光纖wdm技術(shù)課件

WDM技術(shù)WDM基本概念 WDM(WavelengthDivisionMultiplexing),簡(jiǎn) 稱波分復(fù)用系統(tǒng)，是在光域內(nèi)的頻分復(fù)用技 術(shù)，即在一根光纖中傳輸多路光信號(hào)的技術(shù)。WDM應(yīng)用于光纖信道。WDM和FDM（頻分復(fù)用）基本上都基于相同原理，所不同的是，WDM應(yīng)用于光纖信道上的光波傳輸過(guò)程，而FDM應(yīng)用于電模擬傳輸。WDM的關(guān)鍵技術(shù) WDM的關(guān)鍵技術(shù)包括三個(gè)方面：合／分波器、光放大器和光源器件。（1）合／分波器實(shí)際上就是光學(xué)濾波器，其作用是對(duì)各復(fù)用光通路信號(hào)進(jìn)行復(fù)用與解復(fù)用。對(duì)它們的基本要求是：插入損耗低、隔離度高、具有良好的帶通特性、溫度穩(wěn)定性好、復(fù)用通路數(shù)多和具有較高的分辨率等。（2）光放大器的作用是對(duì)復(fù)用后的光信號(hào)進(jìn)行直接光放大，以解決WDM系統(tǒng)的超長(zhǎng)距離傳輸問(wèn)題。對(duì)光放大器的要求是：有很高的增益、很寬的帶寬和較低的噪聲系數(shù)等。目前在1550nm波長(zhǎng)范圍皆采用摻餌光纖放大器（EDFA），但在1310nm波長(zhǎng)范圍尚無(wú)實(shí)用化的光放大器，所以目前WDM技術(shù)主要用于1550nm波長(zhǎng)范圍。最近，半導(dǎo)體光放大器（SOA）技術(shù)已經(jīng)成熟，這種放大器具有高增益、低噪聲等特點(diǎn)，并能夠?qū)?310nm窗口的光信號(hào)進(jìn)行放大，有望在近期得到商用。（3）WDM系統(tǒng)的超長(zhǎng)距離傳輸對(duì)光源器件提出了非?？量痰囊螅庠雌骷仨毦哂惺知M窄的譜寬和非常穩(wěn)定的發(fā)射波長(zhǎng)。光波分復(fù)用器和解復(fù)用器在整個(gè)WDM系統(tǒng)中，光波分復(fù)用器和解復(fù)用器是WDM技術(shù)中的關(guān)鍵部件，其性能的優(yōu)劣對(duì)系統(tǒng)的傳輸質(zhì)量具有決定性作用。在目前實(shí)際應(yīng)用的WDM系統(tǒng)中，主要有光柵型光波分復(fù)用器和介質(zhì)膜濾波器型光波分復(fù)用器1.光柵型光波分復(fù)用器 閃耀光柵是在一塊能夠透射或反射的平面上刻劃平等且等距的槽痕，其刻槽具有小階梯似的形狀。當(dāng)含有多波長(zhǎng)的光信號(hào)通過(guò)光柵產(chǎn)生衍射時(shí)，不同波長(zhǎng)成分的光信號(hào)將以不同的角度射出。當(dāng)光纖中的光信號(hào)經(jīng)透鏡以平行光束射向閃耀光柵時(shí)，由于光柵的衍射作用，不同波長(zhǎng)的光信號(hào)以方向略有差異的各種平行光返回透鏡傳輸，再經(jīng)透鏡聚焦后，以一定規(guī)律分別注入輸出光纖，從而將不同波長(zhǎng)的光信號(hào)分別以不同的光纖傳輸，達(dá)到解復(fù)用的目的。根據(jù)互易原理，將光波分復(fù)用輸入和輸出互換即可達(dá)到復(fù)用的目的。

2.介質(zhì)膜濾波器型光波分復(fù)用器 目前WDM系統(tǒng)工作在1550nm波長(zhǎng)區(qū)段內(nèi)，用8，16或更多個(gè)波長(zhǎng)，在一對(duì)光纖上（也可用單光纖）構(gòu)成光通信系統(tǒng)。每個(gè)波長(zhǎng)之間為1.6nm、0.8nm或更窄的間隔，對(duì)應(yīng)200GHz、100GHz或更窄的帶寬。WDM技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)WDM技術(shù)之所以在近幾年得到迅猛發(fā)展是因?yàn)樗哂邢率鰞?yōu)點(diǎn)。（1）超大容量傳輸 WDM系統(tǒng)的傳輸容量十分巨大。由于WDM系統(tǒng)的復(fù)用光通路速率可以為2.5，10Gbit／s等，而復(fù)用光通路的數(shù)量可以是4，8，16，32甚至更多，因此系統(tǒng)的傳輸容量可達(dá)到300～400Gbit／s。而這樣巨大的傳輸容量是目前TDM方式根本無(wú)法做到的。 目前，（8～32）×2.5Gbit／s和16×10Gbit／s的WDM系統(tǒng)已經(jīng)達(dá)到商用水平，而bit／s的WDM系統(tǒng)也已有報(bào)導(dǎo)。（2）節(jié)約光纖資源 對(duì)單波長(zhǎng)系統(tǒng)而言，1個(gè)SDH系統(tǒng)就需要一對(duì)光纖，而對(duì)WDM系統(tǒng)來(lái)講，不管有多少個(gè)SDH分系統(tǒng)，整個(gè)復(fù)用系統(tǒng)只需要一對(duì)光纖就夠了。例如對(duì)于16個(gè)2.5Gbit／s系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，單波長(zhǎng)系統(tǒng)需要32根光纖，而WDM系統(tǒng)僅需要2根光纖。節(jié)約光纖資源這一點(diǎn)也許對(duì)于市話中繼網(wǎng)絡(luò)并非十分重要，但對(duì)于系統(tǒng)擴(kuò)容或長(zhǎng)途干線來(lái)說(shuō)就顯得非常可貴。（3）對(duì)光纖的色散無(wú)過(guò)高要求 對(duì)WDM系統(tǒng)來(lái)講，不管系統(tǒng)的傳輸速率有多高、傳輸容量有多大，它對(duì)光纖色度色散系數(shù)的要求基本上就是單個(gè)復(fù)用通路速率信號(hào)對(duì)光纖色度色散系數(shù)的要求。如20Gbit／s（8×2.5Gbit／s）的WDM系統(tǒng)對(duì)光纖色度色散系數(shù)的要求就是單個(gè)2.5Gbit／s系統(tǒng)對(duì)光纖色度色散系數(shù)的要求，一般的G.652光纖都能滿足。 但TDM方式的高速率信號(hào)卻不同，其傳輸速率越高，傳輸同樣距離所要求的光纖色度色散系數(shù)就越小。以目前敷設(shè)量最大的G.652光纖為例，用它直接傳輸2.5Gbit／s速率的光信號(hào)是沒(méi)有多大問(wèn)題的，但若傳輸TDM方式10Gbit／s速率的光信號(hào)，就對(duì)系統(tǒng)的色度色散等參數(shù)提出了更高的要求，同時(shí)對(duì)光纖的偏振模色散值也提出了較高的要求。（4）可組成全光網(wǎng)絡(luò) 全光網(wǎng)絡(luò)是未來(lái)光纖傳送網(wǎng)的發(fā)展方向。在全光網(wǎng)絡(luò)中，各種業(yè)務(wù)的上下、交叉連接等都是在光路上通過(guò)對(duì)光信號(hào)進(jìn)行調(diào)度來(lái)實(shí)現(xiàn)的，從而消除了電光轉(zhuǎn)換中電子器件的瓶頸。例如，在某個(gè)局站可根據(jù)需求用光分插復(fù)用器（OADM）直接上。下幾個(gè)波長(zhǎng)的信號(hào)，或者用光交叉連接設(shè)備（OXC）對(duì)光信號(hào)直接進(jìn)行交叉連接，而不必像現(xiàn)在這樣首先進(jìn)行光一電轉(zhuǎn)換，然后對(duì)電信號(hào)進(jìn)行上、下或交叉連接處理，最后再進(jìn)行電一光轉(zhuǎn)換，把轉(zhuǎn)換后的光信號(hào)輸入到光纖中進(jìn)行傳輸 WDM系統(tǒng)可以與OADM，OXC混合使用，以組成具有高度靈活性、高可靠性、高生存性的全光網(wǎng)絡(luò)，以適應(yīng)寬帶傳送網(wǎng)的發(fā)展需要。WDM系統(tǒng)在長(zhǎng)途干線傳輸網(wǎng)中的應(yīng)用 與由分插復(fù)用器（ADM）和中繼器構(gòu)建的傳統(tǒng)SDH長(zhǎng)途干線網(wǎng)相比，DWDM系統(tǒng)由于采用具有多波長(zhǎng)放大能力的摻餌光纖放大器技術(shù)，從而降低了長(zhǎng)途干線網(wǎng)的中繼成本，獲得了廣泛應(yīng)用。在長(zhǎng)途干線傳輸網(wǎng)中，DWDM負(fù)責(zé)解決業(yè)務(wù)的長(zhǎng)距離傳送，SDH負(fù)責(zé)解決業(yè)務(wù)的調(diào)度、上下和保護(hù)。根據(jù)目前長(zhǎng)途干線網(wǎng)建設(shè)和維護(hù)中對(duì)DWDM的要求，總結(jié)出以下幾個(gè)要點(diǎn)： ①在長(zhǎng)途干線網(wǎng)中，中繼設(shè)備數(shù)量大為減少，具有統(tǒng)一管理DWDM和SDH設(shè)備能力的網(wǎng)管系統(tǒng)可降低網(wǎng)管系統(tǒng)的投資，簡(jiǎn)化維護(hù)工作。 ②長(zhǎng)途干線中設(shè)備節(jié)點(diǎn)距離較遠(yuǎn)，給系統(tǒng)維護(hù)和故障排除帶來(lái)很大不便。如果采用具有定時(shí)掃描各種光譜特性的內(nèi)置光譜分析單元，維護(hù)人員就可以在網(wǎng)管中心實(shí)時(shí)了解動(dòng)態(tài)運(yùn)行中的每個(gè)波長(zhǎng)的光功率。中心波長(zhǎng)、光信噪比等光譜特性，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)在線監(jiān)控，滿足干線網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控與維護(hù)的需要。 ③目前ITU-T建議只定義了8×22dB，5×30dB，3×33dB種規(guī)模的光放大單元，但長(zhǎng)途干線中實(shí)際再生段超出120km的情況很多，隨著器件技術(shù)水平的提高，采用具有更多光放規(guī)格的DWDM系統(tǒng)，在工程設(shè)計(jì)時(shí)就可以超出上述受限范圍，最終降低中繼建設(shè)成本。WDM系統(tǒng)在城域網(wǎng)中的應(yīng)用 隨著技術(shù)的進(jìn)步和業(yè)務(wù)的發(fā)展，WDM技術(shù)正從長(zhǎng)途傳輸領(lǐng)域向城域網(wǎng)領(lǐng)域擴(kuò)展，當(dāng)然這種擴(kuò)展不是直截了當(dāng)?shù)?，還需要針對(duì)城域網(wǎng)的特定環(huán)境進(jìn)行改造。適用于城域網(wǎng)領(lǐng)域的WDM系統(tǒng)稱為城域網(wǎng)WDM系統(tǒng)，其主要特點(diǎn)和要求是：首先，低成本是城域網(wǎng)WDM系統(tǒng)最重要的特點(diǎn)，特別是按每波長(zhǎng)計(jì)其成本必須明顯低于長(zhǎng)途網(wǎng)用的WDM系統(tǒng)。由于城域網(wǎng)范圍傳輸距離通常不超過(guò)100km，因而不必使用長(zhǎng)途網(wǎng)必須用的外調(diào)制器和光放大器。由于沒(méi)有光放大器，也就不需要任何形式的通路均衡，從而減少了分波器和合波器的復(fù)雜性，也不會(huì)遭受與光放大器有關(guān)的非線性損傷。光放大段的設(shè)計(jì)僅僅是光損耗的設(shè)計(jì)，十分簡(jiǎn)單明了。WDM的發(fā)展方向 雖然WDM技術(shù)問(wèn)世時(shí)間不長(zhǎng)，但由于具有許多顯著的優(yōu)點(diǎn)而表現(xiàn)出強(qiáng)大的生命力，從而迅速得到推廣應(yīng)用，并向全光網(wǎng)絡(luò)的方向發(fā)展。 從發(fā)展的角度看，今后全光技術(shù)的發(fā)展可能表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①光分插復(fù)用器（OADM） 目前采用的OADM只能在中間局站上、下固定波長(zhǎng)的光信號(hào)，使用起來(lái)比較僵化。而未來(lái)的OADM對(duì)上、下光信號(hào)將是完全可控的，就像現(xiàn)在分插復(fù)用器上、下電路一樣，通過(guò)網(wǎng)管系統(tǒng)就可以在中間局站有選擇地上、下一個(gè)或幾個(gè)波長(zhǎng)的光信號(hào)，使用起來(lái)非常方便，組網(wǎng)（光網(wǎng)絡(luò)）十分靈活。 ②光交叉連接設(shè)備（OXC） 與OADM相類似，未來(lái)的OXC將像現(xiàn)在的DXC能對(duì)電信號(hào)隨意進(jìn)行交叉連接一樣，可以利用軟件對(duì)各路光信號(hào)進(jìn)行靈活的交叉連接。OXC對(duì)全光網(wǎng)絡(luò)的調(diào)度、業(yè)務(wù)的集中與疏導(dǎo)、全光網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)與恢復(fù)等都會(huì)發(fā)揮重大作用。