DWDM原理課程

1、光網(wǎng)絡技術支援管理部光網(wǎng)絡技術支援管理部光通信是目前發(fā)展最快的光通信是目前發(fā)展最快的領域。商用領域。商用DWDM系統(tǒng)最系統(tǒng)最大容量為大容量為320 Gb/s、1.6Tb/s。實驗室進行了。實驗室進行了更大容量更大容量DWDM的試驗。的試驗。光交叉連接與波長路由器已經(jīng)問光交叉連接與波長路由器已經(jīng)問世；數(shù)據(jù)與光的結合，未來的網(wǎng)世；數(shù)據(jù)與光的結合，未來的網(wǎng)絡絡 必將是全光交叉網(wǎng)絡；向光必將是全光交叉網(wǎng)絡；向光組網(wǎng)的轉變是寬帶革命的核心。組網(wǎng)的轉變是寬帶革命的核心。城域城域DWDM已經(jīng)向盒式設備、已經(jīng)向盒式設備、CWDM發(fā)展；高端發(fā)展；高端DWDM系統(tǒng)系統(tǒng)從從3210Gb/s向向1.6Tb/s系統(tǒng)過系

2、統(tǒng)過渡。渡。運營商：中國電信、中國移動、運營商：中國電信、中國移動、聯(lián)通、網(wǎng)通、鐵通等。聯(lián)通、網(wǎng)通、鐵通等。采用采用SDM，鋪設多芯新光纜，鋪設多芯新光纜(需考慮時間與成本需考慮時間與成本)使用更高速率業(yè)務使用更高速率業(yè)務:STM-1-STM-64密集波分復用（密集波分復用（DWDM）技術已經(jīng)）技術已經(jīng)成熟，成為很好的擴容成熟，成為很好的擴容 方式方式高速路加油站巡邏車把把155 不同波長的光信號復用到一根光纖中進行傳送不同波長的光信號復用到一根光纖中進行傳送(如如每個波承載一種每個波承載一種TDM 電信號）的方式統(tǒng)稱為波分復用。電信號）的方式統(tǒng)稱為波分復用。121 2 n3210Gb/s32

3、2.5Gb/s162.5Gb/s42.5Gb/s1.6TOAfNf1S1S2TxNMPI-Sf2Tx2Tx1SnOM/OARMPI-RSSD1R1R2RnRm1Rm2RmnSD2SDnRxNRx2Rx1OAfNR1R2RxNMPI-Rf2Rx2Rx1SMPI-SRS2S2SnRm 2Rm nTxNTx2Tx1OSCOM/OA1SOA/ODOA/OD超大容量、超長距離、在線升級、并能最大限度地保護已有超大容量、超長距離、在線升級、并能最大限度地保護已有投資、對數(shù)據(jù)投資、對數(shù)據(jù)“透明透明”、 組網(wǎng)靈活、具備良好的經(jīng)濟性和組網(wǎng)靈活、具備良好的經(jīng)濟性和可靠性可靠性開放式開放式 DWDM系統(tǒng)在終端復用設

4、備中，具備光接口轉換功系統(tǒng)在終端復用設備中，具備光接口轉換功能；可以接入不同廠家的能；可以接入不同廠家的 多種業(yè)務類型多種業(yè)務類型集成式集成式 DWDM系統(tǒng)終端復用設備中不具備光接口變換功能；系統(tǒng)終端復用設備中不具備光接口變換功能；接入設備中的光發(fā)送單元性能必須滿足接入設備中的光發(fā)送單元性能必須滿足DWDM系統(tǒng)的要求系統(tǒng)的要求(波長精度、啁啾、光譜特性、光功率等波長精度、啁啾、光譜特性、光功率等)。lDWDM的應用的應用lDWDM的優(yōu)點的優(yōu)點DWDM優(yōu)點及應用 1.傳輸媒質相同傳輸媒質相同2.SDH：電域的同步復用；：電域的同步復用；DWDM：光域上的復用：光域上的復用3.交叉連接、分插復用從

5、電域向光域發(fā)展交叉連接、分插復用從電域向光域發(fā)展(全光網(wǎng)全光網(wǎng))4.DWDM應用：長途干線，城域骨干網(wǎng)、本地網(wǎng)應用：長途干線，城域骨干網(wǎng)、本地網(wǎng)(PDHSDH DWDM)、接入網(wǎng)、接入網(wǎng)5.承載的業(yè)務類別的比較承載的業(yè)務類別的比較1、衰減、衰減3、非線性效應、非線性效應2、色散、色散光纖的衰耗特性 由于光纖所傳送信號的不同頻率成分或模式成分的群速度不由于光纖所傳送信號的不同頻率成分或模式成分的群速度不同，而引起傳輸信號畸變的一種物理現(xiàn)象同，而引起傳輸信號畸變的一種物理現(xiàn)象光纖的色散：光纖的色散：G.652、G.653；G.655（正負色散系數(shù)）（正負色散系數(shù)）色散：色散：材料色散、波導色散、模

6、式色散、材料色散、波導色散、模式色散、PMD色散。色散。材料色散：材料色散：纖芯材料折射率隨頻率的變化引起的。纖芯材料折射率隨頻率的變化引起的。波導色散：波導色散：光纖中具有同一模式但攜帶不同頻率信號。光纖中具有同一模式但攜帶不同頻率信號。模式色散：模式色散：多模光纖中存在，由信號傳輸?shù)牟煌Ｊ經(jīng)Q定。多模光纖中存在，由信號傳輸?shù)牟煌Ｊ經(jīng)Q定。共同點：共同點：不同頻率成分所對應的不同群速度，引起脈沖展寬。不同頻率成分所對應的不同群速度，引起脈沖展寬。PMD色散：色散：信號的兩個偏振態(tài)的不同速率造成的色散，目前沒信號的兩個偏振態(tài)的不同速率造成的色散，目前沒有商用化的補償方法。有商用化的補償方法。色

7、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光纖光纖波長波長(nm)負色散負色散系數(shù)系數(shù)G.655光纖光1550nm波長區(qū)具有最小色散和衰減，波長區(qū)具有最小色散和衰減，適合適合DWDM系統(tǒng)、高速信號傳輸系統(tǒng)、高速信號傳輸2.應用：應用：TrueWave真波光纖真波光纖(正色散區(qū)正色散區(qū)的的SPM效應有利于傳輸效應有利于傳輸)；LEAF-大有效大有效面積光纖（克服非線性效應）面積光纖（克服非線性效應）G.652光纖光纖:大量鋪設，大量鋪設，傳高速信號需色散補償傳高速信號需色散補償G.653光纖光纖:1550nm波長區(qū)波長區(qū)C_band混頻嚴重，不適合混

8、頻嚴重，不適合DWDMYDN 120-1999 光波分復用系統(tǒng)總體技術要求光波分復用系統(tǒng)總體技術要求暫行規(guī)定暫行規(guī)定YD/T1060-2000 322.5Gbit/s光波分復用系統(tǒng)技術要求光波分復用系統(tǒng)技術要求YD/T1143-2001 32/1610Gbit/s光波分復用系統(tǒng)技術要求光波分復用系統(tǒng)技術要求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 與放大器相關的系列標準與放大器相關的系列標準G.671 無源光器件要求無源光器件要求G.957 SDH系統(tǒng)和設備的光接口系統(tǒng)和設

9、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)絡信息模型通用網(wǎng)絡信息模型G.otn 光傳送網(wǎng)結構光傳送網(wǎng)結構uDCF色散補償色散補償G.652、G.655(LEAF、TRUEWAVE)在在1550窗口有正色窗口有正色散系數(shù)及正色散斜率，信號傳輸時造成正色散的累積，散系數(shù)及正色散斜率，信號傳輸時造成正色散的累積，使脈沖展寬。使脈沖展寬。補償原理：補償原理：DCF光纖有負色散系數(shù)，在傳輸光纖中接入光纖有負色散系數(shù)，在傳輸光纖中接入這種光纖可抵消正色散，使

10、脈沖得到壓縮（這種光纖可抵消正色散，使脈沖得到壓縮（DCF色散補色散補償器）。償器）。SDH系統(tǒng)補償，只需一定的色散補償量；系統(tǒng)補償，只需一定的色散補償量；DWDM系統(tǒng)補償，色散量一定，且要求系統(tǒng)補償，色散量一定，且要求DCF有適當?shù)呢撚羞m當?shù)呢撋⑿甭?。色散斜率?. 低啁啾、高波長穩(wěn)定性的激光源低啁啾、高波長穩(wěn)定性的激光源2. 低噪聲系數(shù)、增益平坦的摻鉺光纖放大器低噪聲系數(shù)、增益平坦的摻鉺光纖放大器3. 穩(wěn)定可靠的各種光無源器件（復用器、解穩(wěn)定可靠的各種光無源器件（復用器、解復用器、光纖光柵、隔離器等）復用器、光纖光柵、隔離器等）4. 光纖非線性的問題光纖非線性的問題5.超長距離傳輸技術（

11、超長距離傳輸技術（RAMAN)1)良好的光譜特性（超低啁啾聲、適宜的光譜良好的光譜特性（超低啁啾聲、適宜的光譜寬度）。適合開放式和集成式寬度）。適合開放式和集成式DWDM系統(tǒng)系統(tǒng)2）輸出具有較高的光信噪比。）輸出具有較高的光信噪比。1、直接調(diào)制光源、直接調(diào)制光源2、間接調(diào)制光源、間接調(diào)制光源電吸收調(diào)制光源電吸收調(diào)制光源(EA)馬赫馬赫-策恩德爾調(diào)制光源策恩德爾調(diào)制光源(M-Z)優(yōu)點：技術簡單、成本較低優(yōu)點：技術簡單、成本較低缺點：激光器有較大的頻率啁啾；適用于短距離傳輸缺點：激光器有較大的頻率啁啾；適用于短距離傳輸Current優(yōu)點：頻率啁啾較低，色散受限距離較長優(yōu)點：頻率啁啾較低，色散受限距

12、離較長缺點：技術較復雜缺點：技術較復雜Current優(yōu)點：可忽略啁啾，色散受限距離很長優(yōu)點：可忽略啁啾，色散受限距離很長缺點：成本高，技術難度大，不便于集成缺點：成本高，技術難度大，不便于集成直調(diào)光源電吸收調(diào)制光源馬赫-策恩德爾調(diào)制光源色散容限ps/nm（針對2.5G速率）12002400720012800大于12800成本適中貴昂貴波長穩(wěn)定性較好好很好半導體光放大器半導體光放大器(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) 暫穩(wěn)態(tài) 光子吸收 受激衰變 鉺原子 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 信號光入

13、 信號光出 a 原理性結構 b 光放大原理 4.輸出功率比較大輸出功率比較大1.噪聲系數(shù)：噪聲系數(shù)：(4-8dB)2.增益高：增益高：10-30dB3.耦合損耗小耦合損耗小(小于小于1dB)1. 非線性：提高了光功率，但引入了非線性：提高了光功率，但引入了ASE噪噪聲，加劇了非線性效應聲，加劇了非線性效應(限制了限制了EDFA的放的放大性能和長距離無中繼傳輸大性能和長距離無中繼傳輸)。2. 光浪涌光浪涌 3. 解決了光纖的傳輸衰耗問題，但不能解決解決了光纖的傳輸衰耗問題，但不能解決色散問題色散問題前置放大器PA功率放大器BA線路放大器LA增 益適中適中大噪聲系數(shù)低適中適中應用場合接收機前發(fā)送機

14、后光中繼站放大器增益不平坦的級聯(lián)放大放大器增益不平坦的級聯(lián)放大放大器增益平坦的級聯(lián)放大放大器增益平坦的級聯(lián)放大掉波1dB上波1dB0.5dB0.5dB 無增益鎖定 有增益鎖定SRS(受激喇曼散射)原理，采用分布式放大。泵浦增益30nm70100nm 增益譜介質薄膜解復用器介質薄膜解復用器布拉格光柵布拉格光柵陣列波導陣列波導AWG耦合器耦合器隔離器、環(huán)路器、光開關、隔離器、環(huán)路器、光開關、DCF等等14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計上可以實現(xiàn)結構穩(wěn)定的小型化器件，信號同帶平坦，且與極設計上可以實現(xiàn)結構穩(wěn)定的小型化器件，信號同帶平坦，且與極化無關，插入損耗小，通路間隔

15、度好?；療o關，插入損耗小，通路間隔度好。但通路數(shù)不會很多。但通路數(shù)不會很多。1 2 N 21 NSlab波導陣列波導硅基片優(yōu)點：波長間隔小、信道數(shù)多、通帶平坦等優(yōu)點，非常適合超高優(yōu)點：波長間隔小、信道數(shù)多、通帶平坦等優(yōu)點，非常適合超高速、大容量的速、大容量的DWDM系統(tǒng)。代表了波分復用器件的發(fā)展方向。系統(tǒng)。代表了波分復用器件的發(fā)展方向。nnnn分波器合波器nn分波器合波器工作原理：工作原理：interlever可以把輸入間隔為可以把輸入間隔為50G的光分成奇偶兩組，的光分成奇偶兩組，而每組的間隔為而每組的間隔為100G多波長信號光從端口多波長信號光從端口1輸入，在端口輸入，在端口2和和3分別下載特定波長的光信號，分別下載特定波長的光信號，而在端口而在端口6和和7上載特定波長的光信號，合波后從端口上載特定波長的光信號，合波后從端口8輸出。輸出。Band Filter的分插示意圖的分插示意圖4跳跳1分插復用方案分插復用方案OMOD2BAPAODOM 2OSC 信息入信息入OSC 信息出信息出傳輸有關傳輸有關DWDM系統(tǒng)管理和監(jiān)控信息系統(tǒng)管理和監(jiān)控信息1.工作波長優(yōu)選工作波長優(yōu)選1510nm、1310nm、1625nm2.速率優(yōu)選速率優(yōu)選2Mb/s，實現(xiàn)超長傳輸，實現(xiàn)超長傳輸3.與主