在1550nm波長性能最佳的單模光纖，此光纖零色散從1310nm移至1530nm工作波長，所以又稱為色散移位光纖，也主要用在SDH系統(tǒng)中；G.654光纖，稱為截止波長移位的單模光纖，主要用于海底光纖通信；G.655光纖稱之為非零色散移位單模光纖，它使零色散技術(shù)不在1550nm，而將移至1570nm及1510～1520nm附近．主要用于1530nm工作波長源，在較長距離的波分復(fù)用中應(yīng)用。2.非零色散單模移位光纖（NE-DSF)在WDM系統(tǒng)中的上述光纖，由于在長途傳輸時采用了光纖放大器CEDFA），這可能引起非線性效應(yīng)，會出現(xiàn)回波混頻效應(yīng)（FWM），以致會引起信道回串?dāng)_。為有效抑制FWMC回波渥頻效應(yīng)），引出了另一種新型光纖一一非零色散單模移位光纖（NE-DSF),它屬于G.655光纖改進(jìn)型，此種光纖除零色散點(diǎn)移動外，其余特性與G.655等常用光纖相同。根據(jù)理論分析，NE-DSF光纖傳輸率至少可達(dá)80Gb/s以上，而且色散距離達(dá)數(shù)百公里，還可保持最小色散系數(shù)。

目前，世界上一些著名通信公司對NE-DSF光纖的研究開發(fā)工作很感興趣。另外，還有色散補(bǔ)償光纖、色散平坦光纖等新型光纖還在研制和試驗(yàn)，這將會使光波分復(fù)用光纖傳輸技術(shù)更加成熟。5.4.6

光波分復(fù)用的主要技術(shù)1.光源技術(shù)在光通信中，光信號是由光源產(chǎn)生的，因此在光波分復(fù)用系統(tǒng)中光源占有重要的位置。系統(tǒng)中所用的光源稱做激光器，WDM系統(tǒng)對光源的發(fā)光波長要求精確而且穩(wěn)定性要好；激光器集成芯片的成本要低。對光源的波長要進(jìn)行精確的設(shè)定和控制，必須有配套的波長監(jiān)測與穩(wěn)定技術(shù)。目前采用的方法主要有兩種：一種是溫度反饋控制技術(shù)，它是通過激光器芯片所在的熱沉上的溫度檢測控制相應(yīng)的溫控電路，達(dá)到控制波長和穩(wěn)定波民的目的；另一種是波長反饋控制法，它是通過輸出端檢測光波長，利用相應(yīng)的輸出電壓與標(biāo)準(zhǔn)參考電壓的差值來控制激光器的溫度，形成閉環(huán)控制，使之鎖定在中心波長上。2.濾光技術(shù)由于通信中光波分復(fù)用系統(tǒng)是以光波長（頻率）為載體，因而也有類似頻分復(fù)用那樣的濾波技術(shù)，這里稱為濾光技術(shù)。此技術(shù)在WDM系統(tǒng)及全光通信系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。允許特定波長（頻率）的光信號通過的器件稱為濾光器。如果通過濾光器的波長可調(diào)整改變，則稱該濾光器為波長可調(diào)諧濾光器。3.色散補(bǔ)償技術(shù)在SDH光通信系統(tǒng)中，傳輸距離主要受衰減限制，而在波分復(fù)用系統(tǒng)中，采用了光纖放大器之后，衰減限制問題得以解決。然而，傳輸距離增加，光纖色散卻也隨之增加。所以，現(xiàn)在又提出色散問題。例如，G.655(1550nm）光纖在光中繼傳輸時的距離（2.5Gb/s)為4528km，而受色散限制，在速率為10Gb/s時傳輸距離為283km，當(dāng)傳輸速率增加為40Gb/s時，色散增加，此時傳輸距離下降到18km。在已建立的SDH光通信系統(tǒng)中，大量采用了常規(guī)G.652單模光纖。由于光纖放大器EDFA工作在1530nm，使1530nm窗口成為長距離、大容量光纖通信優(yōu)先窗口，而G.652光纖在1530nm工作時色散較大，為充分利用現(xiàn)有資源，在波分復(fù)用系統(tǒng)中仍利用此窗口。因此，必須解決色散問題，其中方法之一就是采用色散補(bǔ)償技術(shù)。

色散補(bǔ)償又稱光均衡，其基本原理是，當(dāng)光脈沖信號經(jīng)過長距離光纖傳輸后，由于色散的影響，會使信號發(fā)生畸變。這時，可用一段色散補(bǔ)償光纖來修正，以消除畸變。例如在1530nm波段，利用具有大的負(fù)波長色散補(bǔ)償光纖（DCF）來進(jìn)行有效的色散補(bǔ)償，即在已建好的1310nm單模光纖中，每隔一定距離,插入長度調(diào)整好的色散補(bǔ)償光纖，對色散進(jìn)行補(bǔ)償，使整個光傳輸線路的總色散為零。光纖放大器技術(shù)的實(shí)用化促進(jìn)了WDM系統(tǒng)的發(fā)展，但對于EDFA，有一個特殊的要求增益平坦。一般的EDFA在其工作波段內(nèi)有一定的增益平坦，常用帶內(nèi)增益平坦度GF表示，它是指在整個通帶內(nèi)最大增益