DWDW的發(fā)展和應(yīng)用

DWDM的發(fā)展和應(yīng)用

一、DWDM系統(tǒng)概述

二、DWDM系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

三、DWDM的應(yīng)用及展望

光通信是目前發(fā)展最快的領(lǐng)域。商用DWDM系統(tǒng)最大容量為320Gb/s、1.6Tb/s。實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了大容量DWDM的試驗(yàn)。光交叉連接與波長(zhǎng)路由器已經(jīng)問(wèn)世；數(shù)據(jù)與光的結(jié)合，未來(lái)的網(wǎng)絡(luò)可能將是把IP/ATM交換機(jī)直接接至光傳送網(wǎng)上；向光組網(wǎng)的轉(zhuǎn)變是寬帶革命的核心。城域DWDM已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用；DWDM系統(tǒng)已從4×2.5Gb/s向32×10Gb/s、1.6Tb/s系統(tǒng)過(guò)渡。運(yùn)營(yíng)商：中國(guó)電信、中國(guó)移動(dòng)、聯(lián)通、網(wǎng)通、鐵通等。DWDM技術(shù)發(fā)展背景什么是波分復(fù)用？高速路加油站巡邏車(chē)把不同波長(zhǎng)的光信號(hào)復(fù)用到一根光纖中進(jìn)行傳送(如每個(gè)波承載一種TDM電信號(hào)）的方式統(tǒng)稱為波分復(fù)用。DWDM1.21.31.41.51.61.7波長(zhǎng)(m)損耗(dB/km)0.10.20.40.81.025THz0光纖通信窗口的損耗狀況目前使用:C波段：1525~1565nmL波段：1570~1620nm正在開(kāi)發(fā):S波段：1400nm波段DWDM產(chǎn)品的演變32×10Gb/s32×2.5Gb/s16×2.5Gb/s4×2.5Gb/s160×10Gb/sDWDM的工作方式DWDM系統(tǒng)原理圖Rx1RxnRx2Tx1Tx2TxnMUXOLADEMUXOSCOSCOSCDWDM的發(fā)展WDM技術(shù)在90年代初出現(xiàn)，但在95年以前沒(méi)有很快發(fā)展，原因有三個(gè)：

TDM技術(shù)的發(fā)展：155Mb/s-622Mb/s-2.5Gb/sTDM技術(shù)相對(duì)簡(jiǎn)單。因此，在2.5Gb/s系統(tǒng)以下，在系統(tǒng)升級(jí)時(shí)，人們會(huì)首先選用TDM技術(shù)；

WDM關(guān)鍵器件還沒(méi)有完全成熟，如波分復(fù)用器/解復(fù)用器和光放大器；

應(yīng)用中對(duì)傳輸容量的需求還不高，TDM設(shè)備的容量還能夠滿足需求。

95年以后，WDM技術(shù)發(fā)展進(jìn)入快車(chē)道，因?yàn)椋?/p>

各種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的爆炸性發(fā)展，對(duì)傳輸容量的需求急劇增加，傳輸干線的需求目前已達(dá)到10Gb/s以上；

TDM技術(shù)在10Gb/s以上面臨電子元器件的挑戰(zhàn)；

已廣泛鋪設(shè)的G.652光纖在1550nm窗口的高色散限制了TDM高速系統(tǒng)的應(yīng)用；光電器件的成熟和發(fā)展，使WDM產(chǎn)品的商用化成為可能。DWDM技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)IPATMSDHDWDM光纖物理層OpenOpticalInterfaceSDHATMIP其它DWDM技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)可配置OADM點(diǎn)對(duì)點(diǎn)DWDM傳輸可重構(gòu)OXCOXCl1l2lNl1l2lNlililklk光通信的三個(gè)發(fā)展階段PDHSDHDWDM155M622M2.5G10GG.957G.691G.692光接口的規(guī)范G.957——SDH設(shè)備和系統(tǒng)的光接口；G.691——帶有光放的SDH單信道的速率到達(dá) STM-64系統(tǒng)的光接口；G.692——帶有光放的多信道系統(tǒng)的光接口二、DWDM系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)光放大器(EDFA)色散補(bǔ)償（模塊）光波分復(fù)用器和解復(fù)用器技術(shù)光放大器(EDFA)EDFA采用兩級(jí)放大結(jié)構(gòu)；中間段為DCU色散補(bǔ)償單元（或小型OADM）泵浦波長(zhǎng)：第一級(jí)：980nm；第二級(jí)：1480nmEDFA還含括：適當(dāng)?shù)墓鉃V波器，以便上下光監(jiān)控信道（1510nm）內(nèi)置可調(diào)光衰減器，通過(guò)調(diào)節(jié)中間段的損耗控制輸入功率來(lái)優(yōu)化EDFA的光譜平坦度。EDFA輸出功率：無(wú)外置泵浦模塊：+17dBm;+20dBm;帶外置泵浦模塊(1480nm)：+20dBm;+23dBm;，鉺摻雜光纖隔離器WDM耦合器PinPoutlNl2l1lNl2l1隔離器泵浦激光器980nm,1480nm摻鉺光纖放大器

EDFA光耦合器（WDM）光耦合器，顧名思義，就是具有耦合的功能，其作用是將信號(hào)光和泵浦光耦合。一起送入摻鉺光纖，也稱光合波器，通常使用光纖熔錐型合波器。光隔離器（ISO）光隔離器（ISO）是一種利用法拉第旋光效應(yīng)制成的，只能允許光單向傳輸?shù)钠骷９饴分袃芍桓綦x器的作用分別是：輸入光隔離器可以阻擋摻鉺光纖中反向ASE對(duì)系統(tǒng)發(fā)射器件造成干擾，以及避免反向ASE在輸入端發(fā)生反射后又進(jìn)入摻鉺光纖產(chǎn)生更大的噪聲；輸出光隔離器則可避免輸出的放大光信號(hào)在輸出端反射后進(jìn)入摻鉺光纖消耗粒子數(shù)從而影響摻鉺光纖的放大特性。泵浦激光器（PUMP）泵浦激光器是EDFA的能量源泉，它的作用是為光信號(hào)的放大提供能量。通常是一種半導(dǎo)體激光器，輸出波長(zhǎng)為980nm或1480nm，泵浦光經(jīng)過(guò)摻鉺光纖時(shí)，將鉺離子從低能級(jí)泵浦到高能級(jí)，從而形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，而當(dāng)信號(hào)光經(jīng)過(guò)時(shí)，能量就會(huì)轉(zhuǎn)移到光信號(hào)中，從而實(shí)現(xiàn)光放大的作用。摻鉺光纖放大器

EDFA980nm1480nmN1N3~0N21550nm1550nm信號(hào)光泵浦光EDFA的工作原理E3激發(fā)態(tài)E2亞穩(wěn)態(tài)E1基態(tài)1.摻鉺光纖（EDF）摻鉺光纖是光纖放大器的核心，它是一種內(nèi)部摻有一定濃度Er3+的光纖，為了闡明其放大原理，需要從鉺離子的能級(jí)圖講起。鉺離子的外層電子具有三能級(jí)結(jié)構(gòu)，E1是基態(tài)能級(jí)，E2是亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)，E3激發(fā)態(tài)當(dāng)用高能量的泵浦激光器來(lái)激勵(lì)摻鉺光纖時(shí)，可以使鉺離子的束縛電子從基態(tài)能級(jí)大量激發(fā)到高能級(jí)E3上。然而，高能級(jí)是不穩(wěn)定的，因而鉺離子很快會(huì)經(jīng)歷無(wú)輻射衰減（即不釋放光子）落入亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)E2。而E2能級(jí)是一個(gè)亞穩(wěn)態(tài)的能帶，在該能級(jí)上，粒子的存活壽命較長(zhǎng)，受到泵浦光激勵(lì)的粒子，以非輻射躍遷的形式不斷地向該能級(jí)匯集，從而實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布。當(dāng)具有1550nm波長(zhǎng)的光信號(hào)通過(guò)這段摻餌光纖時(shí)，亞穩(wěn)態(tài)的粒子以受激輻射的形式躍遷到基態(tài)，并產(chǎn)生出和入射信號(hào)光中的光子一模一樣的光子，從而大大增加了信號(hào)光中的光子數(shù)量，即實(shí)現(xiàn)了信號(hào)光在摻餌光纖傳輸過(guò)程中的不斷被放大的功能。EDFA的工作原理色散補(bǔ)償技術(shù)色散的定義

光脈沖信號(hào)進(jìn)入光纖后經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離傳輸，在光纖輸出端，光信號(hào)波形發(fā)生了時(shí)間上的展寬。

偏振模色散（PMD）

光脈沖信號(hào)沿X軸振動(dòng)和沿Y軸振動(dòng)，每個(gè)軸代表一個(gè)偏振模，兩個(gè)偏振模到達(dá)的時(shí)間差稱為偏振模色散PMD。DWDM色散補(bǔ)償脈沖展寬，導(dǎo)致了脈沖與脈沖相重疊現(xiàn)象，產(chǎn)生了碼間干擾。色度色散對(duì)DWDM系統(tǒng)的影響DWDM色散補(bǔ)償

光模塊的色散容限

光模塊本身可以容納一定范圍的色散，例如：

10G光模塊常見(jiàn)的有800ps/nm、400ps/nm2.5G常見(jiàn)的有12800ps/nm

光纖的色散系數(shù)

不同類(lèi)型的光纖具有不同的色散系數(shù)，例如：G.652光纖的色散系數(shù)為20ps/nm/km，采用12800ps/nm的光模塊時(shí)最遠(yuǎn)可傳輸640km。

DWDM色散補(bǔ)償DWDM色散補(bǔ)償色散分布圖光波分復(fù)用器和解復(fù)用器技術(shù)

復(fù)用器fiber解復(fù)用器光波分解復(fù)用技術(shù)主要包括：陣列波導(dǎo)技術(shù)、衍射光柵技術(shù)、干涉薄膜技術(shù)和光纖光柵技術(shù)等光波分復(fù)用技術(shù)還包括耦合器技術(shù)。

介質(zhì)薄膜濾波器型陣列波導(dǎo)光柵型耦合器型34衍射光柵型341234。。。34343434DWDM復(fù)用和解復(fù)用器原理

屬于角色散型器件，當(dāng)光到光柵上后，由于光柵的角色散作用，使不同的光信號(hào)以不同的角度出射，然后經(jīng)過(guò)透鏡會(huì)聚到不同的輸出光纖，從而完成波長(zhǎng)選擇和分離的作用，反之就可以實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)的合并。優(yōu)點(diǎn)波長(zhǎng)選擇特性優(yōu)良，可以使波長(zhǎng)間隔小到0.5nm左右并聯(lián)工作，插入損耗不會(huì)隨復(fù)用信道的數(shù)目增加而增加缺點(diǎn)

溫度穩(wěn)定性不好光柵型復(fù)用器/解復(fù)用器的原理及特點(diǎn)DWDM應(yīng)用展望

目前，40GDWDM技術(shù)成熟、市場(chǎng)需求明顯，100GDWDM技術(shù)尚未成熟，短期內(nèi)沒(méi)有成本優(yōu)勢(shì)。未來(lái)2-3年內(nèi)40GDWDM仍是主流高速傳輸技術(shù)，并與100GDWDM共存，而100GDWDM完全取代40GDWDM則需要整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的成熟與推動(dòng)。

100GDWDM是當(dāng)前高速光傳輸值得期待的技術(shù)，3年內(nèi)可以開(kāi)始批量商用，市場(chǎng)窗口將長(zhǎng)期存在。對(duì)于運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)，在10GbE和GbE業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)上，是希望DWDM終端設(shè)備的機(jī)箱的部署速度更快，更容易，是否適合在原有的運(yùn)營(yíng)成本上升級(jí)或過(guò)渡到100G的帶寬，有幾個(gè)關(guān)鍵的要素。數(shù)據(jù)中心互連有適應(yīng)更長(zhǎng)距離的趨勢(shì)要求。