密集波分复用DWDH传输原理课件

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1、 世界电话业务年增长率为世界电话业务年增长率为 10%，数据业务年增长，数据业务年增长 40% 中国话音业务中国话音业务 % 的增长率，数据业务的增长率，数据业务 % 增长增长2502001501005001151352IP23106250话音话音话音和话音和IP通信量的增长情况通信量的增长情况1996 1997 1998 1999 2010 20201058 SDM(Space Division Multiplexer)时分复用时分复用 TDM(Time Division Multiplexer)波分复用波分复用 WDM(Wavelength Division Multiplexer)n（1

2、）SDM靠增加光纤数量的方式线性增加传输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。用的扩容方式十分受限。n（2）TDM是比较常用的扩容方式，从是比较常用的扩容方式，从PDH的一的一次群至四次群的复用，到次群至四次群的复用，到SDH的的STM-1、STM-4、STM-16至至STM-64的复用。但达到一定的速率等的复用。但达到一定的速率等级时，会受到器件和线路等特性的限制。级时，会受到器件和线路等特性的限制。n DWDM技术不仅大幅度地增加了网络的容量，技术不仅大幅度地增加了网络的容量，而且还充分利用

3、了光纤的宽带资源，减少了网络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。资源的浪费。何谓何谓DWDM ？nDWDM ( Dense Wavelength Division Multiplexer )技术是利用单模光纤的带宽以技术是利用单模光纤的带宽以及低损耗的特性，采用多个波长作为载波，及低损耗的特性，采用多个波长作为载波，允许各载波信道在一条光纤内同时传输。允许各载波信道在一条光纤内同时传输。n通常把光信道间隔较大通常把光信道间隔较大(甚至在光纤的不同甚至在光纤的不同窗口上窗口上)的复用称为光波分复用的复用称为光波分复用(WDM)，而，而把在同一窗口中信道间隔较小的把在同一窗口中信

4、道间隔较小的WDM称为称为密集波分复用密集波分复用(DWDM)。 WDMWDM技术分类技术分类 系系 统统 分分 类类n 根据光发送端是否采用根据光发送端是否采用OTU（光波长转换器）来（光波长转换器）来看，看，DWDM系统可分为集成式系统可分为集成式DWDM系统和开放系统和开放式式DWDM系统。集成式系统不需配置波长转换器，系统。集成式系统不需配置波长转换器，其所承载的其所承载的SDH终端具有满足终端具有满足G.692的光接口：的光接口：标准的光波长、满足长距离传输的光源。开放式标准的光波长、满足长距离传输的光源。开放式系统就是在波分复用器前加入系统就是在波分复用器前加入OTU，将，将SDH

5、非规非规范的波长转换为标准波长。范的波长转换为标准波长。OTU对输入端的信号对输入端的信号波长没有特殊要求，可以兼容任意厂家的波长没有特殊要求，可以兼容任意厂家的SDH信信号，号，OTU输出端是满足输出端是满足G.692的光接口：标准的的光接口：标准的光波长、满足长距离传输的光源。光波长、满足长距离传输的光源。 1310nm/1550nm窗口的波分复用窗口的波分复用 仍用于接入网，但很少用于长距离传输仍用于接入网，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，用于建设全光网络可广泛用于长距离传输，用于建设全光网络DWDMDWDM的工作

6、方式的工作方式（1 1）双纤单向传输）双纤单向传输n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。因此，同一波长在两向光信号的传输由另一根光纤来完成。因此，同一波长在两 个方向可以重复利用。个方向可以重复利用。n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。输，两个方向的光信号应安排在不同波长上。（2 2）单纤双向传输）单纤双向传输DWDMDWDM的工作方式的工作方式( (续续1)1)n通过光分插复用器（

7、通过光分插复用器（OADMOADM）可以实现各波长的光信）可以实现各波长的光信号在中间站的分出与插入，即完成上号在中间站的分出与插入，即完成上/ /下光路，利用下光路，利用这种方式可以完成这种方式可以完成DWDMDWDM系统的环形组网。系统的环形组网。DWDMDWDM的工作方式的工作方式( (续续2)2)（3 3）光信号的分出和插入传输）光信号的分出和插入传输l o 信道隔离度高的光解复用器信道隔离度高的光解复用器l o 特定波长和波长稳定、色散容限大的激光器发射源特定波长和波长稳定、色散容限大的激光器发射源o 能容忍一定能容忍一定SNR信号的光接收机信号的光接收机l o 小色度色散系数光纤小

8、色度色散系数光纤o 增益平坦和增益锁定的增益平坦和增益锁定的EDFA光放大器光放大器l o 1510nml o 光传送网分层模型光传送网分层模型 光传输和光放大部分光传输和光放大部分 芯芯 7 7 8 8 微微米米 包包层层 光纤衰耗产生机理光纤衰耗产生机理 材料吸收：材料吸收： 本征材料吸收：硅本征材料吸收：硅(SiO2) 非本征材料吸收：杂质，如非本征材料吸收：杂质，如OH -离子离子4RC 瑞利瑞利(Rayleigh)散射：散射： 辐射损耗辐射损耗 光光 纤纤 衰衰 减减 (dB) 10.0 5.0 2.0 1.0 0.5 1982 年年 1980 年年 1978 年年 0.8 1.0

9、1.3 1.5 1.7 波波长长 ( m) 光纤衰耗光纤衰耗随着脉冲在光纤中传输随着脉冲在光纤中传输，脉冲的宽度被展宽脉冲的宽度被展宽光纤的色散光纤的色散 10000 1000 100 10 600600km 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 调制速率调制速率（Gbps） 小色散光纤理论上小色散光纤理论上 小色散光纤实际上小色散光纤实际上 传统光纤理论上传统光纤理论上 传统光纤实际上传统光纤实际上 在常规光纤系统中，光纤呈现线性传输特性。然而，当在常规光纤系统中，光纤呈现线性传输特性。然而，当光功率增加到一定值时，光纤开始呈现非线性特性。因为在光功率增加到一定值时，光纤开始呈现非线性特

10、性。因为在高强度电磁场中任何电介质对光的响应都会变成非线性，光高强度电磁场中任何电介质对光的响应都会变成非线性，光纤也不例外。随着传输速率的提高，传输距离的延长，波分纤也不例外。随着传输速率的提高，传输距离的延长，波分复用通路的增加以及光纤放大器的使用，这种光纤的非线性复用通路的增加以及光纤放大器的使用，这种光纤的非线性已成为最终限制系统性能的因素。已成为最终限制系统性能的因素。光纤的非线性效应光纤的非线性效应单信道单信道多信道多信道折射率效应折射率效应自相位调制自相位调制(SPM)交叉相位调制交叉相位调制(XPM)四波混频四波混频(FWM)散射效应散射效应受激布里渊散射受激布里渊散射(SBS

11、)受激拉曼散射受激拉曼散射(SRS)常规常规G.655大有效面积大有效面积G.655 光光 纤纤 衰衰 减减 (dB) 10.0 5.0 2.0 1.0 0.5 1982 年年 1980 年年 1978 年年 0.8 1.0 1.3 1.5 1.7 波波长长 ( m) 光纤衰耗光纤衰耗 1550nm 1310nm 色色散散 ps/nm km 普普通通光光纤纤(SMF) 非非色色散散位位移移光光纤纤（NDSF，G.652） 已已有有光光纤纤的的95% 波波长长 色色散散位位移移光光纤纤（DSF,G.653） 非非零零色色散散位位移移光光纤纤（NZDSF,G.655） 18 0 DWDM 波波长长

12、范范围围 G.653单模光纤（单模光纤（DSF）EDFAEDFA光放大器基本原理光放大器基本原理 EDFA利用掺入石英光纤中的稀土离子作为增益利用掺入石英光纤中的稀土离子作为增益介质，在泵浦光的激发下实现光信号的放大。放介质，在泵浦光的激发下实现光信号的放大。放大器的主要特性由掺杂元素决定，而不是由起主大器的主要特性由掺杂元素决定，而不是由起主介质作用的石英光纤决定。掺铒光纤放大器采用介质作用的石英光纤决定。掺铒光纤放大器采用掺铒离子单模光纤作为增益介质，在泵浦光激发掺铒离子单模光纤作为增益介质，在泵浦光激发下产生粒子数反转，在信号光诱导下实现受激辐下产生粒子数反转，在信号光诱导下实现受激辐射

13、放大，如下图所示。射放大，如下图所示。隔离器隔离器WDMEDF隔离器隔离器泵浦激光器泵浦激光器输入信号输入信号输出信号输出信号隔离器隔离器WDMEDF隔离器隔离器输入信号输入信号输出信号输出信号泵浦激光器泵浦激光器隔离器隔离器WDMEDF隔离器隔离器输入信号输入信号输出信号输出信号泵浦激光器泵浦激光器泵浦激光器泵浦激光器前向泵浦前向泵浦后向泵浦后向泵浦双向泵浦双向泵浦EDFAEDFA光放大器的分类光放大器的分类EDFA光放大器光放大器合合波波器器分分波波器器光线放光线放(OLA)ATT增益增益G=3035dBPout=+17dBm光功放光功放(OBA)光预放光预放(OPA)OBAOPAOBAO

14、LAOPA EDFA光放大器的应用要求光放大器的应用要求单信道应用：单信道应用：多信道应用：多信道应用：196.0199.0195.0194.0193.0192.0191.015051510153015351540154515501555156015651570OSC信道信道1510 10nmC-BandL-Band(THz) (nm)中心频率中心频率(中心波长中心波长)偏差偏差n/5，n为光信道间隔为光信道间隔 标称中心频率或波长是以标称中心频率或波长是以193.1THz193.1THz（1552.52nm)1552.52nm)为中为中心、间隔为心、间隔为100GHz100GHz的整数倍。的

15、整数倍。 光源的波长稳定光源的波长稳定 1 2指定波长符合指定波长符合ITU-T规定规定 波长漂移波长漂移 /5(ITU-T) /10(国家国家)光源的色散容限光源的色散容限光谱宽度光谱宽度-20dB2.5Gbps 高速率传输高速率传输 马马赫赫策策恩恩德德或或电电吸吸收收调调制制器器驱驱动动电电流流D DF FB B 激激光光器器温度波长温度波长控制电路控制电路电电信信号号入入射射光光短短程程传传输输接接收收：PIN长长程程传传输输接接收收：APD接收机必须承受的影响：接收机必须承受的影响： 信号畸变信号畸变 噪声噪声 串扰串扰 电电 光光 调调 制制 器器 O O- -E E E E- -

16、O O 电电 信信 号号 处处 理理 D DF FB B 激激 光光 器器 光光 转转 发发 器器 （ O OT TU U） * 以目前工艺水平的组件比特率可达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消光比得到改善，并可用外调制对信号进行整形* 高高SNR* 与偏振无关与偏振无关* 操作简单操作简单O/E/O波长转换器波长转换器 合波器合波器 n光耦合器光耦合器n光信号输出光信号输出Pout1n光信号输入光信号输入Pinn光信号输出光信号输出Pout2耦合型合波器耦合型合波器 - -3 3d dB B - -3 3d dB B - -3 3d dB B 8:1合波器示意图合波器示意图 信号通带较平坦；信号通带较平坦； 偏振无关；偏振无关； 插入损耗较低；插入损耗较低； 温度特性很好，可达温度特性很好，可达0.001nm/oC以下。以下。 0/2 0/2 0 0 0/2 0SMFSMFLensLensLensLensLens通通道道 1通通道道 7通通道道 5通通道道 3通通道道 8通通道道 6通通道道 2通通道道 4LensLensLensLensMicroPlasma 多多层层介介质质膜膜滤滤波波器器 (8 通通道道)8路多层介质膜滤波器路多层介质膜滤波器DWDM复用复用/解复用器解复用器