DWDM原理

DWDM基本原理1、DWDM概述2、DWDM的传输媒质3、DWDM的关键技术4、DWDM的组网设计DWDM原理概述DWDM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，允许各载波信道在光纤内同时传输。实际上，DWDM技术是采用频分复用技术提高传输的容量。在光纤通信系统中是用光信号作为载波，根据每一个信道光波的波长不同将光纤的低损耗窗口分成若干个信道，从而在一根光纤中实现多路光信号的复用传输。高速路加油站巡逻车把不同波长的光信号复用到一根光纤中进行传送(如每个波承载一种TDM电信号）的方式统称为波分复用。12┋12n┉DWDM通常采用C波段：1530~1565nm以193.1GHz（1552.52nm）为基准，100GHz（0.8nm）或50GHz（0.4nm）为间隔DWDM的系统构成：OAfNf1S1S2TxNMPI-Sf2Tx2Tx1SOM/OAR’MPI-RS’SD1R1R2RnRm1Rm2RmnSD2SDnRxNRx2Rx1OA/ODDWDM的优点●超大容量、超长距离、在线升级、并能最大限度地保护已有投资、对数据“透明”、组网灵活、具备良好的经济性和可靠性DWDM的应用●开放式DWDM系统在终端复用设备中，具备光接口转换功能；可以接入不同厂家的多种业务类型●集成式DWDM系统终端复用设备中不具备光接口变换功能；接入设备中的光发送单元性能必须满足DWDM系统的要求(波长精度、啁啾、光谱特性、光功率等)。集成式和开放式波分系统集成式系统：光端机与光接口转换集成在一起开放式系统：光端机与光接口转换分开；现有系统采用的模式，对客户侧设备光接口无特殊要求DWDM的传输媒质光纤的主要材料是二氧化硅，俗称石英玻璃，1966年由高琨博士发现，石英玻璃的纯度很高，光传输损耗就很小，从而提出用光纤做媒质传输光信号的构想。●光纤的结构：光纤由五部分组成，最里面是芯，外面是包层，芯和包层由掺有特殊元素的超纯硅构成，掺入特殊元素可以控制芯和包层有不同的折射率，包层外面是缓冲图层，可以是树脂材料，作用是吸收机械应力；再外面是加强层，用来参加强度；最外面是一层塑料保护层。●光纤的分类：按纤芯和包层的折射率可分为跃变型光纤和渐变型光纤。可以分为三种分布：阶跃（跃变）分布高斯（渐变）分布三角形（渐变）分布按光纤传送光的模式不同可以分为多模光纤和单模光纤。●多模光纤多模光纤芯的折射率可以是跃变型的，也可以是渐变型的，纤芯的直径是50um；●单模光纤单模光纤一般是阶跃型的，纤芯的直径在8.6～9.5um之间，支持基模传播；光在光纤中传播中可能产生衍射、折射、偏振和双折射，传播过程相当复杂光纤的衰耗特性1、衰减3、非线性效应2、色散色散：•色散：材料色散、波导色散、模式色散、PMD色散。•材料色散：纤芯材料折射率随频率的变化引起的。•波导色散：光纤中具有同一模式但携带不同频率信号。•模式色散：多模光纤中存在，由信号传输的不同模式决定。•共同点：不同频率成分所对应的不同群速度，引起脉冲展宽。•PMD色散：信号的两个偏振态的不同速率造成的色散，目前没有商用化的补偿方法•光纤的色散：G.652、G.653；G.655（正负色散系数）由于光纤所传送信号的不同频率成分或模式成分的群速度不同，而引起传输信号畸变的一种物理现象光纤的分类：色散系数(ps/nm·km)正色散系数G.655光纤波长λ(nm)负色散系数G.655光纤15501310171.1550nm波长区具有最小色散和衰减，适合DWDM系统、高速信号传输2.应用：TrueWave真波光纤(正色散区的SPM效应有利于传输)；LEAF-大有效面积光纤（克服非线性效应）G.652光纤:大量铺设，传高速信号需色散补偿G.653光纤:1550nm波长区C_band混频严重，不适合DWDM相关的ITU建议与国家标准•YDN120-1999《光波分复用系统总体技术要求》暂行规定•YD/T1060-200032×2.5Gbit/s光波分复用系统技术要求•YD/T1143-200132/16×10Gbit/s光波分复用系统技术要求•G.652单模光纤光缆的特性•G.655非零色散单模光纤光缆的特性•G.661/G.662/G.663/G.681与放大器相关的系列标准•G.671无源光器件要求•G.957SDH系统和设备的光接口•G.691具有光放大器SDH单信道和STM-64系统的光接口•G.692有光放大器多通路系统的光接口•M.3100通用网络信息模型•G.otn光传送网结构DCF色散补偿G.652、G.655(LEAF、TRUEWAVE)在1550窗口有正色散系数及正色散斜率，信号传输时造成正色散的累积，使脉冲展宽。补偿原理：DCF光纤有负色散系数，在传输光纤中接入这种光纤可抵消正色散，使脉冲得到压缩（DCF色散补偿器）。SDH系统补偿，只需一定的色散补偿量；DWDM系统补偿，色散量一定，且要求DCF有适当的负色散斜率。DWDM的关键技术实现DWDM传输的主要技术问题：1.低啁啾、高波长稳定性的激光源2.低噪声系数、增益平坦的掺铒光纤放大器3.稳定可靠的各种光无源器件（复用器、解复用器、光纤光栅、隔离器等）4.光纤非线性的问题5.超长距离传输技术（RAMAN)DWDM的关键技术：光口规范要求：1)良好的光谱特性（超低啁啾声、适宜的光谱宽度）。－适合开放式和集成式DWDM系统2）输出具有较高的光信噪比。光源1、直接调制光源2、间接调制光源电吸收调制光源(EA)马赫-策恩德尔调制光源(M-Z)一般来说，在使用光线路放大器的DWDM系统中，发射部分的激光器均为间接调制方式的激光器。在DWDM系统中，激光器波长的稳定是一个十分关键的问题，根据ITU－T建议的要求，中心波长的偏差不大于光信道间隔的正负五分之一，即光信道间隔为0.8nm，中心波长的偏差不能大于0.16nm;如果对波长之间间隔越小，对激光器的要求越高；激光器需要采用严格的波长稳定技术。直调光源电吸收调制光源马赫-策恩德尔调制光源色散容限ps/nm（针对2.5G速率）1200~24007200~12800大于12800成本适中贵昂贵波长稳定性较好好很好放大器：半导体光放大器(SOA)拉曼放大器(Raman)掺铒光纤放大器(EDFA)三种光放大器的特性比较EDFASOARaman技术成熟度很成熟、大量应用不很成熟成熟增益高一般较低带宽较宽宽很宽入纤功率藕合效率高低高成本适中高很高EDFA的组成及原理：●●●●●●○●●●●○○○○暂稳态铒原子基态980nm光子隔离器隔离器泵浦源掺铒光纤耦合器信号光入信号光出a原理性结构b光放大原理EDFA掺铒光纤放大器泵浦激光器(980or1480nm)光信号(1550nm窗口)光隔离器波长复用器掺铒光纤•实现长距离传输(longhaul)•补偿线路衰耗(opticalnetwork)•同时放大多个波长•设备简单,器件少(mostpassive)EDFA作用示意图1234567816...衰减后的信道(两个网元之间的衰减可达30dB)宽带WDM光学放大器一个放大器放大所有的波长信道1234567816...EDFAs工作在光纤的1550nm波长低衰区1600170014001300120015000.10.20.30.40.50.61100波长(nm)EDFAband衰耗(dB/kmEDFAs同时放大多个波长相应输出功率(dB)波长(nm)0-5154015501560passbandEDFA的主要优点4.输出功率比较大1.噪声系数：(4-8dB)2.增益高：10-30dB3.耦合损耗小(小于1dB)4.输出功率比较大3.耦合损耗小(小于1dB)EDFA的性能参数前置放大器PA功率放大器BA线路放大器LA增益适中适中大噪声系数低适中适中应用场合接收机前发送机后光中继站RAMAN放大器的原理SRS(受激喇曼散射)原理，采用分布式放大。增益谱泵浦增益30nm70~100nm优点：a、其增益波长由泵浦光波长决定，只要泵浦源的波长适当，理论上可得到任意波长的信号放大；b、其增益介质为传输光纤本身；c、噪声系数低。无源光器件介质薄膜解复用器布拉格光栅阵列波导AWG耦合器隔离器、环路器、光开关、DCF等分波器与合波器nnnn分波器合波器nn分波器合波器监控技术OMOD2BAPAODOM2OSC信息入OSC信息出传输有关DWDM系统管理和监控信息1.工作波长优选1510nm、1310nm、1625nm2.速率优选2Mb/s，实现超长传输3.与主信道分离，无需放大，不受OA失效的影响4.每经过一个站点，均需终结和再生DWDM的几种网元单元类型按用途可分为：光终端复用设备（OTM）光线路线路放大设备（OLA）光分插复用设备（OADM）电中继设备（REG）光终端设备（OTM）光线路放大设备（OLA）光分插复用单元（OADM）光分插复用单元（OADM）电中继单元（REG）DWDM组网:点到点组网DWDM组网：链型组网DWDM组网：环行网肇庆本地网WDM传输工程DWDM系统工程配置规则FlexibleEngineeringRules140KmOLSOLSOLSOLSOLSOLSOLSOLSOLSOLSOLSOLSOLSOLSOLSOLSTotalSpanLengthsarefor16SystemsOA250Km360Km560Km460Km640Km640Km640KmOAOAOAOAOAOAOAOAOAOAOAOAOAOAOAOAOAOAOAOAOAOAOAOAOAOAOA1Span2Spans3Spans4Spans5Spans6Spans7Spans8SpansDWDM组网考虑的因素色散预算功率预算有线路放大器多信道系统应用代码光信噪比OSNROSNR非线性效应DWDM网络的保护光复用段（OMSP）保护组网实例色散预算功率预算光信噪比OSNR预算相关的ITU－T建议•G.692具有光放大器多信道系统的光接口•G.652,G.653,G.654光纤特性的规范•G.661光纤放大器一般参数的定义和测试•G.662光纤放大器和子系统的一般特性•G.663有关光纤放大器和子系统的应用•G.671无源光器件•G.681具有光放大器（包括光复用）的局间长距离线路系统特性•G.691具有光放大器SDH单信道和STM-64系统的光接口•G.OA3有关光放大方面的传输谢谢！