DWDM原理课程

1、光网络技术支援管理部光网络技术支援管理部光通信是目前发展最快的光通信是目前发展最快的领域。商用领域。商用DWDM系统最系统最大容量为大容量为320 Gb/s、1.6Tb/s。实验室进行了。实验室进行了更大容量更大容量DWDM的试验。的试验。光交叉连接与波长路由器已经问光交叉连接与波长路由器已经问世；数据与光的结合，未来的网世；数据与光的结合，未来的网络络 必将是全光交叉网络；向光必将是全光交叉网络；向光组网的转变是宽带革命的核心。组网的转变是宽带革命的核心。城域城域DWDM已经向盒式设备、已经向盒式设备、CWDM发展；高端发展；高端DWDM系统系统从从3210Gb/s向向1.6Tb/s系统过系

2、统过渡。渡。运营商：中国电信、中国移动、运营商：中国电信、中国移动、联通、网通、铁通等。联通、网通、铁通等。采用采用SDM，铺设多芯新光缆，铺设多芯新光缆(需考虑时间与成本需考虑时间与成本)使用更高速率业务使用更高速率业务:STM-1-STM-64密集波分复用（密集波分复用（DWDM）技术已经）技术已经成熟，成为很好的扩容成熟，成为很好的扩容 方式方式高速路加油站巡逻车把把155 不同波长的光信号复用到一根光纤中进行传送不同波长的光信号复用到一根光纤中进行传送(如如每个波承载一种每个波承载一种TDM 电信号）的方式统称为波分复用。电信号）的方式统称为波分复用。121 2 n3210Gb/s32

3、2.5Gb/s162.5Gb/s42.5Gb/s1.6TOAfNf1S1S2TxNMPI-Sf2Tx2Tx1SnOM/OARMPI-RSSD1R1R2RnRm1Rm2RmnSD2SDnRxNRx2Rx1OAfNR1R2RxNMPI-Rf2Rx2Rx1SMPI-SRS2S2SnRm 2Rm nTxNTx2Tx1OSCOM/OA1SOA/ODOA/OD超大容量、超长距离、在线升级、并能最大限度地保护已有超大容量、超长距离、在线升级、并能最大限度地保护已有投资、对数据投资、对数据“透明透明”、 组网灵活、具备良好的经济性和组网灵活、具备良好的经济性和可靠性可靠性开放式开放式 DWDM系统在终端复用设

4、备中，具备光接口转换功系统在终端复用设备中，具备光接口转换功能；可以接入不同厂家的能；可以接入不同厂家的 多种业务类型多种业务类型集成式集成式 DWDM系统终端复用设备中不具备光接口变换功能；系统终端复用设备中不具备光接口变换功能；接入设备中的光发送单元性能必须满足接入设备中的光发送单元性能必须满足DWDM系统的要求系统的要求(波长精度、啁啾、光谱特性、光功率等波长精度、啁啾、光谱特性、光功率等)。lDWDM的应用的应用lDWDM的优点的优点DWDM优点及应用 1.传输媒质相同传输媒质相同2.SDH：电域的同步复用；：电域的同步复用；DWDM：光域上的复用：光域上的复用3.交叉连接、分插复用从

5、电域向光域发展交叉连接、分插复用从电域向光域发展(全光网全光网)4.DWDM应用：长途干线，城域骨干网、本地网应用：长途干线，城域骨干网、本地网(PDHSDH DWDM)、接入网、接入网5.承载的业务类别的比较承载的业务类别的比较1、衰减、衰减3、非线性效应、非线性效应2、色散、色散光纤的衰耗特性 由于光纤所传送信号的不同频率成分或模式成分的群速度不由于光纤所传送信号的不同频率成分或模式成分的群速度不同，而引起传输信号畸变的一种物理现象同，而引起传输信号畸变的一种物理现象光纤的色散：光纤的色散：G.652、G.653；G.655（正负色散系数）（正负色散系数）色散：色散：材料色散、波导色散、模

6、式色散、材料色散、波导色散、模式色散、PMD色散。色散。材料色散：材料色散：纤芯材料折射率随频率的变化引起的。纤芯材料折射率随频率的变化引起的。波导色散：波导色散：光纤中具有同一模式但携带不同频率信号。光纤中具有同一模式但携带不同频率信号。模式色散：模式色散：多模光纤中存在，由信号传输的不同模式决定。多模光纤中存在，由信号传输的不同模式决定。共同点：共同点：不同频率成分所对应的不同群速度，引起脉冲展宽。不同频率成分所对应的不同群速度，引起脉冲展宽。PMD色散：色散：信号的两个偏振态的不同速率造成的色散，目前没信号的两个偏振态的不同速率造成的色散，目前没有商用化的补偿方法。有商用化的补偿方法。色

7、散系数色散系数(ps/nmkm)正色散系数正色散系数G.655光纤光纤波长波长(nm)负色散负色散系数系数G.655光纤光1550nm波长区具有最小色散和衰减，波长区具有最小色散和衰减，适合适合DWDM系统、高速信号传输系统、高速信号传输2.应用：应用：TrueWave真波光纤真波光纤(正色散区正色散区的的SPM效应有利于传输效应有利于传输)；LEAF-大有效大有效面积光纤（克服非线性效应）面积光纤（克服非线性效应）G.652光纤光纤:大量铺设，大量铺设，传高速信号需色散补偿传高速信号需色散补偿G.653光纤光纤:1550nm波长区波长区C_band混频严重，不适合混

8、频严重，不适合DWDMYDN 120-1999 光波分复用系统总体技术要求光波分复用系统总体技术要求暂行规定暂行规定YD/T1060-2000 322.5Gbit/s光波分复用系统技术要求光波分复用系统技术要求YD/T1143-2001 32/1610Gbit/s光波分复用系统技术要求光波分复用系统技术要求G.652单模光纤光缆的特性单模光纤光缆的特性G.655 非零色散单模光纤光缆的特性非零色散单模光纤光缆的特性G.661/ G.662 / G.663/G.681 与放大器相关的系列标准与放大器相关的系列标准G.671 无源光器件要求无源光器件要求G.957 SDH系统和设备的光接口系统和设

9、备的光接口G.691 具有光放大器具有光放大器SDH单信道和单信道和STM-64系统的光接口系统的光接口G.692 有光放大器多通路系统的光接口有光放大器多通路系统的光接口M.3100 通用网络信息模型通用网络信息模型G.otn 光传送网结构光传送网结构uDCF色散补偿色散补偿G.652、G.655(LEAF、TRUEWAVE)在在1550窗口有正色窗口有正色散系数及正色散斜率，信号传输时造成正色散的累积，散系数及正色散斜率，信号传输时造成正色散的累积，使脉冲展宽。使脉冲展宽。补偿原理：补偿原理：DCF光纤有负色散系数，在传输光纤中接入光纤有负色散系数，在传输光纤中接入这种光纤可抵消正色散，使

10、脉冲得到压缩（这种光纤可抵消正色散，使脉冲得到压缩（DCF色散补色散补偿器）。偿器）。SDH系统补偿，只需一定的色散补偿量；系统补偿，只需一定的色散补偿量；DWDM系统补偿，色散量一定，且要求系统补偿，色散量一定，且要求DCF有适当的负有适当的负色散斜率。色散斜率。1. 低啁啾、高波长稳定性的激光源低啁啾、高波长稳定性的激光源2. 低噪声系数、增益平坦的掺铒光纤放大器低噪声系数、增益平坦的掺铒光纤放大器3. 稳定可靠的各种光无源器件（复用器、解稳定可靠的各种光无源器件（复用器、解复用器、光纤光栅、隔离器等）复用器、光纤光栅、隔离器等）4. 光纤非线性的问题光纤非线性的问题5.超长距离传输技术（

11、超长距离传输技术（RAMAN)1)良好的光谱特性（超低啁啾声、适宜的光谱良好的光谱特性（超低啁啾声、适宜的光谱宽度）。适合开放式和集成式宽度）。适合开放式和集成式DWDM系统系统2）输出具有较高的光信噪比。）输出具有较高的光信噪比。1、直接调制光源、直接调制光源2、间接调制光源、间接调制光源电吸收调制光源电吸收调制光源(EA)马赫马赫-策恩德尔调制光源策恩德尔调制光源(M-Z)优点：技术简单、成本较低优点：技术简单、成本较低缺点：激光器有较大的频率啁啾；适用于短距离传输缺点：激光器有较大的频率啁啾；适用于短距离传输Current优点：频率啁啾较低，色散受限距离较长优点：频率啁啾较低，色散受限距

12、离较长缺点：技术较复杂缺点：技术较复杂Current优点：可忽略啁啾，色散受限距离很长优点：可忽略啁啾，色散受限距离很长缺点：成本高，技术难度大，不便于集成缺点：成本高，技术难度大，不便于集成直调光源电吸收调制光源马赫-策恩德尔调制光源色散容限ps/nm（针对2.5G速率）12002400720012800大于12800成本适中贵昂贵波长稳定性较好好很好半导体光放大器半导体光放大器(SOA)拉曼放大器拉曼放大器(Raman)掺铒光纤放大器掺铒光纤放大器(EDFA) 暂稳态 光子吸收 受激衰变 铒原子 基态 980nm 光子 1550nm 光子 隔离器 隔离器 泵浦源 掺铒光纤 耦合器 信号光入

13、 信号光出 a 原理性结构 b 光放大原理 4.输出功率比较大输出功率比较大1.噪声系数：噪声系数：(4-8dB)2.增益高：增益高：10-30dB3.耦合损耗小耦合损耗小(小于小于1dB)1. 非线性：提高了光功率，但引入了非线性：提高了光功率，但引入了ASE噪噪声，加剧了非线性效应声，加剧了非线性效应(限制了限制了EDFA的放的放大性能和长距离无中继传输大性能和长距离无中继传输)。2. 光浪涌光浪涌 3. 解决了光纤的传输衰耗问题，但不能解决解决了光纤的传输衰耗问题，但不能解决色散问题色散问题前置放大器PA功率放大器BA线路放大器LA增 益适中适中大噪声系数低适中适中应用场合接收机前发送机

14、后光中继站放大器增益不平坦的级联放大放大器增益不平坦的级联放大放大器增益平坦的级联放大放大器增益平坦的级联放大掉波1dB上波1dB0.5dB0.5dB 无增益锁定 有增益锁定SRS(受激喇曼散射)原理，采用分布式放大。泵浦增益30nm70100nm 增益谱介质薄膜解复用器介质薄膜解复用器布拉格光栅布拉格光栅阵列波导阵列波导AWG耦合器耦合器隔离器、环路器、光开关、隔离器、环路器、光开关、DCF等等14滤波器滤波器滤波器滤波器自聚焦棒透镜自聚焦棒透镜玻璃玻璃设计上可以实现结构稳定的小型化器件，信号同带平坦，且与极设计上可以实现结构稳定的小型化器件，信号同带平坦，且与极化无关，插入损耗小，通路间隔

15、度好。化无关，插入损耗小，通路间隔度好。但通路数不会很多。但通路数不会很多。1 2 N 21 NSlab波导阵列波导硅基片优点：波长间隔小、信道数多、通带平坦等优点，非常适合超高优点：波长间隔小、信道数多、通带平坦等优点，非常适合超高速、大容量的速、大容量的DWDM系统。代表了波分复用器件的发展方向。系统。代表了波分复用器件的发展方向。nnnn分波器合波器nn分波器合波器工作原理：工作原理：interlever可以把输入间隔为可以把输入间隔为50G的光分成奇偶两组，的光分成奇偶两组，而每组的间隔为而每组的间隔为100G多波长信号光从端口多波长信号光从端口1输入，在端口输入，在端口2和和3分别下载特定波长的光信号，分别下载特定波长的光信号，而在端口而在端口6和和7上载特定波长的光信号，合波后从端口上载特定波长的光信号，合波后从端口8输出。输出。Band Filter的分插示意图的分插示意图4跳跳1分插复用方案分插复用方案OMOD2BAPAODOM 2OSC 信息入信息入OSC 信息出信息出传输有关传输有关DWDM系统管理和监控信息系统管理和监控信息1.工作波长优选工作波长优选1510nm、1310nm、1625nm2.速率优选速率优选2Mb/s，实现超长传输，实现超长传输3.与主