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1、武汉工程大学邮电与信息工程学院 毕业设计（论文） 光纤通信波分复用系统的研究与设计 Research And Design Of Optical Fiber Communication Wavelength Division Multiplexing System 学生姓名谭辉 学号1030210221 专业班级通信技术 1002（光纤通信方向） 指导教师陈义华 2013 年 5 月 武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计（论文） 作者声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果，除了文中特别加以标注的地方外，没有任何剽窃、抄袭、造假等违反学术 道德、学术规范
2、的行为，也没有侵犯任何其他人或组织的科研成果及专利。与我 一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了 谢意。如本毕业设计（论文）引起的法律结果完全由本人承担。 毕业设计（论文）成果归武汉工程大学邮电与信息工程学院所有。 特此声明。 作者专业： 作者学号： 作者签名： _年_月_日 武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计（论文） 摘要 20 世纪 90 年代以来光纤通信得到了迅速的发展，光纤通信中的新技术也在不 断涌现，其中波分复用技术就是光纤通信中重要的技术之一。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。 本文首先介绍了光纤通信的
3、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，其中重点介绍了稀疏波分复 用(CWDM) 技术和密集波分复用 (DWDM) 技术的特点及其应用。 其次深入分析了波 分复用技术的基本原理与基本结构，同时深入分析了WDM 系统的基本形式和主 要特点及存在的问题，最后对现在的WDM 的发展方向和前景做了进一步的探讨。 关键词：光纤通信；波分复用；技术研究 武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计（论文） 目录 第 1 章 绪论 1 1.1 光纤通信技术和波分复用技术的发展现状与趋势 错误！未定义书签。 1.1.1 光纤通信技术的发展 . 1 1.1.2
4、波分复用技术的发展 2 1.2 本论文研究的内容 3 第 2 章 波分复用技术 4 2.1WDM 技术简介 . 4 2.2 波分复用技术的特点 5 2.3 光滤波器与光波分复用器 6 2.4 波分复用在光纤中的应用 8 第 3 章 WDM 的结构设计 9 3.1WDM 系统的基本形式 . 9 3.2WDM 系统的基本结构 . 10 3.3WDM 技术的主要特点 . 12 3.4WDM 技术目前存在的问题 . 12 3.5WDM 的发展方向和前景 . 13 第 4 章 总结与展望 15 参考文献 16 致谢 17 附录 主要英文缩略语对照表 18 武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计（论文）
5、1 第 1 章 绪论 1.1 光纤通信技术和波分复用技术的发展现状与趋势 1.1.1光纤通信技术的发展 光纤通信是以信息载体，以光纤作为传输媒介的通信方式。光纤通信技术是 近 30 年迅猛发展起来的高新技术，给世界通信技术乃至国民经济、国防事业和人 民生活带来了巨大变革。 光纤通信的发展可以分为以下几个进程： 第一代光纤通信系统，是以1973-1976 年的 850nm 波长的多模光纤通信系统 为代表。 第二代光纤通信系统，是70 年代末， 80 年代初的多模和单模光纤通信系统。 第三代光纤通信系统，是80年代中期以后的长波长单模光纤通信系统。 第四代光纤通信系统，是指进入90 年代以后的同步
6、数字体系光纤传输网络。 1966 年，英籍华人高锟预见利用玻璃可以制成衰减为20db/km 的通信光导纤 维。当时，世界上最优秀的光学玻璃衰减达1000db/km 左右。 1970 年，美国康宁 公司首先研制成衰减为20db/km 的光纤。同一年贝尔实验室研制成功室温下可以 连续工作的半导体激光器，其体积小、重量轻、功耗低、效率高，是光纤通信的 理想光源。从此，光纤就进入了实用化的发展阶段，世界各国纷纷开展光纤通信 的研究。 此后，又分别在北京、上海、武汉、天津等地建立了现场试验系统，特别是 1983 年建成的链接武汉三镇的8Mbit/s，1985 年扩容为 34Mbit/s 的数字光纤传输
7、系统的开通使用，是中国的光纤通信开始走向实用化阶段。1988 年起，国内光纤 通信系统的应用从多模向单模发展，建成了扬州之高邮全长75KM 的单模光纤传 输系统，传输速率为34Mbit/s。1994年后，除极少数干线采用622Mbit/s 系统外， 大多数干线直接采用2.5Gbit/s 系统、 10Gbit/s 系统和波分复用系统。截止到1998 年底，中国公用邮电通信网已完成了连接全国31 个省、市、自治区的 “ 八纵八横 ” 骨干光缆传输网建设，铺设的长途和本地中继光缆总长度为100 万公里。现在， 武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计（论文） 2 我国光纤通信产业已初具规模，能够生产光
8、纤光缆、光电器件、光端机及其他工 程应用方面的配套仪表器件等。由此可见，中国已具有大力发展光纤通信的综合 实力。今后的光纤通信将主要在以下几个方面发展： （1）输体质从准同步体系向同步数字体系过渡； （2）由单波通道向多波通道过渡； （3）用户网的光纤化； （4）光交换节点将取代电交换节点； （5）相干光纤通信是未来的光纤通信方式； （6）孤子通信与全光系统。 光纤通信与电通信相比，主要区别有两点，一是以很高频率的光波作载波； 二是用光纤作为传输介质。基于以上两点，光纤通信具有以下优点： （1）传输频带极宽，通信容量很大； （2）由于光纤衰减小，中继距离长； （3）串扰小，保密性好，信号传输质
9、量高； （4）光纤抗电磁干扰能力强； （5）光纤尺寸小，重量轻，便于传输和铺设； （6）光纤是石英玻璃控制成型，原材料来源丰富，并节约了大量有色金属。 由于光纤具备一系列优点，所以广泛应用于公用通信、有限电视图像传输、 计算机、空航、航天、船舰内的通信控制、电力及铁道通信交通控制信号、核电 站通信、油田、炼油厂、矿井等区域内的通信。 1.1.2波分复用技术的发展 两波长 WDM(1310/1550nm)80 年代在 AT64X5Gbit/s，中继距离 720km。密集波分复用 DWDM 商用水平为 320Gbit/s， 即一对光纤可传送 400万话路。目前商用系统的传输能力仅是单根光纤可能传输
10、容 量为数十 Tbit/s的1/100。 我国开展 WDM 技术的研究起步比较晚，首先在长途干线上采用WDM 技术进 行点到点扩容，后在节点上采用OADM 、OXC技术进行上 /下话路。我国于 1997年 引进第一套 8波长 WDM 系统，并安装在西安至武汉的干线上。1998年我国开始大 规模引进 8X2.5Gb/sWDM 系统，对总长达 2万多km的12条省际光缆干线进行扩容改 造。 同时各省内干线也相继采用WDM 技术扩容，如在“ 南昌-九江” 光缆扩容工程中， 采用的就是 AT&T 公司的设备和双窗口WDM 系统，即在 G.652光纤的 1310nm、 1550nm两个低损耗工作窗口分别
11、运行一个系统。这样可在不拆除1310nm窗口原有 PDH设备的情况下，利用未使用的1550nm窗口，加开 SDH2.5Gb/s系统。为保证我 国干线网的高速率、大容量并有足够的余量确保网络安全和未来发展的需要，采 用WDM 技术的工作已全面展开。 WDM 是一种在光域上的复用技术，形成一个光层的网络即全光网，将是光通 讯的最高阶段。建立一个以 WDM 和OXC（光交叉连接）喂基础的光网络层，实现 用户端到端得全光网络连接， 用一个纯粹的 “ 全光网 ” 消除光电转换的瓶颈将是未来 的趋势。现在 WDM 技术还是基于点到点的方式，但点到点的WDM 技术作为全光 网通讯的第一步，也是最重要的一步，
12、它的应用和实践对于全光网的发展起到决 定性的作用。 武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计（论文） 15 第 4 章 总结与展望 本论文详尽对波分复用原理进行了阐述，介绍了 WDM 系统的基本形式和基本 结构，还介绍了 WDM 技术的主要特点和目前存在的问题，最后对现在的WDM 的 发展方向和前景作了大致的说明，并说明了工作原理。 本论文完成了以下工作： （1）在充分了解波分复用原理的基础上，探讨了波分复用技术基本形式和基 本结构； （2）探讨了波分复用下的传输模式，光滤波器和光波分复用器； （3）提出了波分复用技术的研究方案，并对波分复用技术作了深入的研究。 本论文还有很多不足，对于同步数字
13、体系的和同步复用等相关技术说明内容 太少，但这些技术在光波分复用技术中不可或缺，此外，随着科技的日益发达， 波分复用在智能化平台上的应用也未深入探讨。 通过这次的毕业设计，我了解了光纤通信的历史、发展状况以及最先进的光 纤通信技术。深入研究了波分复用系统的理论特点，对其中的光滤波器也做了了 解，并对密集波分复用（DWDM ）光纤传输系统作了详尽的研究，使我对光纤通 信的波分复用系统有了一个更深刻的理解。不仅开阔了视野，同时还深刻体会到 科研工作的艰辛，正确的树立了对科研工作的态度。 武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计（论文） 16 参考文献 1 张宝富 . 现代光纤通信与网络教程M. 人民
14、邮电出版社. 2002.7. 2 马声全 . 高速光纤通信ITU-T 规范与系统设计M. 北京邮电大学出版社. 2001.1. 3 顾婉怡 . 光纤通信系统M. 北京邮电大学出版社. 1999. 4 刘增基 . 光纤通信 M. 西安电子科技大学出版社. 2001. 5 张引发 . 光缆线路工程施工与维护 M. 电子工业出版社. 2002.8. 6 邓忠礼 . 光同步传送网和波分复用系统SDH&WDMM. 清华大学出版社. 2003. 7 刘继红 . WDM 光传送网中的关键技术与研究D. 西安邮电学院学报. 2002.1. 8 邱琪 . 光纤双向视频数据传输系统的研究与实现D. 电子科技大学学
15、报. 2001.6. 9 胡先志 . 光网络与波分复用M. 人民邮电出版社. 2003.1. 10 Walter Goralski. 光网络与波分复用M. Walter Goralski 人民邮电出版社. 2003.1. 武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计（论文） 17 致谢 本篇论文是在陈义华老师的精心指导下完成的，从选题到论文内容都给予了 我精心的指导和严格的教诲，无论从学术水平还是学术造诣上都使我受益非浅,。 不仅是我学到了许多社会经验，更重要的是让我开拓了眼界，是我意识到现代化 科学技术的发展，以及它的优越性。 在这次毕业论文设计中，我第一次亲身尝试到了作为一个缺乏社会实践经验 的
16、学生所面临的困难。使我学会了如何利用所学的知识，把理论结合于实践中,进 一步掌握了局域网安全问题及对策，从而对本专业有了更深刻的认识。此后，我 会加倍努力的去研究，在熟练的基础上掌握更多的新型技术，来提高自己的开发 水平。 通过这一阶段的学习和研究，该项目终于完成，虽然耗费了许多精力和时间， 但是它也验证了我的知识和能力，让我有了不断提高自身素质的意识。 在这里我衷心的感谢我的指导老师陈义华对我的指导和启发。没有他的指导 和帮助，我是不可能顺利圆满地完成论文的工作。 武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计（论文） 18 附录 主要英文缩略语对照表 缩略语中文全称英文全称 OFC 光纤通信Optical Fiber Communication DWDM 密集波分复用Dense Wavelength Division Multiplexing XPM 交叉相位调制X-phase Modulation FWM 四波混频Four wave Frequency Mixing WDM 波分复用Wavelength Division Multileing