WDM关键技术和要求专业资料.doc

第1章 WDM概述
1.1 WDM技术产生背景
1.1.1 光网络复用技术发展
随着信息时代宽带高速业务不断发展，不但规定光传播系统向更大容量、更长距离发展，并且，规定其交互便捷。因而，在光传播系统中引入了复用技术。所谓复用技术是指运用光纤宽频带、大容量特点，用一根光纤或光缆同步传播多路信号。在多路信号传播系统中，信号复用方式对系统性能和造价起着重要作用。
光纤传播网复用技术经历了空分复用（SDM）、时分复用（TDM）到波分复用（WDM）三个阶段发展。
SDM技术设计简朴、实用，但必要按信号复用路数配备所需要光纤传播芯数，投资效益较差；TDM技术应用很广泛，缺陷是线路运用率较低；WDM技术在1根光纤上承载各种波长（信道），使之成为当前光纤通信网络扩容重要手段。
光纤通信系统经历了几种发展阶段，从70年代末PDH系统，90年代中期SDH系统(经历了准同步数字体系（PDH）、同步数字体系（SDH），和波分复用（WDM）三个阶段)，以及近来风起云涌DWDM系统，乃至将来智能光网络技术，光纤通信系统自身正在迅速地更新换代。
波分复用技术从光纤通信浮现伊始就浮现了，80年代末、90年代初，AT&T贝尔实验室厉鼎毅（T.Y.Lee）博士大力倡导波分复用（DWDM）技术，两波长WDM（1310／1550nm）系统80年代就在美国AT&T网中使用，速率为2×1.7Gb／s。但是到90年代中期，WDM系统发展速度并不快.
从技术和经济角度，DWDM技术是当前最经济可行扩容技术手段。
WDM
WDM又叫波分复用技术，是新一代超高速光缆技术，所谓波分复用技术，就是在单一光纤内同步传播各种不同波长光波，让数据传播速度和容量获得倍增，它充分运用单模光纤低损耗区巨大带宽资源，采用合波器，在发送端将不同规定波长光载波进行合并，然后传入单模光纤。在接受某些将再由分波器将不同波长光载分开复用方式，由于不同波长载波是互相独立，因此双向传播问题，迎刃而解。依照不同波分复用器（分波器，合波器X可以复用不同数量波长。
通信系统设计不同，每个波长之间间隔宽度也有不同。按照通道间隔不同，WDM可以细分为CWDM（稀疏波分复用）和DWDM（密集波分复用）。CWDM信道间隔为20nm，而DWDM信道间隔从0.4nm 到1.2nm，因此相对于DWDM，CWDM称为稀疏波分复用技术。
DWDM是一种能在一根光纤上同步传送各种携带有信息（模仿或数字）光载波，只 需通过增长波长（信道）实现系统扩容光纤通信技术。它将几种不同波长光信号组合（复用）起来传播，传播后将光纤中组合光信号再分离开（解复用），送入不同通信终端，即在一根物理光纤上提供各种虚拟光纤通道，咱们也可以称之为虚拟光纤。
1.2 光波分复用和解复用器件技术
概述
光波分复用器与解复用器属于光波分复用器件，又称为合波器与分波器，事实上是一种光学滤波器件。
在发送端，合波器（OM）作用是把具备标称波长各复用通路光信号合成为一束光波，然后输入到光纤中进行传播，即对光波起复用作用。
在接受端，分波器（OD）作用是把来自光纤光波分解成具备原标称波长各复用光通路信号，然后分别输入到相应各光通路接受机中，即对光波起解复用作用。
由于光合、分波器性能优劣对系统传播质量有决定性影响，因而，规定合、分波器衰耗、偏差、信道间串扰必要小。
1.2.1 光波分复用器件简介
如下将简要简介4种常用波分复用器，以及不同波长数量DWDM系统惯用复用器类型。
1． 惯用光波分复用器简介
（1） 光栅型波分复用器
光栅型波分复用器属于角色散型器件。
运用不同波长光信号在光栅上反射角度不同特性，分离、合并不同波长光信号，工作原理如Error! Reference source not found.所示。

图 01 光栅型波分复用器原理图
光栅型波分复用器具备优良波长选取性，波长间隔可缩小到0.5 nm左右。但是，由于光栅在制造上规定非常精密，不适合大批量生产，惯用于实验室科学研究。
（2） 介质薄膜型波分复用器
介质薄膜型波分复用器由薄膜滤波器（TFF）构成。
TFF由几十层不同材料、不同折射率和不同厚度介质膜组合而成。一层为高折射率，一层为低折射率，从而对一定波长范畴呈通带，而对此外波长范畴呈阻带，形成所规定滤波特性。工作原理如Error! Reference source not found.所示。

图 02 介质薄膜型波分复用器原理图
介质薄膜型波分复用器是一种构造稳定小型化无源光器件，信号通带平坦，插入损耗低，通路间隔度好。
（3） 阵列波导波分复用器（AWG）Arrayed Waveguide Grating
阵列波导波分复用器是以光集成技术为基本平面波导型器件，工作原理如Error! Reference source not found.所示。

图 03 阵列波导型复用器原理图
AWG构造紧凑，插损小，是光传送网络中实现合分波优选方案。
（4） 耦合型波分复用器
耦合型波分复用器是将两根或者多根光纤靠贴在一起适度熔融而成一种表面交互式器件，普通用于合波器，工作原理如Error! Reference source not found.所示。

图 04 耦合器型合波器原理图
耦合器型波分复用器只能实现合波功能，制导致本低，但是引入损耗较大。
2． DWDM系统复用/解复用器件
不同波长系统使用光波分复用器件相应关系如Error! Reference source not found.所示。

表 01 DWDM系统与光波分复用器件相应关系
光波分
复用器类型
合波器
分波器
32波如下
40波
80波以上
32波如下
40波
80波以上
耦合型
√
-
-
-
-
-
阵列波导型
√
√
√
√
√
√
介质薄膜型
√
√
-
√
√
-
光栅型
-
-
√
-
-
√
1.2.2重要性能指标
1．复用通路数
代表波分复用器件进行复用与解复用光通路数量，与器件辨别率、隔离度等参数密切有关。
2． 插入损耗
波分复用器件自身对光信号衰减作用，直接影响系统传播距离。
不同类型波分复用器件插损值不同，插损越小越好。
3． 隔离度
表征光元器件中各复用光通路彼此之间隔离限度。通路隔离度越高，波分复用器件选频特性就越好，串扰抑制比也越大，各复用光通路之间互相干扰影响也越小。
该参数仅对波长敏感型器件（薄膜滤波器型和AWG型器件）故意义。对耦合型器件，参数无意义。
4． 反射系数
在波分复用器件输入端，反射光功率与入射光功率之比为反射系数。反射系数值越小越好。
5． 偏振有关损耗（PDL）
偏振有关损耗是指由光波偏振态变化引起插入损耗最大变化值。
光是频率极高电磁波，因此存在波振动方向问题（偏振）。输入到波分复用器件中各复用通路光信号，其偏振态不也许完全一致，而同一波分复用器件对不同偏振态光波，其衰减作用也略有不同。PDL值越小越好。
6． 温度系数
温度系数是指，由于环境温度变化引起复用通路中心工作频率偏移。波分复用器件温度系数越小越好。系数越小，阐明各复用通路中心工作频率越稳定。
7． 带宽
波长敏感型器件（薄膜滤波器型和AWG型器件）参数之一，对于耦合型波分复用器无意义。
带宽涉及-0.5dB通道宽度和-20dB通道宽度两种。
l -0.5dB通道宽度
当分波器插入损耗下降0.5dB时，相应工作波长变化值。
描述分波器带通特性。良好带通特性曲线应平坦、宽阔，带宽值越大越好。
l -20dB通道宽度
当分波器插入损耗下降20dB时，相应工作波长变化值。
描述分波器阻带特性。阻带特性曲线应陡峭，带宽值越小越好。
1.3 DWDM工作波长范畴
石英光纤有三个惯用低损耗窗口：850nm窗口、1310nm窗口和1550nm窗口，如Error! Reference source not found.所示。

O：Original Band，原始波段 E：Extend Band，扩展波段 S：Short Band，短波段
C：Conventional Band，常规波段 L：Long Band，长波段
图 1.31 光纤通信中低损窗口
1． 850nm窗口
波长范畴600nm~900nm。重要用于多模光纤，传播损耗较大（平均损耗2dB/km）。普通合用于短距接入网环境，如光纤通道（FC）业务。
2． 1310nm窗口
该波长区可用波长下限重要受限于光纤截止波长和光纤衰减系数，上限重要受限于1385nm处OH根吸取峰影响。工作范畴为1260nm~1360nm，平均损耗0.3dB/km~0.4dB/km。
由于当前尚无工作于1310nm窗口宽带光放大器，因此不合用于DWDM系统。(CWDM器件不能用在长距离传播设备)
3． 1550nm窗口
该波长区下限重要受限于1385nm处OH根吸取峰影响，而上限重要受限于红外吸取损耗和弯曲损耗影响。工作波长位于1460nm~1625nm，平均损耗0.19dB/km~0.25dB/km。
1550nm窗口损耗最低，可用于SDH信号短距和长距通信。同步，由于当前惯用光放大器EDFA在该窗口具备良好增益平坦度，因而，1550nm窗口也合用于DWDM系统。
1550nm窗口工作波长分为3某些（S波段、C波段和L波段），波长范畴如Error! Reference source not found.所示。

图 1.32 1550nm窗口工作波长划分
（1） S波段（1460nm~1530nm）：由于EDFA工作波长范畴位于C波段或L波段，因而，当前DWDM系统中不使用S波段。
（2） C波段（1530nm~1565nm）：惯用于40波如下DWDM系统（频道间隔100GHz）、80波DWDM系统（频道间隔50GHz）以及SDH系统(同步数字体系)工作波长区。
（3） L波段（1565nm~1625nm）：80波以上DWDM系统工作波长区。此时，频道间隔为50GHz。
1.4 DWDM系统工作波长
工作波长区阐明
如下按DWDM系统复用通道数量，分别简介不同系统工作波长范畴、频率范畴、通路间隔、中心频率偏差。
1． 8/16/32/40/48波系统
工作波长范畴：C波段（1530nm~1565nm）
频率范畴：191.3THz~196.0THz
通路间隔：100 GHz
中心频率偏差：±20GHz（速率低于2.5Gbit/s）；±12.5GHz（速率10Gbit/s）
2． 80/96波系统
工作波长范畴：C波段（1530nm~1565nm）
频率范畴：C波段（191.30THz~196.05THz）
通路间隔：50GHz
中心频率偏差：±5GHz
3． 160/176波系统
工作波长范畴：C波段（1530nm~1565nm）+L波段（1565nm~1625nm）
频率范畴：C波段（191.30 THz~196.05 THz），共96波；
L波段（186.95 THz~190.90 THz），共80波。
通路间隔：50GHz
中心频率偏差：±5GHz
1.4.1 DWDM波长分派
密集波分设备工作波长严格遵循ITU-T建议G.692原则，采用多信道系统使用特定中心波长和中心频率值。
1． 当密集波分设备为C波段40波及如下波长系统时，通路间隔100 GHz，波长分派如Error! Reference source not found.所示。
表01 基于C波段40 CH波长分派
波长
序号
子波段
名称
标称中心频率
（THz）
标称中心波长
（nm）
波长
序号
子波段
名称
标称中心频率
（THz）
标称中心波长
（nm）
1
C100_1
192.1
1560.61
21
C100_1
194.1
1544.53
2
C100_1
192.2
1559.79
22
C100_1
194.2
1543.73
3
C100_1
192.3
1558.98
23
C100_1
194.3
1542.94
4
C100_1
192.4
1558.17
24
C100_1
194.4
1542.14
5
C100_1
192.5
1557.36
25
C100_1
194.5
1541.35
6
C100_1
192.6
1556.55
26
C100_1
194.6
1540.56
7
C100_1
192.7
1555.75
27
C100_1
194.7
1539.77
8
C100_1
192.8
1554.94
28
C100_1
194.8
1538.98
9
C100_1
192.9
1554.13
29
C100_1
194.9
1538.19
10
C100_1
193.0
1553.33
30
C100_1
195.0
1537.40
11
C100_1
193.1
1552.52
31
C100_1
195.1
1536.61
12
C100_1
193.2
1551.72
32
C100_1
195.2
1535.82
13
C100_1
193.3
1550.92
33
C100_1
195.3
1535.04
14
C100_1
193.4
1550.12
34
C100_1
195.4
1534.25
15
C100_1
193.5
1549.32
35
C100_1
195.5
1533.47
16
C100_1
193.6
1548.51
36
C100_1
195.6
1532.68
17
C100_1
193.7
1547.72
37
C100_1
195.7
1531.90
18
C100_1
193.8
1546.92
38
C100_1
195.8
1531.12
19
C100_1
193.9
1546.12
39
C100_1
195.9
1530.33
20
C100_1
194.0
1545.32
40
C100_1
196.0
1529.55
注：子波段名称C100_1表达C波段波长间隔为100 GHz第1个子波段。
1.5 重要性能指标
（1） 通路间隔
通路间隔是指两个相邻复用通路之间标称频率差，涉及均匀通路间隔和非均匀通路间隔。当前，多数采用均匀通路间隔。
DWDM系统最小通路间隔为50GHz整数倍。
l 复用通路为8波时，通路间隔为200GHz。
l 复用通路为16波/32波/40/48波时，通路间隔为100GHz。
l 复用通路为80波以上时，通路间隔为50GHz。
采用通路间隔越小，规定分波器辨别率越高，复用通路数也越多。
（2） 标称中心频率
标称中心频率是指DWDM系统中每个复用通路相应中心波长（频率）。
例如，当复用通路为16波/32波/40波时，第1波中心频率为192.1THz，通路间隔为100GHz，频率向上递增。
（3） 中心频率偏移
中心频率偏移又称频偏，是指复用光通路实际中心工作频率与标称中心频率之间偏差。
国标规定，100GHz频率间隔系统，速率为2.5Gbit/s如下时，最大中心频率偏移为±20GHz（约±0.16nm）；速率为10Gbit/s时，最大中心频率偏移为±12.5GHz。50GHz频率间隔系统，最大中心频率偏移为±5GHz。
（4） 光功率单位
W：功率单位是瓦特。光传播中光能量比较小，普通用mW进行计量。
dBm：dBm单位是一种绝对值，是和1mW功率值绝对值：P dBm=10*log10(P/P0) =10*log10(pmW/1mW)
dB：dB单位是一种相对值，是P1相对于参照点P2功率值：
P1-P2 dB=10*log10(P1/P2) =10*log10(P1/P0)- 10*log10(P2/P0)
（5） 衰耗
衰耗就是能量损失。对于无源器件，带来都是衰耗。衰耗是一种相对量，普通选取无源器件输出作为参照点，输入功率和输出功率比值作为该器件衰耗。光纤衰耗与光纤长度呈正比，即光纤衰耗是具备累积性质。
（6`） 增益
增益就是能量提高。对于放大器，可以带来增益。
增益是一种相对量，普通选取放大器输入作为参照点，输出功率和输入功率比值作为该器件增益。

1.6 WDM系统有关定义
WDM 波分复用（WDM，Wavelength Division Multiplexing）是指，在1根光纤上承载各种波长（信道）系统，将1根光纤转换为多条“虚拟”纤，每条虚拟纤独立工作在不同波长上。由于WDM系统技术经济性与有效性，使之成为当前光纤通信网络最广泛使用光波复用技术。
WDM普通有3种复用方式，即1310nm和1550nm波长波分复用、粗波分复用（CWDM）和密集波分复用（DWDM）。
（1） 1310 nm和1550 nm波长波分复用
这种复用技术在20世纪70年代初时仅用两个波长：1310nm窗口一种波长，1550nm窗口一种波长，运用WDM技术实现单纤双窗口传播，这是最初波分复用使用状况。
（2） 密集波分复用（DWDM）
简朴说，DWDM技术是指相邻波长间隔较小WDM技术，工作波长位于1550nm窗口。可以在一种光纤上承载8~160个波长。重要应用于长距离传播系统。

图 1.61 DWDM系统示意图
（3） 粗波分复用（CWDM）
CWDM技术是指相邻波长间隔较大WDM技术，相邻信道间距普通不不大于等于20nm，波长数目普通为4波或8波，最多18波。CWDM使用1200nm ~1700nm窗口。
CWDM采用非制冷激光器、无光放大器件，成本较DWDM低；缺陷是容量小、传播距离短。因而，CWDM技术合用于短距离、高带宽、接入点密集通信应用场合，如大楼内或大楼之间网络通信。
1.7 DWDM基本概念
DWDM（Dense Wavelength Division Multiplexing）密集波分复用技术是在波长1550nm窗口附近，在EDFA能提供增益波长范畴内，选用密集但互相又有一定波长间隔多路光载波，这些光载波各自受不同数字信号调制，复合在一根光纤上传播，提高了每根光纤传播容量。这些光载波波长间隔为0.4～2nm，如Error! Reference source not found.所示。

图 1.71 DWDM载波波长间隔
DWDM设备普通由五某些构成，如Error! Reference source not found.所示。

图 1.72 DWDM系统构成
1.8 DWDM特点和优势
1． 充分运用光纤带宽资源，传播容量巨大
DWDM系统中各波长互相独立，可透明传播不同业务，如SDH、GbE、ATM等信号，实现各种信号混合传播。如Error! Reference source not found.所示，各种光信号通过采用不同波长复用到一根光纤中传播，每个波长上承载不同信号，在一根光纤中传播，大大提高了光纤容量，极大节约了光纤资源，减少线路建设成本。

图 1.81 DWDM传播容量巨大
2． 超长传播距离
运用掺铒光纤放大器（EDFA）等各种超长距传播技术，可以对DWDM系统中各通路信号同步放大，实现系统长距传播。
3． 平滑升级扩容
由于DWDM系统中每个波长通道透明传播数据，不对通道数据进行任何解决，因而，扩容时，只需增长复用光波长通路数即可，以便易行。
1.9 DWDM发展趋势
1. 更高通道速率
DWDM系统通道速率由2.5Gbit/s发展到当前10Gbit/s，基于40Gbit/s速率系统已进入商用阶段。
2． 更多波长复用数量
DWDM系统多用于8/16/32个波长，通道间隔为100GHz，工作波长位于C波段。随着技术不断发展，DWDM系统工作波长可覆盖C、L波段，间隔50GHz。最高可提供160波复用。
3． 超长全光传播距离
通过提高全光传播距离，减少电再生点数量，可减少建网初始成本和运营成本。
老式DWDM系统采用EDFA延长无电中继传播距离，当前，通过度布式拉曼放大器、超强前向纠错技术（FEC）、色散管理技术、光均衡技术以及高效调制格式等，可从当前600km左右扩展到km以上。

2.0掺铒光纤放大器（EDFA）技术
EDFA技术原理
1． 放大原理
铒（Er）是一种稀土元素。在制造光纤过程中，掺入一定量Er3+离子，形成掺铒光纤。这种光纤中Er3+离子会吸取光子能量，使自身能级发生变化，即勉励。用来做为勉励光源被称为泵浦光源，它所发出勉励光波被称为泵浦光。
Error! Reference source not found.为掺铒光纤放大器原理图。

图 01 掺铒光纤放大器放大原理图

2． 构成
EDFA重要由铒掺杂光纤（EDF）、泵浦光源、WDM耦合器、隔离器等部件构成，构造如Error! Reference source not found.所示。
图 02 掺铒光纤放大器构成
WDM耦合器作用是将信号光和泵浦光合在一起；隔离器作用是抑制光反射，以保证光放大器工作稳定；泵浦激光器产生泵浦光源。
2.1CWDM和DWDM关系
1． CWDM和DWDM波长范畴
CWDM系统工作波长范畴由使用光纤决定。
如果采用常规光纤，即G.652 A&B光纤，波长范畴是1470nm~1610nm；有水峰光纤只能传播8波＋1310nm窗口波长。
2.如果采用无水峰光纤，即G.652 C&D光纤，波长范畴是1270nm~1610nm。18个波长占用了整个无水峰光纤低插损窗口。（1260-1460/1460-1620）1270.1290.1310.1330.1350.1370.1390.1410.1430 1450/1470.1490.1510.1530.1550.1570.1590.1610），小波长用1310，大波长用1550
DWDM系统重要工作在1550nm窗口，波长范畴是1460nm~1625nm。
2． CWDM和DWDM通道间隔
CWDM通道间隔是20nm。
DWDM通道间隔是0.4～2nm。
3． CWDM和DWDM单波速率
当前CWDM单波最高速率是2.5G。
当前DWDM单波最高速率是40G。
4． CWDM和DWDM波长数
CWDM能提供8~18个波长，每个波长可以达到2.5G带宽。因此CWDM设备可以节约大量光纤，特别是当环网汇聚型业务时。
DWDM系统依照不同工作波长范畴，能提供8~160个波长。
5． CWDM和DWDM光放大器
CWDM系统不使用EDFA。
DWDM当前使用有掺铒光纤放大器（EDFA）、拉曼放大器和遥泵放大器。
6． CWDM和DWDM传播距离
CWDM由于没有采用EDFA，传播距离成为重要技术指标。CWDM功率损耗必要不大于30dB。这样一来，CWDM典型传播距离只能达到40～80km。
DWDM通过不同类型光转发板（OTU）、掺铒光纤放大器（EDFA）、前向纠错（FEC）技术、超强前向纠错（AFEC）技术、归零码（RZ）技术、增强型光放大器（EOA）、分布式RAMAN放大器和遥泵技术等超长距技术，实现从几公里直至 km以上超长无电中继传播。如果采用多复用段级联，传播距离可延长至0 km以上。
7． CWDM和DWDM成本
CWDM系统不使用EDFA，采用便宜无制冷激光器，波长容差为±2~3nm，成品率高。采用便宜CWDM滤波器，比DWDM在指标、工艺上规定低。并且继承了DWDM可平滑升级特点，采用模块化设计，随着业务增长，在原有设备平台上插入新OTU模块，来增长传播带宽。减少初期投资。
8． CWDM和DWDM应用场合
CWDM采用非制冷激光器、无光放大器件，成本较DWDM低；缺陷是容量小、传播距离短。因而，CWDM技术合用于短距离、高带宽、接入点密集通信应用场合，重要应用于城域汇聚层，接入层，专网，小都市骨干层。
DWDM重要应用于城域骨干层、长途骨干网，通过运用掺铒光纤放大器（EDFA），实现超长距离无再生中继、超大容量传播。
1- 通路间隔和通道间隔（波长间隔）区别？
2- DWDM通路间隔普通分几种？每种相应通道间隔是多少？每种通道间隔相应复用通道数量普通是多少？
3- DWDM 相应那几种波段？波段相应波长范畴？在那个工作窗口上？
4- CWDM 工作波长范畴？波长间隔是多少？最大有多少个通道数量？在那个工作窗口上？

我住香港，香港民用网络带宽基本上都是100M，只要99港币一种月，1G很少有民用，也没见有什么商家宣传家用1G带宽，但是这里网费确比大陆便宜些
大陆1M 98元，10M300元