wdm波分復(fù)用網(wǎng)絡(luò)

會(huì)計(jì)學(xué)1wdm波分復(fù)用網(wǎng)絡(luò)13.1DWDM技術(shù) 光纖通信經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展，單信道實(shí)用化系統(tǒng)的傳輸速率從1976年的45Mbit/s發(fā)展到了10Gbit/s，線路的利用率得到了很大提高(但與光纖巨大的帶寬潛力相比這點(diǎn)帶寬還微不足道)。第1頁(yè)/共38頁(yè)類似于傳統(tǒng)頻分復(fù)用的概念，在1300~1600nm光譜范圍內(nèi)，以一定的間隔隔開(kāi)的多個(gè)波長(zhǎng)可以在同一根光纖中獨(dú)立傳播。(200nm窗口，帶寬約30THz）1270135014801600波長(zhǎng)間隔和頻率間隔之間的換算關(guān)系例：在1525~1565nm頻帶內(nèi)，窄線寬激光器在0.8nm譜帶內(nèi)(~100GHz間隔)發(fā)射信號(hào)，則一根光纖可以同時(shí)承載50路獨(dú)立的信號(hào)。80nm120nm相比窗口帶寬，每個(gè)波長(zhǎng)信道上信號(hào)的調(diào)制帶寬很窄第2頁(yè)/共38頁(yè)電時(shí)分復(fù)用面臨的問(wèn)題：“電子瓶頸”限制：

10Gb/s→40Gb/s…光纖色散限制單波長(zhǎng)通信系統(tǒng)遠(yuǎn)不能有效利用光纖帶寬signal1signal21011100111001011TDMsignal第3頁(yè)/共38頁(yè)

13.1.1．DWDM技術(shù)產(chǎn)生背景傳統(tǒng)的傳輸網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容方法采用空分多路復(fù)用（SDM）和時(shí)分多路復(fù)用（TDM）兩種方式。（1）SDM靠增加光纖數(shù)量的方式線性增加傳輸系統(tǒng)的容量，傳輸設(shè)備也線性增加?？辗侄嗦窂?fù)用的擴(kuò)容方式十分受限。（2）TDM是比較常用的擴(kuò)容方式，從PDH的一次群至四次群的復(fù)用，到SDH的STM-1、STM-4、STM-16至STM-64的復(fù)用。但達(dá)到一定的速率等級(jí)時(shí)，會(huì)受到器件和線路等特性的限制。

DWDM技術(shù)不僅大幅度地增加了網(wǎng)絡(luò)的容量，而且還充分利用了光纖的寬帶資源，減少了網(wǎng)絡(luò)資源的浪費(fèi)。第4頁(yè)/共38頁(yè) 光波分復(fù)用(WDM)技術(shù)是在一芯光纖中同時(shí)傳輸多波長(zhǎng)光信號(hào)的一項(xiàng)技術(shù)。其基本原理是在發(fā)送端將不同波長(zhǎng)的光信號(hào)組合起來(lái)，并耦合到光纜線路上的同一根光纖中進(jìn)行傳輸，在接收端將組合波長(zhǎng)的光信號(hào)分開(kāi)，并作進(jìn)一步處理，恢復(fù)出原信號(hào)后送入不同的終端。第5頁(yè)/共38頁(yè)

13.1.2．DWDM原理概述

DWDM技術(shù)是利用單模光纖的帶寬以及低損耗的特性，采用多個(gè)波長(zhǎng)作為載波，允許各載波信道在一條光纖內(nèi)同時(shí)傳輸。通常把光信道間隔較大（甚至在光纖的不同窗口上）的復(fù)用稱為光波分復(fù)用（WDM），而把在同一窗口中信道間隔較小的WDM稱為密集波分復(fù)用（DWDM）。

DWDM系統(tǒng)的構(gòu)成及光譜示意如圖13-1所示。第6頁(yè)/共38頁(yè)圖13.1DWDM系統(tǒng)的構(gòu)成及頻譜示意圖第7頁(yè)/共38頁(yè)點(diǎn)到點(diǎn)的波分復(fù)用系統(tǒng)波分復(fù)用器100GHz間隔的WDM信道頻譜第8頁(yè)/共38頁(yè)

13.1.3．DWDM工作方式（1）雙纖單向傳輸雙纖單向傳輸指一根光纖只完成一個(gè)方向光信號(hào)的傳輸，反向光信號(hào)的傳輸由另一根光纖來(lái)完成。如圖13.2所示，圖13.2

雙纖單向傳輸?shù)腄WDM系統(tǒng)第9頁(yè)/共38頁(yè)

（2）單纖雙向傳輸單纖雙向傳輸指在一根光纖中實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方向光信號(hào)的同時(shí)傳輸，兩個(gè)方向的光信號(hào)應(yīng)安排在不同波長(zhǎng)上。圖13.3

單纖雙向傳輸?shù)腄WDM系統(tǒng)第10頁(yè)/共38頁(yè)（3）光信號(hào)的分出和插入通過(guò)光分插復(fù)用器（OADM）可以實(shí)現(xiàn)各波長(zhǎng)的光信號(hào)在中間站的分出與插入，即完成上/下光路，利用這種方式可以完成DWDM系統(tǒng)的環(huán)形組網(wǎng)。圖13.4

光信號(hào)的分出和插入傳輸?shù)?1頁(yè)/共38頁(yè)

13.1.4．DWDM的應(yīng)用形式有開(kāi)放式DWDM和集成式DWDM。開(kāi)放式DWDM系統(tǒng)采用波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換技術(shù)，將復(fù)用終端的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成符合ITU-T建議的波長(zhǎng)，然后進(jìn)行合波。集成式DWDM系統(tǒng)沒(méi)有采用波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換技術(shù)，它要求復(fù)用終端的光信號(hào)符合ITU-T建議的波長(zhǎng)，然后進(jìn)行合波。第12頁(yè)/共38頁(yè)

13.1.5．DWDM的優(yōu)越性

(1)可以充分利用光纖的巨大帶寬潛力，使一根光纖上的傳輸容量比單波長(zhǎng)傳輸增加幾十至上萬(wàn)倍。 (2)N個(gè)波長(zhǎng)復(fù)用以后在一根光纖中傳輸，在大容量長(zhǎng)途傳輸時(shí)可以節(jié)約大量的光纖。第13頁(yè)/共38頁(yè)(3)波分復(fù)用通道對(duì)傳輸信號(hào)是完全透明的，即對(duì)傳輸碼率、數(shù)據(jù)格式及調(diào)制方式均具有透明性，可同時(shí)提供多種協(xié)議的業(yè)務(wù)，不受限制地提供端到端業(yè)務(wù)。(4)可擴(kuò)展性好。(5)降低器件的超高速要求。第14頁(yè)/共38頁(yè)13.2DWDM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1．DWDM器件

DWDM器件分為合波器和分波器兩種，如圖13-5所示。合波器的主要作用是將多個(gè)信號(hào)波長(zhǎng)合在一根光纖中傳輸。分波器的主要作用是將在一根光纖中傳輸?shù)亩鄠€(gè)波長(zhǎng)信號(hào)分離。圖13-5DWDM器件第15頁(yè)/共38頁(yè)

2．DWDM的幾種網(wǎng)絡(luò)單元類型

DWDM設(shè)備可分為光終端復(fù)用器（OTM）、光線路放大器（OLA）、光分插復(fù)用器（OADM）和電中繼器（REG）幾種類型。以華為公司的波分320G設(shè)備為例講述各種網(wǎng)單元的作用。（1）光終端復(fù)用器（OTM）在發(fā)送方向，OTM把波長(zhǎng)為λ1～λ16（或λ32）的STM-16信號(hào)經(jīng)合波器復(fù)用成DWDM主信道，然后對(duì)其進(jìn)行光放大，并附加上波長(zhǎng)為λs的光監(jiān)控信道。在接收方向，OTM先把光監(jiān)控信道取出，然后對(duì)DWDM主信道進(jìn)行光放大，經(jīng)分波器解復(fù)用成16（或32）個(gè)波長(zhǎng)的STM-16信號(hào)。OTM的信號(hào)流向如圖13-6所示。第16頁(yè)/共38頁(yè)圖13-6OTM信號(hào)流向圖第17頁(yè)/共38頁(yè)

（2）光放大器（OLA）每個(gè)傳輸方向的OLA先取出光監(jiān)控信道（OSC）并進(jìn)行處理，再將主信道進(jìn)行放大，然后將主信道與OSC合路并送入光纖。如圖13-7所示。圖13-7OLA信號(hào)流向圖第18頁(yè)/共38頁(yè)

（3）光分插復(fù)用器（OADM）

OADM設(shè)備接收線路的光信號(hào)后，先提取監(jiān)控信道，再用WPA將主光通道預(yù)放大，通過(guò)MR2單元把含有16或32路STM-16的光信號(hào)按波長(zhǎng)取下一定數(shù)量后送出設(shè)備，要插入的波長(zhǎng)經(jīng)MR2單元直接插入主信道，再經(jīng)功率放大后插入本地光監(jiān)控信道，向遠(yuǎn)端傳輸。以MR2為例，其信號(hào)流向如圖13-8所示。第19頁(yè)/共38頁(yè)圖12-8

靜態(tài)OADM（32/2）信號(hào)流向圖第20頁(yè)/共38頁(yè)

（4）兩個(gè)OTM背靠背組成的光分插復(fù)用器用兩個(gè)OTM背靠背的方式組成一個(gè)可上/下波長(zhǎng)的OADM，如圖13-9所示。圖13-9

兩個(gè)OTM背靠背組成的OADM信號(hào)流向圖第21頁(yè)/共38頁(yè)（5）電中繼器（REG）以STM-16信號(hào)的中繼為例，其的信號(hào)流向如圖13-10所示。圖13-10

電中繼器（REG）的信號(hào)流向圖第22頁(yè)/共38頁(yè)

3．DWDM網(wǎng)絡(luò)的一般組成（1）點(diǎn)到點(diǎn)組網(wǎng)

DWDM的點(diǎn)到點(diǎn)組網(wǎng)示意圖如圖13-11所示。（2）鏈形組網(wǎng)

DWDM的鏈形組網(wǎng)示意圖如圖13-12所示。（3）環(huán)形組網(wǎng)

DWDM環(huán)形組網(wǎng)示意圖如圖13-13所示。圖13-11DWDM的點(diǎn)到點(diǎn)組網(wǎng)示意圖

第23頁(yè)/共38頁(yè)

圖13-13DWDM的環(huán)形組網(wǎng)示意圖圖13-12DWDM的鏈形組網(wǎng)示意圖第24頁(yè)/共38頁(yè)

4．DWDM網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)點(diǎn)到點(diǎn)線路保護(hù)主要有兩種保護(hù)方式一種是基于單個(gè)波長(zhǎng)、在SDH層實(shí)施的1+1或1︰N的保護(hù)；另一種是基于光復(fù)用段上的保護(hù)，在光路上同時(shí)對(duì)合路信號(hào)進(jìn)行保護(hù)，這種保護(hù)也稱光復(fù)用段保護(hù)（OMSP）。另外還有基于環(huán)網(wǎng)的保護(hù)。第25頁(yè)/共38頁(yè)13.3波長(zhǎng)計(jì)劃分類簡(jiǎn)單WDM（簡(jiǎn)稱WDM）：1310nm/1550nm，用于PON接入網(wǎng)絡(luò)CWDM（CoarseWDM）：傳統(tǒng)的CWDM:850nm窗口，主要用于多模光纖的接入網(wǎng)中WWDM(WideWDM):10GEWAN城域CWDM:主要用于城域網(wǎng)DWDM(DenseWDM）主要用于長(zhǎng)距離傳輸系統(tǒng)第26頁(yè)/共38頁(yè)簡(jiǎn)單WDM：主要用于采用單纖雙向傳輸方式的光纖接入網(wǎng)中（如PON），在上下行方向采用不同的波長(zhǎng)，1310nm為上行波長(zhǎng)（用戶到中心局）；1550nm為下行波長(zhǎng)(用戶到中心局)。采用熔融光纖波分復(fù)用器實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)的復(fù)用/解復(fù)用Downstream1550nmUpstream1310nm第27頁(yè)/共38頁(yè)CWDM-傳統(tǒng)CWDM20世紀(jì)80年代提出，用于850nm傳輸窗口的多模光纖局域網(wǎng)（如：視頻分配網(wǎng)，雙向單纖網(wǎng)絡(luò)等）波長(zhǎng)間隔25nm20世紀(jì)90年代后期，隨著10G以太網(wǎng)技術(shù)的興起，采用850窗口的4波長(zhǎng)傳送10GE被列入10GELAN的標(biāo)準(zhǔn)之一（IEEE802.3)第28頁(yè)/共38頁(yè)CWDM-WWDM：IEEE802.310GEWAN標(biāo)準(zhǔn)之一：多模光纖，1310nm窗口，間隔為25nm的4個(gè)光波長(zhǎng)信道，單信道速率3.125Gb/s，傳輸距離10km.第29頁(yè)/共38頁(yè)CWDM-城域CWDM隨著DWDM技術(shù)在長(zhǎng)距離通信中的應(yīng)用。寬帶城域網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題逐漸成為通信網(wǎng)絡(luò)的瓶頸。寬帶、靈活及低成本是城域網(wǎng)追求的主要目標(biāo)。采用CWDM技術(shù)是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的有效手段。ITU-TG.694.2規(guī)定了城域CWDM的波長(zhǎng)分配方案第30頁(yè)/共38頁(yè)CWDM優(yōu)越性：降低對(duì)激光器波長(zhǎng)漂移的限制，無(wú)制冷激光器（如VCSEL）成為其首選器件降低濾波器件的制作難度及成本第31頁(yè)/共38頁(yè)第32頁(yè)/共38頁(yè)DWDMITU-TG.694.1規(guī)定了DWDM的波長(zhǎng)分配方案波長(zhǎng)間隔包括200GHz,100GHz,50GHz目前長(zhǎng)距離系統(tǒng)主要使用C-band(1530nm~1565mn)和L-band(1565nm~1625nm)的波長(zhǎng)第33頁(yè)/共38頁(yè)WDM系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)1.系統(tǒng)容量可以很容易升級(jí)

如果每個(gè)波長(zhǎng)可以承載40Gb/s的信息，那么一根光纖若同時(shí)傳輸100個(gè)波長(zhǎng)就能實(shí)現(xiàn)4Tb/s的傳輸2.可以保持?jǐn)?shù)據(jù)的透明性WDM的信道都可以獨(dú)立地?cái)y帶任意的傳輸格式，它們之間可以不同步，數(shù)據(jù)速率可以不同，可以是模擬的或者數(shù)字的3.可以用于構(gòu)造波長(zhǎng)路由光網(wǎng)絡(luò)

光網(wǎng)絡(luò)交換節(jié)點(diǎn)除了可以執(zhí)行時(shí)間和空間兩個(gè)維度的交換之外還可以利用波長(zhǎng)進(jìn)行交換，多維的交換讓光網(wǎng)絡(luò)具有更高

的靈活性第34頁(yè)/共38頁(yè)WDM實(shí)驗(yàn)記錄單位總?cè)萘坎ㄩL(zhǎng)數(shù)單波速率宣稱時(shí)間1Alcatel5.12T12840G2000.092NEC6.4T16040G2000.103Siemens7.04T17640G2000.104Alcatel10.2T25640G2001.035NEC10.9T27340G2001.03第35頁(yè)/共38頁(yè)WDM+TDM會(huì)議傳輸距離容量信號(hào)研究機(jī)構(gòu)OFC0332x100km160x42.7GCSRZ-DPSKOFSOFC03100x100km40x42.7GCSRZ-DPSKMinteraECOC038200km64x42.7GCSRZ-DPSKKDDIOFC046120km149x42.7GDPSKAlcatelECOC061