光纖通信第8節(jié)DWDM技術(shù)

8.6DWDM技術(shù)簡(jiǎn)介內(nèi)容提要1.概述2.DWDM技術(shù)概要3.DWDM組網(wǎng)一概述一概述

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%的增長(zhǎng)率容量的需求2502001501005001151352IP23106250話音話音和IP通信量的增長(zhǎng)情況1996199719981999202120211058Tbit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)人擴(kuò)容的選擇空分復(fù)用

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

TDM(TimeDivisionMultiplexer)波分復(fù)用

WDM(WavelengthDivisionMultiplexer)TDM和WDM技術(shù)合用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本錢：在大容量長(zhǎng)途傳輸時(shí)可以節(jié)約大量光纖和再生器，大大降低傳輸本錢透明性：與信號(hào)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(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)未來透明的、具有高度生存性的光聯(lián)網(wǎng)采用WDM前的擴(kuò)容采用WDM后的擴(kuò)容TXEDFAEDFATXTXTXTXTXTXTX1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTX40km40km40km40km40km40km40km40km40km1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTX1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTX1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTX1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTX1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTX1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTX1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTXTXTXTXTXTXTXTXTXMUX120km120km120kmWDM+EDFA革新了光纖傳輸DEM

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)的開展二DWDM技術(shù)概要DWDM系統(tǒng)的分類

以信道速率分類：2.5Gbit/s、10Gbit/s及混合速率

以信道承載業(yè)務(wù)類型分類：PDH、SDH、ATM、

IP或混合業(yè)務(wù)等

以信道數(shù)分類：4

、8、16、32等以系統(tǒng)接口分類：集成式或開放式系統(tǒng)還可以總?cè)萘?、地理域或網(wǎng)絡(luò)功能等分類DWDM系統(tǒng)的五大組成局部合波和分波無源局部信道隔離度高的光解復(fù)用器發(fā)射和接收有源局部特定波長(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DWDM系統(tǒng)的五大組成局部

光監(jiān)控信道

1510nmDWDM系統(tǒng)網(wǎng)管光傳送網(wǎng)分層模型

光傳輸和光放大發(fā)射和接收有源局部合波和分波無源局部光傳輸和光放大局部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)

光纖衰耗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)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。非線性問題已成為新一代光纖系統(tǒng)設(shè)計(jì)考慮的重要方面。光纖的非線性效應(yīng)

單信道

多信道

折射率效應(yīng)光強(qiáng)度波動(dòng)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)

光纖的非線性效應(yīng)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.655三種光纖色散情況比較大多數(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)容本錢高結(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〕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〕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。EDFA光放大器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發(fā)射和接收有源局部為了WDM系統(tǒng)的互操作，在發(fā)射端和接收端的信道中心頻率必須相同。ITU-TG.652推薦在C波段和L波段從196.10THz〔1528.77nm)開始、間隔為50GHz的整數(shù)倍增加或減小〔或按0.39nm的倍數(shù)增加或減小〕。DWDM系統(tǒng)對(duì)光發(fā)射和光接收的

根本要求196.0199.0195.0194.0193.0192.0191.015051510153015351540154515501555156015651570OSC信道1510

10nmC-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

根本要求中心波長(zhǎng)和中心頻率光發(fā)送機(jī)

光源的波長(zhǎng)穩(wěn)定

1

2

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光接收機(jī)

工作波長(zhǎng)范圍的響應(yīng)度對(duì)SNR的靈敏度光接收機(jī)接收機(jī)必須承受的影響：信號(hào)畸變?cè)肼暣當(dāng)_合波和分波無源局部

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。DWDM系統(tǒng)對(duì)合波和分波無源器件的

根本要求波分復(fù)用器分類：980/1550、1480/1550泵浦/信號(hào)波分復(fù)用器〔全光纖熔融拉錐型〕。1310/1550波分復(fù)用器〔全光纖熔融拉錐型〕。1550波段內(nèi)粗波分復(fù)用器〔有可能用全光纖熔融拉錐方法實(shí)現(xiàn)〕。1、粗波分復(fù)用器2密集波分復(fù)用器DWDM一、干預(yù)濾光膜型波分復(fù)用器輸入光纖

1

4

3

2

0(監(jiān)管信道)干預(yù)濾光膜

1—16

1—15

16干預(yù)濾光膜型DWDM的一種工藝方案

1—14

15二、光柵型波分復(fù)用器輸入光

1

4

3

21.體光柵型2.光纖光柵型布拉格光柵

1—16

1—15

16

三、陣列波導(dǎo)光柵型波分復(fù)用器(AWG)光監(jiān)控信道〔OSC〕DWDM系統(tǒng)對(duì)光監(jiān)控信道的

根本要求

監(jiān)控通路波長(zhǎng)1510nm，監(jiān)控速率2Mb/s對(duì)光監(jiān)控通路的要求

(1)監(jiān)控通路不限制光放大器的泵浦波長(zhǎng)

(2)監(jiān)控通路不限制光放大器之間的距離

(3)監(jiān)控通路不限制未來在1310nm波長(zhǎng)的業(yè)務(wù)

(4)在光放大器失效時(shí)監(jiān)控通路仍然可用

(5)OSC傳輸是分段的且具有3R功能和雙向傳輸功能

(6)應(yīng)有OSC保護(hù)路由，防止光纖被切斷后監(jiān)控信息不能傳送的嚴(yán)重后果DWDM網(wǎng)管系統(tǒng)光復(fù)用段層(OMS)光通道層(OCH)光傳輸段層(OTS)光傳送網(wǎng)分層結(jié)構(gòu)通道層段層SDH分層結(jié)構(gòu)物理層(FIBER)電路層網(wǎng)元管理系統(tǒng)管理功能：故障管理：進(jìn)行故障診斷、故障定位、故障隔離、故障改正，以及路徑測(cè)試功能。性能管理：性能參數(shù)監(jiān)視等配置管理：設(shè)置和預(yù)配等平安管理：4級(jí)授權(quán)等獨(dú)立的網(wǎng)元管理功能EM層DWDM的網(wǎng)管應(yīng)與所承載信號(hào)的網(wǎng)管別離開，以增加承載多樣性，發(fā)揮“業(yè)務(wù)透明〞的特點(diǎn)。三DWDM組網(wǎng)未來光網(wǎng)絡(luò)的前景未來光網(wǎng)絡(luò)的前景超高速率網(wǎng)絡(luò)中，假設(shè)繼續(xù)采用原有的SDXC或ATMDXC/ADM設(shè)備，節(jié)點(diǎn)設(shè)備將變的十分龐大復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)難度越來越大。超高速率傳輸帶來的經(jīng)濟(jì)效益被轉(zhuǎn)接費(fèi)用升高所抵消。唯一的出路是走向光聯(lián)網(wǎng)！要設(shè)置更高通道等級(jí)——光通道〔OP〕，進(jìn)行光路的交叉連接〔OXC〕和分插復(fù)用〔OADM〕。OADM/OXC技術(shù)是全光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的關(guān)鍵。OADMOADM的功能是從傳輸設(shè)備中選擇性地下光信號(hào)、或上光信號(hào)、或僅僅通過某個(gè)波長(zhǎng)信號(hào)，同時(shí)不影響其它波長(zhǎng)信道的傳輸。OXCOXC是全光網(wǎng)的核心器件。CAINONET結(jié)構(gòu)基于SDH的ATM交換機(jī)中國(guó)高速信息示范網(wǎng)IP/SDH/DWDM地區(qū)AOXC節(jié)點(diǎn)A1UASPSTNADSL基