光纤通信：第--8--章-----光纤通信网络.ppt

1、8.1 通信网的发展趋势 8.2 SDH 传送网 8.3 WDM 光网络 8.4 光接入网 第 8 章 光纤通信网络 返回主目录第8章 光纤通信网络 8.1通信网的发展趋势通信网总的发展趋势是数字化、综合化和宽带化。与光纤 通信关系最为密切的是宽带化，这是人类社会发展到信息时代 的迫切需求， 也是科技进步的必然产物。数字化就是在通信网的各个部分( 核心网和接入网) 及各个 环节( 传输、交换、接入、终端等) 全面采用数字技术。目前核 心网( 或称骨干网) 已实现了数字化，采用了数字传输和数字交 换技术，其优越性已十分明显。 接入网的情况比较复杂，模 拟的东西还大量存在，如电话网从核心网边缘的端

2、局交换机到 用户终端的用户环路，大量使用的还是模拟二线；有线电视系 统也基本上是模拟的；新近采用的非对称数字用户线(ADSL) 实际上是模数混合体制。 综合业务数字网( 包括窄带和宽带) 的主要目的是要实现接 入部分的数字化，提供端到端数字连接，从而支持综合业务， 但由于种种原因，并没有普遍推广应用。所以现在只能说接入 网正处于数字化的过程中，还不能说已实现了数字化。综合化，主要指业务的综合，即通信网要由原来的单一业 务网( 如电话网、 分组数据网) 发展为能同时提供多种业务( 包 括话音、 数据、 图像等) ， 特别是多媒体业务的网络。数字化 是综合化的前提。当各种类型的消息都用统一的数字符

3、号表示 时，通过端到端的数字传输，便能实现综合业务。长期以来， 通信网的主要业务是话音，所以电信网基本上等同于电话网； 电信网中还有一种业务是电报， 相当于原始的低速数据业务 。 随着计算机网络的出现和发展，特别是因特网(Internet) 扩 展到全世界，对数据业务量的需求不断增长，近十年来，几 乎每半年翻一番。数据业务量猛增的主要推动力是因特网的 WWW 业务和高速多媒体业务。因此，用不了多少时间， 数 据业务的总量将超过电话业务。此外，电视会议、远程教育 、 电子商务等应用都要求通信网提供高速数据和视频业务， 而这些业务所需的带宽都远大于电话业务。因此业务综合化 必将导致网络的宽带化。通

4、信网络从电话业务为主演进到多媒体业务为主，每个 用户占用的带宽由64 kb/s 要提高到6 Mb/s 左右，由此估计总 业务量约增加100倍。 如果考虑到今后要支持高清晰度电视等更宽带宽的业务， 则总业务量还会不断增加。所以网络宽带化首先是人们的迫切 需求。另一方面，由于光纤通信技术的成就，特别是密集波分 复用(DWDM) 技术的发展，使得网络的传输带宽大大增加。如 果双绞铜线的传输带宽按2 Mb/s 估计，一根光纤采用DWDM 技 术，传输容量可达到20200 Gb/s ， 也就是说， 光纤的传输容 量是铜线的一万至十万倍。因此宽带化意味着光纤将成为主要 的传输媒质。今天， 在核心网内以光纤

5、为传输媒质，采用DWDM 技术 实现宽带传输，同时采用光交换技术构成全光通信网，已成为 现实。 在接入网中，光纤正在伸向用户，从光纤到路边(FTTC) 、光纤到大楼(FTTB) 发展到光纤到交接箱(FTTCab) ，最后将 实现光纤到家(FTTH) 。 当然， 从带宽需求和经济性考虑， 接入网采用光纤没有必要也不可能如同核心网那样采用 DWDM 技术，而是采用比较简单和廉价的光纤通信设备。 因 此接入网和核心网实现宽带化的技术途径是不同的。本章将 分别予以介绍。8.2 SDH 传 送 网8.2.1 SDH 传送网的功能结构一个电信网有两大功能群：传送功能群和控制功能群。 所谓传送网就是完成传送

6、功能的手段，当然传送网也能传递各 种网络控制信息。传送网主要指逻辑功能意义上的网络，是一 个复杂庞大的网络。为了便于网络的设计和管理，通常用分层 (Laying) 和分割(Partitioning) 的概念，将网络的结构元件按功能 分为参考点( 接入点) 、拓扑元件、传送实体和传送处理功能四 大类。网络的拓扑元件分为三种，即层网络、子网和链路， 只需这三种元件就可以完全地描述网络的逻辑拓扑，从而使网 络的结构变得灵活，网络描述变得容易。 1. 传送网的分层和分割传送网是分层的，由垂直方向的连续的传送网络层( 即层 网络) 叠加而成，从上而下分别为电路层、 通道层和传输媒质 层( 又分为段层和物

7、理层) 。每一层网络为其相邻的高一层网络 提供传送服务，同时又使用相邻的低一层网络所提供的传送 服务。 提供传送服务的层称为服务者(Server) ，使用传送服务 的层称为客户(Client) ， 因而相邻的层网络之间构成了客户/ 服 务者关系。SDH 传送网分层模型如图8.1所示。自上而下依次为电路 层网络、通道层网络和传输媒质层网络。图 8.1 SDH 传送网的分层模型 电路层网络涉及到电路层接入点之间的信息传递并直接 为用户提供通信业务，如电路交换业务、分组交换业务、租 用线业务和BISDN 虚通路等。根据提供业务的不同可以分为 不同的电路层网络，如64 kb/s 电路交换网、 分组交换

8、网、 租 用线电路网和ATM 交换网等。电路层网络的设备包括用于各 种交换业务的交换机( 例如电路交换机或分组交换机) 和用于租 用线业务的交叉连接设备等。电路层网络与相邻的通道层网 络是相互独立的。通道层网络用于通道层接入点之间的信息传递并支持不 同类型的电路层网络，为电路层网络提供传送服务，其提供 传输链路的功能与PDH 中的2 Mb/s 、34 Mb/s 和140Mb/s ， SDH 中的VC 11 、VC 12 、VC 2 、VC 3和VC 4 ，以及BISDN 中的虚 通道功能类似。 能够对通道层网络的连接性进行管理控制是SDH 网的重 要特性之一，SDH 传送网中的通道层网络还可进

9、一步分为高 阶通道层网络和低阶通道层网络。传输媒质层网络为通道层网络结点提供合适的通道容量， 并且可以进一步分为段层网络和物理媒质层网络( 简称物理层) ， 其中段层网络是为了保证通道层的两个结点间信息传递的 完整性，物理层是指具体的支持段层网络的传输媒质，如光 缆或无线。SDH 网中的段层网络还可以进一步细分为复用段 层网络和再生段层网络，其中复用段层网络涉及复用段终端 之间的端到端的信息传递，再生段层网络涉及再生器之间或 再生器与复用段终端之间的信息传递。一个完整的SDH 传送 网分层模型如图8.2所示。 图 8.2 SDH 传送网完整分层模型 将传送网分为独立的三层，每层能在与其它层无关

10、的情 况下单独加以规定，可以较简便地对每层分别进行设计与管 理；每个层网络都有自己的操作和维护能力；从网络的观点 来看，可以灵活地改变某一层， 不会影响到其它层。传送网分层后， 每一层网络仍然很复杂，地理上覆盖的 范围很大。为了便于管理，在分层的基础上，将每一层网络 在水平方向上按照该层内部的结构分割为若干个子网和链路 连接。分割往往是从地理上将层网络再细分为国际网、国内 网和地区网等，并独立地对每一部分行使管理。图 8.3 给出了 传送网分割概念与分层概念的一般关系。 图 8.3传送网的分割(a) 分层概念； (b) 分割概念 采用分割的概念可以方便地在同一网络层内对网络结构 进行规定，允许

11、层网络的一部分被层网络的其余部分看作一 个单独实体；可以按所希望的程度将层网络递归分解表示， 为层网络提供灵活的连接能力，从而方便网络管理，也便于 改变网络的组成并使之最佳化。链路是代表一对子网之间有固定拓扑关系的一种拓扑元 件，用来描述不同的网络设备连接点间的联系，例如两个交 叉连接设备之间的多个平行的光缆线路系统就构成了链路。 2. 传送网的功能结构图8.4为传送网的功能模型示例。层网或子网之间通过连 接( 网络连接、子网连接、链路连接) 和适配( 如层间适配，包 括复用解复用、编码解码、定位与调整、速率变化等) 构成整 个传送网。 相邻的层间符合客户/ 服务者关系。图8.4传送网的功能模

12、型 8.2.2SDH 网的物理拓扑网络的物理拓扑泛指网络的形状，即网络结点和传输线 路的几何排列，它反映了物理上的连接性。除了最简单的点 到点的物理拓扑外， 网络物理拓扑一般有5种类型，即线形、 星形、树形、环形和网孔形，如图8.5所示。1. 线形将通信网的所有站点串联起来，并使首末两个点开放， 就形成了线形拓扑。在这种拓扑结构中，要使两个非相邻点 之间完成连接， 其间的所有点都必须完成连接功能。这是 SDH 早期应用的比较经济的网络拓扑形式，首末两端使用终 端复用器(TM) ，中间各点使用分插复用器(ADM) 。 图 8.5SDH 网络的物理拓扑 (a) 线形； (b) 星形； (c) 树形

13、; (d) 环形； (e) 网孔形 2. 星形当通信网的所有点中有一个特殊的点与其余点以辐射的形 式直接相连，而其余点之间相互不能直接相连时，就形成了星 形拓扑，又称枢纽形拓扑。在这种拓扑结构中，除了特殊点外 的任意两点间的连接都是通过特殊点进行的，特殊点为经过的 信息流进行路由选择并完成连接功能。这种网络拓扑可以将特 殊点( 枢纽站) 的多个光纤终端综合成一个，具有灵活的带宽管 理， 能节省投资和运营成本，但是在特殊点存在失效问题和瓶 颈问题。 3. 树形将点到点拓扑单元的末端点连接到几个特殊点就形成树形 拓扑。树形拓扑可以看成是线形拓扑和星形拓扑的结合。这种 拓扑结构在特殊点也存在瓶颈问题

14、和光功率预算限制问题，特 别适用于广播式业务， 但不适用于提供双向通信业务。 4. 环形将通信网的所有站点串联起来首尾相连，而且没有任何点 开放，就形成了环形网。将线形结构的两个首尾开放点相连就 变成了环形网。在环形网中，要完成两个非相邻点之间的连接 ， 这两点之间的所有点都必须完成连接功能。环形网的最大 优点是具有很高的网络生存性，因而在SDH 网中受到特别的重 视。 5. 网孔形当通信网的许多点直接互连时就形成了网孔形拓扑。 如 果所有的点都直接互连时就称为理想的网孔形。在非理想的 网孔形中，没有直接相连的两个点之间需要经由其它点的转 接功能才能实现连接。网孔形的优点是不存在如星形拓扑那

15、样的瓶颈问题和失效问题，两点间有多种路由可选；缺点是 结构复杂、成本较高。上述的拓扑结构都有各自的特点，在网中都有不同程度的 应用。网络拓扑的选择要考虑的因素很多，如网络的生存性 是否高，网络配置是否容易，网络结构是否适于引进新业务 等。一个实际网络的不同部分适宜采用的拓扑结构也有可能 不同，例如本地网适宜采用环形和星形拓扑结构，有时也可 用线形拓扑，市内局间中继网适宜采用环形和线形拓扑，而 长途网可能采用网孔形拓扑。 8.2.3自愈网随着人类社会进入信息社会，人们对通信的依赖性越来 越大，对通信网络生存性的要求也越来越高，一种称为自愈网 (Self healing Network) 的概念应

16、运而生。所谓自愈网就是无需 人为干预，网络就能在极短的时间内从失效故障中自动恢复， 使用户感觉不到网络已出了故障。其基本原理就是使网络具备 发现替代传输路由并重新确立通信的能力。自愈网的概念只涉 及重新确立通信，不管具体失效元部件的修复或更换，后者仍 需人员干预才能完成。PDH 系统采用的线路保护倒换方式是最简单的自愈网形 式。但是当光缆被切断时，往往是同一缆内的所有光纤( 包括 主用和备用) 都被切断，在这种情况下上述保护方式就无能为 力了。 改善网络生存性的最好办法是将网络结点连成一个环形， 形成所谓的自愈环(Self healing Ring) 。环形网的结点可以是 ADM ， 也可以是

17、DXC ， 但通常由ADM 构成。SDH 的特色之 一便是能够利用ADM 的分插复用能力构成自愈环。自愈环结构可分为两大类：通道倒换环和复用段倒换环。 通道倒换环属于子网连接保护，其业务量的保护是以通道为基 础，是否倒换以离开环的每一个通道信号质量的优劣而定， 通常利用通道AIS 信号来决定是否应进行倒换。复用段倒换环 属于路径保护，其业务量的保护以复用段为基础，以每对结点 的复用段信号质量的优劣来决定是否倒换。通道倒换环与复用 段倒换环的一个重要区别是前者往往使用专用保护，即正常情 况下保护段也在传业务信号，保护时隙为整个环专用；而后者 往往使用公用保护，即正常情况下保护段是空闲的，保护时隙

18、 由每对结点共享。 如果按照进入环的支路信号与由该支路信号分路结点返 回的支路信号方向是否相同，又可以将自愈环分为单向环和 双向环。正常情况下，单向环中所有业务信号按同一方向在 环中传输。双向环中进入环的支路信号按一个方向传输，而 由该支路信号分路结点返回的支路信号按相反的方向传输。 如果按照一对结点间所用光纤的最小数量还可以分为二纤环 和四纤环。下面以四个结点的环为例， 介绍4种典型的自愈 环结构。1. 二纤单向通道倒换环二纤单向通道倒换环如图8.6所示。通常单向环由两根光 纤来实现，S 1 光纤用来携带业务信号，P 1 光纤用来携带保护 信号。 8.6 二纤单向通道倒换环 这种环采用“ 首

19、端桥接， 末端倒换” 结构。 例如，在结点A 进入环传送给结点C 的支路信号(AC) 同 时馈入S 1 和P 1 向两个不同方向传送到C 点，其中S 1 光纤按顺时 针方向， P 1 光纤按逆时针方向，C 点的接收机同时收到两个方 向传送来的支路信号，择优选择其中一路作为分路信号。正 常情况下，S 1 传送的信号为主信号。同理，在C 点进入环传送 至结点A 的支路信号(CA) 按上述同样的方法传送到结点A ， S 1 光纤所携带的CA 信号为主信号。当BC 结点间的光缆被切断时，两根光纤同时被切断，从 A 经S 1 光纤到C 的AC 信号丢失，结点C 的倒换开关由S 1 转向P 1 ， 结点C

20、 接收经P 1 光纤传送的AC 信号，从而使AC 间业务信号 不会丢失，实现了保护作用。故障排除后，倒换开关返回原 来的位置。 2. 二纤单向复用段倒换环二纤单向复用段倒换环的结构如图8.7所示。这是一种路 径保护方式。在这种环形结构中每一结点都有一个保护倒换开 关。正常情况下，S 1 光纤传送业务信号，P 1 光纤是空闲的。 当BC 结点间光缆被切断， 两根光纤同时被切断，与光缆 切断点相邻的两个结点B 和C 的保护倒换开关将利用 APS(Automatic Protection Switching) 协议执行环回功能。例如 在B 结点S 1 光纤上的信号(AC) 经倒换开关从P 1 光纤返

21、回，沿逆 时针方向经A 结点和D 结点仍然可以到达C 结点，并经C 结点的 倒换开关环回到S1 光纤后落地分路。故障排除后，倒换开关返 回原来的位置。 图 8.7 二纤单向复用段倒换环 当BC 结点间光缆被切断，两根光纤同时被切断，与光缆切 断点相邻的两个结点B 和C 的保护倒换开关将利用 APS(Automatic Protection Switching) 协议执行环回功能。例如在 B 结点S 1 光纤上的信号(AC) 经倒换开关从P 1 光纤返回，沿逆时 针方向经A 结点和D 结点仍然可以到达C 结点，并经C 结点的倒 换开关环回到S1 光纤后落地分路。故障排除后，倒换开关返回 原来的位

22、置。3. 四纤双向复用段倒换环通常双向环工作在复用段倒换方式，既可以是四纤又可以 是二纤。四纤双向复用段倒换环的结构如图8.8所示，它由两根 业务光纤S 1 与S 2 ( 一发一收) 和两根保护光纤P 1 与P 2 ( 一发一收) 构 成，其中S 1 光纤传送顺时针业务信号，S 2 光纤传送逆时针业务 信号，P 1 与P 2 分别是和S 1 与S 2 反方向传输的两根保护光纤。 每根光纤上都有一个保护倒换开关。正常情况下，从A 结 点进入环传送至C 结点的支路信号顺时针沿光纤S1 传输，而由 C 结点进入环传送至A 结点的支路信号则逆时针沿光纤S2 传输 ， 保护光纤P1 和P2 是空闲的。当

23、BC 结点间光缆被切断，四根光纤同时被切断。根据 APS 协议，B 和C 结点中各有两个倒换开关执行环回功能，从 而环工作的连续性得以维持。故障排除后，倒换开关返回原来 的位置。在四纤环中，仅仅光缆切断或结点失效才需要利用环 回方式来保护，而如果是单纤或设备故障可以使用传统的复用 段保护倒换方式。 图 8.8 四纤双向复用段倒换环 当BC 结点间光缆被切断，四根光纤同时被切断。根据 APS 协议，B 和C 结点中各有两个倒换开关执行环回功能，从 而环工作的连续性得以维持。 故障排除后， 倒换开关返回原 来的位置。在四纤环中，仅仅光缆切断或结点失效才需要利 用环回方式来保护，而如果是单纤或设备故

24、障可以使用传统 的复用段保护倒换方式。4. 二纤双向复用段倒换环在四纤双向复用段倒换环中，光纤S1 上的业务信号与光 纤P2 上的保护信号的传输方向完全相同。如果利用时隙交换 技术，可以使光纤S1 和光纤P2 上的信号都置于一根光纤( 称 S1/P2 光纤) 中，例如S1/P2 光纤的一半时隙用于传送业务信号 ， 另一半时隙留给保护信号。 同样，光纤S 2 和光纤P 1 上的信号也可以置于一根光纤( 称 S 2 /P 1 光纤) 上。这样S 1 /P 2 光纤上的保护信号时隙可以保护 S 2 /P 1 光纤上的业务信号，S 2 /P 1 光纤上的保护信号时隙可保护 S 1 /P 2 光纤上的业

25、务信号，于是四纤环可以简化为二纤环，如图 8.9所示。当BC 结点间光缆被切断，二根光纤也同时被切断，与切 断点相邻的B 和C 结点中的倒换开关将S 1 /P 2 光纤与S 2 /P 1 光纤沟 通，利用时隙交换技术，可以将S 1 /P 光纤和S 2 /P 1 光纤上的业 务信号时隙转移到另一根光纤上的保护信号时隙，于是就完成 了保护倒换作用。 图 8.9 二纤双向复用段倒换环 前面介绍了4种自愈环结构，通常通道倒换环只工作在二 纤单向方式，而复用段倒换环既可以工作在二纤方式，又可 以工作在四纤方式，既可以单向又可以双向。自愈环种类的 选择应考虑初建成本、要求恢复业务的比例、用于恢复业务 所需

26、要的额外容量、业务恢复的速度和易于操作维护等因素 。 8.3 WDM 光 网 络WDM 技术极大地提高了光纤的传输容量，随之带来了对 电交换结点的压力和变革的动力。为了提高交换结点的吞吐 量，必须在交换方面引入光子技术，从而引起了WDM 全光通 信的研究。WDM 全光通信网是在现有的传送网上加入光层， 在光上进行分插复用(OADM) 和交叉连接(OXC) ，目的是减轻 电结点的压力。由于WDM 全光网络能够提供灵活的波长选路 能力，又称为波长选路网络(Wavelength Routing Network) 。基于WDM 和波长选路的全光网络及其与单波长网络的关 系， 如图8.10所示。 图 8

27、.10 基于WDM 和波长选路的光网络 8.3.1光传送网的分层结构ITUT 的G.872( 草案) 已经对光传送网的分层结构提出了建 议。建议的分层方案是将光传送网分成光通道层(OCH) 、光复 用段层(OMS) 和光传输段层(OTS) 。与SDH 传送网相对应，实 际上是将光网络加到SDH 传送网分层结构的段层和物理层之 间，如图8.11所示。由于光纤信道可以将复用后的高速数字信 号经过多个中间结点，不需电的再生中继， 直接传送到目的 结点， 因此可以省去SDH 再生段，只保留复用段，再生段对 应的管理功能并入到复用段结点中。为了区别，将SDH 的通 道层和段层称为电通道层和电复用段层。

28、图 8.11光传送网的分层结构 (a) SDH 网络； (b) WDM 网络； (c) 电层和光层的分解 光通道层为不同格式( 如PDH 565 Mb/s, SDH STMN ， ATM 信元等) 的用户信息提供端到端透明传送的光信道网络功 能，其中包括：为灵活的网络选路重新安排信道连接；为保证 光信道适配信息的完整性处理光信道开销；为网络层的运行和 管理提供光信道监控功能。光复用段层为多波长信号提供网络功能，它包括：为灵活 的多波长网络选路重新安排光复用段连接；为保证多波长光复 用段适配信息的完整性处理光复用段开销；为段层的运行和管 理提供光复用段监控功能。光传输段层为光信号在不同类型的光媒

29、质( 如G.652, G.653 ， G.655 光纤) 上提供传输功能，包括对光放大器的监控功能。 WDM 光网络的结点主要有两种功能，即光通道的上下路 功能和交叉连接功能，实现这两种功能的网络元件分别是光分 插复用器(OADM) 和光交叉连接器(OXC) 。 8.3.2光分插复用器在SDH 传送网中，分插复用器(ADM) 的功能是对不同的 数字通道进行分下(drop) 与插入(add) 操作。与此类似，在 WDM 光网络也存在光分插复用器(OADM) ，其功能是在波分 复用光路中对不同波长信道进行分下与插入操作。无论ADM 还是OADM ，都是相应网络中的重要单元。 在WDM 光网络的一个

30、结点上，光分插复用器在从光波网 络中分下或插入本结点的波长信号的同时，对其它波长的向 前传输并不影响，并不需要把非本结点的波长信号转换为电 信号再向前发送，因而简化了结点上信息处理，加快了信息 的传递速度，提高了网络组织管理的灵活性，降低了运行成 本。特别是当波分复用的波长数很多时，光分插复用器的作 用就显得特别明显。 光分插复用器可以分为光/ 电/ 光和全光两种类型。光/ 电/ 光 型光分插复用器是一种采用SDH 光端机背靠背连接的设备，在 已铺设的波分复用线路中已经使用了这种设备。 但是光/ 电/ 光 这种方法不具备速率和格式的透明性，缺乏灵活性，难以升级 ， 因而不能适应WDM 光网络的

31、要求。全光型光分插复用器是 完全在光波域实现分插功能，具备透明性、灵活性、可扩展性 和可重构性，因而完全满足WDM 光网络的要求。光分插复用 器的核心部件是一个具有波长选择能力的光学或光子学元件， 例如本书第7章介绍的几种光滤波器等。下面介绍几种光分插 复用器的实现方法。 1. 基于解复用/ 复用结构的OADM 这种光分插复用器采用解复用器和复用器背靠背的形式来 实现，如图8.12所示。在这种结构中，可以把需要在本地结点 分下的一路或多路光波长信号很方便地从多波长输入信号中分 离出来并连接到本地结点的光端机上，同时将本地结点需要发 送的光波长通过复用器插入到多波长输出信号中去，其它波长 的光信

32、号可以不受影响地透明通过该分插复用器。是，随着波分复用的波长数的增加，用于连接每个波长的 光纤连线也会相应地增加，例如如果是32路波长的光分插复用 器，考虑到双向传输总共需要64根光纤连线，这肯定会给设备 管理带来困难。 图 8.12 基于解复用/ 复用结构的OADM 在这种结构中，由于不需要作分插的波长不能直接地通过 ， 而解复用器和复用器的滤波特性会改变传输光谱的形状， 因而会影响整个系统的传输性能。由于这种光分插复用器使 用了光解复用器和复用器，如果系统要增加波长，就必须改 造甚至更换解复用器和复用器，因而这种光分插复用器不具 备波长透明性。2. 基于光纤马赫- 曾德尔干涉仪加上光纤布喇

33、格光栅结构 的OADM图8.13 所示的是基于平衡的马赫- 曾德尔干涉仪(MZI) 加上 光纤布喇格光栅(FBG) 结构的全光纤型光分插复用器。在理想 情况下，耦合器的分束比为11， MZI 的两臂等长，两光栅写 入在等长位置上并接近全反射，因此与光纤布喇格光栅的峰 值波长相对应的光波长，将在分下(drop) 口取出，而其它光波 长信号将全部通过，并从输出(output) 口输出。 图 8.13 基于光纤马赫- 曾德尔干涉仪加上光纤布喇格光栅结构的OADM 而且这种结构是左右对称的，同样可以插入与光栅峰值 波长相对应的光波长信号。但是实际上要做到两个耦合器、 两个光栅和两臂长完全相同是很困难的

34、，因此要实现它也很 困难。实现上述马赫- 曾德尔结构可采用一种等效变通的方法： 在双芯光纤上连续采用熔融拉锥方法制成有一定距离的两个3 dB 定向耦合器，然后在两个耦合器之间的光纤上一次写入- 曾 德尔结构和光栅反射路径，但是要从双芯光纤中引出光信号 需要特殊的光纤连接线。 3. 基于光纤耦合器加上光纤布喇格光栅结构的OADM 图8.14 示出基于光纤耦合器加上光纤布喇格光栅结构的 OADM 。 这种结构是在光纤定向耦合器的腰区写入光栅，如 果在入射光中某一波长的光信号与光栅的峰值波长在波长上一 致， 就会形成选择性反射。此处定向耦合器中两根光纤中的 一根已经过预处理( 熔融拉细) ，使两根光

35、纤的芯径略有差别， 因此在两根光纤中模式传播常数稍微有些不同。选择适当的光 栅常数，使反射模式的耦合恰好发生在入射光纤基模与另一根 光纤的反方向传输基模之间。要实现这种结构需要复杂的特殊 制作工艺，因而不适宜大量制作。 图 8.14 基于光纤耦合器加上光纤布喇格光栅结构的OADM 4. 基于光纤光栅加上光纤环行器结构的OADM 图8.15示出基于光纤光栅加上光纤环行器结构的OADM ， 采用光纤环行器和光纤光栅的结合可以实现多个波长的分插复 用。 与基于马赫- 曾德尔加上光纤布喇格光栅结构相比，这种 结构对每一个波长只需一个而不是一对光栅，结构较为简单， 性能较为稳定。 在两个环行器之间接入m

36、 个光纤光栅，在两个 环行器的端口3分别接入解复用器和复用器，这样就可以分下 和插入m 个波长信号， 而其它的没有被光纤光栅反射的光信号 ， 无阻挡地从输出端口输出。如果采用可调谐光纤光栅， 就 可以得到在调谐范围内的任意波长信号。 最后还可以通过不同组合形式的光开关，从m 个波长中选 取任意的分插波长。在这种结 构中，由于环行器的回波损耗很 大，所以根本不需要外加隔离器。 图 8.15 基于光纤光栅加上光纤环行器结构的OADM 5. 基于介质膜滤波器加上光纤环行器结构的OADM 图8.16示出基于介质膜滤波器加上光纤环行器结构的 OADM ，其中使用了多层介质膜(Multi layer Di

37、electric Film) 滤 波器， 2 光开关和光纤环行器等。多层介质膜滤波器由于 其良好的温度稳定性目前已经在商业的波分复用系统中使用。 多波长光信号从输入端经环行器到达滤波器，由于介质膜滤波 器属于带通滤波器，因此只有位于通带内的波长才可以通过滤 波器，其它波长则被反射回环行器。通过滤波器的波长由光开 关选择从分下(drop) 口输出，插入的波长经过右边的同波长滤 波器再通过右边环行器而输出。从左面滤波器反射回左面环行 器的光从端口2到端口3再进入下面环行器的端口1，重复以上 过程，每经过一个环行器和滤波器组合后，其余波长则继续往 下走。如果不在本结点作分插复用的波长就再连接到右侧的

38、光 纤环行器，然后依次经过环行器和多层介质膜带通滤波器， 一直传输到多波长输出端口。图 8.16 基于介质膜滤波器加上光纤环行器结构的OADM 8.3.3光交叉连接器光交叉连接器(OXC: Optical Crossconnect) 是光波网络中的 一个重要网络单元，其功能可以与时分复用网络中的交换机 类比，主要用来完成多波长环网间的交叉连接，作为网格状 光网络的结点，目的是实现光波网的自动配置、保护/ 恢复和 重构。光交叉连接通常分为三类，即光纤交叉连接(FXC ： Fiber Crossconnect)#, 波长固定交叉连接(WSXC: Wavelength Selective Cross

39、connect) 和波长可变交叉连接 (WIXC: Wavelength Interchanging Crossconnect) 。 光纤交叉连接器连接的是多路输入输出光纤，如图8.17 所示，每根光纤中可以是多波长光信号。在这种交叉连接器 中，只有空分交换开关，交换的基本单位是一路光纤，并不 对多波长信号进行解复用，而是直接对波分复用光信号进行 交叉连接。这种交叉连接器在WDM 光网络中不能发挥多波长 通道的灵活性，不能实现波长选路，因而很少在WDM 网络结 点中单独使用。波长固定交叉连接的典型结构如图8.18 所示，多路光纤中 的光信号分别接入各自的波分解复用器，解复用后的相同波 长的信号

40、进行空分交换，交换后的各路相同波长的光信号分 别进入各自输出口的复用器，最后复用后从各输出光纤输出 。 图8.17 光纤交叉连接 图 8.18 波长固定交叉连接 在这种结构中由于不同光纤中的相同波长之间可以进行 交换，因而可以较灵活地对波长进行交叉连接，但是这种结 构无法处理两根以上光纤中的相同波长光信号进入同一根输 出光纤问题，即存在波长阻塞问题。而波长可变的交叉连接 可以解决波长阻塞问题。3. 波长可变交叉连接 在波长可变交叉连接器中，使用波长变换器(Wavelength Converter) 对光信号进行波长变换，因而各路光信号可以实现 完全灵活的交叉连接，不会产生波长阻塞。研究表明，在

41、光 交叉连接器中对各波长通路部分配备波长变换器和全部配备 波长变换器所达到的通过率特性几乎相同。 图8.19为一种带专用波长变换器的波长可变交叉连接器 (WIXC ： With dedicated Wavelength Converters) 结构。这种结 构中每一个波长经过空分交换后都配备有波长变换器。设输 入输出光纤数为M ，每根光纤中波长数为N ， 若要实现交叉连 接则共需要MN 个波长变换器。在这种结构中，每根输入光纤 中每个波长都可以连接转换成任意一根输出光纤中任意一个 波长，不存在波长阻塞。但是在一般情况下并不是所有波长 都需要进行波长变换，因而这种结构的波长变换器的利用率 不高，

42、很不经济。若要提高波长变换器的利用率，可采取所有端口共用一 组波长变换器的办法，图8.20是所有输入波长共用一组波长变 换器情况。需要进行变换的波长由光开关交换后进入共用的 波长变换器，经过变换的波长再次进入光开关与其它波长一 起交换到所要输出的光纤中去。图 8.19 专用波长变换器的波长可变交叉连接 图 8.20 共享波长变换器的波长可变交叉连接器 4. 交叉连接的多层结构在实际应用中并不是所有的交叉连接都要在波长级上进行 。 当业务量很大时，多路光纤上的信号直接进行光纤交叉连 接(FXC) ，并不需要对每根光纤的波长进行解复用与复用。图 8.21 所示为交叉连接的多层结构，最上层是电的交叉

43、连接 (EXC) ，中间层是波长交叉连接，可以是波长固定交叉连接 (WSXC) ， 也可以是波长可变交叉连接(WIXC) ，底层是光纤交 叉连接(FXC) 。 在FXC 层， 输入光纤中有需要作波长级交叉连 接的光纤经FXC 交叉连接后到上一层交叉连接端口，再作波长 交叉连接。在WSXC/WIXC 层，输入端口有来自FXC 层需要进 行波长级交叉连接的光纤和来自EXC 层的基于波长的各路信号 一起进行波长级交叉连接的光纤，WSXC/WIXC 输出的波长信 号分为两路： 一路经波长复用后连接至FXC 层，另一路直接 连接到EXC 层进行电的交叉连接和交换。FXC: 光纤交叉连接; WSXC: 波

44、长固定交叉连接； WIXC: 波长可变交叉连接； EXC: 电的交叉连接图 8.21交叉连接的多层结构 8.3.4WDM 光网络示例为了加深对WDM 光网络的了解，我们简单地介绍一下美 国的MONET 网。 MONET 是“ 多波长光网络” 的简称，该项目 是由AT&T 、 Bellcore 和朗讯科技发起的，参加单位有Bell 亚特 兰大、南Bell 公司、太平洋Telesis#, NSA( 美国国家安全局) 和 NRL( 美国海军研究所) 。MONET 试验网包括三个部分： MONET New Jersey 网、 Washington, D.C. 网和连接两个地区的 多波长长途光纤链路，如

45、图8.22所示。在New Jersey 是以AT&T Bell Labs 为中心的星形网，在Washington, D.C. 是三结点的环形 网。 该网络在1560 nm 附近复用了20个WDM 信道，单信道速 率有3种，即1.2 Gb/s ，2.5 Gb/s 和10 Gb/s 。在网络中还使用了 可调谐激光器和可调谐波长转换器等单元器件。 图8.22 美国的MONET 该网络的试验目标是把网络结构、先进技术、网络管理和 网络经济结合在一起，实现一种高性能的、 经济的和可靠的 多波长网络，最后将该网扩展为全国网。支持MONET 观点的人认为，未来的通信网是分层的。基 础层是基于WDM 的光层，用于支持电层的业务传送，该层由 透明的、 可以重新配置的和完全受网管控制的光网络单元构 成；光层之上的层是电层， 可能是SDH 或ATM 等电传送信号 ； 最上层是应用层。为此，MONET 项目定义和开发了一组 MONET 网络单元，例如，WTM( 波长终端复用器) 、 WADM( 波长分插复用器，即OADM) 、WAMP( 多波长放大器) 、 WSXC( 波长固定交叉连接器) 和WIXC( 波长可变交叉连接器) 。