光纖通信-DWDM技術(shù)

波分復(fù)用1.概述2.DWDM技術(shù)3.DWDM組網(wǎng)一概述Internet骨干網(wǎng)的業(yè)務(wù)量幾乎每6～9個(gè)月翻一番，比著名的CPU性能進(jìn)展more定律（18個(gè)月左右翻番）快2～3倍話音業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)爆發(fā)性

增長(zhǎng)容量的需求2502001501005001151352IP23106250話音話音和IP通信量的增長(zhǎng)情況1996199719981999201020201058Tbit技術(shù)到干線網(wǎng)21世紀(jì)的傳輸

Gbit技術(shù)到辦公室/家庭Mbit技術(shù)到個(gè)人擴(kuò)容的選擇空分復(fù)用

SDM(SpaceDivisionMultiplexer)時(shí)分復(fù)用

TDM(TimeDivisionMultiplexer)波分復(fù)用

WDM(WavelengthDivisionMultiplexer)TDM和WDM技術(shù)合用DWDM技術(shù)特點(diǎn)高容量：可以充分利用光纖的巨大帶寬資源，使傳輸容量比單波長(zhǎng)傳輸增加幾倍至幾十倍低成本：在大容量長(zhǎng)途傳輸時(shí)可以節(jié)約大量光纖和再生器，大大降低傳輸成本透明性：與信號(hào)速率、格式無(wú)關(guān),是引入寬帶新業(yè)務(wù)（例如CATV)的方便手段波長(zhǎng)路由：利用WDM選路實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)交換和恢復(fù)從而實(shí)現(xiàn)未來(lái)透明的、具有高度生存性的光聯(lián)網(wǎng)采用WDM前的擴(kuò)容采用WDM后的擴(kuò)容TXEDFAEDFATXTXTXTXTXTXTX1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTX40km40km40km40km40km40km40km40km40km1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTX1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTX1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTX1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTX1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTX1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTX1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTXTXTXTXTXTXTXTXTXMUX120km120km120kmWDM+EDFA革新了光纖傳輸DEM

1310nm/1550nm窗口的波分復(fù)用

仍用于接入網(wǎng)，但很少用于長(zhǎng)距離傳輸

1550nm窗口的密集波分復(fù)用(DWDM)

可廣泛用于長(zhǎng)距離傳輸，用于建設(shè)全光網(wǎng)絡(luò)波分復(fù)用技術(shù)的發(fā)展二DWDM技術(shù)DWDM系統(tǒng)的分類(lèi)

以信道速率分類(lèi)：2.5Gbit/s、10Gbit/s及混合速率

以信道承載業(yè)務(wù)類(lèi)型分類(lèi)：PDH、SDH、ATM、

IP或混合業(yè)務(wù)等

以信道數(shù)分類(lèi)：4、8、16、32等以系統(tǒng)接口分類(lèi)：集成式或開(kāi)放式系統(tǒng)開(kāi)放式和集成式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)開(kāi)放式4波、8波、16波、32波WDM系統(tǒng)集成式4波、8波、16波、32波WDM系統(tǒng)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換(WavelengthConvertion)開(kāi)放式系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)------DWDM系統(tǒng)的五大組成部分

合波和分波無(wú)源部分信道隔離度高的光解復(fù)用器

發(fā)射和接收有源部分特定波長(zhǎng)和波長(zhǎng)穩(wěn)定、色散容限大的激光器發(fā)射源能容忍一定SNR信號(hào)的光接收機(jī)

光傳輸和光放大小色度色散系數(shù)光纖增益平坦和增益鎖定的EDFA光放大器

光監(jiān)控信道

1510nm

DWDM系統(tǒng)網(wǎng)管光傳送網(wǎng)分層模型

光纖衰耗傳輸使用的三種不同類(lèi)型的單模光纖G.652單模光纖（NDSF）G.653單模光纖（DSF）G.655單模光纖（NZ-DSF）常規(guī)G.655大有效面積G.655三種光纖色散情況比較大多數(shù)已安裝的光纖低損耗大色散分布大有效面積色散受限距離短2.5Gb/s系統(tǒng)色度色散受限距離約600km10Gb/s系統(tǒng)色度色散受限距離約34kmG.652+DCF方案升級(jí)擴(kuò)容成本高結(jié)論:

不適用于10Gb/s以上速率傳輸，但可應(yīng)用于2.5Gb/s以下速率的DWDM。G.652單模光纖（NDSF）低損耗零色散小有效面積長(zhǎng)距離、單信道超高速EDFA系統(tǒng)四波混頻（FWM）是主要的問(wèn)題，不利于DWDM技術(shù)結(jié)論:

適用于10Gb/s以上速率單信道傳輸，但不適用于DWDM應(yīng)用，處于被市場(chǎng)淘汰的現(xiàn)狀。G.653單模光纖（DSF）在1530－1565nm窗口有較低的損耗工作窗口較低的色散，一定的色散抑制了非線性效應(yīng)（四波混頻）的發(fā)生?？梢杂姓幕蜇?fù)的色散——海底傳輸系統(tǒng)正色散SPM效應(yīng)壓縮脈沖，負(fù)色散SPM效應(yīng)展寬脈沖。為DWDM系統(tǒng)的應(yīng)用而設(shè)計(jì)的G.655單模光纖（NZ-DSF）結(jié)論:適用于10Gb/s以上速率DWDM傳輸，是未來(lái)大容量傳輸，DWDM系統(tǒng)用光纖的理想選擇。EDFA在線路中的應(yīng)用合波器分波器功率放大器前置放大器線路放大器光線放(OLA)增益G=20~25dBPout=+17dBm增益G=20~25dBPin=-28dBmATT增益G=25、30/33dBPout=+17dBm增益G=30~35dBPout=+17dBm光功放(OBA)光預(yù)放(OPA)OBAOPAOBAOLAOPA

半導(dǎo)體光放大器（SOA） 摻鉺光纖光放大器（EDFA）摻鐠光纖光放大器（PDFA）激光拉曼光放大器

(SRA)1550EDFA增益窗口30nm~60nm光放大器增益光纖衰減除去OH峰外>300nm低損耗窗口波長(zhǎng)nm8501310PDFASOASRA光放大器技術(shù)的發(fā)展EDFA增益窗口30nm~60nmPDFASOASRA發(fā)射和接收有源部分

中心波長(zhǎng)和中心頻率196.0199.0195.0194.0193.0192.0191.015051510153015351540154515501555156015651570OSC信道151010nmC-BandL-Band(THz)(nm)中心頻率(中心波長(zhǎng))偏差n/5，n為光信道間隔

標(biāo)稱(chēng)中心頻率或波長(zhǎng)是以193.1THz（1552.52nm)為中心、間隔為100GHz的整數(shù)倍。DWDM系統(tǒng)對(duì)光發(fā)射和光接收的

基本要求中心波長(zhǎng)和中心頻率光發(fā)送機(jī)

光譜特性

121-XdB發(fā)光二極管（LED）121-XdB121-XdB多縱模激光器（MLM）單縱模激光器（SLM）溫度反饋控制T(C)(nm)對(duì)于1.5mDFB激光器，波長(zhǎng)溫度系數(shù)約為13GHz/C管芯溫度和波長(zhǎng)關(guān)系曲線0TEC溫度控制器TEC溫度控制電路0激光輸出溫度傳感器激光器管芯波長(zhǎng)控制技術(shù)之一

直接調(diào)制方式

－輸出功率正比于調(diào)制電流；－簡(jiǎn)單、損耗小、價(jià)廉；－使用FP或DFB激光器二極管；隨調(diào)制速率增高，模數(shù)增加，激光器譜線展寬（啁啾）。限制使用在<2.5Gbps速率下，較短距離傳輸。調(diào)制方式

外調(diào)制方式

－激光器光源＋開(kāi)關(guān)－復(fù)雜、損耗大、價(jià)格貴；

分離外調(diào)制 鈮酸鋰（LiNbO3）Mach-Zehnder

集成外調(diào)制電吸收（EA）III-V族半導(dǎo)體Mach-Zehnder

－線性調(diào)頻（啁啾）無(wú)或?。糜?gt;2.5Gbps高速率傳輸

調(diào)制方式溫度波長(zhǎng)控制電路光接收機(jī)

工作波長(zhǎng)范圍的響應(yīng)度對(duì)SNR的靈敏度光接收機(jī)接收機(jī)必須承受的影響：信號(hào)畸變?cè)肼暣當(dāng)_光轉(zhuǎn)發(fā)器（Transponder）*以目前工藝水平的組件比特率可達(dá)40Gbit/s*消光比得到改善，并可用外調(diào)制對(duì)信號(hào)進(jìn)行整形*高SNR*與偏振無(wú)關(guān)*操作簡(jiǎn)單O/E/O波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器合波和分波無(wú)源部分波分復(fù)用器分類(lèi)：980/1550、1480/1550泵浦/信號(hào)波分復(fù)用器（全光纖熔融拉錐型）。1310/1550波分復(fù)用器（全光纖熔融拉錐型）。1550波段內(nèi)粗波分復(fù)用器（有可能用全光纖熔融拉錐方法實(shí)現(xiàn)）。1、粗波分復(fù)用器2密集波分復(fù)用器DWDM一、干涉濾光膜型波分復(fù)用器輸入光纖14320(監(jiān)管信道)干涉濾光膜二、光柵型波分復(fù)用器輸入光14321.體光柵型2.光纖光柵型布拉格光柵1—161—151616161—15、161—15、16FBG環(huán)形器光纖光柵的應(yīng)用三、陣列波導(dǎo)光柵型波分復(fù)用器(AWG)光監(jiān)控信道（OSC）DWDM系統(tǒng)對(duì)光監(jiān)控信道的

基本要求

監(jiān)控通路波長(zhǎng)1510nm，監(jiān)控速率2Mb/s對(duì)光監(jiān)控通路的要求

(1)監(jiān)控通路不限制光放大器的泵浦波長(zhǎng)

(2)監(jiān)控通路不限制光放大器之間的距離

(3)監(jiān)控通路不限制未來(lái)在1310nm波長(zhǎng)的業(yè)務(wù)

(4)在光放大器失效時(shí)監(jiān)控通路仍然可用

(5)OSC傳輸是分段的且具有3R功能和雙向傳輸功能

(6)應(yīng)有OSC保護(hù)路由，防止光纖被切斷后監(jiān)控信息不能傳送的嚴(yán)重后果DWDM系統(tǒng)監(jiān)控通道保護(hù)技術(shù)DWDM網(wǎng)管系統(tǒng)示意圖DWDM網(wǎng)管系統(tǒng)光復(fù)用段層(OMS)光通道層(OCH)光傳輸段層(OTS)光傳送網(wǎng)分層結(jié)構(gòu)通道層段層SDH分層結(jié)構(gòu)物理層(FIBER)電路層

網(wǎng)元管理系統(tǒng)管理功能：故障管理：進(jìn)行故障診斷、故障定位、故障隔離、 故障改正，以及路徑測(cè)試功能。性能管理：性能參數(shù)監(jiān)視等配置管理：設(shè)置和預(yù)配等安全管理：4級(jí)授權(quán)等獨(dú)立的網(wǎng)元管理功能EM層DWDM的網(wǎng)管應(yīng)與所承載信號(hào)的網(wǎng)管分離開(kāi)，以增加承載多樣性，發(fā)揮“業(yè)務(wù)透明”的特點(diǎn)。三DWDM組網(wǎng)三DWDM組網(wǎng)考慮

網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的前瞻性

光網(wǎng)絡(luò)分層結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的一致性

統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)管理，分級(jí)的網(wǎng)元管理網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的開(kāi)放性

可容納不同業(yè)務(wù)和不同種類(lèi)的傳輸設(shè)備DWDM系統(tǒng)總體考慮n為最大通路數(shù)目W字母表示跨距x表示應(yīng)用代碼中最大允許的光中繼段數(shù)；y

表示通路信號(hào)的最大比特率（STM等級(jí)）:1,4,16,64z表示光纖類(lèi)型L表示長(zhǎng)距離80kmV,表示較長(zhǎng)距離100kmV表示甚長(zhǎng)距離120kmU表示超長(zhǎng)距離160km2表示G.652光纖3表示G.653光纖5表示G.655光纖

應(yīng)用代碼的構(gòu)成：nWx-y.z

系統(tǒng)應(yīng)用代碼

DWDM應(yīng)用代碼nL8-16.2 (8×80km)nV3-16.2 (3×120km)nV’5-16.2 (5×100km)無(wú)在線光放大器系統(tǒng)的應(yīng)用代碼有在線光放大器系統(tǒng)和應(yīng)用代碼1)80公里跨距2)120公里跨距有在線光放大器系統(tǒng)和應(yīng)用代碼

系統(tǒng)衰減范圍

系統(tǒng)目標(biāo)距離的衰減范圍基于光纜在1530-1565nm范圍內(nèi)的衰減系數(shù)為0.28dB/km(包括接頭衰減和光纜富余度）、目標(biāo)距離40km的光纖衰減為11dB的假設(shè)計(jì)算得到的。G.652光纖目標(biāo)距離的最大色散基于色散系數(shù)為20ps/(nm.km)的假設(shè)計(jì)算得到的。DWDM網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)有拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)點(diǎn)到點(diǎn)環(huán)狀12345ABCDE12345ABCDE

線路保護(hù)主要有兩種保護(hù)方式：SDH層的保護(hù) 光網(wǎng)絡(luò)層的保護(hù)WDM系統(tǒng)的保護(hù)ADMmADMADMADM2纖自愈環(huán)nADMmADMADMADM4纖自愈環(huán)mmmnmnmnmDWDM和SDH自愈環(huán)的結(jié)合WDMWDM色散限制無(wú)電中繼總傳輸距離OSNR光纖段跨距光信噪比（OSNR）限制光纖段跨距和傳輸距離平滑升級(jí)考慮

容量需求：

容量需求的遠(yuǎn)期目標(biāo)

容量需求的近期目標(biāo)

單信道速率：2.5Gbit/s

10Gbit/s

EDFA增益帶寬范圍:

全帶、紅帶、藍(lán)帶

光信道間隔：100GHz、200GHz、400GHzEDFA光放大器增益譜曲線紅帶藍(lán)帶全帶1535nm1547nm1560nm200GHz間隔全帶放大100GHz間隔紅帶放大100GHz間隔藍(lán)帶放大200GHz200GHz