密集波分復(fù)用DWDH傳輸原理參考PPT

1、密集波分復(fù)用 傳輸原理,山西郵電職工培訓(xùn)中心 許 杰,內(nèi) 容 提 要,一、 DWDM的工作原理,二、 DWDM系統(tǒng)的組成網(wǎng)元,三、 DWDM光傳輸系統(tǒng)的技 術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與應(yīng)用,一、 DWDM的工作原理,九十年代以來(lái)，以Internet為代表的信息技術(shù)革命正在深刻地改變傳統(tǒng)電信概念和體系,目前北美Internet骨干網(wǎng)的業(yè)務(wù) 量幾乎每69個(gè)月翻一番， 比著名的CPU性能進(jìn)展more定律 （18個(gè)月左右翻番）快23倍,話音業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)寬帶綜合業(yè)務(wù)B-ISDN 世界電話業(yè)務(wù)年增長(zhǎng)率為 10%，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)年增長(zhǎng) 40% 中國(guó)話音業(yè)務(wù) 14% 的增長(zhǎng)率，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù) 400% 增長(zhǎng),容量的需求,250 200 15

2、0 100 50 0,115,135,2,IP,23,106,250,話音,話音和IP通信量的增長(zhǎng)情況,1996 1997 1998 1999 2010 2020,10,58,Tbit技術(shù)到干線網(wǎng),21世紀(jì)的傳輸,Gbit技術(shù)到辦公室/家庭,Mbit技術(shù)到個(gè)人,擴(kuò)容技術(shù),空分復(fù)用 SDM(Space Division Multiplexer) 時(shí)分復(fù)用 TDM(Time Division Multiplexer) 波分復(fù)用 WDM(Wavelength Division Multiplexer,1）SDM靠增加光纖數(shù)量的方式線性增加傳輸系統(tǒng)的容量，傳輸設(shè)備也線性增加。空分多路復(fù)用的擴(kuò)容方式十分

3、受限。 （2）TDM是比較常用的擴(kuò)容方式，從PDH的一次群至四次群的復(fù)用，到SDH的STM-1、STM-4、STM-16至STM-64的復(fù)用。但達(dá)到一定的速率等級(jí)時(shí)，會(huì)受到器件和線路等特性的限制。 DWDM技術(shù)不僅大幅度地增加了網(wǎng)絡(luò)的容量，而且還充分利用了光纖的寬帶資源，減少了網(wǎng)絡(luò)資源的浪費(fèi),擴(kuò)容的選擇,何謂DWDM ,DWDM ( Dense Wavelength Division Multiplexer )技術(shù)是利用單模光纖的帶寬以及低損耗的特性，采用多個(gè)波長(zhǎng)作為載波，允許各載波信道在一條光纖內(nèi)同時(shí)傳輸。 通常把光信道間隔較大(甚至在光纖的不同窗口上)的復(fù)用稱為光波分復(fù)用(WDM)，而把在

4、同一窗口中信道間隔較小的WDM稱為密集波分復(fù)用(DWDM,WDM技術(shù)分類,DWDM系統(tǒng)的構(gòu)成及頻譜分布,系 統(tǒng) 分 類,根據(jù)光發(fā)送端是否采用OTU（光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器）來(lái)看，DWDM系統(tǒng)可分為集成式DWDM系統(tǒng)和開(kāi)放式DWDM系統(tǒng)。集成式系統(tǒng)不需配置波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器，其所承載的SDH終端具有滿足G.692的光接口：標(biāo)準(zhǔn)的光波長(zhǎng)、滿足長(zhǎng)距離傳輸?shù)墓庠础ｉ_(kāi)放式系統(tǒng)就是在波分復(fù)用器前加入OTU，將SDH非規(guī)范的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)。OTU對(duì)輸入端的信號(hào)波長(zhǎng)沒(méi)有特殊要求，可以兼容任意廠家的SDH信號(hào)，OTU輸出端是滿足G.692的光接口：標(biāo)準(zhǔn)的光波長(zhǎng)、滿足長(zhǎng)距離傳輸?shù)墓庠?1310nm/1550nm窗口的波分復(fù)用

5、仍用于接入網(wǎng)，但很少用于長(zhǎng)距離傳輸 1550nm窗口的密集波分復(fù)用(DWDM) 可廣泛用于長(zhǎng)距離傳輸，用于建設(shè)全光網(wǎng)絡(luò),波分復(fù)用技術(shù)的發(fā)展,1）雙纖單向傳輸,雙纖單向傳輸指一根光纖只完成一個(gè)方向光信號(hào)的傳輸，反 向光信號(hào)的傳輸由另一根光纖來(lái)完成。因此，同一波長(zhǎng)在兩 個(gè)方向可以重復(fù)利用,單纖雙向傳輸指在一根光纖中實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方向光信號(hào)的同時(shí)傳輸，兩個(gè)方向的光信號(hào)應(yīng)安排在不同波長(zhǎng)上,2）單纖雙向傳輸,通過(guò)光分插復(fù)用器（OADM）可以實(shí)現(xiàn)各波長(zhǎng)的光信號(hào)在中間站的分出與插入，即完成上/下光路，利用這種方式可以完成DWDM系統(tǒng)的環(huán)形組網(wǎng),3）光信號(hào)的分出和插入傳輸,DWDM技術(shù)特點(diǎn),高容量：可以充分利用光纖

6、的巨大帶寬資源，使傳輸容量比單波長(zhǎng)傳輸增加幾倍至幾十倍 低成本：在大容量長(zhǎng)途傳輸時(shí)可以節(jié)約大量光纖和再生器，大大降低傳輸成本 透明性：與信號(hào)速率、格式無(wú)關(guān), 是引入寬帶新業(yè)務(wù)（例如CATV ) 的方便手段 波長(zhǎng)路由：利用WDM選路實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)交換和恢復(fù)從而實(shí)現(xiàn)未來(lái)透明的、具有高度生存性的光聯(lián)網(wǎng),二、DWDM系統(tǒng)的 組成網(wǎng)元,DWDM系統(tǒng)的五大組成部分,合波和分波無(wú)源部分 信道隔離度高的光解復(fù)用器,發(fā)射和接收有源部分 特定波長(zhǎng)和波長(zhǎng)穩(wěn)定、色散容限大的激光器發(fā)射源 能容忍一定SNR信號(hào)的光接收機(jī),光傳輸和光放大 小色度色散系數(shù)光纖 增益平坦和增益鎖定的EDFA光放大器,光監(jiān)控信道 1510nm,DWD

7、M系統(tǒng)網(wǎng)管 光傳送網(wǎng)分層模型,光傳輸和光放大部分,光的傳輸,影響光傳輸?shù)墓饫w參數(shù) 光纖的衰減 光纖的色散 光纖的非線性效應(yīng),光纖衰耗產(chǎn)生機(jī)理,材料吸收： 本征材料吸收：硅(SiO2) 非本征材料吸收：雜質(zhì)，如OH -離子,瑞利(Rayleigh)散射,輻射損耗,光纖衰耗,隨著脈沖在光纖中傳輸，脈沖的寬度被展寬,模間色散(Mode Dispersion) 色度色散(Cromatic Dispersion) 偏振色散(Polarization Mode Dispersion,色散對(duì)傳輸?shù)南拗?在常規(guī)光纖系統(tǒng)中，光纖呈現(xiàn)線性傳輸特性。然而，當(dāng)光功率增加到一定值時(shí)，光纖開(kāi)始呈現(xiàn)非線性特性。因?yàn)樵诟邚?qiáng)度

8、電磁場(chǎng)中任何電介質(zhì)對(duì)光的響應(yīng)都會(huì)變成非線性，光纖也不例外。隨著傳輸速率的提高，傳輸距離的延長(zhǎng)，波分復(fù)用通路的增加以及光纖放大器的使用，這種光纖的非線性已成為最終限制系統(tǒng)性能的因素,光纖的非線性效應(yīng),傳輸使用的三種不同類型的單模光纖,G.652單模光纖（NDSF,G.653單模光纖（DSF,G.655單模光纖（NZ-DSF,常規(guī)G.655 大有效面積G.655,光纖衰耗,三種光纖色散情況比較,大多數(shù)已安裝的光纖 低損耗 大色散分布 大有效面積 色散受限距離短 2.5Gb/s系統(tǒng)色度色散受限距離約600km 10Gb/s系統(tǒng)色度色散受限距離約34km G.652+DCF方案升級(jí)擴(kuò)容成本高 結(jié)論:

9、不適用于10Gb/s以上速率傳輸，但可應(yīng)用于 2.5Gb/s以下速率的DWDM,G.652單模光纖（NDSF,低損耗 零色散 小有效面積 長(zhǎng)距離、單信道超高速EDFA系統(tǒng) 四波混頻（FWM）是主要的問(wèn)題，不利于DWDM技術(shù) 結(jié)論: 適用于10Gb/s以上速率單信道傳輸，但不適用于 DWDM應(yīng)用，處于被市場(chǎng)淘汰的現(xiàn)狀,G.653單模光纖（DSF,在15301565nm窗口有較低的損耗 工作窗口較低的色散，一定的色散抑制了非線性效應(yīng)（四波混頻）的發(fā)生。 可以有正的或負(fù)的色散海底傳輸系統(tǒng) 正色散SPM效應(yīng)壓縮脈沖，負(fù)色散SPM效應(yīng)展寬脈沖。 為DWDM系統(tǒng)的應(yīng)用而設(shè)計(jì)的,G.655單模光纖(NZ-D

10、SF,結(jié)論: 適用于10Gb/s以上速率DWDM傳輸， 是未來(lái)大容量傳輸，DWDM系統(tǒng)用光纖的理想選擇,EDFA光放大器基本原理,EDFA利用摻入石英光纖中的稀土離子作為增益介質(zhì)，在泵浦光的激發(fā)下實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的放大。放大器的主要特性由摻雜元素決定，而不是由起主介質(zhì)作用的石英光纖決定。摻鉺光纖放大器采用摻鉺離子單模光纖作為增益介質(zhì)，在泵浦光激發(fā)下產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，在信號(hào)光誘導(dǎo)下實(shí)現(xiàn)受激輻射放大，如下圖所示,隔離器,WDM,EDF,隔離器,泵浦激光器,輸入信號(hào),輸出信號(hào),隔離器,WDM,EDF,隔離器,輸入信號(hào),輸出信號(hào),泵浦激光器,隔離器,WDM,EDF,隔離器,輸入信號(hào),輸出信號(hào),泵浦激光器,泵浦

11、激光器,前向泵浦,后向泵浦,雙向泵浦,EDFA光放大器的分類,EDFA光放大器,EDFA在線路中的應(yīng)用,合 波 器,分 波 器,功率放大器,前置放大器,線路放大器,增益G=2025dB Pout=+17dBm,增益G=2025dB Pin=-28dBm,增益G=25、30/33dB Pout=+17dBm,增益G=3035dB Pout=+17dBm,OBA,OPA,OBA,OLA,OPA,光放大器應(yīng)滿足ITU-T建議G.663、G.691及其他相關(guān)建議。 EDFA的主要技術(shù)參數(shù)： 工作波長(zhǎng)范圍、輸入功率范圍、輸出功率范圍、飽和輸出功率、噪聲系數(shù)、偏振相關(guān)增益、小信號(hào)增益、增益平坦度、增益變化

12、、增益斜度、輸入光回?fù)p、輸出光回?fù)p等。 對(duì)EDFA模塊的其它要求： - 具有泵浦源自動(dòng)關(guān)閉功能。 - 壽命不小于30萬(wàn)小時(shí)。 - 具有放大器自動(dòng)增益均衡（控制）功能,DWDM系統(tǒng)對(duì)光放大的基本要求,EDFA光放大器的應(yīng)用要求,單信道應(yīng)用： 增益大 噪聲小 自動(dòng)功率控制 多信道應(yīng)用： 增益平坦 級(jí)連使用噪聲小 自動(dòng)增益控制,發(fā)射和接收有源部分,中心波長(zhǎng)和中心頻率,196.0,199.0,195.0,194.0,193.0,192.0,191.0,1505,1510,1530,1535,1540,1545,1550,1555,1560,1565,1570,OSC信道151010nm,C-Band,

13、L-Band,THz,nm,中心頻率(中心波長(zhǎng))偏差n/5，n為光信道間隔,標(biāo)稱中心頻率或波長(zhǎng)是以193.1THz（1552.52nm)為中心、間隔為100GHz的整數(shù)倍,DWDM系統(tǒng)對(duì)光發(fā)射和光接收的基本要求,光發(fā)送機(jī),光源的波長(zhǎng)穩(wěn)定,光發(fā)送機(jī),光譜特性,1,2,1,XdB,發(fā)光二極管（LED,1,2,1,XdB,1,2,1,XdB,多縱模激光器（MLM,單縱模激光器（SLM,溫度反饋控制,T(C,nm,對(duì)于1.5m DFB激光器，波長(zhǎng)溫度系數(shù)約為13GHz/C,管芯溫度和波長(zhǎng)關(guān)系曲線,0,波長(zhǎng)反饋控制,TEC溫度控制器,TEC溫度 控制電路,0激光輸出,溫度傳感器,激光器管芯,采用介質(zhì)膜濾

14、波片的波長(zhǎng)鎖定,直接調(diào)制方式 輸出功率正比于調(diào)制電流； 簡(jiǎn)單、損耗小、價(jià)廉； 使用FP或DFB激光器二極管； 隨調(diào)制速率增高，模數(shù)增加，激光器譜線展寬（啁啾）。 限制使用在 2.5Gbps速率下，較短距離傳輸,調(diào)制方式,間接調(diào)制方式 激光器光源開(kāi)關(guān) 復(fù)雜、損耗大、價(jià)格貴； 分離外調(diào)制 鈮酸鋰（LiNbO3）Mach-Zehnder 集成外調(diào)制 電吸收（EA） III-V 族半導(dǎo)體Mach-Zehnder 線性調(diào)頻（啁啾）無(wú)或小 用于2.5Gbps 高速率傳輸,調(diào)制方式,溫度波長(zhǎng) 控制電路,光接收機(jī),接收機(jī)必須承受的影響： 信號(hào)畸變 噪聲 串?dāng)_,光轉(zhuǎn)發(fā)器（Transponder,以目前工藝水平的組件比特率可達(dá)40Gbit/s * 消光比得到改善，并可用外調(diào)制對(duì)信號(hào)進(jìn)行整形 * 高SNR * 與偏振無(wú)關(guān) * 操作簡(jiǎn)單,O/E/O波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器,合波和分波無(wú)源部分,DWDM系統(tǒng)中使用的波分復(fù)用器件的性能應(yīng)滿足ITU-T G.671及相關(guān)建議的要求。 合波器 常用的合波器類型有耦合型、介質(zhì)薄膜濾波型和集成光波導(dǎo)型。 合波器的參數(shù)主要有插入損耗、光反射系數(shù)、工作波長(zhǎng)范圍、極化相關(guān)損耗和各通路插損的最大差異。 分波器 分波器的類型主要有光柵型、干涉濾波器型、熔錐型和集成光波導(dǎo)型分波器等類型。 分波器的參數(shù)主要有通路間隔、插入損耗、光反射系數(shù)、相鄰?fù)犯綦x度、非相鄰?fù)犯綦x度、極化相關(guān)損耗、溫