wdm波分復(fù)用網(wǎng)絡(luò)實(shí)用教案

1、13.1 DWDM技術(shù)(jsh)光纖通信經(jīng)過30多年的發(fā)展，單信道實(shí)用化系統(tǒng)的傳輸速率從1976年的45Mbit/s發(fā)展到了10Gbit/s，線路的利用率得到了很大提高(但與光纖巨大的帶寬潛力(qinl)相比這點(diǎn)帶寬還微不足道)。第1頁/共38頁第一頁，共39頁。 類似于傳統(tǒng)頻分復(fù)用的概念，在13001600 nm光譜范圍內(nèi)，以一定的間隔隔開的多個波長(bchng)可以在同一根光纖中獨(dú)立傳播。(200nm窗口，帶寬約30THz）1270 1350148016002c波長間隔和頻率間隔之間的換算關(guān)系例：在15251565 nm頻帶內(nèi)，窄線寬激光器在 0.8 nm譜帶內(nèi)(100 GHz間隔) 發(fā)射

2、信號(xnho)，則一根光纖可以同時(shí)承載50路獨(dú)立的信號(xnho)。80 nm120 nm相比窗口帶寬，每個波長信道(xn do)上信號的調(diào)制帶寬很窄第2頁/共38頁第二頁，共39頁。電時(shí)分復(fù)用面臨的問題：電時(shí)分復(fù)用面臨的問題：“電子瓶頸電子瓶頸”限制：限制： 10Gb/s40Gb/s光纖色散限制光纖色散限制單波長單波長(bchng)通信系統(tǒng)遠(yuǎn)不能有效利用光纖帶寬通信系統(tǒng)遠(yuǎn)不能有效利用光纖帶寬signal1signal21 0 1 11 0 0 11 1 0 0 1 0 1 1TDM signal第3頁/共38頁第三頁，共39頁。 13.1.1DWDM技術(shù)產(chǎn)生背景 傳統(tǒng)的傳輸網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容方法采用

3、空分多路復(fù)用（SDM）和時(shí)分多路復(fù)用（TDM）兩種方式。 （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?？辗侄嗦窂?fù)用的擴(kuò)容方式十分受限。 （2）TDM是比較(bjio)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)到一定的速率等級時(shí)，會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)。第4頁/共38頁第四頁，共39頁。光波分復(fù)用(WDM)技術(shù)( jsh)是在一芯光纖中同時(shí)傳輸多波長光信號的一項(xiàng)技術(shù)( jsh)。其基本

4、原理是在發(fā)送端將不同波長的光信號組合起來，并耦合到光纜線路上的同一根光纖中進(jìn)行傳輸，在接收端將組合波長的光信號分開，并作進(jìn)一步處理，恢復(fù)出原信號后送入不同的終端。第5頁/共38頁第五頁，共39頁。 13.1.2DWDM原理概述 DWDM技術(shù)是利用單模光纖的帶寬以及低損耗的特性，采用多個波長(bchng)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），而把在同一窗口中信道間隔較小的WDM稱為密集波分復(fù)用（DWDM）。 DWDM系統(tǒng)的構(gòu)成及光譜示意如圖13-1所示。第6頁/共38頁第六頁，共39頁。圖13.1 DWDM系

5、統(tǒng)(xtng)的構(gòu)成及頻譜示意圖第7頁/共38頁第七頁，共39頁。點(diǎn)到點(diǎn)的波分復(fù)用(f yn)系統(tǒng)波分復(fù)用器100 GHz間隔(jin g)的WDM信道頻譜第8頁/共38頁第八頁，共39頁。 13.1.3DWDM工作(gngzu)方式 （1）雙纖單向傳輸 雙纖單向傳輸指一根光纖只完成一個方向光信號的傳輸，反向光信號的傳輸由另一根光纖來完成。如圖13.2所示，圖13.2 雙纖單向(dn xin)傳輸?shù)腄WDM系統(tǒng)第9頁/共38頁第九頁，共39頁。 （2）單纖雙向傳輸 單纖雙向傳輸指在一根(y n)光纖中實(shí)現(xiàn)兩個方向光信號的同時(shí)傳輸，兩個方向的光信號應(yīng)安排在不同波長上。圖13.3 單纖雙向傳輸(c

6、hun sh)的DWDM系統(tǒng)第10頁/共38頁第十頁，共39頁。 （3）光信號(xnho)的分出和插入 通過光分插復(fù)用器（OADM）可以實(shí)現(xiàn)各波長的光信號(xnho)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)。圖13.4 光信號(xnho)的分出和插入傳輸?shù)?1頁/共38頁第十一頁，共39頁。 13.1.4DWDM的應(yīng)用形式 有開放式DWDM和集成式DWDM。 開放式DWDM系統(tǒng)采用波長轉(zhuǎn)換技術(shù)，將復(fù)用終端的光信號轉(zhuǎn)換成符合ITU-T建議的波長，然后進(jìn)行合波。 集成式DWDM系統(tǒng)沒有(mi yu)采用波長轉(zhuǎn)換技術(shù)，它要求復(fù)用終端的光信號符合ITU-T建議

7、的波長，然后進(jìn)行合波。第12頁/共38頁第十二頁，共39頁。 13.1.5DWDM的優(yōu)越性 (1) 可以充分利用光纖的巨大帶寬潛力，使一根光纖上的傳輸容量比單波長(bchng)傳輸增加幾十至上萬倍。 (2) N個波長(bchng)復(fù)用以后在一根光纖中傳輸，在大容量長途傳輸時(shí)可以節(jié)約大量的光纖。第13頁/共38頁第十三頁，共39頁。(3) 波分復(fù)用通道對傳輸信號是完全透明的，即對傳輸碼率、數(shù)據(jù)格式及調(diào)制方式均具有透明性，可同時(shí)提供多種協(xié)議(xiy)的業(yè)務(wù)，不受限制地提供端到端業(yè)務(wù)。(4) 可擴(kuò)展性好。(5) 降低器件的超高速要求。第14頁/共38頁第十四頁，共39頁。13. 2 DWDM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

8、 1DWDM器件 DWDM器件分為合波器和分波器兩種，如圖13-5所示。 合波器的主要作用是將多個信號波長合在一根光纖中傳輸(chun sh)。 分波器的主要作用是將在一根光纖中傳輸(chun sh)的多個波長信號分離。圖13-5 DWDM器件(qjin)第15頁/共38頁第十五頁，共39頁。 2DWDM的幾種網(wǎng)絡(luò)單元類型 DWDM設(shè)備可分為光終端復(fù)用器（OTM）、光線路放大器（OLA）、光分插復(fù)用器（OADM）和電中繼器（REG）幾種類型。以華為公司的波分320G設(shè)備為例講述(jingsh)各種網(wǎng)單元的作用。 （1）光終端復(fù)用器（OTM） 在發(fā)送方向，OTM把波長為116（或32）的STM-

9、16信號經(jīng)合波器復(fù)用成DWDM主信道，然后對其進(jìn)行光放大，并附加上波長為s的光監(jiān)控信道。 在接收方向，OTM先把光監(jiān)控信道取出，然后對DWDM主信道進(jìn)行光放大，經(jīng)分波器解復(fù)用成16（或32）個波長的STM-16信號。OTM的信號流向如圖13-6所示。第16頁/共38頁第十六頁，共39頁。圖13-6 OTM信號(xnho)流向圖第17頁/共38頁第十七頁，共39頁。 （2）光放大(fngd)器（OLA） 每個傳輸方向的OLA先取出光監(jiān)控信道（OSC）并進(jìn)行處理，再將主信道進(jìn)行放大(fngd)，然后將主信道與OSC合路并送入光纖。如圖13-7所示。圖13-7 OLA信號(xnho)流向圖第18頁/

10、共38頁第十八頁，共39頁。 （3）光分插復(fù)用器（OADM） OADM設(shè)備接收線路的光信號后，先提取監(jiān)控信道(xn do)，再用WPA將主光通道預(yù)放大，通過MR2單元把含有16或32路STM-16的光信號按波長取下一定數(shù)量后送出設(shè)備，要插入的波長經(jīng)MR2單元直接插入主信道(xn do)，再經(jīng)功率放大后插入本地光監(jiān)控信道(xn do)，向遠(yuǎn)端傳輸。以MR2為例，其信號流向如圖13-8所示。第19頁/共38頁第十九頁，共39頁。圖12-8 靜態(tài)(jngti)OADM（32/2）信號流向圖第20頁/共38頁第二十頁，共39頁。 （4）兩個(lin )OTM背靠背組成的光分插復(fù)用器 用兩個(lin )

11、OTM背靠背的方式組成一個可上/下波長的OADM，如圖13-9所示。圖13-9 兩個OTM背靠背組成(z chn)的OADM信號流向圖第21頁/共38頁第二十一頁，共39頁。 （5）電中繼器（REG） 以STM-16信號(xnho)的中繼為例，其的信號(xnho)流向如圖13-10所示。圖13-10 電中繼器（REG）的信號(xnho)流向圖第22頁/共38頁第二十二頁，共39頁。 3DWDM網(wǎng)絡(luò)(wnglu)的一般組成 （1）點(diǎn)到點(diǎn)組網(wǎng) DWDM的點(diǎn)到點(diǎn)組網(wǎng)示意圖如圖13-11所示。 （2）鏈形組網(wǎng) DWDM的鏈形組網(wǎng)示意圖如圖13-12所示。 （3）環(huán)形組網(wǎng) DWDM環(huán)形組網(wǎng)示意圖如圖13

12、-13所示。圖13-11 DWDM的點(diǎn)到點(diǎn)組網(wǎng)示意圖 第23頁/共38頁第二十三頁，共39頁。 圖13-13 DWDM的環(huán)形(hun xn)組網(wǎng)示意圖 圖13-12 DWDM的鏈形組網(wǎng)示意圖 第24頁/共38頁第二十四頁，共39頁。 4DWDM網(wǎng)絡(luò)的保護(hù) 點(diǎn)到點(diǎn)線路保護(hù)主要有兩種保護(hù)方式 一種是基于單個波長(bchng)、在SDH層實(shí)施的1+1或1N的保護(hù)； 另一種是基于光復(fù)用段上的保護(hù)，在光路上同時(shí)對合路信號進(jìn)行保護(hù)，這種保護(hù)也稱光復(fù)用段保護(hù)（OMSP）。 另外還有基于環(huán)網(wǎng)的保護(hù)。第25頁/共38頁第二十五頁，共39頁。13.3 波長(bchng)計(jì)劃分類簡單WDM（簡稱WDM）：1310n

13、m/1550nm，用于PON接入網(wǎng)絡(luò)CWDM（Coarse WDM）：傳統(tǒng)的CWDM: 850nm窗口，主要用于多模光纖的接入網(wǎng)中WWDM (Wide WDM): 10GE WAN城域CWDM:主要用于城域網(wǎng)DWDM (Dense WDM ）主要用于長距離傳輸(chun sh)系統(tǒng)第26頁/共38頁第二十六頁，共39頁。簡單WDM：主要用于采用單纖雙向傳輸方式的光纖接入網(wǎng)中（如PON），在上下行方向采用不同(b tn)的波長，1310nm為上行波長（用戶到中心局）；1550nm為下行波長(用戶到中心局)。采用熔融光纖波分復(fù)用器實(shí)現(xiàn)波長的復(fù)用/解復(fù)用Downstream 1550nmUpstre

14、am 1310nm第27頁/共38頁第二十七頁，共39頁。CWDM-傳統(tǒng)CWDM20世紀(jì)80年代提出，用于850nm傳輸窗口的多模光纖局域網(wǎng)（如：視頻分配網(wǎng)，雙向單纖網(wǎng)絡(luò)等）波長間隔25nm20世紀(jì)90年代后期，隨著10G以太網(wǎng)技術(shù)的興起，采用850窗口的4波長傳送(chun sn)10GE被列入10GE LAN的標(biāo)準(zhǔn)之一（IEEE802.3)第28頁/共38頁第二十八頁，共39頁。CWDM-WWDM：IEEE802.3 10GE WAN標(biāo)準(zhǔn)之一：多模光纖，1310nm窗口，間隔為25nm的4個光波長信道，單信道速率3.125Gb/s，傳輸(chun sh)距離10km.第29頁/共38頁第二

15、十九頁，共39頁。CWDM-城域CWDM隨著DWDM技術(shù)在長距離通信中的應(yīng)用。寬帶城域網(wǎng)絡(luò)問題逐漸成為通信網(wǎng)絡(luò)的瓶頸。寬帶、靈活及低成本是城域網(wǎng)追求的主要目標(biāo)。采用CWDM技術(shù)是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的有效(yuxio)手段。ITU-T G.694.2規(guī)定了城域CWDM的波長分配方案第30頁/共38頁第三十頁，共39頁。CWDM優(yōu)越性：降低對激光器波長漂移的限制，無制冷激光器（如VCSEL）成為其首選器件降低濾波器件的制作(zhzu)難度及成本第31頁/共38頁第三十一頁，共39頁。第32頁/共38頁第三十二頁，共39頁。DWDMITU-T G.694.1規(guī)定了DWDM的波長(bchng)分配方案波長(

16、bchng)間隔包括200GHz,100GHz,50GHz目前長距離系統(tǒng)主要使用C-band(1530nm1565mn)和L-band(1565nm1625nm)的波長(bchng)第33頁/共38頁第三十三頁，共39頁。WDM系統(tǒng)(xtng)的優(yōu)點(diǎn)1. 系統(tǒng)容量可以很容易升級 如果每個波長可以承載40 Gb/s的信息，那么一根光纖若同時(shí) 傳輸100個波長就能實(shí)現(xiàn)4 Tb/s的傳輸2. 可以保持?jǐn)?shù)據(jù)的透明性 WDM 的信道都可以獨(dú)立地?cái)y帶任意的傳輸格式，它們(t men)之間 可以不同步，數(shù)據(jù)速率可以不同，可以是模擬的或者數(shù)字的3. 可以用于構(gòu)造波長路由光網(wǎng)絡(luò) 光網(wǎng)絡(luò)交換節(jié)點(diǎn)除了可以執(zhí)行時(shí)間和

17、空間兩個維度的交換之 外還可以利用波長進(jìn)行交換，多維的交換讓光網(wǎng)絡(luò)具有更高 的靈活性第34頁/共38頁第三十四頁，共39頁。WDM實(shí)驗(yàn)(shyn)記錄1Alcatel5.12T12840G2000.092NEC6.4T16040G2000.103Siemens7.04T17640G2000.104Alcatel10.2T25640G2001.035NEC10.9T27340G2001.03第35頁/共38頁第三十五頁，共39頁。WDM+TDM會議傳輸距離容量信號研究機(jī)構(gòu)OFC0332x100km160 x42.7GCSRZ-DPSKOFSOFC03100 x100km40 x42.7GCSRZ

18、-DPSKMinteraECOC038200km64x42.7GCSRZ-DPSKKDDIOFC046120km149x42.7 GDPSKAlcatelECOC06160km140 x111GCSRZ-DQPSKNTTECOC062000km10 x107GRZ-DQPSKLucentOFC1700km40 x85.6GRZ-DQPSKEindhoven Univ. of Tech.近年來報(bào)道(bodo)的傳輸記錄第36頁/共38頁第三十六頁，共39頁。WDM網(wǎng)絡(luò)(wnglu)存在問題？l點(diǎn)到點(diǎn)的WDM系統(tǒng)解決了突然(trn)出現(xiàn)的“寬帶饑渴”和“光纖饑渴”問題，但帶寬的利用率不高。l運(yùn)營網(wǎng)絡(luò)前幾年的建設(shè)積累了相當(dāng)?shù)娜萘?，短時(shí)間內(nèi)傳輸鏈路的帶寬將不再是光傳送網(wǎng)發(fā)展的主要矛盾。但組網(wǎng)的靈活性、穩(wěn)定性與網(wǎng)絡(luò)的智能