WDM系统

光纤通信1第6章WDM系统光纤通信2本章内容WDM技术概述和系统结构。WDM系统设备与组网。WDM系统的关键技术。WDM系统规范。本章重点WDM系统结构与设备。WDM系统规范。本章难点WDM系统结构及关键技术。第6章WDM系统光纤通信3学习本章目的和要求掌握WDM概念和系统结构。掌握WDM系统的设备和组网。了解WDM系统关键技术。掌握WDM系统规范。第6章WDM系统光纤通信46.1.1．WDM技术产生背景传统的传输网络扩容方法采用空分多路复用（SDM）和时分多路复用（TDM）两种方式。（1）SDM靠增加光纤数量的方式线性增加传输系统的容量，传输设备也线性增加。空分多路复用的扩容方式十分受限。（2）TDM是比较常用的扩容方式，从PDH的一次群至四次群的复用，到SDH的STM-1、STM-4、STM-16至STM-64的复用。通过复用降低成本，容易在数据流中抽取特定信号，合适在自愈环保护策略的网络中使用。对于高速率时分复用设备目前成本较高，且达到一定的速率等级时，会受到器件和线路等特性的限制，40Gbit/sTDM设备已经达到电子器件的速率极限。6.1WDM概述光纤通信5速率升级缺乏灵活性，以SDH设备为例，当一个线路速率为155Mbit/s的系统要求提供两个155Mbit/s通道时，系统只能升级到622Mbit/s，两个155Mbit/s将被闲置。基本传输网络无论采用PDH或SDH技术，即采用单一波长的光信号传输，这对于光纤容量是一种极大浪费。WDM技术不仅大幅度地增加了网络的容量，而且还充分利用了光纤的宽带资源，减少了网络资源的浪费。6.1WDM概述光纤通信66.1.2光复用技术为了进一步提高光纤带宽利用率，相邻两光载波的间隔将越来越小，一般认为：当相邻光载波的间隔小到0.1nm(10GHz)以下时，此时的复用称为光波分（频分）复用（WDM）。光时分复用(OTDM)技术指利用高速光开关把多路光信号在时域里复用到一路上的技术。光副载波复用(OSCM)技术是将基带信号首先调制到GHz的副载波上，再把副载波调制到THz的光载波上。光码分复用(OCDM)技术是CDM(CodeDivisionMultiplexing)技术和光纤通信技术相结合的产物，在这种复用技术中，每个信道不是占用一个给定的波长、频率或者时隙，而是以一个特有的编码脉冲序列方式来传送其比特信息。6.1.1WDM概述光纤通信7光波分复用、光时分复用、光副载波复用和光码分复用都是正在使用和研究的光纤复用技术，这些技术的使用能增加线路容量，提高线路利用率。6.1WDM概述光纤通信86.1WDM概述6.1.3WDM原理概述复用技术是为了提高通信线路的利用率，而采用的在同一传输线路上同时传输多路不同信号而互不干扰的技术。光波分复用(WDM)技术是在一芯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，在接收端将组合波长的光信号分开，并作进一步处理，恢复出原信号后送入不同的终端。通常把光信道间隔较大（甚至在光纤的不同窗口上）的复用称为光波分复用（WDM），而把在同一窗口中信道间隔较小的WDM称为密集波分复用（DWDM）。WDM系统的构成及光谱示意如图7-1所示。光纤通信96.1WDM概述图7-1DWDM系统的构成及频谱示意图波分复用的光纤通信系统示意图：=73光纤通信10波分复用技术有以下主要特点。(1)可以充分利用光纤的巨大带宽潜力，使一根光纤上的传输容量比单波长传输增加几十至上万倍。(2)N个波长复用以后在一根光纤中传输，在大容量长途传输时可以节约大量的光纤。(3)波分复用通道对传输信号是完全透明的，即对传输码率、数据格式及调制方式均具有透明性，可同时提供多种协议的业务，不受限制地提供端到端业(4)可扩展性好。(5)降低器件的超高速要求。6.1WDM概述光纤通信116.1.4WDM技术发展光纤通信经过30多年的发展，单信道实用化系统的传输速率从1976年的45Mbit/s发展到了10Gbit/s，线路的利用率得到了很大提高(但与光纤巨大的带宽潜力相比这点带宽还微不足道)。目前已经实现同时传输上百个信道，单信道传输速率可达如40Gbis/s，总的传输容量可达如7Tbis/s（176×40Gbis/s）的水平。例如朗讯的DWDM产品提供40个10Gbis/s通道或80个2.5Gbis/s通道，即支持一根光纤上10Gbis/s和2.5Gbis/s信号组合，使单纤总容量可达400Gbis/s.例如华为SBSW32，最大提供320Gbis/s（32×10Gbis/s）的传输容量，相当于一根光纤可同时传送300万个电话电路。6.1DWDM概述光纤通信126.1DWDM概述6.1.5DWDM工作方式（1）双纤单向传输双纤单向传输指一根光纤只完成一个方向光信号的传输，反向光信号的传输由另一根光纤来完成。如图7-2所示，图7-2双纤单向传输的DWDM系统光纤通信136.1DWDM概述（2）单纤双向传输单纤双向传输指在一根光纤中实现两个方向光信号的同时传输，两个方向的光信号应安排在不同波长上。图7-3单纤双向传输的DWDM系统光纤通信146.1DWDM概述（3）光信号的分出和插入通过光分插复用器（OADM）可以实现各波长的光信号在中间站的分出与插入，即完成上/下光路，利用这种方式可以完成DWDM系统的环形组网。图6-4光信号的分出和插入传输光纤通信156.1DWDM概述6.1.6WDM的应用形式有开放式WDM图6-5所示和集成式WDM图6-6所示。开放式DWDM系统采用波长转换技术，将复用终端的光信号转换成符合ITU-T建议的波长，然后进行合波。集成式DWDM系统没有采用波长转换技术，它要求复用终端的光信号符合ITU-T建议的波长，然后进行合波。（1）集成式WDM系统集成式WDM系统要求SDH终端设备具有满足G.692的光接口：标准的光波长、满足长距离传输的光源。光纤通信16图6-5集成式WDM系统(2)开放式WDM系统开放式WDM系统就是在波分复用器前加入光波长转换器（OTU），将SDH非规范的波长转换为标准波长。图6-6开放式WDM系统6.1DWDM概述光纤通信17(3)波长变换(WC:WavelengthConversion)是将信息从承载它的一个波长上转到另一个波长上。在WDM光网络中使用波首先，信息可以通过WDM网络中不适宜使用的波长进入WDM网络。例如在现阶段光纤通信中大量使用1310nm窗口的LED或FPLD光源，这些波长或光源均不适合WDM系统，因此在WDM系统的输入和输出处，都要在这些波长与1550nm附近的波长之间进行转换。其次，在网络内部，可以提高链路上现有波长的利用率。引入波长变换技术，可以实现波长的再利用，有效地进行波长路由选择，降低网络阻塞率，从而提高WDM网络的灵6.1DWDM概述光纤通信18最后，如果不同网络由不同的组织管理，并且这些网络没有协调一致的波长分配，那么在网络之间就可以使用波长变换器。波长变换的基本方法有两种：光/电/光方法和全光方法。6.1DWDM概述光纤通信196.1.7DWDM的优越性（1）超大容量（2）对数据“透明”（3）系统升级时能最大限度地保护已有投资（4）高度的组网灵活性、经济性和可靠性（5）可兼容全光交换6.1DWDM概述光纤通信206.2WDM系统结构与设备6.2.1WDM系统的基本结构WDM系统由5部分组成：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，如图所示。图6-7WDM系统总体结构示意图（单向）光纤通信21（1）光发射机。是WDM系统的核心，对发射激光器的中心波长有特殊的要求外，还需要根据WDM系统的不同应用来选择具有一定色度色散容限的发射机。（2）光放大器。光线路放大器可以根据情况决定有或没有。目前使用的光放大器多数为EDFA。（3）光接收机。接收机不但要满足一般接收机对光信号灵敏度、过载功率等参数的要求，还要能承受有一定光噪声的信号，要有足够的电带宽性能。（4）光监控信道。监控系统内各信道的传输情况，光监控波长λs为1510nm。（5）网络管理系统。对WDM系统进行管理，实现配置管理、故障管理、性能管理、安全管理等功能，并与上层管理系统（如TMN）相连。6.2WDM系统结构与设备光纤通信226.2.2WDM系统的设备WDM设备按用途可分为光终端复用器（OTM）、光线路放大器（OLA）、光分插复用器（OADM）和电中继器（REG）几种类型。以华为公司的波分320G设备为例讲述各种网单元的作用。(1)WDM器件DWDM器件分为合波器和分波器两种，如图6-8所示。合波器的主要作用是将多个信号波长合在一根光纤中传输。分波器的主要作用是将在一根光纤中传输的多个波长信号分离。6.2WDM系统结构与设备图6-8DWDM器件光纤通信23（2）光终端复用器（OTM）在发送方向，OTM把波长为λ1～λ16（或λ32）的STM-16信号经合波器复用成DWDM主信道，然后对其进行光放大，并附加上波长为λs的光监控信道。在接收方向，OTM先把光监控信道取出，然后对DWDM主信道进行光放大，经分波器解复用成16（或32）个波长的STM-16信号。OTM的信号流向如图6-9所示。6.2WDM系统结构与设备光纤通信24图6-9OTM信号流向图6.2WDM系统结构与设备光纤通信25（3）光放大器（OLA）每个传输方向的OLA先取出光监控信道（OSC）并进行处理，再将主信道进行放大，然后将主信道与OSC合路并送入光纤。如图6-10所示。图6-10OLA信号流向图6.2WDM系统结构与设备光纤通信266.2DWDM系统结构与设备（4）光分插复用器（OADM）OADM设备接收线路的光信号后，先提取监控信道，再用WPA将主光通道预放大，通过MR2单元把含有16或32路STM-16的光信号按波长取下一定数量后送出设备，要插入的波长经MR2单元直接插入主信道，再经功率放大后插入本地光监控信道，向远端传输。以MR2为例，其信号流向如图6-11所示。光纤通信276.2DWDM系统结构与设备图6-11静态OADM（32/2）信号流向图光纤通信286.2DWDM系统结构与设备（5）两个OTM背靠背组成的光分插复用器用两个OTM背靠背的方式组成一个可上/下波长的OADM，如图7-9所示。图6-12两个OTM背靠背组成的OADM信号流向图光纤通信296.2DWDM系统结构与设备（6）电中继器（REG）以STM-16信号的中继为例，其的信号流向如图6-13所示。图6-13电中继器（REG）的信号流向图光纤通信306.2DWDM系统结构与设备6.2.3．DWDM网络的一般组成（1）点到点组网DWDM的点到点组网示意图如图6-14所示。（2）链形组网DWDM的链形组网示意图如图6-15所示。图6-14DWDM的点到点组网示意图图6-15DWDM的链形组网示意图光纤通信316.2DWDM系统结构与设备图6-16DWDM的环形组网示意图（3）环形组网DWDM环形组网示意图如图6-16所示。光纤通信326.2DWDM系统结构与设备6.2.4．DWDM网络的保护点到点线路保护主要有两种保护方式一种是基于单个波长、在SDH层实施的1+1或1︰N的保护；另一种是基于光复用段上的保护，在光路上同时对合路信号进行保护，这种保护也称光复用段保护（OMSP）。另外还有基于环网的保护。光纤通信33（1）基于单个波长的保护①基于单个波长，在SDH层实施的1＋1保护这种保护系统机制与SDH系统的1＋1MSP类似。这种方式的可靠性比较高，但成本也比较高。图6-17基于单个波长，在SDH层实施的1＋1保护6.2DWDM系统结构与设备光纤通信34②基于单个波长，在SDH层实施的1:n保护图6-18基于单个波长，在SDH层实施的