通信双频波分复用原理
WDM-1
WDM原理1 波分复用光传输技术 (1)1.1 波分复用的基本概念 (1)1.2 WDM 技术的发展背景 (2)1. 空分复用SDM（Space Division Multiplexer） (2)2. 时分复用TDM（Time Division Multiplexer） (3)3. 波分复用WDM（Wavelength Division Multiplexing） (3)4. TDM 和WDM 技术合用 (4)3 WDM 设备的传输方式 (5)3.1 单向WDM (5)3.2 双向WDM (5)4 开放式与集成式系统 (6)5 WDM 系统组成 (6)6 WDM 的优势 (7)1 波分复用光传输技术1.1 波分复用的基本概念光通信系统可以按照不同的方式进行分类。
如果按照信号的复用方式来进行分类，可分为频分复用系统（FDM-Frequency Division Multiplexing ）、时分复用系统（TDM-Time Division Multiplexing）、波分复用系统（WDM Wavelength Division Multiplexing）和空分复用系统（SDM-Space Division Multiplexing）。
所谓频分、时分、波分和空分复用，是指按频率、时间、波长和空间来进行分割的光通信系统。
应当说，频率和波长是紧密相关的，频分也即波分，但在光通信系统中，由于波分复用系统分离波长是采用光学分光元件，它不同于一般电通信中采用的滤波器，所以我们仍将两者分成两个不同的系统。
波分复用是光纤通信中的一种传输技术，它利用了一根光纤可以同时传输多个不同波长的光载波的特点，把光纤可能应用的波长范围划分成若干个波段，每个波段作一个独立的通道传输一种预定波长的光信号。
光波分复用的实质是在光纤上进行光频分复用（OFDM），只是因为光波通常采用波长而不用频率来描述、监测与控制。
随着电-光技术的向前发展，在同一光纤中波长的密度会变得很高。
波分复用技术的工作原理
波分复用技术的工作原理波分复用技术（Wavelength Division Multiplexing，WDM）是一种基于光的通信技术，利用不同波长的光信号在同一光纤上进行传输。
由于不同波长的光信号在光纤中的传播不会相互干扰，可以通过复用技术将多个光通信信号传输在同一根光纤上，从而大大增加了通信容量。
WDM技术可以分为两种类型：密集波分复用技术（DWDM）和正常波分复用技术（CWDM），它们区别在于波长通道间隔的大小和可用的波长数量。
DWDM通道间隔比CWDM小，可以在同一段光纤上增加更多的波长，从而大幅提高传输容量。
下面将从波分复用技术的原理、优势、缺陷和应用领域等方面介绍这一技术。
一、波分复用技术的原理波分复用技术的原理可以类比于广播电台。
广播电台可以同时播出多个不同频率的电台节目，收听者可以通过调整收音机来选择不同的频率来收听不同的电台节目。
同理，WDM技术可以在同一根光纤上传输多个不同波长的光信号，接收者通过选择不同波长的接收器来分离不同的光信号。
具体来说，WDM系统主要由光发射器、光纤、光放大器和光探测器组成。
光发射器将多个不同波长的光信号合并在一起后，通过光纤进行传输。
光信号在光纤中传播时不会相互干扰，因为不同波长的光信号会在光纤中以不同的角度传送。
光放大器可以放大光信号的功率，使光信号能够达到较远的传输距离。
光探测器用于将不同波长的光信号分离，并将其转换成电信号。
WDM系统的传输容量由两个因素决定：波长间隔和可用波长数量。
DWDM系统通常使用0.8 纳米到 0.1 纳米的波长间隔，可用的波长数量从几十个到数百个不等，从而可以实现传输容量的大幅提升。
二、波分复用技术的优势1. 高通信容量WDM技术可以将多个光信号传输在同一根光纤上，从而大大提高了通信容量。
一个DWDM系统可以支持数百个不同的波长，因此可以实现高达几百兆比特每秒到数千兆比特每秒的数据传输速率。
2. 长传输距离WDM系统利用光放大器放大光信号的功率，在光纤中传输的距离可以高达几千公里，远比传统的电信技术更为出色。
光纤波分复用技术及WDM工作原理
本次演示将深入探讨光纤波分复用技术及WDM的工作原理，为您呈现最新的 WDM技术和未来发展方向。
波分复用与频分复用的对比
1 波分复用
基于波长进行传输，多个信号在不同的波长上传输，每个波长之间独立传输。
2 频分复用
基于频率进行传输，通过在频域将多个信号拆分后调制。
WDM的工作原理和主要组成部分
1
宽带接入
2
WDM技术正在迅速发展，为大规模
的传输提供更多的资源和更高的速度。
3
高速网路
WDM技术的发展趋势是高速网络和 超大容量传输，以应对数据爆炸和日 益增长的网络需求。
物联网
WDM技术有望促进物联网的发展， 加强物联网对于数据传输和处理的支 持。
优点：适用于长距离传输， 允许数据在两个方向上传输。
波分交叉WDM
优点：可以同时传输多个波 长，缺点是成本较高。
WDM在通信领域的应用和发展趋势
光纤传输
WDM技术在光纤传输中广泛应 用，增强了大容量、高速率和 低延迟的数据传输。
高速网络
WDM技术为高速网络提供了更 多的传输资源，实现了超高速 数据和视频传输。
覆盖率
WDM的发展趋势是提高网络的 效率和覆盖范围，降低成本并 简化网络管理。
WDM技术对网络拓扑结构和可靠性的 改善
网络拓扑结构
WDM技术为网络提供了更高的容量和速度，使网络更具灵活性和可扩展性。
可靠性
WDM技术具有更高的重要性，使网络的故障排除更加简单，有助于保持网络的稳定性和可 靠性。
WDM技术未来的发展方向
1
波长多路复用器
用于将多个信号的波长分离和复用，允许多个信号共享一条光纤传输。
简述频分多路复用的原理
简述频分多路复用的原理嘿，你知道不？咱来聊聊频分多路复用那超厉害的原理。
啥是频分多路复用呢？简单说，就像是一个神奇的大舞台，不同的信号就像一个个独特的演员，在这个舞台上各展风采。
那它到底咋工作的呢？咱把它想象成一个大乐队，各种乐器发出不同的声音，有高亢的小号，低沉的大提琴，清脆的钢琴等等。
这些乐器的声音就好比不同的信号，而频分多路复用呢，就是那个厉害的指挥家，把不同的声音分配到不同的频率段上，让它们和谐地一起演奏。
在频分多路复用中，不同的信号被分配到不同的频率范围。
这就像给每个信号都分了一个专属的房间，它们在自己的房间里尽情地“表演”，互不干扰。
比如说，一个信号可能占据低频段，另一个信号占据高频段。
这样，它们就可以同时在同一信道上传输啦。
你想想看，这多神奇啊！如果没有频分多路复用，那这些信号就像一群乱哄哄的孩子，争抢着同一个空间，谁也没法好好表现。
但有了它，一切都变得井井有条。
频分多路复用的过程就像是一场精心编排的舞蹈。
首先，发送端把不同的信号进行调制，让它们分别适应不同的频率范围。
这就好比给每个舞者穿上不同颜色的服装，让他们在舞台上更容易被区分。
然后，这些调制后的信号被合并在一起，通过信道传输。
在接收端，再把这些信号分离出来，进行解调，恢复成原来的信号。
这就像一场精彩的魔术表演，看似混乱的一团，最后却能神奇地变回原来的样子。
它的应用可广泛啦！在通信领域，比如无线电广播、电视信号传输等，都离不开频分多路复用。
无线电广播中，不同的电台就像是不同的信号，通过分配不同的频率，我们可以轻松地收听到各种节目。
电视信号也是如此，不同的频道占据不同的频率范围，让我们可以选择自己喜欢的节目观看。
频分多路复用的好处那可真是不少。
它可以大大提高信道的利用率，让有限的资源发挥出最大的作用。
就像一个聪明的管家，把家里的空间安排得妥妥当当，一点也不浪费。
而且，它还可以实现多路信号的同时传输，让我们在同一时间里获取更多的信息。
频分复用技术的基本原理
频分复用技术的基本原理嘿，朋友！你有没有想过，在咱们这个信息大爆炸的时代，那么多的信号是怎么在同一条线路上传输而不互相干扰的呢？这就不得不提到一个超酷的技术——频分复用技术啦。
我给你讲啊，频分复用技术就像是住在公寓里的不同住户。
你看，在一个公寓里有好多间房子，每间房子里住着不同的家庭，大家虽然共用一些设施，但是各过各的生活，互不干扰。
频分复用技术里呢，不同的信号就像是这些不同的家庭。
咱们知道，信号是要在一定的频率范围内传输的。
频分复用技术呢，就是把整个可用于通信的频率范围划分成好多小段的频带。
这就好比把一块大蛋糕切成了好多小块。
比如说，有个广播电台，它的信号可能被分配到某一个特定的频带里，就像这个电台在这块蛋糕上占了属于自己的那一小块。
我有个朋友叫小李，他对这个技术一开始是一头雾水。
我就跟他说：“小李啊，你就想象你在一条超级宽的马路上，这条马路就是整个的频率范围。
现在呢，我们要让不同的车（也就是不同的信号）在这条马路上跑，但是为了不让车撞在一起（信号互相干扰），我们就把马路分成了好几个车道（频带），每辆车只能在自己的车道上跑。
”小李听了之后，眼睛一下子就亮了，说：“哦，原来是这样啊，感觉还挺简单的嘛！”在实际的通信系统里，每个频带都有自己对应的信号源。
这就像每个车道上的车都有自己的出发地一样。
这些信号源产生的信号就被调制到自己所属的频带上。
调制呢，就像是给信号穿上了一件特定频率的“衣服”，这样它就可以在属于自己的频带里欢快地“奔跑”啦。
那接收端怎么办呢？接收端就像是交通警察在路口检查车辆一样。
它会根据不同的频带来区分不同的信号。
比如说，有个设备专门接收某个特定频带的信号，它就只对这个频带的信号进行处理，其他频带的信号就像是其他车道上的车，它根本就不理会。
这就保证了每个信号都能被准确地接收和还原。
再举个例子吧，就像电视台。
不同的电视台使用不同的频带进行信号传输。
你在家打开电视的时候，你能选择不同的频道，每个频道就对应着一个频带。
波分复用的基本原理
波分复用的基本原理嘿，朋友们！今天咱来唠唠波分复用的基本原理。
你看啊，这波分复用就好比是一条高速公路，不同颜色的光就像是各种不同的车辆。
在普通情况下，这些光各自走各自的路，就像车在不同的车道上行驶。
但波分复用可不一样，它就像是个超级调度员，能把这些不同颜色的光巧妙地安排在一起，让它们在同一条“道路”上欢快地跑起来。
想想看，如果没有波分复用，那得需要多少条单独的线路来传输这些光信号啊！那得多麻烦，多浪费资源啊！可波分复用一来，嘿，问题迎刃而解。
它就像是个神奇的魔法，能把那些看起来杂乱无章的光信号整理得井井有条。
就好比你有一堆乱七八糟的玩具，突然有个厉害的整理大师出现，一下子就把它们都归类放好了。
波分复用让光通信变得更加高效、便捷。
它让信息可以像水流一样顺畅地在光纤中流淌，而且还能同时传输好多好多的信息呢！这不就跟我们家里的自来水管一样嘛，一个管子里可以同时流淌好多不同的水流。
你说这技术厉不厉害？它就像是给光通信开了个超级加速外挂，让信息传输的速度蹭蹭往上涨。
而且啊，这波分复用还特别稳定可靠。
就像我们每天出门都要走的路，只要维护得好，就一直能顺畅地走下去。
它不会轻易出问题，能一直为我们服务。
你再想想，如果没有波分复用，我们现在的网络能有这么快吗？我们能这么愉快地刷视频、玩游戏、聊天吗？肯定不行啊！所以说啊，波分复用真的是光通信领域的一大功臣。
它让我们的生活变得更加丰富多彩，让信息的传递变得如此简单快捷。
总之，波分复用就是这么牛，它是现代通信技术中不可或缺的一部分。
它就像一颗璀璨的星星，照亮了我们信息传递的道路，让我们在信息的海洋中畅游无阻！这就是波分复用的魅力所在啊！朋友们，你们感受到了吗？原创不易，请尊重原创，谢谢!。
波分复用原理课件
信号调制是将信息转换为适合传 输的光信号的过程。
常用的信号调制格式包括开关键 控（OOK）、脉冲幅度调制（ PAM）和相位偏移键控（PSK）
等。
解调则是将调制后的光信号还原 为原始信息的过程。
信号同步与监控
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信号同步是指确保不同波长信 号在同一时间开始和结束传输
的过程。
通过使用同步信号和时间标记 ，可以实现信号的精确同步。
波分复用原理课件
目录
• 波分复用技术概述 • 波分复用系统的组成 • 波分复用的关键技术 • 波分复用的优势与挑战 • 波分复用技术的应用案例 • 波分复用技术的实验与演示
01 波分复用技术概 述
波分复用的定义
波分复用是一种利用单根光纤进行多路传输的技术，它将不同波长的光信号合并在 同一根光纤中传输，从而实现多个信号的同时传输。
结果四
通过实验，深入理解了波分复 用技术的原理和应用。
THANKS
感谢观看
扩展性强
随着新波长的加入，波分复用 网络的容量可以不断扩展，满 足未来不断增长的数据传输需 求。
可靠性高
由于每个波长独立传输数据， 因此某个波长的故障不会影响 到其他波长的传输，提高了网
络的可靠性。
挑战
色散问题
噪声干扰
不同波长的光信号在光纤中的传播速度略 有不同，导致信号畸变，称为色散。需要 采取措施来减小色散对传输性能的影响。
新型光纤材料
新型光纤材料的研发将有助于解决色散和噪声问题，提高波分复用 的性能和稳定性。
智能化管理
随着物联网和大数据技术的发展，未来将实现波分复用网络的智能 化管理，提高网络的运维效率和可靠性。
05 波分复用技术的 应用案例
波分复用
核心器件
分光器
• 功能：使同轴（同方向）传播的若干个波长 的信号在空间分开来或将分离的若干个波长 的信号转换成同轴传播。 • 基本原理：光的色散 • 分类
闪耀光栅 薄膜滤波器 阵列波导光栅
技术特点
充分利用光纤的巨大带宽资源 同时传输多种不同类型的信号 实现单根光纤双向传输 多种应用方式 节约线路投资 降低器件的超高速要求 IP传输信道 高度的组网灵活性、经济性和可靠性
规划：曹路生 制作及修订：张华英 李亚昆
素材：刘修全 封忠平 最后审定：王康
因水平有限，疏漏和不周之处敬请原谅
放松放松，听首歌。
波分复用技术的工作原理
概念：将两个或两个以上的光波信号在 同一根光纤中沿着不同的信道互不干扰的 传输 使用波段
• 1.31um • 1.55um
原理
• 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），并做进一步处理，恢复出
引入
WDM技术是一种比较先进的光纤通信新技术，并且 相对成熟，已经进入到商用阶段，通过本课程的学 习，使我们对于WDM的原理有一个基本的了解和认 识。
波分复用（WDM）
工作原理 See document: 波分复用技术的工作 原理.mmap 核心器件 See document: 核心器件.mmap 基本结构 See document: 基本机构.mmap 技术特点 See document: 技术特点.mmap 性能指标 See document:性能指标.mmap
基本机构
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实验一通信双频波分复用原理
一、实验目的
1、熟悉WDM器件的使用。
2、掌握WDM器件的插入损耗及串扰的测试。
3、掌握经过同一光纤信道的多机通信。
二、实验原理
波分复用（WDM）通信的基本原理
波分复用是指一条光纤中同时传输具有不同波长的几个载波，而每个载波又各自载荷一群数字信号，因此波分复用又称为多群复用。
如图1所示。
具有不同波长、各自载有信息信号的若干个载波经由CH1、CH2、…….CHn等进入合波器，被耦合到同一条光纤中去，再经此光纤长距离传输，到终端进入合波器，由其按波长将各载波分离，分别进入各自通道CH1’、CH2’、…….CHn’，分别解调，从而使各自载荷信息重现。
同样过程可沿与上述相反的方向进行，如图１中的虚线所示，这样的复用称为双向复用，显然，双向复用的复用量将增大一倍，如一个通道传输的信息为B，单向复用传输的则为NB，双向复用传输的则为2NB。
波分复用器
波分复用器的工作原理来源于物理光学，如利用介质薄膜的干涉滤光作用、利用棱镜和光栅的色散分光作用等。
图1 波分复用原理图
（1）干涉滤光片型波分复用器由薄膜光学原理得知，具有高折射率nH、低折射率nL的两种材料交替组成的膜系呈现出滤光效应，如图2所示。
在λ0处吸收最小，即透过率最大，因此起到了滤光作用。
不过，比较来说，由于Δλ难以作到很窄，故复用的路数是有限的，而且要求被分割的两路波长之间不能靠的太近，以防止串扰。
这些都属于干涉滤光片型波分复用器的缺点。
图2 干涉滤波WDM原理
(2)光栅型波分复用器光栅是一种等间隔分割光波波面的光学装置，它具有明显的角色散作用，因此可以用来做分光和合光器件，如下图所示，光源S发出的光通过光栅G，在其后焦面的P点上得到光强可以写成如下形式：
其中u,v是与光栅常数（a,b）有关的系数，显然，当V=kл时可获得最大光强，或者说，在满足下列方程（即光栅方程）的方向（θ角）上，会出现亮线：
这样，当入射光为多种波长组成的复合光时，则由上两式确定出，不同的波长将沿不同的方向出射，从而达到分光的目的；如沿反方向传播，则作用相反，即起到合光作用，光栅靠的是角色散作用分光合光的，角色散的大小可由下式求出，即
由此可以得出：为获得较大的角色散，应取较高的级次（k），如果再考虑高级次有足够的能量，因此使用闪烁型光栅最为适宜，如图3所示，目前使用或研制的光栅型复用器几乎均采用此类型光栅。
与滤光片型比较，光栅型复用器的最大优点是：分路（合路）的路数多；缺点是：插入损耗大，制作工艺相对复杂些。
图3 光栅型波分复用器
(3)棱镜型波分复用器和光栅一样，棱镜也是一种熟知的角色散器件，因此也具有显著的分光作用，棱镜的角色散为
其中n是折射率，a是棱镜的折射角，（dn/dλ）是色散率，由此可见，为了实现较多路数的分波和合波，即要求较大的角色散，则应选择大的折射角和高色散率的棱镜。
由于棱镜型复用器件的工艺复杂，制作较难，因此单独使用的较少，一般多将它与其它类型的复用器件结合使用，构成复合型的复用器件。
（4）光纤耦合型波分复用器上述几种复用器件虽各有优点，但他们有一个共同的缺点，即
插入损耗比较大。
光纤耦合型波分复用器的插入损耗可以做的非常低，因此很有竞争力。
其工作原理是，将若干条光纤拉成锥型并熔融一起，或者采用去除包层研磨、抛光、粘接的方法，促使光纤中的光场间发生耦合，从而达到分波和合波的目的。
本实验系统所使用的WDM 既为此种原理，原理图如下所示。
图4 光纤耦合型波分复用器
需要指出的是，随着光复用技术的迅速发展，近年来又先后发展出全光型和集成光学型复用器，不过从原理上看，它们仍源于上述四种基本形式的复用器件。
三、实验步骤
1、WDM器件与实验板的连接
将WDM器件如图5所示和实验板连接。
接上电话机，打开电源。
弹起自锁开关PA401，切换到数字传输。
把各个跳线跳到数字传输。
图5 实验装置图
2、测试WDM器件的步骤
双向耦合器如上图所接。
弹起PA401选择数字传输方式。
测1310nm的插入损耗：先把耦合器从系统中分离出来，直接使用光纤跳线测量1310nm光源的输出功率P1，然后把1310nm 对应的光纤臂接到1310nm光源，然后测另一耦合器的1310nm输出端输出功率为P2。
耦合器的插入损耗即为：
通过调节W406改变LD输出功率，并记录每次实验的数据填入下表，并求平均的插入损耗。
四、实验数据及处理
可求得平均值L0=0.30604
可知这损耗值还是挺大的，原因有：
1.在连接耦合器时每一次旋紧度不同，导致功率有相差
2.光纤接口表面脏了，导致功率变大。
五、思考题
1、测试WDM器件的重要指标的方法。
答：a以白光源作为测试光源，再用光谱仪扫描
b 以1550 nm LED光源作为测试光源，再用光谱仪扫描
c 以可调谐激光器作为测试光源，再用光功率计检测
d以S+C+L宽带光源作为测试光源，再用光谱仪扫描
e以ASE-C+L宽带光源作为测试光源，再用光谱仪扫描
2、测试WDM器件的插入损耗的实验步骤。
答：用差模测试方法。