传输专题技术：DWDM原理

传输专题技术：DWDM原理DWDM系统概述光纤的基本特性DWDM系统关键技术DWDM系统技术规范主要内容光纤传输网的复用技术光纤传输网的复用技术经历了三个阶段：空分复用（SDM）时分复用（TDM）波分复用（WDM）DWDM产生背景从技术和经济的角度，DWDM技术是目前最经济可行的扩容技术手段利用TDM方式扩容已经日益接近技术的极限已经铺设的G.652光纤的高色散限制了10Gbit/s以上信号的传输光电器件的迅速发展，特别是EDFA大规模的商用化DWDM在传输网中的定位IPATMSDHDWDM光纤物理层OpenOpticalInterfaceSDHATMIP其它简单的说，DWDM技术就是将1550nm窗口附近的承载不同业务信号的不同波长的光信号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。在目前的技术发展层次上，可以将DWDM技术看作是一种“虚拟光纤”技术。WDM定义lNl2l1lNl2l1lNl2l1光复用器光解复用器光纤放大器WDM—将携带不同信息的多个光载波复合到一根光纤中进行传输WDM分类粗波分复用（CWDM）密集波分复用（DWDM）

DWDM的基本概念光功率(dBm)1530-1565nm波长λ波长间隔：0.4~0.8nmDWDM技术是在波长1550nm窗口附近，在EDFA能提供增益的波长范围内，选用密集的但相互又有一定波长间隔的多路光载波，这些光载波各自受不同数字信号的调制，复合在一根光纤上传输，提高了每根光纤的传输容量。DWDM系统基本结构光转发器1┇输入信道1信道N信道1信道Nλ1λn光转发器n光合波器BALAPA光分波器λ1λn接收1┇接收nλsλsλsλs光监控信道接收/发送光监控道发送器光监控道接收器输出网络管理系统光发射机光中继放大光接收机一般来说，DWDM系统主要由以下五部分组成：光发射机、光中继放大、光接收机、光监控信道和网络管理系统。DWDM网元基本类型客户侧线路侧λ1λnλ1λn线路侧线路侧客户侧线路侧线路侧λ1λnλ1λnOTMOLAOADMDWDM与SDH在对承载信号

复用方式的区别接收端TRl1电复用电解复用发射端电再生光复用器光解复用器lNl2l1lNl2l1lNl2l1光纤放大器TDM:单纤单波长电再生DWDM:单纤多波长全光放大DWDM的特点大容量透明传输节约光纤资源

多个光信号通过采用不同的波长复用到一根光纤中传输每个波长上承载不同信号:SDH2.5Gb/s、10Gb/s，ATM，IP等DWDM技术能在一根物理光纤上提供多个虚拟的光纤通道DWDM特点SDH技术超长距离无电中继传输，降低成本........DWDM技术电再生设备光放大设备多个光放大设备替代电中继，可以大大降低建设成本，请问为什么？DWDM特点8×10G40×10G16×10G80-160×100G平滑扩容DWDM技术发展趋势可配置OADM点对点DWDM传输可重构OXCOXCl1l2lNl1l2lNlililklkDWDM系统概述光纤的基本特性DWDM系统关键技术DWDM系统的技术规范主要内容光纤的结构n1n2纤芯包层涂覆n1>n2通信中使用的光纤，其核心部分是由圆柱形玻璃纤芯和玻璃包层构成，最外层是一种弹性耐磨的塑料护套，整根光纤呈圆柱形。光纤传输特性损耗色散非线性损耗－散射损耗散射损耗由于光纤的材料、形状、折射率分布等的缺陷或不均匀，使光纤中传导的光发生散射，由此产生的损耗。指光通过密度或折射率等不均匀的物质时，除了在光的传播方向以外，在其他方向也可以看到光，这种现象叫光的散射。散射损耗：光功率随着传输距离的增加而下降称为损耗。光纤损耗的高低直接影响传输距离或中继站间隔距离的远近。损耗－吸收损耗吸收损耗光波通过光纤材料时，一部分光能变成热能，造成光功率的损失。是光纤基础材料(如SiO2)固有的吸收，不是杂质或缺陷引起的，因此，本征吸收基本确定了某一种材料吸收损耗的下限。由光纤材料的不纯净而造成的附加吸收损耗。本征吸收杂质吸收损耗－附加损耗由于光纤经过集束制成光缆，在各种环境下进行光缆敷设、光纤接续以及作为系统的耦合与连接等引起的光纤附加损耗。

光纤/光缆的弯曲损耗、微弯损耗光纤线路中的连接损耗光器件之间的耦合损耗等附加损耗光纤类型和损耗谱00.51.01.52.02.53.08001000120014001600波长（nm）损耗（dB/km）~140THz~50THzOH-吸收峰OH-吸收峰OH-吸收峰OESCLIIIIIIIVV光缆损耗存在3个低损窗口，850nm区域,1310nm区域,,1550nm区域。色散时间光功率入射光脉冲波形单模光纤时间光功率出射光脉冲波形当光纤的输入端入射光脉冲信号经过长距离传输以后，在光纤输出端，光脉冲波形发生了时间上的展宽，产生码间干扰，这种现象即为色散。色散色散－色度色散光脉冲信号中的不同频谱成份在光纤中的传输速度不同，导致脉冲信号传输后展宽甚至离散。脉冲展宽T色散补偿从系统的角度来看。光纤色散与光纤的长度呈正比，即光纤色散是具有累积性质的，因而光通信系统设计上存在着有光纤色散决定的传输距离限制。对于1.6T长距(LONGHAUL)、超长距（ULTRALONGHAUL）应用，必须对色散进行控制和管理。需要利用具有负波长色散的色散补偿光纤（DCF），对色散进行补偿，降低整个传输线路的总色散。光纤非线性效应－SPM自相位调制（SPM）光纤中激光强度的变化导致光纤折射率的变化，引起光信号自身的相位调整，这种效应叫做自相位调制。光纤非线性效应－FWM当多个一定强度的光波在光纤中混波时各个波长信道间的非线性作用会导致新波长的产生，致使各波长信道间能量的转移和互相串扰。四波混频（FWM）FWM对DWDM系统的影响产生新的波长，使原有信号的光能量受到损失，影响系统的信噪比等性能；如果产生的新波长与原有某波长相同或交叠，从而产生严重的串扰。光纤非线性效应－SRS受激拉曼散射（SRS）输入输出lPlP光功率达到SRS门限，SRS效应才会起作用，该门限与光纤特性，光信道数目。光通道间隔，以及每个光信道的平均光功率和放大距离有关。受激布里渊散射SBS和受激拉曼散射SRS单模光纤分类G.652光纤：常规单模光纤，又称色散未位移单模光纤（1310性能最佳，0色散，低损耗）G.653光纤：色散移位光纤；(1550nm性能最佳，0色散，容易引起非线性。）G.654光纤：G.655光纤：

非零色散移位单模光纤。该种光纤主要应用于1550nm工作波长区，色散系数较小，色散受限距离达数百公里，并且可以

有效减小四波混频

的影响。截止波长移位的单模光纤；（1550低衰减，1310零色散）主要用于海底光缆DWDM系统概述光纤的基本特性DWDM系统关键技术DWDM系统的技术规范主要内容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WDM系统组成示意图WDM系统组成示意图，多个波道经过合波器合成一束主光，经过光中继放大，经过光接收机分波器分出各个波道光转发技术-光接口的规范2.5G速率以下的SDH信号接口标准带有光放的多信道系统的光接口10G速率的SDH信号或者使用光放的SDH信号光接口标准G.957G.691G.692光转发技术－OTUSDH光发射机WDM输出光接收模块(O/E)监测及通讯电路监控板发射模块(E/O)采用光—电—光变换的方法实现波长转换，首先利用光电探测器将从SDH光端机过来的光信号转换成电信号，经过限幅放大、时钟提取/数据再生后，再将电信号调制到激光器或外调制器上。

OTU原理光转发技术－光源技术DWDM系统对于输入光源有特殊要求！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G.692中允许的WDM的通道频率是基于192.1THz，最小间隔是50G/100G的频率间隔系列频率要求色散容限要求光转发技术－激光器目前广泛使用的半导体光源包括激光器（LD）和发光二极管（LED）。

LD是相干光源，入纤功率大、谱线宽窄、调制速率高，适用于长距高速系统；

LED是非相干光源，入纤功率小、谱线宽宽、调制速率低，适用于短距低速系统。DWDM系统的光源采用半导体激光器。光转发技术－直接调制缺点直接调制电流光信号引入啁啾效应和色散对于直接调制，单纵模激光器引起的啁啾是限制其色散容限主要因素。光转发技术－啁啾效应T直接调制激光器输出信号带有较大的啁啾，使得脉冲频谱展宽并在前后沿产生频谱红移和蓝移，在光纤色散的作用下，引起脉冲的快速展宽和信号劣化。光转发技术－波长稳定技术

温度反馈控制技术波长反馈控制技术波长集中监控技术波长稳定技术OM/OD技术－波分复用器件波分复用器件包括合波器和分波器，又叫光复用器和光解复用器复用器fiber解复用器OM/OD技术－OM/OD器件合波器（OM）分波器（OD)把来自光纤的光波分解成具有原标称波长的光通路信号，分别输入到相应的光通路接收机中，即对光波起解复用作用。把具有标称波长的各复用通路光信号合成为一束光波，送到光纤中进行传输，对光波起复用作用。OM/OD技术－OM/OD器件类型

光栅型光波分复用器介质薄膜滤波器型（DTF)

耦合器型（熔锥型）阵列波导光栅型(AWG)OM/OD技术-光栅型滤波器光栅型原理示意图当光到光栅上后，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OM/OD技术-光栅型复用器缺点 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OM/OD技术-介质薄膜滤波器复用器介质薄原理示意图OM/OD技术-介质薄膜滤波器复用器

缺点加工复杂。但目前的工艺已经比较成熟通路数不能太多。

介质薄膜滤波器型复用器/解复用器的原理及特点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择特性的干涉滤波器，就可以实现将不同的波长分离或合并优点与光纤参数无关，可以实现结构稳定的小型化器件信号通带比较平坦插入损耗较低温度特性很好OM/OD技术-耦合器型复用器1234。。。34耦合器原理示意图OM/OD技术-耦合器型复用器缺点尺寸较大，信道隔离度差，复用的波长数少

耦合器型复用器原理及特点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OM/OD技术-阵列波导波分复用器阵列光波导型原理示意图OM/OD技术-阵列波导波分复用器缺点需要温度补偿

阵列光波导型（AWG）复用器的原理及特点原理是以光集成技术为基础的平面波导型器件。优点并联工作，可以复用的通道数多尺寸小易于批量生产OM/OD技术－波分复用器主要参数信道隔离度插入损耗复用通路数代表波分复用器件能进行复用与解复用的光通路数量，它与器件的分辨率、隔离度等参数密切相关它表征此光元器件中各复用光通路彼此之间的隔离程度波分复用器件本身对光信号的衰耗作用OM/OD技术－波分复用器主要参数中心波长带宽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进出复用器的波长与ITU-T规定的标准波长相比不能相差太大偏差，否则会引起系统崩溃。该参数仅对分波器有效，－20dB描述分波器阻带特性，－0.5dB描述分波器带通特性OM/OD技术－波分复用器光谱要求波长相对功率要求：信道间功率均衡良好的光谱特性（顶平而沿陡）光放大技术光放大器的出现和发展克服了高速长距离传输的最大障碍——光功率受限，这是光通信史上的重要里程碑。光放大器是一种不需要经过光/电/光变换而直接对光信号进行放大的有源器件光放大技术－掺铒光纤放大器EDFA主要是由掺铒光纤、泵浦源、耦合器和光隔离器组成

耦合器光隔离器光隔离器掺铒光纤泵浦激光器输入信号输出信号

是为了保证泵浦光与EDFA中合波器的反射光不向外洩漏，光隔离器的特点是只允许正方向的光进入。

信号光和与泵浦光同时沿掺铒光纤传输，泵浦光的能量被光纤中的铒离子吸收而跃迁到更高的能级，并可以通过能级间的受激发射转移为信号光的能量。信号光沿掺铒光纤长度不断放大，泵浦光沿掺铒光纤长度不断衰减把铒离子从E1能级“泵”到E3能级，使其形成粒子数反转分布状态，为受激幅射创造条件。

把泵浦光与信号光合并在一起输入到掺铒光纤中光放大技术－

EDFA的工作原理980nm泵浦1480nm泵浦快速非辐射跃迁N1N3~0N21530-1560nm受激辐射跃迁和自发辐射跃迁1550nm信号受激吸收光放大技术－重要性能指标DWDM系统中使用的EDFA必须具有:

足够的带宽平坦的增益低噪声系数高输出功率特别是增益平坦度，这是DWDM系统对EDFA的特殊要求。光放大技术－EDFA的应用分类合波器λ1λ2λn•••光功率放大分波器λ1λ2λn•••光线路放大光前置放大光线路放大用于对合波后的信号进行功率提升；对于噪声系数、增益要求不高，要求有较大的输出功率用在中继设备上，用于补偿线路的传输损耗；要求有较小的噪声系数和较大输出光功率用于提高接收机的灵敏度；要求噪声系数较小，对于输出功率没有太大的要求光放大技术－EDFA的泵浦源分类采用1480的泵浦源的EDFA特点：较高的泵浦效率，可以输出较大功率，但噪声较高。根据泵浦源的不同而分类

有两种泵浦源：980nm和1480nm980nm采用980nm的泵浦源的EDFA特点：低噪声1480nm光放大技术－EDFA的增益平坦度解决增益均衡的途径首先是实现增益谱的平坦。可采用的方法大体上可分为滤波器型和本征型两类EDFA增益平坦示意图光放大技术－EDFA的应注意的问题

非线性问题带宽

EDFA的光浪涌问题光放大技术－EDFA的光浪涌问题

当WDM系统的传输链路突然断开，如果光放大器的泵浦源不关闭，继续向掺铒光纤“泵浦”，使处于稳态的铒离子越积累越多；若此时有一个较高功率的光信号输入，将使所有处于稳态的铒离子发生受激幅射，从而导致光放大器的输出光功率出现“尖峰”，“烧坏”光连接器和光接收机，给系统带来无法弥补的损伤光监控技术－光监控通道（OSC）复用器解复用器OBAOPAOPAOBA解复用器复用器OLAOLAOLAOLAOLAOLAOSCOSCOSCOSCOSC光监控技术－光监测信道应考虑的问题

监控通路不应限制光放大器中泵浦光源的光波长（980nm和1480nm）。监控通路不应限制未来在1310nm波长的业务。

线路放大器失效时，监控通路应仍然可用。监控通路不应限制两线路放大器间的传输距离。光监控技术－光监测信道的实现

采用1510nm的波长信号速率为2.048Mb/s

接收机灵敏度：-48dbm

信号码型:CMI

信号发送功率:0～-7dbm监控通道的实现：DWDM系统概述光纤的基本特性DWDM系统关键技术DWDM系统的技术规范主要内容DWDM技术规范集成式系统和开放式系统工作波长主要性能指标集成式系统和开放式系统OTU:OpticalTransponderUnitOMU:OpticalMultiplexingUnitIntegrated集成式OMUG.692Open开放式OTUG.692155MSDH622MSDH2.5GSDH10GSDHPDHIPATM155MSDH622MSDH2.5GSDH10GSDHPDHIPATM波段划分波段名称说明波长范围O波段原始(Original)1260-1360E波段扩展(Extended)1360-1460S波段短波(Short)1460-1530C波段常规(Conventional)1530-1565L波段长波(Long)1565-1625U波段超常(Ultralong)1625-1675系统工作波长C波段波长范围为1530nm~1565nmL波段波长范围为1565nm~1625nm1530nm1540nm1550nm1560nm1570nm1580nm1590nm1600nmBLUEBAND蓝带REDBAND红带INFRA-REDBAND红外带196.0199.0195.0194.0193.0192.0191.015051510153015351540154515501555156015651570OSC信道1510

10nmC-Band(nm)L-Band标称中心频率序号中心频率（THz）波长（nm）1192.11560.612192.21559.793192.31558.984192.41558.175192.51557.366192.61556.557192.71555.758192.81554.949192.91554.1310193.01553.3311193.11552.5212193.21551.7213193.31550.9214193.41550.1215193.51549.3216193.61548.51工作波长说明8/16/32/40波系统工作波长范围：C波段（1530nm~1565nm）频率范围：192.1THz~196.0THz通路间隔：100GHz中心频率偏差：±20GHz（速率低于2.5Gbit/s）；±12.5GHz（速率10Gbit/s）工作波长说明80波系统工作波长范围：C波段（1530nm~1565nm）频率范围：C波段（192.10~196.00THz和192.15~196.05THz）通路间隔：50GHz中心频率偏差：±5GHz工作波长说明160波系统工作波长范围：C波段（1530nm~1565nm）+L波段（1565nm~1625nm）频率范围：C波段（192.10~196.00THz和192.15~196.05THz）+L波段（187.00~190.90THz和186.95~190.85THz）通路间隔：50GHz

光指标－功率W功率单位是瓦特。光传输中的光能量比较小，一般用mW进行计量。dBmdB

dB单位是一个相对值，是P1相对于参考点P2的功率值：(P1-P2)dB=10*log10(P1/P2)=10*log10(P1/P0)-10*log10(P2/P0)dBm单位是一个绝对值，是和1mW的功率值的绝对值：PdBm=10*log10(P/P0)=10*log10(PmW/1mW)

光指标－功率dB单位是一个相对值，是P1相对于参考点P2的功率值：(P1-P2)dB=10*log10(P1/P2)=10*log10(P1/P0)-10*log10(P2/P0)光指标－衰耗衰耗就是能量的损失。对于无源器件，带来的都是衰耗。衰耗是一个相对量，一般选择无源器件的输出作为参考点，输入功率和输出功率的比值作为该器件的衰耗。光纤衰耗与光纤的长度呈正比，即光纤衰耗是具有累积性质的。光指标－增益增益就是能量的提升。对于发大器，能够带来增益。增益是一个相对量，一般选择放大器的输入作为参考点，输出功率和输入功率的比值作为该器件的增益。P1P2光放大器光放增益=P2/P1光指标－信噪比信号就是有用的0/1代码功率。噪声就是无效码流功率。信噪比指信号功率和噪声功率的比值。OSNR=Pout-10logM-L+58dBm-Nf-10logN-

P信噪比直接影响是业务误码或者中断。工程中光信噪比的测试使用光谱分析仪。光纤吸收、散射、弯曲、接头损耗，都会导致光信噪比降低。其中：Pout为总入纤功率，M为通道数量，L为线路损耗，Nf为EDFA噪声系数，N为光再生段数量，

P为通道功率与均值间差异。警告和安全标识标志描述标志描述静电防护标识：提示操作时需要佩戴防静电手腕或手套，避免静电对单板造成损坏。防尘网定期清洁警告标识：提示定期清理防尘网。激光器等级标识：提示操作时避免光源直接照射眼睛或皮肤造成人身伤害。风扇安全警告标识：提示当风扇运转时不要触碰风扇扇叶。接地标识：提示设备接地点的位置。APD警告标识：光口过载点为-9dBm。静电防护标识提示您操作时需要佩戴防静电手腕或手套，避免静电对单板造成损坏。激光器等级标识提示您在操作时，避免光源直接照射眼睛或皮肤造成人身伤害。接地标识提示设备接地点的位置。防尘网定期清洁警告标识提示您定期清理防尘网。风扇安全警告标识提示您当风扇运转时不要触碰风扇扇叶。APD警告标识提示您光接口过载点为-9dBm。警告和安全标识单板条形码通常位于单板前面板下方包含BOM、出厂信息、版本、单板名称、特性码等信息TN1M1中的M代表为配置板，表示该单板的生产需提供相关的配置信息；L4G01代表DWDM型的L4G，如果为02则代表为CWDM型的L4G；单板特性码描述：第1～5位数字

DWDM侧发光模块频率DWDM侧发光模块频率。第6位字符

DWDM侧收光模块类型取值范围为A/P，A表示APD管，P表示PIN管；第7位字符

DWDM侧发光模块类型，详细技术细节请参加产品手册相关内容；单板条形码信息可在网管上查询在主菜单选择报表－>单板制造信息，选择所要查询的单板，点击查询即可。单板条形码8单板特性码描述：第1位T，表示波长可调，是Tunable的简写；第2位字符

DWDM侧收光模块类型吗，取值范围为A/P，A表示APD管，P表示PIN管；第3位字符

DWDM侧发光模块类型，详细技术细节请参加产品手册相关内容；单板TN11MR4的特性码为94509520。“9450”表示第1路光信号的频率是194.50THz。“9520”表示第8路光信号的频率是195.20THz。由于MR8单板处理的8路光信号是连续的，因此可以得知：MR8所使用的8个波长为194.50THz～195.20THz，通道间隔为100GHz。激光人身安全：光接口板激光器发送的激光为红外光，照射到人眼时会对眼睛造成永久性伤害。设备安全：光接口板上和尾纤上未使用的光接头，用防尘帽盖住；硬件环回时一定要加衰耗器；避免随意调换光接口板和光模块；在使用OTDR测试仪时，需要断开对端站与光接口板相连的尾纤。推荐使用不推荐在使用OTDR（OpticalTimeDomainReflectometer）测试仪时，需要断开对端站与光接口板相连的尾纤，防止光功率太强损坏接收光模块。拉曼放大器维护注意事项拉曼放大器的泵补光最强达到27dBm，出口是在LINE口和EXT口接E2000连接器，SYS和MON接口为双LC连接器。对于后向泵浦的拉曼光放大单板，强泵浦光将由输入端（LINE）进入光纤，而不是输出端（SYS），输入端前切勿增加衰减器、跳线类等非光纤设备及单板。尾纤的弯曲半径要符合要求（半径>3cm），否则会烧坏尾纤。拉曼光放大单板上电后，激光器默认关闭，需要下发命令打开激光器。打开激光器前，必须先连接好输入端跳线及相应客户ODF柜跳线，拔插光纤一定要注意清洁，若接头存在污点，则容易将光接头损坏。拉曼光放大单板对光纤线路的要求是线路光缆单点附加损耗应满足：在0～20km内尽量不要采用光纤连接器0～10km内的单点附加损耗小于0.1dB（G.652）或0.2dB（G.655）10～20km内的单点附加损耗小于0.2dB（G.652）或0.4dB（G.655），且单点回损不能小于40dB。激光电气电源维护注意事项：严禁带电安装、拆