自考光纤通信第6章基于WDM的光传送网

6.1基本概念及特点6.2波分复用系统6.3光传送网6.4OTN网络的保护模式第6章基于WDM的光传送网6.1光传送网的基本概念及特点•光传送网（OTN）是以波分复用（WDM）技术为基础、在光层组织网络的传送网，是新一代的骨干传送网。通过G.872、G.709、G.798等一系列ITU-T的建议所规范的新一代“数字传送体系”和“光传送体系”，其主要功能包括传送、复用、选路、监视和生存性等,它是网络逻辑功能的集合。6.1光传送网的基本概念及特点•OTN技术标准主要优势如下：（1）可提供多种客户信号的封装和透明传输。（2）大颗粒的带宽复用和交叉调度能力。（3）提供强大的保护恢复能力。（4）强大的开销和维护管理能力。（5）增强了组网能力。6.2波分复用系统•6.2.1光波分复用的基本概念•6.2.2波分复用系统•6.2.3WDM网络的关键设备•6.2.4采用光分复用技术的高速光纤通信线路•6.2.51.6Tbit/sWDM系统6.2.1光波分复用的基本概念•光波分复用是指将两种或多种各自携带有大量信息的不同波长的光载波信号，在发射端经复用器汇合，并将其耦合到同一根光纤中进行传输，在接收端通过解复用器对各种波长的光载波信号进行分离，然后由光接收机做进一步的处理，使原信号复原，这种复用技术不仅适用于单模或多模光纤通信系统，同时也适用于单向或双向传输。6.2.1光波分复用的基本概念•波分复用系统的工作波长可以从0.8μm到1.7μm，由此可见，它可以适用于所有低衰减低色散窗口。当同一根光纤中传输的光载波路数更多、波长间隔更小(通常0.8～2nm)时，该系统称为密集波分复用系统。1、WDM、DWDM和CWDMWDM系统的通道间隔为几十纳米以上，DWDM系统是一种波长间隔更紧密的WDM系统。6.2.1光波分复用的基本概念现在的通道间隔则更小，只有0.8～2nm，甚至小于0.8nm。CWDM系统是在1530～1560nm的频谱范围内每隔10nm分配一个波长，此时可以使用频谱较宽的、对中心波长精确度要求低的、比较便宜的激光器。通路间隔可以是均匀的，也可以是非均匀的。非均匀通路间隔可以用来抑制G.653光纤的四波混频效应，但目前多数情况下是采用均匀通路间隔。6.2.1光波分复用的基本概念通路间隔是100GHz（约0.8nm）的整数倍，可以是100GHz、200GHz、400GHz、500GHz、600GHz等。2、WDM的特点（1）光波分复用器结构简单、体积小、可靠性高（2）提高光纤的频带利用率（3）降低对器件的速率要求6.2.1光波分复用的基本特点（4）提供透明的传送通道（5）可更灵活地进行光纤通信组网（6）存在插入损耗和串光问题3、WDM与光纤光纤的主要性能包括损耗、色散和非线性。下面分别进行讨论。在图6-2中给出WDM与光纤特性的关系图6.2.1光波分复用的基本特点图6-2WDM与光纤特性6.2.1光波波分复用的基本概念单模光纤的规格有常规的G.652单模光纤、G.653色散位移单模光纤和G.655非零色散位移单模光纤以及一些特种光纤。G.652光纤的色散最小点处于1310nm处，而在1550nm处的色散较大，G.653光纤虽然工作于1550nm窗口，但由于在此波长窗口色散系数过小，容易受到四波混频等光纤非线性的影响，因此无法进行波分复用。6.2.1光波分复用的基本概念4、WDM对光源和光电检测器的要求(1)对光源的要求，具体如下：①激光器的输出波长保持稳定②激光器应具有比较大的色散容纳值③采用外调制技术6.2.1光波分复用的基本概念(2)对光检测器的要求在WDM系统中可利用一根光纤同时传输不同波长的光信号，因而在接收时，必须能从所传输的多波长业务信号中检测出所需波长的信号，因此要求光检测器应具有多波长检测能力。要完成此功能可以采用可调光检测器。6.2.2波分复用系统结构1、波分复用系统结构WDM系统是由光发射机、光接收机、光中继器和光监控与管理系统构成，如图6-3所示。图6-3WDM系统总体结构示意图6.2.2波分复用系统结构在发射端，首先要将来自各SDH终端设备的光信号送入光波长转换器（OTU），光波长转换器负责将符合ITU-TG.957规范的非标准波长的光信号转换成为符合设计要求的、稳定的、具有特定波长的光信号。各光波长转换器输出的是标准的波长，这些波长的信号在光波分复用器进行合路处理，形成包含多波长成份的光信号，然后再经EDFA（作为功率放大器）将多波长信号同时放大。6.2.2波分复用系统结构在接收端，首先经过一个EDFA进行前置放大，将经过长距离传输后，相当微弱的多波长光信号放大，并送入光解复用器，从中分解出所需的特定波长的信号，送往规定波长的接收机。2、WDM系统的基本应用形式及其监控光波分复用通信传输系统有单向和双向两种基本应用形式。6.2.2波分复用系统结构单向WDM传输系统的扩容效率高，具有升级效应同时并不要求对原有的光纤设施进行改动，而单根光纤的双向传输结构，具有简化传输网络等方面的优点。在WDM系统中通常使用EDFA作为中继器，这样使无电中继距离大大提高。采用光放大器作为中继的WDM系统，需要增加一个额外的光监控信道，而且在每个EDFA处均能进行上下操作，该波长一般位于EDFA增益有效区的外面，规定为1510nm波长（用λS表示）。6.2.3WDM的关键设备1、基本复用单元光分插复用器OADM、光数字交叉连接器OXC和光终端复用器OTM是光传送网中的关键器件。（1）OADM①OADM的功能6.2.3WDM的关键设备与SDH中ADM设备的功能类似，OADM的主要功能如下：•波长上、下话路的功能•具有波长转换功能•具有光中继放大和功率平衡功能•提供复用段和通道保护倒换功能•具有多业务接入功能6.2.3WDM的关键设备②OADM的基本结构图6-4OADM节点主光通道的体系结构框图6.2.3WDM的关键设备（2）OXC的结构与功能OXC是一种光网络节点设备，它可在光层上进行交叉连接和灵活的上下话路操作，同时还提供网络监控和管理功能，它是实现可靠地网络保护与恢复以及自动配线和监控的重要手段。其一般OXC组成结构图如图6-5所示，OXC的关键技术是光交叉连接矩阵。6.2.3WDM的关键设备图6-5OXC的一般结构6.2.3WDM的关键设备①与SDH网络中的DXC设备的功能相比，它们在网络中的地位和作用相同，但功能上存在下列区别：·OXC是在光域完成交叉连接功能的，而DXC是在电层上进行交叉连接。6.2.3WDM的关键设备•OXC可以对不同速率和采用任何传输格式的信号进行交叉连接操作，但DXC设备是针对不同传输格式和不同传输速率的信号的处理方式不同，因此分为不同的型号，如DXC4/4、DXC4/1等。而且其监控维护也相对复杂。6.2.3WDM的关键设备•由于DXC设备中的信号处理是在电层上进行的因而DXC受电子速率的限制，交叉连接速率较低，到目前为止，交叉连接和接入速率最高只能到622Mbit/s，交叉总容量只达40Gbit/s；而OXC无论在交叉连接速率、接入速率以及总容量等方面，都优于DXC。OXC的接入速率范围可从140Mbit/s到10Gbit/s，交叉总容量可达1~10Tbit/s。6.2.3WDM的关键设备•OXC中无需进行时钟信号同步与开销处理，便于网络升级（无需更换设备），而DXC必须进行时钟信号同步与开销处理，在网络升级时必须更换设备。6.2.3WDM的关键设备•OXC、DXC功能和实现方式上存在很大不同，因此各自的应用方式也不同。这样在一个光网络节点中可分为光层和数字层，一般光层的OXC和数字层的DXC是配合起来使用的，其中OXC直接与光纤链路接口相连接，而DXC则处于OXC与网络服务层之间。6.2.3WDM的关键设备②OXC的实现方式OXC共有三种实现方式：光纤交叉连接、波长交叉连接和波长转换交叉连接。光纤交叉连接方式是指在以一根光纤中所传输的总容量为基础进行交叉连接的方式，如图6-6（a）所示。波长交叉连接方式是指可以将任何光纤上的任何波长交叉连接到使用相同波长的任何光纤上的实现方式，如图6-6（b）所示。6.2.3WDM的关键设备•波长转换交叉连接方式是指可以将任何输入光纤上的任何波长交叉连接到任何输出光纤上的实现方式，如图6-6（c）所示。图6-6oxc的实现方式(a)图6-6oxc的实现方式(b)图6-6oxc的实现方式(c)6.2.3WDM的关键设备③OXC的主要功能OXC可以在光纤和波长两个层面上为网络提供带宽管理，如动态重构光网络、提供光信道的交叉连接以及本地上、下话路操作、动态调节各个光纤中的流量分布等。同时在出现断纤故障时，OXC还能提供1+1光复用段保护，即使用其中的光开关将原主用信道中所传输的信号倒换到备用信道上，而当故障排除之后再倒换回主用信道，从而实现网络保护与恢复功能。6.2.3WDM的关键设备2、ROADM（可重构光分插复用器）远端可动态配置的ROADM是发展的方向，目前可实现在一定波长范围内的指配，但灵活性不够相信在不久的将来一定能够实现更大范围、更灵活的波长上下指配。6.2.3WDM的关键设备典型的ROADM节点结构如图6-7所示，图6-7ROADM节点结构示意图6.2.3WDM的关键设备是由光波长交叉模块和电层子波长交叉模块共同构成，不仅在光域可支持10G/40Gbit/s波长信号的直通和上下操作，而且还可以在上下路侧支持电层的G.709帧结构处理、子波长交叉和客户信号适配等功能，具体功能如下：•实现波长资源的可重构和多方向的波长重构，且对所承载的业务协议、速率透明；6.2.3WDM的关键设备•可支持无方向选择性的、无波长选择性的、无端口选择性的本地波长上下；•支持波长广播、多播（可选）；•波长的重构操作不会对其他已有波长信号构成影响，不产生误码；•可在本地或远端实现对上下波长的动态控制以及对本地上下波长和直通波长的功率控制；•在上游光纤出现故障时，不应影响本地向下游方向的上路业务。6.2.4采用光波分复用技术的高速光纤通信线路1、影响波分复用系统性能的因素（1）制作技术和成本限制（2）串扰影响（3）稳频（4）阻塞特性6.2.4采用光波分复用技术的高速光纤通信线路2、与WDM系统设计有关的几个问题（1）WDM系统中的最小和最大光功率①最小光功率信道信噪比的最坏值出现在光放大器的输出端。可获得光放大器输出端的信噪比：=SoutNoutPONSRP输入信号功率输出信号功率6.2.4采用光波分复用技术的高速光纤通信线路②最大光功率单信道的最大光功率大小由SRS非线性效应决定。（2）信噪比、通道间隔、总通道数对传输距离的影响在图6-8中给出了WDM系统中的SNR与EDFA级联数k和通路总数i之间的关系图。6.2.4采用光波分复用技术的高速光纤通信线路图6-8SNR与EDFA级联数K的关系6.2.4采用光波分复用技术的高速光纤通信线路（3）最大中继距离的计算其中AOADM和AOXC是OADM和OXC的插入损耗。=TTCTOADMOXCCFPEsfcfPPAAAAGNPMLAAML6.2.51.6Tb/sWDM系统•目前出现的1.6Tb/s（160×10Gb/s）WDM系统中采用波长间插技术，使用C+L波段160个波长，其相邻波长间隔为50GHz。L波段与C波段比邻，波长分布范围为1570.42~1603.57nm。可见L波段上同样能够开通80通路WDM系统。1、高速长距离WDM系统中的光器件（1）光放大器分别使用C和L波段的信号进行放大。如图6-9所示。6.2.51.6Tb/sWDM系统图6-9全波段EDFA结构框图6.2.51.6Tb/sWDM系统（2）波分复用器在图6-10中给出使用梳状滤波器的160波WDM系统的复用和放大框图。80/160波WDM系统的解复用过程，如图6-11所示。图6-10使用梳状滤波器的160波WDM系统的复用和放大原理框图6.2.51.6Tb/sWDM系统图6-11使用梳状滤波器的160波WDM系统的解复用原理框图