【DWDM理论】理论

传输网络发展历程

•

信息传递经历了光－电－光三个发展阶段。•光纤传输:宽带、低损、无电磁干扰、……•PDH：无国际规范、组网能力差、网管能力差……

•SDH：统一的国际规范，组网灵活、自愈保护、强大网管、……

•PDH、SDH均为TDM，遇到电子瓶颈

•DWDM —扩展传输容量的经济有效手段

WDM

系统的特点

•充分利用光纤带宽资源，使单纤传输容量增加几倍至几十倍。

•波分复用通道各波长相互独立，且对数据格式透明。

•DWDM+EDFA技术在长途骨干网应用时，可大大延长无电中继距离。•未来光网络的基石。

WDM和

WDM 和DWDM

•DWDM ——Dense Wavelength Division Multiplexer•波分复用技术(WDM)是波分复用技术(WDM)是一种能在一根光纤上同时传送多个种能在根光纤上同时传送多个

携带有电信息(模拟或数字)的光载波, 从而实现系统扩容的光纤通信技术•最早的波分复用技术是将1310nm和1550nm的两波分复用，波长间隔为一般数十nm。波长间隔为一般数十nm

•DWDM系统只用1550nm窗口，相邻波长间隔只有0.8nm。•现在波分复用技术（WDM）通常专指密集波分复用技术（DWDM）

DWDM的DWDM 的复用概念

光功率（dBm) 光功率)

波长间隔：0.8～2nm

在EDFA 能提供增益的波长范围内。

1528 -1561nm 波长λ

波分复用系统的工作波长区为1528 ～1561 nm 。复统作工作频率为：196.1～192.1THZ （1THZ=1000 GHZ）G.692建议规定，通路间隔是100GHZ (约0.8nm)的整数倍

DWDM系统基本结构DWDM 系统基本结构

光发射机

信道1输入信道N

λ1

光

合波器

λs

λs

光中继放大

光接收机

λ1光分波器λn

光转发器1接收1

信道1

输出信道N

┇

光转发器n

λn

┇

接收n

光监控信道

接收/发送

光监控信道发送器

光监控信道接收器

网络管理系统

WDM系统关键技术

WDM 系统关键技术

—光转发技术

—光波分复用器和解复用器技术—掺铒光纤放大器（EDFA ）技术—光纤传输技术—WDM 系统的监控技术

光发射部分

•发送端涉及：

–光转发器–合波器

–光功率放大器。

光转发技术

•

DWDM 对光波频率有特殊的要求：对光波频率有特殊的要求

G.692中允许的WDM 的通道频率是基于192.1THz ，最小间隔是100G 的频率间隔系列。而SDH 的光源只要符合G.957标准即可。DWDM 要求波长稳定性好色散容限要求：

WDM 系统的电再生间距可达640Km ，而SDH 系统的电再生间距仅50~60Km，因此WDM 对于光源的色散容限要求要远大于SDH 对光源的要求

目前，对于40波系统，ZXWM-32提供8×22，5×30，3×33三种类型的配置

为何需要OTU ？

DWDM 系统系统对于输入对于输入光源有特殊要求。

••

WDM系统关键技术

WDM 系统关键技术—光转发技术

—光波分复用器和解复用器技术—掺铒光纤放大器（EDFA ）技术—光纤传输技术

—WDM 系统的监控技术

光栅型波分复用器

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用，使不同的光信号以不同的角度出射，然后经过透镜会聚

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

•要求制作工艺非常精良

λ1

λ2

λ3

λ7

λ8自聚焦透镜光栅

输入光（λ1，λ2... λ8)

阵列波导型复用器•

阵列波导波分复用器是以光集成技术为基础的平面波导型器件。

•该器件可以集成生产，在今后的接入网中有很大的潜在应用。而且除了波分复用器外，还可以作成矩阵结

构，对光信道进行上下分插（OADM ），是今后光传

送网络中实现光交换的优选方案。送网络中实现光交换的优选方案

耦合性波分复用器

原理：

通过将多根光纤熔融在一起，使多个输入波长可以耦合在一起，

达到波长合并的目的，但不能用来将不同波长进行分离。

优点

•温度特性很好

•光通道带宽较好

•制造简单，易于批量生产

缺点

•插入损耗很高

•尺寸较大，复用的波长数少

IN

λ13

λ14λ1λ2λ3λ4λ5λ6。λ15

λ16

介质薄膜滤波器型复用器

•原理：利用几十层不同的介质薄膜组合起来，组成具有特定波长选利用几十层不同的介质薄膜组合起来组成具有特定波长选择特性的干涉滤波器，实现将不同的波长分离。

•优点：通道间隔离度好、温度稳定性好

入射光（λ1, λ2... λn ）

λ1λ2

λ3

λn-1

λn

多层介质模

主要参数解释••复用通路数：插入损耗：是指波分复用器件本身对光信号的衰减作用。•合波器：当N＝32时，大概为17dB。但实际小于17dB。

•分波器：插损略小于合波器

•信道隔离度：仅对波长敏感型器件有意义，表征复用器本身对光通路信号的隔

离度离程度。

•大于25dB，实际大于40dB。

•中心波长进出复用器的波长与ITU-T 中心波长：进出复用器的波长与ITU T 规定的标准波长相比不能有太大偏差，偏差

（±10GHZ ），否则会引起系统的崩溃。

•

•反射系数：是指在波分复用器件的输入端反射光功率与入射光功率之比反射系数：是指在波分复用器件的输入端，反射光功率与入射光功率之比。最大差损：经过复用器后，插入损耗最大的波长与插入损耗最小的波长之间的

差损差值。

WDM系统关键技术

WDM 系统关键技术—光转发技术

—光波分复用器和解复用器技术

—掺铒光纤放大器（EDFA ）技术

—WDM 系统的监控技术

—光纤传输技术

光放大器)

传统的再生方式采用光/电/光的3R 技术将微弱信号整形放大。)光放大技术可利用一个光放大器将一定波长范围内的光信号光放大技术可利用个光放大器将定波长范围内的光信号直接放大，大大节省用户投资，使DWDM 技术走向实用化。)光放大器主要有掺铒光纤放大器，掺铷光纤放大器和半导体光放大主要有掺铒光纤放大掺铷光纤放大和半导体

放大器等，目前掺铒光纤放大器已非常成熟。

)放大器类型：

功率锁定型：当输入功率对于一定值时，其输出功率为一个恒定值，多用于单波长系统。于单波长系统

增益锁定型：对各波长的增益一样，使各通路功率独立，便于计算主光通路增益。

光放大器•

掺铒光纤放大器（EDFA ）：是在光纤中掺入稀有金属铒离子而构成的光纤放大器。铒离子在泵浦光的作用下可形成粒子数反转分布，当有外来光输入时会受激发光，从而产生光放大作用。

EDFA的工作原理的

作原理N ~

30快速非辐射跃迁

1550n

980n

m 泵浦信号m N 2

1530 -1560n

m 受激吸收1480泵浦m 受激辐射跃迁和

自发辐射跃迁

N 1

后向泵浦，双向泵浦

光隔离器

输出信号

光隔离器

输入信号

掺铒光纤

泵浦激光器

光隔离器

耦合器

输入信号

掺铒光纤

光隔离器

输出信号

泵浦激光器

泵浦激光器

EDFA的局限性

•非线形问题：当光功率达到一定程度时，会有非线形效应产生，所以并非功率越大越好。

–限制最大入纤光功率

–在相同长度的复用段内，采用采用多跨距、小增益OA 的系统要比少跨距、大增益的系统要比少跨距大增益OA 的系统更合适。的系统更合适

•色散问题：放大器仅仅补偿因衰耗而引起的功率问题但是随着传输距离的增加总色散随率问题，但是随着传输距离的增加，总色散随之增加，从而成为限制系统的主要因素。

•光浪涌问题：当输入信号能量跳变时，输出光光浪涌问题当输入信号能量跳变时输出光功率出现尖峰，即为浪涌。

–自动功率切断/减少（APSD ）/（APR ）防止浪涌现象.

EDFA的主要技术参数

•带宽带宽：是指是指EDFA 能进行平坦放大的光波长范围。能进行平坦放大的光波长范围1530nm -1565nm •增益平坦度增益平坦度：用放大带宽内增益的最大差异值来表征。用放大带宽内增益的最大差异值来表征要求进入OA 的各波长具有相同的光功率。

–增益平坦度: +-1db:+1db

•输出功率：注意控制单个复用通路的输出光功率。

–OPA O A 的单路输出控制在-33

–OBA 和OLA 的单路输出控制在0～+5dBm

•通道增益：输出光功率和输入光功率之比。输出光功率和输光功率之比17/22/25/30/33dB•噪声系数：输入端信噪比与输出端信噪比之比。噪声系数输入端信噪比与输出端信噪比之比

WDM系统关键技术

WDM 系统关键技术

—光转发技术

—光波分复用器和解复用器技术—掺铒光纤放大器（EDFA ）技术—WDM 系统的监控技术—光纤传输技术

DWDM

系统的监控技术

对监控通道的要求：

不限制限制EDFA 所所用的泵浦波长；泵浦波 不能限制两个线路放大器之间的距离 不能限制未来在1310nm 波长上的业务 不依赖于信息信号的格式；

线路放大器失效时仍能使用；

监控通道的实现：

采用1510nm 的波长

信号速率为2.048Mb/s，帧格式符合G.704标准。

WDM系统关键技术

WDM 系统关键技术

—光转发技术

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光纤传输技术

•三个适合传输的窗口：

–850nm、1310nm、1550nm

•两大类光纤：多模光纤、单模光纤两大类光纤：多模光纤单模光纤•影响传输的两大因素：色散、衰耗

–1310nm：零色散窗口–1550nm：最小衰耗窗口

1550nm：最小衰耗窗口

常用单模光纤•G

G.652光纤：色散未移位光纤，在1310nm波长窗口色散性62光纤色散未移位光纤在1310波长窗色散性能最佳，它可应用于1310nm和1550nm两个波长区；可以支持DWDM。

•G.653光纤：色散移位光纤，零色散窗口为1550nm，它主要应用于1550nm工作波长区。适合单波长大容量的SDH系统容易发生波混频不能用于统。容易发生4波混频，不能用于DWDM系统系统

•G.654光纤：色散未移位光纤，主要工作于1550nm窗口，以降低衰耗为其主要目的传输距离大传输容量小以降低衰耗为其主要目的。传输距离大，传输容量小。•G.655光纤：零色散未位移光纤。解决了G.653光纤在传输WDM系统时会出现四波混频效应的难题。应用于1550nm波长区域。用来传输以2.5Gb/s或10Gb/s为基群的大容量和超大容量WDM系统。

色散效应对传输的影响

散效应对传输的影响受色散限制的无中继距离（理论值）速率（G.652（G.655（G.652）

2.5Gb/s928km 4528km 6400km 10Gb/s58km 283km 400km 20Gb/s1414.5km 5km 70km 100km 40Gb/s3.6km 18km 25km 实际传输距离比理论值少20％——40％左右