光纤通信DWDM技术

1、一一 概概 述述2502001501005001151352IP23106250话音话音话音和话音和IP通信量的增长情况通信量的增长情况1996 1997 1998 1999 2010 20201058 SDM(Space Division Multiplexer)时分复用时分复用 TDM(Time Division Multiplexer)波分复用波分复用 WDM(Wavelength Division Multiplexer)采用WDM前的扩容采用WDM后的扩容TXEDFAEDFATXTXTXTXTXTXTX1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1

2、310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTX40km40km40km40km40km40km40km40km40km1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTX1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTX1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTX1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1

3、310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTX1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTX1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTX1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTXTXTXTXTXTXTXTXTX120 km120 km120 kmWDM+EDFA WDM+EDFA 革新了光纤传输革新

4、了光纤传输D DE EM M 1310nm/1550nm1310nm/1550nm窗口的波分复用窗口的波分复用 仍用于接入网，但很少用于长距离传输仍用于接入网，但很少用于长距离传输 1550nm1550nm窗口的密集波分复用窗口的密集波分复用(DWDM)(DWDM) 可广泛用于长距离传输，用于建设全光网络可广泛用于长距离传输，用于建设全光网络OBAOMUOTU1 1 OSCODU 1OPA 2 nEMU OSCOLA OSCOLA OSC OSCOBAOPA 1 2 n OSC OSCOMTILAOMTOMUODUOTU2 2OTUn nOTU1 1OTU2 2OTUn nOWUOSCOSCE

5、MUOWUOSCOWUEMU OSC 开放式开放式4 4波、波、8 8波、波、1616波、波、3232波波WDMWDM系统系统集成式集成式4 4波、波、8 8波、波、1616波、波、3232波波WDMWDM系统系统OBAOMU 1 OSCODU 1OPA 2 nEMU OSCOLA OSCOLA OSC OSCOBAOPA 1 2 n OSC OSCOMTILAOMTOMUODU 2 n 1 2 nOWUOSCOSCEMUOWUOSCOWUEMU OSC 没没 有有 互互 操操 作作 性性成成 本本 较较 低低各各 种种 设设 备备 供供 应应 厂厂 家家各各 种种 速速 率率 接接 入入任任

6、 意意 波波 长长 接接 入入各各 种种 数数 据据 格格 式式任任 意意 时时 刻刻 接接 入入成成 本本 较较 高高开开 放放 式式 系系 统统集集 成成 式式 系系 统统l o 信道隔离度高的光解复用器信道隔离度高的光解复用器l o 特定波长和波长稳定、色散容限大的激光器发射源特定波长和波长稳定、色散容限大的激光器发射源o 能容忍一定能容忍一定SNR信号的光接收机信号的光接收机l o 小色度色散系数光纤小色度色散系数光纤o 增益平坦和增益锁定的增益平坦和增益锁定的EDFA光放大器光放大器l o 1510nml o 光传送网分层模型光传送网分层模型 光纤衰减(dB)10.05.02.01.

7、00.51982 年1980 年1978 年0.8 1.0 1.3 1.5 1.7波长 (m)光纤衰耗常规常规G.655G.655大有效面积大有效面积G.655G.6551550nm1310nm色色散散p ps s/ /n nm m k km m普普通通光光纤纤( (S SM MF F) )非非色色散散位位移移光光纤纤（N ND DS SF F，G G. .6 65 52 2）已已有有光光纤纤的的 9 95 5% %波波长长 色色散散位位移移光光纤纤（D DS SF F, ,G G. .6 65 53 3）非非零零色色散散位位移移光光纤纤（N NZ ZD DS SF F, ,G G. .6 6

8、5 55 5）180D DW WD DM M波波长长范范围围G.653G.653单模光纤（单模光纤（DSFDSF）合合波波器器分分波波器器光线放光线放(OLA)ATT增益增益G=3035dBPout=+17dBm光功放光功放(OBA)光预放光预放(OPA)OBAOPAOBAOLAOPAl 半导体光放大器半导体光放大器 （SOA）l 掺铒光纤光放大器掺铒光纤光放大器 （EDFA）l 掺镨光纤光放大器掺镨光纤光放大器 （PDFA）l 激光拉曼光放大器激光拉曼光放大器 (SRA)1550EDFA增益窗口增益窗口30nm 60nm光光放放大大器器增增益益光光纤纤衰衰减减除去除去 OHOH 峰外峰外30

9、0nm300nm低损耗窗口低损耗窗口波长波长nm8501310PDFASOASRA光放大器技术的发展EDFA增益窗口增益窗口30nm 60nmPDFASOASRA196.0199.0195.0194.0193.0192.0191.015051510153015351540154515501555156015651570OSC信道信道1510 10nmC-BandL-Band(THz) (nm)中心频率中心频率(中心波长中心波长)偏差偏差n/5，n为光信道间隔为光信道间隔 标称中心频率或波长是以标称中心频率或波长是以193193.1.1THzTHz（1552.52nm)1552.52nm)为中为

10、中心、间隔为心、间隔为100GHz100GHz的整数倍。的整数倍。通道号中心波长中心频率4 波系统8 波系统16 波系统32 波系统11535.82195.2*21536.61195.1*31537.40195.0*41538.19194.9*51538.98194.8*61539.77194.7*71540.56194.6*81541.35194.5*91542.14194.4*101542.94194.3*111543.73194.2*121544.53194.1*131545.32194.0*141546.12193.9*151546.92193.8*161547.72193.7*171

11、548.51193.6*181549.32193.5*1 19 91 15 55 50 0. .1 12 21 19 93 3. .4 4*201550.92193.3*2 21 11 15 55 51 1. .7 72 21 19 93 3. .2 2*221552.52193.1*2 23 31 15 55 53 3. .3 33 31 19 93 3. .0 0*241554.13192.9*2 25 51 15 55 54 4. .9 94 41 19 92 2. .8 8*261555.75192.7*271556.55192.6*281557.36192.5*291558.1719

12、2.4*301558.95192.3*311559.79192.2*321560.61192.1* 1 2 1-XdB发光二极管（发光二极管（LED） 1 21-XdB 1 21-XdB多纵模激光器（多纵模激光器（MLM）单纵模激光器（单纵模激光器（SLM）T( C) (nm)对于对于1.51.5 m DFBm DFB激光器，波长激光器，波长温度系数约为温度系数约为13GHz/13GHz/ C C管芯温度和波长关系曲线管芯温度和波长关系曲线 0TEC温度控制器温度控制器TEC温度温度控制电路控制电路 0激光输出激光输出温度传感器温度传感器激光器管芯激光器管芯l F FP P 或或 D DF F

13、B B 激激光光器器驱驱动动电电流流l o 线性调频（啁啾）无或小线性调频（啁啾）无或小 用于用于2.5Gbps 高速率传输高速率传输 马马赫赫泽泽德德或或 电电吸吸收收调调制制器器 驱驱动动电电流流 D DF FB B 激激光光器器 温度波长温度波长控制电路控制电路 工作波长范围的响应度工作波长范围的响应度对对SNR的灵敏度的灵敏度电电信信号号入入射射光光短短程程传传输输接接收收：PIN长长程程传传输输接接收收：APD接收机必须承受的影响：接收机必须承受的影响： 信号畸变信号畸变 噪声噪声 串扰串扰电电 光光 调调 制制 器器O O- -E EE E- -O O电电 信信 号号 处处 理理D

14、 DF FB B 激激 光光 器器光光 转转 发发 器器 （ O OT TU U）* 以目前工艺水平的组件比特率可达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消光比得到改善，并可用外调制对信号进行整形* 高高SNR* 与偏振无关与偏振无关* 操作简单操作简单O/E/O波长转换器波长转换器波分复用器分类：波分复用器分类：980/1550980/1550、1480/15501480/1550泵浦泵浦/ /信号波分复用信号波分复用器（全光纤熔融拉锥型）。器（全光纤熔融拉锥型）。1310/15501310/1550波分复用器（全光纤熔融拉锥波分复用器（

15、全光纤熔融拉锥型）。型）。15501550波段内粗波分复用器（有可能用全光波段内粗波分复用器（有可能用全光纤熔融拉锥方法实现）。纤熔融拉锥方法实现）。1 1、粗波分复用器、粗波分复用器2 2 密集波分复用器密集波分复用器DWDM DWDM 一、干涉滤光膜型波分复用器一、干涉滤光膜型波分复用器输入光纤输入光纤 1 4 3 20 (监管信道监管信道)干涉滤光膜干涉滤光膜二、光栅型波分复用器二、光栅型波分复用器输入光输入光 1 4 3 21. 体光栅型体光栅型2. 光纤光栅型光纤光栅型布拉格光栅布拉格光栅 1 16 1 15 16 16 16 1 15、 16 1 15、 16FBG环形器环形器光纤

16、光栅的应用光纤光栅的应用三、阵列波导光栅型波分复用器三、阵列波导光栅型波分复用器(AWG)(AWG)DWDM系统对光监控信道的系统对光监控信道的基本要求基本要求 DCCoDCCo高速网络互联器高速网络互联器高速网络互联器高速网络互联器DCN 保护通道保护通道（E1）WDMWDM 系统系统光放大中继器光放大中继器WDMWDM 系统系统波分复用终端波分复用终端WDMWDM 系统系统光放大中继器光放大中继器WDMWDM 系统系统波分复用终端波分复用终端DWDM系统监控通道保护技术系统监控通道保护技术盘管器盘管器盘管器盘管器盘管器盘管器.盘管器盘管器盘管器盘管器盘管器盘管器.盘管器盘管器盘管器盘管器盘

17、管器盘管器.EMUEMU 设备管理器设备管理器BCT1BCT1BCT2BCT2BCTmBCTmBCT1BCT1BCT2BCT2BCTmBCTmBCT1BCT1BCT2BCT2BCTmBCTm D C NDCNDCN 保护路由保护路由EMSF/QE1LANE1LAN互连器互连器互连器互连器ECCrECCmECCmECCrfffEMUEMU 设备管理器设备管理器EMUEMU 设备管理器设备管理器DWDM网管系统示意图网管系统示意图DWDM网管系统网管系统光复用段层光复用段层( (OMS) )光通道层光通道层( (OCH) )光传输段层光传输段层( (OTS) )光传送网分层结构光传送网分层结构通道

18、层通道层段层段层SDHSDH分层结构分层结构物理层物理层( (FIBER) )电路层电路层三三 DWDMDWDM组网组网三三 DWDMDWDM组网考虑组网考虑DWDM系统总体考虑系统总体考虑n n 为最大通路数目为最大通路数目W W 字母表示跨距字母表示跨距x 表示表示应用代码中最大允许的光中继段数；应用代码中最大允许的光中继段数； y y 表示通路信号的最大比特率（表示通路信号的最大比特率（STM等级）等级）:1,4,16,64z 表示光纤类型表示光纤类型L L 表示长距离表示长距离 80km80kmV V, ,表示较长距离表示较长距离 100km100kmV V 表示甚长距离表示甚长距离

19、120km120kmU U 表示超长距离表示超长距离 160km160km2 2 表示表示G.652G.652光纤光纤3 3 表示表示G.653G.653光纤光纤5 5 表示表示G.655G.655光纤光纤 应用代码的构成应用代码的构成： n W x - y . z 系统应用代码系统应用代码1:8分 波 器8:1合 波 器80km G.652光 纤.8721.8721应 用 代 码8L-16.2EDFA光前置放大器1:8分波器8:1合波器120km G.652光纤.8721.8721应用代码8V-16.2EDFA光功率放大器EDFA光前置放大器EDFA光功率放大器1:8分波器8:1合波器160

20、km G.652光纤.8721.8721应用代码8U-16.2EDFA光 前 置 放 大 器EDFA光 线 路 放 大 器EDFA光 线 路 放 大 器EDFA光 功 率 放 大 器1:8分 波 器8:1合 波 器80km G.652光 纤.8721.8721应 用 代 码8L5-16.2EDFA光前置放大器EDFA光线路放大器EDFA光线路放大器EDFA光线路放大器EDFA光线路放大器EDFA光功率放大器1:8分波器8:1合波器80km G.652光纤.8721.8721应用代码8L8-16.21) 80公里跨距公里跨距EDFA光 前 置 放 大 器EDFA光 线 路 放 大 器EDFA光

21、线 路 放 大 器EDFA光 功 率 放 大 器1:8分 波 器8:1合 波 器120km G.652光 纤.8721.8721应 用 代 码8V3-16.22) 120公里跨距公里跨距EDFA光前置放大器EDFA光线路放大器EDFA光线路放大器EDFA光功率放大器1:8分波器8:1合波器120km G.652光纤.8721.8721应用代码8V5-16.2有在线光放大器系统和应用代码有在线光放大器系统和应用代码 无无在在线线放放大大器器应应用用编编码码的的衰衰减减范范围围应应用用编编码码L Lx x- -y y. .z zV Vx x- -y y. .z zU Ux x- -y y. .z

22、z衰衰减减范范围围最最大大最最小小2 22 2 d dB B待待定定3 33 3 d dB B待待定定4 44 4 d dB B待待定定有有在在线线放放大大器器应应用用编编码码的的衰衰减减范范围围应应用用编编码码n nL Lx x- -y y. .z zn nV Vx x- -y y. .z z衰衰减减范范围围 （光光放放大大器器之之间间）最最大大最最小小2 22 2 d dB B待待定定3 33 3 d dB B待待定定在在G G. .6 65 52 2光光纤纤上上应应用用的的最最大大色色散散应应用用编编码码L LV VU Un nV V3 3- -y y. .2 2n nL L5 5- -

23、y y. .2 2n nV V5 5- -y y. .2 2n nL L8 8- -y y. .2 2最最大大色色散散( (p ps s/ /n nm m) )1 16 60 00 02 24 40 00 03 32 20 00 07 72 20 00 08 80 00 00 01 12 20 00 00 01 12 28 80 00 0点到点点到点环状环状12345ABCDE12345ABCDE保 护 通 道工 作 通 道TM11TM22TM77TM88 TM11TM22TM77TM88 TM 11TM 22TM 77TM 88保 护 通 道工 作 通 道 TM 11TM 22TM 77TM 88 ADM mADMADMADM2纤自愈环纤自愈环 nADM mA