DWDW的发展和应用

DWDM的发展和应用

一、DWDM系统概述

二、DWDM系统关键技术

三、DWDM的应用及展望

光通信是目前发展最快的领域。商用DWDM系统最大容量为320Gb/s、1.6Tb/s。实验室进行了大容量DWDM的试验。光交叉连接与波长路由器已经问世；数据与光的结合，未来的网络可能将是把IP/ATM交换机直接接至光传送网上；向光组网的转变是宽带革命的核心。城域DWDM已经开始应用；DWDM系统已从4×2.5Gb/s向32×10Gb/s、1.6Tb/s系统过渡。运营商：中国电信、中国移动、联通、网通、铁通等。DWDM技术发展背景什么是波分复用？高速路加油站巡逻车把不同波长的光信号复用到一根光纤中进行传送(如每个波承载一种TDM电信号）的方式统称为波分复用。DWDM1.21.31.41.51.61.7波长(m)损耗(dB/km)0.10.20.40.81.025THz0光纤通信窗口的损耗状况目前使用:C波段：1525~1565nmL波段：1570~1620nm正在开发:S波段：1400nm波段DWDM产品的演变32×10Gb/s32×2.5Gb/s16×2.5Gb/s4×2.5Gb/s160×10Gb/sDWDM的工作方式DWDM系统原理图Rx1RxnRx2Tx1Tx2TxnMUXOLADEMUXOSCOSCOSCDWDM的发展WDM技术在90年代初出现，但在95年以前没有很快发展，原因有三个：

TDM技术的发展：155Mb/s-622Mb/s-2.5Gb/sTDM技术相对简单。因此，在2.5Gb/s系统以下，在系统升级时，人们会首先选用TDM技术；

WDM关键器件还没有完全成熟，如波分复用器/解复用器和光放大器；

应用中对传输容量的需求还不高，TDM设备的容量还能够满足需求。

95年以后，WDM技术发展进入快车道，因为：

各种数据业务的爆炸性发展，对传输容量的需求急剧增加，传输干线的需求目前已达到10Gb/s以上；

TDM技术在10Gb/s以上面临电子元器件的挑战；

已广泛铺设的G.652光纤在1550nm窗口的高色散限制了TDM高速系统的应用；光电器件的成熟和发展，使WDM产品的商用化成为可能。DWDM技术发展趋势IPATMSDHDWDM光纤物理层OpenOpticalInterfaceSDHATMIP其它DWDM技术发展趋势可配置OADM点对点DWDM传输可重构OXCOXCl1l2lNl1l2lNlililklk光通信的三个发展阶段PDHSDHDWDM155M622M2.5G10GG.957G.691G.692光接口的规范G.957——SDH设备和系统的光接口；G.691——带有光放的SDH单信道的速率到达 STM-64系统的光接口；G.692——带有光放的多信道系统的光接口二、DWDM系统关键技术光放大器(EDFA)色散补偿（模块）光波分复用器和解复用器技术光放大器(EDFA)EDFA采用两级放大结构；中间段为DCU色散补偿单元（或小型OADM）泵浦波长：第一级：980nm；第二级：1480nmEDFA还含括：适当的光滤波器，以便上下光监控信道（1510nm）内置可调光衰减器，通过调节中间段的损耗控制输入功率来优化EDFA的光谱平坦度。EDFA输出功率：无外置泵浦模块：+17dBm;+20dBm;带外置泵浦模块(1480nm)：+20dBm;+23dBm;，铒掺杂光纤隔离器WDM耦合器PinPoutlNl2l1lNl2l1隔离器泵浦激光器980nm,1480nm掺铒光纤放大器

EDFA光耦合器（WDM）光耦合器，顾名思义，就是具有耦合的功能，其作用是将信号光和泵浦光耦合。一起送入掺铒光纤，也称光合波器，通常使用光纤熔锥型合波器。光隔离器（ISO）光隔离器（ISO）是一种利用法拉第旋光效应制成的，只能允许光单向传输的器件。光路中两只隔离器的作用分别是：输入光隔离器可以阻挡掺铒光纤中反向ASE对系统发射器件造成干扰，以及避免反向ASE在输入端发生反射后又进入掺铒光纤产生更大的噪声；输出光隔离器则可避免输出的放大光信号在输出端反射后进入掺铒光纤消耗粒子数从而影响掺铒光纤的放大特性。泵浦激光器（PUMP）泵浦激光器是EDFA的能量源泉，它的作用是为光信号的放大提供能量。通常是一种半导体激光器，输出波长为980nm或1480nm，泵浦光经过掺铒光纤时，将铒离子从低能级泵浦到高能级，从而形成粒子数反转，而当信号光经过时，能量就会转移到光信号中，从而实现光放大的作用。掺铒光纤放大器

EDFA980nm1480nmN1N3~0N21550nm1550nm信号光泵浦光EDFA的工作原理E3激发态E2亚稳态E1基态1.掺铒光纤（EDF）掺铒光纤是光纤放大器的核心，它是一种内部掺有一定浓度Er3+的光纤，为了阐明其放大原理，需要从铒离子的能级图讲起。铒离子的外层电子具有三能级结构，E1是基态能级，E2是亚稳态能级，E3激发态当用高能量的泵浦激光器来激励掺铒光纤时，可以使铒离子的束缚电子从基态能级大量激发到高能级E3上。然而，高能级是不稳定的，因而铒离子很快会经历无辐射衰减（即不释放光子）落入亚稳态能级E2。而E2能级是一个亚稳态的能带，在该能级上，粒子的存活寿命较长，受到泵浦光激励的粒子，以非辐射跃迁的形式不断地向该能级汇集，从而实现粒子数反转分布。当具有1550nm波长的光信号通过这段掺饵光纤时，亚稳态的粒子以受激辐射的形式跃迁到基态，并产生出和入射信号光中的光子一模一样的光子，从而大大增加了信号光中的光子数量，即实现了信号光在掺饵光纤传输过程中的不断被放大的功能。EDFA的工作原理色散补偿技术色散的定义

光脉冲信号进入光纤后经过长距离传输，在光纤输出端，光信号波形发生了时间上的展宽。

偏振模色散（PMD）

光脉冲信号沿X轴振动和沿Y轴振动，每个轴代表一个偏振模，两个偏振模到达的时间差称为偏振模色散PMD。DWDM色散补偿脉冲展宽，导致了脉冲与脉冲相重叠现象，产生了码间干扰。色度色散对DWDM系统的影响DWDM色散补偿

光模块的色散容限

光模块本身可以容纳一定范围的色散，例如：

10G光模块常见的有800ps/nm、400ps/nm2.5G常见的有12800ps/nm

光纤的色散系数

不同类型的光纤具有不同的色散系数，例如：G.652光纤的色散系数为20ps/nm/km，采用12800ps/nm的光模块时最远可传输640km。

DWDM色散补偿DWDM色散补偿色散分布图光波分复用器和解复用器技术

复用器fiber解复用器光波分解复用技术主要包括：阵列波导技术、衍射光栅技术、干涉薄膜技术和光纤光栅技术等光波分复用技术还包括耦合器技术。

介质薄膜滤波器型阵列波导光栅型耦合器型34衍射光栅型341234。。。34343434DWDM复用和解复用器原理

属于角色散型器件，当光到光栅上后，由于光栅的角色散作用，使不同的光信号以不同的角度出射，然后经过透镜会聚到不同的输出光纤，从而完成波长选择和分离的作用，反之就可以实现波长的合并。优点波长选择特性优良，可以使波长间隔小到0.5nm左右并联工作，插入损耗不会随复用信道的数目增加而增加缺点

温度稳定性不好光栅型复用器/解复用器的原理及特点DWDM应用展望

目前，40GDWDM技术成熟、市场需求明显，100GDWDM技术尚未成熟，短期内没有成本优势。未来2-3年内40GDWDM仍是主流高速传输技术，并与100GDWDM共存，而100GDWDM完全取代40GDWDM则需要整个产业链的成熟与推动。

100GDWDM是当前高速光传输值得期待的技术，3年内可以开始批量商用，市场窗口将长期存在。对于运营商来说，在10GbE和GbE业务的基础上，是希望DWDM终端设备的机箱的部署速度更快，更容易，是否适合在原有的运营成本上升级或过渡到100G的带宽，有几个关键的要素。数据中心互连有适应更长距离的趋势要求。