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【摘 要】20世纪90年代以来光纤通信得到了迅速的发展,新技术不断涌现并已开始进入全光传输、全光通信阶段。
波分复用(WDM)是在同一根光纤中同时传输两个或众多不同波长光信号的技术。本文介绍了光纤通信的发展、特点、基本组成和波分复用技术(WDM)的基础知识、应用状况及目前存在的问题和发展状况,其中包括稀疏波分复用(CWDM)技术和密集波分复用(DWDM)技术的特点并对两者做了比较和分析。同时介绍了WDM系统对光安全进程技术的要求及其在无源光网络和城域网建设中的应用等方面的知识。最后,介绍了光纤通信的新技术。
【关键词】密集波分复用技术(DWDM);稀疏波分复用技术(CWDM);APR进程;IP over WDM
Fiber systems research, design and data transmission
LiYong
(Shanxi Tianyuan Communication Design Consulting Co., Ltd. Xi'an Shanxi 710075)
【Abstract】 Fiber optical communication has being developing rapidly since 1990's.On account of new technique, the Fiber optical communication has came into the fifth broadcasting communication system, which is being to enter into all-optical delivering and communication stage.
WDM is a technique which delivers two or more different waves of optical signals using the same one Fiber optical at the same time.
This thesis presents the development of Fiber optical communication, its fundamental construction and its feathers. Of course, the paper tells the basic knowledge of WDM including CWDM and DWDM's features ,their differences, the problems in WDM and its development. Then it introduces the technological requires toward optical safety process in WDM system and the application in PON and CAN of WDM technique. At last, it recommends the new technology in Fiber optical communication.
【Key words】DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing);CWDM (Coarse WavelengthDivisionMultiplexing);APR process and IP over WDM
1. 引言
30多年来光纤通信飞速发展,光纤通信新技术层出不穷,前两年作为新技术的光放大器、密集波分复用技术等,目前已经大量投入使用,使光纤通信逐步进入了以光孤子为标志的第五代广播通信系统,并开始进入全光通信的阶段。 “掺铒光纤放大器(EDFA)+波分复用(WDM)+非零色散光纤(NZDSF)+光电集成(OEIC)”正成为国际上光纤通信的主要发展方向。
虽然WDM技术问世时间不长,但由于具有许多显著的优点和表现出强大的生命力,从而得到迅速推广应用,并向全光网络的方向发展。而当前光纤通信原理发面的书籍很少系统的讨论波分复用技术(WDM)及其在全光网络中的应用问题。为方便通信学者的阅读及系统的了解当今波分复用技术的发展与应用,本论文选择波分复用技术作为讨论主题。
2. 光纤通信的简介
2.1 什么是光纤通信。
近代通信技术分为电通信和光通信两类。光通信技术就是当代通信技术发展的最新成就,已成为现代通信的基石。目前广泛使用的光通信方式是利用光导纤维传输光波信号的通信方式。这种通信方式称为光纤通信。
2.2 光纤通信的发展历史和展望。
(1)光纤通信系统从小容量、中容量朝大容量或超大容量方向发展。
(2)光纤通信系统从多模光纤向单模光纤及单模单偏振光纤即保偏光纤方向发展。
(3)光纤通信系统的中继距离越来越长。
(4)光纤通信系统向波分复用系统、相干光通信、全光通信、孤子光通信、网络通信方向发展。
2.3 光纤通信的基本组成。
目前使用的光纤通信系统,普遍采用的是数字编码、强度调制——直接检波通信系统。这种系统的示意方框图如图1所示。
3. 光端机
3.1 波分复用/解复用器
3.1.1 波分复用/解复用器的分类。
(1)光栅型;
(2)波导阵列光栅型;
(3)光纤光栅。
3.1.2 波分復用/解复用器的特性
3.1.2.1 解复用器。
以光信号波长为函数的解复用器的主要光学特性有以下几点。
(1)中心波长(或通带) λ1、 λ2… λn+1;
(2)中心波长工作范围 △λ1、 △λ2
(3)中心波长对应的最小插入损耗 L1 P01
L1=-101g P1P01(1)
式中: P1代表波长λ1为 P01的光束在输出端的光功率; λ1分别代表波长为 的光束在输入端合路信号中的光功率。
图1 光纤通信系统的基本构成
3.1.2.2 复用器。
以光信号波长为函数的复用器的光学特性,可用于给定的输入端口(1#至N#端口为输入端口,0#端口为输出端口)。
3.1.3 光发送机
3.1.3.1 光发送机构成。
一般地,光发送机主要由光源、驱动电路及辅助电路等构成。
3.1.3.2 光发送机的主要指标。
(1)平均发送光功率及其稳定度。
(2)消光比。
消光比定义为最大平均发送光功率与最小平均发送光功率之比,通常用符号EX表示。若用相对值表示,则为
EX=101g最大平均发送光功率最小平均发送光功率(2)
3.1.2 光接收机。
3.1.2.1 光接收机指标。
(1)光接收机灵敏度。
(2)光接收机动态范围。
3.2 光接收机的灵敏度。光接收机的灵敏度极限也称为理想光接收机的灵敏度。
影响光接收机灵敏度的主要因素:输入和输出信号波形、非理想均衡滤波、直流光和背景光、判决阈值。
4. 光波分复用技术(WDM)
4.1 DWDM技术简介
4.1.1 DWDM对光纤性能的要求。
DWDM是密集的多波长光信道复用技术,光纤的非线性效应是影响WDM传输系统性能的主要因素。
4.1.2 DWDM系统中的光源。密集波分复用系统中的光源应具有以下4点要求:
(1)波长范围很宽;
(2)尽可能多的信道数;
(3)每信道波长的光谱宽度应尽可能窄;
(4)各信道波长及其间隔应高度稳定。
4.1.3 实现DWDM的关键技术和设备。
实现光波分复用和传输的设备种类很多,各个功能模块都有多种实现方法,具体采用何种设备应根据现场条件和系统性能的侧重点来决定。总体上,在DWDM系统当中有光发送/接收器、波分复用器、光放大器、光监控信道和光纤五个模块。
4.1.4 DWDM应用。
DWDM既可用于陆地与海底干线,也可用于市内通信网,还可用于全光通信网。
图2 APR进程基本原理
4.2 CWDM技术简介。
4.2.1 CWDM系统的关键技术与模块。
(1)新型光纤技术。光纤具有丰富的频带资源和优异的传输性能,是通信网络理想的传输媒质。
(2)光收发模块。光收发模块是光通信系统的主要部件。目前常见的光收发模块有分立的光发射模块、光接收模块和光收发一体模块三种。
(3)复用器/解复用器(MUX/DEMUX)。复用器/解复用器是波分复用光传输系统的关键器件。MUX/DEMUX的重要性能指标包括中心波长、插入损耗、信道隔离度和通带宽度等。
4.2.2 CWDM的优势。
(1)CWDM的硬件成本低。
(2)CWDM结构简单。
(3)CWDM的功耗低。
(4)CWDM器件的物理尺寸更小。
(5)CWDM对传输介质要求较低。
4.2.3CWDM系统的应用。
新型城域网建设引进CWDM系统将带来许多优势。首先,CWDM技术具有传统TDM技术无法比拟的灵活性,更适应高速数据业务的发展。其次,CWDM系统能够节省光纤资源,并根据网络业务的具体发展情况实现平滑升级。再次,CWDM系统对各种协议和速率透明,允许运营商以波长为基础提供不同的业务。CWDM技术还能应用于无源光网络PON系统。
4.3 波分复用系统(WDM)光安全进程技术要求。
4.3.1 APR 进程。
光缆切断、设备失效或光连接器拔出等均会导致光功率丢失,出于对人眼安全的考虑,在主光通道的一个光段内光功率丢失的情况下,需要系统实施APR、ALS进程。
4.3.2 APR进程的基本原理。
APR进程的基本原理如图2所示:
在受影响的OTS内,所有光输出端处的功率应在3秒之内(OTS中断时刻起)减成危险等级为+10dBm以下。
APR不排除在受影响的OMS段内对其它放大器的二次动作,也不排除OMS外正在工作的设备,如SDH单波长设备的关断。然而这不能干扰受影响的OTS的安全程序。
4.3.3 波分复用技术在无源光网络中的应用。
光纤接入网可分为无源接入和有源接入两种,中无源光网络(PON)是一种极具吸引力的接入方式,其主要特点是:低成本——显著减少光纤、光收发模块、中心局终端的数量;整个光传输通道为光纤和无源光器件,可有效避免电磁干扰和雷电影响,提高了系统的可靠性;基于无源光网络(PON)技术的接入方案将成为宽带光接入的首选技术。
5. 结 论
随着通信技术的不断发展,光纤通信逐步进入以光孤子为标志的第五代光波通信,实现全光网络指日可待。其高速率和大容量的特点大大促进了社会的发展,随着信息化程度的日新月异,对通信速率、通信距离、通信容量的要求也越来越强烈。
波分复用技术(WDM)的大容量传输、对业务的透明性、网络扩容不需要敷设更多的光纤和使用高速的网络部件、组网灵活性好等特点不但满足了现在通信的需求,也适应未来通信技术的发展。波分复用技术的实用化推进了全光网络的研究和发展,所以对波分复用(WDM)技术的研究非常必要。
参考文献
[1] 袁国梁编著. 光纤通信原理. 北京:清华大学出版社 2004
[2] 李履信,沈建华编著. 光纤通信系统. 北京:机械工业出版社 2003
[3] 邓大棚等编著.光纤通信原理. 北京:人民邮电出版社 2003
[4] 张宝富,崔敏,王海潼编著. 光纤通信. 西安:西安电子科技出版社 2004
[5] 高炜烈,张金菊编. 光纤通信. 北京:人民邮电出版社 1999
[6] 庞沁华,续大我,吴伟陵. 通信原理. 北京:北京邮电大学出版社 2002
[7] 雷肇棣编著. 光纤通信基础. 成都:电子科技大学出版社 1997
[8] 孫学康,毛京丽编. SDH技术. 北京:人民邮电出版社 2002
[9] 《国际广电与显示》光电器件专栏-2002.6信息时代的半导体光器件
[10] 毛幼菊. 光波分复用通信技术. 北京:人民邮电出版社 1996
[11] 纪越峰编著. 光波分复系统(修订版). 北京:北京邮电大学出版社 2001
[12] 张劲松编著. 光波分复用技术. 北京:北京邮电出版社
[文章编号]1006-7619(2010)09-28-882
波分复用(WDM)是在同一根光纤中同时传输两个或众多不同波长光信号的技术。本文介绍了光纤通信的发展、特点、基本组成和波分复用技术(WDM)的基础知识、应用状况及目前存在的问题和发展状况,其中包括稀疏波分复用(CWDM)技术和密集波分复用(DWDM)技术的特点并对两者做了比较和分析。同时介绍了WDM系统对光安全进程技术的要求及其在无源光网络和城域网建设中的应用等方面的知识。最后,介绍了光纤通信的新技术。
【关键词】密集波分复用技术(DWDM);稀疏波分复用技术(CWDM);APR进程;IP over WDM
Fiber systems research, design and data transmission
LiYong
(Shanxi Tianyuan Communication Design Consulting Co., Ltd. Xi'an Shanxi 710075)
【Abstract】 Fiber optical communication has being developing rapidly since 1990's.On account of new technique, the Fiber optical communication has came into the fifth broadcasting communication system, which is being to enter into all-optical delivering and communication stage.
WDM is a technique which delivers two or more different waves of optical signals using the same one Fiber optical at the same time.
This thesis presents the development of Fiber optical communication, its fundamental construction and its feathers. Of course, the paper tells the basic knowledge of WDM including CWDM and DWDM's features ,their differences, the problems in WDM and its development. Then it introduces the technological requires toward optical safety process in WDM system and the application in PON and CAN of WDM technique. At last, it recommends the new technology in Fiber optical communication.
【Key words】DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing);CWDM (Coarse WavelengthDivisionMultiplexing);APR process and IP over WDM
1. 引言
30多年来光纤通信飞速发展,光纤通信新技术层出不穷,前两年作为新技术的光放大器、密集波分复用技术等,目前已经大量投入使用,使光纤通信逐步进入了以光孤子为标志的第五代广播通信系统,并开始进入全光通信的阶段。 “掺铒光纤放大器(EDFA)+波分复用(WDM)+非零色散光纤(NZDSF)+光电集成(OEIC)”正成为国际上光纤通信的主要发展方向。
虽然WDM技术问世时间不长,但由于具有许多显著的优点和表现出强大的生命力,从而得到迅速推广应用,并向全光网络的方向发展。而当前光纤通信原理发面的书籍很少系统的讨论波分复用技术(WDM)及其在全光网络中的应用问题。为方便通信学者的阅读及系统的了解当今波分复用技术的发展与应用,本论文选择波分复用技术作为讨论主题。
2. 光纤通信的简介
2.1 什么是光纤通信。
近代通信技术分为电通信和光通信两类。光通信技术就是当代通信技术发展的最新成就,已成为现代通信的基石。目前广泛使用的光通信方式是利用光导纤维传输光波信号的通信方式。这种通信方式称为光纤通信。
2.2 光纤通信的发展历史和展望。
(1)光纤通信系统从小容量、中容量朝大容量或超大容量方向发展。
(2)光纤通信系统从多模光纤向单模光纤及单模单偏振光纤即保偏光纤方向发展。
(3)光纤通信系统的中继距离越来越长。
(4)光纤通信系统向波分复用系统、相干光通信、全光通信、孤子光通信、网络通信方向发展。
2.3 光纤通信的基本组成。
目前使用的光纤通信系统,普遍采用的是数字编码、强度调制——直接检波通信系统。这种系统的示意方框图如图1所示。
3. 光端机
3.1 波分复用/解复用器
3.1.1 波分复用/解复用器的分类。
(1)光栅型;
(2)波导阵列光栅型;
(3)光纤光栅。
3.1.2 波分復用/解复用器的特性
3.1.2.1 解复用器。
以光信号波长为函数的解复用器的主要光学特性有以下几点。
(1)中心波长(或通带) λ1、 λ2… λn+1;
(2)中心波长工作范围 △λ1、 △λ2
(3)中心波长对应的最小插入损耗 L1 P01
L1=-101g P1P01(1)
式中: P1代表波长λ1为 P01的光束在输出端的光功率; λ1分别代表波长为 的光束在输入端合路信号中的光功率。
图1 光纤通信系统的基本构成
3.1.2.2 复用器。
以光信号波长为函数的复用器的光学特性,可用于给定的输入端口(1#至N#端口为输入端口,0#端口为输出端口)。
3.1.3 光发送机
3.1.3.1 光发送机构成。
一般地,光发送机主要由光源、驱动电路及辅助电路等构成。
3.1.3.2 光发送机的主要指标。
(1)平均发送光功率及其稳定度。
(2)消光比。
消光比定义为最大平均发送光功率与最小平均发送光功率之比,通常用符号EX表示。若用相对值表示,则为
EX=101g最大平均发送光功率最小平均发送光功率(2)
3.1.2 光接收机。
3.1.2.1 光接收机指标。
(1)光接收机灵敏度。
(2)光接收机动态范围。
3.2 光接收机的灵敏度。光接收机的灵敏度极限也称为理想光接收机的灵敏度。
影响光接收机灵敏度的主要因素:输入和输出信号波形、非理想均衡滤波、直流光和背景光、判决阈值。
4. 光波分复用技术(WDM)
4.1 DWDM技术简介
4.1.1 DWDM对光纤性能的要求。
DWDM是密集的多波长光信道复用技术,光纤的非线性效应是影响WDM传输系统性能的主要因素。
4.1.2 DWDM系统中的光源。密集波分复用系统中的光源应具有以下4点要求:
(1)波长范围很宽;
(2)尽可能多的信道数;
(3)每信道波长的光谱宽度应尽可能窄;
(4)各信道波长及其间隔应高度稳定。
4.1.3 实现DWDM的关键技术和设备。
实现光波分复用和传输的设备种类很多,各个功能模块都有多种实现方法,具体采用何种设备应根据现场条件和系统性能的侧重点来决定。总体上,在DWDM系统当中有光发送/接收器、波分复用器、光放大器、光监控信道和光纤五个模块。
4.1.4 DWDM应用。
DWDM既可用于陆地与海底干线,也可用于市内通信网,还可用于全光通信网。
图2 APR进程基本原理
4.2 CWDM技术简介。
4.2.1 CWDM系统的关键技术与模块。
(1)新型光纤技术。光纤具有丰富的频带资源和优异的传输性能,是通信网络理想的传输媒质。
(2)光收发模块。光收发模块是光通信系统的主要部件。目前常见的光收发模块有分立的光发射模块、光接收模块和光收发一体模块三种。
(3)复用器/解复用器(MUX/DEMUX)。复用器/解复用器是波分复用光传输系统的关键器件。MUX/DEMUX的重要性能指标包括中心波长、插入损耗、信道隔离度和通带宽度等。
4.2.2 CWDM的优势。
(1)CWDM的硬件成本低。
(2)CWDM结构简单。
(3)CWDM的功耗低。
(4)CWDM器件的物理尺寸更小。
(5)CWDM对传输介质要求较低。
4.2.3CWDM系统的应用。
新型城域网建设引进CWDM系统将带来许多优势。首先,CWDM技术具有传统TDM技术无法比拟的灵活性,更适应高速数据业务的发展。其次,CWDM系统能够节省光纤资源,并根据网络业务的具体发展情况实现平滑升级。再次,CWDM系统对各种协议和速率透明,允许运营商以波长为基础提供不同的业务。CWDM技术还能应用于无源光网络PON系统。
4.3 波分复用系统(WDM)光安全进程技术要求。
4.3.1 APR 进程。
光缆切断、设备失效或光连接器拔出等均会导致光功率丢失,出于对人眼安全的考虑,在主光通道的一个光段内光功率丢失的情况下,需要系统实施APR、ALS进程。
4.3.2 APR进程的基本原理。
APR进程的基本原理如图2所示:
在受影响的OTS内,所有光输出端处的功率应在3秒之内(OTS中断时刻起)减成危险等级为+10dBm以下。
APR不排除在受影响的OMS段内对其它放大器的二次动作,也不排除OMS外正在工作的设备,如SDH单波长设备的关断。然而这不能干扰受影响的OTS的安全程序。
4.3.3 波分复用技术在无源光网络中的应用。
光纤接入网可分为无源接入和有源接入两种,中无源光网络(PON)是一种极具吸引力的接入方式,其主要特点是:低成本——显著减少光纤、光收发模块、中心局终端的数量;整个光传输通道为光纤和无源光器件,可有效避免电磁干扰和雷电影响,提高了系统的可靠性;基于无源光网络(PON)技术的接入方案将成为宽带光接入的首选技术。
5. 结 论
随着通信技术的不断发展,光纤通信逐步进入以光孤子为标志的第五代光波通信,实现全光网络指日可待。其高速率和大容量的特点大大促进了社会的发展,随着信息化程度的日新月异,对通信速率、通信距离、通信容量的要求也越来越强烈。
波分复用技术(WDM)的大容量传输、对业务的透明性、网络扩容不需要敷设更多的光纤和使用高速的网络部件、组网灵活性好等特点不但满足了现在通信的需求,也适应未来通信技术的发展。波分复用技术的实用化推进了全光网络的研究和发展,所以对波分复用(WDM)技术的研究非常必要。
参考文献
[1] 袁国梁编著. 光纤通信原理. 北京:清华大学出版社 2004
[2] 李履信,沈建华编著. 光纤通信系统. 北京:机械工业出版社 2003
[3] 邓大棚等编著.光纤通信原理. 北京:人民邮电出版社 2003
[4] 张宝富,崔敏,王海潼编著. 光纤通信. 西安:西安电子科技出版社 2004
[5] 高炜烈,张金菊编. 光纤通信. 北京:人民邮电出版社 1999
[6] 庞沁华,续大我,吴伟陵. 通信原理. 北京:北京邮电大学出版社 2002
[7] 雷肇棣编著. 光纤通信基础. 成都:电子科技大学出版社 1997
[8] 孫学康,毛京丽编. SDH技术. 北京:人民邮电出版社 2002
[9] 《国际广电与显示》光电器件专栏-2002.6信息时代的半导体光器件
[10] 毛幼菊. 光波分复用通信技术. 北京:人民邮电出版社 1996
[11] 纪越峰编著. 光波分复系统(修订版). 北京:北京邮电大学出版社 2001
[12] 张劲松编著. 光波分复用技术. 北京:北京邮电出版社
[文章编号]1006-7619(2010)09-28-882