第第 66章　波分复用章　波分复用

6.1 波分复用的基本概念6.2 波分复用技术6.3 波分复用系统6.4 基于WDM的光传送网

6.1 波分复用的基本概念

• 光纤通信复用技术主要分为：光波复用和光信号复用两大类。

• 光波复用包括波分复用 (WDM) 和空分复用(SDM) ，

• 光信号复用包括光时分复用 (OTDM) 和光频分复用 (OFDM) ，此外还有光码分复用 (OCDMA) 。

1 ．光波复用

(1) 波分复用（ WDM ）• 光波分复用是指将两种或多种各自携带有大量信息的

不同波长的光载波信号，在发射端经复用器汇合，并将其耦合到同一根光纤中进行传输，在接收端通过解复用器对各种波长的光载波信号进行分离，然后由光接收机做进一步的处理，使原信号复原，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。

(2) 空分复用（ SDM ）• 空分复用就是利用空间分割，根据需要构成不同的信

道进行光复用的一种复用技术。

2 ．光信号复用

(1) 光频分复用（ OFDM ）• 当光载波之间的间隔较小时，用波长来衡量其间隔就很不

方便，所以对于波长间隔小于 1nm 的系统习惯称为 OFDM系统。

(2) 光时分复用（ OTDM ）• OTDM 是指可以将多个高速电调制信号分别转换为等速率

的光信号，然后在光层上利用超窄光脉冲进行时域复用。(3) OCDMA• 在 OCDMA 通信系统中，每个用户都拥有一个惟一的地址

码，该码是一组光正交码中的一个。

6.2 光波分复用技术

6.2.1 WDM 、 DWDM 和 CWDM

6.2.2 WDM 的特点6.2.3 WDM 与光纤6.2.4 WDM 对光源和光电检测器的要求

6.2.1 WDM 、 DWDM 和CWDM

• DWDM 和 CWDM 技术实际上它们是同一种技术，只是通道间隔不同。

• WDM 系统的通道间隔为几十纳米以上，例如最早的 1310/1550nm 两波长系统，它们之间的波长间隔达两百多纳米，这是在当时技术条件下所能实现的 WDM 系统。

• 随着技术的发展，特别是 EDFA （掺铒光纤放大器）的商用化，使 WDM 系统的应用进入了一个新的时期。

6.2.1 WDM 、 DWDM 和CWDM

• 图 6-1 WDM 系统的频谱分布图

6.2.1 WDM 、 DWDM 和CWDM

• DWDM 是密集波分复用的英文缩写。• DWDM 系统是一种波长间隔更紧密的 WDM 系

统。• 所谓密集是针对波长间隔而言的，而且 DWDM

技术其实是 WDM 技术的一种具体表现形式。• 为了满足接入网应用的要求，因而近来流行一

种称为粗波分复用的技术，即 CWDM 技术。

6.2.1 WDM 、 DWDM 和CWDM

• 图 6-2 1550nm DWDM 系统的结构图

6.2.1 WDM 、 DWDM 和CWDM

• CWDM 系统是在 1 530 ～ 1 560nm 的频谱范围内每隔 10nm 分配一个波长。

• 无论是 DWDM ，还是 CWDM ，它们的本质都是相同的，即都是建立在频谱分割基础之上的不同表述形式。

• WDM 系统中光波长区的分配问题。

6.2.2 WDM 的特点

（ 1 ） 光波分复用器结构简单、体积小、可靠性高

（ 2 ） 提高光纤的频带利用率

（ 3 ） 降低对器件的速率要求

（ 4 ） 提供透明的传送通道

（ 5 ） 可更灵活地进行光纤通信组网

（ 6 ） 存在插入损耗和串光问题

6.2.3 WDM 与光纤

• 图 6-3 WDM 与光纤特性

6.2.4 WDM 对光源和光电检测器的要求

1 ．对光源的要求

(1) 激光器的输出波长保持稳定

(2) 激光器应具有比较大的色散容纳值

(3) 采用外调制技术

2 ．对光检测器的要求• 光检测器应具有多波长检测能力。

6.2.4 WDM 对光源和光电检测器的要求

• 图 6-4 温度反馈控制原理示意图

6.2.4 WDM 对光源和光电检测器的要求

• 图 6-5 波长反馈控制原理示意图

6.3 波分复用系统

6.3.1 波分复用系统结构6.3.2 WDM 系统的基本应用形式6.3.3 WDM 系统中的光监控信道

6.3.1 波分复用系统结构

• 图 6-6 WDM 系统总体结构示意图（单向）

6.3.2 WDM 系统的基本应用形式

1 ．单向结构

2 ．双向结构

1 ．单向结构

• 图 6-7 单向结构 WDM 传输系统

2 ．双向结构

• 图 6-8 双向结构 WDM 传输系统

6.3.3 WDM 系统中的光监控信道

• 随着 EDFA 的商用化进程的发展，在 WDM 系统中通常使用 EDFA作为中继器，这样使无电中继距

• 离大大提高，因而在 WDM 系统中的监控内容增加了对 EDFA 的监控与管理的内容。

• 在 WDM 系统中是通过增加一个新的波长来对 EDFA的工作状态进行监控。

• 除监控线路中的 EDFA 之外， WDM 系统中的监控系统还应完成对各波道工作状态的监控。

• 监控信号所传信息包括帧同步字节、公务字节和网管所用的开销字节等。

6.4 基于 WDM 的光传送网

6.4.1 WDM 光传送网分层结构6.4.2 WDM 网络的交换形式和波长路由机制6.4.3 WDM 网络的关键设备 OADM 和 OXC

6.4.4 采用光波分复用技术的高速光纤通信线路6.4.5 WDM 网络的生存性

6.4.1 WDM 光传送网分层结构

1 ．光传送网与通信网之间的关系

2 ． WDM 光传送网分层结构

1 ．光传送网与通信网之间的关系

• 图 6-9 通信网的分层结构

2 ． WDM 光传送网分层结构

(1) 分层结构

(2) 光通道网络

① 光通道层的逻辑功能模型

② 光复用段层的逻辑功能块模型

(3) WDM 光传送网的网络单元连接模型

2 ． WDM 光传送网分层结构

• 图 6-10 WDM 光传送网的功能分层模型图

2 ． WDM 光传送网分层结构

• 图 6-11 WDM 光传送网的逻辑功能模块图

2 ． WDM 光传送网分层结构

• 图 6-12 VWP 机制的波长转换过程示意图

2 ． WDM 光传送网分层结构

• 图 6-13 WDM 光传送网的网络单元连接模型图

6.4.2 WDM 网络的交换形式和波长路由机制

1 ． WDM 网络的交换形式

2 ．波长路由机制

1 ． WDM 网络的交换形式

(1) 光路交换

(2) 分组交换

(3) 光突发交换

(4) 光分组流交换

1 ． WDM 网络的交换形式

• 图 6-14 广播式星形光网络结构示意图

1 ． WDM 网络的交换形式

• 图 6-15 光分组交换网络节点结构

1 ． WDM 网络的交换形式

• 图 6-16 光突发交换网络节点结构

1 ． WDM 网络的交换形式

• 图 6-17 光分组流交换数据包格式

2 ．波长路由机制

• 图 6-18 WDM 网络中的波长通路

6.4.3 WDM 网络的关键设备OADM 和 OXC

• WDM已经成为光纤通信的主要发展方向，因而光分插复用器 (OADM) 和光数字交叉连接器OXC 将成为光传送网中的关键器件，其性能直接对通信网络的性能构成影响。

1 ． OADM

(1) OADM 的功能• 波长上、下话路的功能。• 具有波长转换功能。• 具有光中继放大和功率平衡功能。• 提供复用段和通道保护倒换功能，支持各种自愈环。

• 具有多业务接入功能。

1 ． OADM

(2) OADM 的基本结构

① 由分波器、空间交换单元和合波器组成的OADM

② 由耦合单元、滤波单元和合波器构成的OADM

③ 电声光可调滤波器构成的 OADM

④ 由波长光栅路由器 (WGR) 构成的 OADM

1 ． OADM

• 图 6-19 OADM节点主光通道的体系结构框图

1 ． OADM

• 图 6-20 基于分波器、空间交换单元和合波器组成的 OADM

1 ． OADM

• 图 6-21 由耦合单元、滤波单元和合波器构成的OADM 结构

1 ． OADM

• 图 6-22 由电声光可调滤波器构成的 OADM 结构

1 ． OADM

• 图 6-23 由波长光栅路由器 (WGR) 构成的OADM 的结构图

2 ． OXC

(1) OXC 的功能① 与 SDH 网络中的 DXC设备的功能相比，它们在网络中的地位

和作用相同，但功能上存在下列区别。• OXC 是在光域完成交叉连接功能的，而 DXC 是在电层上进行

交叉连接。• OXC 可以对不同速率和采用任何传输格式的信号进行交叉连接操作； DXC设备针对不同传输格式和不同传输速率的信号的处理方式不同。

• DXC受电子速率的限制，交叉连接速率较低； OXC 无论在交叉连接速率、接入速率以及总容量等方面，都优于 DXC 。

• OXC 中无需进行时钟信号同步与开销处理，便于网络升级 ( 无需更换设备 ) ，而 DXC必须进行时钟信号同步与开销处理，在网络升级时必须更换设备。

2 ． OXC

(1) OXC 的功能

② OXC 的实现方式• OXC共有三种实现方式：光纤交叉连接、波长

交叉连接和波长转换交叉连接。

2 ． OXC

• 图 6-24 OXC 的实现方式

2 ． OXC

(1) OXC 的功能 ③ OXC 的主要功能

• OXC 可以在光纤和波长两个层面上为网络提供带宽管理，如动态重构光网络、提供光信道的交叉连接以及本地上、下话路操作、动态调节各个光纤中的流量分布等。

• 同时在出现继纤故障时， OXC 还能提供 1+1 光复用段保护。

2 ． OXC

(2) OXC 结构

① 基于 WDM 技术和空分复用技术的 OXC

② 基于空分技术和可调光滤波器技术的 OXC

③ 基于分送耦合开关的第一类和第二类 OXC

④ 基于平行波长的开关的 OXC

⑤ 完全基于波长交换的 OXC 结构

2 ． OXC

• 图 6-25 OXC 的一般结构

2 ． OXC

• 图 6-26 WDM 技术和空分复用技术相结合的OXC 的结构

2 ． OXC

• 图 6-27 基于空分技术和可调光滤波器技术的OXC 结构

2 ． OXC

• 图 6-28 基于分送耦合开关的 OXC 结构

2 ． OXC

• 图 6-29 基于平行波长的开关的 OXC 结构

2 ． OXC

• 图 6-30 完全基于波长交换的 OXC 结构

6.4.4 采用光波分复用技术的高速光纤通信线路

1 ．影响波分复用系统性能的因素

2 ．与 WDM 系统设计有关的几个问题

1 ．影响波分复用系统性能的因素

(1) 制作技术和成本限制

(2) 串扰影响

(3) 稳频

(4) 阻塞特性

2 ．与 WDM 系统设计有关的几个问题

（ 1 ） WDM 系统中的最小和最大光功率

① 最小光功率

② 最大光功率

（ 2 ） 信噪比、通道间隔、总通道数传输距离的影响

（ 3 ） 最大中继距离的计算

2 ．与 WDM 系统设计有关的几个问题

• 图 6-31 典型WDM 系统的结构框图

2 ．与 WDM 系统设计有关的几个问题

• 图 6-32 SNR与 EDFA级联数 K的关系

6.4.5 WDM 网络的生存性

1 ．网络生存性的概念

2 ．网络生存性策略——保护和恢复

3 ． WDM 网络保护

1 ．网络生存性的概念

• 网络的生存性是指网络在经受各种故障 ( 网络失效和设备失效 ) 后能够维持可接受业务质量的能力。

• 经常出现的网络故障包括以下几种。–设备故障–链路故障–软件故障

2 ．网络生存性策略——保护和恢复

• 为了保证网络的正常工作，必须建立一个具有快速、可靠的交叉连接机制和重选路由技术的保护倒换方案。

• 就网络生存性而言，它包含两个方面的内容：保护和恢复。

(1) 保护恢复技术分类(2) 网络生存性性能指标

2 ．网络生存性策略——保护和恢复

（ 1 ）保护恢复技术分类• 按网络中所使用的协议层次进行划分：

– IP 层恢复技术– ATM 层恢复技术– SDH 层恢复技术– 光层恢复技术

• WDM 网络的恢复方案又可分为保护倒换和利用 OXC重新选路进行业务恢复两种。

2 ．网络生存性策略——保护和恢复

(2) 网络生存性性能指标• 冗余度是指网络中总的空闲容量与总工作容量

之比。• 恢复率是指已恢复的通道数占原来失效的总通

道数的比例。• 恢复时间是与恢复率有关的指标，它是指在以

一定恢复率为目标的情况下，恢复网络所需要的时间。

3 ． WDM 网络保护

(1) WDM 系统线路保护方式① 基于单个波长的、在 SDH 层上实现的 1+1 或

1 n∶ 保护② 光复用段保护 (OMSP)(2) WDM环网的保护

①WDM环形网络的分类② 两纤环(3) 网状网的 OXC保护

3 ． WDM 网络保护

• 图 6-33 采用分路器和光开光复用段保护(OMSP)

3 ． WDM 网络保护

• 图 6-34 两纤单向配置环

3 ． WDM 网络保护

• 图 6-35 两纤双向配置环 ( 集中波长产生 )

3 ． WDM 网络保护

• 图 6-36 OXC节点的保护示意图