第6章_波分复用

1、6.1 波分复用的基本概念波分复用的基本概念6.2 波分复用技术波分复用技术6.3 波分复用系统波分复用系统6.4 基于基于WDM的光传送网的光传送网6.1 波分复用的基本概念 光纤通信复用技术主要分为：光波复用和光信号复用两大类。 光波复用包括波分复用(WDM)和空分复用(SDM)， 光信号复用包括光时分复用(OTDM)和光频分复用(OFDM)，此外还有光码分复用(OCDMA)。6.2 光波分复用技术6.2.1 WDM、DWDM和CWDM6.2.2 WDM的特点6.2.3 WDM与光纤6.2.4 WDM对光源和光电检测器的要求6.2.1 WDM、DWDM和CWDM DWDM和CWDM技术实际

2、上它们是同一种技术，只是通道间隔不同。 WDM系统的通道间隔为几十纳米以上，例如最早的1310/1550nm两波长系统，它们之间的波长间隔达两百多纳米，这是在当时技术条件下所能实现的WDM系统。 随着技术的发展，特别是EDFA（掺铒光纤放大器）的商用化，使WDM系统的应用进入了一个新的时期。 6.2.1 WDM、DWDM和CWDM 图6-1 WDM系统的频谱分布图 6.2.1 WDM、DWDM和CWDM DWDM是密集波分复用的英文缩写。 DWDM系统是一种波长间隔更紧密的WDM系统。 所谓密集是针对波长间隔而言的，而且DWDM技术其实是WDM技术的一种具体表现形式。 为了满足接入网应用的要求

3、，因而近来流行一种称为粗波分复用的技术，即CWDM技术。6.2.1 WDM、DWDM和CWDM 图6-2 1550nm DWDM系统的结构图 6.2.1 WDM、DWDM和CWDM CWDM系统是在1 5301 560nm的频谱范围内每隔10nm分配一个波长。 无论是DWDM，还是CWDM，它们的本质都是相同的，即都是建立在频谱分割基础之上的不同表述形式。 WDM系统中光波长区的分配问题。6.2.2 WDM的特点（1） 光波分复用器结构简单、体积小、可靠性高（2） 提高光纤的频带利用率（3） 降低对器件的速率要求（4） 提供透明的传送通道（5） 可更灵活地进行光纤通信组网（6） 存在插入损耗和

4、串光问题6.2.3 WDM与光纤 图6-3 WDM与光纤特性 6.2.4 WDM对光源和光电检测器的要求 1对光源的要求(1) 激光器的输出波长保持稳定(2) 激光器应具有比较大的色散容纳值(3) 采用外调制技术2对光检测器的要求 光检测器应具有多波长检测能力。6.2.4 WDM对光源和光电检测器的要求 图6-4 温度反馈控制原理示意图 6.2.4 WDM对光源和光电检测器的要求 图6-5 波长反馈控制原理示意图 6.3 波分复用系统6.3.1 波分复用系统结构6.3.2 WDM系统的基本应用形式6.3.3 WDM系统中的光监控信道6.3.1 波分复用系统结构 图6-6 WDM系统总体结构示意

5、图（单向） 6.3.2 WDM系统的基本应用形式1单向结构2双向结构1单向结构 图6-7 单向结构WDM传输系统 2双向结构 图6-8 双向结构WDM传输系统 6.3.3 WDM系统中的光监控信道 随着EDFA的商用化进程的发展，在WDM系统中通常使用EDFA作为中继器，这样使无电中继距 离大大提高，因而在WDM系统中的监控内容增加了对EDFA的监控与管理的内容。 在WDM系统中是通过增加一个新的波长来对EDFA的工作状态进行监控。 除监控线路中的EDFA之外，WDM系统中的监控系统还应完成对各波道工作状态的监控。 监控信号所传信息包括帧同步字节、公务字节和网管所用的开销字节等。 6.4 基于

6、WDM的光传送网6.4.1 WDM光传送网分层结构6.4.2 WDM网络的交换形式和波长路由机制6.4.3 WDM网络的关键设备OADM和OXC6.4.4 采用光波分复用技术的高速光纤通信线路6.4.5 WDM网络的生存性6.4.1 WDM光传送网分层结构1光传送网与通信网之间的关系2WDM光传送网分层结构1光传送网与通信网之间的关系 图6-9 通信网的分层结构 2WDM光传送网分层结构(1) 分层结构(2) 光通道网络 光通道层的逻辑功能模型 光复用段层的逻辑功能块模型(3) WDM光传送网的网络单元连接模型2WDM光传送网分层结构 图6-10 WDM光传送网的功能分层模型图 2WDM光传送

7、网分层结构 图6-11 WDM光传送网的逻辑功能模块图 2WDM光传送网分层结构 图6-12 VWP机制的波长转换过程示意图 2WDM光传送网分层结构 图6-13 WDM光传送网的网络单元连接模型图 6.4.2 WDM网络的交换形式和波长路由机制 1WDM网络的交换形式2波长路由机制1WDM网络的交换形式(1) 光路交换(2) 分组交换(3) 光突发交换(4) 光分组流交换1WDM网络的交换形式 图6-14 广播式星形光网络结构示意图 1WDM网络的交换形式 图6-15 光分组交换网络节点结构 1WDM网络的交换形式 图6-16 光突发交换网络节点结构 1WDM网络的交换形式 图6-17 光分

8、组流交换数据包格式 2波长路由机制 图6-18 WDM网络中的波长通路 6.4.3 WDM网络的关键设备OADM和OXC WDM已经成为光纤通信的主要发展方向，因而光分插复用器(OADM)和光数字交叉连接器OXC将成为光传送网中的关键器件，其性能直接对通信网络的性能构成影响。 1OADM(1) OADM的功能 波长上、下话路的功能。 具有波长转换功能。 具有光中继放大和功率平衡功能。 提供复用段和通道保护倒换功能，支持各种自愈环。 具有多业务接入功能。1OADM(2) OADM的基本结构 由分波器、空间交换单元和合波器组成的OADM 由耦合单元、滤波单元和合波器构成的OADM 电声光可调滤波器

9、构成的OADM 由波长光栅路由器(WGR)构成的OADM1OADM 图6-19 OADM节点主光通道的体系结构框图 1OADM 图6-20 基于分波器、空间交换单元和合波器组成的OADM 1OADM 图6-21 由耦合单元、滤波单元和合波器构成的OADM结构 1OADM 图6-22 由电声光可调滤波器构成的OADM结构 1OADM 图6-23 由波长光栅路由器(WGR)构成的OADM的结构图 2OXC(1) OXC的功能 与SDH网络中的DXC设备的功能相比，它们在网络中的地位和作用相同，但功能上存在下列区别。 OXC是在光域完成交叉连接功能的，而DXC是在电层上进行交叉连接。 OXC可以对不

10、同速率和采用任何传输格式的信号进行交叉连接操作；DXC设备针对不同传输格式和不同传输速率的信号的处理方式不同。 DXC受电子速率的限制，交叉连接速率较低；OXC无论在交叉连接速率、接入速率以及总容量等方面，都优于DXC。 OXC中无需进行时钟信号同步与开销处理，便于网络升级(无需更换设备)，而DXC必须进行时钟信号同步与开销处理，在网络升级时必须更换设备。2OXC(1) OXC的功能 OXC的实现方式 OXC共有三种实现方式：光纤交叉连接、波长交叉连接和波长转换交叉连接。2OXC 图6-24 OXC的实现方式 2OXC(1) OXC的功能 OXC的主要功能 OXC可以在光纤和波长两个层面上为网

11、络提供带宽管理，如动态重构光网络、提供光信道的交叉连接以及本地上、下话路操作、动态调节各个光纤中的流量分布等。 同时在出现继纤故障时，OXC还能提供1+1光复用段保护。2OXC(2) OXC结构 基于WDM技术和空分复用技术的OXC 基于空分技术和可调光滤波器技术的OXC 基于分送耦合开关的第一类和第二类OXC 基于平行波长的开关的OXC 完全基于波长交换的OXC结构2OXC 图6-25 OXC的一般结构 2OXC 图6-26 WDM技术和空分复用技术相结合的OXC的结构 2OXC 图6-27 基于空分技术和可调光滤波器技术的OXC结构 2OXC 图6-28 基于分送耦合开关的OXC结构 2O

12、XC 图6-29 基于平行波长的开关的OXC结构 2OXC 图6-30 完全基于波长交换的OXC结构 6.4.4 采用光波分复用技术的高速光纤通信线路1影响波分复用系统性能的因素2与WDM系统设计有关的几个问题1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2与WDM系统设计有关的几个问题（1） 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、总通道数传输距离的影响（3） 最大中继距离的计算2与WDM系统设计有关的几个问题 图6-31 典型WDM系统的结构框图 2与WDM系统设计有关的几个问题 图6-32 SNR

13、与EDFA级联数K的关系 6.4.5 WDM网络的生存性1网络生存性的概念2网络生存性策略保护和恢复3WDM网络保护1网络生存性的概念 网络的生存性是指网络在经受各种故障(网络失效和设备失效)后能够维持可接受业务质量的能力。 经常出现的网络故障包括以下几种。 设备故障 链路故障 软件故障2网络生存性策略保护和恢复 为了保证网络的正常工作，必须建立一个具有快速、可靠的交叉连接机制和重选路由技术的保护倒换方案。 就网络生存性而言，它包含两个方面的内容：保护和恢复。(1) 保护恢复技术分类(2) 网络生存性性能指标2网络生存性策略保护和恢复（1）保护恢复技术分类 按网络中所使用的协议层次进行划分： IP层恢复技术 ATM层恢复技术 SDH层恢复技术 光层恢复技术 WDM网络的恢复方案又可分为保护倒换和利用OXC重新选路进行业务恢复两种。2网络生存性策略保护和恢复(2) 网络生存性性能指标 冗余度是指网络中总的空闲容量与总工作容量之比。 恢复率是指已恢复的通道数占原来失效的总通道数的比例。 恢复时间是与恢复率有关的指标，它是指在以一定恢复率为目标的情况下，恢复网络所需要的时间。3WDM