实验6 波分复用(WDM)光纤通信系统实验
光纤通信系统实验指导
ZY1804I光纤通信原理实验系统简介本实验系统是为配合《光纤通信》课程的理论教学，结合目前光纤通信工程技术最新进展，为了提高大专院校学生实际操作和动手能力而研制开发的。
一、产品的系统特点光纤I型实验系统注重产品的系统和功能组成，产品的设计着重体现系统性、先进性、实用性，并根据市场及客户实际需求，充分考虑工艺外观结构、产品的功能和性价比。
整个系统分中央控制器、备用环和光传输三大部分，各自独立又相互关联，所有模块在单独进行实验同时又可系统集联，实验灵活丰富，可设计、可比较、可操作、可观测性强。
整个系统采用2.048M传输速率，既有利于实验观测，又可以模拟实际光纤传输时的各种性能。
实验紧密结合光通信新技术的发展趋势，将波分复用、光时分复用和SDH传输网等新技术都通过实验演示出来，简单易懂。
采用大规模的现场可编程门阵列器件，使得产品的开放性、可升级性强。
同时为了实现自愈环（即备用环）功能以及使学生有更大的开发和操作空间，特意制作了二次开发板，并预留大量的I/O扩展口，可在开发板上独立完成二次开发设计。
所有实验大多采用开关控制，减小了实验操作时的繁琐性。
该实验系统融合了当今的光纤通信技术发展的一些新技术和新器件，并将其融入到光纤通信原理课程当中，同时与通信原理和程控交换课程的部分原理结合，其主要有以下特点：1、实验箱采用“整板+核心板”设计，特殊光器件玻璃罩保护，元器件贴片化，模块元件布局完全对称。
所有的测试钩和连接孔均有标识，深蓝色的电路板，白色丝印使得整个电路板层次性强、美观、大方。
2、实验箱和光纤通信原理教材紧密结合，实验项目和顺序与教材保持完全同步。
通过八个方面全面实验来了解光纤通信的全过程，八个方面分别是：光纤和光缆；通信用光器件（有源器件和无源器件）；光端机(光发、光收端机)；数字光纤通信系统；模拟光纤通信系统；光纤通信新技术；光纤通信测量技术；光纤通信网络。
3、系统采用整板上分模块的设计方式，除了核心板——中央控制器外，还配置了光发端机、光收端机、模拟信号源、数字信号源、数字终端、电话模块、串口通信模块等。
光纤波分复用技术及WDM工作原理
表8.2
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8
8．2 WDM系统的基本组成
从上一节WDM的工作原理我们了解到， WDM系统必须有工作在不同波 长上的激光器，有能够将不同波长的光信号进行合并﹑选择和分路的波分复 用器和解复用器，还有有光接收机将解复用后的光信号进行光电检测，原出 原始信号。若要传输更长的距离，则还需要能够将各路光信号同时进行放大 的放大器等。图8.2.1示出了一个包含有功率光放大器，在线光放大器和前置 光放大器的单向传输WDM系统。其中，Tx表示发射机（Transmitter）,Rx表 示接收机（Receiver）。OC-192表示光层的传输速率，参见第9章表9.5所示。
光纤波分复用技术及WDM工作原理
WDM工作原理 WDM系统的基本组成 WDM系统中的关键器件 波分复用系统规范 设备实例
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1
1 WDM工作原理
1.1 WDM工作原理
WDM技术，就是以光波作为载波，在同一根光纤内同时传输多
个不同波长的光载波信号的技术。每个波长的光波都可以单独携带语
音、数据和图像信号，因此，WDM技术可以让单根光纤的传输容量
种工作在1550nm的窄线宽DFB激光器为例，它可在0.8nm的谱带内发射信号，
因此在1525nm~1565nm共40nm的范围内，WDM系统可传送50个信道。若每
个信道的传输速率为10Gbit/s，则系统总的传输速率即为50×10Gbit/s，比单信
道传输的容量增加了50倍。
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实验六 波分复用光纤传输系统(WDM)
实验六波分复用光纤传输系统（WDM）学号：XXX 姓名：XXX一、实验目的1.掌握波分复用技术及实现方法二、实验内容1.了解光波复用的几种技术2.了解波分复用原理及实现方法三、实验仪器1.光纤实验系统1 台2.光纤活动连接器1个3.示波器1台4.波分复用器四、实验原理光波具有很高的频率，利用光载波作为信息载体进行通信，具有巨大的可用带宽。
对石英光纤，其低损耗窗口总宽度约200nm，带宽25000GHz（25THz）。
但实际光波系统中由于光纤色散和电路速率的限制，其通信速率限制在10Gb/s或者更小。
为了充分利用光纤的频带资源，提高光波系统的通信容量，采用了如下几种复用技术：1、光波分复用（WDM）光波分复用是将两种或多种不同波长的光载波信号（携带有各种类型的信息），在发送端经复用器（也叫合波器，multiplexer）把这些光载波信号汇合在一起，并耦合到光线路中同一根光纤中进行传输；在接收端经分波器（也叫解复用器，demultiplexer）将各种波长的光载波进行分离，然后由光接收机做相应的处理恢复原信号。
这种复用方式称作波分复用。
可以单向传输，也可以双向传输。
图1 波分复用器连线示意图根据信道间隔的大小，光波分复用技术可分为三种，即稀疏的WDM、密集的WDM 和致密的WDM，后者也叫做光频分复用（PFDM）。
2、时分复用（OTDM）OTDM方式的工作原理与电时分复用方式相似，只是在光域进行复用和解复用处理，即将光信号按照一定的帧结构传输，将一帧光信号时间T划分为n个时隙，每个时隙为T/n，第1，2，…，n路的时隙依次排列，每个时隙只传输固定的信道。
每个信道的时间位置可以通过延时器来调整。
光时分复用方式的缺点是需要比复杂的光器件，而且色散影响比别的复用方式严重，这是因为OTDM信号对带宽的要求高。
3、光码分复用（OCDM）光码分复用技术在原理上与电码分复用技术相似，并与之对应。
OCDM系统给每个用户分配唯一的一个正交码的码字作为该用户的地址码，对要传输的数据信息用该地址码进行光编码，实现信道复用。
光纤通信实验六计算机网络波分复用传输实验
光纤通信实验六计算机网络波分复用传输实验第一篇：光纤通信实验六计算机网络波分复用传输实验光纤通信实验六光纤波分复用传输实验实验目的1.1 学习了解光纤波分复用的工作原理1.2 测量两种不同波长光端机的发射光功率及接收机的灵敏度1.3 测量光纤波分复用器的隔离度和插入损耗实验仪表及器材2.1 光功率计、视频摄像机、监视器、光纤尾纤等。
2.2 试验用的视频光端机、数字光端机由学生自己设计制做（参考前几个试验内容）。
视频发射机光源器件可选择1310nm波长，数字发射机可选择1550nm波长。
可选择同向或对向传输方式进行实验，这些都可以由同学自行协商解决。
光接收器件一般都能宽光谱接收，也就是说视频、数字光接收机可以采用相同的光接收器件。
实验步骤3.1 实验之前要设计好实验方法和调试过程，形成详细的报告。
3.2发光器件是单模激光器，这种器件的反向耐压很低，人体静电通过手指接触激光器的电极有可能会击穿光器件，所以，拿光器件之前，一定要保证身体不带静电。
实验之前地面要泼一些水提高空气湿度。
焊接光器件的时候电烙铁要从电源插板上拔下。
3.3 调试光发射机时光源驱动电流不能大于15mA。
3.4 先将1310nm（或1550nm）波长的光发射机、光接收机接入光波分复用器和解复用器，用光功率计测量另一波长光路的光功率的值，了解波分复用隔离度的情况和插入损耗。
反过来做另一波长的相同测试。
3.5 两路波长的光端机都接入光路中，各自测量接收机的灵敏度。
实验报告要求4.1 按实验过程写出实验报告第二篇：计算机网络上机指导书实验六计算机网络上机指导书昆明理工大学信自学院实验六：子网划分及路由综合实验考试内容（1，VLAN 2，静态路由 3，动态路由 4，子网划分）一、实验目的：学习子网划分，并通过静态和动态路由实现网络互联。
使用华为路由器交换机模拟器完成完成子网划分及路由网综合操作。
二、实验内容和步骤：使用华为路由器交换机模拟器，根据实验指导书要求完成以下步骤：注意;(主机号子网号不能重叠)实验6.1 子网划分实验-静态路由将一个C网地址按照以下要求进行子网划分，并通过静态路由实现网络互联广域网地址：需要3对广域网地址192.168.1.252255.255.255.252可分配主机地址范围：192.168.1.253-192.168.1.254 192.168.1.252是子网号，192.168.1.255是子网广播号。
光通信实验报告
光通信实验报告实验一：测量光纤耦合效率【实验简介】：光线主要用于通信、光纤传感、图像传送以及光能传递等方面。
由于光纤制造技术的不断进步，光线内部的损耗越来越小，因此在实际应用中提高光源与光纤之间的耦合效率是提高系统传输效率的重要技术之一。
【实验目的】：1.了解光纤特性，种类2.掌握光纤耦合的基本技巧及提高耦合效率的手段3.熟悉常用的耦合方法【实验装置示意图】：【实验数据】：光纤输出光功率：0.78mW光纤输入光功率：1.9mW耦合效率为：0.78/1.9*100%=41.1%【实验思考总结】耦合时，因为起始的光强较弱，用探测器检测效果不明显。
可以先用目测法，观察输出光斑的亮度。
等到达到一定的亮度之后，在接入探测器，观察示数。
调节时，首先调节高度，然后调节俯仰角，最后在调节左右对准度与旋转方向。
实验二：测量光纤损耗【实验目的】：通过测量单模光纤的衰减值，了解测量光纤损耗的常用方法：插入法（实际测量中很多器件的插损、损耗都使用这种方法）。
【实验原理】：光源发出的光通过光的注入系统输入到短光纤中，并通过光纤活动连接器与光功率计接通。
首先测量短光纤的输出功率P1，然后通过光纤连接器接入被测光纤，测量长光纤的输出功率P2，则光纤的总损耗为A=10lg P1P2(dB)被测光纤的长度为L，则光纤的损耗系数为α=AL(dB/km)【实验装置示意图】：【实验数据】：光纤长度L：6km波长为1310nm的数据实验三：测量光纤的数值孔径【实验简介】：光纤的数值孔径大小与纤芯折射率、纤芯-包层相对折射率差有关。
光纤的数值孔径表示光纤接收入射光的能力。
【实验目的】：了解测量数值孔径的方法，对远场法有初步了解。
【实验原理】：远场强度有效数值孔径是通过光纤远场强度分布确定的，它定义为光纤远场辐射图上光强下降到最大值的5%处的半张角的正弦值。
【实验装置示意图】【实验数据】光功率最大值为162.5nW，下降到5%时对应的角度为8.5°和-8.3°【数据处理】光纤的数值孔径：=0.146NA=sin8.5°−−8.3°2实验四：测量光纤的模场直径和折射率分布曲线【实验目的】：1.通过近场法测量光纤的折射率分布曲线，对近场法有一定了解2.通过近场法测量多单模光纤的模场直径，了解了解并掌握近场法测量多模光纤模场直径的方法【实验原理】1.近场法是利用光纤输出端面上的光强度来测量光纤的部分几何参数的典型方法。
波分复用概念与其技术讲解波分复用(WDM)是将两种或多种不同波长...
波分复用概念与其技术讲解波分复用(WDM)是将两种或多种不同波长的光载波信号(携带各种信息)在发送端经复用器(亦称合波器，Multiplexer)汇合在一起，并耦合到光线路的同一根光纤中进行传输的技术；在接收端，经解复用器(亦称分波器或称去复用器，Demultiplexer)将各种波长的光载波分离，然后由光接收机作进一步处理以恢复原信号。
这种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，称为波分复用。
通信系统的设计不同，每个波长之间的间隔宽度也有不同。
按照通道间隔的不同，WDM 可以细分为CWDM(稀疏波分复用)和DWDM(密集波分复用)。
CWDM 的信道间隔为20nm，而DWDM的信道间隔从0.2nm 到1.2nm，所以相对于DWDM，CWDM称为稀疏波分复用技术。
CWDM 和DWDM 的区别主要有二点：一是CWDM 载波通道间距较宽，因此，同一根光纤上只能复用5 到6 个左右波长的光波，“稀疏”与“密集”称谓的差别就由此而来；二是CWDM 调制激光采用非冷却激光，而DWDM采用的是冷却激光。
冷却激光采用温度调谐，非冷却激光采用电子调谐。
由于在一个很宽的波长区段内温度分布很不均匀，因此温度调谐实现起来难度很大，成本也很高。
CWDM 避开了这一难点，因而大幅降低了成本，整个CWDM 系统成本只有DWDM 的30%。
CWDM 是通过利用光复用器将在不同光纤中传输的波长结合到一根光纤中传输来实现。
在链路的接收端，利用解复用器将分解后的波长分别送到不同的光纤，接到不同的接收机。
由于光波长与频率的关系：= ×。
实际上为一种频分复用，所以WDM通常也被称为光频分复用(OFDM), WDM系统的主要优点为：1．充分利用光纤的低损耗波段，大大增加光纤的传输容量，降低成本2．对革新到传输的信号的速率，格式具有透明性，有利于数字信号和模拟信号的兼容3．节省光纤和光中继器，便于对已经建成的系统进行扩容4．可以提供波长选路，使建立透明，灵活，具有高度生存性的WDM网络成为可能46.2.2 波分复用/解复用器件在整个WDM 系统中，需要使用多种波长的光信号，通常光纤的损耗随着传输距离的增长而增大。
光纤通信实验
实验地点：信息楼10314在实验过程中注意以下几点：1、在实验过程中切勿将光纤端面对着人，切勿带电进行光纤的连接。
2、光电器件是静电敏感器件，请不要用于触摸。
3、做完实验后请将光纤用相应的防尘帽罩住。
4、在使用信号连接导线时应捏住插头的头部进行插拔，切勿直接拽线。
5、不能带电进行信号连接导线的插拔！6、光纤器件属易损件，应轻拿轻放，插光纤的时候要先对准，用力要轻，切忌倾斜、用力过大或弯折。
7、实验完成后整理好设备、接线。
实验光接收机的动态范围及眼图观测一、实验目的1.了解光收端机动态范围的指标要求。
2.掌握光收端机眼图的观测方法。
二、实验内容1.了解光收端机眼图的观测方法。
2.用示波器观察眼图。
三、实验仪器1.光纤通信实验系统1台。
2.示波器1台。
3.万用表1部。
4.光纤跳线1根。
四、实验原理（一）动态范围在实际的光纤通信线路中，光接收机的输入光信号功率是固定不变的，当系统的中继距离较短时，光接收机的输入光功率就会增加。
一个新建的线路，由于新器件和系统设计时考虑的富余度也会使光接收机的输入光功率增加。
为了保证系统的正常工作，对输入信号光功率的增加必须限制在一定的范围内，因为信号功率增加到某一数值时将对接收机性能产生不良影响。
在模拟通信系统中，输入信号过大将使放大器超载，输出信号失真，降低信噪比。
在数字通信系统中，当输入信号功率增加到某一数值时，将使系统出现误码。
应该指出，在 数字通信系统中，放大器输出信号的失真在测试时应与模拟系统区别开来。
为了保证数字通信系统的误码特性，光接收机的输入光信号只能在某一定范围内变化， 光接收机这种能适应输入信号在一定范围内变化的能力称为光接收机的动态范围，它可以表 示为：D = 10lg —max（dB ）min 式中，Pmax 是光接收机在不误码条件下能接收的最大信号平均光功率；Pmin 是光接收 机的灵敏度，即最小可接收光功率。
一般来说，要求光接收机的动态范围大一点较好，但如 果要求过大则会给设备的生产带来一些困难。
光电技术实验-波分复用
语音、图像光纤传输及波分复用（WDM）一、实验目的1.了解光纤模拟通信和数字通信的工作原理；2.了解光纤波分复用技术(WDM)的工作原理；二、实验原理（1）光源的调制将电信号转变为光信号的方式通常有两种：直接调制和间接调制。
直接调制方法适用于半导体光源，它将要传送的信息转变为电流信号注入光源，获得相应的光信号输出，是一种光强度调制(IM)。
间接调制是利用晶体的电光、磁光和声光效应等性质对光辐射进行调制，可以采用铌酸锂调制器(L-M)、电吸收调制器(EA-M)和干涉型调制器(MZ-M)实现。
对强度调制直接检测(IM／DD)光波系统，并非一定要采用外调制方案，但在高速长距离光波系统中，采用间接调制有利于提高系统性能。
直接调制技术具有简单、经济和容易实现等优点，由于光源的输出光功率基本上与注入电流成正比，因此调制电流变化转换为光频调制是一种线性调制。
按调制信号的形式，光调制可分为模拟信号调制和数字信号调制两种。
图1：半导体光源的直接调制原理(a)LED模拟调制 (b)LED数字调制 (c)LD数字调制模拟信号调制是直接用连续的模拟信号(如话音和视频信号)对光源进行调制，如图1(a)所示，连续的模拟信号电流叠加在直流偏置电流上。
适当选择直流偏置电流的大小，可以减小光信号的非线性失真。
数字信号调制主要指PCM 编码调制，先将连续变化的模拟信号通过取样、量化和编码，转换成一组二进制脉冲代码，用矩形脉冲的1码、0码来表示信号，如图1(b)和(c)所示。
（2）光纤通信系统中的波分复用技术① WDM 的概念光波分复用(Wavelength Division Multiplexing, WDM )技术是在一根光纤中同时传输多个波长光信号的一项技术。
其基本原理是在发送端将不同波长的光信号组合起来(复用)，并耦合到光缆线路上的同一根光纤中进行传输，在接收端又将组合波长的光信号分开(解复用)，并作进一步处理，恢复出原信号后送入不同的终端，因此将此项技术称为光波长分割复用，简称光波分复用技术。
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帧同步
FY-OUT
15
50
P202
1310 TX
1550 TX
P202
1310 RX
IC202
1310
1550
1550 RX
IC202
适合在只需单方向传输多路 信号的场合应用。
单纤双工波分复用传输方式
帧同步 13 10
FY-OUT 1310 1550 FY-IN FY-IN
帧同步
FY-OUT
15
50
1310窗口
1310窗口 P12
无光
1550nm 1550窗口
光波分 复用器
1550nm
P2
光波分 复用器
1550窗口
P21
P2 1550nm光串扰: L21 10log P 12
实际插入损耗的测量方法
1310窗口 1310nm 1310窗口
无光
1550窗口
光波分 复用器
1310nm
P1
光波分 复用器
P202
1310 TX
1550 TX
P202
1310 RX 1550
IC202
1310
1550 RX
IC202
光接收器件对波长的选择性远不如 WDM器件，可变通交叉应用，系统的连 接关系比较直观。
正弦波
模拟信号 输入端口 模拟信号 输出端口
光发送 1310发 器件 光接收 1550收 器件 WDM
1550窗口
P11
P22
1310nm光插损:
1310窗口 1310窗口
无光
1550nm 1550窗口
光波分 复用器
1550nm
P2
光波分 复用器
1550窗口
P12
P21
1550nm光插损:
实验连线
• 左半部：帧同步
13 10 • D3: 01110010B D_IN3 • D2 D1 : 1310 D_IN2 、D_IN1 • FY-OUT：P202
电话语音信号传输方式：
电话语音信号的光纤传输，可以有多种方式：
1、一种是直接用原始话音信号，经过光纤直接进行传 输； 2、另一种方式是把话音信号数字化后，进行调制，然 后将调制好的数字信号再进行光纤传输，最后再经过 解调，把话音信号还原。现在使用最多的一种方式是 PCM编译码方式。
实验步骤
• 按实验原理图进行电气实验导线、光路连接。 • 开启系统电源，用示波器观察波形。 • 调节两个光接收机的可调电位器(R257、R242)，使输出 波形达到最好。
1310窗口
P11
P12
光波分 复用器
1550窗口
1310nm(1550nm)
1550nm(1310nm) P21 P22
插入损耗:
实际串扰测量方法
1310窗口 1310nm 1310窗口
无光
1550窗口
光波分 复用器
1310nm
P1
光波分 复用器
1550窗口
P11
P22
P L12 10log 1 1310nm光串扰: P21
示波器
FS
CMI编码
数字信号 输入端口 数字信号 输出端口
光发送 1310发 器件 光接收 1550收 器件 WDM
示波器
CMI译码
双CMI编码数字信号的WDM原理
BS CMI编码 数字信号 输入端口 数字信号 输出端口
光纤 WDM
光发送 器件 1550发 光接收 器件 1310收
示波器
CMI译码
模拟信号 输入端口
P200
1310
光发送器件
模拟传输端
1310
1310nm光端机部分 模拟信号 输出端口 光接收器件
1550变通
光纤
P203
TX 电话 接口 模块 二 RX
模拟信号 输入端口
1550
光发送器件
1550 1310变通
P200
1550nm光端机部分 模拟信号 输出端口 光接收器件
实验步骤与数据处理
P202
1310 TX
1550 TX
P202
1310 RX 1310
IC202
1550
1550 RX
IC202
由单向变为双向，体现光路 可逆特性，可实现双工应用。
波分复用传输方式在本实验箱的特殊用法
帧同步 13 10
FY-OUT 1310 1550 FY-IN FY-IN
帧50
P203
TX 电话 接口 模块 一 RX
模拟信号 输入端口
P200
光发送器件 光纤
模拟信号 输出端口
光接收器件
注意电话模块的连接方法
双向话音WDM光传输的实际系统图
两路语音信号双光纤传输（或采用单光纤WDM方式： 1310端信号与1550端信号互传） 提示：S200拨向
P203
TX 电话 接口 模块 一 RX
1、根据实际串扰测量方法的图示，参考P83页的步骤,分别 测量1310nm和1550nm的光串扰和插入损耗。 1310 P1= P11 = P21 = 串扰= 插损= nm 1550 P2 = P22 = P12= 串扰= 插损= nm 3、分别指出单工双路、单纤双工和本实验箱的变通用法三种 连接图中，左右两边的解复用结果，并分析说明原因。 4、画出你进行双向模拟话音信号WDM光传输实验的实际系统连 接图。 5、如果要求话音信号必须经过PCM调制，上述WDM光传输实验 的实际系统连接图应作哪些改动？
波分复用(WDM)光纤通信系 统实验
第一部分 光波分复用器的 光串扰参数测量
（双窗口波长的粗波分复用）
光串扰测试原理
1310窗口
光波分 复用器
1550窗口
P1, P2 1310nm, 1550nm
1310窗口
P11
P12
光波分 复用器
1550窗口
1310nm(1550nm)
1550nm(1310nm) P22 P21
光纤 WDM
BS
光发送 器件 1550发 光接收 器件 1310收
示波器
正弦波
模拟信号 输入端口 数字信号 输出端口
光发送 1310发 器件 光接收 1550收 器件 WDM
示波器
模拟/数字信号的WDM原理
数字信号 输入端口 模拟信号 输出端口
光纤 WDM
BS
光发送 器件 1550发 光接收 器件 1310收
光串扰:
PX，Y
其中：
P L12 10log 1 P21 P2 L21 10log P 12
X表示窗口波长， Y表示实际波长在该窗口的优 先级：
1：优先直通/插入损耗概念
2：受阻串扰/隔离度概念
波分复用器插入损耗测量原理
1310窗口
光波分 复用器
1550窗口
P1, P2 1310nm, 1550nm
光发送机 模拟信号输入端口：P203 数字信号输入端口：P202 模拟信号输出端口：P200 数字信号输出端口：P201（IC202）
光接收机
注意：光纤十分脆弱易断，光波分复用器和光跳线各个活 动连接器根部的光纤不可硬性弯折，必须保持尽可能大的弯 曲半径！与法兰盘的接插必须同轴，双手细心操作！
一路语音信号单光纤传输（基本原理示意）
示波器
双模拟信号的WDM传输
正弦波 模拟信号 输入端口 模拟信号 输出端口
光纤 WDM 光发送 器件 1550发 光接收 器件 1310收
示波器
FS
数字信号 输入端口 数字信号 输出端口
光发送 1310发 器件 光接收 1550收 器件 WDM
示波器
双数字信号的WDM原理
数字信号 输入端口 数字信号 输出端口
• 右半部：帧同步
15 50 • D2 D1 : 1550 D_IN2 、D_IN1；其它都与左半部相同。 • 用FC/PC法兰盘将两个波分复用器的IN端活动连接器相连
1310 IN IN 1310
1550
1550
第二部分 光波分复用器的应用
单向双路波分复用传输方式
帧同步 13 10
FY-OUT 1310 1550 FY-IN FY-IN