WDM关键技术与发展专业资料.doc

通信系统综合业务基本结 课 论 文关于WDM技术简介、应用与发展前景专业班级：通信12提高 2 学 号： 学生姓名： 魏 涵 二一五 年 六 月1 WDM技术1.1 WDM技术概述WDM 是波分复用Wavelength Division Multiplexing缩写，是将两种或各种不同波长光载波信号（携带各种信息）在发送端经复用器(亦称合波器，Multiplexer)汇合在一起，并耦合到光线路同一根光纤中进行传播技术；在接受端，经解复用器(亦称分波器或称去复用器，Demultiplexer)将各种波长光载波分离，然后由光接受机作进一步解决以恢复原信号。这种在同一根光纤中同步传播两个或众多不同波长光信号技术，称为波分复用。采用WDM技术可以把光纤传播容量扩大几倍甚至几十倍。WDM系统中最基本、也是最重要是各复用光通路SDH光传播设备，它们负责信号码流发送与接受，以及开销解决等。WDM本质上是光域上频分复用FDM技术。每个波长通路通过频域分割实现，每个波长通路占用一段光纤带宽。WDM系统采用波长都是不同，也就是特定原则波长，为了区别于SDH系统普通波长，有时又称为彩色光接口，而称普通光系统光接口为白色光口或白光口。单向波分复用技术与双向波分复用技术系统原理图如图1、图2所示。 检测器1光源1分分波器合合波器信道信道 输入信道 输出信道检测器n光源n信道信道图1 单向WDM传播分分波合波器F分波合波器光源1检测器1输入输出检测器n光源n光源n+1检测器n+1光源n+m检测器n+m输出输入图2 双向WDM传播1.2 WDM特点(1)超大容量传播。由于WDM系统复用光通路速率可觉得2.5Gbit/s、10Gbit/s等，而复用光通路数量可以是4、8、16、32，甚至更多，因而系统传播容量可以达到300-400Gbit/s，甚至更大。(2)节约光纤资源。对于单波长系统而言，1个SDH系统就需要一对光纤；而对于WDM系统来讲，不论有多少个SDH分系统，整个复用系统只需要一对光纤。例如，对于16个2.5Gbit/s系统来说，单波长系统需要32根光纤，而WDM系统仅需要两根光纤。(3)各信道透明传播，平滑升级、扩容。只要增长复用信道数量和设备就可以增长系统传播容量以实现扩容，WDM系统各复用信道是彼此互相独立，因此各信道可以分别透明地传送不同业务信号，如语音、数据和图像等，彼此互不干扰，这给使用者带来了极大便利。(4)运用EDFA实现超长距离传播。EDFA具备高增益、宽带宽、低噪声等长处，且其光放大范畴为1530(1565nm，但其增益曲线比较平坦某些是1540(1560nm)它几乎可以覆盖WDM系统1550nm工作波长范畴。因此用一种带宽很宽EDFA就可以对WDM系统各复用光通路信号同步进行放大，以实现系统超长距离传播，并避免了每个光传播系统都需要一种光放大器状况。WDM系统超长传播距离可达数百公里同步节约大量中继设备，减少成本。(5)提高系统可靠性。由于WDM系统大多数是光电器件，而光电器件可靠性很高，因而系统可靠性也可以保证。(6)可构成全光网络。全光网络是将来光纤传送网发展方向。在全光网络中，各种业务上下、交叉连接等都是在光路上通过对光信号进行调度来实现，从而消除了E/O转换中电子器件瓶颈。WDM系统可以和OADM、OXC混合使用，以构成具备高度灵活性、高可靠性、高生存性全光网络，以适应带宽传送网发展需要。2 WDM分类通信系统设计不同，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20 nm，而DWDM信道间隔从0.2 nm 到1.2 nm，因此相对于DWDM，CWDM称为稀疏波分复用技术。DWDM英文全称是DenseWavelength-Division Multiplexing，中文意思为高密度多工分波器。 WDM（Wavelength-Division Multi- plexing，多工分波器）是个能将一种（组）波长提成许各种波长分波器，而所谓分波器就犹如人们所熟知三棱镜同样，它可以把射入棱镜白光（一组波长）提成七色光（七种波长）。在最早光通迅中，一条光纤仅设计给一种特定波长光传递，由于WDM技术开发，使一条光纤可以由传递一种讯号变成传递各种讯号，在相似铺设成本下，将光纤使用率提高数倍，故WDM观念在光纤用于通迅后不久便被提出。但是经WDM分波之后，每个波段分到能量都太小，完全无法用于光纤讯号传送。直到1994年，可合用于WDM放大器掺铒放大器（Erbium-Doped Fiber Amplifier，EDFA）成功商用化之后，WDM使用才被业界注意。由于WDM实现了技术提高，一种WDM可将一种光源分出越来越多波长（或称信道，channels），所觉得了区别起见，能分出较少波长者称作CWDM（Coarse WDM），分出波长密度较高者称作DWDM（Dense WDM）。2.1 DWDM人们在谈论WDM系统时，经常会谈到DWDM（密集波分复用系统）。其实，WDM和DWDM应用是同一种技术，它们是在不同发展时期对WDM系统称呼，它们与WDM技术发展历史有着紧密关系。 在80年代初，光纤通信兴起之初，人们想到并一方面采用是在光纤两0n个低损耗窗口1310nm和1550nm窗口各传送1路光波长信号，也就是131m1550nm两波分WDM系统，这种系统在国内也有实际应用。该系统比较简朴，普通采用熔融波分复用器件，插入损耗小；没有光放大器，在每个中继站上，两个波长都进行解复用和光电光再生中继，然后再复用在一起传向下一站。很长一段时间内在人们理解中，WDM系统就是指波长间隔为数十nm系统，例如1310nm1550nm两波长系统（间隔达200多nm）。由于在当时条件下，实现几种nm波长间隔是不大也许。 随着1550nm窗口EDFA商用化，WDM系统应用进入了一种新时期。人们不再运用1310nm窗口，而只在1550nm窗口传送多路光载波信号。由于这些WDM系统相邻波长间隔比较窄（普通1.6nm），且工作在一种窗口内共享EDFA光放大器，为了区别于老式WDM系统，人们称这种波长间隔更紧密WDM系统为密集波分复用系统。所谓密集，是对相临波长间隔而言。过去WDM系统是几十nm波长间隔，当前波长间隔小多了，只有（0.82）nm，甚至0.8nm。密集波分复用技术其实是波分复用一种详细体现形式。由于DWDM光载波间隔很密，因而必要采用高辨别率波分复用器件来选用，例如平面波导型或光纤光栅型等新型光器件，而不能再运用熔融波分复用器件。 在DWDM长途光缆系统中，波长间隔较小多路光信号可以共用EDFA光放大器。在两个波分复用终端之间，采用一种EDFA代替各种老式电再生中继器，同步放大多路光信号，延长光传播距离。在DWDM系统中，EDFA光放大器和普通光电光再生中继器将共同存在，EDFA用来补偿光纤损耗，而常规光电光再生中继器用来补偿色散、噪声积累带来信号失真。 当前，人们都喜欢用WDM来称呼DWDM系统。从本质上讲，DWDM只是WDM一种形式，WDM更具备普遍性，DWDM缺少明确和准拟定义，并且随着技术发展，本来以为所谓密集波长间隔，在技术实现上也越来越容易，已经变得不那么“密集”了。普通状况下，如果不特指1310nm1550nm两波分WDM系统，人们谈论WDM系统就是DWDM系统。2.2 CWDMCWDM是一种面向城域网接入层低成本WDM传播技术。从原理上讲，CWDM就是运用光复用器将不同波长光信号复用至单根光纤进行传播，在链路接受端，借助光解复用器将光纤中混合信号分解为不同波长信号，连接到相应接受设备。与DWDM重要区别在于：相对于DWDM系统中0.2nm到1.2nm波长间隔而言，CWDM具备更宽波长间隔，业界通行原则波长间隔为20nm。各波长所属波段，覆盖了单模光纤系统O、E、S、C、L等五个波段。由于CWDM系统波长间隔宽，对激光器技术指标规定较低。由于波长间隔达到20nm，因此系统最大波长偏移可达6.5+6.5，激光器发射波长精度可放宽到3nm，并且在工作温度范畴（570）内，温度变化导致波长漂移依然在容许范畴内，激光器无需温度控制机制，因此激光器构造大大简化，成品率提高。此外，较大波长间隔意味着光复用器/解复用器构造大大简化。例如，CWDM系统滤波器镀膜层数可降为50层左右，而DWDM系统中100GHz滤波器镀膜层数约为150层，这导致成品率提高，成本下降，并且滤波器供应商大大增长有助于竞争。CWDM滤波器成本比DWDM滤波器成本要少50%。3 WDM系统应用3.1 WDM系统在传播网中应用1.WDM在长途干线传播网中应用与由分插复用器（ADM）和中继器构建老式SDH长途干线网相比，DWDM系统由于采用品有多波长放大能力掺饵光纤放大器技术，从而减少了长途干线网中继成本，获得了广泛应用。在长途干线传播网中，DWDM负责解决业务长距离传送，SDH负责解决业务调度、上下和保护。依照当前长途干线网建设和维护中对DWDM规定，总结出如下几种要点：在长途干线网中，中继设备数量大为减少，具备统一管理DWDM和SDH设备能力网管系统可减少网管系统投资，简化维护工作。长途干线中设备节点距离较远，给系统维护和故障排除带来很大不便。如果采用品有定期扫描各种光谱特性内置光谱分析单元，维护人员就可以在网管中心实时理解动态运营中每个波长光功率。中心波长、光信噪比等光谱特性，实现系统在线监控，满足干线网远程监控与维护需要。当前ITU-T建议只定义了822dB，530dB，333dB种规模光放大单元，但长途干线中实际再生段超过120 km状况诸多，随着器件技术水平提高，采用品有更多光放规格DWDM系统，在工程设计时就可以超过上述受限范畴，最后减少中继建设成本。当前大多数DWDM系统尚不支持系统误码性能监测和连接完整性确认等重要功能，相反，SDH运用丰富开销字节能较好地支持上述功能。当前国内有些厂商DWDM系统在收端和发端波长转换单元（OTU）进行波长转换同步，将SDH帧构造中B1字节提取出来进行校验，可实当前线监测和故障准拟定位。长途干线中具备再定期、再整形和再放大（3R）能力OTU单元可在因距离因素导致光信噪比下降突破阈值。超过色散容限节点代替SDH电中继设备，以减少建设成本。2.WDM技术在城域网中应用随着技术进步和业务发展，WDM技术正从长途传播领域向城域网领域扩展，固然这种扩展不是直截了当，还需要针对城域网特定环境进行改造。合用于城域网领域WDM系统称为城域网WDM系统，其重要特点和规定是：一方面，低成本是城域网WDM系统最重要特点，特别是按每波长计其成本必要明显低于长途网用WDM系统。由于城域网范畴传播距离普通不超过100km，因而不必使用长途网必要用外调制器和光放大器。由于没有光放大器，也就不需要任何形式通路均衡，从而减少了分波器和合波器复杂性，也不会遭受与光放大器关于非线性损伤。光放大段设计仅仅是光损耗设计，十分简朴明了。最后，由于没有光放大器，波长数增长和扩展也不再受光放大器频带限制，容许使用波长间隔较宽、波长精度和稳定度规定较低光源、合波器、分波器和其她元件，使元器件，特别是元源器件成本大幅度下降，从而减少了整个系统成本。城域网WDM系统容许网络运营者提供透明以波长为基本业务，这样顾客可以灵活地传送任何格式信号而不必受限于SDH构造和格式。特别是对于应用在城域网边沿系统，直接与顾客接口，要能灵活迅速地支持各种速率和信号格式业务，因而规定其光接口可以自动接受和适应从10Mbits到2.5Gbits范畴所有信号，涉及SDH，ATM，IP，ESCON，FDDI、千兆以太网和光纤通路等。而对于应用在城域网核心系统，将来有也许还会规定支持10 GbitsSDH信号和10Gbits以太网信号。城域网WDM系统还应具备波长可扩展性，新波长应能随时加上而不会影响原有工作波长。这样，系统可以通过简朴地增长波长而迅速提供新业务，极大地增强运营商市场竞争能力。3.2 WDM技术在数据业务中应用随着Internet迅猛发展，对其骨干网带宽提出了很大需求。从当前发展看，最适当解决方案是千兆以太网（GE） over DWDM，它可以提供几十个千兆比每秒通信带宽，并且具备以太网简易性，与其他类似速率通信技术比较，具备价格低廉特点。GE over DWDM实现了以太网基本之上平滑过渡，综合平衡了既有端点工作站、管理工具和培训基本等各种因素。千兆以大网采用802.3Z合同，与10M，100M以太网具备同样帧格式帧长。对于广大网络顾客来说，这意味着既有投资可以在合理初始开销上延续到千兆以太网，而不需要对技术支持人员和顾客进行重新培训，也不需要作此外合同和中间件投资。IP over DWDM通俗说法就是让IP数据包直接在光路上传送，减少网络层之间冗余某些。由于省去了中间ATM和SDH层，其传播效率最高，节约了网络运营商成本，同步也减少了顾客获得多媒体通信业务费用，是一种最直接、最经济IP网络体系构造。GE over DWDM是IP over DWDM一种便宜方式，非常合用于大型城域IP骨干网应用。GE over DWDM基本原理和工作方式是：在发送端，将互换机、路由器等设备发出千兆以太网光信号送给千兆以太网波长转换板进行光电转换，变为电信号；此电信号分为两路，一路送给千兆以太网MAC芯片，另一路去调制具备特定波长激光器；通过千兆以太网MAC芯片可以获取千兆以太网传播状况，如数据包流量和错误数据包数量，可以很以便地在传播网管设备上观测到千兆以大同运营状况，及时查找传播线路故障；通过波长激光器调制千兆以太网光信号同其他波长光信号组合（复用）送入一根光纤中传播。在接受端，通过度波器将各个波长光信号从一根光纤分出，送入不同终端。分出千兆以太网光信号被送给千兆以太网波长转换板，同样进行光-电-光转换，并在电层用千兆以太网MAC芯片监视传播状况；最后将千兆以太网光信号送到互换机、路由器等设备千兆以太网光口，完毕G Eover DWDM全过程。4 WDM发展方向虽然WDM技术问世时间不长，但由于具备许多明显长处而体现出强大生命力，从而迅速得到推广应用，并向全光网络方向发展。从发展角度看，此后全光技术发展也许体当前如下几种方面：1.光分插复用器（OADM）当前采用OADM只能在中间局站上、下固定波长光信号，使用起来比较僵化。而将来OADM对上、下光信号将是完全可控，就像当前分插复用器上、下电路同样，通过网管系统就可以在中间局站有选取地上、下一种或几种波长光信号，使用起来非常以便，组网（光网络）十分灵活。2.光交叉连接设备（OXC）与OADM相类似，将来OXC将像当前DXC能对电信号随意进行交叉连接同样，可以运用软件对各路光信号进行灵活交叉连接。OXC对全光网络调度、业务集中与疏导、全光网络保护与恢复等都会发挥重大作用。3.可变波长激光器到当前为止，光纤通信用光源即半导体激光器只能发出固寇波长光波，尚不能做到按需要随意变化半导体激光器发射波长。将来也许会浮现可变波长激光器，即激光器光源发射波长可按需要进行调谐发送，其光谱性能将更加优越，并且具备更高输出功率、更高稳定性和更高可靠性。不但如此，可变波长激光器光源还更有助于大批量生产，减少成本。4.全光再生器当前再生器即所谓电再生器，都需要通过光-电-光转换过程，即通过对电信号解决来实现再生（整形、定对、数据再生）。电再生器体积大、耗电多、运营成本高。掺饵光纤放大器虽然可以用来作再生器使用，但它只是解决了系统损耗受限难题，而对于色做受限，掺铒光纤放大器是无能为力。色散受限还需要靠光源色散容限值（DL）来解决，这就对光源光谱性能提出了极高规定。将来全光再生器则否则，它不需要光-电-光解决就可以对光信号直接进行再定期、再整形和再放大，并且与系统工作波长、比特率、合同等无关。由于它具备光放大功能，因此解决了损耗受限难题，又由于它可以对光脉冲波形直接进行再整形，因此也解决了色散受限方面难题。