DWDM技术及应用探讨毕业论文.doc

四川邮电职业技术学院毕 业 论 文论文（设计）题目： dwdm技术及应用探讨 班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 时间： 2012年 5 月 30 日四川邮电职业技术学院毕 业 设 计（论文）任 务 书班级姓名学号论文（或设计）题 目dwdm技术及应用探讨指导教师姓名指导教师专业技术职称高级工程师设计根据、内容、技术要求，主要设计方法（或步骤）：传统的光纤通信系统（pdh和sdh）采用“一纤一波”方式由于受器件自身特性的限制，其传输容量及扩容方式均无法满足目前传输网络对大容量、高性能的需求，而且光纤的巨大带宽资源没有充分利用。密集波分复用技术（dwdm）由于具有独有的技术优势，能简单、经济、有效地扩展传输容量，并能充分利用光纤带宽资源，这种新的传输技术成为了目前光纤扩容的最有效、最经济的手段。本论文要求阐述如下内容：第一章：绪论（研究背景、意义，dwdm技术原理简介、dwdm技术的特点）第二章：dwdm关键技术（光源技术、光转发技术、光合波分波技术、光放大技术光传输技术（光纤类型）、光监控通道技术） 第三章：dwdm设备、组网方式及设计原则3.1 dwdm网络的设备类型3.2 dwdm网络的组网方式3.3 dwdm组网原则 第四章：xx电信干线dwdm系统工程设计4.1设计要求4.2设备选型4.3网络结构方案设计及站点配置第五章 总结与展望主要参考文献、资料：1 dwdm在城域网应用分析.刘子晶等.山西电子技术.2007（11）2 张智江，陆斌.dwdm技术原理与应用.北京：电子工业出版社，2002要求完成时间2012年5月30日dwdm技术及应用探讨【摘要】随着人类社会信息技术时代的到来，发展迅速的各种新型业务对通信网的容量提出了更高的要求。面对市场需求增长，现有通信网络规模、传输能力不相适应等多方面的问题，需要从多种方案中找出低成本的解决方法，其中较好的方案是波分复用技术，尤其是其中的密集波分复用技术(dwdm)。dwdm利用现有的光缆资源，使每根光纤上传输更多路信号，极大地提高了通信容量，降低了通信传输系统建设和运行成本，同时为建设全光网络奠定了基础。传输网络是整个电信网络的重要组成部分，而光纤通信是目前最重要的一种传输方式。为了进一步提高光纤通信的传输速率和传输容量，提出了不同的解决方案，其中波分复用方案是最好的一种解决方案。论文首先介绍了dwdm系统的原理，特性，关键技术等方面。其次，通过分析xx电信干线，对此干线dwdm系统工程设计。包括设备选型、网络结构方案设计及站点配置等。最后对论文做了总结，并对波分复用系统的发展趋势做了展望。关键词：密集波分复用 光纤 传输网目 录第一章 绪 论4第二章 dwdm关键技术6第一节 光源技术6第二节 光转发技术6第三节 光合波分波技术7第四节 光放大技术7第五节 光传输技术（光纤类型）7第六节 光监控通道技术8第三章 dwdm设备、组网方式及设计原则9第一节 dwdm网络设备类型9第二节 dwdm网络的组网方式11第三节 dwdm组网原则12第四章 xx电信干线dwdm系统工程设计14第一节 设计要求14第二节 设备选型15第三节 网络结构方案设计及站点配置16第五章 总结与展望19致 谢20第一章 绪 论 目前，以ip业务为主的数据业务是当今世界信息产业发展的主要推动力，在未来十年内，世界主要电信网络的数据业务量将可能大大超过话音业务量，网络的业务构成将发生根本性的变化，传输网承载的业务将向以数据业务为中心的方向融合。在这种大背景下，作为承载各种业务的最基本载体的光缆传输网，其网络结构将逐步适合于数据业务的发展，提高业务适应性，是传输网发展的必然趋势。从现有的以ip业务为主的数据业务对传输带宽的迫切需求以及迅猛增长的趋势来看，充分利用电信运营商现有的网络资源，构筑新一代大容量dwdm传输平台，是非常及时和必要的。 dwdm光纤通信系统是利用光波波长分割复用技术，在传统的光纤通信系统中增设光波分复用器件(分波器、合波器)，利用单根光纤同时传输几个不同的光载波的信号。利用单模光纤的宽带以及低损耗的特性，将窗口附近的承载不同业务信号的不同波长耦合到一根光纤中进行传输，并在接收端对其解复用后再分别进行接收。dwdm技术以较低的成本、较简单的结构形式成几倍、数十倍的扩大了单根光纤的传输容量，使其成为未来宽带光网络中的主导技术。与通用的单信道系统相比，dwdm不仅极大地提高了网络系统的通信容量，充分利用了光纤的带宽，而且它具有扩容简单和性能可靠等诸多优点，特别是它可以直接接入多种业务更使得它的应用前景十分光明。（1） 可以充分利用光纤的巨大带宽资源，使一根光纤的传输容量比单波长传输增加几十倍甚至上百倍。（2） 在大容量长途传输时可以大量节约光纤。能够有效缓解光纤耗尽现象，利用波分复用不必对原有系统作较大的改动即可比较方便地进行扩容。（3） 由于同一光纤中传输的信号波长彼此独立，因而可以传输特性完全不同的信号，完成各种电信业务信号的综合和分离，包括数字信号和模拟信号，以及信号和信号的综合与分离。（4） 波分复用通道对数据格式是透明的，即与信号速率及电调制方式无关。一个系统可以承载多种格式的“业务”信号，对于“业务”层信号来说，dwdm的每个波长就像“虚拟”的光纤一样。（5） 在网络扩充和发展中，dwdm技术是理想的扩容手段，也是引入宽带新业务的方便手段，增加一个附加波长即可引入任意想要的新业务或新容量。（6） 利用dwdm技术选路来实现网络交换和恢复，从而可能实现未来透明的、具有高度生存性的光网络。（7） 长距离无电中继传输时，dwdm的应用可以大大减少长途干线系统中继器的数目，减少成本。距离越长，节省成本就越多。第二章 dwdm关键技术第一节 光源技术dwdm系统的最重要特点是每个系统采用不同的波长，一般波长间隔为100ghz或200ghz，这对其所用光源提出了较高要求。除了准确的工作波长外，在整个寿命期间波长偏移量都应在一定的范围之内，以避免不同的波长相互干扰。即激光器必须工作在标准波长、且具有很好的稳定性。另一方面，由于采用了光放大器，dwdm系统的无电再生中继距离大大延长。dwdm系统中，每隔80km-120km有一个edfa，只进行放大，没有整形和定时功能，不能有效去除因线路色散和反射等带来的不利影响，系统经500-600km传输后才进行光电再生，因而要求光源的色散受限距离大大延长，这对光源的要求提高很多。第二节 光转发技术在dwdm网络实现中，起关键作用的技术就是所谓的光转发技术。因为，一方面，网络新业务的接入和建立需要通过用户网络接口（uni）的otu传递到控制层面，而控制层面在管理层面决策后必需通过otu来实现业务建立、数据封装和fec保护等；另一方面，在业务建立后，由于透明传输域相当于只是透明的传输管道，无法对业务质量和网络传输状况进行有效的监测，因此从透明传输域我们无法提取管理层面所需的业务和网络的性能信息，所以必须在透明域之间的nni接口的otu进行业务和网络性能信息的提取3.同时otu也可以进行部分的智能化自动处理，比如自动保护倒换（aps）、网络对等节点业务监控等功能.其主要功能为：实现业务封装、业务性能信息的提取处理、网络监控信息的提取处理等功能.业务封装功能主要用于在uni对用户信号封装和在nni接口衔接两个采用不同传送协议的透明域之间的封装协议转化。业务性能信息提取处理功能完成对在透明域传输的信号的性能监测、告警、fec计算和分析等功能，同时在控制部分控制下对业务信号进行处理.而网络控制信息提取处理功能完成传送层网络控制信息的提取分析和控制层对等节点之间的通信。这部分的功能模块包括：帧头同步与复帧识别，fec编、解码，信头处理，数字包封与解包封，sdh信息处理及一些数据通道。第三节 光合波分波技术合波器和分波器共同构成波分复用器（omd）。光合波器用于传输系统发送端，是一种具有多个输入端口和一个输出端口的器件，它的每一个输入端口输入一个预选波长的光信号，输入的不同波长的光波由同一个输出端口输出。光分波器用于传输系统接收端，正好与光合波器相反，它具有一个输入端口和多个输出端口，它将多个不同波长的光信号分离开来。光合波器一般有耦合器型、介质膜滤波器型和集成光波导型等种类。光分波器主要有介质膜滤波器型、集成光波导型、布拉格光栅型等种类。其中，集成光波导技术使用最为广泛，它利用光平面波导构成nm个端口传输分配器件，可以接收多个支路输入并产生多个支路输出，利用不同通道的置换，可用作合波器，也可用作分波器。具有集成化程度高的特点，但是对环境较为敏感。第四节 光放大技术光放大器可以作为前置放大器、线路放大器、功率放大器，是光纤通信中的关键部件之一。掺饵光纤放大器（edfa）的性能优越，已经在波分复用实验系统、商用系统中广泛应用，成为现阶段光放大器的主流。为了实现光功率放大的目的，将一些光无源器件、泵浦源和掺饵光纤以特定的光学结构组合在一起，就构成了edfa掺饵光纤放大器5。信号光和泵浦激光器发出的泵浦光，经过dwdm器合波后进入掺饵光纤，其中两只泵浦激光器构成两级泵浦，edf在泵浦光的激励下可以产生放大作用，从而也就实现了放大光信号的功能。第五节 光传输技术光纤制作技术现已基本成熟，并大量生产，当今普遍采用的是零色散波长1.3um的单模光纤，而零色散波长1.55um的单模光纤已研制成功，并已进入实用阶段，它在1.55um波长的衰减很小，约0.22db/km，所以更适合于长距离大容量，是长距离骨干网的优选传输介质。目前，为了适应干线和局域网的不同发展要求，己研制出非零色散光纤、低色散斜率光纤、大有效面积光纤、无水峰光纤等新型光纤。而人们对超长波长光纤的研究，仍处于一种理论探讨阶段。其传输距离理论上可达到数千公里，可以达到无中继传输。目前，应用于长途通信的单模光纤主要g.652和g.655光纤，g.653光纤在实际应用中是比较少的。第六节 光监控通道技术根据itu-tg.692建议要求，dwdm系统要利用edfa工作频带以外的一个波长对edfa进行监控和管理。目前在这个技术上的差异主要体现在光监控通道（osc）波长选择、监控信号速率、监控信号格式等方面。现在实用的系统都是wdm加edfa系统。edfa用作功率放大器或前置放大器时，传输系统自身用的监控通道就可用于对它们的监控。但对用于线路放大的edfa的监视管理，就必须用单独光通道传输监控管理信息了。itu-t建议采用一个特定波长传送监测管理信号，波长位于业务信息传输带外时可选1310nm、1480nm、1510nm。此时由于它们位于edfa增益带宽之外，监控信号不能通过，也就是必须在edfa前取出，在edfa之后再插入上光路，即带外波长监控技术。由于带外监控信道的光信号得不到edfa的放大，所以传送的监控信息速率较低，一般为2m/s，所以虽不经放大也能正常工作。第三章 dwdm设备、组网方式及设计原则第一节 dwdm网络设备类型dwdm设备一般按用途可分为光终端复用设备、光线路放大设备、光分插复用设备、电中继设备几种类型。设备总体构成如图：图3-1 dwdm系统结构（1） 光终端复用设备：在发送方向光终端复用设备把stm-16信号经合波器复用成一个dwdm主信道信号，然后对其进行光放大，并附加上光监控信道信号。在接收方向，先把光监控信道信号取出，然后对主信道信号进行光放大，经分波器解复用成个32个波长的信号。 图3-2 光终端复用设备（2） 光线路放大设备光线路放大设备在每个传输方向配有一个光线路放大器。每个传输方向的ola先取出光监控信道信号并处理，再将主信道信号进行放大，然后将主信道信号与光监控信道信号合路并送入光纤线路。 图3-3 光线路放大设备（3） 光分插复用设备系统的光分插复用可采用两种，方式即一块单板采用静态上下波长的oadm和两个otm采用背靠背的方式组成一个可上下波长的设备。 图3-4 光分插复用设备（4） 电中继设备对于需要进行再生段级联的工程，要用到电中继设备。电中继设备无业务上下，只是为了延伸色散受限传输距离。 图3-5 电中继设备第二节 dwdm网络的组网方式波分复用光传输系统最基本的组网方式为点到点方式、链形组网方式、环形组网方式，由这三种方式可组合出其它较复杂的网络形式。与stm-16设备组合，可组成十分复杂的光传输网络。(1) 点到点组网图3-6 点到点方式(2) 链形组网图3-7 链形组网方式(3) 环形组网图3-8 环形组网方式第三节 dwdm组网原则遵循 itu 一 t 建议规范，以技术先进性和通信成本经济性的统一为原则，合理选用器件和子系统。1. 光纤类型选择的原则建设、开通、使用一个 dwdm 系统要考虑既有的光纤资源，要考虑设备和既有光纤的相容性，尽可能地不再重复建设光缆网络。光缆通道的建设毕竟要受到地域、时间等许多不可控客观条件的限制，而设备升级和改造比起光缆建设来讲要可控的多，相对容易一些。2. 通路组织原则(1) 拒绝容纳小容量站，即使两个大容量站的距离过长也只采取加在线放大器，而不主张在小容量站开口。小容量站的通信需求通过其他路由先进到大容量站后再进入 dwdm 系统。若实在没有合适路由时，可以采用其他灵活的设计方式解决。(2) 分站的设置、站间距离的设计应和实际相结合，建设网络就是为运营服务的，不要过多地考虑规范目标距离。可以采用调整设备配置的办法来调整传输距离。(3) 分配给同一站的信道尽量不用邻近信道，信道的功率应尽可能相同。以上是波分复用系统设计的基本原则，也是本设计遵循的原则。dwdm 系统在进行设计时，需要考虑的因素主要有以下几个方面：色散，偏30振模色散限制，系统光信噪比，非线性效应的影响等。具体的应用在电信干线dwdm 系统设计章节中展开说明第四章 xx电信干线dwdm系统工程设计第一节 设计要求工程设计要求：本工程拟选用 c 波段 80 波以 10gbit/s 为基础速率的单纤单向波分复用系统，提供等效 80 波承载 sdh 10gbit/s 双向传输系统的能力；和选用 c 波段 40 波以10gbit/s 为基础速率的单纤单向波分复用系统，提供等效 40 波承载 sdh 10gbit/s双向传输系统的能力。提供的合同设备必须按照中国电信传输软件版本相关管理办法的规定，通过中国电信设备及网管软件版本测试。在使用中也应遵循中国电信传输软件版本相关管理办法的要求。并且根据设备性能，针对工程设计要求，提供本工程各 dwdm 光放段和光复用段配置的综合计算结果，包括：衰减、色散补偿（dcm）、pmd 等。并分别计算每个光放段(span)每个信道的 osnr 值和每个光复用段的 ber 值和 q 值。具体的组网情况如下：1. 80x10gbit/s dwdm 环网：中环：成都新华德阳绵阳南充遂宁内江资阳成都贝森南环：成都新华眉山乐山自贡宜宾泸州内江（注：其中南环“自贡宜宾泸州内江”为 40x10gbit/s 系统）2. 40x10gbit/s dwdm 环网：北环：绵阳广元巴中达川广安南充成雅西攀环：成都贝森雅安西昌攀枝花乐山3. 80x10gbit/s dwdm 链：32成遂绵链：绵阳遂宁成都贝森内自链：自贡内江4. 40x10gbit/s dwdm 链：巴南链：巴中南充雅乐链：雅安乐山第二节 设备选型本次工程中兴通讯采用 zxwm m900 密集波分设备组建网络。zxwm m900 密集波分复用光传输系统（简称 zxwm m900 系统）是中兴通讯开发的 dwdm 产品，工作波长位于 1550nm 窗口附近的 c、l 波段，传输容量最高可达到 1600gbit/s，支持多种业务的接入，保护完善，网络管理功能强大。该系统适用于大容量的光传输，能充分满足不同层次用户的组网和管理要求，广泛服务于国家和省际干线网、省内干线网、本地交换网以及各种专网。为保证干线传输网络的安全和稳定，zxwm m900 可以提供多种有效的保护方式：基于光网络层面的光通道 1+1 保护、光复用段 1+1 保护，以及在利用 oadm设备组成环型网络时的通道或复用段共享保护等。zxwm m900 还具有设备级的单元保护方式，可对光转发单元进行光通道的 1：n 保护。zxwm m900 设备可提供最大 1600gbit/s 的传输容量，满足未来不断增长的带宽需求。系统采用模块化结构设计，具有极好的兼容性和扩展性，具有多机架管理技术，通过增加光转发子架和部分单板，即可实现 40 波及以下的传输系统向160 波的平滑升级，最大限度地保护用户的投资。zxwm m900 是全开放式的 dwdm 系统，可以实现与标准内的其他厂商的dwdm 设备互联互通，有利于运营商实现多厂家竞争的网络战略格局，最大程度上节省网络建设投资。中兴通讯的 dwdm 长途干线产品 zxwm m900，其主要功能特点如下：完善的平滑升级能力：模块化结构设计、多机架管理技术、灵活的mux/dmuxinterleaverc/l 通带合分波器的设计等技术，可保证系统 40 波80 波160 波的平滑升级与扩容。超长距离传输能力：系统采用诸多先进的超长距技术包括带外 fec 和afec 技术、rz 技术、自适应接收技术、拉曼放大器技术和大功率edfa 技术，极大地满足用户对超长距离传输的需求。强大的多业务接入能力：可接入 stm-64、stm-16、stm-4、stm-1等 sdh 业务，10gbe、ge、atm over sdh、pos 格式的光信号，以及 10mbit/s2.5gb/s 之间的业务。业务汇聚功能提高带宽利用率：支持 8*ge、4*stm1、4*stm4、4*stm-16 的业务汇聚功能，同时对于 sdh 业务的汇聚提供开销透传功能。系统采用动态路由协议实现 dwdm 监控信息的传送：动态路由协议自动寻找路由，网络结构发生变化时无须重新配置路由表；在环网系统中，当某一跨段发生故障时，动态路由协议会自动寻找其他可达路由，从而实现监控信息的路由保护。提高了大规模网络系统的可维护性和可操作性。系统中的 osc 板、ncpf 板和 ohp 板均支持十字交叉组网，能够灵活地组成点对点的链型网、星型网、十字型网、两环相切网、两环相交网等各种复杂的网络拓扑结构，适用于不同网络布局。oadm 波长上下功能：支持 4、8、12、16 波长上下能力；采用 omd结构，支持全波上下。机架扩容性：系统支持扩展机架配置，为后期用户扩容提供方便主机架与扩展机架在网管上为一个网元。良好的可维护能力：包括全程光功率控制、波长稳定度技术、波长与功率的在线调整、在线测试性能、内置光性能检测、准确的故障定位能力、otn 开销检测功能等多项先进技术与功能。功率控制技术：包括增益可调、增益锁定、输出功率瞬态抑制、通道功率均衡等。网管系统内嵌功率管理子系统，在网络开局和网络运行期间提供全程功率自动优化和自动管理的功能。可靠的供电保护：可供机架级和子架级的电源保护。丰富的光层保护功能：提供多种有效的保护方式：包括基于光网络层上的光通道 1+1 保护，光通道 1:n 保护，光复用段 1+1 保护和二纤双向通道共享环网保护功能。第三节 网络结构方案设计及站点配置本论文仅在站型设置以及局站设置网络图做全面说明，以北环为例进行色散，34偏振模色散限制，系统光信噪比具体说明。4.3.1 光纤选用本工程设计尽可能地不再重复建设光缆网络，利用电信现网 2 芯 g.652 光纤（工作波长采用 1550 nm 窗口，g.652 光纤色度色散按 20ps/nm.km 考虑）,开通一套 dwdm 80/4010gb/s 光传送系统。4.3.2 站型设置otm 站点： -成都新华、成都贝森、内江、南充、绵阳、巴中、乐山、西昌、攀枝花和自贡等站点。oadm 站点：-德阳、资阳、遂宁、广元、达州、广安和雅安等站点。ola 站点： -旺苍. 、平昌等站点。工作波长分配图示例如图 4- 2 所示，具体的局站设置如图 4-1 所示。图4-1 局站设置网络图图4-2 工作波长分配示意第五章 总结与展望密集波分复用dwdm是简单灵活，能经济地使光网络获得超大传输容量的技术，利用现有光纤资源，建立一个综合统一的大容量、高速率、高质量、高效的传输通信网络有着重要的应用意义。由于dwdm系统所具有的独特的构成原理和技术特点，使其可以实现单纯sdh系统难以实现的传输容量，从而使其在应用中具有显著的优越性，可以极大地补充和完善传输系统的功能。通过dwdm系统的应用，不但使系统对于网络更加合理有效，而且使系统对于业务和用户的能力得到显著提高，从而可以极大地提高电信网络的运行效率，提高质量，产生巨大的经济效益和社会效益。相信通过进一步的深入研究和实际应用，系统在我国传输系统中的应用范围将不断得到扩展，在系统中发挥出更大的作用。近年来，随着 ip 和 ethernet 等数据业务的迅猛发展，从提供 internet 接入到基于 ip 的各种服务，如 vpn、ip 电话、多媒体应用，都要求有一个覆盖范围广、高速带宽、便捷服务的数据网络。同时，由于城市具有经济发达、人口密集、覆盖地域紧凑、信息交流旺盛的特点，导致信息化建设的飞速发展，种种原因使得对城域网的要求越来越高。在城域网的汇聚层和核心层，通过采用 oadm 设备，在现有光纤资源的基础上，增加带宽容量。oadm 设备通过波分复用技术（wdm）实现密集波分复用（dwdm）和粗波分复用（cwdm）。cwdm 采用低成本的无制冷激光器和复用/解复用器。适合传输距离短、业务接口多的网络，网络建设的成本较低，为以后光纤网络的演化发展提供了新的发展方向。致 谢毕业设计是大学里的最后一堂课，从开始进入课题到论文顺利完成的这三个月的时间里，我经历了大学期间最为难忘的一段时光。在这段时间里，我学到了很多以前不曾接触的东西，这三个月的经历对我未来的人生都会有很大的帮助和影响。在毕业设计的进行过程中我遇到了很多困难，从刚开始的不知所措到后来的顺利完成任务，除了我个人的不懈努力之外，更应该感谢我的毕业设计指导老师刁老师。从确定选题到开题报告，从设计到论文写作，每一个过程都渗透着刁老师的指导关怀，我的每一个进步都离不开杨刁老师的耐心教导。从刁老师身上，我不仅学到了宽广的专业知识，也学到了做人的道理，在此我要由衷的向刁老师致以最衷心的感谢和深深的敬意。同时，我还要感谢在毕业设计中给予了我帮助的其他老师和同学们，正是有了你们的帮助才使我的毕业设计完成的这样顺利，我在此衷心的感谢你们曾经给予过我的热情和无私的帮助。最后，我还要感谢大学期间帮助过我的各位老师和同学，感谢母校四川邮电技术学院对我三年的教育和培养。祝老师们今后的工作更加顺利，祝同学们的未来更加美好，祝母校的明天更加辉煌!参考文献1 dwdm在城域网应分析.刘子晶等.山西电子技术.2007（11）2 张智江，陆斌.dwdm技术原理与应用.北京：电子工业出版社，20023 顾生华.光纤通信技术.北京：北京邮电大学出版社，2008（第二版）4张红祥.贵州干线工程中sbsw32的应用r.贵州:贵州市电信公司传输工程，2003. 105赵梓森.光纤通信及其新发展. r.武汉:全光网络及关键光电子器件高级研讨班技术交流材料，20006 赵梓森.光纤通信工程m.北京:人民邮电出版社，20057 顾婉仪，李国瑞.光纤通信系统m.北京:北京邮电大学出版社，2006. 11四川邮电职业技术学院毕业论文（设计）实施过程记录表毕业论文（设计）题目dwdm技术及应用探讨指导教师班级姓名学号选题与布置任务书阶段进展情况记录