《密集波分复用DWDH传输原理.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《密集波分复用DWDH传输原理.ppt（57页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、密集波分复用传输原理,山西邮电职工培训中心 许 杰,内 容 提 要,一、DWDM的工作原理,二、DWDM系统的组成网元,三、DWDM光传输系统的技 术标准与应用,一、DWDM的工作原理,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,容量的需求,250200150100500,115,1
2、35,2,IP,23,106,250,话音,话音和IP通信量的增长情况,1996 1997 1998 1999 2010 2020,10,58,Tbit技术到干线网,21世纪的传输,Gbit技术到办公室/家庭,Mbit技术到个人,扩容技术,空分复用 SDM(Space Division Multiplexer)时分复用 TDM(Time Division Multiplexer)波分复用 WDM(Wavelength Division Multiplexer),（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
3、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。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。DWDM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。,扩容的选择,何谓DWDM？,DWDM(Dense Wavelength Division Multiplexer)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，允许各载波信道在一条光纤内同时传输。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
4、复用(DWDM)。,WDM技术分类,DWDM系统的构成及频谱分布,系 统 分 类,根据光发送端是否采用OTU（光波长转换器）来看，DWDM系统可分为集成式DWDM系统和开放式DWDM系统。集成式系统不需配置波长转换器，其所承载的SDH终端具有满足G.692的光接口：标准的光波长、满足长距离传输的光源。开放式系统就是在波分复用器前加入OTU，将SDH非规范的波长转换为标准波长。OTU对输入端的信号波长没有特殊要求，可以兼容任意厂家的SDH信号，OTU输出端是满足G.692的光接口：标准的光波长、满足长距离传输的光源。,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
5、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,（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。因此，同一波长在两 个方向可以重复利用。,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。,（2）单纤双向传输,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。,（3）光信号的分出和插入传输,DWDM技术特点,高容量：可以充分利用光纤的巨大带宽资源，使传输容量
6、比单波长传输增加几倍至几十倍低成本：在大容量长途传输时可以节约大量光纤和再生器，大大降低传输成本透明性：与信号速率、格式无关,是引入宽带新业务（例如CATV)的方便手段波长路由：利用WDM选路实现网络交换和恢复从而实现未来透明的、具有高度生存性的光联网,二、DWDM系统的 组成网元,DWDM系统的五大组成部分,合波和分波无源部分 信道隔离度高的光解复用器,发射和接收有源部分 特定波长和波长稳定、色散容限大的激光器发射源 能容忍一定SNR信号的光接收机,光传输和光放大 小色度色散系数光纤 增益平坦和增益锁定的EDFA光放大器,光监控信道 1510nm,DWDM系统网管 光传送网分层模型,光传输和
7、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,光纤衰耗产生机理,材料吸收：本征材料吸收：硅(SiO2)非本征材料吸收：杂质，如OH-离子,瑞利(Rayleigh)散射：,辐射损耗,光纤衰耗,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)偏振色散(Polarization Mode Dispersion),色散对传输的限制,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
8、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，这种光纤的非线性已成为最终限制系统性能的因素。,光纤的非线性效应,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,光纤衰耗,三种光纤色散情况比较,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结论:不适用于10Gb/s以上速率传输，但可应用于 2.5Gb/
9、s以下速率的DWDM。,G.652单模光纤（NDSF）,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，处于被市场淘汰的现状。,G.653单模光纤（DSF）,在15301565nm窗口有较低的损耗工作窗口较低的色散，一定的色散抑制了非线性效应（四波混频）的发生。可以有正的或负的色散海底传输系统正色散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,G.655单模光纤(NZ-DSF),结论:适用于10Gb/s以上速率DWDM传输，是未来大容量
10、传输，DWDM系统用光纤的理想选择。,EDFA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，在泵浦光激发下产生粒子数反转，在信号光诱导下实现受激辐射放大，如下图所示。,隔离器,WDM,EDF,隔离器,泵浦激光器,输入信号,输出信号,隔离器,WDM,EDF,隔离器,输入信号,输出信号,泵浦激光器,隔离器,WDM,EDF,隔离器,输入信号,输出信号,泵浦激光器,泵浦激光器,前向泵浦,后向泵浦,双向泵浦,EDFA光放大器的分类,E
11、DFA光放大器,EDFA在线路中的应用,合波器,分波器,功率放大器,前置放大器,线路放大器,增益G=2025dBPout=+17dBm,增益G=2025dBPin=-28dBm,增益G=25、30/33dBPout=+17dBm,增益G=3035dBPout=+17dBm,OBA,OPA,OBA,OLA,OPA,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
12、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光放大器的应用要求,单信道应用：增益大噪声小自动功率控制多信道应用：增益平坦级连使用噪声小自动增益控制,发射和接收有源部分,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19
13、3.1THz（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,光发送机,光源的波长稳定,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,T(C),(nm),对于1.5m 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,TEC温度控制器,TEC温度控制电路,0激光输出,温度传感器,激光器管芯,采用介质膜滤波片的波长锁定,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
14、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,间接调制方式 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,光转发器（Transponder）,*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*高SNR*与偏振无关
15、*操作简单,O/E/O波长转换器,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型、介质薄膜滤波型和集成光波导型。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,耦合型合波器,8:1合波器示意图,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,0/2,0/2,0,0,1，2，3，n,0,1，3，n,0,0/4,0,0，1 2，3，n,0,0/2,0,1 2，3，n,8路多层介质膜滤波器DWDM复用/解复用器,20世纪 曾经是电网络的时代21世纪 将会是光网络的时代,
