WDM技術(shù)與發(fā)展知識講解

1、WDM 技 術(shù) 與 發(fā) 展精品文檔通信系統(tǒng)綜合業(yè)務(wù)基礎(chǔ)結(jié)課論文關(guān)于WDM技術(shù)的簡介、應(yīng)用與發(fā)展前景專業(yè)班級：通信12提升2 學(xué) 號：09900120640學(xué)生姓名：涵二。一五年六月1 WDM技術(shù)1.1 WDM技術(shù)概述WDM是波分復(fù)用 Wavelength Division Multiplexing的縮寫,是將兩種或多種不 同波長的光載波信號（攜帶各種信息）在發(fā)送端經(jīng)復(fù)用器（亦稱合波器，Multiplexer）匯合在一起，并耦合到光線路的同一根光纖中進(jìn)行傳輸?shù)募夹g(shù)；在 接收端，經(jīng)解復(fù)用器（亦稱分波器或稱去復(fù)用器，Demultiplexer）將各種波長的光 載波分離，然后由光接收機(jī)作進(jìn)一步處理以恢

2、復(fù)原信號。這種在同一根光纖中 同時傳輸兩個或眾多不同波長光信號的技術(shù)，稱為波分復(fù)用。采用WDM技術(shù)可以把光纖的傳輸容量擴(kuò)大幾倍甚至幾十倍。 WDM系統(tǒng)中最 基本、也是最重要的是各復(fù)用光通路的 SDH光傳輸設(shè)備，它們負(fù)責(zé)信號碼流的 發(fā)送與接收，以及開銷的處理等。WDM本質(zhì)上是光域上的頻分復(fù)用 FDM技術(shù)。每個波長通路通過頻域的分割實(shí) 現(xiàn)，每個波長通路占用一段光纖的帶寬。WDM系統(tǒng)采用的波長都是不同的，也就是特定標(biāo)準(zhǔn)波長，為了區(qū)別于 SDH系統(tǒng)普通波長，有時又稱為彩色光接 口，而稱普通光系統(tǒng)的光接口為“白色光口 "或"白光口 "。單向波分復(fù)用技術(shù)與雙向波分復(fù)用技術(shù)的系

3、統(tǒng)原理圖如圖1、圖2所示。圖1單向WDM傳輸輸入輸出輸出圖2雙向WDM傳輸1.2 WDM的特點(diǎn)(1)超大容量傳輸。由于WDM系統(tǒng)的復(fù)用光通路速率可以為 2.5Gbit/s、10Gbit/s等，而復(fù)用光通路 的數(shù)量可以是4、8、16、32,甚至更多，因此系統(tǒng)的傳輸容量可以達(dá)到300-400Gbit/s,甚至更大。(2)節(jié)約光纖資源。對于單波長系統(tǒng)而言，1個SDH系統(tǒng)就需要一對光纖；而對于 WDM系統(tǒng)來 講，不管有多少個SDH分系統(tǒng)，整個復(fù)用系統(tǒng)只需要一對光纖。例如，對于 16個2.5Gbit/s系統(tǒng)來說，單波長系統(tǒng)需要32根光纖，而 WDM系統(tǒng)僅需要兩 根光纖。(3)各信道透明傳輸，平滑升級、擴(kuò)

4、容。只要增加復(fù)用信道數(shù)量和設(shè)備就可以增加系統(tǒng)的傳輸容量以實(shí)現(xiàn)擴(kuò)容，WDM系統(tǒng)的各復(fù)用信道是彼此相互獨(dú)立的，所以各信道可以分別透明地傳送不同的 業(yè)務(wù)信號，如語音、數(shù)據(jù)和圖像等，彼此互不干擾，這給使用者帶來了極大的 便利。利用EDFA實(shí)現(xiàn)超長距離傳輸。EDFA具有高增益、寬帶寬、低噪聲等優(yōu)點(diǎn)，且其光放大范圍為1530(1565nm,但其增益曲線比較平坦的部分是 1540(1560nm)它幾乎可以覆蓋WDM系統(tǒng)的1550nm的工作波長范圍。所以用一個帶寬很寬的 EDFA就可以對WDM系統(tǒng)的各復(fù)用光通路信號同時進(jìn)行放大，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的超長距離傳輸，并避免了每個光傳輸系統(tǒng)都需要一個光放大器的情況。WDM系

5、統(tǒng)的超長傳輸距離可達(dá)數(shù)百公里同時節(jié)省大量中繼設(shè)備，降低成本。(5)提高系統(tǒng)的可靠性。由于WDM系統(tǒng)大多數(shù)是光電器件，而光電器件的可靠性很高，因此系統(tǒng)的可靠性也可以保證。（6）可組成全光網(wǎng)絡(luò)。全光網(wǎng)絡(luò)是未來光纖傳送網(wǎng)的發(fā)展方向。在全光網(wǎng)絡(luò)中，各種業(yè)務(wù)的上下、交叉連接等都是在光路上通過對光信號進(jìn)行調(diào)度來實(shí)現(xiàn)的，從而消除了 E/O轉(zhuǎn)換 中電子器件的瓶頸。WDM系統(tǒng)可以和OADM、OXC混合使用，以組成具有高 度靈活性、高可靠性、高生存性的全光網(wǎng)絡(luò)，以適應(yīng)帶寬傳送網(wǎng)的發(fā)展需要。2 WDM的分類通信系統(tǒng)的設(shè)計不同，每個波長之間的間隔寬度也有不同。按照通道間隔的不同，WDM可以細(xì)分為CWDM（稀疏波分復(fù)用

6、）和DWDM（密集波分復(fù)用）。CWDM的信道間隔為20 nm,而DWDM的信道間隔從0.2 nm到1.2 nm,所以 相對于DWDM , CWDM稱為稀疏波分復(fù)用技術(shù)。DWDM 的英文全稱是 DenseWavelength-Division Multiplexing ,中文意思為高密 度多工分波器。WDM （Wavelength-Division Multi- plexing ,多工分波器）是個能將一個（組）波長分成許多個波長的分波器，而所謂的分波器就如同大家所熟知的三棱鏡一樣，它可以把射入棱鏡的白光（一組波長）分成七色光（七種波長）。在最早的光通迅中，一條光纖僅設(shè)計給一個特定波長的光傳遞，由

7、于 WDM技 術(shù)的開發(fā)，使一條光纖可以由傳遞一個訊號變成傳遞多個訊號，在相同的鋪設(shè) 成本下，將光纖的使用率提高數(shù)倍，故 WDM的觀念在光纖用于通迅后不久便 被提出。但是經(jīng) WDM分波之后，每個波段分到的能量都太小，完全無法用于 光纖訊號傳送。直到1994年，可適用于 WDM的放大器摻餌放大器（Erbium-Doped Fiber Amplifier, EDFA）成功商用化之后， WDM的使用才被業(yè)界注意。 由于WDM實(shí)現(xiàn)了技術(shù)的提升，一個WDM可將一個光源分出越來越多的波長（或稱信道，channels）,所以為了區(qū)別起見，能分出較少波長者稱作 CWDM （Coarse WDM）,分出波長密度較

8、高者稱作 DWDM （Dense WDM）。2.1 DWDM人們在談?wù)揥DM系統(tǒng)時，常常會談到DWDM （密集波分復(fù)用系統(tǒng)）。其實(shí)， WDM和DWDM應(yīng)用的是同一種技術(shù)，它們是在不同發(fā)展時期對WDM系統(tǒng)的稱呼，它們與WDM技術(shù)的發(fā)展歷史有著緊密的關(guān)系。在80年代初，光纖通信興起之初，人們想到并首先采用的是在光纖的兩0n個低損耗窗口 1310nm和1550nm窗口各傳送1路光波長信號，也就是131m/ 1550nm兩波分的WDM系統(tǒng),這種系統(tǒng)在我國也有實(shí)際的應(yīng)用。該系統(tǒng)比較簡 單，一般采用熔融的波分復(fù)用器件，插入損耗??；沒有光放大器，在每個中繼 站上，兩個波長都進(jìn)行解復(fù)用和光/電/光再生中繼，然

9、后再復(fù)用在一起傳向 下一站。很長一段時間內(nèi)在人們的理解中，WDM系統(tǒng)就是指波長間隔為數(shù)十 nm的系統(tǒng)，例如1310nm/1550nm兩波長系統(tǒng)（間隔達(dá)200多nm）。因?yàn)樵?當(dāng)時的條件下，實(shí)現(xiàn)幾個nm波長間隔是不大可能的。隨著1550nm窗口 EDFA的商用化，WDM系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)入了一個新時期。人們 不再利用1310nm窗口，而只在1550nm窗口傳送多路光載波信號。由于這些 WDM系統(tǒng)的相鄰波長間隔比較窄（一般 1.6nm）,且工作在一個窗口內(nèi)共享 EDFA光放大器，為了區(qū)別于傳統(tǒng)的 WDM系統(tǒng)，人們稱這種波長間隔更緊密 的WDM系統(tǒng)為密集波分復(fù)用系統(tǒng)。所謂密集，是對相臨波長間隔而言的。過

10、去WDM系統(tǒng)是幾十nm的波長間隔，現(xiàn)在的波長間隔小多了，只有（0.82） nm,甚至0.8nm。密集波分復(fù)用技術(shù)其實(shí)是波分復(fù)用的一種具體表現(xiàn)形式。由 于DWDM光載波的間隔很密，因而必須采用高分辨率波分復(fù)用器件來選取， 例如平面波導(dǎo)型或光纖光柵型等新型光器件，而不能再利用熔融的波分復(fù)用器 件。在DWDM長途光纜系統(tǒng)中，波長間隔較小的多路光信號可以共用EDFA光放大器。在兩個波分復(fù)用終端之間，采用一個 EDFA代替多個傳統(tǒng)的電再生中繼 器，同時放大多路光信號，延長光傳輸距離。在 DWDM系統(tǒng)中，EDFA光放大 器和普通的光/電/光再生中繼器將共同存在，EDFA用來補(bǔ)償光纖的損耗，而常規(guī)的光/電/

11、光再生中繼器用來補(bǔ)償色散、噪聲積累帶來的信號失真?，F(xiàn)在，人們都喜歡用 WDM來稱呼DWDM系統(tǒng)。從本質(zhì)上講，DWDM只是 WDM的一種形式，WDM更具有普遍性，DWDM缺乏明確和準(zhǔn)確的定義，而 且隨著技術(shù)的發(fā)展，原來認(rèn)為所謂密集的波長間隔，在技術(shù)實(shí)現(xiàn)上也越來越容 易，已經(jīng)變得不那么 密集”了。一般情況下，如果不特指1310nm/1550nm的 兩波分WDM系統(tǒng),人們談?wù)摰?WDM系統(tǒng)就是DWDM系統(tǒng)。2.2 CWDMCWDM是一種面向城域網(wǎng)接入層的低成本 WDM傳輸技術(shù)。從原理上講，CWDM就是利用光復(fù)用器將不同波長的光信號復(fù)用至單根光纖進(jìn)行傳輸，在鏈 路的接收端，借助光解復(fù)用器將光纖中的混合

12、信號分解為不同波長的信號，連 接到相應(yīng)的接收設(shè)備。與 DWDM的主要區(qū)別在于：相對于 DWDM系統(tǒng)中 0.2nm到1.2nm的波長間隔而言，CWDM具有更寬的波長間隔，業(yè)界通行的標(biāo) 準(zhǔn)波長間隔為20nm。各波長所屬的波段，覆蓋了單模光纖系統(tǒng)的O、E、S、C、L等五個波段。 由于CWDM系統(tǒng)的波長間隔寬，對激光器的技術(shù)指標(biāo)要求較低。由于波長問 隔達(dá)到20nm,所以系統(tǒng)的最大波長偏移可達(dá)65c+6.5C,激光器的發(fā)射波 長精度可放寬到 七nm,而且在工作溫度范圍（5c70C）內(nèi)，溫度變化導(dǎo) 致的波長漂移仍然在容許范圍內(nèi)，激光器無需溫度控制機(jī)制，所以激光器的結(jié) 構(gòu)大大簡化，成品率提高。另外，較大的波

13、長間隔意味著光復(fù)用器/解復(fù)用器的結(jié)構(gòu)大大簡化。例如，CWDM系統(tǒng)的濾波器鍍膜層數(shù)可降為 50層左右，而DWDM系統(tǒng)中的100GHz 濾波器鍍膜層數(shù)約為150層，這導(dǎo)致成品率提高，成本下降，而且濾波器的供 應(yīng)商大大增加有利于競爭。CWDM濾波器的成本比DWDM濾波器的成本要少 50%。3 WDM系統(tǒng)的應(yīng)用3.1 WDM系統(tǒng)在傳輸網(wǎng)中的應(yīng)用1 .WDM在長途干線傳輸網(wǎng)中的應(yīng)用與由分插復(fù)用器（ADM）和中繼器構(gòu)建的傳統(tǒng)SDH長途干線網(wǎng)相比，DWDM 系統(tǒng)由于采用具有多波長放大能力的摻餌光纖放大器技術(shù)，從而降低了長途干 線網(wǎng)的中繼成本，獲得了廣泛應(yīng)用。在長途干線傳輸網(wǎng)中，DWDM負(fù)責(zé)解決業(yè)務(wù)的長距離傳

14、送，SDH負(fù)責(zé)解決業(yè)務(wù)的調(diào)度、上下和保護(hù)。根據(jù)目前長途干線 網(wǎng)建設(shè)和維護(hù)中對DWDM的要求，總結(jié)出以下幾個要點(diǎn)：在長途干線網(wǎng)中，中繼設(shè)備數(shù)量大為減少，具有統(tǒng)一管理DWDM和SDH設(shè)備能力的網(wǎng)管系統(tǒng)可降低網(wǎng)管系統(tǒng)的投資，簡化維護(hù)工作。長途干線中設(shè)備節(jié)點(diǎn)距離較遠(yuǎn)，給系統(tǒng)維護(hù)和故障排除帶來很大不便。如果 采用具有定時掃描各種光譜特性的內(nèi)置光譜分析單元，維護(hù)人員就可以在網(wǎng)管 中心實(shí)時了解動態(tài)運(yùn)行中的每個波長的光功率。中心波長、光信噪比等光譜特 性，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)在線監(jiān)控，滿足干線網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控與維護(hù)的需要。目前ITU-T建議只定義了 8X22dB, 5X30dB, 3X33dB種規(guī)模的光放大單元， 但長途干線中

15、實(shí)際再生段超出120 km的情況很多，隨著器件技術(shù)水平的提高， 采用具有更多光放規(guī)格的DWDM系統(tǒng)，在工程設(shè)計時就可以超出上述受限范 圍，最終降低中繼建設(shè)成本。目前大多數(shù)DWDM系統(tǒng)尚不支持系統(tǒng)誤碼性能監(jiān)測和連接完整性確認(rèn)等重 要功能，相反，SDH利用豐富的開銷字節(jié)能很好地支持上述功能。目前國內(nèi)有 些廠商的DWDM系統(tǒng)在收端和發(fā)端的波長轉(zhuǎn)換單元（OTU）進(jìn)行波長轉(zhuǎn)換的 同時，將SDH幀結(jié)構(gòu)中的B1字節(jié)提取出來進(jìn)行校驗(yàn)，可實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測和故障 準(zhǔn)確定位。長途干線中具有再定時、再整形和再放大（3R）能力的OTU單元可在因距 離原因?qū)е鹿庑旁氡认陆低黄崎撝?。超出色散容限的?jié)點(diǎn)替代 SDH電中繼設(shè) 備，

16、以降低建設(shè)成本。2 .WDM技術(shù)在城域網(wǎng)中的應(yīng)用隨著技術(shù)的進(jìn)步和業(yè)務(wù)的發(fā)展， WDM技術(shù)正從長途傳輸領(lǐng)域向城域網(wǎng)領(lǐng)域擴(kuò) 展，當(dāng)然這種擴(kuò)展不是直截了當(dāng)?shù)?，還需要針對城域網(wǎng)的特定環(huán)境進(jìn)行改造。 適用于城域網(wǎng)領(lǐng)域的WDM系統(tǒng)稱為城域網(wǎng)WDM系統(tǒng),其主要特點(diǎn)和要求 是：首先，低成本是城域網(wǎng) WDM系統(tǒng)最重要的特點(diǎn)，特別是按每波長計其成 本必須明顯低于長途網(wǎng)用的 WDM系統(tǒng)。由于城域網(wǎng)范圍傳輸距離通常不超過 100km,因而不必使用長途網(wǎng)必須用的外調(diào)制器和光放大器。由于沒有光放大 器，也就不需要任何形式的通路均衡，從而減少了分波器和合波器的復(fù)雜性，也不會遭受與光放大器有關(guān)的非線性損傷。光放大段的設(shè)計僅僅

17、是光損耗的設(shè)計，十分簡單明了。最后，由于沒有光放大器，波長數(shù)的增加和擴(kuò)展也不再受 光放大器頻帶的限制，容許使用波長間隔較寬、波長精度和穩(wěn)定度要求較低的 光源、合波器、分波器和其他元件，使元器件，特別是元源器件的成本大幅度 下降，從而降低了整個系統(tǒng)的成本。城域網(wǎng)WDM系統(tǒng)容許網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營者提供透明的以波長為基礎(chǔ)的業(yè)務(wù)，這樣用戶可以靈活地傳送任何格式的信號而不必受限于 SDH的結(jié)構(gòu)和格式。特別是對于 應(yīng)用在城域網(wǎng)邊緣的系統(tǒng)，直接與用戶接口，要能靈活快速地支持各種速率和 信號格式的業(yè)務(wù)，因而要求其光接口可以自動接收和適應(yīng)從10Mbit/s到2.5Gbit/s范圍的所有信號，包括 SDH, ATM , I

18、P, ESCON, FDDI、千兆以太 網(wǎng)和光纖通路等。而對于應(yīng)用在城域網(wǎng)核心的系統(tǒng)，將來有可能還會要求支持 10 Gbit/s的SDH信號和10Gbit/s的以太網(wǎng)信號。城域網(wǎng)WDM系統(tǒng)還應(yīng)具備波長可擴(kuò)展性，新的波長應(yīng)能隨時加上而不會影響 原有工作波長。這樣，系統(tǒng)可以通過簡單地增加波長而迅速提供新的業(yè)務(wù)，極 大地增強(qiáng)運(yùn)營商的市場競爭能力。3.2 WDM技術(shù)在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)中的應(yīng)用隨著Internet的迅猛發(fā)展，對其骨干網(wǎng)的帶寬提出了很大需求。從目前的發(fā)展看，最合適的解決方案是千兆以太網(wǎng)（GE） over DWDM,它可以提供幾十個 千兆比每秒的通信帶寬，而且具有以太網(wǎng)的簡易性，與其它類似速率的通信

19、技 術(shù)比較，具有價格低廉的特點(diǎn)。GE over DWDM實(shí)現(xiàn)了以太網(wǎng)基礎(chǔ)之上的平滑過渡，綜合平衡了現(xiàn)有的端點(diǎn)工 作站、管理工具和培訓(xùn)基礎(chǔ)等各種因素。千兆以大網(wǎng)采用 802.3Z協(xié)議，與10M, 100M以太網(wǎng)具有同樣的幀格式的幀長。對于廣大的網(wǎng)絡(luò)用戶來說，這意 味著現(xiàn)有的投資可以在合理的初始開銷上延續(xù)到千兆以太網(wǎng)，而不需要對技術(shù) 支持人員和用戶進(jìn)行重新培訓(xùn)，也不需要作另外的協(xié)議和中間件的投資。IP over DWDM的通俗說法就是讓IP數(shù)據(jù)包直接在光路上傳送，減少網(wǎng)絡(luò)層之 問的冗余部分。由于省去了中間的 ATM和SDH層，其傳輸效率最高，節(jié)省了 網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商的成本，同時也降低了用戶獲得多媒體通信

20、業(yè)務(wù)的費(fèi)用，是一種最 直接、最經(jīng)濟(jì)的IP網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。GE over DWDM是IP over DWDM的一種廉 價方式，非常適用于大型城域IP骨干網(wǎng)的應(yīng)用。GE over DWDM的基本原理和工作方式是：在發(fā)送端，將交換機(jī)、路由器等設(shè) 備發(fā)出的千兆以太網(wǎng)光信號送給千兆以太網(wǎng)波長轉(zhuǎn)換板進(jìn)行光/電轉(zhuǎn)換，變?yōu)?電信號；此電信號分為兩路，一路送給千兆以太網(wǎng)的MAC芯片，另一路去調(diào)制具有特定波長的激光器；通過千兆以太網(wǎng)的 MAC芯片可以獲取千兆以太網(wǎng) 的傳輸情況，如數(shù)據(jù)包流量和錯誤的數(shù)據(jù)包數(shù)量，可以很方便地在傳輸網(wǎng)管設(shè) 備上觀察到千兆以大同的運(yùn)行情況，及時查找傳輸線路故障；經(jīng)過波長激光器 調(diào)制的千兆以

21、太網(wǎng)光信號同其它波長的光信號組合（復(fù)用）送入一根光纖中傳 輸。在接收端，通過分波器將各個波長的光信號從一根光纖分出，送入不同終 端。分出的千兆以太網(wǎng)光信號被送給千兆以太網(wǎng)波長轉(zhuǎn)換板，同樣進(jìn)行光-電-光轉(zhuǎn)換，并在電層用千兆以太網(wǎng)的 MAC芯片監(jiān)視傳輸情況；最后將千兆以太 網(wǎng)光信號送到交換機(jī)、路由器等設(shè)備的千兆以太網(wǎng)光口，完成 G Eover DWDM 的全過程。4 WDM的發(fā)展方向雖然WDM技術(shù)問世時間不長，但由于具有許多顯著的優(yōu)點(diǎn)而表現(xiàn)出強(qiáng)大的生 命力，從而迅速得到推廣應(yīng)用，并向全光網(wǎng)絡(luò)的方向發(fā)展。從發(fā)展的角度看，今后全光技術(shù)的發(fā)展可能表現(xiàn)在以下幾個方面：1 .光分插復(fù)用器（OADM ）目前采用的OADM只能在中間局站上、下固定波長的光信號，使用起來比較僵 化。而未來的OADM對上、下光信號將是完全可控的，就像現(xiàn)