1、第9章 DWDM技术概述,【本章内容简介】 波分复用技术是目前最先进的传输技术，它能充分利用光纤的带宽资源，提供大容量、长距离传输，有效缓解传输带宽供需紧张矛盾。,本章系统介绍最常用的密集波分复用技术（DWDM），从DWDM技术提出的背景，到DWDM技术的概念及其技术特点，以及DWDM系统结构及设备介绍，DWDM系统的分类等知识点。,【本章重点难点】 WDM复用方式，DWDM系统结构，标称中心频率的选定，DWDM分层结构。,9.1 DWDM技术概述,9.1.1 DWDM技术提出的背景1光纤通信发展的过程,2为什么要提出WDH技术 （1）信息快速发展的需求 （2）充分利用光纤具有的巨大带宽资源
2、（3）时分复用（TDM）技术存在的缺陷 （4）光器件的迅速发展促进了DWDM的商用化,9.1.2 什么是DWDM技术1波分复用（DWDM）的定义波分复用是光纤通信中的一种传输技术，它是利用一根光纤可以同时传输多个不同波长的光载波特点，把光纤可能应用的波长范围划分为若干个波段，每个波段用做一个独立的通道传输一种预定波长的光信号技术。,DWDM技术就是为了充分利用单模光纤损耗区（1 550 nm）带来的巨大带宽资源，根据每一信道光波的频率或波长不同，将光纤的低损耗窗口划分为若干个信道，把光波作为信号的载波.,在发送端采用波分复用器（合波器）将不同规定波长的信号光载波合并起来送入一根光纤进行传输，在
3、接收端再由一波分复用器（分波器）将这些不同波长承载不同信号的光载波分开。,由于不同波长的光载波信号可以看成是互相独立的（不考虑光纤非线性时），从而在一根光纤中可实现多路光信号的复用传输。光波长与光频率的对应关系是f =C其中，f表示光波的频率，表示波长，C表示光在真空中的传播速率。,由此可见光的波分复用实质上就是光域的频分复用。图9-1所示为DWDM系统组成原理框架。,图9-1 DWDM系统组成原理图,通常讲的频分复用一般是指同轴电缆系统中传输多路信号的复用方式，而在波分系统中再用FDM一词就会发生冲突，况且DWDM系统中的光波信号频分复用与同轴电缆系统中频分复用是有较大区别的，如图9-2所示
4、。,图9-2 电信号FDM与光信号FDM的区别,由图9-2可知，电信号的FDM复用，信号之间的频率间隔只有2 kHz左右，从频率的角度看是很容易发生干扰；而光信号的FDM复用，信号之间的频率间隔达到100 GHz，从频率的角度看两个信号之间几乎是不相干的，但是从光波的角度看，两个信号之间的波长间隔只相差0.8 nm甚至更小，很容易产生波道干扰，因此，光波的复用称为WDM比FDM更合适。,光纤WDM与同轴电缆FDM的区别如下。 （1）传输介质不同。WDM是光纤通信系统上的光信号的频率分割；FDM同轴电缆系统是电信号上的频率分割。,（2）每个通道信号不同。同轴电缆系统传输的是模拟信号，一般为4 k
5、Hz语音复用；WDM系统每个波道速率是2.5 Gbit/s的SDH或更高速率的数字信号系统。,（3）调制方式不同。同轴电缆系统采用相干调制，而WDM系统采用IM/DD方式。,2WDM与DWDM随着1 550 nm窗口掺铒光纤放大器（EDFA）的商用化，WDM系统的应用进入了一个新时期。,人们不再利用1 310 nm窗口，而只在1 550 nm窗口传送多路光载波信号。由于这些WDM系统的相邻波长间隔比较窄（一般小于1.6 nm），且工作在一个窗口内共享EDFA，因此为了区别于传统的WDM系统，称这种波长间隔更紧密的WDM系统为密集波分复用系统，即DWDM系统。,所谓密集是针对相邻波长间隔而言 的
6、。过去的WDM系统是几十纳米的通路间隔，现在的通路间隔则只有0.82 nm，甚至小于0.8 nm。DWDM技术其实是WDM技术的一种具体表现形式。,现在，人们都喜欢用WDM来称呼DWDM系统。从本质上讲，DWDM只是WDM的一种形式，WDM更具有普遍性，而且随着技术的发展，原来认为所谓密集的波长间隔，在技术实现上也越来越容易，已经变得不那么“密集”了。,一般情况下，如果不特指1 310 nm/1 550 nm的两波长WDM系统，人们谈论的WDM系统就是DWDM系统。通常DWDM系统多用于长途通信系统，而现在越来越多的人把它应用到城域网/接入网中。,由于复用的通道数一般为16或更少，通道间隔为2
7、00 GHz或500 GHz，所以近年来还流行一种粗波分复用技术（CWDM）。CWDM系统可以利用较低的器件成本实现高性能的接入网络。,由于在1 5301 550 nm的波长段每隔10 nm选定一个波长，因此可以使用光谱较宽、对中心波长要求低、比较便宜的激光器。利用CWDM技术可以实现有线电视、传输语音信号以及IP信号的光纤传输，对于接入网的三网合一是一个非常好的解决方案。,3光纤的波段划分根据光纤传输的特征，可以将光纤的传输波段分成5个波段如图9-3所示。,图9-3 光纤波段划分图,它们分别是O波段（Original Band），波长范围为1 2601 360 nm；E波段（Extended
8、 Band），波长为1 3601 460 nm；S波段（Short Band），波长范围为1 4601 530 nm；C波段（Conventional Band），波长范围为1 5301 565 nm；L波段（Long Band），波长范围为1 5651 625 nm。,由于EDFA工作波段的限制，目前的WDM技术主要应用在C波段上。,4提高信道传输容量的复用方式 （1）空分复用（SDM） （2）时分复用（TDM） （3）波分复用（WDM） （4）光码分复用（OCDMA） （5）目前主要采用的复用方式,5实现WDM的关键技术WDM具备良好的技术优势和良好的经济性，既能满足爆炸性增加的市场需求，
9、又有广阔的发展前景。,但是，要实现WDM传输，需要许多与其作用相适应的高新技术和器件，其中包括光源、光分波合波器、光放大器、光线路技术以及监控技术等。,（1）WDM传输系统用的光源 （2）光合波/分波技术 （3）光放大器 （4）光纤技术,6DWDM的发展与应用()DWDM发展的三个阶段 （2）DWDM的发展方向 光分插复用器（OADM） 光交叉连接设备（OXC） 可变波长激光器 全光再生器,9.1.3 DWDM技术的主要特点1超大容量传输2节约光纤资源3各通路透明传输、平滑升级扩容方便4充分利用成熟的TDM技术,5利用掺饵光纤放大器 （EDFA）实现超长距离传输6对光纤的色散无过高要求7可组成
10、全光网络,9.2 DWDM系统结构,9.2.1 DWDM系统结构DWDM系统的基本结构和工作原理如图9-4所示。,图9-4 DWDM系统的基本结构图,（a）光复用终端 （OMT）发送部分图9-5 DWDM设备电路原理图,（b）光复用终端（OMT）接收部分图9-5 DWDM设备电路原理图,（c）ILA设备 原理方框图图9-5 DWDM 设备电路原理图,9.2.2 标称波长的确定为了使波分复用标准化、统一化，需要对波分复用的波长窗口点进行标准化规定。,1实现波长标准化的意义 （1）波长标准化是达成横向兼容性的第一步，可以保证各个厂商的产品在波长上趋于一致，消除现在必须采用的波长转换器等设备，减少不
11、必要的花费。,（2）为不同厂家的产品在物理层上互连提供可能。 （3）为全光网络的“虚波长通路”的选路技术实现打下基础。,2DWDM系统选择波长的原则 （1）在1 550 nm区域至少应该提供16个波长，因为当单通路比特速率为STM-16时，一根光纤上的16个通路就可以提供40 Gbit/s的业务。,（2）波长的数量不能太多，一是对这些波长进行监控是一个庞杂而又难以应付的问题；二是复用波长数越多，波长间隔越小，容易产生波长干扰，且分波难度加大。复用波长数量的最大值可以从经济和技术的角度予以限定。,（3）所有波长都应位于光放大器（OFA）增益曲线相对比较平坦的部分，使得OFA在整个波长范围内提供相
12、对较均匀的增益，这将有助于系统设计。对于掺铒光纤放大器，它的增益曲线相对较平坦的部分是1 5401 560 nm。,（4）这些波长应该与放大器的泵浦波长无关，在同一个系统中允许使用980 nm泵浦的OFA和1 480 nm泵浦的OFA。,（5）所有通路在这个范围内均应保持均匀间隔，且更应该在频率而不是波长上保持均匀间隔，以便与现存的电磁频谱分配保持一致并允许使用按频率间隔规范的无源器件。,3TTU-T给出的标称频率 （1）绝对频率参考 （2）标称中心频率（标称中心波长） （3）中心频率偏差,中心频率偏差定义为标称频率与实际标称中心频率之差。间隔100 GHz时：20 GHz（16路系统）；间隔
13、200 GHz时：20 GHz（8路系统）。,图9-6 标称中心频率（波长）与绝对频率（波长）关系图,影响中心频率偏差的主要因素有光源啁啾、信号带宽、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。,常用的16/8通路的DWDM系统中心频率与对应波长见表9-2所示。,9.3 DWDM系统分类,9.3.1 DWDM两类基本系统1双纤单向传输如图9-7所示，双纤单向传输DWDM系统是指一根光纤只完成一个方向光信号的传输，反方向的信号由另一光纤完成。,图9-7 双纤单向DWDM传输系统原理图,即在发送端将载有各种信息的、具有不同波长的已调光信号1、2、n通过光合波器组合在一起，并在同一
14、根光纤中沿着同一方向传输。,由于各个光信号是调制在不同的光波长上的，因此彼此间不会相互干扰。在接收端通过光分波器将不同波长的光信号分开，完成多路光信号的传输任务。因此，同一波长可以在两个方向上重复利用。,双纤单向传输的特点如下： （1）需要两根光纤实现双向传输； （2）在同一根光纤上所有光通道的光波传输方向一致； （3）对于同一个终端设备，收、发波长可以占用一个相同的波长。,2单纤双向传输单纤双向传输DWDM系统是指光通路同时在一根光纤上有两个不同的传输方向，如图9-8所示，所用波长相互分开，因此这种传输允许单根光纤携带全双工通路。,图9-8 单纤双向DWDM传输系统原理图,与双纤单向DWDM
15、系统相比，单纤双向DWDM系统可以减少光纤和线路放大器的数量。但单纤双向DWDM设计比较复杂，必须考虑多波长通道干扰、光反射的影响，另外还需考虑串音、两个方向传输功率电平数值、光监控信号OSC传输和自动功率关断等一系列问题。,在该系统中为消除双向波道干扰，两个方向的波道应分别设置在红波段区（长波长区）和蓝波段区（短波段区）。另外，该系统对于同一终端设备的收、发波长不能相同。,单纤双向传输的特点如下： （1）只需要一根光纤实现双向通信； （2）在同一根光纤上，光波同时向两个方向传输； （3）对于同一个终端设备，收、发需占用不同的波长；,（4）为了防止双向信道波长的干扰，一是收、发波长应分别位于红
16、波段区和蓝波段区，二是在设备终端需要进行双向通路隔离，三是在光纤信道中需采用双向放大器实现两个方向光信号放大。,9.3.2 DWDM系统典型的两类应用结构1集成式DWDM系统集成式DWDM系统就是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。,这两项指标都是当前SDH系统不要求的，即把标准的光波长和波长受限色散距离的光源集成在SDH系统中。,整个DWDH系统构造比较简单，不需要增加多余设备。但要求SDH与DWDM是同一个厂商设备，在网络管理上很难实现SDH、WDM的彻底分开。集成式DWDM系统如图9-9所示。,图9-9 集成式DWDM系统图,集成式DWDM系统的
17、特点如下： （1）DWDM设备简单，不需要OUT； （2）对SDH设备要求高，设备接口必须满足G.692标准； （3）每个SDH信道不能互通；,（4）SDH与DWDM设备应是同一个厂家生产，才能达到波长接口的一致性； （5）不能横向联网，不利于网络的扩容。,2开放式DWDM系统开放式DWDM系统就是在波分复用器前加入OTU，将SDH非规范的波长转换为标准波长。开放是指在同一WDM系统中，可以接入多家的SDH系统。,OTU对输入端的信号没有要求，可以兼容任意厂家的SDH信号。OTU输出端是满足G.692接口标准的光波长、满足长距离传输的光源。,具有OTU的DWDM系统不再要求SDH系统具有G.6
18、92接口，可继续使用符合G.957接口的SDH设备；可以接纳过去的SDH系统，实现不同厂家SDH系统工作在一个DWDM系统内，但OTU的引入可能会给DWDM系统性能带来一定的负面影响，使DWDM系统结构变得复杂。,开放式DWDM系统适用于多厂家环境，以彻底实现SDH与DWDM的分离。开放式DWDM系统如图9-10所示。,图9-10 开放式DWDM系统图,开放式DWDM系统的特点如下： （1）DWDM设备复杂，需要增加OTU器件，复用波数越多，增加的OTU器件越多； （2）对SDH设备无特殊要求，SDH终端设备只要符合G.957标准即可； （3）利于横向联网和网络的扩容。,9.3.3 DWDM系
19、统的网络拓扑结构1SDH与WDM的关系DWDM系统是一个与业务无关的系统，它可以承载各种格式的信号，即PDH、SDH、ATM、IP信号均是DWDM所承载的业务。,但目前由于PDH、ATM速率低，承载在DWDM系统上不能充分利用带宽，一般PDH与ATM是封装在SDH后再进入DWDM系统，因此DWDM主要承载的业务信号是SDH。随着ATM接口速率的提高，ATM over WDM和IP over WDM已逐步成为现实。,尽管SDH和DWDM的相同点在于都是建立在光纤这一物理介质上，利用光纤作为传输手段，但DWDM是更趋近于物理介质光纤层的系统。因此，SDH与DWDM之间是客户层与服务层的关系，如图9
20、-11所示。,图9-11 SDH与DWDM关系,2DWDM的网络拓扑结构目前，WDM系统主要是点点的线形结构（光电混合器）；今后，随着OADM和OXC的发展技术成熟，将组成环形网和网状网，以提高网络的生存性和可靠性。,3DWDM系统的分层结构由于DWDM系统主要承载SDH信号，所以ITU-T建议，在SDH再生段层以下又引入光通道层、光复用段层和光传输层，如图9-12和图9-13所示。,图9-12 DWDM系统分层结构,图9-13 DWDM系统各层功能,9.3.4 DWDM的监控技术目前，DWDM主要是承载SDH业务，SDH本身具有强大的网管功能，所以对SDH的业务监控可直接利用SDH本身开销进
21、行管理。,DWDM系统的监控主要是对光器件OTU、分波/合波器、EDFA等监控，对光纤线路运行情况如运行质量、故障定位、告警等进行监控。在DWDM系统中需设置光监控信道（OSC），用以传输光监控信号。,现在实用的DWDM系统都是DWDM+EDFA系统，EDFA用做功率放大器或前置放大器时，传输系统自身用的监控信道就可对它们进行监控。但对于线路放大的EDFA的监控管理，就必须采用单独的光信道来传输监控管理信息。DWDM的监控技术有以下几种。,1带外波长监控技术 2带内波长监控技术 3带外、带内结合波长监控技术 4光监控信道的保护,9.3.5 DWDM系统传输总速率在WDM系统中，光纤传输的总信号
22、速率BT为各个波长i的信号速率Bi之和。即,可见，提高系统速率的方法有：一是复用波数越多，系统的总速率越大；二是提高每个波的信号速率Bi。,小结,本章概述了DWDM技术提出的背景，阐述了DWDM技术的概念及其特点，介绍了DWDM系统结构和标称波长的确定，最后对DWDM的系统分类及基本结构进行了分析。,1波分复用是光纤通信中的一种传输技术，它是利用一根光纤可以同时传输多个不同波长的光载波特点，把光纤可能应用的波长范围划分为若干个波段，每个波段用做一个独立的通道传输一种预定波长的光信号技术。,2根据光纤传输的特征，可以将光纤的传输波段分成5个波段。分别是O波段、E波段、S波段、C波段、L波段，由于
23、EDFA工作波段的限制，目前的WDM技术主要应用在C波段上。,3按信号的复用方式，光纤通信系统提高传输容量的方法有：空分复用（SDM）、光时分复用（OTDM）、光频分复用（OFDM）、光波分复用（WDM）和光码分复用（OCDM）。目前提高传输容量的复用方式主要采用TDM与WDM合用的方式。,4要实现WDM传输，需要许多与其作用相适应的高新技术和器件，其中包括光源、光分波合波器、光放大器、光线路技术以及监控技术等。,5DWDM系统分为光发射机、光放大、光接收机3个部分。光发射机是DWDM的核心，光中继放大器是为了延长通信距离而设置的，接收机不但要满足一般接收机对光信号参数的要求，还要能承受一定光
24、噪声的信号，要有足够的电带宽性能。,6绝对频率参考是指DWDM系统标称中心频率的绝对参考点。G.692建议规定，DWDM系统的绝对频率参考点为193.1 THz，与之相对应的光波长为1 552.52 nm。,所谓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对应的频率点。目前国际上规定的通路频率是基于参考频率为193.1 THz、最小间隔为100 GHz的频率间隔系列。,7DWDM系统的两种基本形式是双纤单向传输和单纤双向传输，其中双纤单向传输中同一波长可以在两个方向上重复利用，单纤双向传输对于同一终端设备的收、发波长不能相同。,8DWDM系统是一个与业务无关的系统，它可以承载各种格式的信号，即PDH、SDH、ATM、IP信号均是DWDM所承载的业务。 DWDM主要承载的业务信号是SDH，SDH与DWDM之间是客户层与服务层的关系。,9由于DWDM系统主要承载SDH信号，所以ITU-T建议，在SDH再生段层以下又引入光通道层、光复用段层和光传输层。,10DWDM系统的监控主要是对光器件OTU、分波/合波器、EDFA等监控；对光纤线路运行情况如运行质量、故障定位、告警等进行监控。,在DWDM系统中需设置光监控信道（OSC），用以传输光监控信号。DWDM的监控技术有带外波长监控技术、带内波长监控技术带外、带内结合波长监控技术。,
