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1、1 12008-102008-10密集波分复用密集波分复用 传输原理传输原理山西邮电职工培训中心山西邮电职工培训中心 许许 杰杰2 22008-102008-10内内 容容 提提 要要一、一、 DWDMDWDM的工作原理的工作原理 二、二、 DWDMDWDM系统的组成网元系统的组成网元三、三、 DWDMDWDM光传输系统的技光传输系统的技术标准与应用术标准与应用3 32008-102008-10一、一、 DWDMDWDM的工作原理的工作原理九十年代以来，以九十年代以来，以InternetInternet为代表的信息技术革命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正在深刻地改变传统
2、电信概念和体系 目前北美目前北美InternetInternet骨干网的骨干网的业务业务业务业务 量几乎每量几乎每6 69 9个月翻一番，个月翻一番， 比著名的比著名的CPUCPU性能性能进进进进展展moremore定律定律 （1818个月左右翻番）快个月左右翻番）快2 23 3倍倍话话话话音音业务业务业务业务 数据数据业务业务业务业务 宽带综宽带综宽带综宽带综 合合业务业务业务业务B-B- ISDNISDN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 1414% 的增长率，数据业务 400400% 增长4 42008-102008-10容量的需求容量的需求2502001
3、501005001151352IP23106250 话音话音和IP通信量的增长情况1996 1997 1998 1999 2010 202010585 52008-102008-10 TbitTbit技术到干线网技术到干线网2121世纪的传输世纪的传输 GbitGbit技术到办公室技术到办公室/ /家庭家庭 MbitMbit技术到个人技术到个人6 62008-102008-10扩容技术扩容技术空分复用空分复用SDM(Space Division Multiplexer) 时分复用TDM(Time Division Multiplexer) 波分复用WDM(Wavelength Division
4、 Multiplexer)7 72008-102008-10n（1）SDM靠增加光纤数量的方式线性增加传输 系统的容量，传输设备也线性增加。空分多路复用 的扩容方式十分受限。n（2）TDM是比较常用的扩容方式，从PDH的一 次群至四次群的复用，到SDH的STM-1、STM-4、 STM-16至STM-64的复用。但达到一定的速率等级 时，会受到器件和线路等特性的限制。n DWDM技术不仅大幅度地增加了网络的容量， 而且还充分利用了光纤的宽带资源，减少了网络资 源的浪费。扩容的选择扩容的选择8 82008-102008-10何谓DWDM ？nDWDM ( Dense Wavelength Div
5、ision Multiplexer )技术是利用单模光纤的带宽以 及低损耗的特性，采用多个波长作为载波， 允许各载波信道在一条光纤内同时传输。n通常把光信道间隔较大(甚至在光纤的不同 窗口上)的复用称为光波分复用(WDM)，而 把在同一窗口中信道间隔较小的WDM称为 密集波分复用(DWDM)。 9 92008-102008-10WDM技术分类10102008-102008-10DWDMDWDM系统的构成及频谱分布系统的构成及频谱分布11112008-102008-10系 统 分 类n 根据光发送端是否采用OTU（光波长转换器）来 看，DWDM系统可分为集成式DWDM系统和开放 式DWDM系统。
6、集成式系统不需配置波长转换器 ，其所承载的SDH终端具有满足G.692的光接口： 标准的光波长、满足长距离传输的光源。开放式系 统就是在波分复用器前加入OTU，将SDH非规范 的波长转换为标准波长。OTU对输入端的信号波长 没有特殊要求，可以兼容任意厂家的SDH信号， OTU输出端是满足G.692的光接口：标准的光波长 、满足长距离传输的光源。12122008-102008-101310nm/1550nm窗口的波分复用仍用于接入网，但很少用于长长距离传输传输1550nm窗口的密集波分复用 (DWDM)可广泛用于长长距离传输传输 ，用于建设设全光网络络波分复用技术的发展波分复用技术的发展1313
7、2008-102008-10DWDM的工作方式（1）双纤单向传输n双纤单向传输指一根光纤只完成一个方向光信号的传输，反向光信号的传输由另一根光纤来完成。因此，同一波长在两个方向可以重复利用。14142008-102008-10n单纤双向传输指在一根光纤中实现两个方向光信号的同时 传输，两个方向的光信号应安排在不同波长上。（2）单纤双向传输DWDM的工作方式(续1)15152008-102008-10n通过光分插复用器（OADM）可以实现各波长的光信 号在中间站的分出与插入，即完成上/下光路，利用 这种方式可以完成DWDM系统的环形组网。DWDM的工作方式(续2)（3）光信号的分出和插入传输16
8、162008-102008-10DWDMDWDM技术特点技术特点vv高容量：高容量：可以充分利用光纤的巨大带宽资源，使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传输容量比单波长传输增加几倍至几十倍vv低成本：低成本：在大容量长途传输时可以节约大量光纤在大容量长途传输时可以节约大量光纤和再生器，大大降低传输成本和再生器，大大降低传输成本vv透明性：透明性：与信号速率、格式无关与信号速率、格式无关, , 是引入宽带新是引入宽带新业务（例如业务（例如CATV ) CATV ) 的方便手段的方便手段vv波长路由：波长路由：利用利用WDMWDM选路实现网络交换和恢复选路实现网
9、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从而实现未来透明的、具有高度生存性的光联网17172008-102008-10二、二、DWDMDWDM系统的系统的组成网元组成网元18182008-102008-10DWDMDWDM系统的五大组成部分系统的五大组成部分l 合波和分波无源部分合波和分波无源部分o 信道隔离度高的光解复用器l 发射和接收有源部分发射和接收有源部分o 特定波长和波长稳定、色散容限大的激光器发射 源o 能容忍一定SNR信号的光接收机l 光传输和光放大光传输和光放大o 小色度色散系数光纤o 增益平坦和增益锁定的EDFA光放大器l 光监控信道光监控信道o 1510nml
10、 DWDMDWDM系统网管系统网管o 光传送网分层模型 19192008-102008-10光传输和光放大部分20202008-102008-10光的传输光的传输影响光传输的光纤参数影响光传输的光纤参数光纤的衰减光纤的衰减光纤的色散光纤的色散光纤的非线性效应光纤的非线性效应21212008-102008-10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22222008-102008-10光纤衰耗23232008-102008-10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劣化的程
11、度随数据速率的平方增大决定了电中继器之间的距离决定了电中继器之间的距离光纤的色散模模间间间间色散色散(Mode Dispersion)(Mode Dispersion)色度色散色度色散( (CromaticCromatic Dispersion) Dispersion)偏振色散偏振色散(Polarization Mode Dispersion)(Polarization Mode Dispersion)24242008-102008-10色散对传输的限制色散对传输的限制25252008-102008-10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
12、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。光纤的非线性效应单单信道多信道 折射率效 应应 光光强强度波引度波引 起的折射率起的折射率 的的调调调调制制自相位调调制 (SPM)交叉相位调调制 (XPM) 四波混频频 (FWM)散射效应应受激布里渊散射(SBS)受激拉曼散射(SRS)26262008-102008-10传输使用的三种不同类型的单模光纤传输使用的三种不同类型的单模光纤G.652G.652单单单单模光模光纤纤纤纤（NDSFN
13、DSF）G.653G.653单单单单模光模光纤纤纤纤（DSFDSF）G.655G.655单单单单模光模光纤纤纤纤（NZ-DSFNZ-DSF）常规规G.655 大有效面积积G.65527272008-102008-10光纤衰耗28282008-102008-10三种光纤色散情况比较三种光纤色散情况比较29292008-102008-10大多数已安装的光纤大多数已安装的光纤低损耗低损耗 大色散分布大色散分布 大有效面积大有效面积色散受限距离短色散受限距离短2.5Gb/s2.5Gb/s系统色度色散受限距离约系统色度色散受限距离约600km600km10Gb/s10Gb/s系统色度色散受限距离约系统色
14、度色散受限距离约34km34kmG.652+DCFG.652+DCF方案升级扩容成本高方案升级扩容成本高结论结论: : 不适用于不适用于10Gb/s10Gb/s以上速率传输，但可应用于以上速率传输，但可应用于 2.5Gb/s2.5Gb/s以下速率的以下速率的DWDMDWDM。G.652G.652单单单单模光模光纤纤纤纤（NDSFNDSF）30302008-102008-10低损耗低损耗 零色散零色散 小有效面积小有效面积 长距离、单信道超高速长距离、单信道超高速EDFAEDFA系统系统四波混频（四波混频（FWMFWM）是主要的问题，是主要的问题，不利于不利于DWDMDWDM技术技术结论结论:
15、: 适用于适用于10Gb/s10Gb/s以上速率单信道传输，但不适以上速率单信道传输，但不适 用于用于 DWDMDWDM应用，处于被市场淘汰的现状。应用，处于被市场淘汰的现状。G.653单单模光纤纤（DSF）31312008-102008-10l l在在153015301565nm1565nm窗口有较低的损耗窗口有较低的损耗 l l工作窗口较低的色散，一定的色散抑制了非线性效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。应（四波混频）的发生。 l l 可以有正的或负的色散可以有正的或负的色散海底传输系统海底传输系统l l正色散正色散SPMSPM效应压缩脉冲，负色散效应压缩
16、脉冲，负色散SPMSPM效应展宽脉效应展宽脉冲。冲。 l l 为为DWDMDWDM系统的应用而设计的系统的应用而设计的G.655G.655单单单单模光模光纤纤纤纤(NZ-DSF)(NZ-DSF)结论结论: : 适用于适用于10Gb/s10Gb/s以上速率以上速率DWDMDWDM传输，传输，是未来大容量传输，是未来大容量传输，DWDMDWDM系统用光纤的理想选系统用光纤的理想选 择。择。32322008-102008-10EDFA光放大器基本原理EDFA利用掺入石英光纤中的稀土离子作为增益 介质，在泵浦光的激发下实现光信号的放大。放 大器的主要特性由掺杂元素决定，而不是由起主 介质作用的石英光纤决定。掺铒光纤放大器采用 掺铒离子单
