光纤通信-DWDM技术.ppt

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1、波分复用,1. 概述,2. DWDM技术,3. DWDM组网,一 概 述,Internet骨干网的业务 量几乎每69个月翻一番， 比著名的CPU性能进展more定律 （18个月左右翻番）快23倍,话音业务数据业务宽带综合业务 数据业务 爆发性 增长,容量的需求,250 200 150 100 50 0,115,135,2,IP,23,106,250,话音,话音和IP通信量的增长情况,1996 1997 1998 1999 2010 2020,10,58,Tbit技术到干线网,21世纪的传输,Gbit技术到办公室/家庭,Mbit技术到个人,扩容的选择,空分复用 SDM(Space Divisio

2、n Multiplexer) 时分复用 TDM(Time Division Multiplexer) 波分复用 WDM(Wavelength Division Multiplexer) TDM和WDM技术合用,DWDM技术特点,高容量：可以充分利用光纤的巨大带宽资源，使传输容量比单波长传输增加几倍至几十倍 低成本：在大容量长途传输时可以节约大量光纤和再生器，大大降低传输成本 透明性：与信号速率、格式无关, 是引入宽带新业务（例如CATV ) 的方便手段 波长路由：利用WDM选路实现网络交换和恢复从而实现未来透明的、具有高度生存性的光联网,采用WDM前的扩容,采用WDM后的扩容,TX,EDFA,

3、EDFA,TX,TX,TX,TX,TX,TX,TX,40km,40km,40km,40km,40km,40km,40km,40km,40km,TX,TX,TX,TX,TX,TX,TX,TX,M U X,120 km,120 km,120 km,WDM+EDFA 革新了光纤传输,D E M,1310nm/1550nm窗口的波分复用 仍用于接入网，但很少用于长距离传输 1550nm窗口的密集波分复用(DWDM) 可广泛用于长距离传输，用于建设全光网络,波分复用技术的发展,二 DWDM技术,DWDM系统的分类,以信道速率分类：2.5Gbit/s 、10Gbit/s及混合速率,以信道承载业务类型分类：

4、PDH、SDH、ATM、 IP或混合业务等,以信道数分类：4、8、16、32等,以系统接口分类：集成式或开放式系统,开放式和集成式系统结构,波长转换(Wavelength Convertion),开放式系统的关键技术-,DWDM系统的五大组成部分,合波和分波无源部分 信道隔离度高的光解复用器,发射和接收有源部分 特定波长和波长稳定、色散容限大的激光器发射源 能容忍一定SNR信号的光接收机,光传输和光放大 小色度色散系数光纤 增益平坦和增益锁定的EDFA光放大器,光监控信道 1510nm,DWDM系统网管 光传送网分层模型,光纤衰耗,传输使用的三种不同类型的单模光纤,G.652单模光纤（NDSF

5、）,G.653单模光纤（DSF）,G.655单模光纤（NZ-DSF）,常规G.655 大有效面积G.655,三种光纤色散情况比较,大多数已安装的光纤 低损耗 大色散分布 大有效面积 色散受限距离短 2.5Gb/s系统色度色散受限距离约600km 10Gb/s系统色度色散受限距离约34km G.652+DCF方案升级扩容成本高 结论: 不适用于10Gb/s以上速率传输，但可应用于 2.5Gb/s以下速率的DWDM。,G.652单模光纤（NDSF）,低损耗 零色散 小有效面积 长距离、单信道超高速EDFA系统 四波混频（FWM）是主要的问题，不利于DWDM技术 结论: 适用于10Gb/s以上速率单

6、信道传输，但不适用于 DWDM应用，处于被市场淘汰的现状。,G.653单模光纤（DSF）,在15301565nm窗口有较低的损耗 工作窗口较低的色散，一定的色散抑制了非线性效应（四波混频）的发生。 可以有正的或负的色散海底传输系统 正色散SPM效应压缩脉冲，负色散SPM效应展宽脉冲。 为DWDM系统的应用而设计的,G.655单模光纤（NZ-DSF）,结论: 适用于10Gb/s以上速率DWDM传输， 是未来大容量传输，DWDM系统用光纤的理想选择。,EDFA在线路中的应用,合 波 器,分 波 器,功率放大器,前置放大器,线路放大器,增益G=2025dB Pout=+17dBm,增益G=2025d

7、B Pin=-28dBm,增益G=25、30/33dB Pout=+17dBm,增益G=3035dB Pout=+17dBm,OBA,OPA,OBA,OLA,OPA,半导体光放大器 （SOA） 掺铒光纤光放大器 （EDFA） 掺镨光纤光放大器 （PDFA） 激光拉曼光放大器 (SRA),1550,EDFA,增益窗口,30nm 60nm,光,放,大,器,增,益,光,纤,衰,减,除去,OH,峰外,300nm,低损耗窗口,波长,nm,850,1310,PDFA,SOA,SRA,光放大器技术的发展,EDFA,增益窗口,30nm 60nm,PDFA,SOA,SRA,发射和接收有源部分,中心波长和中心频率

8、,196.0,199.0,195.0,194.0,193.0,192.0,191.0,1505,1510,1530,1535,1540,1545,1550,1555,1560,1565,1570,OSC信道151010nm,C-Band,L-Band,(THz),(nm),中心频率(中心波长)偏差n/5，n为光信道间隔,标称中心频率或波长是以193.1THz（1552.52nm)为中心、间隔为100GHz的整数倍。,DWDM系统对光发射和光接收的 基本要求,中 心 波 长 和 中 心 频 率,光发送机,光谱特性,1,2,1,-XdB,发光二极管（LED）,1,2,1,-XdB,1,2,1,-X

9、dB,多纵模激光器（MLM）,单纵模激光器（SLM）,温度反馈控制,T(C),(nm),对于1.5m DFB激光器，波长温度系数约为13GHz/C,管芯温度和波长关系曲线,0,直接调制方式 输出功率正比于调制电流； 简单、损耗小、价廉； 使用FP或DFB激光器二极管； 随调制速率增高，模数增加，激光器谱线展宽（啁啾）。 限制使用在 2.5Gbps速率下，较短距离传输。,调制方式,外调制方式 激光器光源开关 复杂、损耗大、价格贵； 分离外调制 铌酸锂（LiNbO3）Mach-Zehnder 集成外调制 电吸收（EA） III-V 族半导体Mach-Zehnder 线性调频（啁啾）无或小 用于2.

10、5Gbps 高速率传输,调制方式,温度波长 控制电路,光接收机,工作波长范围的响应度,对SNR的灵敏度,光接收机,接收机必须承受的影响： 信号畸变 噪声 串扰,光转发器（Transponder）,* 以目前工艺水平的组件比特率可达40Gbit/s * 消光比得到改善，并可用外调制对信号进行整形 * 高SNR * 与偏振无关 * 操作简单,O/E/O波长转换器,合波和分波无源部分,波分复用器分类：,980/1550、1480/1550泵浦/信号波分复用器（全光纤熔融拉锥型）。 1310/1550波分复用器（全光纤熔融拉锥型）。 1550波段内粗波分复用器（有可能用全光纤熔融拉锥方法实现）。,1、

11、粗波分复用器,2 密集波分复用器DWDM,一、干涉滤光膜型波分复用器,输入光纤,1,4,3,2,0 (监管信道),干涉滤光膜,二、光栅型波分复用器,输入光,1,4,3,2,1. 体光栅型,2. 光纤光栅型,布拉格光栅,116,115,16,16,16,115、16,115、16,FBG,环形器,光纤光栅的应用,三、阵列波导光栅型波分复用器(AWG),光监控信道（OSC）,DWDM系统对光监控信道的 基本要求,监控通路波长1510nm，监控速率2Mb/s 对光监控通路的要求 (1) 监控通路不限制光放大器的泵浦波长 (2) 监控通路不限制光放大器之间的距离 (3) 监控通路不限制未来在 1310

12、 nm 波长的业务 (4) 在光放大器失效时监控通路仍然可用 (5) OSC传输是分段的且具有3R功能和双向传输功能 (6) 应有OSC保护路由，防止光纤被切断后监控信息不 能传送的严重后果,DWDM系统监控通道保护技术,DWDM网管系统示意图,DWDM网管系统,光传输段层(OTS),光传送网分层结构,SDH分层结构,物理层(FIBER),电路层,网元管理系统管理功能： 故障管理：进行故障诊断、故障定位、故障隔离、 故障改正，以及路径测试功能。 性能管理：性能参数监视等 配置管理：设置和预配等 安全管理：4级授权等,独立的网元管理功能 EM 层,DWDM的网管应与所承载信号 的网管分离开，以增

13、加承载多样性， 发挥“业务透明”的特点。,三 DWDM组网,三 DWDM组网考虑,网络规划的前瞻性 光网络分层结构 网络规划的一致性 统一的网络管理，分级的网元管理 网络规划的开放性 可容纳不同业务和不同种类的传输设备,DWDM系统总体考虑,n 为最大通路数目 W 字母表示跨距,x 表示应用代码中最大允许的光中继段数； y 表示通路信号的最大比特率（STM等级）:1,4,16,64 z 表示光纤类型,L 表示长距离 80km V,表示较长距离 100km V 表示甚长距离 120km U 表示超长距离 160km,2 表示G.652光纤 3 表示G.653光纤 5 表示G.655光纤,应用代码

14、的构成：,n,W,x,-,y,.,z,系统应用代码,DWDM应用代码,nL8-16.2 (880km) nV3-16.2 (3120km) nV5-16.2 (5100km),无在线光放大器系统的应用代码,有在线光放大器系统和应用代码,1) 80公里跨距,2) 120公里跨距,有在线光放大器系统和应用代码,系统衰减范围,系统目标距离的衰减范围基于光缆在1530-1565nm范围内的衰减系数为0.28dB/km(包括接头衰减和光缆富余度）、目标距离40km的光纤衰减为11dB的假设计算得到的。,G.652光纤目标距离的最大色散基于色散系数为20ps/(nm.km)的假设计算得到的。,DWDM网络

15、现有拓扑结构,点到点 环状,线路保护主要有两种保护方式：SDH 层的保护 光网络层的保护,WDM系统的保护,m,ADM,ADM,2纤自愈环,n,m,ADM,ADM,4纤自愈环,m,m,m,n,m,n,m,n,m,DWDM和SDH自愈环的结合,WDM,WDM, ,色散限制无电中继总传输距离,OSNR,光纤段跨距,光信噪比（OSNR）限制光纤段跨距和传输距离,平滑升级考虑, 容量需求： 容量需求的远期目标 容量需求的近期目标 单信道速率：2.5Gbit/s 10Gbit/s EDFA增益带宽范围: 全带、红带、蓝带 光信道间隔：100GHz、200GHz、400GHz,EDFA光放大器增益谱曲线,

16、红带,蓝带,全带,1535nm,1547nm,1560nm,200GHz间隔全带放大,100GHz间隔红带放大,100GHz间隔蓝带放大,200GHz,200GHz,200GHz,100GHz,未来光网络的前景,未来光网络的前景,超高速率网络中，若继续采用原有的SDXC或ATM DXC/ADM设备，节点设备将变的十分庞大复杂，实现难度越来越大。 超高速率传输带来的经济效益被转接费用升高所抵消。 唯一的出路是走向光联网！ 要设置更高通道等级光通道（OP），进行光路的交叉连接（OXC）和分插复用（OADM）。 OADM/OXC技术是全光网络技术的关键。,ADM配置,DWDM系统+SDH ADM,OADM,OADM的功能是从传输设备中选择性地下光信号、或上光信号、或仅仅通过某个波长信号，同时不影响其它波长信道的传输。,OXC,OXC是全光网的核心器件。 其主要功能是： (1)光路层的带宽管理。光纤、波长两个层次。 (2)光网络的保护和恢复。 通常OXC有三种实现方式： 光纤交叉连接 波长交叉连接 波长变换交叉连接,