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光纤通信课程论文论文题目：光纤通信中的波分复用技术姓名： 班级： 学号： 指导老师： 光纤通信中的波分复用技术摘要 本文首先对光纤通信的发展做了简要介绍，然后重点论述了光的波分复用技术,分别介绍了波分复用的基本概念和原理，波分复用技术的主要特点,然后指出制约波分复用系统发展的因素并讨论了波分复用光传输系统中的关键技术。关键字 波分复用（WDM），信号传输，光纤通信引言 波分复用是光纤通信中的一种传输技术，它利用了一根光纤可以同时传输多个不同波长的光载波的特点，把光纤可能应用的波长范围划分成若干个波段，每个波段作一个独立的通道传输一种预定波长的光信号。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。一、光纤通信的发展光纤通信系统是以光为载波，利用纯度极高的玻璃拉制成极细的光导纤维作为传输媒介，通过光电变换，用光来传输信息的通信系统。随着国际互联网业务和通信业的飞速发展，信息化给世界生产力和人类社会的发展带来了极大的推动。光纤通信作为信息化的主要技术支柱之一，必将成为21世纪最重要的战略性产业。1970年美国康宁玻璃公司研制出损耗为20dBkm的低损耗石英光纤，证明光纤作为通信的传输媒介是大有希望的。同年，美国贝尔实验室实现了铝镓砷(GaAlAs)异质结半导体激光器在室温下连续工作，为光纤通信提高了理想的光源。这两项研究成果，奠定了光纤通信的发展基础。20世纪80年代是光纤通信大发展阶段。在这个时期，光纤通信迅速由0.8nm波段转向13m波段，由多模光纤转向单模光纤。通过理论分析和实践，在13m和155m波段分别实现了损耗为05dB/km和0.2dB/km的低损耗光纤传输。同时，石英光纤在1.31m波段时色度色散为零，促使131m波段单模光纤通信系统迅速发展。20世纪90年代，波分复用(WDM)技术的诞生。在此之前1986年，英国南普敦大学在光纤基质中加入铒类子作为激光工作物质，用氩离子激光器作为泵浦源，制作出了能对155m的光信号进行直接放大的掺铒光纤放大器(EDFA)。这一发明克服了光信号在传输过程中使用光一电和电一光中继器带来的“瓶颈”限制。波分复用(WDM)+EDFA系统解决了光电子、微电子对传输设备的“瓶颈制约。光纤通信的迅速发展与光纤通信的优越性是分不开的。光纤通信的主要优点有：传输损耗低，传输距离长；频带宽，通信容量大；抗干扰能力强，适合应用于有强电干扰和电磁辐射的环境中，保密性好：尺寸小，重量轻，有利于敷设和运输；造光纤的主要原料是Si02，它是地球上蕴藏量最丰富的物质，经济性好。近年来，随着光纤通信技术的快速发展和光缆、元器件技术不断取得突破以及价格的逐年下降，传统的光纤通信网正在向下一代全光通信网快速演进，由高速骨干网向城域网和接入网延伸，由点到点的链路系统向交叉连接的传送网系统和面向业务的自动交换光网络发展。在新的发展阶段，高速大容量光纤传输系统的出现不仅增加了业务传输容量，而且为各种各样的新业务提供了实现的可能。而更大的带宽又可让运营商更加灵活有效地提供服务。所以，必须不断提高光纤通信系统的传输容量来满足信息传送量快速增长的需要。二波分复用技术的基本概念与原理所谓波分复用（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。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-T G.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。图1-2 DWDM系统的频谱分布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。 图1-3 双纤单向传输的WDM系统 图1-4 单纤双向传输的WDM系统 图1-5 光分/插传输三波分复用光传输系统中的关键技术带宽需求对通信提出了很高的要求，使得光通信向更高速率更远距离发展。而光纤通信系统在传输容量和速度方面得到增加的同时，光纤群速度色散、非线性效应等问题日益突出，成为影响光纤传输性能的主要因素。目前光纤通信系统中普遍采用波分复用(WDM)技术+掺铒光纤放大器(EDFA)的方式来提高系统的容量和传输距离，光纤的入纤功率会引出非线性效应，并且色散补偿光纤的纤芯较细也容易产生非线性效应。而光纤非线性效应和光纤的群速度色散(GVD)相互作用将制约光纤传输系统的性能，而且非线性效应具有累积性。面临着这些挑战，需要综合采用各种先进的技术来克服。(1)拉曼放大器技术 在WDM长距离传输系统中，拉曼放大器技术是非常受瞩目的光传输技术，它可以放大EDFA所不能放大的波段，并且利用普通的传输光纤就能实现分布式放大，从而大大提高系统的光信噪比(OSNR)。对于WDM长距离传输系统来说利用拉曼放大器提高系统的OSNR、增加系统跨距长度、提高WDM系统的通路以及抑制光纤非线性效应是主要目的。(2)色散补偿技术 在10Gbit/s及以上的高速长距离传输系统中，必须考虑色散补偿问题。由于光纤在信号波长处的色散不为零，经过长距离传输后，信号中的各个频率分量到达接收端的时延不同，导致信号产生符号间干扰，为解决该问题需要对色散进行补偿。 (3)前向纠错编码(FEC)技术 在光传输系统中采用前向纠错编码(FEC)技术，即通过在信号中加入少量的冗余信息来发现并去除传输过程中产生的误码241。其编码增益也提供了一定的系统富余量，从而降低光传输链路中线性及非线性因素对系统性能的影响。由于纠错编码只需要在收发端增加相应的编译码器，无需增加和改动线路设备，具有成本低、灵活便捷、效果明显的优势。对于有光放大器的系统，可以增加光放大器间隔，延长传输距离，提高信道速率，减小单通路光功率。(4)动态增益均衡技术 对于长距离传输系统，保证整个线路上的增益平坦是很重要的。增益均衡用于保证线路上各个波长之间的增益平坦，在主光通道的入口尽可能和各个波长之间的功率电平一致。动态增益均衡的优势在于可以增加长距离传输系统的区段数目，可以在级联50个EDFA情况下，不进行电再生中继；支持动态网络配置，在网络波长数目发生重大差异时不会对O卧汛造成损伤；由于输入光功率变化也会造成增益斜度劣化，而通过动态增益均衡，可以代替目前使用的可调光衰减器。(5)新型光调制技术 信号调制技术是WDM长距离传输系统的一项重要技术。在WDM系统中每根光纤可利用的带宽和可达到的谱频率决定着光纤总容量，而先进的信号调制格式可以提高系统的OSNR，对提升光传输系统的传输距离有很大益处。四、结论：采用光的波分复用技术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；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；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