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(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(hào)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(jià)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(shí)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(gè)人擴(kuò)容的選擇空分復(fù)用

SDM(SpaceDivisionMultiplexer)時(shí)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(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(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

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(jí)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(hào)輸入信號(hào)隔離器WDMEDF隔離器輸入信號(hào)輸入信號(hào)泵浦激光器隔離器WDMEDF隔離器輸入信號(hào)輸入信號(hào)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(hào)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(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(cè)控制輸入光功率檢測(cè)輸出光功率檢測(cè)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(duì)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(duì)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(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

外調(diào)制方式

－激光器光源＋開關(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(duì)SNR的靈敏度光接收機(jī)接收機(jī)必須承受的影響：信號(hào)畸變?cè)肼暣當(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(duì)合波和分