波分复用原理ppt课件.ppt
DWDM原理和组成,一 概 述,九十年代以来，以Internet为代表的信息技术革命正在深刻地改变传统电信概念和体系,目前北美Internet骨干网的业务量几乎每69个月翻一番，比著名的CPU性能进展more定律（18个月左右翻番）快23倍,话音业务数据业务宽带综合业务B-ISDN 世界电话业 务年增长 率为 10%，数据业务年增长 40%中国 话音业务 14%的增长率，数据业务 400%增长,扩容的选择,空分复用 SDM(Space Division Multiplexer)时分复用 TDM(Time Division Multiplexer)波分复用 WDM(Wavelength Division Multiplexer)TDM和WDM技术合用,1310nm/1550nm窗口的波分复用 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(DWDM)可广泛用于长距离传输，用于建设全光网络,波分复用技术的发展,DWDM的特点,1、充分利用光纤的巨大带宽，带宽可达25THz和更长的传输距离。2、简化系统结构和设计，减少投资和维护费用。3、可节约大量光纤，扩容方便。4、可完成各种电信业务的综合和分离。5、可透明传输数据业务。6、可实现网络交换和恢复，具有高度生存性。及更灵活的组网方式,光通信,二 DWDM技术概要,光的粒子属性：散射效应 弹性碰撞、非弹性碰撞,光波的特性,爱因斯坦波粒二相性,光在真空中的传播速度:c=3108m/s 媒质的折射率:n 光的全反射 折射定律:n1sin1=n2sin2,光的电磁波属性：波长和频率,1552.52nm 193.1THz 100GHz 0.8nm,DWDM系统的分类,以信道速率分类：2.5Gbit/s、10Gbit/s及混合速率,以信道承载业务类型分类：PDH、SDH、ATM、IP或混合业务等,以信道数分类：4、8、16、32等,以系统接口分类：集成式或开放式系统,以地理域分类：海底系统、陆地干线、本地网、城域网,开放式和集成式系统结构,波长转换(Wavelength Convertion),开放式系统的关键技术-,DWDM系统的组成部分,合波和分波无源部分,发射和接收有源部分,光传输和光放大,光监控信道,DWDM系统网管,发射和接收有源部分,光发送机,光源的波长稳定,光接收机,中心波长和中心频率,196.0,199.0,195.0,194.0,193.0,192.0,191.0,1505,1510,1530,1535,1540,1545,1550,1555,1560,1565,1570,OSC信道151010nm,C-Band,L-Band,(THz),(nm),中心频率(中心波长)偏差n/5，n为光信道间隔,标称中心频率或波长是以193.1THz（1552.52nm)为中心、间隔为100GHz的整数倍。,DWDM系统对光发射和光接收的基本要求,中心波长和中心频率,光发送机,光谱特性,1,2,1,-XdB,发光二极管（LED）,1,2,1,-XdB,1,2,1,-XdB,多纵模激光器（MLM）,单纵模激光器（SLM）,温度反馈控制,P区,n区,光栅,有源区,T(C),l(nm),对于1.5 mm DFB激光器，波长温度系数约为13GHz/C,管芯温度和波长关系曲线,0,波长反馈控制,直接调制方式 输出功率正比于调制电流；简单、损耗小、价廉；使用FP或DFB激光器二极管；随调制速率增高，模数增加，激光器谱线展宽（啁啾）。限制使用在 2.5Gbps速率下，较短距离传输。,调制方式,外调制方式 激光器光源开关 复杂、损耗大、价格贵；分离外调制 铌酸锂（LiNbO3）Mach-Zehnder 集成外调制电吸收（EA）III-V 族半导体Mach-Zehnder 线性调频（啁啾）无或小 用于2.5Gbps 高速率传输,调制方式,温度波长控制电路,光接收机,接收机必须承受的影响：信号畸变 噪声 串扰,合波和分波无源部分,DWDM系统中使用的波分复用器件的性能应满足ITU-T G.671及相关建议的要求。合波器 常用的合波器类型有耦合器型、介质薄膜滤波器型和集成光波导型。合波器的参数主要有插入损耗、光反射系数、工作波长范围、极化相关损耗和各通路插损的最大差异。分波器 分波器的类型主要有光栅型、干涉滤波器型、熔锥型和集成光波导型分波器等类型。分波器的参数主要有通路间隔、插入损耗、光反射系数、相邻通路隔离度、非相邻通路隔离度、极化相关损耗、温度系数、0.5dB和 20dB带宽。,DWDM系统对合波和分波无源器件的基本要求,炫耀光栅,阵列波导光栅（AWG）,输入孔阑,输出孔阑,象平面,物平面,FPR：自由传播范围,对温度敏感引起的波长漂移；滤波器对宽带响应不好；邻近信道隔离度较差；,信号通带较平坦；偏振无关；插入损耗较低；温度特性很好，可达0.001nm/oC以下。,多层介质膜干涉滤波器,0/2,0/2,0,1，2，3，n,1，3，n,2,2/4,i,0,r1,r2,8路多层介质膜滤波器DWDM复用/解复用器,对温度敏感，但成本低，便于设计和制造；可以直接熔接到系统中；滤波器性能较好；反射型结构（带阻）；,光纤布拉格光栅（FBG）,光传输和光放大部分,光的传输,影响光传输的光纤参数光纤的衰减光纤的色散光纤的非线性效应,0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7,波长（mm）,543210,衰减（db/km）,1,2,4,3,OH-,OH-,OH-,190THz,50THz,单模光纤截止波长,5,光纤的衰减,随着脉冲在光纤中传输，脉冲的宽度被展宽,模间色散(Mode Dispersion)色度色散(Cromatic Dispersion)偏振模色散(Polarization Mode Dispersion),色散对传输的限制,光纤的非线性效应,受激的散射效应受激拉曼散射(SRS)受激布里渊散射(SBS)折射率效应相位调制(SPM)交叉相位调制(CPM，XPM)四波混频(FWM，FPM),传输使用的三种不同类型的单模光纤,G.652单模光纤（NDSF）,G.653单模光纤（DSF）,G.655单模光纤（NZ-DSF）,常规G.655大有效面积G.655,三种光纤色散情况比较,结论:不适用于 10Gb/s 以上速率传输，但可应用于 2.5Gb/s 或以下速率的DWDM。,G.652单模光纤（NDSF）,大多数已安装的光纤低损耗 大色散分布大有效面积色散受限距离短2.5Gb/s系统色度色散受限距离约600km10Gb/s系统色度色散受限距离约34kmG.652+DCF方案升级扩容成本高,低损耗 零色散 小有效面积长距离、单信道超高速EDFA系统四波混频（FWM）是主要的问题，不利于DWDM技术结论:适用于10Gb/s以上速率单信道传输，但不适用于 DWDM 应用，已经被市场淘汰。,G.653单模光纤（DSF）,有几种类型的光纤可以使用（TruewaveTM、LSTM、LEAFTM、大保实光纤等）在15301565nm窗口有较低的色散 可以有正的或负的色散，正色散SPM效应压缩脉冲，负色散SPM效应展宽脉冲。为DWDM系统的应用而设计的结论:适用于 10Gb/s 以上速率DWDM传输，是未来大容量传输光纤的理想选择。,G.655单模光纤（NZ-DSF）,G.655光纤（NZ-DSF）常规：+色散斜率小-非线性效应严重大有效面积：+非线性效应小-色散斜率大D0：+SPM压缩传输脉冲，补偿色散效应的影响-调制不稳定性（MI）（2000km）D0：+无调制不稳定性（MI）-SPM展宽传输脉冲，加重色散效应的影响,LUCENT 真波光纤,CORNING LEAF光纤,什么是 PMD?由于光的偏振模之间产生时延起源于光纤的双折射差分群时延(DGD),偏振模色散(PMD)问题,PMD的影响,功率代价为1dB的PMD系数,速率 最大 PMD PMD 系数(Gb/s)(ps)(ps/km)(400 km 光纤链路),2.5 40 2.0 10 10 0.5 20 5 0.25 40 2.5 0.125,80年代安装的8千万公里老光纤光缆中,l=1550 nm,光缆长度=27.55 km,PMD=108 ps,PMD 系数=20.57 ps/km,1/2,90年代安装的光纤光缆,l=1550 nm,光缆长度=32 km,PMD=10.86 ps,PMD 系数=1.92 ps/km,1/2,匹配包层光纤,-110 km 和 80 km,-PMD系数=0.06 到 0.07 ps/km,1/2,下凹光纤,-20 km 到 85 km,-PMD系数=0.74 到 0.92 ps/km,1/2,色散位移光纤,-20 km和 40 km,-PMD系数=0.30 到 0.37 ps/km,1/2,同一光缆中不同光纤的PMD测量,l,=1550 nm,光缆长度=3.6.km,测试结果(在30分钟时间周期内),Fiber#,PMD(ps),PMD 系数(ps/km,1/2,),1,0.08,0.04,2,0.16,0.09,3,0.39,0.20,4,0.32,0.17,5,0.69,0.36,6,0.32,0.17,7,0.40,0.21,8,2.84,1.50,9,0.11,0.06,EDFA光放大器,2H11/2,4S3/2,4F9/2,4I9/2,4I11/2,4I13/2,4I15/2,514nm,532nm,670nm,800nm,980nm,1480nm,能级图,1.53mm,107,(3200),1.4105,9001200,1.6107,(1100),2108,(120),1.5105,100130,0,90110,衰减速率，单位：s-1,辐射衰减,EDFA光放大器基本配置,隔离器,WDM,EDF,隔离器,泵浦激光器,输入信号,输入信号,隔离器,WDM,EDF,隔离器,输入信号,输入信号,泵浦激光器,隔离器,WDM,EDF,隔离器,输入信号,输入信号,泵浦激光器,泵浦激光器,前向泵浦,后向泵浦,双向泵浦,光放大器应满足ITU-T建议G.663、G.691及其他相关建议。EDFA的主要技术参数：工作波长范围、输入功率范围、输出功率范围、饱和输出功率、噪声系数、偏振相关增益、小信号增益、增益平坦度、增益变化、增益斜度、输入光回损、输出光回损等。对EDFA模块的其它要求：-具有泵浦源自动关闭功能。-寿命不小于30万小时。-具有放大器自动增益均衡（控制）功能。,DWDM系统对光放大的基本要求,EDFA光放大器增益锁定技术,泵浦源功率控制,饱和光控制技术,光功率检测控制,输入光功率检测,输出光功率检测,Pin,Pout,泵浦激光器,EDF,光监控信道（OSC）,DWDM系统对光监控信道的基本要求,监控通路波长1510nm，监控速率2Mb/s对光监控通路的要求(1)监控通路不限制光放大器的泵浦波长(2)监控通路不限制光放大器之间的距离(3)监控通路不限制未来在 1310 nm 波长的业务(4)在光放大器失效时监控通路仍然可用(5)OSC传输是分段的且具有3R功能和双向传输功能(6)应有OSC保护路由，防止光纤被切断后监控信息不 能传送的严重后果,DWDM系统监控通道保护技术,DWDM网管系统,光传输段层(OTS),光传送网分层结构,SDH分层结构,物理层(FIBER),网元管理系统管理功能：故障管理：进行故障诊断、故障定位、故障隔离、故障改正，以及路径测试功能。性能管理：性能参数监视等 配置管理：设置和预配等 安全管理：4级授权等,独立的网元管理功能 EM 层,DWDM的网管应与所承载信号的网管分离开，以增加承载多样性，发挥“业务透明”的特点。,DWDM网管系统示意图,三 DWDM系统设计,DWDM系统总体考虑,色散限制了复用段的总长度衰减和光信噪比限制了放大段的长度（跨距）和跨距段数。,合波器,分波器,终端站,中继站,终端站,中继站,n 为最大通路数目W 字母表示跨距,x 表示应用代码中最大允许的光中继段数；y 表示通路信号的最大比特率（STM等级）:1,4,16,64z 表示光纤类型,L 表示长距离 80kmV 表示甚长距离 120kmU 表示超长距离 160km,2 表示G.652光纤3 表示G.653光纤5 表示G.655光纤,应用代码的构成：,n,W,x,-,y,.,z,系统应用代码,DWDM应用代码,nL8-16.2(880km)nV3-16.2(3120km)nV5-16.2(5100km),无在线放大器有在线放大器,nL-16.2、nV-16.2、nU-16.2,无在线光放大器系统的应用代码,有在线光放大器系统和应用代码,1)80公里跨距,2)120公里跨距,系统衰减范围,系统目标距离的衰减范围基于光缆在1530-1565nm范围内的衰减系数为0.28dB/km(包括接头衰减和光缆富余度）、目标距离40km的光纤衰减为11dB的假设计算得到的。,G.652光纤目标距离的最大色散基于色散系数为20ps/(nm.km)的假设计算得到的。,3120km,580km,OSNR,20dB,40dB,长跨距劣化OSNR！,EDFA光放大器的ASE噪声,DWDM网络现有拓扑结构,点到点环状,保护考虑,业务信号的保护SDH层保护光层保护复用段层、光通道层监控信道的保护（DCN路由）,SDH层保护,m,ADM,ADM,2纤自愈环,n,m,ADM,ADM,4纤自愈环,m,m,m,n,m,n,m,n,m,光层保护：光通道层保护（一）,SDH,控制单元,G.957,传输设备侧,WDM设备侧,OCP(optical channel protection)光通道保护盘,To：Tx OTU,To：Tx OTU,G.957,From:Demux,From:Demux,输入,输出,光层保护：光通道层保护（一）链路应用,mn,m=nmn,SDH1 TX,TX OTU1,TX OTU1,SDH1 RX,RX OTU1,RX OTU1,SDH2 TX,TX OTU2,TX OTU2,SDH2 RX,RX OTU2,RX OTU2,环网应用,光层保护：光通道层保护（二）,平滑升级考虑,单信道速率：2.5Gbit/s 10Gbit/sEDFA增益带宽范围:全带、红带、蓝带 光信道间隔：100GHz、200GHz、400GHz设备的可行性,EDFA光放大器增益谱曲线,红带,蓝带,全带,1535nm,1547nm,1560nm,200GHz间隔全带放大,100GHz间隔红带放大,100GHz间隔蓝带放大,弹性分组环的基本概念和特点,RPR是一种在环网结构上采用分组技术来传送数据、语音、图像等业务的链路层传送方案。,RPR分层模型,
