光纤通信课件：DWDM

内容提要1.概述2.DWDM技术概要3.DWDM组网考虑一概述一概述以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6～9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2～3倍话音业务数据业务宽带综合业务

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2502001501005001151352IP23106250话音话音和IP通信量的增长情况1996199719981999201020201058通信波段划分及相应传输媒介10110710210610310510410410510310610210710110810010910-1101010-2101110-3101210-4101310-5101410-61015ELFVFVLFLFMFHFVHFUHFSHFEHF自由空间波长，m频率，Hz电力、电话无线电、电视微波红外可见光双铰线同轴电缆光纤卫星/微波AM无线电FM无线电频段划分传输介质传输技术的的演变模拟信号数字传输：高质、安全、集成……光纤传输：宽带、低损、无电磁干扰、价低……光纤数字传输综合好处→PDH飞速发展PDH的组网缺点→SDH：灵活的组网能力、强大的网管、带宽管理及自愈保护……SDH与PDH均为TDM（时分复用）电子电路限制高速SDH的发展电子瓶颈波分复用（WDM，DWDM）+EDFA扩展传输容量的新手段全光通信网信息高速公路的骨干网(1)传统的电传输系统EMUX电端机再生中继再生中继EDMUX电复用电解复用电端机同轴电缆、微波……传输系统的演变O/E/O光缆EMUX再生中继再生中继EDMUX电复用电解复用光接收(2)光电混合型光纤传输系统光发送(3)DWDM光纤传输系统OMUXODMUXOAOAOA光发送光发送光发送λ１λ２λΝλ１，λ２……λΝ光接收光接收光接收λ１λ２λΝTbit技术到干线网21世纪的传输Gbit技术到办公室/家庭Mbit技术到个人扩容的选择空分复用

SDM(SpaceDivisionMultiplexer)时分复用

TDM(TimeDivisionMultiplexer)波分复用

WDM(WavelengthDivisionMultiplexer)TDM和WDM技术合用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采用WDM前的扩容采用WDM后的扩容

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

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二DWDM技术概要DWDM系统的分类以信道速率分类：2.5Gbit/s、10Gbit/s及混合速率

以信道承载业务类型分类：PDH、SDH、ATM、

IP或混合业务等以信道数分类：4、8、16、32等以系统接口分类：集成式或开放式系统还可以总容量、地理域或网络功能等分类开放式和集成式系统结构开放式4波、8波、16波、32波WDM系统集成式4波、8波、16波、32波WDM系统波长转换(WavelengthConvertion)开放式系统的关键技术------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

光传输和光放大部分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光纤衰耗光纤衰减(dB)10.05.02.01.00.51982年1980年1978年0.81.01.31.51.7波长

(mm)三种光纤色散情况比较1550nm1310nm色散ps/nm·km普通光纤(SMF,NFSF,G.652)波长

l色散位移光纤(DSF,G.653)非零色散位移光纤（NZDSF,G.655）180DWDM波长范围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方案可升级扩容结论:

不适用于10Gb/s以上速率传输，主要应用于2.5Gb/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1530－1565nm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，是未来大容量传输，DWDM系统用光纤的理想选择。隔离器WDMEDF隔离器泵浦激光器输入信号输入信号隔离器WDMEDF隔离器输入信号输入信号泵浦激光器隔离器WDMEDF隔离器输入信号输入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光放大器基本原理EDFA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光线放(OLA)增益G=20~25dBPout=+17dBm增益G=20~25dBPin=-28dBmATT增益G=25、30/33dBPout=+17dBm增益G=30~35dBPout=+17dBm光功放(OBA)光预放(OPA)OBAOPAOBAOLAOPA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EDFA光放大器增益平坦技术高含铝掺饵光纤(Al-EDF)长周期光纤光栅(损耗特性与放大器的增益特性相反来抵消增益的不均匀性)波长增益掺铒光纤放大器（EDFA）1545~1560nm红带滤波器蓝带滤波器掺铒光纤放大器（EDFA）1530~1545nm波长增益EDFA光放大器增益锁定技术泵浦源功率控制饱和光控制技术光功率检测控制输入光功率检测输出光功率检测PinPout泵浦激光器EDF半导体光放大器（SOA） 掺铒光纤光放大器（EDFA）掺镨光纤光放大器（PDFA）激光拉曼光放大器

(SRA)1550EDFA增益窗口30nm~60nm光放大器增益光纤衰减除去OH峰外>300nm低损耗窗口波长nm8501310PDFASOASRA光放大器技术的发展EDFA增益窗口30nm~60nmPDFASOASRA发射和接收有源部分中心波长和中心频率196.0199.0195.0194.0193.0192.0191.015051510153015351540154515501555156015651570OSC信道151010nmC-BandL-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193.1THz（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中心波长和中心频率光发送机

光源的波长稳定12指定波长符合ITU-T规定波长漂移/5（ITU-T），/10（国家）光源的色散容限光谱宽度@-20dB<0.2nm光发送机光谱特性

121-3dB发光二极管（LED）121-3dB121-20dB多纵模激光器（MLM）单纵模激光器（SLM）T(C)(nm)对于1.5mDFB激光器，波长温度系数约为13GHz/C管芯温度和波长关系曲线0TEC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波长控制技术之一温度反馈控制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波长控制技术之二波长反馈控制

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

外调制方式

－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

工作波长范围的响应度对SNR的灵敏度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*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-TG.671及相关建议的要求。合波器

常用的合波器类型有耦合器型、介质薄膜滤波器型和集成光波导型。

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