WDM原理介紹綜述

1、11.1WDM原理原理2引入 WDM技術(shù)是一種比較先進(jìn)的光纖通信新技術(shù)，并且相對(duì)成熟，通過本課程的學(xué)習(xí)，使我們對(duì)于WDM的原理有一個(gè)基本的了解和認(rèn)識(shí)。3o了解并掌握WDM的一些基本概念及WDM的原理、傳輸方式以及組成；o了解WDM的傳輸媒質(zhì)；o掌握DWDM的技術(shù)原理和關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)方法；o了解WDM光傳輸系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)范。學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)完本課程，您應(yīng)該能夠：學(xué)習(xí)完本課程，您應(yīng)該能夠：4第一章第一章 波分復(fù)用技術(shù)概述波分復(fù)用技術(shù)概述第二章第二章 WDM 傳輸媒質(zhì)傳輸媒質(zhì)第三章第三章 DWDM關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)第四章第四章 WDM光傳輸系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)范光傳輸系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)范課程內(nèi)容5光傳送網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)

2、業(yè)務(wù)光傳送網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)爆炸式增長(zhǎng)，傳統(tǒng)的爆炸式增長(zhǎng)，傳統(tǒng)的PDH、SDH帶帶寬 已 經(jīng) 無 法 應(yīng) 對(duì) 。 目 前 商 用 的寬 已 經(jīng) 無 法 應(yīng) 對(duì) 。 目 前 商 用 的DWDM系統(tǒng)容量已達(dá)系統(tǒng)容量已達(dá)320 Gb/s、1.6Tb/s。實(shí)驗(yàn)室還正在進(jìn)行更大。實(shí)驗(yàn)室還正在進(jìn)行更大容 量容 量 D W D M 的 試 驗(yàn)的 試 驗(yàn) 。全光網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)融合、全光網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)融合、MSTP：光交叉連接與波長(zhǎng)路由器已經(jīng)問世。光交叉連接與波長(zhǎng)路由器已經(jīng)問世。數(shù)據(jù)與光的結(jié)合，未來的網(wǎng)絡(luò)可能數(shù)據(jù)與光的結(jié)合，未來的網(wǎng)絡(luò)可能將是把將是把IP/ATM交換機(jī)直接接至光傳交換機(jī)直接接至光傳送網(wǎng)上；向光組網(wǎng)

3、的轉(zhuǎn)變是寬帶革送網(wǎng)上；向光組網(wǎng)的轉(zhuǎn)變是寬帶革命的核心命的核心 。運(yùn)營(yíng)商經(jīng)營(yíng)理念的轉(zhuǎn)變、投資更運(yùn)營(yíng)商經(jīng)營(yíng)理念的轉(zhuǎn)變、投資更加理性化加理性化 。WDM技術(shù)發(fā)展背景6采用采用SDM，鋪設(shè)多芯新光纜，鋪設(shè)多芯新光纜(需考慮時(shí)間與成本需考慮時(shí)間與成本)使用更高比特率使用更高比特率TDM。STM-1-STM-64波分復(fù)用（波分復(fù)用（WDM）技術(shù)已經(jīng)）技術(shù)已經(jīng)成熟，成為很好的擴(kuò)容成熟，成為很好的擴(kuò)容 方式方式怎樣增加傳輸容量7高速路加油站巡邏車什么是波分復(fù)用？8把不同波長(zhǎng)的光信號(hào)復(fù)用到一根光纖中進(jìn)行傳送的方式把不同波長(zhǎng)的光信號(hào)復(fù)用到一根光纖中進(jìn)行傳送的方式統(tǒng)稱為波分復(fù)用。統(tǒng)稱為波分復(fù)用。121 2 nWDM

4、概念9Rx1RxnRx2Tx1Tx2TxnMUXOLADEMUXOSCOSCOSCWDM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖103210Gb/s322.5Gb/s162.5Gb/s42.5Gb/s16010Gb/sDWDM產(chǎn)品的演變11單向波分復(fù)用系統(tǒng)采用兩根光纖，一根光纖只完成一個(gè)方向光信單向波分復(fù)用系統(tǒng)采用兩根光纖，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完成。號(hào)的傳輸，反向光信號(hào)的傳輸由另一根光纖來完成。 單向WDM12雙向波分復(fù)用系統(tǒng)則只用一根光纖，在一根光纖中實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方向雙向波分復(fù)用系統(tǒng)則只用一根光纖，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)方向光信號(hào)應(yīng)安排在不同波長(zhǎng)上。光信號(hào)

5、的同時(shí)傳輸，兩個(gè)方向光信號(hào)應(yīng)安排在不同波長(zhǎng)上。雙向WDM光波長(zhǎng)復(fù)分用器光波長(zhǎng)復(fù)分用器功率/前置放大功率/前置放大光光線線路路放放大大東向1-N西向1-N紅帶EDFA1547.5 1560.5nm藍(lán)帶EDFA1527.5 1542.5nmWDM耦合器WDM耦合器OSC 1510 nmOSC 1625nm13o開放式開放式WDM 開放式DWDM系統(tǒng)的特點(diǎn)是對(duì)復(fù)用終端光接口沒有特別的要求，只要求這些接口符合ITU-T 建議的光接口標(biāo)準(zhǔn)。 o集成式集成式WDM 集成式DWDM系統(tǒng)沒有采用波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換技術(shù)，它要求復(fù)用終端的光信號(hào)的波長(zhǎng)符合DWDM系統(tǒng)的規(guī)范，不同的復(fù)用終端設(shè)備發(fā)送不同的符合ITU-T建議的波

6、長(zhǎng)，這樣他們?cè)诮尤牒喜ㄆ鲿r(shí)就能占據(jù)不同的通道，從而完成合波。WDM應(yīng)用形式14N路波長(zhǎng)復(fù)用的路波長(zhǎng)復(fù)用的WDM系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)主要有：系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)主要有：o光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換單元（OTU）；o波分復(fù)用器：分波/合波器（ODU/OMU）；o光放大器（BA/LA/PA）；o光監(jiān)控信道/通路（OSC）；WDM系統(tǒng)組成15超大容量。超大容量。對(duì)數(shù)據(jù)的對(duì)數(shù)據(jù)的“透明透明”傳輸。傳輸。系統(tǒng)升級(jí)時(shí)能最大限度地保護(hù)已有的投資。系統(tǒng)升級(jí)時(shí)能最大限度地保護(hù)已有的投資。lDWDM的優(yōu)點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn)高度的組網(wǎng)靈活性、經(jīng)濟(jì)性以及可靠性。高度的組網(wǎng)靈活性、經(jīng)濟(jì)性以及可靠性?？杉嫒萑饩W(wǎng)交換。可兼容全光網(wǎng)交換。WDM的優(yōu)勢(shì)16oCWDM

7、（Coarse Wavelength Division Multiplex）稀疏波分復(fù)用CWDM與與DWDM的區(qū)別的區(qū)別：oCWDM載波通道間距較寬，因此一根光纖上只能復(fù)用2到16個(gè)左右波長(zhǎng)的光信號(hào)。oCWDM調(diào)制激光采用非冷卻激光，而DWDM采用的是冷卻激光，整個(gè)CWDM系統(tǒng)成本只有DWDM的30%。 o稀疏波分復(fù)用系統(tǒng)一般工作在從1260nm到1620nm波段，間隔為20nm，可復(fù)用16個(gè)信道，其中1400nm波段由于損耗較大，一般不用。 CWDM簡(jiǎn)介171.傳輸媒質(zhì)相同傳輸媒質(zhì)相同2.SDH：電域的同步復(fù)用；：電域的同步復(fù)用；DWDM：光域上的復(fù)用：光域上的復(fù)用3.交叉連接、分插復(fù)用從電

8、域向光域發(fā)展交叉連接、分插復(fù)用從電域向光域發(fā)展(全光網(wǎng)全光網(wǎng))4.DWDM應(yīng)用：長(zhǎng)途干線，本地網(wǎng)應(yīng)用：長(zhǎng)途干線，本地網(wǎng)(PDHSDH DWDM)5.承載的業(yè)務(wù)類別的比較承載的業(yè)務(wù)類別的比較DWDM與SDH的比較18l什么是WDM、DWDM以及CWDM？l簡(jiǎn)述WDM設(shè)備的兩種傳輸方式？l什么是開放式與集成式系統(tǒng)？l簡(jiǎn)述WDM系統(tǒng)的組成？問題19o這一章我們主要學(xué)習(xí)了：o波分復(fù)用技術(shù)的基本概念、原理；oWDM如何發(fā)展而來；oWDM的工作方式以及組成形式以及WDM的特點(diǎn)。小結(jié)20課程內(nèi)容第一章第一章 波分復(fù)用技術(shù)概述波分復(fù)用技術(shù)概述第二章第二章 WDM 傳輸媒質(zhì)傳輸媒質(zhì)第三章第三章 DWDM關(guān)鍵技術(shù)

9、關(guān)鍵技術(shù)第四章第四章 WDM光傳輸系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)范光傳輸系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)范21光纖的結(jié)構(gòu)護(hù)套包層纖芯n2n1o光纖是由圓柱形玻璃纖芯和玻璃包層構(gòu)成，最外層是一種彈性耐磨的塑料護(hù)套，整根光纖呈圓柱形。 22光纖的損耗l光纖的損耗主要取決于吸收損耗、散射損耗、彎曲損耗三種損耗。 l衰減系數(shù)23光纖中的色散l光纖中的色散可分為模式色散、色度色散、偏振模色散 l由于光源的不同頻率（或波長(zhǎng)）成分具有不同的群速度，在傳輸過程中，不同頻率的光束的時(shí)間延遲不同而產(chǎn)生色散稱為色度色散。 24傳輸媒質(zhì)分類色散系數(shù)色散系數(shù)(ps/nmkm)正色散系數(shù)正色散系數(shù)G.655光纖光纖波長(zhǎng)波長(zhǎng)(nm)負(fù)色散負(fù)色散系數(shù)系數(shù)G.65

10、5光纖光1550nm波長(zhǎng)區(qū)具有最小色散和衰減，波長(zhǎng)區(qū)具有最小色散和衰減，適合適合DWDM系統(tǒng)、高速信號(hào)傳輸系統(tǒng)、高速信號(hào)傳輸2.應(yīng)用：應(yīng)用：TrueWave真波光纖真波光纖(正色散區(qū)正色散區(qū)的的SPM效應(yīng)有利于傳輸效應(yīng)有利于傳輸)；LEAF-大有效大有效面積光纖（克服非線性效應(yīng)）面積光纖（克服非線性效應(yīng)）G.652光纖光纖:大量鋪設(shè)，大量鋪設(shè)，傳高速信號(hào)需色散補(bǔ)償傳高速信號(hào)需色散補(bǔ)償G.653光纖光纖:1550nm波長(zhǎng)區(qū)波長(zhǎng)區(qū)混頻嚴(yán)重，不適合混頻嚴(yán)重，不適合DWDM2526l光纖中的傳輸窗口是怎么確定的？分別是哪幾個(gè)？lG652、G655光纖的特性分別是什么？l如何補(bǔ)

11、償色度色散？問題27課程內(nèi)容第一章第一章 波分復(fù)用技術(shù)概述波分復(fù)用技術(shù)概述第二章第二章 WDM 傳輸媒質(zhì)傳輸媒質(zhì)第三章第三章 DWDM關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)第四章第四章 WDM光傳輸系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)范光傳輸系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)范28DWDM系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)光放大器光放大器光監(jiān)控技術(shù)光監(jiān)控技術(shù)光源光源光監(jiān)控光監(jiān)控合波分波合波分波291）較大的色散容限）較大的色散容限2）輸出標(biāo)準(zhǔn)且穩(wěn)定的波長(zhǎng)。）輸出標(biāo)準(zhǔn)且穩(wěn)定的波長(zhǎng)。DWDM的光源要求301、直接調(diào)制光源、直接調(diào)制光源2、電吸收調(diào)制光源、電吸收調(diào)制光源(EA)光源31優(yōu)點(diǎn)：技術(shù)簡(jiǎn)單、成本較低優(yōu)點(diǎn)：技術(shù)簡(jiǎn)單、成本較低缺點(diǎn)：激光器有較大的頻率啁啾；適用于短距離傳輸缺點(diǎn)：激

12、光器有較大的頻率啁啾；適用于短距離傳輸直接調(diào)制光源32優(yōu)點(diǎn)：頻率啁啾較低，色散受限距離較長(zhǎng)優(yōu)點(diǎn)：頻率啁啾較低，色散受限距離較長(zhǎng)缺點(diǎn)：技術(shù)較復(fù)雜缺點(diǎn)：技術(shù)較復(fù)雜電吸收調(diào)制光源（EA）33光源比較類型類型直接調(diào)制光源直接調(diào)制光源電吸收調(diào)制光源電吸收調(diào)制光源色散容限（色散容限（ps/nm）12002400720012800成本成本適中貴波長(zhǎng)穩(wěn)定性波長(zhǎng)穩(wěn)定性好較好34半導(dǎo)體光放大器半導(dǎo)體光放大器(SOA)拉曼放大器拉曼放大器(Raman)摻鉺光纖放大器摻鉺光纖放大器(EDFA)放大器35EDFASOARaman技術(shù)成熟度很成熟、大量應(yīng)用不很成熟比較成熟增 益高 一 般低帶 寬較 寬寬很寬入纖功率藕合效

13、率高低高成 本適 中高很 高三種放大器的特點(diǎn)比較36 暫穩(wěn)態(tài) 光子吸收 受激衰變 鉺離子 基態(tài) 980nm 光子 1550nm 光子 隔離器 隔離器 泵浦源 摻鉺光纖 耦合器 信號(hào)光入 信號(hào)光出 a 原理性結(jié)構(gòu) b 光放大原理 EDFA組成及原理371. 非線性：提高了光功率，但達(dá)到一定程度非線性：提高了光功率，但達(dá)到一定程度會(huì)產(chǎn)生非線性效應(yīng)會(huì)產(chǎn)生非線性效應(yīng)(限制了限制了EDFA的放大性的放大性能和長(zhǎng)距離無中繼傳輸能和長(zhǎng)距離無中繼傳輸)。2. 光浪涌光浪涌 3. 解決了衰減問題，但色散受限。解決了衰減問題，但色散受限。EDFA應(yīng)用的問題38nnnn分波器合波器nn分波器合波器合波器與分波器39

14、這類光柵在制造上要求較精密，不適合于大批量生產(chǎn)，因這類光柵在制造上要求較精密，不適合于大批量生產(chǎn)，因此往往在實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)研究中應(yīng)用較多。此往往在實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)研究中應(yīng)用較多。光柵型波分復(fù)用器4014濾波器濾波器濾波器濾波器自聚焦棒透鏡自聚焦棒透鏡玻璃玻璃設(shè)計(jì)上可以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的小型化器件，信號(hào)通帶平坦，且與極設(shè)計(jì)上可以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的小型化器件，信號(hào)通帶平坦，且與極化無關(guān)，插入損耗小，通路間隔度好?；療o關(guān)，插入損耗小，通路間隔度好。但通路數(shù)不會(huì)很多。但通路數(shù)不會(huì)很多。介質(zhì)薄膜型復(fù)用器41優(yōu)點(diǎn)：波長(zhǎng)間隔小、信道數(shù)多、通帶平坦等優(yōu)點(diǎn)，非常適合超優(yōu)點(diǎn)：波長(zhǎng)間隔小、信道數(shù)多、通帶平坦等優(yōu)點(diǎn)，非常適合超高速

15、、大容量的高速、大容量的DWDM系統(tǒng)。代表了波分復(fù)用器件的發(fā)展方向。系統(tǒng)。代表了波分復(fù)用器件的發(fā)展方向。波導(dǎo)陣列AWG陣列波導(dǎo)陣列波導(dǎo)平面耦合波導(dǎo)平面耦合波導(dǎo)輸入波導(dǎo)輸入波導(dǎo)輸出波導(dǎo)輸出波導(dǎo)陣列波導(dǎo)陣列波導(dǎo)平面耦合波導(dǎo)平面耦合波導(dǎo)輸入波導(dǎo)輸入波導(dǎo)輸出波導(dǎo)輸出波導(dǎo)42監(jiān)控技術(shù)43傳輸有關(guān)傳輸有關(guān)DWDM系統(tǒng)管理和監(jiān)控信息系統(tǒng)管理和監(jiān)控信息1.工作波長(zhǎng)優(yōu)選工作波長(zhǎng)優(yōu)選1510nm2.速率優(yōu)選速率優(yōu)選2Mb/s，保證不經(jīng)放大也超長(zhǎng)傳輸，保證不經(jīng)放大也超長(zhǎng)傳輸3.接入和解出接入和解出不應(yīng)限制不應(yīng)限制OA上的泵浦光波；不應(yīng)限制未來上的泵浦光波；不應(yīng)限制未來1310nm波長(zhǎng)的波長(zhǎng)的業(yè)務(wù)；業(yè)務(wù)；OA失效時(shí)仍

16、有效；可超長(zhǎng)傳輸；具有分段失效時(shí)仍有效；可超長(zhǎng)傳輸；具有分段 雙向傳雙向傳輸功能。輸功能。監(jiān)控技術(shù)440時(shí)隙時(shí)隙:幀定位字節(jié)幀定位字節(jié)1時(shí)隙時(shí)隙: E1字節(jié)（中繼段公務(wù)字節(jié)（中繼段公務(wù)) 2時(shí)隙時(shí)隙:F1字節(jié)字節(jié)3-14時(shí)隙時(shí)隙: D1D12 (數(shù)據(jù)通信通道數(shù)據(jù)通信通道)15時(shí)隙時(shí)隙:E2字節(jié)字節(jié)(復(fù)用段公務(wù)復(fù)用段公務(wù))16-31時(shí)隙時(shí)隙:保留字節(jié)保留字節(jié)01311415 1623典型OSC信息的幀結(jié)構(gòu)45OMOD2BAPAODOM 2OSC 信息入信息入OSC 信息出信息出設(shè)備中的監(jiān)控信道46問題l什么是電吸收激光調(diào)制方式和M-Z調(diào)制方式？l波分復(fù)用器有哪幾種類型，各有什么特點(diǎn)？l光放大器有

17、哪幾種？簡(jiǎn)述EDFA的增益平坦控制和增益鎖定？lDWDM的光監(jiān)控信道的波長(zhǎng)和監(jiān)控速率是多少？47小結(jié)這一章我們主要學(xué)習(xí)了：o光源o光放大器o波分復(fù)用器o光監(jiān)控信道48課程內(nèi)容第一章第一章 波分復(fù)用技術(shù)概述波分復(fù)用技術(shù)概述第二章第二章 WDM 傳輸媒質(zhì)傳輸媒質(zhì)第三章第三章 DWDM關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)第四章第四章 WDM光傳輸系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)范光傳輸系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)范49YDN 120-1999 光波分復(fù)用系統(tǒng)總體技術(shù)要求光波分復(fù)用系統(tǒng)總體技術(shù)要求暫行規(guī)定暫行規(guī)定YD/T1060-2000 322.5Gbit/s光波分復(fù)用系統(tǒng)技術(shù)要求光波分復(fù)用系統(tǒng)技術(shù)要求YD/T1143-2001 32/1610Gbit/

18、s光波分復(fù)用系統(tǒng)技術(shù)要求光波分復(fù)用系統(tǒng)技術(shù)要求G.652單模光纖光纜的特性單模光纖光纜的特性G.655 非零色散單模光纖光纜的特性非零色散單模光纖光纜的特性G.661/ G.662 / G.663/G.681 與放大器相關(guān)的系列標(biāo)準(zhǔn)與放大器相關(guān)的系列標(biāo)準(zhǔn)G.671 無源光器件要求無源光器件要求G.957 SDH系統(tǒng)和設(shè)備的光接口系統(tǒng)和設(shè)備的光接口G.691 具有光放大器具有光放大器SDH單信道和單信道和STM-64系統(tǒng)的光接口系統(tǒng)的光接口G.692 有光放大器多通路系統(tǒng)的光接口有光放大器多通路系統(tǒng)的光接口M.3100 通用網(wǎng)絡(luò)信息模型通用網(wǎng)絡(luò)信息模型G.otn 光傳送網(wǎng)結(jié)構(gòu)光傳送網(wǎng)結(jié)構(gòu)相關(guān)的ITU-T建議與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)50傳輸通道參考點(diǎn)51光波長(zhǎng)區(qū)的分配o光纖有兩個(gè)長(zhǎng)波長(zhǎng)的低損耗窗口