WDM系统

光纤通信*第6章WDM系统光纤通信*本章内容WDM技术概述和系统结构。WDM系统设备与组网。WDM系统的关键技术。 WDM系统 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 。本章重点WDM系统结构与设备。 WDM系统规范。本章难点WDM系统结构及关键技术。第6章WDM系统光纤通信*学习本章目的和要求掌握WDM概念和系统结构。掌握WDM系统的设备和组网。了解WDM系统关键技术。掌握WDM系统规范。第6章WDM系统光纤通信*6.1.1．WDM技术产生背景传统的传输网络扩容方法采用空分多路复用（SDM）和时分多路复用（TDM）两种方式。（1）SDM靠增加光纤数量的方式线性增加传输系统的容量，传输设备也线性增加。空分多路复用的扩容方式十分受限。（2）TDM是比较常用的扩容方式，从PDH的一次群至四次群的复用，到SDH的STM-1、STM-4、STM-16至STM-64的复用。通过复用降低成本，容易在数据流中抽取特定信号，合适在自愈环保护策略的网络中使用。 对于高速率时分复用设备目前成本较高，且达到一定的速率等级时，会受到器件和线路等特性的限制，40Gbit/sTDM设备已经达到电子器件的速率极限。6.1WDM概述光纤通信* 速率升级缺乏灵活性，以SDH设备为例，当一个线路速率为155Mbit/s的系统要求提供两个155Mbit/s通道时，系统只能升级到622Mbit/s，两个155Mbit/s将被闲置。 基本传输网络无论采用PDH或SDH技术，即采用单一波长的光信号传输，这对于光纤容量是一种极大浪费。 WDM技术不仅大幅度地增加了网络的容量，而且还充分利用了光纤的宽带资源，减少了网络资源的浪费。6.1WDM概述光纤通信*6.1.2光复用技术 为了进一步提高光纤带宽利用率，相邻两光载波的间隔将越来越小，一般认为：当相邻光载波的间隔小到0.1nm(10GHz)以下时，此时的复用称为光波分（频分）复用（WDM）。 光时分复用(OTDM)技术指利用高速光开关把多路光信号在时域里复用到一路上的技术。 光副载波复用(OSCM)技术是将基带信号首先调制到GHz的副载波上，再把副载波调制到THz的光载波上。 光码分复用(OCDM)技术是CDM(CodeDivisionMultiplexing)技术和光纤通信技术相结合的产物，在这种复用技术中，每个信道不是占用一个给定的波长、频率或者时隙，而是以一个特有的编码脉冲序列方式来传送其比特信息。6.1.1WDM概述光纤通信* 光波分复用、光时分复用、光副载波复用和光码分复用都是正在使用和研究的光纤复用技术，这些技术的使用能增加线路容量，提高线路利用率。6.1WDM概述光纤通信*6.1WDM概述6.1.3WDM原理概述 复用技术是为了提高通信线路的利用率，而采用的在同一传输线路上同时传输多路不同信号而互不干扰的技术。 光波分复用(WDM)技术是在一芯光纤中同时传输多波长光信号的一项技术。其基本原理是在发送端将不同波长的光信号组合起来，并耦合到光缆线路上的同一根光纤中进行传输，在接收端将组合波长的光信号分开，并作进一步处理，恢复出原信号后送入不同的终端。 通常把光信道间隔较大（甚至在光纤的不同窗口上）的复用称为光波分复用（WDM），而把在同一窗口中信道间隔较小的WDM称为密集波分复用（DWDM）。WDM系统的构成及光谱示意如图7-1所示。光纤通信*6.1WDM概述图7-1DWDM系统的构成及频谱示意图波分复用的光纤通信系统示意图：http://jpkc1.szpt.edu.cn/2008/gqtxjs/article_list1.asp?classid=73光纤通信* 波分复用技术有以下主要特点。(1)可以充分利用光纤的巨大带宽潜力，使一根光纤上的传输容量比单波长传输增加几十至上万倍。(2)N个波长复用以后在一根光纤中传输，在大容量长途传输时可以节约大量的光纤。(3)波分复用通道对传输信号是完全透明的，即对传输码率、数据格式及调制方式均具有透明性，可同时提供多种协议的业务，不受限制地提供端到端业务。(4)可扩展性好。(5)降低器件的超高速要求。6.1WDM概述光纤通信*6.1.4WDM技术发展 光纤通信经过30多年的发展，单信道实用化系统的传输速率从1976年的45Mbit/s发展到了10Gbit/s，线路的利用率得到了很大提高(但与光纤巨大的带宽潜力相比这点带宽还微不足道)。 目前已经实现同时传输上百个信道，单信道传输速率可达如40Gbis/s，总的传输容量可达如7Tbis/s（176×40Gbis/s）的水平。 例如朗讯的DWDM产品提供40个10Gbis/s通道或80个2.5Gbis/s通道，即支持一根光纤上10Gbis/s和2.5Gbis/s信号组合，使单纤总容量可达400Gbis/s. 例如华为SBSW32，最大提供320Gbis/s（32×10Gbis/s）的传输容量，相当于一根光纤可同时传送300万个电话电路。6.1DWDM概述光纤通信*6.1DWDM概述6.1.5DWDM工作方式（1）双纤单向传输双纤单向传输指一根光纤只完成一个方向光信号的传输，反向光信号的传输由另一根光纤来完成。如图7-2所示，图7-2双纤单向传输的DWDM系统光纤通信*6.1DWDM概述（2）单纤双向传输单纤双向传输指在一根光纤中实现两个方向光信号的同时传输，两个方向的光信号应安排在不同波长上。图7-3单纤双向传输的DWDM系统光纤通信*6.1DWDM概述（3）光信号的分出和插入通过光分插复用器（OADM）可以实现各波长的光信号在中间站的分出与插入，即完成上/下光路，利用这种方式可以完成DWDM系统的环形组网。图6-4光信号的分出和插入传输光纤通信*6.1DWDM概述6.1.6WDM的应用形式有开放式WDM图6-5所示和集成式WDM图6-6所示。开放式DWDM系统采用波长转换技术，将复用终端的光信号转换成符合ITU-T建议的波长，然后进行合波。集成式DWDM系统没有采用波长转换技术，它要求复用终端的光信号符合ITU-T建议的波长，然后进行合波。（1）集成式WDM系统集成式WDM系统要求SDH终端设备具有满足G.692的光接口：标准的光波长、满足长距离传输的光源。光纤通信*图6-5集成式WDM系统(2)开放式WDM系统开放式WDM系统就是在波分复用器前加入光波长转换器（OTU），将SDH非规范的波长转换为标准波长。图6-6开放式WDM系统6.1DWDM概述光纤通信*(3)波长变换(WC:WavelengthConversion)是将信息从承载它的一个波长上转到另一个波长上。在WDM光网络中使用波长变换技术的原因有： 首先，信息可以通过WDM网络中不适宜使用的波长进入WDM网络。例如在现阶段光纤通信中大量使用1310nm窗口的LED或FPLD光源，这些波长或光源均不适合WDM系统，因此在WDM系统的输入和输出处，都要在这些波长与1550nm附近的波长之间进行转换。 其次，在网络内部，可以提高链路上现有波长的利用率。引入波长变换技术，可以实现波长的再利用，有效地进行波长路由选择，降低网络阻塞率，从而提高WDM网络的灵活性和可扩充性。6.1DWDM概述光纤通信* 最后，如果不同网络由不同的组织管理，并且这些网络没有协调一致的波长分配，那么在网络之间就可以使用波长变换器。 波长变换的基本方法有两种：光/电/光方法和全光方法。6.1DWDM概述光纤通信*6.1.7DWDM的优越性（1）超大容量（2）对数据“透明”（3）系统升级时能最大限度地保护已有投资（4）高度的组网灵活性、经济性和可靠性（5）可兼容全光交换 6.1DWDM概述光纤通信*6.2WDM系统结构与设备6.2.1WDM系统的基本结构WDM系统由5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，如图所示。图6-7WDM系统总体结构示意图（单向）光纤通信*（1）光发射机。是WDM系统的核心，对发射激光器的中心波长有特殊的要求外，还需要根据WDM系统的不同应用来选择具有一定色度色散容限的发射机。（2）光放大器。光线路放大器可以根据情况决定有或没有。目前使用的光放大器多数为EDFA。（3）光接收机。接收机不但要满足一般接收机对光信号灵敏度、过载功率等参数的要求，还要能承受有一定光噪声的信号，要有足够的电带宽性能。（4）光监控信道。监控系统内各信道的传输情况，光监控波长λs为1 510nm。（5）网络管理系统。对WDM系统进行管理，实现配置管理、故障管理、性能管理、安全管理等功能，并与上层管理系统（如TMN）相连。6.2WDM系统结构与设备光纤通信*6.2.2WDM系统的设备WDM设备按用途可分为光终端复用器（OTM）、光线路放大器（OLA）、光分插复用器（OADM）和电中继器（REG）几种类型。以华为公司的波分320G设备为例讲述各种网单元的作用。(1)WDM器件DWDM器件分为合波器和分波器两种，如图6-8所示。合波器的主要作用是将多个信号波长合在一根光纤中传输。分波器的主要作用是将在一根光纤中传输的多个波长信号分离。6.2WDM系统结构与设备图6-8DWDM器件光纤通信*（2）光终端复用器（OTM）在发送方向，OTM把波长为λ1～λ16（或λ32）的STM-16信号经合波器复用成DWDM主信道，然后对其进行光放大，并附加上波长为λs的光监控信道。在接收方向，OTM先把光监控信道取出，然后对DWDM主信道进行光放大，经分波器解复用成16（或32）个波长的STM-16信号。OTM的信号流向如图6-9所示。6.2WDM系统结构与设备光纤通信*图6-9OTM信号流向图6.2WDM系统结构与设备光纤通信*（3）光放大器（OLA）每个传输方向的OLA先取出光监控信道（OSC）并进行处理，再将主信道进行放大，然后将主信道与OSC合路并送入光纤。如图6-10所示。图6-10OLA信号流向图6.2WDM系统结构与设备光纤通信*6.2DWDM系统结构与设备（4）光分插复用器（OADM）OADM设备接收线路的光信号后，先提取监控信道，再用WPA将主光通道预放大，通过MR2单元把含有16或32路STM-16的光信号按波长取下一定数量后送出设备，要插入的波长经MR2单元直接插入主信道，再经功率放大后插入本地光监控信道，向远端传输。以MR2为例，其信号流向如图6-11所示。光纤通信*6.2DWDM系统结构与设备图6-11静态OADM（32/2）信号流向图光纤通信*6.2DWDM系统结构与设备（5）两个OTM背靠背组成的光分插复用器用两个OTM背靠背的方式组成一个可上/下波长的OADM，如图7-9所示。图6-12两个OTM背靠背组成的OADM信号流向图光纤通信*6.2DWDM系统结构与设备（6）电中继器（REG）以STM-16信号的中继为例，其的信号流向如图6-13所示。图6-13电中继器（REG）的信号流向图光纤通信*6.2DWDM系统结构与设备6.2.3．DWDM网络的一般组成（1）点到点组网DWDM的点到点组网示意图如图6-14所示。（2）链形组网DWDM的链形组网示意图如图6-15所示。图6-14DWDM的点到点组网示意图图6-15DWDM的链形组网示意图光纤通信**可编辑光纤通信*6.2DWDM系统结构与设备图6-16DWDM的环形组网示意图（3）环形组网DWDM环形组网示意图如图6-16所示。光纤通信*6.2DWDM系统结构与设备6.2.4．DWDM网络的保护点到点线路保护主要有两种保护方式一种是基于单个波长、在SDH层实施的1+1或1︰N的保护；另一种是基于光复用段上的保护，在光路上同时对合路信号进行保护，这种保护也称光复用段保护（OMSP）。另外还有基于环网的保护。光纤通信*（1）基于单个波长的保护①基于单个波长，在SDH层实施的1＋1保护这种保护系统机制与SDH系统的1＋1MSP类似。这种方式的可靠性比较高，但成本也比较高。图6-17基于单个波长，在SDH层实施的1＋1保护6.2DWDM系统结构与设备光纤通信*②基于单个波长，在SDH层实施的1:n保护图6-18基于单个波长，在SDH层实施的1:n保护6.2DWDM系统结构与设备光纤通信*③基于单个波长，同一WDM系统内1:n保护同一WDM系统内1:n保护是指在同一WDM系统内，有n个波长通道作为工作波长，1个波长通路作为保护系统。但是考虑到实际系统中，光纤、光缆的可靠性比设备的可靠性要差，只对系统保护，而不对线路保护，实际意义不是太大。图6-19光复用段（OMSP）保护（2）光复用段保护这种技术只在光路上进行1＋1保护，而不对终端线路进行保护。6.2DWDM系统结构与设备光纤通信*（3）环网的保护①基于单个波长保护的波长通道保护环，即单个波长的1＋1保护，类似于SDH系统中的通道保护。图6-20光通道保护环6.2DWDM系统结构与设备光纤通信*②复用段保护环，对合路波长的信号进行保护，在光纤切断时，可在断纤临近的2个节点完成“环回”功能，从而使所有的业务得到保护，与SDH的MSP相类似。图6-21二纤单向光复用段保护环6.2DWDM系统结构与设备光纤通信*6.3WDM系统规范6.3.1WDM波长分配1．绝对频率参考在WDM系统中，一般选择193.1THz作为频率间隔的参考频率，其原因是它比基于任何其他特殊物质的绝对主频率参考（AFR）更好，193.1THz值处于几条AFR线附近。一个适宜的光频率参考可以为光信号提供较高的频率精度和频率稳定度。光纤通信*2．标称中心频率标称中心频率指的是光波分复用系统中每个通路对应的中心波长。在G.692中允许的通路频率是基于参考频率为193.1THz、最小间隔为100GHz的频率间隔系列。对于频率间隔系列的选择应该满足以下要求。（1）至少应该提供16个波长。（2）波长的数量不能太多。（3）所有波长都位于光放大器增益曲线相对比较平坦的部分。（4）这些波长应该与放大器的泵浦波长无关。（5）所有通路在这个范围内均应该保持均匀间隔。6.3WDM系统规范光纤通信*3．通路间隔WDM系统的通路间隔是指相邻通路间的标称频率差，可以是均匀间隔也可以是非均匀间隔，非均匀间隔可以用来抑制G.653光纤中的四波混频效应。G.692文件推荐使用的通路间隔均匀的41个标准波长见表6-3。6.3WDM系统规范光纤通信*6.3WDM系统规范 标准中心频率（THz）100GHz间隔 标准中心波长（nm） 标准中心频率（THz）100GHz间隔 标准中心波长（nm） 196.10 1 528.77 194.00﹡ 1 545.32 196.00 1 529.55 193.90﹡ 1 546.12 195.90 1 530.33 193.80﹡ 1 546.92 195.80 1 531.12 193.70﹡ 1 547.72 195.70 1 531.90 193.60﹡﹡ 1 548.51 195.60 1 532.68 193.50﹡﹡﹡ 1 549.32 195.50 1 533.47 193.40﹡﹡ 1 550.12 195.40 1 534.25 193.30﹡﹡﹡ 1 550.92 195.30 1 535.04 193.20﹡﹡ 1 551.72 195.20﹡ 1 535.82 193.10﹡﹡﹡ 1 552.52 195.10﹡ 1 536.61 193.00﹡﹡ 1 553.33 195.00﹡ 1 537.40 192.90﹡﹡﹡ 1 554.13 194.90﹡ 1 538.19 192.80﹡﹡ 1 554.94光纤通信*6.3WDM系统规范 标准中心频率（THz）100GHz间隔 标准中心波长（nm） 标准中心频率（THz）100GHz间隔 标准中心波长（nm） 194.80﹡ 1 538.98 192.70﹡﹡﹡ 1 555.75 194.70﹡ 1 539.77 192.60﹡﹡ 1 556.55 194.60﹡ 1 540.56 192.50﹡﹡﹡ 1 557.36 194.50﹡ 1 541.35 192.40﹡﹡ 1 558.17 194.40﹡ 1 542.14 192.30﹡﹡﹡ 1 558.98 194.30﹡ 1 542.94 192.20﹡﹡ 1 559.79 194.20﹡ 1 543.73 192.10﹡﹡﹡ 1 560.61 194.10﹡ 1 544.53光纤通信*4．中心频率偏差中心频率偏差定义为标称中心频率与实际中心频率之差。16通路和8通路WDM系统的通道间隔为100GHz和200GHz，最大中心频率偏移均为±20GHz（约为0.16nm）。影响中心频率偏差的主要因素有光源啁啾、信号信息带宽、光纤的自相位调制（SPM）引起的脉冲展宽及温度和老化的影响等。6.3WDM系统规范光纤通信*6.3.2WDM系统光接口技术规范1．光接口位置与参数定义图6-28单通路的光接口的位置6.3WDM系统规范光纤通信*图6-29多通路的光接口的位置6.3WDM系统规范光纤通信*输出端参数对应于各个通路发送机后的输出口。（1）单个发送机输出端参数①最大色散容纳值②光谱特性有20dB谱宽和边模抑制比。③平均发送功率④消光比⑤眼图模板（2）单个接收机输入口参数①接收灵敏度②接收机波长范围③光信噪比④接收机反射系数⑤光通道代价6.3WDM系统规范光纤通信*（3）合路信号的输入口参数①平均每路输入功率②平均总输入功率③每路光信噪比④串扰⑤各路输入功率的最大差值（4）合路信号的输出口参数①发送端S点串话②通路输出功率③发送功率④每通路光信噪比⑤各路输出功率的最大差值6.3WDM系统规范光纤通信*6.4.2WDM系统光接口技术规范（5）光通路参数在WDM系统中，出现了“子”和“主”两个光通道。定义两光放大器之间为子光通道，MPI-S和MPI-R之间为主光通道，如图6-30所示。图6-30主光通道与子光通道的划分光纤通信*6.4.2WDM系统光接口技术规范①衰减与目标距离。目标距离的衰减范围是在1 530～1 565nmEDFA的工作频带内，假设光纤损耗是以0.28dB/km为基础（包括接头和光缆富余度）而得出的。表6-4 无线路光放大器系统的衰减范围表6-5 有线路光放大器系统的衰减范围 应用代码 nL-y.z nV-y.z nU-y.z 衰减范围 最大 22dB 33dB 44dB 最小 应用代码 nLx-y.z nVx-y.z 衰减范围（OA之间） 最大 22dB 33dB 最小光纤通信*6.4.2WDM系统光接口技术规范②色散。对于超高速波分复用系统，大多数是色散敏感系统（色散包括色度色散和偏振模色散）。表6-6所示是2.5Gbit/s系统有/无线路光放大器系统在G.652光缆上传输的色散容限值和目标传送距离。表6-6 2.5Gbit/s系统，有/无线路光放大器系统在G.652光缆上传输的色散容限值和目标传送距离 应用代码 L V U nV3-y.2 nL5-y.2 nV5-y.2 nL8-y.2 最大色散容限值 1600 2400 3200 7200 8000 12000 12800 目标传输距离（km） 80 120 160 360 400 600 640光纤通信*6.4.2WDM系统光接口技术规范③偏振模色散。偏振模色散是指由光纤随机性双折射引起的，不同偏振状态下光纤折射率不同，导致相移不同，在时域上表现为时延不同，最终脉冲波形展宽，增加了码间干扰。④反射。反射系数包括最小回损和最大反射系数。最小回损是指主通道光缆线路（包括任何光连接器）MPI-S点入射光功率和反射光功率之比。最大离散反射系数是指光通道光缆线路（包括任何光连接器）不均匀性（例如接头）引起的反射。⑤光通道代价指从MPI-S和MPI-R之间的“主光通道”，由于反射、码间干扰、模分配噪声、激光器chip声等因素的影响，使脉冲在光纤传输过程中所引起的波形失真而导致接收灵敏度的明显下降。光纤通信*6.4.2WDM系统光接口技术规范2．WDM系统光接口指标32×2.5Gbit/sWDM系统光接口指标如表6-7所示表6-7 32×2.5Gbit/sWDM系统主光通路参数光纤通信*6.4.2WDM系统光接口技术规范 系统类型 8×22dB 5×30dB 3×33dB 通路数 32 32 32 比特速率/通路的格式 STM-16 STM-16 STM-16 项目 单位 数值 MPI-S和S点的光接口         光发送端串音 dB * * * 每通路输出功率         —最大—最小 dBmdBm 5.0(8.0)0.0(3.0) 7.03.0 6.04.0 总发送功率         —最大 dBm 17(20) 20 20 MPI-S点每通路信噪比 dB >30 >30 >30 MPI-S点的最大通路功率差 dB 5.0 4.0 2.0 光通道（MPI-S－MPI-R）         光通道代价（BER＝10−12） dB 2 2 2 衰减范围         —最大 dB 24 30 33 —最小 dB 22 28 31 色散 ps/nm 12 800 12 000 7 200 反射 dB −27 −27 −27 最小回损 dB 24 24 24 MPI-R和R点的光接口         平均每通路的输入功率         —最大 dBm −17(−14) −21 −25光纤通信*6.4.2WDM系统光接口技术规范2．WDM系统光接口指标OSC监控通路的接口参数如表6-8所示。表6-8 OSC监控通路的接口参数 监控波长 1 510nm 光源类型 MLM-LD* 监控速率 2Mbit/s 光谱特性 信号码型 CMI 最小接收灵敏度 –48dBm 信号发送功率 0～–7dBm光纤通信*6.4.2WDM系统光接口技术规范3．OTU接口参数发送端OTU接口参数如表6-9所示，再生器OTU接口参数如表6-10所示，接收端OTU接口参数如表6-11所示。光纤通信* G.652和G.655光纤的基本性能要求如表6-12所示。6.4.3光纤和光缆性能要求光纤通信*小结1．WDM技术是利用单模光纤的带宽以及低损耗的特性，采用多个波长作为载波，允许各载波信道在一条光纤内同时传输。与通用的单信道系统相比，WDM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。2．WDM系统主要由光发射机、光中继放大、光接收机、光监控信道和网络管理系统5部分组成。其工作方式有双纤单向和单纤双向两种。系统类型通常有开放式和集成式两种。光纤通信*小结WDM系统设备一般按用途可分为光终端复用器（OTM）、光线路放大器（OLA）、光分插复用器（OADM）、电中继器（REG）等几种类型。WDM网络保护有点到点线路保护、光复用段保护和基于环网的保护。WDM系统监控有带外波长监控技术和带内波长监控技术两种。WDM网管包括故障管理、性能管理、配置管理和安全管理。WDM的关键技术包括光源、光 检测 工程第三方检测合同工程防雷检测合同植筋拉拔检测方案传感器技术课后答案检测机构通用要求培训 器、光波长转换器、光放大器、光复用器和解复用器及光纤等。WDM系统规范主要介绍了WDM系统的波长分配和光接口技术规范。光纤通信**可编辑