密集波分復(fù)用傳輸原理

密集波分復(fù)用傳輸原理第一頁，共五十七頁，2022年，8月28日內(nèi)容提要一、DWDM的工作原理二、DWDM系統(tǒng)的組成網(wǎng)元三、DWDM光傳輸系統(tǒng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與應(yīng)用第二頁，共五十七頁，2022年，8月28日一、DWDM的工作原理

九十年代以來，以Internet為代表的信息技術(shù)革命正在深刻地改變傳統(tǒng)電信概念和體系

目前北美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)B-ISDN

世界電話業(yè)務(wù)年增長率為10%，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)年增長40%中國話音業(yè)務(wù)14%的增長率，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)400%增長第三頁，共五十七頁，2022年，8月28日容量的需求2502001501005001151352IP23106250話音話音和IP通信量的增長情況1996199719981999201020201058第四頁，共五十七頁，2022年，8月28日Tbit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)人第五頁，共五十七頁，2022年，8月28日擴(kuò)容技術(shù)空分復(fù)用

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

TDM(TimeDivisionMultiplexer)波分復(fù)用

WDM(WavelengthDivisionMultiplexer)第六頁，共五十七頁，2022年，8月28日（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)。擴(kuò)容的選擇第七頁，共五十七頁，2022年，8月28日何謂DWDM？DWDM

(DenseWavelengthDivisionMultiplexer)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)。

第八頁，共五十七頁，2022年，8月28日WDM技術(shù)分類第九頁，共五十七頁，2022年，8月28日DWDM系統(tǒng)的構(gòu)成及頻譜分布第十頁，共五十七頁，2022年，8月28日系統(tǒng)分類

根據(jù)光發(fā)送端是否采用OTU（光波長轉(zhuǎn)換器）來看，DWDM系統(tǒng)可分為集成式DWDM系統(tǒng)和開放式DWDM系統(tǒng)。集成式系統(tǒng)不需配置波長轉(zhuǎn)換器，其所承載的SDH終端具有滿足G.692的光接口：標(biāo)準(zhǔn)的光波長、滿足長距離傳輸?shù)墓庠础ｉ_放式系統(tǒng)就是在波分復(fù)用器前加入OTU，將SDH非規(guī)范的波長轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)波長。OTU對輸入端的信號波長沒有特殊要求，可以兼容任意廠家的SDH信號，OTU輸出端是滿足G.692的光接口：標(biāo)準(zhǔn)的光波長、滿足長距離傳輸?shù)墓庠础?/p>

第十一頁，共五十七頁，2022年，8月28日

1310nm/1550nm窗口的波分復(fù)用

仍用于接入網(wǎng)，但很少用于長距離傳輸

1550nm窗口的密集波分復(fù)用(DWDM)

可廣泛用于長距離傳輸，用于建設(shè)全光網(wǎng)絡(luò)波分復(fù)用技術(shù)的發(fā)展第十二頁，共五十七頁，2022年，8月28日DWDM的工作方式（1）雙纖單向傳輸雙纖單向傳輸指一根光纖只完成一個(gè)方向光信號的傳輸，反向光信號的傳輸由另一根光纖來完成。因此，同一波長在兩個(gè)方向可以重復(fù)利用。第十三頁，共五十七頁，2022年，8月28日單纖雙向傳輸指在一根光纖中實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方向光信號的同時(shí)傳輸，兩個(gè)方向的光信號應(yīng)安排在不同波長上。（2）單纖雙向傳輸DWDM的工作方式(續(xù)1)第十四頁，共五十七頁，2022年，8月28日通過光分插復(fù)用器（OADM）可以實(shí)現(xiàn)各波長的光信號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)。DWDM的工作方式(續(xù)2)（3）光信號的分出和插入傳輸?shù)谑屙?，共五十七頁?022年，8月28日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傳輸增加幾倍至幾十倍低成本：在大容量長途傳輸時(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：與信號速率、格式無關(guān),是引入寬帶新業(yè)務(wù)（例如CATV)的方便手段波長路由：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)未來透明的、具有高度生存性的光聯(lián)網(wǎng)第十六頁，共五十七頁，2022年，8月28日二、DWDM系統(tǒng)的組成網(wǎng)元

第十七頁，共五十七頁，2022年，8月28日DWDM系統(tǒng)的五大組成部分

合波和分波無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和波長穩(wěn)定、色散容限大的激光器發(fā)射源能容忍一定SNR信號的光接收機(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

第十八頁，共五十七頁，2022年，8月28日光傳輸和光放大部分第十九頁，共五十七頁，2022年，8月28日光的傳輸影響光傳輸?shù)墓饫w參數(shù) 光纖的衰減 光纖的色散 光纖的非線性效應(yīng)

第二十頁，共五十七頁，2022年，8月28日光纖衰耗產(chǎn)生機(jī)理材料吸收：本征材料吸收：硅(SiO2)非本征材料吸收：雜質(zhì)，如OH-離子瑞利(Rayleigh)散射：輻射損耗第二十一頁，共五十七頁，2022年，8月28日光纖衰耗第二十二頁，共五十七頁，2022年，8月28日隨著脈沖在光纖中傳輸，脈沖的寬度被展寬劣化的程度隨數(shù)據(jù)速率的平方增大決定了電中繼器之間的距離光纖的色散模間色散(ModeDispersion)色度色散(CromaticDispersion)偏振色散(PolarizationModeDispersion)第二十三頁，共五十七頁，2022年，8月28日色散對傳輸?shù)南拗频诙捻?，共五十七頁?022年，8月28日

在常規(guī)光纖系統(tǒng)中，光纖呈現(xiàn)線性傳輸特性。然而，當(dāng)光功率增加到一定值時(shí)，光纖開始呈現(xiàn)非線性特性。因?yàn)樵诟邚?qiáng)度電磁場中任何電介質(zhì)對光的響應(yīng)都會(huì)變成非線性，光纖也不例外。隨著傳輸速率的提高，傳輸距離的延長，波分復(fù)用通路的增加以及光纖放大器的使用，這種光纖的非線性已成為最終限制系統(tǒng)性能的因素。光纖的非線性效應(yīng)單信道多信道折射率效應(yīng)光強(qiáng)度波引起的折射率的調(diào)制自相位調(diào)制(SPM)交叉相位調(diào)制(XPM)四波混頻(FWM)散射效應(yīng)受激布里淵散射(SBS)受激拉曼散射(SRS)第二十五頁，共五十七頁，2022年，8月28日傳輸使用的三種不同類型的單模光纖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第二十六頁，共五十七頁，2022年，8月28日光纖衰耗第二十七頁，共五十七頁，2022年，8月28日三種光纖色散情況比較第二十八頁，共五十七頁，2022年，8月28日大多數(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）第二十九頁，共五十七頁，2022年，8月28日低損耗零色散小有效面積長距離、單信道超高速EDFA系統(tǒng)四波混頻（FWM）是主要的問題，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，處于被市場淘汰的現(xiàn)狀。G.653單模光纖（DSF）第三十頁，共五十七頁，2022年，8月28日在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，是未來大容量傳輸，DWDM系統(tǒng)用光纖的理想選擇。第三十一頁，共五十七頁，2022年，8月28日EDFA光放大器基本原理

EDFA利用摻入石英光纖中的稀土離子作為增益介質(zhì)，在泵浦光的激發(fā)下實(shí)現(xiàn)光信號的放大。放大器的主要特性由摻雜元素決定，而不是由起主介質(zhì)作用的石英光纖決定。摻鉺光纖放大器采用摻鉺離子單模光纖作為增益介質(zhì)，在泵浦光激發(fā)下產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，在信號光誘導(dǎo)下實(shí)現(xiàn)受激輻射放大，如下圖所示。第三十二頁，共五十七頁，2022年，8月28日隔離器WDMEDF隔離器泵浦激光器輸入信號輸出信號隔離器WDMEDF隔離器輸入信號輸出信號泵浦激光器隔離器WDMEDF隔離器輸入信號輸出信號泵浦激光器泵浦激光器前向泵浦后向泵浦雙向泵浦EDFA光放大器的分類第三十三頁，共五十七頁，2022年，8月28日EDFA光放大器第三十四頁，共五十七頁，2022年，8月28日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第三十五頁，共五十七頁，2022年，8月28日光線放(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第三十六頁，共五十七頁，2022年，8月28日

光放大器應(yīng)滿足ITU-T建議G.663、G.691及其他相關(guān)建議。

EDFA的主要技術(shù)參數(shù)：工作波長范圍、輸入功率范圍、輸出功率范圍、飽和輸出功率、噪聲系數(shù)、偏振相關(guān)增益、小信號增益、增益平坦度、增益變化、增益斜度、輸入光回?fù)p、輸出光回?fù)p等。

對EDFA模塊的其它要求：-具有泵浦源自動(dòng)關(guān)閉功能。-壽命不小于30萬小時(shí)。-具有放大器自動(dòng)增益均衡（控制）功能。DWDM系統(tǒng)對光放大的基本要求第三十七頁，共五十七頁，2022年，8月28日EDFA光放大器的應(yīng)用要求單信道應(yīng)用：增益大噪聲小自動(dòng)功率控制多信道應(yīng)用：增益平坦級連使用噪聲小自動(dòng)增益控制第三十八頁，共五十七頁，2022年，8月28日發(fā)射和接收有源部分第三十九頁，共五十七頁，2022年，8月28日中心波長和中心頻率196.0199.0195.0194.0193.0192.0191.015051510153015351540154515501555156015651570OSC信道151010nmC-BandL-Band(THz)(nm)中心頻率(中心波長)偏差n/5，n為光信道間隔

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

基本要求第四十頁，共五十七頁，2022年，8月28日光發(fā)送機(jī)

光源的波長穩(wěn)定12指定波長符合ITU-T規(guī)定波長漂移/5(ITU-T)/10(國家)光源的色散容限光譜寬度@-20dB<0.2nm第四十一頁，共五十七頁，2022年，8月28日光發(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）第四十二頁，共五十七頁，2022年，8月28日溫度反饋控制T(C)(nm)對于1.5mDFB激光器，波長溫度系數(shù)約為13GHz/C管芯溫度和波長關(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控制技術(shù)之一第四十三頁，共五十七頁，2022年，8月28日波長反饋控制TEC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采用介質(zhì)膜濾波片的波長鎖定波長控制技術(shù)之二第四十四頁，共五十七頁，2022年，8月28日

直接調(diào)制方式

－輸出功率正比于調(diào)制電流；－簡單、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)制方式第四十五頁，共五十七頁，2022年，8月28日

間接調(diào)制方式

－激光器光源＋開關(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）無或小－用于>2.5Gbps高速率傳輸

調(diào)制方式溫度波長控制電路第四十六頁，共五十七頁，2022年，8月28日光接收機(jī)接收機(jī)必須承受的影響：信號畸變噪聲串?dāng)_第四十七頁，共五十七頁，2022年，8月28日光轉(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)制對信號進(jìn)行整形*高SNR*與偏振無關(guān)*操作簡單O/E/O波長轉(zhuǎn)換器第四十八頁，共五十七頁，2022年，8月28日合波和分波無源部分第四十九頁，共五十七頁，2022年，8月28日

DWDM系統(tǒng)中使用的波分復(fù)用器件的性能應(yīng)滿足ITU-TG.671及相關(guān)建議的要求。合波器

常用的合波器類型有耦合型、介質(zhì)薄膜濾波型和集成光波導(dǎo)型。

合波器的參