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1、DWDM技术简介,张新亮,内 容 提 要,1. 概述,2. DWDM技术概要,3. DWDM组网考虑,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% 增长,容量的需求,250200150100500,115,135,2,IP,23,106,250,话音,话音
2、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 Division 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
3、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,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,MUX,120 km,120 km,120 km,WDM+EDFA 革新了光纤传输,DEM,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
4、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,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
5、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,光纤衰耗产生机理,材料吸收： 本征材料吸收：硅(SiO2) 非本征材料吸收：杂质，如OH -离子,瑞利(Rayleigh)散射：,辐射损耗,光纤衰耗,随着脉冲在光纤中传输，脉冲的宽度被展宽,模间色散(Mode Dispersion) 色度色散(Cromatic Dispersion) 偏振色散(Polarization M
6、ode Dispersion),色散对传输的限制,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,传输使用的三种不同类型的单模光纤,G.652单模光纤（NDSF）,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,光纤衰耗,三种光纤色散情况
7、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600km10Gb/s系统色度色散受限距离约34kmG.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
8、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。,隔离器,WDM,EDF,隔离器,泵浦激光器,输入信号,输入信号,隔离器,WDM,EDF,隔离器,输入信号,输入信号,泵浦激光器,隔离器,WDM,EDF,隔离器,输入信号,输入信号,泵浦激光器,泵浦激光器,前向泵浦,后向泵浦,双向泵浦,EDFA光放大器基本原理,EDFA光放大器,EDFA在线路中的
9、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=2025dBPout=+17dBm,增益G=2025dBPin=-28dBm,增益G=25、30/33dBPout=+17dBm,增益G=3035dBPout=+17dBm,OBA,OPA,OBA,OLA,OPA,光放大器应满足ITU-T建议G.663、G.691及其他相关建议。 EDFA的主要技术参数： 工作波长范围、输入功率范围、输出功率范围、饱和输出功率、噪声系数、偏振相关增益、小信号增益、增益平坦度、增益变化、增益斜度、输入光回损、输出光回损等。 对EDFA模块的其它要求： - 具有泵浦源自动关闭功能。 - 寿命不小于3
10、0万小时。 - 具有放大器自动增益均衡（控制）功能。,DWDM系统对光放大的基本要求,EDFA光放大器的应用要求,单信道应用：增益大噪声小自动功率控制多信道应用：增益平坦级连使用噪声小自动增益控制,EDFA光放大器增益平坦技术,高含铝掺饵光纤(Al-EDF),长周期光纤光栅(损耗特性与放大器的增益特性相反来抵消增益的不均匀性),波长,增,益,掺铒光纤放大器,（,EDFA,）,1545,1560nm,红带滤波器,蓝带滤波器,掺铒光纤放大器,（,EDFA,）,1530,1545nm,波长,增,益,EDFA光放大器增益锁定技术,泵浦源功率控制,饱和光控制技术,光功率检测控制,输入光功率检测,输出光功
11、率检测,Pin,Pout,泵浦激光器,EDF,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,196.0,199.0,195.0,194.0,193.0,192.0,191.0,1505,1510,1530,15
12、35,1540,1545,1550,1555,1560,1565,1570,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,光源的波长稳定,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,-XdB,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
13、器，波长温度系数约为13GHz/C,管芯温度和波长关系曲线,0,波长反馈控制,TEC温度控制器,TEC温度控制电路,0激光输出,温度传感器,激光器管芯,采用介质膜滤波片的波长锁定,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 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,DWDM系统中使用的波分复用器件的性能应满足ITU-T G.671及相关建议的要求。合波器 常用的合波器类型有耦合器型、介质薄膜滤波器型和集成光波导型。 合波器的参数主要有插入损耗、光反射系数、工作波长范围、偏振相关损耗和各通路插损的最大差异。分波器 分波器的类型主要有光栅型、干涉滤波器型、熔锥型和集成光波导型分波器等类型。 分波器的参数主要有通路间隔、插入损耗、光反射系数、相邻通路隔离度、非相邻通路隔离度、极化相关损耗、温度系数、0.5dB和 20dB带宽。,
