光纤通信DWDM技术

8.6DWDM技术简介内容提要1.概述2.DWDM技术概要3.DWDM组网一概述一概述九十年代以来，以Internet为代表的信息技术革命正在深刻地改变传统电信概念和体系。目前北美Internet骨干网的业务量几乎每6～9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2～3倍话音业务数据业务宽带综合业务B-ISDN世界电话业务年增长率为10%，数据业务年增长40%中国话音业务14%的增长率，数据业务400%的增长率容量的需求2502001501005001151352IP23106250话音话音和IP通信量的增长情况1996199719981999201020201058Tbit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(SpaceDivisionMultiplexer)时分复用TDM(TimeDivisionMultiplexer)波分复用WDM(WavelengthDivisionMultiplexer)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TXEDFAEDFATXTXTXTXTXTXTX1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTX40km40km40km40km40km40km40km40km40km1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTX1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTX1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTX1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTX1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTX1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTX1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTXTXTXTXTXTXTXTXTXMUX120km120km120kmWDM+EDFA革新了光纤传输DEM1310nm/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技术概要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：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还可以总容量、地理域或网络功能等分类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DWDM系统的五大组成部分光监控信道1510nmDWDM系统网管光传送网分层模型光传输和光放大发射和接收有源部分合波和分波无源部分光传输和光放大部分光的传输影响光传输的光纤参数光纤的衰减光纤的色散光纤的非线性效应光纤衰耗随着脉冲在光纤中传输，脉冲的宽度被展宽劣化的程度随数据速率的平方增大决定了电中继器之间的距离光纤的色散模间色散(ModeDispersion)色度色散(CromaticDispersion)偏振色散(PolarizationModeDispersion)在常规光纤系统中，光纤呈现线性传输特性。然而，当光功率增加到一定值时，光纤开始呈现非线性特性。因为在高强度电磁场中任何电介质对光的响应都会变成非线性，光纤也不例外。随着传输速率的提高，传输距离的延长，波分复用通路的增加以及光纤放大器的使用，这种光纤的非线性已成为最终限制系统性能的因素。非线性问题已成为新一代光纤系统设计考虑的重要方面。光纤的非线性效应单信道多信道折射率效应光强度波动引起的折射率的调制自相位调制(SPM)交叉相位调制(XPM)四波混频(FWM)散射效应受激布里渊散射(SBS)受激拉曼散射(SRS)光纤的非线性效应传输使用的三种不同类型的单模光纤单模光纤（NDSF）单模光纤（DSF）单模光纤（NZ-DSF）常规大有效面积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系统色度色散受限距离约600km10Gb/s系统色度色散受限距离约34kmG.652+DCF升级扩容成本高结论:不适用于10Gb/s以上速率传输，但可应用于以下速率的DWDM。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以上速率单信道传输，但不适用于DWDM应用，处于被市场淘汰的现状。单模光纤（DSF）在1530－1565nm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光放大器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发射和接收有源部分为了WDM系统的互操作，在发射端和接收端的信道中心频率必须相同。推荐在C波段和L波段从（1528.77nm)开始、间隔为50GHz的整数倍增加或减小（或按的倍数增加或减小）。DWDM系统对光发射和光接收的基本要求15051510153015351540154515501555156015651570OSC信道151010nmC-BandL-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源的波长稳定12指定波长符合ITU-T规定波长漂移/5（ITU-T）/10（国家）光源的色散容限光谱宽度@-20dB<0.2nm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：信号畸变噪声串扰合波和分波无源部分DWDM系统中使用的波分复用器件的性能应满足及相关建议的要求。DWDM系统对合波和分波无源器件的基本要求波分复用器分类：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、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1—161—1516干涉滤光膜型DWDM的一种工艺方案1—1415二、光栅型波分复用器输入光14321.体光栅型2.光纤光栅型布拉格光栅1—161—1516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1310nm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网管系统光复用段层(OMS)光通道层(OCH)光传输段层(OTS)光传送网分层结构通道层段层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，以增加承载多样性，发挥“业务透明”的特点。三DWDM组网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ATMDXC/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。OADMOADM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。OXCOXC是全光网的核心器件。CAINONET结构基于SDH的ATM交换机中国高速信息示范网IP/SDH/DWDM地区AOXC节点A1UASPSTNADSL基于SDH的ATM交换机地区BOXC节点B1SwitchASLAN地区COXC节点C1SDH设备ERGERLAN…CSRPSTNATM设备ADMOADM节点A2OADM节点B3OADM节点B2OADM节点C2OADM节点C3OADM节点C4OADM节点A3CSRCSRATM设备ATM设备ATM设备ERGERSDH设备SDH设备ADMSwitchLANLAN20世纪曾经是电网络的时代21世纪将会是光网络的时代