dwdm原理課程

1、光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支援管理部,DWDM基本原理,,本課程內(nèi)容,,2、DWDM的關(guān)鍵技術(shù),3、一些重要概念,4、DWDM的發(fā)展,1、什么是DWDM?,通過(guò)這個(gè)課程，能學(xué)到些什么呢？,,為什么要用DWDM？,采用SDM，鋪設(shè)多芯新光纜(需考慮時(shí)間與成本),更高比特率TDM。STM-1--STM-64,一根光纖上多個(gè)信號(hào)同時(shí)傳輸?,,因特網(wǎng)的發(fā)展，各種新業(yè)務(wù)的蓬勃發(fā)展，需要寬的帶寬,把不同波長(zhǎng)的光信號(hào)復(fù)用到一根光纖中進(jìn)行傳送(如每個(gè)波承載一種TDM

2、電信號(hào)）的方式統(tǒng)稱為波分復(fù)用。,WDM：波長(zhǎng)間隔比較大，在不同傳輸窗口（比如：1310nm、1550nm）DWDM：波長(zhǎng)密集，同一傳輸窗口（比如1550nm）CWDM：粗波分復(fù)用，同一傳輸窗口內(nèi)波長(zhǎng)間隔大（比如1550nm）,什么是波分復(fù)用？,雙纖雙向：一根光纖傳送一個(gè)方向的信號(hào)，系統(tǒng)使用兩根光纖單纖雙向：一根光纖傳送兩個(gè)方向的信號(hào)，系統(tǒng)使用一根光纖,什么是波分復(fù)用？,,,,,,,,可見(jiàn)：SDH是DWDM所承載的業(yè)務(wù)種類之一，在網(wǎng)

3、絡(luò)層次中，DWDM處于更低層，更靠近物理層。在同時(shí)使用DWDM和SDH的網(wǎng)絡(luò)，對(duì)業(yè)務(wù)的保護(hù)，我們提倡在SDH層的自愈保護(hù)。,新的傳輸網(wǎng)絡(luò)分層/DWDM與SDH的關(guān)系,應(yīng)用層(SDH/ATM/IP),光通道層,光復(fù)用段層,光放大層,物理層,,,,,,,,,,,,再生段,復(fù)用段,通道層,,應(yīng)用層,光層,電層（SDH）,,,1.SDH本質(zhì)上是數(shù)字系統(tǒng)；DWDM本質(zhì)上更象模擬系統(tǒng)2.SDH是電域的同步復(fù)用；DWDM是光域上的復(fù)用3.S

4、DH的核心是交叉連接；DWDM的核心是光功率和信噪比4.SDH更傾向于“軟件”；DWDM更傾向于“硬件”,DWDM與SDH的現(xiàn)狀比較,本課程內(nèi)容,,1、什么是DWDM?2、DWDM的關(guān)鍵技術(shù)3、一些重要概念4、DWDM的發(fā)展,,,OTU,OUT,???,,,,,,WPA,?1,?n,,合波器,,OTU,,,OTU,,???,?1,?n,OTM,,OLA,OTM,,,WBA,,,,,,波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換,合波器,光放大,分波器,

5、分波器,,,,,,,,,OSC,OSC,OSC,,,,,,波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器（O T U）的功能是完成G.957光信號(hào)到G.692固定波長(zhǎng)光的轉(zhuǎn)換。,DWDM的功能模塊,合波器和分波器完成G.692固定波長(zhǎng)光信號(hào)的合波和分波。,光放大器包括BA、PA、LA。BA是功放，通過(guò)提升合波后的光信號(hào)功率，從而提升各 波長(zhǎng)的輸出光功率；PA是預(yù)放，通過(guò)提升輸入合波信號(hào)的光功率，從而提升 各波

6、長(zhǎng)的接收靈敏度；LA是線放，完成對(duì)合波信號(hào)的純光中繼放大處理。,OSC（光監(jiān)控信道）通常采用1310nm和1510nm，負(fù)責(zé)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳送。,DWDM的關(guān)鍵技術(shù),,2、DWDM的關(guān)鍵技術(shù),光源技術(shù),光放大器技術(shù),光無(wú)源器件,光纖非線性的問(wèn)題,光監(jiān)控技術(shù),DWDM對(duì)光源的要求,1、標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)定的波長(zhǎng)，滿足ITU-T建議，符合G.692規(guī)范。 標(biāo)準(zhǔn)：對(duì)16/32波系統(tǒng)，為192.1～193.6/195.2THz，間隔100G

7、Hz 穩(wěn)定：工作時(shí)，不允許有大的波長(zhǎng)漂移2、具有良好的光譜性能，高色散容限，滿足遠(yuǎn)距離傳輸 在使用光放大技術(shù)后，DWDM系統(tǒng)再生段主要受色散和光信噪比的 限制。,DWDM的應(yīng)用形式,1、開(kāi)放式應(yīng)用收端、發(fā)端都使用OTU。在發(fā)端將非G.692轉(zhuǎn)換為G.692信號(hào)。收端OTU主要起再生作用，要弱化波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換作用。2、集成式應(yīng)用業(yè)務(wù)信號(hào)（比如SDH）本身已經(jīng)滿足G.692信號(hào)，收端發(fā)端都不需要O

8、TU.3、半開(kāi)放式應(yīng)用如前所述，收端OTU的作用是再生，而不是波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換，故在收端信號(hào)質(zhì)量較好，或者收端業(yè)務(wù)接收單元對(duì)噪聲容忍程度高式，可以在開(kāi)放式系統(tǒng)的收端不用OTU .,,,,3、馬赫-策恩德?tīng)栒{(diào)制光源(M-Z),1、直接調(diào)制光源,2、電吸收調(diào)制光源(EA),光源的種類（按調(diào)制方式）,,,直接調(diào)制,外調(diào)制,光源,優(yōu)點(diǎn)：技術(shù)簡(jiǎn)單、成本較低缺點(diǎn)：激光器有較大的頻率啁啾；適用于短距離傳輸用在2.5G及以下速率的非DWDM系統(tǒng)中,直

9、接調(diào)制光源,優(yōu)點(diǎn)：頻率啁啾較低，色散受限距離較長(zhǎng)缺點(diǎn)：技術(shù)較復(fù)雜一般用在2.5G速率的DWDM系統(tǒng)中（2.5G OTU）,電吸收調(diào)制光源（EA）,優(yōu)點(diǎn)：可忽略啁啾，色散受限距離很長(zhǎng)缺點(diǎn)：成本高，技術(shù)難度大，不便于集成一般用在10G速率的DWDM系統(tǒng)中（10G OTU）,馬赫－策恩德?tīng)栒{(diào)制光源（M-Z）,三種光源比較,DWDM的關(guān)鍵技術(shù),,2、DWDM的關(guān)鍵技術(shù) 光源技術(shù) 光放大器技術(shù)

10、 光無(wú)源器件 光纖非線性的問(wèn)題 光監(jiān)控技術(shù),光放大器（OA）,三種放大器的比較,EDFA的組成及基本原理,1. 非線性：提高了光功率，但達(dá)到一定程度會(huì)產(chǎn)生非線性效應(yīng)(限制了EDFA的放大性能和長(zhǎng)距離無(wú)中繼傳輸)。2. 光浪涌 3. 解決了衰減問(wèn)題，但色散受限。,EDFA應(yīng)用中的問(wèn)題,Raman,,,,分子震動(dòng)，造成能量的轉(zhuǎn)移。分離式和分布式兩種。特點(diǎn)：后向放大，增益

11、不高，噪聲小，前端需要一定長(zhǎng)度的尾纖,光纖拉曼放大器（FRA）,,,,,放大區(qū)域,,,放大器增益不平坦的級(jí)聯(lián)放大,放大器增益平坦的級(jí)聯(lián)放大,增益平坦,增益鎖定,OA的三種應(yīng)用,DWDM的關(guān)鍵技術(shù),,2、DWDM的關(guān)鍵技術(shù) 光源技術(shù) 光纖放大器技術(shù) 光無(wú)源器件 光纖非線性的問(wèn)題 光監(jiān)控技術(shù),耦合型合波器介質(zhì)薄膜解分波合波器件布

12、拉格光柵陣列波導(dǎo)AWG隔離器、環(huán)路器、光開(kāi)關(guān)、DCF等,無(wú)源光器件,,,,,,,,,,合波分波器件,INi,OUT,,,,,,,,,,,IN,OUTi,,合波,分波,合波/(分波)器件是將不同波長(zhǎng)的光信號(hào)合在一起/(按波長(zhǎng)分開(kāi))的器件，是DWDM系統(tǒng)最核心器件，這是光層的最基本復(fù)用合解復(fù)用。故分波/合波器件也經(jīng)常被叫做光復(fù)用/(光解復(fù)用)器件這里的“分”、“合”是相對(duì)波長(zhǎng)/頻率而言的，不是針對(duì)光功率而言。,,,,,,,,,,

13、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,特點(diǎn)：成本低，技術(shù)成熟，插損大插損理論計(jì)算方法：插損＝級(jí)數(shù)×3dB輸入端口編號(hào)與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)（對(duì)波長(zhǎng)不敏感）對(duì)相鄰波長(zhǎng)隔離作用低,耦合型合波器件,in,out,設(shè)計(jì)上可以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的小型化器件，信號(hào)同帶平坦，且與極化無(wú)關(guān)，插入損耗小，通路間隔度好。但通路數(shù)不會(huì)很多。,多層介質(zhì)膜復(fù)用解復(fù)用器件,優(yōu)點(diǎn)：插損小技術(shù)不成熟，應(yīng)用少,光柵型波分復(fù)用器件,優(yōu)點(diǎn)：波長(zhǎng)

14、間隔小、信道數(shù)多、通帶平坦等優(yōu)點(diǎn)，非常適合超高速、大容量的DWDM系統(tǒng)。代表了波分復(fù)用器件的發(fā)展方向。缺點(diǎn)：對(duì)分波合波中心對(duì)溫度敏感，需要溫控電路模塊。,陣列波導(dǎo)(AWG)型分波合波器件,隔離器,,,在光學(xué)界面處，總是存在程度不同的反射，回程光沿光路返回，會(huì)引起光源工作不穩(wěn)定，產(chǎn)生頻率漂移，幅度變化，從而影響整個(gè)系統(tǒng)的問(wèn)題。隔離器就是對(duì)回程光進(jìn)行抑止的光學(xué)器件,特點(diǎn)：插損小，非互易器件,光隔離器,,,,,,,,,,,,端口1,端口2,

15、端口3,特點(diǎn)：光路不可逆，插損小，隔離度大,光環(huán)形器,N×M,,,,,,,,,N個(gè)輸入,M個(gè)輸出,常見(jiàn)的有1×1，1×2，2×2，1×N主要技術(shù)指標(biāo)：插損，隔離度，開(kāi)關(guān)時(shí)間等,光開(kāi)關(guān),DWDM的關(guān)鍵技術(shù),,2、DWDM的關(guān)鍵技術(shù) 光源技術(shù) 光纖放大器技術(shù) 光無(wú)源器件 光纖非線性的問(wèn)題

16、 光監(jiān)控技術(shù),非線性效應(yīng),常規(guī)光纖系統(tǒng)中，光功率不大，光纖呈現(xiàn)線性特性。但在DWDM系統(tǒng)中，非線性效應(yīng)變得突出起來(lái)。受激散射1、受激拉曼散射（SRS） 注入光引起光纖分子震動(dòng)，調(diào)制入射光。產(chǎn)生頻率為分子震動(dòng)頻率的邊帶。造成能 量向低頻波段轉(zhuǎn)移。低頻波能量增加，高頻波能量衰減。2、受激布里淵散射（SBS） 現(xiàn)象與SRS一樣。但增益帶寬窄，實(shí)際系統(tǒng)中基本不影響其他波。與線寬

17、大小有關(guān)系。克爾效應(yīng)（折射率隨光強(qiáng)變化而變化）1、自相位調(diào)制（SPM） 相位受自身光強(qiáng)的調(diào)制，頻譜展寬2、交叉相位調(diào)制（XPM） 相位受其他通路光強(qiáng)變化的調(diào)制，頻譜展寬3、四波混頻效應(yīng)（FWM） 多波同時(shí)傳輸，非線性效應(yīng)導(dǎo)致產(chǎn)生新的波長(zhǎng)，造成原波長(zhǎng)能量的轉(zhuǎn)移和串繞。,,,,,,,,,,色散系數(shù)(ps/nm·km),正色散系數(shù)G.655光纖,波長(zhǎng)λ(nm)負(fù)色散系數(shù)G.655光纖,1

18、550,1310,17,,,1.1550nm波長(zhǎng)區(qū)具有最小色散和衰減，適合DWDM系統(tǒng)、高速信號(hào)傳輸2.應(yīng)用：TrueWave真波光纖(正色散區(qū)的SPM效應(yīng)有利于傳輸)；LEAF-大有效面積光纖（克服非線性效應(yīng)）,,G.652光纖:大量鋪設(shè)，傳高速信號(hào)需色散補(bǔ)償,,G.653光纖:1550nm波長(zhǎng)區(qū)混頻嚴(yán)重，不適合DWDM,傳輸媒質(zhì),,DCF色散補(bǔ)償,G.652、G.655(LEAF、TRUEWAVE)在1550窗口有正色散系數(shù)及正色

19、散斜率，信號(hào)傳輸時(shí)造成正色散的累積，使脈沖展寬。補(bǔ)償原理：DCF光纖有負(fù)色散系數(shù)，在傳輸光纖中接入這種光纖可抵消正色散，使脈沖得到壓縮（DCF色散補(bǔ)償器）。SDH系統(tǒng)補(bǔ)償，只需一定的色散補(bǔ)償量；DWDM系統(tǒng)補(bǔ)償，色散量一定，且要求DCF有適當(dāng)?shù)呢?fù)色散斜率。,,DCF,1、衰減,3、非線性效應(yīng),2、色散,光纖選型需要考慮的因素,DWDM的關(guān)鍵技術(shù),,2、DWDM的關(guān)鍵技術(shù) 光源技術(shù) 光纖放

20、大器技術(shù) 光無(wú)源器件 光纖非線性的問(wèn)題 光監(jiān)控技術(shù),,傳輸有關(guān)DWDM系統(tǒng)管理和監(jiān)控信息,1.工作波長(zhǎng)優(yōu)選1510nm2.速率優(yōu)選2Mb/s，保證不經(jīng)放大也超長(zhǎng)傳輸3.接入和解出,不應(yīng)限制OA上的泵浦光波；不應(yīng)限制未來(lái)1310nm波長(zhǎng)的業(yè)務(wù)；OA失效時(shí)仍有效；可超長(zhǎng)傳輸；具有分段 雙向傳輸功能。,光監(jiān)控技術(shù),0時(shí)隙:幀定位字節(jié),1時(shí)隙: E1字節(jié)（中繼段公務(wù))

21、 2時(shí)隙:F1字節(jié),3-14時(shí)隙: D1 D12 (數(shù)據(jù)通信通道),,15時(shí)隙:E2字節(jié)(復(fù)用段公務(wù)),,16-31時(shí)隙:保留字節(jié),OSC幀結(jié)構(gòu),設(shè)備中的監(jiān)控信道,光監(jiān)控技術(shù),本課程內(nèi)容,,1、什么是DWDM?2、DWDM的關(guān)鍵技術(shù)3、一些重要概念4、DWDM的發(fā)展,理解DWDM系統(tǒng)必須要深刻理解的幾個(gè)概念mW、dBm、dB譜寬光信噪比（ONSR）－－－衡量DWDM系統(tǒng)性能的最主要指標(biāo)，DWDM的核心

22、色散－－－影響DWDM系統(tǒng)中再生段距離的又一主要問(wèn)題插損－－－無(wú)源光器件中功率的損失增益,幾個(gè)重要概念,mW、dBm、dB,dBm＝10×lg（P/1mW），其中P的單位為“mW”,于是1mW=0dBm，0.5mW=-3dBm，等等。在DWDM系統(tǒng)中，假定每波信號(hào)大小相同，那么：1波信號(hào)為1mW，即0dBm2波信號(hào)為2mW，即3dBmn波信號(hào)為n×mW，即10×lg（n）dBm,dB

23、＝10×lg（p1/p2）=P1-P2。其中p1、p2的單位為“mW”等線性單位，P1、P2的單位為dBm,于是得出：在DWDM系統(tǒng)主通道上，如果某處單波光功率為a(dBm)那么：2波信號(hào)為（a＋3）dBm3波信號(hào)為（a＋4.8）dBm4波信號(hào)為（a＋6）dBm5波信號(hào)為（a＋7）dBm…………,,1、是對(duì)信號(hào)在頻域上的描述，常見(jiàn)的有-1dB譜寬，-5dB譜寬，-20dB譜寬2、譜寬寬，因?yàn)樯⑾拗苽鬏斁嚯x，但太

24、窄，引起非線性效應(yīng)也會(huì)限制傳輸距離。3、考慮色散影響，信號(hào)調(diào)制，會(huì)導(dǎo)致譜寬展寬。（比如對(duì)-20dB譜寬而言，2.5G:0.2nm，10G:0.3nm）,,,,,,f（頻率）,dBm（光功率）,,譜寬,譜寬/帶寬,光信噪比（OSNR）,,,由于光纖所傳送信號(hào)的不同頻率成分或模式成分的群速度不同，而引起傳輸信號(hào)畸變的一種物理現(xiàn)象,光纖的色散特性：G.652、G.653；G.655（正負(fù)色散系數(shù)適合不同應(yīng)用）,色散：材料色散、波導(dǎo)色散、模式

25、色散。材料色散：纖芯材料折射率隨頻率的變化引起的。波導(dǎo)色散：光纖中具有同一模式但攜帶不同頻率信號(hào)。共同點(diǎn)：不同頻率成分所對(duì)應(yīng)的不同群速度，引起脈沖展寬。,什么是色散？,,什么是色散？,,無(wú)源光器件,,,Pin,Pout,插損＝ （Pin－ Pout）dB,所謂插損指特點(diǎn)光信號(hào)經(jīng)過(guò)一無(wú)源光器件后光功率的丟失。這里的無(wú)源光器件可以是：法蘭盤(pán)、分波合波器件、分路器、光開(kāi)關(guān)、耦合器、衰減器等等。,什么是插損？,,OA,,,Pin,Po

26、ut,增益＝10lg（Pout/ Pin） //功率單位為dBm時(shí) =（Pout－ Pin）dB //功率單位為dB時(shí),增益指特定光信號(hào)經(jīng)過(guò)OA后光功率的增加說(shuō)明：DWDM系統(tǒng)中因?yàn)槎嗖ㄍ瑫r(shí)傳輸，其OA只能做到固定增益輸出，做不到根據(jù)波長(zhǎng)數(shù)的固定功率輸出，這是DWDM致命的一個(gè)缺陷。－－－DWDM系統(tǒng)中，越是前端光功率的變化，對(duì)系統(tǒng)性能影響越大，光功率劣化，是向下游傳遞的。,增

27、益（GAIN）,本課程內(nèi)容,,1、什么是DWDM?2、DWDM的關(guān)鍵技術(shù)3、一些重要概念4、DWDM的發(fā)展,,,,光通信是目前發(fā)展最快的領(lǐng)域。商用DWDM系統(tǒng)最大容量為320 Gb/s、1.6Tb/s。實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了大容量DWDM的試驗(yàn)。,光交叉連接與波長(zhǎng)路由器已經(jīng)問(wèn)世；數(shù)據(jù)與光的結(jié)合，未來(lái)的網(wǎng)絡(luò)可能將是把IP/ATM交換機(jī)直接接至光傳送網(wǎng)上；向光組網(wǎng)的轉(zhuǎn)變是寬帶革命的核心。,城域DWDM已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用；DWDM系統(tǒng)已從4

28、15;2.5Gb/s 向32×10Gb/s、1.6Tb/s系統(tǒng)過(guò)渡。運(yùn)營(yíng)商：中國(guó)電信、中國(guó)移動(dòng)、聯(lián)通、網(wǎng)通、鐵通等。,,,,DWDM的發(fā)展,DWDM的發(fā)展,小盒子波分城域波分的細(xì)分，用于邊緣接入層主要為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)組網(wǎng)和環(huán)形網(wǎng)，環(huán)形組網(wǎng)也解決光層保護(hù)問(wèn)題。容量一般在8波以下，可能采用CWDM技術(shù)。單波速率一般不大于2.5G。,WDM的發(fā)展,,YDN 120-1999 《光波分復(fù)用系統(tǒng)總體技術(shù)要求》暫行規(guī)定YD/T10

29、60-2000 32×2.5Gbit/s光波分復(fù)用系統(tǒng)技術(shù)要求YD/T1143-2001 32/16×10Gbit/s光波分復(fù)用系統(tǒng)技術(shù)要求G.652單模光纖光纜的特性G.655 非零色散單模光纖光纜的特性G.661/ G.662 / G.663/G.681 與放大器相關(guān)的系列標(biāo)準(zhǔn)G.671 無(wú)源光器件要求G.957 SDH系