光纤通信第8章 dwdm技术

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1、1 18.6 DWDM技术简介2 2内内 容容 提提 要要1. 1. 概述概述 2. DWDM2. DWDM技术概要技术概要3. DWDM3. DWDM组网组网3 3一 概 述 4 4一 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倍话音业务话音业务数据业务数据业务宽带综合业务宽带综合业务B-ISDNB-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 1414% 的增长率，数据业务 40

2、0400% 的增长率5 5容量的需求容量的需求2502001501005001151352IP23106250 话音话音和IP通信量的增长情况1996 1997 1998 1999 2010 202010586 6 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7 7扩容的选择扩容的选择空分复用空分复用SDM(Space Division Multiplexer) 时分复用TDM(Time Division Multiplexer) 波分复用WDM(Wavelength Divi

3、sion Multiplexer)TDMTDM和和WDMWDM技术合用技术合用8 8DWDMDWDM技术特点技术特点v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v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v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v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9 9采用WDM前的扩容1010采用WDM后的扩容1111TXEDFAEDFATXTXTXTXTXTXTX1310 RPTR1310 RPTR1310 RPTR13

4、10 RPTR1310 RPTR1310 RPTR1310 RPTR1310 RPTRTXTX40km40km40km40km40km40km40km40km40km1310 RPTR1310 RPTR1310 RPTR1310 RPTR1310 RPTR1310 RPTR1310 RPTR1310 RPTRTXTX1310 RPTR1310 RPTR1310 RPTR1310 RPTR1310 RPTR1310 RPTR1310 RPTR1310 RPTRTXTX1310 RPTR1310 RPTR1310 RPTR1310 RPTR1310 RPTR1310 RPTR1310 RPTR13

5、10 RPTRTXTX1310 RPTR1310 RPTR1310 RPTR1310 RPTR1310 RPTR1310 RPTR1310 RPTR1310 RPTRTXTX1310 RPTR1310 RPTR1310 RPTR1310 RPTR1310 RPTR1310 RPTR1310 RPTR1310 RPTRTXTX1310 RPTR1310 RPTR1310 RPTR1310 RPTR1310 RPTR1310 RPTR1310 RPTR1310 RPTRTXTX1310 RPTR1310 RPTR1310 RPTR1310 RPTR1310 RPTR1310 RPTR1310 RP

6、TR1310 RPTRTXTXTXTXTXTXTXTXTX TXM U X120 km120 km120 kmWDM+EDFA 革新了光纤传输D E M12121310nm/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波分复用技术的发展1313二二 DWDMDWDM技术概要技术概要1414DWDM系统的分类以以信道速率信道速率分类：分类：2.5Gbit/s 2.5Gbit/s 、10Gbit/s10Gbit/s及混合速率及混合速率以以信道承载信道承载业务类型业务类型分类：分类：PD

7、HPDH、SDHSDH、ATMATM、IPIP或混合业务等或混合业务等以以信道数信道数分类：分类：4 4 、8 8 、1616 、3232 等等以以系统接口系统接口分类：分类：集成式或开放式系统集成式或开放式系统还可以还可以总容量总容量、地理域地理域或或网络功能网络功能等分类等分类1515DWDMDWDM系统的五大组成部分系统的五大组成部分l 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 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

8、平坦和增益锁定的EDFA光放大器1616DWDMDWDM系统的五大组成部分系统的五大组成部分l 光监控信道光监控信道o 1510nml lDWDMDWDM系统网管系统网管o 光传送网分层模型 l 光传输和光放大光传输和光放大l l发射和接收有源部分发射和接收有源部分l l合波和分波无源部分合波和分波无源部分1717光传输和光放大部分1818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1919光纤衰耗2020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

9、色散模间色散(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)2121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

10、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2222单信道 多信道 折射率效应 光强度波动引光强度波动引 起的折射率的起的折射率的 调制调制自相位调制 (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2323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单模光纤（单模光纤（NDSFNDSF）G.653G.653单模光纤（单模光纤（DSFDSF）G.655G.655单模光纤（单模光纤（NZ-DSFNZ-DSF）常规G.

11、655 大有效面积G.6552424三种光纤色散情况比较三种光纤色散情况比较2525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

12、速率的DWDMDWDM。G.652G.652单模光纤（单模光纤（NDSFNDSF）2626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，不利于是主要的问题，不利于 DWDMDWDM技术技术结论结论: : 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单模光纤（DSF）2727l l在在153015301565nm1565nm窗口有较低的损耗窗口有

13、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。性效应（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，负色散效应压缩脉冲，负色散SPMSPM效应展效应展宽脉冲。宽脉冲。 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单模光纤（单模光纤（NZ-DSFNZ-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，

14、DWDMDWDM系统用光纤的理想选择。系统用光纤的理想选择。2828EDFA光放大器2929EDFAEDFA在线路中的应用在线路中的应用合 波 器分 波 器功率放大器功率放大器前置放大器前置放大器线路放大器线路放大器3030发射和接收有源部分3131为了为了WDMWDM系统的互操作，在发射端和接收系统的互操作，在发射端和接收 端的信道中心频率必须相同。端的信道中心频率必须相同。ITU-T G.652推荐在C波段和L波段从196.10THz （1528.77nm)开始、间隔为50GHz的整数倍增加 或减小（或按0.39nm的倍数增加或减小）。DWDMDWDM系统对光发射和光接收的系统对光发射和光

15、接收的 基本要求基本要求3232196.0199.0195.0194.0193.0192.0191.015051510153015351540154515501555156015651570OSC信道151010nmC-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。DWDMDWDM系统对光发射和光接收的系统对光发射和光接收的 基本要求基本要求3333中心波长和中心频率3434光发送机光发送机 光源的波长稳定 12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 0.2nm3535光接收机光接收机 工作波长范围的响应度对SNR的灵敏度3636光接收机光接收机接收机必须承受的影响：信号畸变噪声串扰3737合波和分波无源部分合波和分波无源部分3838DWDMDWDM系统中使用的波分复用器件的系统中使用的波分复用器件的 性能应满足性能应满足ITU-T ITU-T G.671G.671及相关建议的及相关建议的 要求。要求。DWDMDWDM系统对合波和分波无源器件的系统对合波和分波无源器件的 基本要求基本要求3939波分复用器分类：980/1550、1480/1550泵