WDM系统教学讲解课件

光纤通信光纤通信1第第6章章WDM系统系统 1第6章 WDM系统 1第6章 WDM系统 1第6章 WDM系统 光纤通信光纤通信2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。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系统系统2本章内容第6章 WDM系统 2本章内容第6章 WDM系统 2本章内容第6章 WDM系 光纤通信光纤通信3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系统系统3学习本章目的和要求 掌握WDM概念和系统结构。第6章 3学习本章目的和要求 掌握WDM概念和系统结构。第6章 光纤通信光纤通信46 6.1.1.1WDM技术产生背景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（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（和时分多路复用（TDM）两种方式。）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，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。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，从是比较常用的扩容方式，从PDH的一次群至四次的一次群至四次群的复用，到群的复用，到SDH的的STM-1、STM-4、STM-16至至STM-64的的复用。通过复用降低成本，容易在数据流中抽取特定信号，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。合适在自愈环保护策略的网络中使用。n对于高速率时分复用设备目前成本较高，且达到一定的速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，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。设备已经达到电子器件的速率极限。6.1 WDM概述46.1.1WDM技术产生背景6.1 WDM概述46.1.1WDM技术产生背景6.1 WDM概述46.1 光纤通信光纤通信5n速率升级缺乏灵活性，以速率升级缺乏灵活性，以SDH设备为例，当一个线路速率设备为例，当一个线路速率为为155Mbit/s的系统要求提供两个的系统要求提供两个155Mbit/s通道时，系统只通道时，系统只能升级到能升级到622Mbit/s，两个，两个155Mbit/s将被闲置。将被闲置。n基本传输网络无论采用基本传输网络无论采用PDH或或SDH技技术，即采用单一波长术，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。的光信号传输，这对于光纤容量是一种极大浪费。nWDM技技术不仅大幅度地增加了网络的容量，而且还充分利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。用了光纤的宽带资源，减少了网络资源的浪费。6.1 WDM概述5速率升级缺乏灵活性，以SDH设备为例，当一个线路速率为155速率升级缺乏灵活性，以SDH设备为例，当一个线路速率为15 光纤通信光纤通信6 6.16.1.2光复用技术光复用技术n为为了了进进一一步步提提高高光光纤纤带带宽宽利利用用率率，相相邻邻两两光光载载波波的的间间隔隔将将越越来来越越小小，一一般般认认为为：当当相相邻邻光光载载波波的的间间隔隔小小到到0.1nm(10GHz)以以下下时，此时的复用称为时，此时的复用称为光波分（频分）复用光波分（频分）复用（WDM）。n光光时时分分复复用用(OTDM)技技术术指指利利用用高高速速光光开开关关把把多多路路光光信信号号在在时时域里复用到一路上的技术。域里复用到一路上的技术。n光光副副载载波波复复用用(OSCM)技技术术是是将将基基带带信信号号首首先先调调制制到到GHz的的副副载波上，再把副载波调制到载波上，再把副载波调制到THz的光载波上。的光载波上。n光光码码分分复复用用(OCDM)技技术术是是CDM(CodeDivisionMultiplexing)技技术术和和光光纤纤通通信信技技术术相相结结合合的的产产物物，在在这这种种复复用用技技术术中中，每每个个信信道道不不是是占占用用一一个个给给定定的的波波长长、频频率率或或者者时时隙隙，而而是是以以一一个个特特有的编码脉冲序列方式来传送其比特信息。有的编码脉冲序列方式来传送其比特信息。6.1.1WDM概述6 6.1.2 光复用技术6.1.1 WDM概述6 6.1.2 光复用技术6.1.1 WDM概述6 6.光纤通信光纤通信7n光光波波分分复复用用、光光时时分分复复用用、光光副副载载波波复复用用和和光光码码分分复复用用都都是是正正在在使使用用和和研研究究的的光光纤纤复复用用技技术术，这这些些技技术的使用能增加线路容量，提高线路利用率。术的使用能增加线路容量，提高线路利用率。6.1WDM概述概述7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 7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 光纤通信光纤通信86.1WDM概述 6.16.1.3WDM原理概述原理概述n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。线路上同时传输多路不同信号而互不干扰的技术。n光波分复用光波分复用(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。不同的终端。n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（为光波分复用（WDM），而把在同一窗口中信道间隔较小的），而把在同一窗口中信道间隔较小的WDM称为密集波分复用（称为密集波分复用（DWDM）。）。WDM系统的构成及光谱示意如图系统的构成及光谱示意如图7-1所示。所示。86.1 WDM概述 6.1.3 WDM原理概述86.1 WDM概述 6.1.3 WDM原理概述86 光纤通信光纤通信96.1WDM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:/ WDM概述图7-1 DWDM系统的构成及频谱96.1 WDM概述图7-1 DWDM系统的构成及频谱 光纤通信光纤通信10n波分复用技术有以下主要特点。波分复用技术有以下主要特点。(1)可可以以充充分分利利用用光光纤纤的的巨巨大大带带宽宽潜潜力力，使使一一根根光光纤纤上的传输容量比单波长传输增加几十至上万倍。上的传输容量比单波长传输增加几十至上万倍。(2)N个个波波长长复复用用以以后后在在一一根根光光纤纤中中传传输输，在在大大容容量量长长途传输时可以节约大量的光纤。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时提供多种协议的业务，不受限制地提供端到端业务。务。(4)可扩展性好。可扩展性好。(5)降低器件的超高速要求。降低器件的超高速要求。6.1WDM概述10波分复用技术有以下主要特点。6.1 WDM概述10波分复用技术有以下主要特点。6.1 WDM概述10 光纤通信光纤通信11 6.16.1.4WDM4WDM技术发展技术发展技术发展技术发展n光光纤纤通通信信经经过过30多多年年的的发发展展，单单信信道道实实用用化化系系统统的的传传输输速速率率从从1976年年的的45Mbit/s发发展展到到了了10Gbit/s，线线路路的的利利用用率率得得到到了了很很大大提高提高(但与光纤巨大的带宽潜力相比这点带宽还微不足道但与光纤巨大的带宽潜力相比这点带宽还微不足道)。n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，总的传输容量可达如7Tbis/s（17640Gbis/s）的水平。）的水平。n例如朗讯的例如朗讯的DWDMDWDM产品提供产品提供产品提供产品提供4040个个个个1010Gbis/s通道或通道或80个个2.5Gbis/s通通道，即支持一根光纤上道，即支持一根光纤上10 0Gbis/s和和2.5Gbis/s信号组合，使单纤总信号组合，使单纤总容量可达容量可达400Gbis/s.n例如华为例如华为SBSW32，最大提供，最大提供320Gbis/s（3210Gbis/s）的传输）的传输容量，相当于一根光纤可同时传送容量，相当于一根光纤可同时传送300万个电话电路。万个电话电路。6.1DWDM概述11 6.1.4 WDM技术发展6.1 DWDM概述11 6.1.4 WDM技术发展6.1 DWDM概述11 光纤通信光纤通信126.1DWDM概述 6.16.1.5DWDM工作方式工作方式（1）双纤单向传输）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。如图光信号的传输由另一根光纤来完成。如图7-2所示，所示，图7-2双纤单向传输的DWDM系统126.1 DWDM概述 6.1.5 DWDM工作126.1 DWDM概述 6.1.5 DWDM工作 光纤通信光纤通信136.1DWDM概述 （2）单纤双向传输）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。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136.1 DWDM概述 （2）单纤双向传输图7-3 136.1 DWDM概述 （2）单纤双向传输图7-3 光纤通信光纤通信146.1DWDM概述 （3）光信号的分出和插入）光信号的分出和插入 通过光分插复用器（通过光分插复用器（OADM）可以实现各波长的光信号在）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下光路，利用这种方式可以完成成DWDM系统的环形组网。系统的环形组网。图6-4 光信号的分出和插入传输146.1 DWDM概述 （3）光信号的分出和插入图146.1 DWDM概述 （3）光信号的分出和插入图 光纤通信光纤通信156.1DWDM概述 6.16.1.6WDM的应用形式的应用形式有开放式有开放式WDM图图6-5所示所示和集成式和集成式WDM图图6-6所示所示。开放式开放式DWDM系统采用系统采用波长转换技术波长转换技术，将复用终端，将复用终端的光信号转换成符合的光信号转换成符合ITU-T建议的波长，然后进行合波。建议的波长，然后进行合波。集成式集成式DWDM系统没有采用波长转换技术，它要求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复用终端的光信号符合ITU-T建议的波长建议的波长，然后进行合，然后进行合波。波。（1）集成式）集成式WDM系统系统集成式集成式WDM系统要求系统要求SDH终端设备具有满足终端设备具有满足G.692的的光接口：标准的光波长、满足长距离传输的光源。光接口：标准的光波长、满足长距离传输的光源。156.1 DWDM概述 6.1.6 WDM的应156.1 DWDM概述 6.1.6 WDM的应 光纤通信光纤通信16图6-5集成式WDM系统(2)开放式开放式WDM系统系统开放式开放式WDM系统就是在波分复用器前加入光波长转换器系统就是在波分复用器前加入光波长转换器（OTU），将），将SDH非规范的波长转换为标准波长。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16图6-5 集成式WDM系统(2)开放式WDM系统图16图6-5 集成式WDM系统(2)开放式WDM系统图 光纤通信光纤通信17(3)波长变换波长变换(WC:WavelengthConversion)是将信息从承载它是将信息从承载它的一个波长上转到另一个波长上。在的一个波长上转到另一个波长上。在WDM光网络中使用波光网络中使用波长变换技术的原因有：长变换技术的原因有：n首先，信息可以通过首先，信息可以通过WDM网络中不适宜使用的波长进入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网络。例如在现阶段光纤通信中大量使用1310nm窗窗口的口的LED或或FPLD光源，这些波长或光源均不适合光源，这些波长或光源均不适合WDM系系统，统，因此在因此在WDM系统的输入和输出处，都要在这些波长与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。附近的波长之间进行转换。n其次，在网络内部，可以提高链路上现有波长的利用率。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，从而提高波长路由选择，降低网络阻塞率，从而提高WDM网络的灵网络的灵活性和可扩充性。活性和可扩充性。6.1DWDM概述概述17(3)波长变换(WC:Wavelength Conv17(3)波长变换(WC:Wavelength Conv 光纤通信光纤通信18n最后，如果不同网络由不同的组织管理，并且这些最后，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。可以使用波长变换器。n波长变换的基本方法有两种：光波长变换的基本方法有两种：光/电电/光方法和全光光方法和全光方法。方法。6.1DWDM概述概述18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18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 光纤通信光纤通信19 6.16.1.7DWDM的优越性的优越性（1）超大容量）超大容量（2）对数据）对数据“透明透明”（3）系统升级时能最大限度地保护已有投资）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）高度的组网灵活性、经济性和可靠性（5）可兼容全光交换）可兼容全光交换6.1DWDM概述19 6.1.7 DWDM的优越性6.1 DWDM概述19 6.1.7 DWDM的优越性6.1 DWDM概述1 光纤通信光纤通信206.2WDM系统结构与设备系统结构与设备6.2.1WDM系统的基本结构系统的基本结构WDM系统由系统由5部分组成：光发射机、光中继放大、光接收机、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。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）206.2 WDM系统结构与设备 6.2.1 WD206.2 WDM系统结构与设备 6.2.1 WD 光纤通信光纤通信21 （1）光发射机。是）光发射机。是WDM系统的核心，对发射激光系统的核心，对发射激光器的中心波长有特殊的要求外，还需要根据器的中心波长有特殊的要求外，还需要根据WDM系系统的不同应用来选择具有一定色度色散容限的发射机。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）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）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。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，）光监控信道。监控系统内各信道的传输情况，光监控波长光监控波长s为为1510nm。（5）网络管理系统。对）网络管理系统。对WDM系统进行管理，实现系统进行管理，实现配置管理、故障管理、性能管理、安全管理等功能，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（如并与上层管理系统（如TMN）相连。）相连。6.2WDM系统结构与设备系统结构与设备21 （1）光发射机。是WDM系统的核心，对发射激光器21 （1）光发射机。是WDM系统的核心，对发射激光器 光纤通信光纤通信226.2.2WDM系统的设备系统的设备WDM设备按用途可分为光终端复用器（设备按用途可分为光终端复用器（OTM）、光线路放大）、光线路放大器（器（OLA）、光分插复用器（）、光分插复用器（OADM）和电中继器（）和电中继器（REG）几）几种类型。以华为公司的波分种类型。以华为公司的波分320G设备为例讲述各种网单元的作设备为例讲述各种网单元的作用。用。(1)WDM器件器件DWDM器件分为合波器和分波器两种，如图器件分为合波器和分波器两种，如图6-8所示。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。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。离。6.2WDM系统结构与设备系统结构与设备图6-8DWDM器件226.2.2 WDM系统的设备6.2 WDM系统结构226.2.2 WDM系统的设备6.2 WDM系统结构 光纤通信光纤通信23（2）光终端复用器（）光终端复用器（OTM）在发送方向，在发送方向，OTM把波长为把波长为116（或（或32）的）的STM-16信号经合波器复用成信号经合波器复用成DWDM主信道，然后对其进行光主信道，然后对其进行光放大，并附加上波长为放大，并附加上波长为s的光监控信道。的光监控信道。在接收方向，在接收方向，OTM先把光监控信道取出，然后对先把光监控信道取出，然后对DWDM主信道进行光放大，经分波器解复用成主信道进行光放大，经分波器解复用成16（或（或32）个波长的）个波长的STM-16信号。信号。OTM的信号流向如图的信号流向如图6-9所所示。示。6.2WDM系统结构与设备系统结构与设备23（2）光终端复用器（OTM）6.2 WDM系统结构与设23（2）光终端复用器（OTM）6.2 WDM系统结构与设 光纤通信光纤通信24图6-9OTM信号流向图6.2WDM系统结构与设备系统结构与设备24图6-9 OTM信号流向图6.2 WDM系统结构与设24图6-9 OTM信号流向图6.2 WDM系统结构与设 光纤通信光纤通信25 （3）光放大器（）光放大器（OLA）每个传输方向的每个传输方向的OLA先取出光监控信道（先取出光监控信道（OSC）并进行处理，）并进行处理，再将主信道进行放大，然后将主信道与再将主信道进行放大，然后将主信道与OSC合路并送入光纤。如合路并送入光纤。如图图6-10所示。所示。图6-10OLA信号流向图6.2WDM系统结构与设备系统结构与设备25 （3）光放大器（OLA）图6-10 OLA信号流向25 （3）光放大器（OLA）图6-10 OLA信号流向 光纤通信光纤通信266.2DWDM系统结构系统结构与设备与设备 （4）光分插复用器（）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，设备接收线路的光信号后，先提取监控信道，再用再用WPA将主光通道预放大，通过将主光通道预放大，通过MR2单元把含有单元把含有16或或32路路STM-16的光信号按波长取下一定数量后送出设的光信号按波长取下一定数量后送出设备，要插入的波长经备，要插入的波长经MR2单元直接插入主信道，再经功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。以率放大后插入本地光监控信道，向远端传输。以MR2为为例，其信号流向如图例，其信号流向如图6-11所示。所示。266.2 DWDM系统结构与设备 （4）光分插复用266.2 DWDM系统结构与设备 （4）光分插复用 光纤通信光纤通信276.2DWDM系统结构与设备图6-11静态OADM（32/2）信号流向图276.2 DWDM系统结构与设备图6-11 静态OA276.2 DWDM系统结构与设备图6-11 静态OA 光纤通信光纤通信286.2DWDM系统结构与设备 （5）两个）两个OTM背靠背组成的光分插复用器背靠背组成的光分插复用器用两个用两个OTM背靠背的方式组成一个可上背靠背的方式组成一个可上/下波长的下波长的OADM，如，如图图7-9所示。所示。图6-12两个OTM背靠背组成的OADM信号流向图286.2 DWDM系统结构与设备 （5）两个OTM286.2 DWDM系统结构与设备 （5）两个OTM 光纤通信光纤通信296.2DWDM系统结构与设备 （6）电中继器（）电中继器（REG）以以STM-16信号的中继为例，其的信号流向如图信号的中继为例，其的信号流向如图6-13所示。所示。图6-13电中继器（REG）的信号流向图296.2 DWDM系统结构与设备 （6）电中继器（296.2 DWDM系统结构与设备 （6）电中继器（光纤通信光纤通信306.2DWDM系统结构与设备 6.2.3DWDM网络的一般组成网络的一般组成（1）点到点组网）点到点组网DWDM的点到点组网示意图如图的点到点组网示意图如图6-14所示。所示。（2）链形组网）链形组网DWDM的链形组网示意图如图的链形组网示意图如图6-15所示。所示。图6-14DWDM的点到点组网示意图 图6-15 DWDM的链形组网示意图 306.2 DWDM系统结构与设备 6.2.3306.2 DWDM系统结构与设备 6.2.3 光纤通信光纤通信31可编辑31可编辑 31可编辑31可编辑 光纤通信光纤通信326.2DWDM系统结构与设备图6-16DWDM的环形组网示意图（3）环形组网）环形组网DWDM环形组网示意图如图环形组网示意图如图6-16所示。所示。326.2 DWDM系统结构与设备 图6-16 326.2 DWDM系统结构与设备 图6-16 光纤通信光纤通信336.2 DWDM系统结构与设备 6.2.4DWDM网络的保护网络的保护点到点线路保护主要有两种保护方式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、在一种是基于单个波长、在SDH层实施的层实施的1+1或或1N的保的保护；护；另一种是基于光复用段上的保护，在光路上同时对合路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（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。另外还有基于环网的保护。336.2 DWDM系统结构与设备 6.2.4D336.2 DWDM系统结构与设备 6.2.4D 光纤通信光纤通信34 （1）基于单个波长的保护）基于单个波长的保护基于单个波长，在基于单个波长，在SDH层实施的层实施的11保护保护这种保护系统机制与这种保护系统机制与SDH系统的系统的11MSP类似。这类似。这种方式的可靠性比较高，但成本也比较高。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11保护6.2DWDM系统结构与设备34 （1）基于单个波长的保护图6-17 基于单个波长34 （1）基于单个波长的保护图6-17 基于单个波长 光纤通信光纤通信35 基于单个波长，在基于单个波长，在SDH层实施的层实施的1:n保护保护图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35 基于单个波长，在SDH层实施的1:n保护图6-35 基于单个波长，在SDH层实施的1:n保护图6-光纤通信光纤通信36 基于单个波长，同一基于单个波长，同一WDM系统内系统内1:n保护保护同一同一WDM系统内系统内1:n保护是指在同一保护是指在同一WDM系统内，有系统内，有n个波长通道作为工作波长，个波长通道作为工作波长，1个波长通路作为保护系统。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。义不是太大。图6-19 光复用段（OMSP）保护（2）光复用段保护）光复用段保护这种技术只在光这种技术只在光路上进行路上进行11保护，保护，而不对终端线路进而不对终端线路进行保护。行保护。6.2DWDM系统结构与设备36 基于单个波长，同一WDM系统内1:n保护图636 基于单个波长，同一WDM系统内1:n保护图6 光纤通信光纤通信37 （3）环网的保护）环网的保护 基于单个波长保护的波长通道保护环，即单个基于单个波长保护的波长通道保护环，即单个波长的波长的11保护，类似于保护，类似于SDH系统中的通道保护。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37 （3）环网的保护图6-20 光通道保护环6.2 37 （3）环网的保护图6-20 光通道保护环6.2 光纤通信光纤通信38 复用段保护环，对合路波长的信号进行保护，复用段保护环，对合路波长的信号进行保护，在光纤切断时，可在断纤临近的在光纤切断时，可在断纤临近的2个节点完成个节点完成“环回环回”功能，从而使所有的业务得到保护，与功能，从而使所有的业务得到保护，与SDH的的MSP相相类似。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38 复用段保护环，对合路波长的信号进行保护，在38 复用段保护环，对合路波长的信号进行保护，在 光纤通信光纤通信396.3WDM系统规范 6.3.1WDM波长分配波长分配1绝对频率参考绝对频率参考在在WDM系统中，一般选择系统中，一般选择193.1THz作为频率间隔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（绝对主频率参考（AFR）更好，）更好，193.1THz值处于几条值处于几条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。供较高的频率精度和频率稳定度。396.3 WDM系统规范 6.3.1 WDM波长分396.3 WDM系统规范 6.3.1 WDM波长分 光纤通信光纤通信40 2标称中心频率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。应的中心波长。在在G.692中允许的通路频率是基于参考频率为中允许的通路频率是基于参考频率为193.1THz、最小间隔为、最小间隔为100GHz的频率间隔系列。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。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）至少应该提供16个波长。个波长。（2）波长的数量不能太多。）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）所有波长都位于光放大器增益曲线相对比较平坦的部分。坦的部分。（4）这些波长应该与放大器的泵浦波长无关。）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。）所有通路在这个范围内均应该保持均匀间隔。6.3 WDM系统规范40 2标称中心频率6.3 WDM系统规范40 2标称中心频率6.3 WDM系统规范40 光纤通信光纤通信41 3通路间隔通路间隔WDM系统的通路间隔是指相邻通路间的标称频率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隔可以用来抑制G.653光纤中的四波混频效应。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文件推荐使用的通路间隔均匀的41个标准波个标准波长见表长见表6-3。6.3 WDM系统规范41 3通路间隔6.3 WDM系统规范41 3通路间隔6.3 WDM系统规范41 光纤通信光纤通信42 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）196.101528.77194.001545.32196.001529.55193.901546.12195.901530.33193.801546.92195.801531.12193.701547.72195.701531.90193.601548.51195.601532.68193.501549.32195.501533.47193.401550.12195.401534.25193.301550.92195.301535.04193.201551.72195.201535.82193.101552.52195.101536.61193.001553.33195.001537.40192.901554.13194.901538.19192.801554.946.3 WDM系统规范42 标准中心频率（THz）标准中心波长标准中心频率（42 标准中心频率（THz）标准中心波长标准中心频率（光纤通信光纤通信43 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）194.801538.98192.701555.75194.701539.77192.601556.55194.601540.56192.501557.36194.501541.35192.401558.17194.401542.14192.301558.98194.301542.94192.201559.79194.201543.73192.101560.61194.101544.536.3 WDM系统规范43 标准中心频率（THz）标准中心波长标准中心频率（43 标准中心频率（THz）标准中心波长标准中心频率（光纤通信光纤通信44 4中心频率偏差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中心频率偏差定义为标称中心频率与实际中心频率之差。之差。16通路和通路和8通路通路WDM系统的通道间隔为系统的通道间隔为100GHz和和200GHz，最大中心频率偏移均为，最大中心频率偏移均为20GHz（约为（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（息带宽、光纤的自相位调制（SPM）引起的脉冲展宽）引起的脉冲展宽及温度和老化的影响等。及温度和老化的影响等。6.3 WDM系统规范44 4中心频率偏差6.3 WDM系统规范44 4中心频率偏差6.3 WDM系统规范44 光纤通信光纤通信45 6.3.2WDM系统光接口技术规范系统光接口技术规范1光接口位置与参数定义光接口位置与参数定义 图6-28单通路的光接口的位置6.3 WDM系统规范45 6.3.2 WDM系统光接口技术规范图6-28 单45 6.3.2 WDM系统光接口技术规范图6-28 单 光纤通信光纤通信46图6-29多通路的光接口的位置6.3 WDM系统规范46图6-29 多通路的光接口的位置6.3 WDM系统规范46图6-29 多通路的光接口的位置6.3 WDM系统规范 光纤通信光纤通信47 输出端参数对应于各个通路发送机后的输出口。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）单个发送机输出端参数最大色散容纳值最大色散容纳值光谱特性有光谱特性有20dB谱宽和边模抑制比。谱宽和边模抑制比。平均发送功率平均发送功率消光比消光比眼图模板眼图模板（2）单个接收机输入口参数）单个接收机输入口参数接收灵敏度接收灵敏度接收机波长范围接收机波长范围光信噪比光信噪比接收机反射系数接收机反射系数光通道代价光通道代价6.3 WDM系统规范47 输出端参数对应于各个通路发送机后的输出口。6.347 输出端参数对应于各个通路发送机后的输出口。6.3 光纤通信光纤通信48 （3）合路信号的输入口参数）合路信号的输入口参数平均每路输入功率平均每路输入功率平均总输入功率平均总输入功率每路光信噪比每路光信噪比串扰串扰各路输入功率的最大差值各路输入功率的最大差值（4）合路信号的输出口参数）合路信号的输出口参数发送端发送端S 点串话点串话通路输出功率通路输出功率发送功率发送功率每通路光信噪比每通路光信噪比各路输出功率的最大差值各路输出功率的最大差值6.3WDM系统规范系统规范48 （3）合路信号的输入口参数6.3 WDM系统规范48 （3）合路信号的输入口参数6.3 WDM系统规范4 光纤通信光纤通信496.4.2WDM系统光接口技术规范系统光接口技术规范 （5）光通路参数）光通路参数在在WDM系统中，出现了系统中，出现了“子子”和和“主主”两个光通两个光通道。定义两光放大器之间为子光通道，道。定义两光放大器之间为子光通道，MPI-S和和MPI-R之间为主光通道，如图之间为主光通道，如图6-30所示。所示。图6-30主光通道与子光通道的划分496.4.2 WDM系统光接口技术规范 （5）光通路496.4.2 WDM系统光接口技术规范 （5）光通路 光纤通信光纤通信506.4.2WDM系统光接口技术规范 衰减与目标距离。目标距离的衰减范围是在衰减与目标距离。目标距离的衰减范围是在15301565nmEDFA的工作频带内，假设光纤损耗的工作频带内，假设光纤损耗是以是以0.28dB/km为基础（包括接头和光缆富余度）而为基础（包括接头和光缆富余度）而得出的。得出的。表6-4 无线路光放大器系统的衰减范围应 用 代 码nL-y.znV-y.znU-y.z衰减范围 最大22dB33dB44dB最小表6-5 有线路光放大器系统的衰减范围应 用 代 码nLx-y.znVx-y.z衰减范围（OA之间）最大22dB33dB最小506.4.2 WDM系统光接口技术规范 衰减与506.4.2 WDM系统光接口技术规范 衰减与 光纤通信光纤通信516.4.2WDM系统光接口技术规范 色散。对于超高速波分复用系统，大多数是色散色散。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）。敏感系统（色散包括色度色散和偏振模色散）。表表6-6所示是所示是2.5Gbit/s系统有系统有/无线路光放大器系统在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。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LVUnV3-y.2nL5-y.2nV5-y.2nL8-y.2最大色散容限值160024003200720080001200012800目标传输距离（km）80120160360400600640516.4.2 WDM系统光接口技术规范 色散。516.4.2 WDM系统光接口技术规范 色散。光纤通信光纤通信526.4.2WDM系统光接口技术规范 偏振模色散。偏振模色散是指由光纤随机性双折偏振模色散。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。宽，增加了码间干扰。反射。反射系数包括最小回损和最大反射系数。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（包括任何光连最小回损是指主通道光缆线路（包括任何光连接器）接器）MPI-S点入射光功率和反射光功率之比。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。任何光连接器）不均匀性（例如接头）引起的反射。光通道代价指从光通道代价指从MPI-S和和MPI-R之间的之间的“主光通主光通道道”，由于反射、码间干扰、模分配噪声、激光器，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。起的波形失真而导致接收灵敏度的明显下降。526.4.2 WDM系统光接口技术规范 偏振模526.4.2 WDM系统光接口技术规范 偏振模 光纤通信光纤通信536.4.2WDM系统光接口技术规范 2WDM系统光接口指标系统光接口指标322.5Gbit/sWDM系统光接口指标如表系统光接口指标如表6-7所示所示表6-7322.5Gbit/s WDM系统主光通路参数536.4.2 WDM系统光接口技术规范 2WDM系536.4.2 WDM系统光接口技术规范 2WDM系 光纤通信光纤通信54系统类型822dB530dB333dB通路数323232比特速率/通路的格式STM-16STM-16STM-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dBmdBm5.0(8.0)0.0(3.0)7.03.06.04.0总发送功率最大dBm17(20)2020MPI-S点每通路信噪比dB303030MPI-S点的最大通路功率差dB5.04.02.0光通道（MPI-SMPI-R）光通道代价（BER1012）dB222衰减范围最大dB243033最小dB222831色散ps/nm12800120007200反射dB272727最小回损dB242424MPI-R和R点的光接口平均每通路的输入功率最大dBm17(14)21256.4.2WDM系统光接口技术规范54系统类型822dB530dB333dB通路数32354系统类型822dB530dB333dB通路数323 光纤通信光纤通信556.4.2WDM系统光接口技术规范2WDM系统光接口指标OSC监控通路的接口参数如表6-8所示。表6-8OSC监控通路的接口参数监控波长1510nm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07dBm556.4.2 WDM系统光接口技术规范 2WDM556.4.2 WDM系统光接口技术规范 2WDM 光纤通信光纤通信566.4.2WDM系统光接口技术规范 3OTU接口参数接口参数发送端发送端OTU接口参数如表接口参数如表6-9所示，再生器所示，再生器OTU接口接口参数如表参数如表6-10所示，接收端所示，接收端OTU接口参数如表接口参数如表6-11所所示。示。566.4.2 WDM系统光接口技术规范 3OTU566.4.2 WDM系统光接口技术规范 3OTU 光纤通信光纤通信57nG.652和和G.655光纤的基本性能要求如表光纤的基本性能要求如表6-12所示。所示。6.4.3光纤和光缆性能要求57G.652和G.655光纤的基本性能要求如表6-12所示57G.652和G.655光纤的基本性能要求如表6-12所示 光纤通信光纤通信58小 结 1WDM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。2WDM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。58小 结 1WDM技术是利用单模光纤的带宽58小 结 1WDM技术是利用单模光纤的带宽 光纤通信光纤通信59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。59小 结 WDM系统设备一般按用途可分59小 结 WDM系统设备一般按用途可分 光纤通信光纤通信60可编辑60可编辑 60可编辑60可编辑 光纤通信光纤通信61第第6章章WDM系统系统 1第6章 WDM系统 61第6章 WDM系统 1第6章 WDM系统 光纤通信光纤通信62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。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系统系统2本章内容第6章 WDM系统 62本章内容第6章 WDM系统 2本章内容第6章 WDM 光纤通信光纤通信63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系统系统3学习本章目的和要求 掌握WDM概念和系统结构。第6章 63学习本章目的和要求 掌握WDM概念和系统结构。第6章 光纤通信光纤通信646 6.1.1.1WDM技术产生背景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（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（和时分多路复用（TDM）两种方式。）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，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。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，从是比较常用的扩容方式，从PDH的一次群至四次的一次群至四次群的复用，到群的复用，到SDH的的STM-1、STM-4、STM-16至至STM-64的的复用。通过复用降低成本，容易在数据流中抽取特定信号，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。合适在自愈环保护策略的网络中使用。n对于高速率时分复用设备目前成本较高，且达到一定的速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，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。设备已经达到电子器件的速率极限。6.1 WDM概述46.1.1WDM技术产生背景6.1 WDM概述646.1.1WDM技术产生背景6.1 WDM概述46.光纤通信光纤通信65n速率升级缺乏灵活性，以速率升级缺乏灵活性，以SDH设备为例，当一个线路速率设备为例，当一个线路速率为为155Mbit/s的系统要求提供两个的系统要求提供两个155Mbit/s通道时，系统只通道时，系统只能升级到能升级到622Mbit/s，两个，两个155Mbit/s将被闲置。将被闲置。n基本传输网络无论采用基本传输网络无论采用PDH或或SDH技技术，即采用单一波长术，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。的光信号传输，这对于光纤容量是一种极大浪费。nWDM技技术不仅大幅度地增加了网络的容量，而且还充分利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。用了光纤的宽带资源，减少了网络资源的浪费。6.1 WDM概述5速率升级缺乏灵活性，以SDH设备为例，当一个线路速率为1565速率升级缺乏灵活性，以SDH设备为例，当一个线路速率为1 光纤通信光纤通信66 6.16.1.2光复用技术光复用技术n为为了了进进一一步步提提高高光光纤纤带带宽宽利利用用率率，相相邻邻两两光光载载波波的的间间隔隔将将越越来来越越小小，一一般般认认为为：当当相相邻邻光光载载波波的的间间隔隔小小到到0.1nm(10GHz)以以下下时，此时的复用称为时，此时的复用称为光波分（频分）复用光波分（频分）复用（WDM）。n光光时时分分复复用用(OTDM)技技术术指指利利用用高高速速光光开开关关把把多多路路光光信信号号在在时时域里复用到一路上的技术。域里复用到一路上的技术。n光光副副载载波波复复用用(OSCM)技技术术是是将将基基带带信信号号首首先先调调制制到到GHz的的副副载波上，再把副载波调制到载波上，再把副载波调制到THz的光载波上。的光载波上。n光光码码分分复复用用(OCDM)技技术术是是CDM(CodeDivisionMultiplexing)技技术术和和光光纤纤通通信信技技术术相相结结合合的的产产物物，在在这这种种复复用用技技术术中中，每每个个信信道道不不是是占占用用一一个个给给定定的的波波长长、频频率率或或者者时时隙隙，而而是是以以一一个个特特有的编码脉冲序列方式来传送其比特信息。有的编码脉冲序列方式来传送其比特信息。6.1.1WDM概述6 6.1.2 光复用技术6.1.1 WDM概述66 6.1.2 光复用技术6.1.1 WDM概述6 6 光纤通信光纤通信67n光光波波分分复复用用、光光时时分分复复用用、光光副副载载波波复复用用和和光光码码分分复复用用都都是是正正在在使使用用和和研研究究的的光光纤纤复复用用技技术术，这这些些技技术的使用能增加线路容量，提高线路利用率。术的使用能增加线路容量，提高线路利用率。6.1WDM概述概述7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 67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 光纤通信光纤通信686.1WDM概述 6.16.1.3WDM原理概述原理概述n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。线路上同时传输多路不同信号而互不干扰的技术。n光波分复用光波分复用(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。不同的终端。n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（为光波分复用（WDM），而把在同一窗口中信道间隔较小的），而把在同一窗口中信道间隔较小的WDM称为密集波分复用（称为密集波分复用（DWDM）。）。WDM系统的构成及光谱示意如图系统的构成及光谱示意如图7-1所示。所示。86.1 WDM概述 6.1.3 WDM原理概述686.1 WDM概述 6.1.3 WDM原理概述8 光纤通信光纤通信696.1WDM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:/ WDM概述图7-1 DWDM系统的构成及频谱696.1 WDM概述图7-1 DWDM系统的构成及频 光纤通信光纤通信70n波分复用技术有以下主要特点。波分复用技术有以下主要特点。(1)可可以以充充分分利利用用光光纤纤的的巨巨大大带带宽宽潜潜力力，使使一一根根光光纤纤上的