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波分复用技术2020年1月24日目录一、复用技术的发展和基础二、波分复用系统三、DWDM系统的保护原理四、波分复用技术的特点与发展优势五、OTN技术发展与应用在讲复用技术之前，我们先来认识一个名词：载波。载波是指被调制以传输信号的波形，一般为正弦波。载波信号，就是把普通信号（声音、图象）加载到一定频率的高频信号上，在没有加载普通信号的高频信号时，高频信号的波幅是固定的，加载之后波幅就随着普通信号的变化而变化。载波信号一般要求正弦载波的频率远远高于调制信号的带宽，否则会发生混叠，使传输信号失真。一、复用技术的发展和基础调制复用技术是指一种在传输路径上综合多路信道，然后恢复原机制或解除终端各信道复用技术的过程。复用技术主要分为两大类：频分多路复用(简称频分复用)和时分多路复用(简称时分复用)。1、频分复用（FDM）载波带宽被划分为多种不同频带的子信道，每个子信道可以并行传送一路信号。FDM用于模拟传输过程。2、时分复用（TDM）在交互时间间隔内在同一信道上传送多路信号。TDM广泛用于数字传输过程。一、复用技术的发展和基础波分复用（WDM）：在一根光纤上使用不同的波长同时传送多路光波信号。光通信是由光来运载信号进行传输的方式。在光通信领域，人们习惯按波长而不是按频率来命名。因此，所谓的波分复用其本质上也是频分复用而已。WDM是在1根光纤上承载多个波长系统，将1根光纤转换为多条“虚拟”纤，当然每条虚拟纤独立工作在不同波长上，这样极大地提高了光纤的传输容量。由于WDM系统技术的经济性与有效性，使之成为当前光纤通信网络扩容的主要手段。波分复用方式分粗波分复用(CWDM)和密集波分复用(DWDM)两种。二、波分复用系统1、DWDM系统的组成DWDM系统就是把具有不同标称波长的几个或几十个光通路信号复用到一根光纤中进行传输，每个光通路承载一个业务信号。一个单向DWDM系统的基本结构图如下图所示二、波分复用系统（1）光发射机端由各复用通路的光发送机TX1…TXn分别发出具有不同标称波长的光信号（λ1…λn，对应f1…fn）。每个光通路承载不同的业务信号，如标准的SDH信号、ATM信号、Ethernet信号等，然后由合波器将这些信号合并为一束光波后，由OBA输出到光纤中进行传输。（2）光接收机端线路光纤经过OPA放大后，用分波器分解光通路信号后，再分别输出到相应的各复用通路光接收机RX1…RXn中。（3）光中继放大器端位于光传输段的中间位置，由OLA对光信号进行放大。二、波分复用系统（4）光监控信道利用一个独立波长（1510nm）作为光监控通道，传送光监控信号。光监控信号用于承载DWDM系统的网元管理和监控信息，使网络管理系统能有效的对DWDM系统进行管理。（5）网络管理系统上图中没有表示出网管系统，DWDM系统的网管系统应当具有在一个平台上管理光放大器、波分复用器、波分转换器、监控信道性能的功能，能够对设备进行性能、故障、配置以及安全等方面的管理，网络管理系统的信息有光监控通道中的监控信号承载。二、波分复用系统2、光波分复用和解复用技术光波分复用器与解复用器属于光波分复用器件，又称为合波器与分波器，实际上是一种光学滤波器件。在发送端，合波器（OM）的作用是把具有标称波长的各复用通路光信号合成为一束光波，然后输入到光纤中传输，即对光波起到复用作用。在接收端，分波器（OD）的作用是把来自光纤的光波分解成具有原标称波长的复用光通路信号，然后分别输出到相应的各光通路接收机中，即对光波起到解复用作用。二、波分复用系统3、波长转换技术光波长转换技术（OTU）的主要功能是将光通路信号的非标称波长转换成符合ITU-T建议的G.692规定的标称光波长，然后接入DWDM系统。（1）OTU的分类与应用根据OUT在DWDM系统中的位置，OUT可分为OTUT、OTUR和OTUG，在传输系统中的应用如下图所示：二、波分复用系统发射端OUT（OTUT）：OTUT位于业务设备与合波器之间，输出至合波器的信号满足G.692标准，该类OUT除了具有光电与电光转换功能之外，还具有再整形与再定时功能，以及B1字节的检测功能。接收端OUT（OTUR）：OTUR位于分波器与客户设备之间，分波器输出值OTUR的光信号满足G.692标准，该类OUT与OTUT的功能类似，完成波长转换、再整形与再定时功能以及B1字节的检测功能。中继OUT（OTUG）：该类OUT除了光电与电光转换之外，还具有在整形、再定时、数据再生功能，相当于一个常规的再生中继器，具有B1字节的检测功能二、波分复用系统3、光放大技术对于长距离的光传输而言，随着传输距离的增长，光功率逐渐减弱，激光器的光源输出通常不超过3dBm，否则激光器的寿命可能达不到要求，同时，为了保证信号的正确接收，接收端的接收功率必须维持在一定值上，例如-28dBm，因此光功率受限成为决定传输距离的主要因素。光放大器就是解决光功率受限问题的一种技术，它不需要经过光-电-光的变换而直接对光信号进行放大。二、波分复用系统4、色散当管线的输入端入射光脉冲信号经过长距离传输以后，在光纤输出端，光脉冲波形发生了时间上的展宽，这种现象即为色散。色散将导致码间干扰，在接收端将影响光脉冲信号的正确判决，误码性能恶化，严重影响信息传送。二、波分复用系统单模光纤中的色散主要由光信号中不同频率成分的传输速度不同引起，这种色散成为色度色散。对于DWDM系统，由于系统主要应用于1550nm窗口，如果使用G.652光纤，需要利用具有负波长色散的色散补偿光纤（DCF），对色散进行补偿，降低整个传输线路的总色散。根据色散补偿单元的位置可分为：（1）预补偿：在信号进入光纤前补偿（2）线路补偿：补偿OLA站点前后的复用段色散（3）后补偿：补充最后跨段的色散，调整整个复用段的色散所以在发端和收端根据需要都要加DCM以满足色散补偿，解决非线性效应问题！二、波分复用系统1、DWDM系统层次简介DWDM系统的保护主要包括光通道层的保护和光复用段层的保护，以下简单介绍各层次在系统中的位置DWDM系统可划分为光复用段层（OMS）、光传输层（OTS）、光通道层（OCH）和光接入层（OAC）三、DWDM系统的保护原理三、DWDM系统的保护原理层次位置功能光复用段层（OMS）OTM设备与OTM设备之间完成光通道信号与合波光信号的复用与解复用光传输层（OTS）OTM设备与OLA设备、OLA设备与OLA设备之间完成光信号在各类型光纤上的传输光通道层（OCH）光转发平台的线路侧支持光接入层，将各种客户信号转换为符合G.692规范的光信号传送光接入层（OAC）光转发平台的客户侧接入各种客户信号2、1+1保护1+1保护倒换中，光信号同事在工作线路和保护线路中传输，也就是说光信号在发送端被永久的连接在工作线路和保护线路上。在接收端，保护功能监视着从这两个线路接收到的信号状态，并有选择连接到信号质量好的线路上，估这种保护方式成为“并发优收”或“双发选收”。在DWDM系统中，1+1保护有光线路保护单元实现。根据光线路保护单元所处的位置，可实现光通道层1+1保护和光复用段1+1保护。三、DWDM系统的保护原理（1）光通道层1+1保护一个光线路用于保护一对双向业务，通道1+1保护情况下，光线路保护单元的数量与需要保护的通道数相同。保护通道和被保护通道在一根光纤中传输，链型组网中的1+1保护不能实现路由保护，只能实现设备保护三、DWDM系统的保护原理（2）光复用段1+1保护光复用段1+1保护采用线路逐段1+1保护方式，由光线路保护单元检测主光通道，当满足倒换条件时，通过单板内的光开关实现倒换。三、DWDM系统的保护原理3、1:N保护1:N保护倒换中，多个工作线路共用一个保护线路，N条工作线路在两端都桥接在保护线路上，保护功能监视和判断接收的信号状态，一旦工作线路导致业务信号恶化或失效，将该工作线路上的业务接到保护线路上，成为“收发倒换”三、DWDM系统的保护原理1、波分复用系统的特点（1）充分利用光纤的带宽资源，传输容量巨大DWDM技术中分利用光纤的巨大带宽（约25THz）资源，扩展系统的传输容量。（2）超长的传输距离利用掺饵光纤放大器等多种超长距离传输技术，可以对DWDM系统中的各通路信号同时放大，实现系统的长距离传输。（3）丰富的业务接入类型DWDM系统中的各波长相互独立，可透明传输不同的业务，如SDH、GbE、ATM等信号，实现多种信号的混合传输。四、波分复用技术的特点及发展优势（4）节约光纤资源DWDM系统将多个单信道波长复用后，在一根光纤中传输，极大的节约了光纤资源，降低线路建设成本。（5）平滑升级扩容由于DWDM系统中的每个波长通道透明传输数据，不对通道数据进行任何处理，因此扩容时，只需要增加复用光波长通路数即可。（6）充分利用成熟的TDM技术目前，TDM方式的光传输技术（如SDH），已经室分成熟，通过WDM技术可以将传输容量呈几倍甚至几十倍的增加，扩容成本比TDM方式扩容低。四、波分复用技术的特点及发展优势（7）可组成全光网络全光网络是未来光传送网的发展方向，在全光网络中，通过WDM系统与网络节点中的光分叉复用器（OADM）和光交叉连接设备（OXC）相连，直接对光波长信号及所带的各种业务进行光路的上下和交叉连接，组成具有高度灵活性、高可靠性、高生存性和高经济性的全光网络，适应未来信息化社会对大带宽传输网的发展需要。四、波分复用技术的特点及发展优势2、DWDM的发展优势（1）更高的通道速率DWDM系统的通道速率由2.5Gbit/s发展到10Gbit/s，基于40Gbit/s速率的系统已经进入商用阶段，100Gbit/s速率的系统已经进入实验阶段，技术日渐成熟。（2）更多波长复用数量早起DWDM系统多用于8/16/32个波长，通道间隔为100GHz，工作波长位于C波段。随着技术的不断发展，DWDM系统的工作波长可覆盖C、L波段，间隔50GHz，目前的波分复用设备最高可提供160波的复用。四、波分复用技术的特点及发展优势（3）超长的全光传输距离通过提高全光传输的距离，减少电再生点的数量，可降低健忘的初始成本和运营成本。（4）从点到点WDM走线全光网络不同的点到点DWDM系统主要由光终端复用器（OTM）组成，尽管有巨大的传输容量，但只提供了原始的传输带宽，组网能力不灵活。随着电交叉系统的不断发展节点容量的不断扩大，点到点组网显然无法跟上网络传输链路容量的增长速度，进一步扩容的希望转向光节点，及光分叉复用器（OADM）和光交叉连接器（OXC）。四、波分复用技术的特点及发展优势OTN是以波分复用技术为基础、在光层组织网络的传送网，是下一代的骨干传送网。由于在网络上传送的IP业务和其他基于包传送数据业务的爆炸式增长，对传输容量的要求在不断迅猛增加，密集波分复用(DWDM)技术和光放大器(OA)技术的成熟和应用使传送网正在向以光联网技术为基础的光传送网发展。基于OTN的传送网的出现将使人们期望的智能光网络逐步变为现实，为网络运营者和客户提供安全可靠、价格有效、客户无关、可管理、可操作、高效的新一代光传送平台。目前传送网使用的主要是SDH和WDM两种技术，这两种技术经过多年的发展已经十分成熟，但都存在着一定的局限性。五、OTN技术概述1、OTN技术概述SDH技术偏重于业务的电层处理，具有灵活的调度、管理和保护能力，OAM功能完善。但是，它以VC4为基本交叉调度颗粒，采用单通道线路，容量增长和调度颗粒大小受到限制，无法满足业务的快速增长。WDM技术以业务的光层处理为主，多波长通道的传输特性决定了它具有提供大容量传输的天然优势。但是，目前的WDM网络主要采用点对点的应用方式，缺乏有效的网络维护管理手段。纯光调度系统（如ROADM）虽然可实现类似于SDH的调度和保护功能，但由于物理受限和波长受限问题，很难在大范围网络中应用。而且颗粒度单一，灵活性差，不能实现不同厂家设备的互通。五、OTN技术发展与应用而OTN技术包括了光层和电层的完整体系结构，各层网络都有相应的管理监控机制，光层和电层都具有网络生存性机制，从而可以解决上述