光纤通信-DWDM技术

1波分复用1.概述2.DWDM技术3.DWDM组网2一概述Internet骨干网的业务量几乎每6～9个月翻一番，比著名的CPU性能进展more定律（18个月左右翻番）快2～3倍话音业务数据业务宽带综合业务数据业务爆发性增长3容量的需求2502001501005001151352IP23106250话音话音和IP通信量的增长情况19961997199819992010202010584•Tbit技术到干线网21世纪的传输•Gbit技术到办公室/家庭•Mbit技术到个人5扩容的选择空分复用SDM(SpaceDivisionMultiplexer)时分复用TDM(TimeDivisionMultiplexer)波分复用WDM(WavelengthDivisionMultiplexer)TDM和WDM技术合用6DWDM技术特点高容量：可以充分利用光纤的巨大带宽资源，使传输容量比单波长传输增加几倍至几十倍低成本：在大容量长途传输时可以节约大量光纤和再生器，大大降低传输成本透明性：与信号速率、格式无关,是引入宽带新业务（例如CATV)的方便手段波长路由：利用WDM选路实现网络交换和恢复从而实现未来透明的、具有高度生存性的光联网7采用WDM前的扩容8采用WDM后的扩容9TXEDFAEDFATXTXTXTXTXTXTX1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTX40km40km40km40km40km40km40km40km40km1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTX1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTX1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTX1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTX1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTX1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTX1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTXTXTXTXTXTXTXTXTXMUX120km120km120kmWDM+EDFA革新了光纤传输DEM101310nm/1550nm窗口的波分复用仍用于接入网，但很少用于长距离传输1550nm窗口的密集波分复用(DWDM)可广泛用于长距离传输，用于建设全光网络波分复用技术的发展11二DWDM技术12DWDM系统的分类以信道速率分类：2.5Gbit/s、10Gbit/s及混合速率以信道承载业务类型分类：PDH、SDH、ATM、IP或混合业务等以信道数分类：4、8、16、32等以系统接口分类：集成式或开放式系统13开放式和集成式系统结构14OBAOMUOTU11OSCODU1OPA2nEMUOSCOLAOSCOLAOSCOSCOBAOPA12nOSCOSCOMTILAOMTOMUODUOTU22OTUnnOTU11OTU22OTUnnOWUOSCOSCEMUOWUOSCOWUEMUOSC开放式4波、8波、16波、32波WDM系统15集成式4波、8波、16波、32波WDM系统OBAOMU1OSCODU1OPA2nEMUOSCOLAOSCOLAOSCOSCOBAOPA12nOSCOSCOMTILAOMTOMUODU2n12nOWUOSCOSCEMUOWUOSCOWUEMUOSC16没有互操作性成本较低各种设备供应厂家各种速率接入任意波长接入各种数据格式任意时刻接入成本较高开放式系统集成式系统波长转换(WavelengthConvertion)开放式系统的关键技术------17DWDM系统的五大组成部分合波和分波无源部分信道隔离度高的光解复用器发射和接收有源部分特定波长和波长稳定、色散容限大的激光器发射源能容忍一定SNR信号的光接收机光传输和光放大小色度色散系数光纤增益平坦和增益锁定的EDFA光放大器光监控信道1510nmDWDM系统网管光传送网分层模型18光纤衰减(dB)10.05.02.01.00.51982年1980年1978年0.81.01.31.51.7波长(m)光纤衰耗19传输使用的三种不同类型的单模光纤G.652单模光纤（NDSF）G.653单模光纤（DSF）G.655单模光纤（NZ-DSF）常规G.655大有效面积G.655201550nm1310nm色散ps/nmkm普通光纤(SMF)非色散位移光纤（NDSF，G.652）已有光纤的95%波长色散位移光纤（DSF,G.653）非零色散位移光纤（NZDSF,G.655）180DWDM波长范围三种光纤色散情况比较21大多数已安装的光纤低损耗大色散分布大有效面积色散受限距离短2.5Gb/s系统色度色散受限距离约600km10Gb/s系统色度色散受限距离约34kmG.652+DCF方案升级扩容成本高结论:不适用于10Gb/s以上速率传输，但可应用于2.5Gb/s以下速率的DWDM。G.652单模光纤（NDSF）22低损耗零色散小有效面积长距离、单信道超高速EDFA系统四波混频（FWM）是主要的问题，不利于DWDM技术结论:适用于10Gb/s以上速率单信道传输，但不适用于DWDM应用，处于被市场淘汰的现状。G.653单模光纤（DSF）23在1530－1565nm窗口有较低的损耗工作窗口较低的色散，一定的色散抑制了非线性效应（四波混频）的发生。可以有正的或负的色散——海底传输系统正色散SPM效应压缩脉冲，负色散SPM效应展宽脉冲。为DWDM系统的应用而设计的G.655单模光纤（NZ-DSF）结论:适用于10Gb/s以上速率DWDM传输，是未来大容量传输，DWDM系统用光纤的理想选择。24EDFA在线路中的应用合波器分波器功率放大器前置放大器线路放大器25光线放(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)光预放(OPA)OBAOPAOBAOLAOPA26半导体光放大器（SOA）掺铒光纤光放大器（EDFA）掺镨光纤光放大器（PDFA）激光拉曼光放大器(SRA)1550EDFA增益窗口30nm~60nm光放大器增益光纤衰减除去OH峰外300nm低损耗窗口波长nm8501310PDFASOASRA光放大器技术的发展EDFA增益窗口30nm~60nmPDFASOASRA27发射和接收有源部分28中心波长和中心频率196.0199.0195.0194.0193.0192.0191.015051510153015351540154515501555156015651570OSC信道151010nmC-BandL-Band(THz)(nm)中心频率(中心波长)偏差n/5，n为光信道间隔标称中心频率或波长是以193.1THz（1552.52nm)为中心、间隔为100GHz的整数倍。DWDM系统对光发射和光接收的基本要求29中心波长和中心频率通道号中心波长中心频率4波系统8波系统16波系统32波系统11535.82195.2*21536.61195.1*31537.40195.0*41538.19194.9*51538.98194.8*61539.77194.7*71540.56194.6*81541.35194.5*91542.14194.4*101542.94194.3*111543.73194.2*121544.53194.1*131545.32194.0*141546.12193.9*151546.92193.8*161547.72193.7*171548.51193.6**181549.32193.5****191550.12193.4**201550.92193.3***211551.72193.2**221552.52193.1****231553.33193.0**241554.13192.9***251554.94192.8**261555.75192.7****271556.55192.6**281557.36192.5***291558.17192.4**301558.95192.3****311559.79192.2**321560.61192.1***30光发送机光谱特性121-XdB发光二极管（LED）121-XdB121-XdB多纵模激光器（MLM）单纵模激光器（SLM）31温度反馈控制T(C)(nm)对于1.5mDFB激光器，波长温度系数约为13GHz/C管芯温度和波长关系曲线0TEC温度控制器TEC温度控制电路0激光输出温度传感器激光器管芯波长控制技术之一32直接调制方式－输出功率正比于调制电流；－简单、损耗小、价廉；－使用FP或DFB激光器二极管；随调制速率增高，模数增加，激光器谱线展宽（啁啾）。限制使用在2.5Gbps速率下，较短距离传输。调制方式FP或DFB激光器驱动电流33外调制方式－激光器光源＋开关－复杂、损耗大、价格贵；分离外调制铌酸锂（LiNbO3）Mach-Zehnder集成外调制电吸收（EA）III-V族半导体Mach-Zehnder－线性调频（啁啾）无或小－用于2.5Gbps高速率传输马赫泽德或电吸收调制器驱动电流DFB激光器调制方式温度波长控制电路34光接收机工作波长范围的响应度对SNR的灵敏度35光接收机电信号入射光短程传输接收：PIN长程传输接收：APD接收机必须承受的影响：信号畸变噪声串扰36光转发器（Transponder）电光调制器O-EE-O电信号处理DFB激光器光转发器（OTU）*以目前工艺水平的组件比特率可达40Gbit/s*消光比得到改善，并可用外调制对信号进行整形*高SNR*与偏振无关*操作简单O/E/O波长转换器37合波和分波无源部分38波分复用器分类：•980/1550、1480/1550泵浦/信号波分复用器（全光纤熔融拉锥型）。•1310/1550波分复用器（全光纤熔融拉锥型）。•1550波段内粗波分复用器（有可能用全光纤熔融拉锥方法实现）。1、粗波分复用器392密集波分复用器DWDM一、干涉滤光膜型波分复用器输入光纤14320(监管信道)干涉滤光膜40二、光栅型波分复用器输入光14321.体光栅型412.光纤光栅型布拉格光栅1—161—15164216161—15、161—15、16FBG环形器光纤光栅的应用43三、阵列波导光栅型波分复用器(AWG)44光监控信道（OSC）45DWDM系统对光监控信道的基本要求监控通路波长1510nm，监控速率2Mb/s对光监控通路的要求(1)监控通路不限制光放大器的泵浦波长(2)监控通路不限制光放大器之间的距离(3)监控通路不限制未来在1310nm波长的业务(4)在光放大器失效时监控通路仍然可用(5)OSC传输是分段的且具有3R功能和双向传输功能(6)应有OSC保护路由，防止光纤被切断后监控信息不能传送的严重后果46DCCoDCCo高速网络互联器高速网络互联器DCN