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DWDM毕业论文

摘 要

本文从密集波分复用（ＤＷＤＭ）技术的概念入手，介绍光放大技术、功率均衡技术、光合波与分波技术,光纤技术，克服色散技术，节点技术，网络管理技术。
增益均衡用的光纤光栅是一种长周期光纤光栅。其光栅周期一般为数百微米。其损耗峰值波长和半功率点宽度可以由紫外光照射量或光栅长度来控制。因此，通过多个长周期光栅组合，可以构成具有与EDFA增益波长特性相反的增益均衡器。使用该技术，在1528nm到1568nm的40nm带宽内，可以实现增益偏差在5%以内的带宽增益平坦的EDFA。
光纤技术
　　这里所说的“光纤技术”是指在进一步研究掺铒光纤特性的基础上，通过改变光纤材料或者利用不同光纤的组合来改变掺铒光纤的特性，从而改善掺铒光纤放大器（EDFA）的增益特性。光纤技术除了改善增益特性外，还可改善EDFA的噪声特性和扩宽增益带宽。
　　（1） 掺铝的EDF，是在光纤中除了掺铒外还掺入一定的铝，改变玻璃的组成成份，迫使铒的放大能级分布改变，加宽可放大的频率范围。普通的以硅光纤为基础的掺铒光纤放大器EDFA的增益平坦区很窄，仅在1549nm至1561nm之间，大约12nm的范围，通过掺铝，可以将平坦区的范围扩展为1540nm到1560nm。
　　（2）氟化物EDF，是在EDF中掺入一定比例的氟化物，使用这种光纤制作的光放大器，可以将增益的平坦区的波段扩展到1530～1560nm，在这30nm的区域内，增益的平坦度达到1．5dB。
　　（3）掺铒碲化物光纤，是在EDF中掺入一定比例的碲化物。使用这种光纤制作的光放大器，可放大的频带特别宽，而且与石英系光纤的其他掺铒光放大器相比，频带向长波长一侧移动。
　　（4）掺钇EDF，是在掺铒光纤中加入一定比例的钇（Y），由于钇（Y）可以作为铒的激活剂，以工作792nm附近的光源作为泵浦源，制成铒/钇光纤放大器在1544nm到1561nm波段的17nm带宽内，可以获得0．5dB以内的增益平坦度，输出功率大于+26dBm，噪声系数小于5dB。
　　（5）混合型EDFA，是使用不同掺杂材料的光纤进行组合，制作混合型EDFA。这种组合方式，不仅可以提高设计的自由度，而且还可以使增益平坦度、噪声特性、放大效率均达到最佳。
在DWDM光传送网络中，应根据系统使用的信道数、系统的要求来选择使用不同种类的光放大器，要求越高性能越好的EDFA成本也越高。一般对于8个信道600km长度的DWDM系统，使用掺铝EDFA的较多。
克服色散的技术
在1550nm波长附近，G．652光纤的色散典型值为17ps/nm·km。当光纤的衰减问题得到解决以后，色散受限就变成了决定系统传输距离的一个主要问题。DA技术即色散容纳技术，就是通过一些技术手段减少或消除色散的影响。一般来说，主要使用以下的几种解决方法。
压缩光源的谱线宽度
　　光源的谱线越宽，光纤色散对光脉冲的展宽越大。因此通过选用频率啁啾系数小的激光器，可以减少传输线路色散的影响。频率啁啾是单纵模激光器才有的系统损伤。减少光源啁啾系数的一个有效的方法是，减少外调制的激光器，它是由一个恒定光源和一个光调制器构成的，通过使用恒定光源，避免了直接调制时激励电流的变化，从而减少了光源发出光波长的偏移，达到降低频率啁啾系数的目的。
　　目前在WDM系统中，几乎所有的光源使用的均为外调制激光器，可以在不采用其他色散调节技术的情况下，在G．652光纤上开通2．5Gbit/s系统无再生中继传输600km以上。
色散补偿光纤的运用
　　色散补偿光纤（DCF）是一种特制光纤，其色度色散为负值，恰好与G．652光纤相反，可以抵消G．652常规光纤色散的影响。通常这类光纤的典型色散系数为－90ps/（nm·km），因而DCF只需在总线路长度上占G．652光纤的长度的1/5，即可使总链路色散值接近于零。通常认为采用DCF来进行色散补偿是一种十分简单易行的无源补偿方法，特别是对于波分复用系统，其成本可以由多个波长的系统分担，更显其优越性。
　　3．选用新型的光纤
由于G．652光纤出现的比较早，铺设的较多，因此WDM技术比较多地考虑如何利用该光纤扩容的技术。现在新布放的光纤多为更加适合于WDM光传输的G．655光纤或大有效面积（LEAF）光纤。G．655光纤的零色散点在1550nm窗口中间，使该窗口的色散系数和衰减系数均更加适合于DWDM技术的应用。
光合波与分波技术
　　光合波与分波器在超高速、大容量波分复用系统中起着关键作用，其性能的优劣对系统的传输质量有决定性影响。合波与分波器性能指标主要插入损耗和串扰，WDM系统对其要求是：
　　（1）损耗及其偏差小；（2）信道间的串扰小；（3）低的偏差相关性。
DWDM系统中常用的光合波分波器主要有介质薄膜干涉型、释放光栅型、星型耦合器及光照射光栅、阵列波导光栅等。
节点技术
　　WDM光传送网中的节点分为光交叉连接（OXC）节点、光分插（OADM）节点和混合节点（同时具有OXC和OADM功能的节点）。
　　OXC节点的功能类似于SDH网络中的数字交叉连接设备（DXC），只不过是以光波信号为操作对象在光域上实现的，无需进行光电/电光转换和电信号处理。OXC主要由交叉连接矩阵、波长转换接口以及管理控制单元等模块组成。
　　OXC在未来的全光通信网络中，起着十分重要的作用，甚至可以说，它是真正意义的网络节点。当光缆中断或节点失效时，OXC能自动完成故障隔离、重选路由、重新配置网络节点。当业务发展需要对网络结构进行调整时，OXC可以简单迅速地完成网络的调度和升级。
　　同样地，OADM节点的功能类似于SDH网络中的数字分插复用设备（ADM），它可以直接以光波信号为操作对象，利用光波分复用技术在光域上实现波长信道的上下。
网络管理技术
　　1．网络及其各组成系统的电气特性的监测，包括对光信号功率变化与波长的稳准度、系统噪声与非线形效应、系统的传输色散与衰减、系统各单元部件的接口状态等的监测，还包括对网络的部件单元工作状态的控制等。
　　2．网络的故障监测与保护自愈管理，包括局部或全局的故障诊断和故障节点或路由隔离、自适应时保护倒换和网络自愈、重构的实现控制等。
　　3．网络传输结构管理，包括波长路由管理、波长变换的控制管理等，这是光域内实现网络无阻塞连接和重构的关键。
关键词：密集波分复用    关键技术 光放大技术 功率均衡技术 光合波与分波技术 节点技术 铁路    工程设计

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目 录

第一章 前言．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1
第二章　DWDM．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．５
　　　　2.1ＤＷＤＭ系统的分类
　　　　2.2ＤＷＤＭ特点
　　　　2.3ＤＷＤＭ的好处
　　　 2.4ＤＷＤＭ的相关设备
　　　　2.5ＤＷＤＭ的原理
第三章 铁路DWDM的关键技术．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１５
3.1光放大技术
3.2功率均衡技术
 　　　3.3光合波与分波技术
3.4节点技术
3.5光纤技术
3.6克服色散技术
3.7网络管理技术
第四章 铁路DWDM系统设计的主要考虑因素 ２１
4.1设备选择
4.1.1 光纤
4.1.2 终端设备
4.1.3 DWDM设备
4.2 DWDM系统的网络结构
4.3光纤段跨距和衰减
4.4 光接收信噪比
第五章 京九铁路DWDM系统的设计 ２７
5.1铁路DWDM系统的构成
5.2各项指标的计算分析
5.2.1 色散
5.2.2 衰耗
5.2.3 光信噪比(OSNR)的计算
第六章 结论 ２９
参考文献 ３３

第一章 前 言
在通信事业飞速发展的今天,各种新型的电信业务,如个人通信业务、商业数据、Cable-TV、视频点播及日益壮大的网络,对传输容量的需求与日俱增。在不久的将来,话音与数据的比例会从1:0.4变为1:20,这需要数倍甚至数十倍地增加系统容量。面对这一需求,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上百倍的DWDM技术应运而生,它解决了传输宽带紧张这一“瓶颈”问题,成为当今电信网发展的新热点。
所谓ＷＤＭ技术就是为了充分利用单模光纤低损耗区带来的巨大带宽资源，根据每一信道光波的频率（或波长）不同将光纤的低损耗窗口划分成若干个信道，把光波作为信号的载波，在发送端采用波分复用器（合波器）将不同特定波长的信号光载波合并起来送入一根光纤进行传输，在接收端，再由一波分复用器（分波器）将这些不同波长承载不同信号的光载波分开的复用方式。由于不同波长的光载波信号可以看作互相独立（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。为了区别于传统的ＷＤＭ系统，人们称波长间隔更紧密的ＷＤＭ系统为密集波分复用系统（ＤＷＤＭ）。目前，ＤＷＤＭ技术已成为通信网络带宽高速增长的最佳解决方案，今后无论是广域网、城域网还是接入网，都将以ＤＷＤＭ系统为传输平台，基于ＤＷＤＭ的光传送网将构成整个通信网的基础物理层，因此了解和掌握ＤＷＤＭ技术，把它更好地应用到传输网络的建设中就变得更为迫切。
DWDM技术是利用单模光纤的带宽以及低损耗的特性，采用多个波长作为载波，允许各载波信道在光纤内同时传输。与通用的单信道系统相比，DWDM不仅极大地提高了网络系统的通信容量，充分利用了光纤的带宽，而且它具有扩容简单和性能
可靠等诸多优点，特别是它可以直接接人多种业务。通常把光信道间隔较大的复用称为光波分复用(WDM)，再把在同一窗口中信道问隔较小的复用称为密集波分复用(DWDM)。随着科技的进步，现代的技术甚至可以实现波长间隔为零点几个纳米级的复用，因此把波长间隔较小的8个波、16个波、32乃至更多个波长的复用称为DwDM。发送端的光发射机发出波长不同而精度和稳定度满足一定要求的光信号，经过光波长复用器复用在一起送入掺铒光纤功率放大器(掺铒光纤放大器主要用来弥补合波器引起的功率损失和提高光信号的发送功率)，再将放大后的多路光信号送入光纤传输，中间可以根据情况决定有或没有光线路放大器，到达接收端经光前置放大器(主要用于提高接收灵敏度，以便延长传输距离)放大以后，送入光波长分波器分解出原来的各路光信号。
DWDM 原理概述
　　DWDM 技术是利用单模光纤的带宽以及低损耗的特性，采用多个波长作为载波，允许各载波信道在光纤内同时传输。
　　与通用的单信道系统相比，密集 WDM （ DWDM ）不仅极大地提高了网络系统的通信容量，充分利用了光纤的带宽，而且它具有扩容简单和性能可靠等诸多优点，特别是它可以直接接入多种业务更使得它的应用前景十分光明。
　　在模拟载波通信系统中，为了充分利用电缆的带宽资源，提高系统的传输容量，通常利用频分复用的方法。即在同一根电缆中同时传输若干个信道的信号，接收端根据各载波频率的不同利用带通滤波器滤出每一个信道的信号。
　　同样，在光纤通信系统中也可以采用光的频分复用的方法来提高系统的传输容量。事实上，这样的复用方法在光纤通信系统中是非常有效的。与模拟的载波通信系统中的频分复用不同的是，在光纤通信系统中是用光波作为信号的载波，根据每一个信道光波的频率（或波长）不同将光纤的低损耗窗口划分成若干个信道，从而在一根光纤中实现多路光信号的复用传输。
　　由于目前一些光器件（如带宽很窄的滤光器、相干光源等）还不很成熟，因此，要实现光信道非常密集的光频分复用（相干光通信技术）是很困难的，但基于目前的器件水平，已可以实现相隔光信道的频分复用。人们通常把光信道间隔较大（甚至在光纤不同窗口上）的复用称为光波分复用（ WDM ），再把在同一窗口中信道间隔较小的 DWDM 称为密集波分复用（ DWDM ）。 随着科技的进步，现代的技术已经能够实现波长间隔为纳米级的复用，甚至可以实现波长间隔为零点几个纳米级的复用，只是在器件的技术要求上更加严格而已，因此把波长间隔较小的 8 个波、 16 个波、 32 乃至更多个波长的复用称为 粗波分复用（CWDM ）。
　发送端的光发射机发出波长不同而精度和稳定度满足一定要求的光信号，经过光波长复用器复用在一起送入掺铒光纤功率放大器（掺铒光纤放大器主要用来弥补合波器引起的功率损失和提高光信号的发送功率），再将放大后的多路光信号送入光纤传输，中间可以根据情况决定有或没有光线路放大器，到达接收端经光前置放大器（主要用于提高接收灵敏度，以便延长传输距离）放大以后，送入光波长分波器分解出原来的各路光信号。

第二章 DWDM

　DWDM是高密度分波多工(DenseWavelengthDivisionMultiplexing，DWDM)的简称，DWDM技术是利用单模光纤低损耗区的巨大带宽，将不同频率（波长）的光信号混合在一起进行传输，这些不同波长的光载波所承载的数字信号可以是相同速率、相同数据格式，也可以是不同速率、不同数据格式。波分复用网络扩容通过在光纤中增加新的波长通道来实现。

DWDM系统的分类
　DWDM 系统按一根光纤中传输的光通道是单向的还是双向的可以分成单纤单 向和单纤双向两种，按DWDM 系统和客户端设备之间是否有光波长转换单元 OTU 分成开放式和集成式两种。
　　1 单纤单向DWDM
　　如图1所示，一根光纤只完成一个方向光信号的传输，反向光信号的传输由 另一根光纤来完成。因此，同一波长在两个方向上可以重复利用。

　　 图1单纤单向传输的DWDM 系统

　　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 扩大几十倍、几百倍直至上千倍。在长途网中，可以根据实际业务量的需要 逐步增加波长通道的数量来实现扩容，十分灵活。在不清楚实际光缆色散的 前提下，也是一种暂时避免采用超高速TDM 系统而利用多个2.5Gbit/s 系统 实现超大容量传输的手段。
　　2 单纤双向DWDM
　　如图2所示，在一根光纤中实现两个方向光信号的同时传输，两个方向光信 号应安排在不同波长上。

图2 单纤双向传输的DWDM 系统

　　单纤双向传输允许单根光纤携带全双工通道，通常可以比单向传输节约一半 的光纤器件。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 产物比单纤单向传输少很多。缺点是该系统需要采用特殊的 措施来对付光反射（包括由于光接头引起的离散反射和光纤本身的瑞利散 射），以防多径干扰；当需要将光信号放大以延长传输距离时，必须采用双 向光纤放大器，但其噪声系数稍差。
　　3 开放式DWDM
　　开放式DWDM 系统的特点是对复用终端光接口没有特别的要求，只要这些接 口符合ITU-T G.957/G.691 建议的光接口标准。DWDM 系统采用波长转换技 术，将复用终端的光信号转换成指定的波长，不同终端设备的光信号转换成 不同的符合ITU-T G.692 建议的波长，然后进行合波。
　　4 集成式DWDM
集成式DWDM 系统不采用波长转换技术，它要求复用终端光信号的波长符合 DWDM 系统的规范，不同的复用终端设备接入DWDM 系统的不同波长通道， 从而在复用器中完成合波。 根据工程的需要可以选用不同的应用形式。在实际应用中，开放式DWDM 和 集成式DWDM 可以混合使用。

DWDM特点
1. 超大容量
　　目前使用的普通光纤可传输的带宽是很宽的，但其利用率还很低。使用DWDM 技术可以使一根光纤的传输容量比单波长传输容量增加几倍、几十倍乃至几 百倍，因此也节省了光纤资源。
2. 数据透明传输
由于DWDM 系统按不同的光波长进行复用和解复用，而与信号的速率和电调 制方式无关，即对数据是“透明”的。因此可以传输特性完全不同的信号， 完成各种电信号的综合和分离，包括数字信号和模拟信号的综合和分离。
3. 系统升级时能最大限度地保护已有投资
在网络扩充和发展中，无需对光缆线路进行改造，只需升级光发射机和光接 收机即可实现，是理想的扩容手段，也是引入宽带业务的方便手段。
4. 高度的组网经济性和可靠性
利用DWDM技术构成的新型通信网络比用传统的电时分复用技术组成的网络 要大大简化，而且网络层次分明，各种业务的调度只需调整相应光信号的波 长即可实现。由于网络结构简化、层次分明以及业务调度方便，由此而带来 网络的经济性和可靠性是显而易见的。
5. 可构成全光网络
可以预见，在未来可望实现的全光网络中，各种电信业务的上下、交叉连接 等都是在光层上通过对光信号波长的改变和调整来实现的。因此，DWDM 技 术将是实现全光网的关键技术之一，而且DWDM系统能与未来的全光网兼容， 将来可能会在已经建成的DWDM 网络的基础上实现透明的、具有高度生存性 的全光网络。

DWDM的好处
1.电网路演进至光网路
　DWDM技术奠定了由电网路演进至光网路之基础，传统的电网路(Electronic Networking)无法直接在光层(Optical Layer)进行多工(multiplexing)、切换(switching)、或路由改接(routing)等动作，在网路节点需使用光电转换设备将光信号转换为电信号再将电信号转回光信号，如此一来总体传输速率会因使用光电转换设备而受到限制，无法将光纤与生俱来无限频宽的潜力好好发挥。以DWDM为机制之光网路可直接在光层作信号之运作来解决上述问题，因此克服了传统传输瓶颈而带来了”Virtualfibre”的观念，将既有光纤作最有效率的利用。
2.网路多样化的服务
　　DWDM和传送速率(BiteRate)及规约(Protocols)无关，也就是说可提供和服务形式完全无关的传送网路，例如:一个对传送速率及规约完全透通(Transparent)的DWDM网路可和ATM、IP、SDH等信号介接，提供网路多样化的服务。
3.降低成本、提升服务品质
　　由于在光层进行信号的指配或调度，相较于传统上在电层的频宽调度来的更简单而有效率，可减少费用支出。另外在网路上光纤被切断(cablecut)或光信号故障时，可在光层进行信号保护切换或网路路由回复(Restoration)的动作，相对于传统上在电层作回复的动作其切换时间较短，使网路之可用度(availability)提高而改善服务品质。
4.提升传输距离及增加网路容量
　　高速之STM-64TDM(TimeDivisionMultiplexing)传输上的最大问题在于光纤的分散(Dispersion)现象严重，对于传送之光信号会产生劣化效应，因此，若不使用电子式再生器或其他补偿技巧，理论上STM-64信号可在G.652光纤内传送约60公里。若以8个波长的DWDM技术传送，每个波长为2.5Gb/s之信号，其传输容量可为20Gb/s，其传输距离可达600公里以上而不需电子式再生器，而需要光放大器。
STM-64的多工对于支流信号(Tributary)的频率与格式，通常都有一定的限制，而DWDM的多工几乎完全不设限，PDH、ATM、SDH、及IP等任何信号格式皆可输入，增加网路传输之弹性。若未来光塞取多工机(OpticalAdd-DropMultiplexer,OADM)及光交接机(OpticalCross-Connect,OXC)的问世，可直接以光波长为交接单位，免除O/E/O的转换步骤，可提升网路调度的效率。在解决与日俱增的用户频宽需求及提升网路容量之方案中，DWDM在技术上提供了不同之选择。

DWDM相关设备
　目前DWDM的相关设备有下列几种：
　(1)光放大器，(2)DWDM终端机，(3)光塞取多工机，(4)光交接机。
　将DWDM相关设备之主要功能叙述如下：
　　（1）光放大器
　　具有光信号格式与位元速率之透通性，运作于1550nm区域有相当高之增益、高光输出功率及低杂讯指数，光放大器依据不同应用有下列三种：
　　光功率放大器 (BoosterAmplifier,BA)
　　光前置放大器(Pre-Amplifier,PA)
　　光线路放大器(LineAmplifier,LA)
　　目前应用于多波长DWDM系统之光放大器大部分是掺铒光纤放大器(Erbium-DopedFiberAmplifier,EDFA)其主要组成包含一段掺铒光纤、帮浦雷射(PumpLaser)及DWDM组件(用来混合传输光信号及帮浦光输出)。EDFA直接放大1550nm区域无需使用电子式再生器，可在相当大之波长范围内提供平坦增益，亦即单一EDFA能同时提供多个波长通路之增益,已取代大部分之再生器应用，成为长途光纤网路之构成部分。
　　（2）DWDM终端机
　　DWDM终端机配合光放大器可应用于光传输网路,在传送端可接受多个波长之光信号输入，并转换成符合ITU-TG.692固定波长之光信号，经多工混合、光放大后传至光传送网路，在接收端可接收来自光传送网路之信号，经光前置放大、解多工、及光滤波器后输出。
　　DWDM终端机有下列两种型式：
　　a.开放式系统(Open System)：通常称为转频式(transponder-based)DWDM，在SDH及DWDM设备间有转频器，可介接不同厂家的SDH设备。
　　b.整合式系统(Integrated System )：通常称为被动式( passived )DWDM，SDH设备已具有ITU-TG.692之介面功能。
开放式系统和整合式系统之优缺点之比较如表所示

　　表1开放式系统和整合式系统之比较
　　开放式系统和整合式系统之比较
　　（3）光塞取多工机(OpticalAdd-DropMultiplexer,OADM)
　　ＸＸ光塞取多工机(OpticalAdd-DropMultiplexer,OADM)，可以在一个光传输网路之中间站塞入或取出个别的波长通道。一般而言，它是置于两个DWDM终端机之间来代替某一光放大器，目前大部份厂家已研制出固定型光塞取多工机，它对于要塞入或取出的波道必须事先设定，至于另一种称为可任意设定之光塞取多工机，则可藉由外部指令对于要塞入或取出的波道作任意的指配。
　　(4)光交接机(OpticalCross-Connect,OXC)
　　在电信网路中使用于DWDM波长愈来愈多时，对于这些波道须作弹性之调度或路由之改接，此时必须藉由光交接机，来完成此项功能，通常它可置于网路上重要的汇接点，在其输入端可接收不同波长信号，经由光交接机将它们指配到任一输出端，光交接机在连接至DWDM光纤时有以下三种切换方式：
　　a.光纤切换(Fiberswitching)：可连接任一输入光纤到任一输出光纤，但不会改变光纤内之波长。
　　b.波长切换(Wavelengthswitching)：同一输入光纤内之多个波长，可分别交接至不同输出光纤，较有弹性。
　　c.波长转换(Wavelengthconversion)：不同输入光纤内之相同波长，经转换后可以不同波长汇入同一输出光纤。
　　光交接机可提供下列几种应用:
　　(1)路由回复
　　在光纤被切断(CableCut)或话务雍塞时，对于网路上正在运作的波道可提供自动保护切换功能，尤其对于与日俱增的数据话务(如IP/WDM)将益形重要，因为IP/WDM它没有在SDH这层作保护。
　　(2)波长管理
　　在网路中对于DWDM系统中之多种波长可作任意交接或指配，例如:可将部份波长租给特定客户或其它的网路业者。
　　(3)话务之调度和集中
可将类别相同之话务集中一起送至某指定目的地，或将多路只有部份装满之话务务集中一起传送，以提高光纤之利用率，让网路调度更有弹性及效率。

DWDM原理
· 　　DWDM技术利用单模光纤低损耗区的巨大带宽，将不同频率（波长）的光 信号混合在一起进行传输，这些不同波长的光载波所承载的数字信号可以是 相同速率、相同数据格式，也可以是不同速率、不同数据格式。波分复用网 络扩容通过在光纤中增加新的波长通道来实现。 由于目前一些光器件（如带宽很窄的滤光器、相干光源等）还不很成熟，因 此，要实现光通道非常密集的光频分复用是很困难的，但基于目前的器件水 平，已可以实现分离光通道的波分复用。人们通常把光通道间隔较大（甚至 在光纤不同窗口上）的复用称为光波分复用（WDM），再把在同一窗口中通 道间隔较小的WDM 称为密集波分复用（DWDM）。
　　随着科技的进步，现代 的技术已经能够实现波长间隔为纳米级的复用，甚至可以实现波长间隔为零 点几个纳米级的复用，只是在器件的技术要求上更加严格而已。 与通用的单通道系统相比，DWDM 技术不仅极大地提高了网络系统的通信容 量，充分利用了光纤的带宽，而且它具有扩容简单和性能可靠等诸多优点， 特别是它可以直接接入多种业务的特点更使得它的应用前景一片光明。 DWDM 系统的构成及光谱示意图如图所示。发送端的光发射机发出波长 不同而精度和稳定度满足一定要求的多路光信号，经过光波分复用器复用在 一起送入掺铒光纤功率放大器（掺铒光纤功率放大器主要用来补偿波分复用 器引起的功率损失，提高光信号的发送功率），再将放大后的多路光信号送 入光纤传输，中间可以根据实际情况选用光线路放大器，到达接收端经光前 置放大器（主要用于提高接收灵敏度）放大以后，送入光波分解复用器分解 出原来的各路光信号。
图DWDM 系统的构成及频谱示意图

第三章 铁路DWDM的关键技术

 ＤＷＤＭ技术与ＳＤＨ技术相比，具有超大容量信息传递、节约日益匮乏的光纤资源、网络平滑扩容、超长中继距离和上下兼容性好的特点，这些特点能够得以实现需由以下ＤＷＤＭ技术来支持：

3.1 光放大技术

对于长距离的光传输来说，光功率受限往往成为决定传输距离的主要因素，而光放大器（ＯＡ）的出现和发展克服了光功率受限这一高速长距离传输的最大障碍，这是光通信史上的重要里程碑，是目前大容量长距离的ＤＷＤＭ系统在传输技术领域必不可少的技术手段。
光放大器的开发成功及其产业化是光纤通信技术中的一个非常重要的成果，它大大地促进了光复用技术、光孤子通信以及全光网络的发展。顾名思义，光放大器就是放大光信号。在此之前，传送信号的放大都是要实现光电变换及电光变换，即O/E/O变换。有了光放大器后就可直接实现光信号放大。光放大器主要有3种: 光纤放大器、拉曼放大器以及半导体光放大器。光纤放大器就是在光纤中掺杂稀土离子(如铒、镨、铥等)作为激光活性物质。每一种掺杂剂的增益带宽是不同的(如图4所示)。掺铒光纤放大器的增益带较宽，覆盖S、C、L频带; 掺铥光纤放大器的增益带是S波段; 掺镨光纤放大器的增益带在1310nm附近。而喇曼光放大器则是利用喇曼散射效应制作成的光放大器，即大功率的激光注入光纤后，会发生非线性效应喇曼散射。在不断发生散射的过程中， 把能量转交给信号光，从而使信号光得到放大。由此不难理解，喇曼放大是一个分布式的放大过程，即沿整个线路逐渐放大的。其工作带宽可以说是很宽的，几乎不受限制。这种光放大器已开始商品化了，不过相当昂贵。半导体光放大器(S0A)一般是指行波光放大器，工作原理与半导体激光器相类似。其工作带宽是很宽的但增益幅度稍小一些，制造难度较大。这种光放大器虽然已实用了，但产量很小。光放大器主要有2种，半导体放大器及光纤放大器。半导体放大器分为谐振式和行波式；光纤放大器分为掺稀土元素光纤放大器和非线性光学放大器。非线性光学放大器分为拉曼（SRA）和布里渊（SBA）光纤放大器。
　　对于长距离的光传输来说，随着传输距离的增长，光功率逐渐减弱，激光器的光源输出不超过3dBm，为了保证一定的误码率，接受端的接受光功率必须维持在一定的值上，例如－28dBm，因此光功率受限往往成为决定传输距离的主要因素。
　　光放大器（OA）的出现和发展克服了高速长距离传输的最大障碍——光功率受限，这是光通信史上的重要里程碑。OA的主要形式有半导体光放大器（SOA）和掺铒光纤放大器（EDFA）两种，前者近来发展速度很快，已经逐步开始商用，并显示了良好的应用前景；后者较为成熟，已经大量应用，成为目前大容量长距离的DWDM系统在传输技术领域必不可少的技术手段。
WDM系统对EDFA有一个特殊的要求——增益平坦，因为通常情况下，EDFA在1．55um波长窗口的工作带宽为30～40nm，将它用于WDM系统时，因各信道的波长不同而有增益偏差，经过多级放大后，增益偏差累积，低电平信道信号的SNR恶化，高电平信道信号也因光纤非线形效应而使信号特性恶化，最终造成整个系统不能正常工作。因此，要使各个信道上的增益偏差处在允许的范围内，放大器的增益必须平坦。

  掺铒光纤放大器（ＥＤＦＡ）等光子技术的发展和实用化，为密集波分复用（ＷＤＭ）设备迅速走向实用并蓬勃发展提供了条件。在掺铒光纤放大器（ＥＤＦＡ）实用化以前，为了克服光纤传输中的损耗，每传输一段距离，都要进行“再生”，即把传输后的弱光信号转换成电信号，经过放大、整形后，再去调制激光器，生成强度放大的光信号再进行传输。随着传输码率的提高，“再生”的难度也越来越大，成了信息传输容量扩大的“瓶颈”。掺铒光纤放大器的实用化，不仅实现了直接光放大，节省了大量的再生中继器，使得传输中的光纤损耗不再成为主要问题；同时使传输链路“透明化”，简化了系统，成几倍或几十倍地扩大了传输容量，促进了真正意义上的密集波分复用技术的飞速发展，是光纤通信领域上的一次重
大革命。如下图，是一种典型的双泵浦源的掺饵光纤放大器：

3.2 功率均衡技术
在光网络中，从本地节点上路的光信号与其它由于传输了不同距离、从而光功率不同的一些信号复用在一起传输，即使是复用在一起传输的光信号，传输一段距离后，由于ＥＤＦＡ、光滤波器和光开关等器件对各波长的响应略有不同，它们的功率也可能不同，不同功率的波长信号经过级联ＥＤＦＡ系统后，某些波长的功率将可能进一步降低，使该信道性能恶化。此外由于光网络的上下话路、重新配置或网络恢复等原因，使进入节点的各个波长通道的光功率也存在差异，由于光信号要经历多个节点和链路，各个波长通道之间的光功率差异产生累积，导致各个光信道的信噪比不一致，使得系统服务质量受到影响，甚至使某些信道劣化到不可接受的程度，因此在光网络中有必要在节点处对每个波长的光功率进行均衡，以保证通信质量，ＤＷＤＭ光网络中光功率均衡是ＤＷＤＭ光网络一个重要研究内容。利用损耗特性和放大器的增益波长特性相反的增益均衡器来抵消增益的不均匀性称为增益均匀技术。这种技术的关键在于放大器的增益曲线和均衡器的损耗特性准确吻合，使综合特性平坦。现在用的增益均衡器主要有标准光滤波器、介质多层模滤波器、光纤光栅及平面光波导等。
增益均衡用的光纤光栅是一种长周期光纤光栅。其光栅周期一般为数百微米。其损耗峰值波长和半功率点宽度可以由紫外光照射量或光栅长度来控制。因此，通过多个长周期光栅组合，可以构成具有与EDFA增益波长特性相反的增益均衡器。使用该技术，在1528nm到1568nm的40nm带宽内，可以实现增益偏差在5%以内的带宽增益平坦的EDFA。

3.3  光合波与分波技术

        光合波技术和分波技术分别是通过光复用器和光分解器来完成。光复用器将不同波长的发送信号混合在一条单独的光纤上，而分解器则将混合信号分解为接收器的分支波长。  
   光复用器和光分解器在超高速、大容量波分复用系统中起着关键作用，其性能的优劣对系统的传输质量有决定性影响。ＤＷＤＭ系统对其要求是：（１）损耗及其偏差小；（２）信道间的串扰小；（３）低的偏差相关性。
DWDM系统中常用的光合波分波器主要有介质薄膜干涉型、释放光栅型、星型耦合器及光照射光栅、阵列波导光栅等。

3.4  节点技术
ＷＤＭ光传送网中的节点分为光交叉连接（ＯＸＣ）节点、光分插复用（ＯＡＤＭ）节点和混合节点（同时具有ＯＸＣ和ＯＡＤＭ功能的节点）。
ＯＸＣ节点的功能类似于ＳＤＨ网络中的数字交叉连接设备（ＤＸＣ），只不过是以光波信号为操作对象在光域上实现的，无需进行光／电转换和电信号处理。ＯＸＣ在未来的全光通信网络中，起着十分重要的作用，当光缆中断或节点失效时，ＯＸＣ能自动完成故障隔离、重选路由、重新配置网络节点等功能，当业务发展需要对网络结构进行调整时，ＯＸＣ可以简单迅速地完成网络的调度和升级。
 ＯＡＤＭ节点的功能类似于ＳＤＨ网络中的数字分插复用设备（ＡＤＭ），它可以直接以光波信号为操作对象，利用光波分复用技术在光域上实现波长信道的上下。

3.5光纤技术

　　这里所说的“光纤技术”是指在进一步研究掺铒光纤特性的基础上，通过改变光纤材料或者利用不同光纤的组合来改变掺铒光纤的特性，从而改善掺铒光纤放大器（EDFA）的增益特性。光纤技术除了改善增益特性外，还可改善EDFA的噪声特性和扩宽增益带宽。
　　（1） 掺铝的EDF，是在光纤中除了掺铒外还掺入一定的铝，改变玻璃的组成成份，迫使铒的放大能级分布改变，加宽可放大的频率范围。普通的以硅光纤为基础的掺铒光纤放大器EDFA的增益平坦区很窄，仅在1549nm至1561nm之间，大约12nm的范围，通过掺铝，可以将平坦区的范围扩展为1540nm到1560nm。
　　（2）氟化物EDF，是在EDF中掺入一定比例的氟化物，使用这种光纤制作的光放大器，可以将增益的平坦区的波段扩展到1530～1560nm，在这30nm的区域内，增益的平坦度达到1．5dB。
　　（3）掺铒碲化物光纤，是在EDF中掺入一定比例的碲化物。使用这种光纤制作的光放大器，可放大的频带特别宽，而且与石英系光纤的其他掺铒光放大器相比，频带向长波长一侧移动。
　　（4）掺钇EDF，是在掺铒光纤中加入一定比例的钇（Y），由于钇（Y）可以作为铒的激活剂，以工作792nm附近的光源作为泵浦源，制成铒/钇光纤放大器在1544nm到1561nm波段的17nm带宽内，可以获得0．5dB以内的增益平坦度，输出功率大于+26dBm，噪声系数小于5dB。
　　（5）混合型EDFA，是使用不同掺杂材料的光纤进行组合，制作混合型EDFA。这种组合方式，不仅可以提高设计的自由度，而且还可以使增益平坦度、噪声特性、放大效率均达到最佳。
在DWDM光传送网络中，应根据系统使用的信道数、系统的要求来选择使用不同种类的光放大器，要求越高性能越好的EDFA成本也越高。一般对于8个信道600km长度的DWDM系统，使用掺铝EDFA的较多。

3.6克服色散技术

在1550nm波长附近，G．652光纤的色散典型值为17ps/nm·km。当光纤的衰减问题得到解决以后，色散受限就变成了决定系统传输距离的一个主要问题。DA技术即色散容纳技术，就是通过一些技术手段减少或消除色散的影响。一般来说，主要使用以下的几种解决方法。
压缩光源的谱线宽度
　　光源的谱线越宽，光纤色散对光脉冲的展宽越大。因此通过选用频率啁啾系数小的激光器，可以减少传输线路色散的影响。频率啁啾是单纵模激光器才有的系统损伤。减少光源啁啾系数的一个有效的方法是，减少外调制的激光器，它是由一个恒定光源和一个光调制器构成的，通过使用恒定光源，避免了直接调制时激励电流的变化，从而减少了光源发出光波长的偏