wdm波分复用网络实用教案

1、13.1 DWDM技术(jsh)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(qinl)相比这点带宽还微不足道)。第1页/共38页第一页，共39页。 类似于传统频分复用的概念，在13001600 nm光谱范围内，以一定的间隔隔开的多个波长(bchng)可以在同一根光纤中独立传播。(200nm窗口，带宽约30THz）1270 1350148016002c波长间隔和频率间隔之间的换算关系例：在15251565 nm频带内，窄线宽激光器在 0.8 nm谱带内(100 GHz间隔) 发射

2、信号(xnho)，则一根光纤可以同时承载50路独立的信号(xnho)。80 nm120 nm相比窗口带宽，每个波长信道(xn do)上信号的调制带宽很窄第2页/共38页第二页，共39页。电时分复用面临的问题：电时分复用面临的问题：“电子瓶颈电子瓶颈”限制：限制： 10Gb/s40Gb/s光纤色散限制光纤色散限制单波长单波长(bchng)通信系统远不能有效利用光纤带宽通信系统远不能有效利用光纤带宽signal1signal21 0 1 11 0 0 11 1 0 0 1 0 1 1TDM signal第3页/共38页第三页，共39页。 13.1.1DWDM技术产生背景 传统的传输网络扩容方法采用

3、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(bjio)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。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。第4页/共38页第四页，共39页。光波分复用(WDM)技术( jsh)是在一芯光纤中同时传输多波长光信号的一项技术( jsh)。其基本

4、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。第5页/共38页第五页，共39页。 13.1.2DWDM原理概述 DWDM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(bchng)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称为密集波分复用（DWDM）。 DWDM系统的构成及光谱示意如图13-1所示。第6页/共38页第六页，共39页。图13.1 DWDM系

5、统(xtng)的构成及频谱示意图第7页/共38页第七页，共39页。点到点的波分复用(f yn)系统波分复用器100 GHz间隔(jin g)的WDM信道频谱第8页/共38页第八页，共39页。 13.1.3DWDM工作(gngzu)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13.2所示，图13.2 双纤单向(dn xin)传输的DWDM系统第9页/共38页第九页，共39页。 （2）单纤双向传输 单纤双向传输指在一根(y n)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13.3 单纤双向传输(c

6、hun sh)的DWDM系统第10页/共38页第十页，共39页。 （3）光信号(xnho)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(xnho)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13.4 光信号(xnho)的分出和插入传输第11页/共38页第十一页，共39页。 13.1.4DWDM的应用形式 有开放式DWDM和集成式DWDM。 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(mi yu)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

7、的波长，然后进行合波。第12页/共38页第十二页，共39页。 13.1.5DWDM的优越性 (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(bchng)传输增加几十至上万倍。 (2) N个波长(bchng)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。第13页/共38页第十三页，共39页。(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(xiy)的业务，不受限制地提供端到端业务。(4) 可扩展性好。(5) 降低器件的超高速要求。第14页/共38页第十四页，共39页。13. 2 DWDM系统结构

8、 1DWDM器件 DWDM器件分为合波器和分波器两种，如图13-5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(chun sh)。 分波器的主要作用是将在一根光纤中传输(chun sh)的多个波长信号分离。图13-5 DWDM器件(qjin)第15页/共38页第十五页，共39页。 2DWDM的几种网络单元类型 DWDM设备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(jingsh)各种网单元的作用。 （1）光终端复用器（OTM） 在发送方向，OTM把波长为116（或32）的STM-

9、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s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13-6所示。第16页/共38页第十六页，共39页。图13-6 OTM信号(xnho)流向图第17页/共38页第十七页，共39页。 （2）光放大(fngd)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(fngd)，然后将主信道与OSC合路并送入光纤。如图13-7所示。图13-7 OLA信号(xnho)流向图第18页/

10、共38页第十八页，共39页。 （3）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(xn do)，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(xn do)，再经功率放大后插入本地光监控信道(xn do)，向远端传输。以MR2为例，其信号流向如图13-8所示。第19页/共38页第十九页，共39页。图12-8 静态(jngti)OADM（32/2）信号流向图第20页/共38页第二十页，共39页。 （4）两个(lin )OTM背靠背组成的光分插复用器 用两个(lin )

11、OTM背靠背的方式组成一个可上/下波长的OADM，如图13-9所示。图13-9 两个OTM背靠背组成(z chn)的OADM信号流向图第21页/共38页第二十一页，共39页。 （5）电中继器（REG） 以STM-16信号(xnho)的中继为例，其的信号(xnho)流向如图13-10所示。图13-10 电中继器（REG）的信号(xnho)流向图第22页/共38页第二十二页，共39页。 3DWDM网络(wnglu)的一般组成 （1）点到点组网 DWDM的点到点组网示意图如图13-11所示。 （2）链形组网 DWDM的链形组网示意图如图13-12所示。 （3）环形组网 DWDM环形组网示意图如图13

12、-13所示。图13-11 DWDM的点到点组网示意图 第23页/共38页第二十三页，共39页。 图13-13 DWDM的环形(hun xn)组网示意图 图13-12 DWDM的链形组网示意图 第24页/共38页第二十四页，共39页。 4DWDM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(bchng)、在SDH层实施的1+1或1N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。第25页/共38页第二十五页，共39页。13.3 波长(bchng)计划分类简单WDM（简称WDM）：1310n

13、m/1550nm，用于PON接入网络CWDM（Coarse WDM）：传统的CWDM: 850nm窗口，主要用于多模光纤的接入网中WWDM (Wide WDM): 10GE WAN城域CWDM:主要用于城域网DWDM (Dense WDM ）主要用于长距离传输(chun sh)系统第26页/共38页第二十六页，共39页。简单WDM：主要用于采用单纤双向传输方式的光纤接入网中（如PON），在上下行方向采用不同(b tn)的波长，1310nm为上行波长（用户到中心局）；1550nm为下行波长(用户到中心局)。采用熔融光纤波分复用器实现波长的复用/解复用Downstream 1550nmUpstre

14、am 1310nm第27页/共38页第二十七页，共39页。CWDM-传统CWDM20世纪80年代提出，用于850nm传输窗口的多模光纤局域网（如：视频分配网，双向单纤网络等）波长间隔25nm20世纪90年代后期，随着10G以太网技术的兴起，采用850窗口的4波长传送(chun sn)10GE被列入10GE LAN的标准之一（IEEE802.3)第28页/共38页第二十八页，共39页。CWDM-WWDM：IEEE802.3 10GE WAN标准之一：多模光纤，1310nm窗口，间隔为25nm的4个光波长信道，单信道速率3.125Gb/s，传输(chun sh)距离10km.第29页/共38页第二

15、十九页，共39页。CWDM-城域CWDM随着DWDM技术在长距离通信中的应用。宽带城域网络问题逐渐成为通信网络的瓶颈。宽带、灵活及低成本是城域网追求的主要目标。采用CWDM技术是实现这一目标的有效(yuxio)手段。ITU-T G.694.2规定了城域CWDM的波长分配方案第30页/共38页第三十页，共39页。CWDM优越性：降低对激光器波长漂移的限制，无制冷激光器（如VCSEL）成为其首选器件降低滤波器件的制作(zhzu)难度及成本第31页/共38页第三十一页，共39页。第32页/共38页第三十二页，共39页。DWDMITU-T G.694.1规定了DWDM的波长(bchng)分配方案波长(

16、bchng)间隔包括200GHz,100GHz,50GHz目前长距离系统主要使用C-band(1530nm1565mn)和L-band(1565nm1625nm)的波长(bchng)第33页/共38页第三十三页，共39页。WDM系统(xtng)的优点1. 系统容量可以很容易升级 如果每个波长可以承载40 Gb/s的信息，那么一根光纤若同时 传输100个波长就能实现4 Tb/s的传输2. 可以保持数据的透明性 WDM 的信道都可以独立地携带任意的传输格式，它们(t men)之间 可以不同步，数据速率可以不同，可以是模拟的或者数字的3. 可以用于构造波长路由光网络 光网络交换节点除了可以执行时间和

17、空间两个维度的交换之 外还可以利用波长进行交换，多维的交换让光网络具有更高 的灵活性第34页/共38页第三十四页，共39页。WDM实验(shyn)记录1Alcatel5.12T12840G2000.092NEC6.4T16040G2000.103Siemens7.04T17640G2000.104Alcatel10.2T25640G2001.035NEC10.9T27340G2001.03第35页/共38页第三十五页，共39页。WDM+TDM会议传输距离容量信号研究机构OFC0332x100km160 x42.7GCSRZ-DPSKOFSOFC03100 x100km40 x42.7GCSRZ

18、-DPSKMinteraECOC038200km64x42.7GCSRZ-DPSKKDDIOFC046120km149x42.7 GDPSKAlcatelECOC06160km140 x111GCSRZ-DQPSKNTTECOC062000km10 x107GRZ-DQPSKLucentOFC1700km40 x85.6GRZ-DQPSKEindhoven Univ. of Tech.近年来报道(bodo)的传输记录第36页/共38页第三十六页，共39页。WDM网络(wnglu)存在问题？l点到点的WDM系统解决了突然(trn)出现的“宽带饥渴”和“光纤饥渴”问题，但带宽的利用率不高。l运营网络前几年的建设积累了相当的容量，短时间内传输链路的带宽将不再是光传送网发展的主要矛盾。但组网的灵活性、稳定性与网络的智能