62DWDM基本原理

DWDM—密集波分复用倪丽佳09720703马雪娇09720711提纲DWDM的概述1DWDM系统的关键技术2DWDM在接入网中的应用3小结4DWDM的概述什么是DWDM系统DWDM的定义DWDM的基本结构为什么要引入DWDMDWDM技术的主要特点DWDM系统的关键技术1234光源技术光解波复分用复器用技器术和掺铒放大器技术光监控技术DWDM的定义光波分技术(WDM)技术是在一根光纤中同时传输多波长光信号的一项技术。其基本原理是在发送端将不同波长的光信号组合起来，并耦合到光缆线路上的同一根光纤中进行传输，在接收端又将组合波长的光信号分开并做进一步处理，恢复出原信号后送入不同的终端。DWDM：同一窗口(1550nm)中信道间隔较小的波分复用(8,16,…)光纤放大器光复用器光解复用器lNl2l1lNl2l1lNl2l1DWDM的基本结构DWDM系统：光发射机、光中继放大、光接收机、光监控信道和网络管理系统。光转发器1┇输入信道1信道n信道1信道nl1ln光转发器n光合波器BALAPA光分波器l1ln接收1┇接收nlslslsls光监控信道接收/发送光监控信道发送器光监控信道接收器输出网络管理系统光发射机光中继放大光接收机光纤光纤为什么引入DWDM通信业务的增长INTERNET的爆炸性发展常规通信的革命多媒体通信业务的飞速发展光纤耗尽扩容技术需求DWDM技术特点超大容量对数据的“透明”传输系统升级时能最大限度的保护已有投资高度的组网灵活性、经济性和可靠性可兼容全光交换光源技术波长稳定问题要求在寿命终了时波长的漂移：20GHz(约0.16nm)色散容限问题G.652光纤，在1550nm窗口，色散系数一般取值为20ps/km.nm对于360km、500km、640km的标准配置，色散容限值分别为7200ps/nm、10000ps/nm、12800ps/nm需要解决的两大问题光源技术精密的管芯温度控制技术原理：温度是影响激光器输出波长稳定性的最主要原因，通过精密自动温度控制电路（ATC），保持激光器管芯的温度恒定。优点：比较容易实现，能够满足通常的要求。缺点：不能解决由于激光器老化引起的波长漂移。波长反馈控制技术原理：波长敏感器件的输出电压随激光器输出波长而变动，通过此电压来直接或间接控制激光器的工作电流，使输出波长稳定。优点：能够达到很高的精度缺点：实现起来比较复杂，成本较高。波长稳定问题的解决办法光源技术外调制技术原理：对于直接调制，单纵模激光器引起的啁啾是限制其色散容限主要因素。在外调制情况下，高速电信号不直接调制激光器，而是加在某一介质上，利用该介质的物理特性使通过的激光器信号的光波特性发生变化，从而建立电信号和激光的调制关系优点：很低的啁啾，可以获得远大于直接调制的色散受限距离提高光源色散容限的方法光波分复用器和解复用器技术复用器：将不同光源波长的信号结合在一起经一根光纤输出的器件。解复用器：经同一传输光纤送来的多波长信号分解为个别波长分别输出的器件。复用器fiber解复用器光波分复用器和解复用器技术DWDM器件：滤波器型、光栅型、耦合器型、阵列波导光栅型。衍射光栅型l1llll1lll滤波器型l1ll1llllll1lll阵列波导光栅型l1lll耦合器型l1llll1lll光波分复用器和解复用器技术主要技术要求：插入损耗低各信道间的串扰小，即隔离度高带内平坦带外插入损耗变化陡峭波长的温度稳定性好低的偏振相关性掺铒光纤放大器（EDFA）技术EDFA的放大原理输入光信号受激辐射跃迁输出光信号激发态基态亚稳态无辐射跃迁电子吸收泵浦光跃迁泵浦光能量E3E1E2EDFA能级结构图掺铒光纤放大器（EDFA）技术EDFA的结构图EDFA主要由掺铒光纤（EDF）、泵浦光源、耦合器、隔离器等组成。掺铒光纤隔离器WDM耦合器lnl2l1lnl2l1隔离器泵浦激光器掺铒光纤放大器（EDFA）技术大大减少对信号再生的需要可将数字或模拟信号光进行全光放大，对码型和速率都是“透明”的能同时放大多个波长或信号，而与信号的比特率无关放大区恰好与单模光纤的最低损耗区域重合太棒了！掺铒光纤放大器（EDFA）技术基本组态:功率放大器、线路放大器、前置放大器光波长合波器l1•••光功率放大光波长分波器•••光线路放大光前置放大光线路放大l2lnl1lnl2掺铒光纤放大器（EDFA）技术功率放大器用途：处于合波器之后，用于对合波后的信号进行功率提升特点：对于噪声系数、增益要求不高，要求有较大的输出功率线路放大器用途：用在中继设备上，用于补偿线路的传输损耗特点：要求有较小的噪声系数和较大输出光功率前置放大器用途：处于线路放大器之后，分波器之前，用于信号放大，提高接收机的灵敏度特点：要求噪声系数较小，对于输出功率没有太大的要求光监控技术为什么要进行监控在DWDM系统中，在线路放大设备只对业务信号进行光放大，业务信号只有光一光的过程，无业务信号的上下，增加一个信号对光放大器的运行状态进行监控。DWDM系统可以增加一个波长信道专用于对系统的管理，这个信道就是所谓的光监控信道。对监控通道的要求不限制EDFA所用的泵浦波长不能限制两个线路放大器之间的距离不能限制未来在1310nm波长上的业务不依赖于信息信号的格式线路放大器失效时仍能使用复用器解复用器下光路上光路EDFA监控系统（2.048Mb/s)PDLD带外波长监控示意图光监控技术监控通道的实现带外波长监控技术•优选1510±10nm波长•信号速率为2.048Mb/s带内波长监控技术带外、带内结合波长监控技术光监控信道的保护DWDM在接入网中应用1.无源光网络PON基本构架2.WDM-PON基本构架3.WDM-PON前景展望PON基本概念从光纤接入网室外传输设施中是否含有源设备，OAN可以划分为无源光网络和有源光网络。目前光纤接入网几乎都采用无源光纤网络（PON）结构，PON成为光纤接入网的发展趋势。PON采用无源光分路器将信号直接传送给终端用户，初期投资少、维护简单，易于扩展，结构灵活，只是要求采用性能好、带宽宽的光器件，大量的费用将在宽带业务开展后支出。OAN分类DWDM的引入定义：采用密集波分复用技术的无源光网络就是WDM-PON。优势：DWDM技术已广泛用于骨干网和城域网中，目前正往接入网中延伸。WDM-PON系统中,各用户不共享带宽,且具有高速率、升级容易、长距离等优点。PON分类1.5umDFBLaserBurst-ModeReceiverOLT1.3um1×16Splitter…ReceiverFabry-PerotLaser1.5um1.3um1.5umReceiverFabry-PerotLaser1.5um1.3umPassiveBranchingDeviceONUs功率分配型无源光网络PON分类2-21×16Router…ReceiverSourcel1,l2,…l16l17l1ReceiverSourcePassiveBranchingDeviceONUsl17,l18,…l32l16l32l1l17l16l32Multi-WavelengthSourceOLT…WDMReceiverReceiverArrayOptica-DemuxWDM-PON无源光网络WDM-PON的关键技术概述WDM-PON的下行传输波长跟踪问题：温度变化影响路由器的通带位置，路由器放在室外，如果没有温度控制措施，在-40~85℃的温度范围内，通带漂移大约为1.4nm。目前使用1550nm波长窗口0.8~1.6nm通路间隔的路由，在这种情况下，必须监控通带波长、调谐多波长间隔。多波长光源：第一种方法是选择一组波长接近的离散的可调谐的DFB激光器，用温度调谐产生多波长的下行信号。第二种方法采用多频激光器，波长间隔由阵列波导光栅中的波导长度差决定，可以精确控制各波长，可以通过控制同一个温度统一调节，便于波长监控。WDM-PON的关键技术概述WDM-PON的上行传输单频激光器：如DFB，太贵，而且没有可调谐能力。回环技术：通过ONU内的调制器将一部分下行光送回到OLT。光谱分割：利用宽带光源如LED。发射光通过复用器后，输出信号谱都是原来宽带信号的一部分，输出信号的波长取决于跟其相连的复用器端口。成本较低，但引起严重的分割损耗和信道间串话。WDM-PON前景展望从短期看，WDM-PON投资大。除此之外WDM-PON所需的各种光电器件还不成熟，如多频激光器、集成放大器的LED等还没有进入大规模商用化段。对上行传输，光环回技术或频谱分割都存在技术问题需要解决。从长远看，一方面由于WDM技术在骨干网及城域网中的应用，促进WDM器件成熟和价格下降；另一方面，用户需求宽带业务是必然的趋势，DWDM会成为宽带接入的选择方案。在一定程度上说，WDM-PON是PON技术的终极形态。目前WDM-PON还处于研发阶段，离全球大规模运营还有很远的距离。不过全球也有一个例外，在韩国有少量的试商用运行，大概有10-15万户。小结INTERNET的爆炸性发展•万个•0•200•400•600•800•1000•1200•1400•1600•2000•1996•1997•1998•1999•2000•Webusers常规通信的革命——移动通信的迅速发展要求大的传输容量2000年6月底，全球移动用户达5.7亿,为全球人口的10%2000年底移动用户将达6.3亿，2002年将超过10亿我国1998年移动用户达2498万户，1999年达4324万户，2000年6月达5928.7万户，普及率达4.7%无线无线接入的年增长达80%2000年固定无线接入用户将达1500万我国于2010~2015年移动用户将超过有线用户光纤耗尽1994（%）1995（%）1996（%）AT&T504760MCI757884Sprint657783Worldcom696970Stentor777779