光纖通信課件：DWDM

內(nèi)容提要1.概述2.DWDM技術(shù)概要3.DWDM組網(wǎng)考慮一概述一概述以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6～9個月翻一番，比著名的CPU性能進(jìn)展more定律（18個月左右翻番）快2～3倍話音業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)寬帶綜合業(yè)務(wù)

世界電話業(yè)務(wù)年增長率為10%，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)年增長40%

中國話音業(yè)務(wù)14%的增長率，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)400%增長容量的需求2502001501005001151352IP23106250話音話音和IP通信量的增長情況1996199719981999201020201058通信波段劃分及相應(yīng)傳輸媒介10110710210610310510410410510310610210710110810010910-1101010-2101110-3101210-4101310-5101410-61015ELFVFVLFLFMFHFVHFUHFSHFEHF自由空間波長，m頻率，Hz電力、電話無線電、電視微波紅外可見光雙鉸線同軸電纜光纖衛(wèi)星/微波AM無線電FM無線電頻段劃分傳輸介質(zhì)傳輸技術(shù)的的演變模擬信號數(shù)字傳輸：高質(zhì)、安全、集成……光纖傳輸：寬帶、低損、無電磁干擾、價低……光纖數(shù)字傳輸綜合好處→PDH飛速發(fā)展PDH的組網(wǎng)缺點(diǎn)→SDH：靈活的組網(wǎng)能力、強(qiáng)大的網(wǎng)管、帶寬管理及自愈保護(hù)……SDH與PDH均為TDM（時分復(fù)用）電子電路限制高速SDH的發(fā)展電子瓶頸波分復(fù)用（WDM，DWDM）+EDFA擴(kuò)展傳輸容量的新手段全光通信網(wǎng)信息高速公路的骨干網(wǎng)(1)傳統(tǒng)的電傳輸系統(tǒng)EMUX電端機(jī)再生中繼再生中繼EDMUX電復(fù)用電解復(fù)用電端機(jī)同軸電纜、微波……傳輸系統(tǒng)的演變O/E/O光纜EMUX再生中繼再生中繼EDMUX電復(fù)用電解復(fù)用光接收(2)光電混合型光纖傳輸系統(tǒng)光發(fā)送(3)DWDM光纖傳輸系統(tǒng)OMUXODMUXOAOAOA光發(fā)送光發(fā)送光發(fā)送λ１λ２λΝλ１，λ２……λΝ光接收光接收光接收λ１λ２λΝTbit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)到個人擴(kuò)容的選擇空分復(fù)用

SDM(SpaceDivisionMultiplexer)時分復(fù)用

TDM(TimeDivisionMultiplexer)波分復(fù)用

WDM(WavelengthDivisionMultiplexer)TDM和WDM技術(shù)合用DWDM技術(shù)特點(diǎn)高容量：可以充分利用光纖的巨大帶寬資源，使傳輸容量比單波長傳輸增加幾倍至幾十倍低成本：在大容量長途傳輸時可以節(jié)約大量光纖和再生器，大大降低傳輸成本透明性：與信號速率、格式無關(guān),是引入寬帶新業(yè)務(wù)（例如CATV)的方便手段波長路由：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)未來透明的、具有高度生存性的光聯(lián)網(wǎng)采用WDM前的擴(kuò)容采用WDM后的擴(kuò)容

1310nm/1550nm窗口的波分復(fù)用

仍用于接入網(wǎng)，但很少用于長距離傳輸

1550nm窗口的密集波分復(fù)用(DWDM)

可廣泛用于長距離傳輸，用于建設(shè)全光網(wǎng)絡(luò)波分復(fù)用技術(shù)的發(fā)展二DWDM技術(shù)概要DWDM系統(tǒng)的分類以信道速率分類：2.5Gbit/s、10Gbit/s及混合速率

以信道承載業(yè)務(wù)類型分類：PDH、SDH、ATM、

IP或混合業(yè)務(wù)等以信道數(shù)分類：4、8、16、32等以系統(tǒng)接口分類：集成式或開放式系統(tǒng)還可以總?cè)萘?、地理域或網(wǎng)絡(luò)功能等分類開放式和集成式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)開放式4波、8波、16波、32波WDM系統(tǒng)集成式4波、8波、16波、32波WDM系統(tǒng)波長轉(zhuǎn)換(WavelengthConvertion)開放式系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)------DWDM系統(tǒng)的五大組成部分

合波和分波無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和波長穩(wěn)定、色散容限大的激光器發(fā)射源能容忍一定SNR信號的光接收機(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

DWDM系統(tǒng)網(wǎng)管光傳送網(wǎng)分層模型

光傳輸和光放大部分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光纖衰耗光纖衰減(dB)10.05.02.01.00.51982年1980年1978年0.81.01.31.51.7波長

(mm)三種光纖色散情況比較1550nm1310nm色散ps/nm·km普通光纖(SMF,NFSF,G.652)波長

l色散位移光纖(DSF,G.653)非零色散位移光纖（NZDSF,G.655）180DWDM波長范圍大多數(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600km10Gb/s系統(tǒng)色度色散受限距離約34kmG.652+DCF方案可升級擴(kuò)容結(jié)論:

不適用于10Gb/s以上速率傳輸，主要應(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、小有效面積長距離、單信道超高速EDFA系統(tǒng)四波混頻（FWM）是主要的問題，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，處于被市場淘汰的現(xiàn)狀。G.653單模光纖（DSF）在1530－1565nm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?？梢杂姓幕蜇?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-DSF）結(jié)論:適用于10Gb/s以上速率DWDM傳輸，是未來大容量傳輸，DWDM系統(tǒng)用光纖的理想選擇。隔離器WDMEDF隔離器泵浦激光器輸入信號輸入信號隔離器WDMEDF隔離器輸入信號輸入信號泵浦激光器隔離器WDMEDF隔離器輸入信號輸入信號泵浦激光器泵浦激光器前向泵浦后向泵浦雙向泵浦EDFA光放大器基本原理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光線放(OLA)增益G=20~25dBPout=+17dBm增益G=20~25dBPin=-28dBmATT增益G=25、30/33dBPout=+17dBm增益G=30~35dBPout=+17dBm光功放(OBA)光預(yù)放(OPA)OBAOPAOBAOLAOPA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、小信號增益、增益平坦度、增益變化、增益斜度、輸入光回?fù)p、輸出光回?fù)p等。

對EDFA模塊的其它要求：

-具有泵浦源自動關(guān)閉功能。

-壽命不小于30萬小時。

-具有放大器自動增益均衡（控制）功能。DWDM系統(tǒng)對光放大的基本要求EDFA光放大器的應(yīng)用要求單信道應(yīng)用：增益大噪聲小自動功率控制多信道應(yīng)用：增益平坦級連使用噪聲小自動增益控制EDFA光放大器增益平坦技術(shù)高含鋁摻餌光纖(Al-EDF)長周期光纖光柵(損耗特性與放大器的增益特性相反來抵消增益的不均勻性)波長增益摻鉺光纖放大器（EDFA）1545~1560nm紅帶濾波器藍(lán)帶濾波器摻鉺光纖放大器（EDFA）1530~1545nm波長增益EDFA光放大器增益鎖定技術(shù)泵浦源功率控制飽和光控制技術(shù)光功率檢測控制輸入光功率檢測輸出光功率檢測PinPout泵浦激光器EDF半導(dǎo)體光放大器（SOA） 摻鉺光纖光放大器（EDFA）摻鐠光纖光放大器（PDFA）激光拉曼光放大器

(SRA)1550EDFA增益窗口30nm~60nm光放大器增益光纖衰減除去OH峰外>300nm低損耗窗口波長nm8501310PDFASOASRA光放大器技術(shù)的發(fā)展EDFA增益窗口30nm~60nmPDFASOASRA發(fā)射和接收有源部分中心波長和中心頻率196.0199.0195.0194.0193.0192.0191.015051510153015351540154515501555156015651570OSC信道151010nmC-BandL-Band(THz)(nm)中心頻率(中心波長)偏差n/5，n為光信道間隔標(biāo)稱中心頻率或波長是以193.1THz（1552.52nm)為中心、間隔為100GHz的整數(shù)倍。DWDM系統(tǒng)對光發(fā)射和光接收的基本要求中心波長和中心頻率光發(fā)送機(jī)

光源的波長穩(wěn)定12指定波長符合ITU-T規(guī)定波長漂移/5（ITU-T），/10（國家）光源的色散容限光譜寬度@-20dB<0.2nm光發(fā)送機(jī)光譜特性

121-3dB發(fā)光二極管（LED）121-3dB121-20dB多縱模激光器（MLM）單縱模激光器（SLM）T(C)(nm)對于1.5mDFB激光器，波長溫度系數(shù)約為13GHz/C管芯溫度和波長關(guān)系曲線0TEC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波長控制技術(shù)之一溫度反饋控制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)膜濾波片的波長鎖定波長控制技術(shù)之二波長反饋控制

直接調(diào)制方式

－輸出功率正比于調(diào)制電流；－簡單、損耗小、價廉；－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

外調(diào)制方式

－激光器光源＋開關(guān)－復(fù)雜、損耗大、價格貴；

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）無或?。糜?gt;2.5Gbps高速率傳輸

調(diào)制方式溫度波長控制電路光接收機(jī)

工作波長范圍的響應(yīng)度對SNR的靈敏度光接收機(jī)接收機(jī)必須承受的影響：信號畸變噪聲串?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)制對信號進(jìn)行整形*高SNR*與偏振無關(guān)*操作簡單O/E/O波長轉(zhuǎn)換器合波和分波無源部分

DWDM系統(tǒng)中使用的波分復(fù)用器件的性能應(yīng)滿足ITU-TG.671及相關(guān)建議的要求。合波器

常用的合波器類型有耦合器型、介質(zhì)薄膜濾波器型和集成光波導(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、溫度系數(shù)、0.5dB和20dB帶寬。DWDM系統(tǒng)對合波和分