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(yè)，共五十七頁(yè)，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(yè)，共五十七頁(yè)，2022年，8月28日一、DWDM的工作原理

九十年代以來(lái)，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(zhǎng)率為10%，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)年增長(zhǎng)40%中國(guó)話音業(yè)務(wù)14%的增長(zhǎng)率，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)400%增長(zhǎng)第三頁(yè)，共五十七頁(yè)，2022年，8月28日容量的需求2502001501005001151352IP23106250話音話音和IP通信量的增長(zhǎng)情況1996199719981999201020201058第四頁(yè)，共五十七頁(yè)，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(yè)，共五十七頁(yè)，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(yè)，共五十七頁(yè)，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(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)。擴(kuò)容的選擇第七頁(yè)，共五十七頁(yè)，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(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)。

第八頁(yè)，共五十七頁(yè)，2022年，8月28日WDM技術(shù)分類第九頁(yè)，共五十七頁(yè)，2022年，8月28日DWDM系統(tǒng)的構(gòu)成及頻譜分布第十頁(yè)，共五十七頁(yè)，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(zhǎng)轉(zhuǎn)換器）來(lái)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(zhǎng)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(zhǎng)、滿足長(zhǎng)距離傳輸?shù)墓庠?。開放式系統(tǒng)就是在波分復(fù)用器前加入OTU，將SDH非規(guī)范的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)。OTU對(duì)輸入端的信號(hào)波長(zhǎng)沒(méi)有特殊要求，可以兼容任意廠家的SDH信號(hào)，OTU輸出端是滿足G.692的光接口：標(biāo)準(zhǔn)的光波長(zhǎng)、滿足長(zhǎng)距離傳輸?shù)墓庠础?/p>

第十一頁(yè)，共五十七頁(yè)，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(zhǎng)距離傳輸

1550nm窗口的密集波分復(fù)用(DWDM)

可廣泛用于長(zhǎng)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(yè)，共五十七頁(yè)，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(hào)的傳輸，反向光信號(hào)的傳輸由另一根光纖來(lái)完成。因此，同一波長(zhǎng)在兩個(gè)方向可以重復(fù)利用。第十三頁(yè)，共五十七頁(yè)，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(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。（2）單纖雙向傳輸DWDM的工作方式(續(xù)1)第十四頁(yè)，共五十七頁(yè)，2022年，8月28日通過(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)。DWDM的工作方式(續(xù)2)（3）光信號(hào)的分出和插入傳輸?shù)谑屙?yè)，共五十七頁(yè)，2022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(zhǎng)傳輸增加幾倍至幾十倍低成本：在大容量長(zhǎng)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(hào)速率、格式無(wú)關(guān),是引入寬帶新業(yè)務(wù)（例如CATV)的方便手段波長(zhǎng)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(lái)透明的、具有高度生存性的光聯(lián)網(wǎng)第十六頁(yè)，共五十七頁(yè)，2022年，8月28日二、DWDM系統(tǒng)的組成網(wǎng)元

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

合波和分波無(wú)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(zhǎng)和波長(zhǎng)穩(wěn)定、色散容限大的激光器發(fā)射源能容忍一定SNR信號(hào)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(yè)，共五十七頁(yè)，2022年，8月28日光傳輸和光放大部分第十九頁(yè)，共五十七頁(yè)，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(yè)，共五十七頁(yè)，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(yè)，共五十七頁(yè)，2022年，8月28日光纖衰耗第二十二頁(yè)，共五十七頁(yè)，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(yè)，共五十七頁(yè)，2022年，8月28日色散對(duì)傳輸?shù)南拗频诙捻?yè)，共五十七頁(yè)，2022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(chǎng)中任何電介質(zhì)對(duì)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(zhǎng)，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(yè)，共五十七頁(yè)，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(yè)，共五十七頁(yè)，2022年，8月28日光纖衰耗第二十七頁(yè)，共五十七頁(yè)，2022年，8月28日三種光纖色散情況比較第二十八頁(yè)，共五十七頁(yè)，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(jí)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(yè)，共五十七頁(yè)，2022年，8月28日低損耗零色散小有效面積長(zhǎng)距離、單信道超高速EDFA系統(tǒng)四波混頻（FWM）是主要的問(wèn)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(chǎng)淘汰的現(xiàn)狀。G.653單模光纖（DSF）第三十頁(yè)，共五十七頁(yè)，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(lái)大容量傳輸，DWDM系統(tǒng)用光纖的理想選擇。第三十一頁(yè)，共五十七頁(yè)，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(hào)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(hào)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(yè)，共五十七頁(yè)，2022年，8月28日隔離器WDMEDF隔離器泵浦激光器輸入信號(hào)輸出信號(hào)隔離器WDMEDF隔離器輸入信號(hào)輸出信號(hào)泵浦激光器隔離器WDMEDF隔離器輸入信號(hào)輸出信號(hào)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(yè)，共五十七頁(yè)，2022年，8月28日EDFA光放大器第三十四頁(yè)，共五十七頁(yè)，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(yè)，共五十七頁(yè)，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(yè)，共五十七頁(yè)，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(zhǎng)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(hào)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(duì)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(wàn)小時(shí)。-具有放大器自動(dòng)增益均衡（控制）功能。DWDM系統(tǒng)對(duì)光放大的基本要求第三十七頁(yè)，共五十七頁(yè)，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(jí)連使用噪聲小自動(dòng)增益控制第三十八頁(yè)，共五十七頁(yè)，2022年，8月28日發(fā)射和接收有源部分第三十九頁(yè)，共五十七頁(yè)，2022年，8月28日中心波長(zhǎng)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(zhǎng))偏差n/5，n為光信道間隔

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

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

光源的波長(zhǎng)穩(wěn)定12指定波長(zhǎng)符合ITU-T規(guī)定波長(zhǎng)漂移/5(ITU-T)/10(國(guó)家)光源的色散容限光譜寬度@-20dB<0.2nm第四十一頁(yè)，共五十七頁(yè)，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(yè)，共五十七頁(yè)，2022年，8月28日溫度反饋控制T(C)(nm)對(duì)于1.5mDFB激光器，波長(zhǎng)溫度系數(shù)約為13GHz/C管芯溫度和波長(zhǎng)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(zhǎng)控制技術(shù)之一第四十三頁(yè)，共五十七頁(yè)，2022年，8月28日波長(zhǎng)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(zhǎng)鎖定波長(zhǎng)控制技術(shù)之二第四十四頁(yè)，共五十七頁(yè)，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(jiǎn)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(yè)，共五十七頁(yè)，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(wú)或?。糜?gt;2.5Gbps高速率傳輸

調(diào)制方式溫度波長(zhǎng)控制電路第四十六頁(yè)，共五十七頁(yè)，2022年，8月28日光接收機(jī)接收機(jī)必須承受的影響：信號(hào)畸變?cè)肼暣當(dāng)_第四十七頁(yè)，共五十七頁(yè)，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(duì)信號(hào)進(jìn)行整形*高SNR*與偏振無(wú)關(guān)*操作簡(jiǎn)單O/E/O波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器第四十八頁(yè)，共五十七頁(yè)，2022年，8月28日合波和分波無(wú)源部分第四十九頁(yè)，共五十七頁(yè)，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