光纤通信-DWDM技术.ppt

,*,一 概 述,Internet,骨干网的业务,量几乎每,6,9,个月翻一番，,比著名的,CPU,性能进展,more,定律,（,18,个月左右翻番）快,2,3,倍,话音业务,数据业务,宽带综合业务,数据业务 爆发性,增长,容量的需求,250,200,150,100,50,0,115,135,2,IP,23,106,250,话音,话音和,IP,通信量的增长情况,1996 1997 1998 1999 2010 2020,10,58,Tbit,技术到干线网,21,世纪的传输,Gbit,技术到办公室,/,家庭,Mbit,技术到个人,扩容的选择,空分复用,SDM(Space Division Multiplexer),时分复用,TDM(Time Division Multiplexer),波分复用,WDM(Wavelength Division Multiplexer),TDM,和,WDM,技术合用,采用,WDM,前的扩容,采用,WDM,后的扩容,TX,EDFA,EDFA,TX,TX,TX,TX,TX,TX,TX,1310,RPTR,1310,RPTR,1310,RPTR,1310,RPTR,1310,RPTR,1310,RPTR,1310,RPTR,1310,RPTR,TX,TX,40km,40km,40km,40km,40km,40km,40km,40km,40km,1310,RPTR,1310,RPTR,1310,RPTR,1310,RPTR,1310,RPTR,1310,RPTR,1310,RPTR,1310,RPTR,TX,TX,1310,RPTR,1310,RPTR,1310,RPTR,1310,RPTR,1310,RPTR,1310,RPTR,1310,RPTR,1310,RPTR,TX,TX,1310,RPTR,1310,RPTR,1310,RPTR,1310,RPTR,1310,RPTR,1310,RPTR,1310,RPTR,1310,RPTR,TX,TX,1310,RPTR,1310,RPTR,1310,RPTR,1310,RPTR,1310,RPTR,1310,RPTR,1310,RPTR,1310,RPTR,TX,TX,1310,RPTR,1310,RPTR,1310,RPTR,1310,RPTR,1310,RPTR,1310,RPTR,1310,RPTR,1310,RPTR,TX,TX,1310,RPTR,1310,RPTR,1310,RPTR,1310,RPTR,1310,RPTR,1310,RPTR,1310,RPTR,1310,RPTR,TX,TX,1310,RPTR,1310,RPTR,1310,RPTR,1310,RPTR,1310,RPTR,1310,RPTR,1310,RPTR,1310,RPTR,TX,TX,TX,TX,TX,TX,TX,TX,TX,TX,M,U,X,120 km,120 km,120 km,WDM+EDFA,革新了光纤传输,D,E,M,1310nm/1550nm,窗口的波分复用,仍用于接入网，但很少用于长距离传输,1550nm,窗口的密集波分复用,(DWDM),可广泛用于长距离传输，用于建设全光网络,波分复用技术的发展,二,DWDM,技术,DWDM,系统的分类,以,信道速率,分类：,2.5Gbit/s,、,10Gbit/s,及混合速率,以,信道承载,业务类型,分类：,PDH,、,SDH,、,ATM,、,IP,或混合业务等,以,信道数,分类：,4,、,8,、,16,、,32,等,以,系统接口,分类：,集成式或开放式系统,开放式和集成式系统结构,开放式,4,波、,8,波、,16,波、,32,波,WDM,系统,集成式,4,波、,8,波、,16,波、,32,波,WDM,系统,波长转换,(Wavelength Convertion),开放式系统的关键技术,-,DWDM,系统的五大组成部分,合波和分波无源部分,信道隔离度高的光解复用器,发射和接收有源部分,特定波长和波长稳定、色散容限大的激光器发射源,能容忍一定,SNR,信号的光接收机,光传输和光放大,小色度色散系数光纤,增益平坦和增益锁定的,EDFA,光放大器,光监控信道,1510nm,DWDM,系统网管,光传送网分层模型,光纤衰耗,传输使用的三种不同类型的单模光纤,G.652,单模光纤（,NDSF,）,G.653,单模光纤（,DSF,）,G.655,单模光纤（,NZ-DSF,）,常规,G.655,大有效面积,G.655,三种光纤色散情况比较,大多数已安装的光纤,低损耗 大色散分布 大有效面积,色散受限距离短,2.5Gb/s,系统色度色散受限距离约,600km,10Gb/s,系统色度色散受限距离约,34km,G.652+DCF,方案升级扩容成本高,结论,:,不适用于,10Gb/s,以上速率传输，但可应用于,2.5Gb/s,以下速率的,DWDM,。,G.652,单模光纤（,NDSF,）,低损耗 零色散 小有效面积,长距离、单信道超高速,EDFA,系统,四波混频（,FWM,）是主要的问题，,不利于,DWDM,技术,结论,:,适用于,10Gb/s,以上速率单信道传输，但不适用于,DWDM,应用，处于被市场淘汰的现状。,G.653,单模光纤（,DSF,）,在,1530,1565nm,窗口有较低的损耗,工作窗口较低的色散，一定的色散抑制了非线性效应（四波混频）的发生。,可以有正的或负的色散,海底传输系统,正色散,SPM,效应压缩脉冲，负色散,SPM,效应展宽脉冲。,为,DWDM,系统的应用而设计的,G.655,单模光纤（,NZ-DSF,）,结论,:,适用于,10Gb/s,以上速率,DWDM,传输，,是未来大容量传输，,DWDM,系统用光纤的理想选择。,EDFA,在线路中的应用,合,波,器,分,波,器,功率放大器,前置放大器,线路放大器,光线放,(OLA),增益,G=2025dB,Pout=+17dBm,增益,G=2025dB,Pin=-28dBm,ATT,增益,G=25,、,30/33dB,Pout=+17dBm,增益,G=3035dB,Pout=+17dBm,光功放,(OBA),光预放,(OPA),OBA,OPA,OBA,OLA,OPA,半导体光放大器,（,SOA,）,掺铒光纤光放大器,（,EDFA,）,掺镨光纤光放大器,（,PDFA,）,激光拉曼光放大器,(SRA),1550,EDFA,增益窗口,30nm 60nm,光,放,大,器,增,益,光,纤,衰,减,除去,OH,峰外,300nm,低损耗窗口,波长,nm,850,1310,PDFA,SOA,SRA,光放大器技术的发展,EDFA,增益窗口,30nm 60nm,PDFA,SOA,SRA,发射和接收有源部分,中心波长和中心频率,196.0,199.0,195.0,194.0,193.0,192.0,191.0,1505,1510,1530,1535,1540,1545,1550,1555,1560,1565,1570,OSC,信道,1510,10nm,C-Band,L-Band,(THz),(nm),中心频率,(,中心波长,),偏差,n/5,，,n,为光信道间隔,标称中心频率或波长是以,193,.1,THz,（,1552.52nm),为中心、间隔为,100GHz,的整数倍。,DWDM,系统对光发射和光接收的基本要求,中,心,波,长,和,中,心,频,率,光发送机,光谱特性,1,2,1,-,XdB,发光二极管（,LED,）,1,2,1,-,XdB,1,2,1,-,XdB,多纵模激光器（,MLM,）,单纵模激光器（,SLM,）,温度反馈控制,T(,C,),(,nm,),对于,1.5,m DFB,激光器，波长温度系数约为,13GHz/,C,管芯温度和波长关系曲线,0,TEC,温度控制器,TEC,温度,控制电路,0,激光输出,温度传感器,激光器管芯,波长控制技术,之一,直接调制方式,输出功率正比于调制电流；,简单、损耗小、价廉；,使用,FP,或,DFB,激光器二极管；,随调制速率增高，模数增加，激光器谱线展宽（啁啾）。,限制使用在,2.5Gbps,高速率传输,调制方式,温度波长,控制电路,光接收机,工作波长范围的响应度,对,SNR,的灵敏度,光接收机,接收机必须承受的影响：,信号畸变,噪声,串扰,光转发器（,Transponder,）,*,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,*高,SNR,*,与偏振无关,*操作简单,O/E/O,波长转换器,合波和分波无源部分,波分复用器分类：,980/1550,、,1480/1550,泵浦,/,信号波分复用器（全光纤熔融拉锥型）。,1310/1550,波分复用器（全光纤熔融拉锥型）。,1550,波段内粗波分复用器（有可能用全光纤熔融拉锥方法实现）。,1,、粗波分复用器,2,密集波分复用器,DWDM,一、干涉滤光膜型波分复用器,输入光纤,1,4,3,2,0,(,监管信道,),干涉滤光膜,二、光栅型波分复用器,输入光,1,4,3,2,1.,体光栅型,2.,光纤光栅型,布拉格光栅,1,16,1,15,16,16,16,1,15,、,16,1,15,、,16,FBG,环形器,光纤光栅的应用,三、阵列波导光栅型波分复用器,(AWG),光监控信道（,OSC,）,DWDM,系统对光监控信道的基本要求,监控通路波长,1510nm,，监控速率,2Mb/s,对光监控通路的要求,(1),监控通路不限制光放大器的泵浦波长,(2),监控通路不限制光放大器之间的距离,(3),监控通路不限制未来在,1310 nm,波长的业务,(4),在光放大器失效时监控通路仍然可用,(5)OSC,传输是分段的且具有,3R,功能和双向传输功能,(6),应有,OSC,保护路由，防止光纤被切断后监控信息不,能传送的严重后果,DWDM,系统监控通道保护技术,DWDM,网管系统示意图,DWDM,网管系统,光复用段层,(,OMS,),光通道层,(,OCH,),光传输段层,(,OTS,),光传送网分层结构,通道层,段层,SDH,分层结构,物理层,(,FIBER,),电路层,网元管理系统管理功能：,故障管理：进行故障诊断、故障定位、故障隔离、故障改正，以及路径测试功能。,性能管理：性能参数监视等,配置管理：设置和预配等,安全管理：,4,级授权等,独立的网元管理功能,EM,层,DWDM,的网管应与所承载信号,的网管分离开，以增加承载多样性，,发挥“业务透明”的特点。,三,DWDM,组网,三,DWDM,组网考虑,网络规划的前瞻性,光网络分层结构,网络规划的一致性,统一的网络管理，分级的网元管理,网络规划的开放性,可容纳不同业务和不同种类的传输设备,DWDM,系统总体考虑,n,为最大通路数目,W,字母表示跨距,x,表示,应用代码中最大允许的光中继段数；,y,表示通路信号的最大比特率（,STM,等级）,:1,4,16,64,z,表示光纤类型,L,表示长距离,80km,V,表示较长距离,100km,V,表示甚长距离,120km,U,表示超长距离,160km,2,表示,G.652,光纤,3,表示,G.653,光纤,5,表示,G.655,光纤,应用代码的构成,：,n,W,x,-,y,.,z,系统应用代码,DWDM,应用代码,nL8-16.2(880km),nV3-16.2(3120km),nV5-16.2(5100km),无在线光放大器系统的应用代码,有在线光放大器系统和应用代码,1)80,公里跨距,2)120,公里跨距,有在线光放大器系统和应用代码,系统衰减范围,系统目标距离的衰减范围基于光缆在,1530-1565nm,范围内的衰减系数为,0.28dB/km(,包括接头衰减和光缆富余度）、目标距离,40km,的光纤衰减为,11dB,的假设计算得到的。,G.652,光纤目标距离的最大色散基于色散系数为,20ps/(nm.km),的假设计算得到的。,DWDM,网络现有拓扑结构,点到点,环状,1,2,3,4,5,A,B,C,D,E,1,2,3,4,5,A,B,C,D,E,线路保护主要有两种保护方式：,SDH,层的保护,光网络层的保护,WDM,系统的保护,ADM,m,ADM,ADM,ADM,2,纤自愈环,n,ADM,m,ADM,ADM,ADM,4,纤自愈环,m,m,m,n,m,n,m,n,m,DWDM,和,SDH,自愈环的结合,WDM,WDM,色散限制无电中继总传输距离,OSNR,光纤段跨距,光信噪比（,OSNR,）限制光纤段跨距和传输距离,平滑升级考虑,容量需求：容量需求的远期目标 容量需求的近期目标,单信道速率：,2.5Gbit/s 10Gbit/s,EDFA,增益带宽范围,:,全带、红带、蓝带,光信道间隔：,100GHz,、,200GHz,、,400GHz,EDFA,光放大器增益谱曲线,红带,蓝带,全带,1535nm,1547nm,1560nm,200GHz,间隔全带放大,100GHz,间隔红带放大,100GHz,间隔蓝带放大,200GHz,200GHz,200GHz,100GHz,未来光网络的前景,未来光网络的前景,超高速率网络中，若继续采用原有的,SDXC,或,ATM DXC/ADM,设备，节点设备将变的十分庞大复杂，实现难度越来越大。,超高速率传输带来的经济效益被转接费用升高所抵消。,唯一的出路是走向光联网！,要设置更高通道等级,光通道（,OP,），进行光路的交叉连接（,OXC,）和分插复用（,OADM,）。,OADM/OXC,技术是全光网络技术的关键。,ADM,配置,DWDM,系统,+SDH ADM,OADM,OADM,的功能是从传输设备中选择性地下光信号、或上光信号、或仅仅通过某个波长信号，同时不影响其它波长信道的传输。,OXC,OXC,是全光网的核心器件。,其主要功能是：,(1),光路层的带宽管理。,光纤、波长两个层次。,(2),光网络的保护和恢复。,通常,OXC,有三种实现方式：,光纤交叉连接,波长交叉连接,波长变换交叉连接,CAINONET,结构,基于,SDH,的,ATM,交换机,中国高速信息示范网,IP/SDH/DWDM,地区,A,OXC,节点,A1,UAS,PSTN,ADSL,基于,SDH,的,ATM,交换机,地区,B,OXC,节点,B1,Switch,AS,LAN,地区,C,OXC,节点,C1,SDH,设备,ER,GER,LAN,CSR,PSTN,ATM,设备,ADM,OADM,节点,A2,OADM,节点,B3,OADM,节点,B2,OADM,节点,C2,OADM,节点,C3,OADM,节点,C4,OADM,节点,A3,CSR,CSR,ATM,设备,ATM,设备,ATM,设备,ER,GER,SDH,设备,SDH,设备,ADM,Switch,LAN,LAN,