《WDM基础理论》PPT课件.ppt

波分复用技术,光放大与色散补偿技术解决了传输距离问题，但还需要解决光波承载信息容量问题，这就要求我们研究多信道复用技术。解决这个问题有许多方案，可以从光信号和光波两个方面来考虑，主要有光时分复用(OTDM)技术、光码分复用(OCDM)技术、副载波复用(SCM)技术、波分复用(WDM)技术等。,1.光时分复用(OTDM)技术,1）比特间插OTDM,2）分组间插OTDM,2.光码分复用(OCDM)技术,光码分复用(OCDM)通信是将码分多址通信技术与大容量光纤通信技术相结合的一种通信方式，它是在OCDM通信系统中，每个用户都拥有一个唯一的地址码。在进行数据信息的传输时，首先用该地址码数据信息进行光调制，同样，在接收端用与发射端相同的址码进行光解码，从而实现用户间的通信。,3副载波复用(SCM),副载波复用（SCM）的概念源于微波频分复用通信技术，它利用光纤在光载波上传输多信道微波信号。如图所示，在副载波复用技术中，包含两次调制，第一次是电调制，即将多个基带信号分别调制到具有不同的微波频率的电载波上；然后再进行光调制，即将这些经频分复用的群信号调制到光载波，从而形成光信号，使之进入光纤。同样在接收端先进行光解调，再进行电解调，恢复为原各路基带信号。由于通常称电载波为副载波，因此该复用方式简称为副载波复用方式。,光波分复用原理,1.OWDM原理波分复用（OWDM）是在一根光纤中同时传输两种或多种不同波长的光波信号，WDM原理如图所示。,最初的WDM系统为1310/1550nm两波长系统，它是利用光纤的两个低损耗窗口1310nm 和1550nm各传送一路光波信号的系统，主要用于对原来1310nm 系统进行扩容，两个波长之间的间隔达两百多纳米，通常称为粗波分复用（CWDM）系统。,目前的WDM系统复用的波数很多，而通道间隔则更小，只有0.82nm，甚至小于0.8nm，因此这样的系统习惯上称为密集波分复用（DWDM）系统。,WDM系统的特点,WDM系统具有以下的主要特点：(1)充分利用光纤的巨大带宽资源(2)同时传输多种不同类型的信号(3)节约线路投资(4)多种应用形式(5)降低器件的超高速要求(6)高度的组网灵活性、经济性和可靠性,WDM对光源和光电检测器的要求,（1）对光源的要求 激光器输出波长保持稳定 激光器应具有比较大的色散容纳值 采用外调制技术（2）对光检测器的要求,光波分复用技术,1.WDM系统的结构WDM系统是由光发射机、光接收机、光中继器和光监控与管理系统构成，如图所示为双向结构中其中一条单向传输的WDM系统总体结构示意图。,光波长区的分配,WDM系统的光发射机首先要解决光信号分割问题，如图所示，光信号是按照频率分割的，各通道的波长是固定分配的。,WDM系统的技术规范包括：,1)绝对参考频率(AFR)和信道间隔 2)标准中心频率和偏差,光转发器技术,WDM光的发射是采用光转发器（OUT）技术，OUT是WDM的关键技术之一。开放式WDM系统在发送端采用OTU将非标准的波长转换为标准波长，如图是一个OTU的示意图，该器件的主要作用在于把非标准的波长转换为ITU-T所规范的标准波长，以满足系统的波长兼容性,可调光滤波接收技术,WDM系统的光接收端均使用了波长可调的光滤波器，光滤波器也称为波长选择器。其作用是在接收端于接收器前从多信道复用的光信号中选择出一定波长的信号，以供接收机进行接收。,波长选择器有:(1)F-P光腔型;(2)介质膜干涉型;(3)光栅型(4)波导型,光波分复用器,光波分复用器是实现不同的光信号合波和分波的器件。光波分复用器分为发端的合波器和收端的分波器。合波器又称复用器，其功能是将满足G.692规范的多个单通路光信号合成为一路合波信号，然后耦合进同一根光纤传输。分波器又称解复用器，它的作用是在收端将一根光纤传输的合波信号再还原成单路波长光信号，然后分别耦合进不同的光纤。光波分复用器是WDM系统的关键器件。,光波分复用器的种类很多。应用不同的领域，WDM器件的技术要求和制造方法都不相同，大致可分为：熔锥光纤型介质膜干涉型光栅型波导型,1.熔维光纤型,当两根单模光纤的纤芯充分靠近时，单模光纤中的两个基模(LP01 横电横磁混合模)会通过瞬逝波产生相互耦合，在一定的耦合系数和耦合长度下，便可以造成不同波长成分的波道分离，而实现分波效果。,2.介质膜干涉型,介质膜干涉型波分复用器的基本单元由玻璃衬底上交替地镀上折射率不同的两种光学薄膜制成，它实际上就是光学仪器中广范应用的增透膜，如图所示。,3.光栅型光波分复用器,用于WDM中的主要是闪耀光栅，它的刻槽具有一定的形状，如图所示的小阶梯，当光纤阵列中某根输入光纤中的光信号经透镜准直后，以平行光束射向闪耀光栅。由于光栅的衍射作用，不同波长的光信号以方向略有差异的各种平行光束返回透镜传输，再经透镜聚焦后，以一定规律分别注入输出光纤之中。,4.阵列波导光栅(AWG)型光波分复用器,波导阵列型光栅(Arrayed Waveguide Grating，AWG)器件的结构如图所示，由输入输出波导群、两个盘形波导及AWG一起集成在衬底上而构成。各波导路径长度差所产生的效应与闪耀光栅沟槽作用相当，从而起到“光栅”之用，输入和输出端通过扇形波导与AWG相连。当某根输入光纤中含有多波长信号时，则在输出端的各光纤中分别具有相关波长的光信号。,WDM光传送网,1.WDM光传送网与通信网的关系,WDM网也采用了分层结构（1）WDM传送网的分层结构 分层模型 从垂直方向上光传送网分为光通道（OCH）层、光复用段（OMS）层和光传输（OTS）层三个独立的层网络，它们之间的关系如图所示,WDM光传送网分层结构,光通道层所接收的信号来自电通道层，在此光通道层将为其进行路由选择和波长分配，从而可灵活的安排光通道连接，光通道开销处理以及监控功能等。当网络出现故障时，能够按照系统所提供的保护功能重新建立路由或完成保护倒换操作,光复用层主要负责为两个相邻波长复用器之间的多波长信号提供连接功能。具体功能包括光复用段开销处理和光复用段监控功能。光复用段开销处理功能是用来保证多波长复用段所传输信息的完整性的功能。而光复用段监控功能则是完成对光复用段进行操作、维护和管理操作的保障,光传输段层为各种不同类型的光传输媒质上所携带的光信号提供传输功能，包括光传输段开销处理功能和光传输段监控功能。光传输段开销处理功能是用来保证多波长复用段所传输信息的完整性的功能，而光传输段监测功能则是完成对光传输段进行操作、维护和管理操作的重要保障光通道层、光复用段层和光传输段层三层上所传输的信号均为光信号，因此也称它们为光层。其中光层又包含了光通道层和光段层,光通道网络 光通道网络是基于波长路由的网络，它是根据光波长来识别每一个光通道，并可以在光域上完成基于波长路由的光信号处理，这样可为不同速率和不同传输格式提供一个统一的光平台,光复用段层的逻辑功能块模型 光复用段层网络负责为多波长光信号提供网络连接功能 光复用段适配功能块负责将光通道层送来的信号适配成光复用段层的信号格式,（2）WDM网络的交换形式和波长路由机制 WDM网络的交换形式 a）光路交换 b）光分组交换 c）光突发交换 d）光分组流交换 波长路由机制,WDM网络的关键设备,1）光分插复用器(OADM)2）光数字交叉连接器（OXC）,WDM网络的保护,1.WDM系统线路保护方式 WDM系统线路保护主要有两种保护方式：一种是基于单个波长的保护，即在SDH层上实现1+1或 1：n保护；另一种是基于光复用段的保护（OMSP),即在光路上同时对合路信号进行保护（1）基于单个波长的、在SDH层上实现的1+1或1：n保护（2）光复用段保护（OMSP）,2.WDM环网的保护（1）WDM环形网络的分类 按自愈环结构来划分，可分为通道倒换环和复用段倒换环 按进入环和由分路节点返回的支路信号方向是否相同，划分为单向环和双向环,（2）两纤环 两纤单向环 两纤双向环（3）网状网的OXC保护,影响波分复用系统性能的因素,（1）制作技术和成本限制（2）串扰影响（3）稳频（4）阻塞特性,与WDM系统设计有关的几个问题,（1）与WDM系统中的最小和最大光功率 最小光功率 最大光功率（2）信噪比、通道间隔、总通道数对传输距离的影响（3）最大中继距离的计算,WDM系统设计,WDM系统的性能，除了插入损耗和分配损耗以及噪声等影响因素之外，最大的影响因素是信道串扰 1)线性串扰 2)非线性串扰,四波混频现象,四波混频(Four Wave Mixing，FWM)是指两个以上不同波长的光信号在光纤的非线性影响下，除了原始的波长信号外还会产生许多原始波长之外的混合成分(或叫边带)。,1.复用路数与波长范围的选择,EDFA的最大可利用带宽要分成两种情况：20nm带宽，即15401560nm范围，无须进行通带平坦化处理。32nm，即1528.771560.61nm范围，需要进行通带平坦化处理。,2.速率等级的选择,单通道系统的传输速率取决于通信容量的需求和通信成本的合理化。等级选择的原则性意见是：站间距离长，总容量在80Gbit/s，优先选用STM-16等级；总容量在80Gbit/s以上，或者多数站间距离短，则选用STM-64等级。,3.光纤类型的选择,WDM系统设计选择光纤的一般原则是：新建WDM系统的路由不再选用G.653光纤，旧路由的G.653光纤用于WDM系统需要采取不等间隔信道波长配置，复用路数通常选为8波。STM-16系统一般使用G.652光纤，可以实现120km的跨距传输，具有成本优势。且未来有1310和1550两个波段同时使用的潜力。2.5Gbit/s速率以上，长跨距宜选用G.655光纤。允许同一个系统中G.652光纤和G.655光纤混用，但G.653光纤与其他光纤混用没有意义。G.652光纤和G.655光纤混用时只能采用1550nm窗口，主通道不能1550nm和1310nm混用(1310nm的光纤放大器实用化后另当别论)。,4.关于通路组织,关于通路的组织是十分复杂的，一般遵守下列原则：WDM的分站切忌满足小通信容量中间站的通信要求；分站的站间距离尽可能接近目标距离，因为40km与50km、甚至120km所需的传输成本差不多；分配给同一站的信道尽量不用邻近信道，信道功率尽可能相同；WDM系统用于城域网时应选用环保护信道。,