第十三章 WDM网络 13.1. DWDM概述 13.2. DWDM系统结构 13.3. 波长计划.

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1 第十三章 WDM网络 13.1. DWDM概述 DWDM系统结构 13.3. 波长计划

2 13.1 DWDM技术 光纤通信经过30多年的发展，单信道实用化系统的传输速率从1976年的45Mbit/s发展到了10Gbit/s，线路的利用率得到了很大提高(但与光纤巨大的带宽潜力相比这点带宽还微不足道)。

3 光纤带宽： 1300nm窗口约100nm， 1550nm窗口约100nm，共200nm，约30THz 光纤损耗谱特性 HO离子吸收峰
第三传输窗口 第二传输窗口 第一传输窗口 1300 1550 850 紫外吸收 红外吸收 瑞利散射 0.2 2.5 损耗(dB/km) 波长(nm) 光纤损耗谱特性

4 类似于传统频分复用的概念，在1300~1600 nm光谱范围内，以一定的间隔隔开的多个波长可以在同一根光纤中独立传播。
相比窗口带宽，每个波长信道上信号的调制带宽很窄 1270 1350 1480 1600 波长间隔和频率间隔 之间的换算关系 例： 在1525~1565 nm频 带内，窄线宽激光 器在 0.8 nm谱带内 (~100 GHz间隔) 发 射信号，则一根光 纤可以同时承载50 路独立的信号。 80 nm 120 nm

5 电时分复用面临的问题： “电子瓶颈”限制： 10Gb/s→40Gb/s… 光纤色散限制 单波长通信系统远不能有效利用光纤带宽
signal1 signal2 TDM signal

6 传输容量的演进

7 多车道（Multi Lane）

8 密集波分复用（DWDM） 光纤通信：损耗低、 距离远、容量大 增加容量：时分复用、空分复用 DWDM：光传输的划时代的革命 TX TX TX
1310 RPTR TX 1310 RPTR TX 1310 RPTR TX 1310 RPTR TX 1310 RPTR TX 1310 RPTR TX DWDM：光传输的划时代的革命 TX EDFA D W M 120 km

9 WDM之父 厉鼎毅（Tingye Li） 美籍华人，美国著名光纤通信专家。现任美国AT&T Bell实验室光纤通信部主任。美国工程院院士。
1996年6月当选为中国工程院外籍院士。 （来源：中国工程院网站）

10 中国第一条WDM系统 1998年1月，由“区域光纤通信网与新型光通信系统”国家重点实验室承担完成的“深圳-广州4X2.5G，145km无中继WDM系统工程”通过了广东省邮电管理局的验收。

11 中国WDM骨干网 我国于1997年在省际干线(西安－武汉)引入第一条WDM系统(Lucent公司的8X2.5Gbit/s系统)，从此揭开了WDM系统在中国大规模应用的序幕。1999年，统一规范了8X2.5 Gbit/s和16X2.5 Gbit/s系统。2000年，统一规范了32X2.5 Gbit/s系统。 2000年后，全面转向SDH 10 Gbit/s与32X10 Gbit/s系统。 2003年，制订1.6 Tbit/s和800 Gbit/s系统。

12 1.6T商用WDM系统 160X10G=1.6T Alcatel Ciena Corp. Corvis Corp Lucent
Marconi NEC Nortel OptiMight Siemens Sycamore Network 烽火通信 华为技术 中兴通讯 上海贝尔阿尔卡特 160X10G=1.6T

13 WDM实验记录 单位 总容量 波长数 单波速率 宣称时间 1 Alcatel 5.12T 128 40G 2000.09 2 NEC
160 3 Siemens 7.04T 176 4 10.2T 256 5 10.9T 273

14 WDM+TDM 近年来报道的传输记录 会议 传输距离 容量 信号 研究机构 OFC03 32x100km 160x42.7G
CSRZ-DPSK OFS 100x100km 40x42.7G Mintera ECOC03 8200km 64x42.7G KDDI OFC04 6120km 149x42.7 G DPSK Alcatel ECOC06 160km 140x111G CSRZ-DQPSK NTT 2000km 10x107G RZ-DQPSK Lucent OFC 1700km 40x85.6G Eindhoven Univ. of Tech.

15 烽火科技：我们的路越走越宽 烽火科技集团以“我们的路越走越宽”为主题，激情出击2005年的通信业界盛会。 在本届展会上，烽火科技主要以下一代网络为展示主线，集中展示了下一代光传送网（ASON）、下一代无线通信网（3G）、下一代交换网（Softswitch）、下一代接入网（FTTH）等领域的重大突破、核心技术以及商用化进程。代表业界最高水平的80×40G DWDM系统，传输距离>800km。

16 13.1.1．DWDM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（SDM）和时分多路复用（TDM）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，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PDH的一次群至四次群的复用，到SDH的STM-1、STM-4、STM-16至STM-64的复用。但达到一定的速率等级时，会受到器件和线路等特性的限制。 DWDM技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。

17 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。

18 DWDM系统的构成及光谱示意如图13-1所示。
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（WDM），而把在同一窗口中信道间隔较小的WDM称为密集波分复用（DWDM）。 DWDM系统的构成及光谱示意如图13-1所示。

19 图13.1 DWDM系统的构成及频谱示意图

20 点到点的波分复用系统 波分复用器 100 GHz间隔的WDM信道频谱 2

21 13.1.3．DWDM工作方式 （1）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，反向光信号的传输由另一根光纤来完成。如图13.2所示， 图13.2 双纤单向传输的DWDM系统

22 （2）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输，两个方向的光信号应安排在不同波长上。 图13.3 单纤双向传输的DWDM系统

23 （3）光信号的分出和插入 通过光分插复用器（OADM）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/下光路，利用这种方式可以完成DWDM系统的环形组网。 图13.4 光信号的分出和插入传输

24 13.1.4．DWDM的应用形式 有开放式DWDM和集成式DWDM。
开放式DWDM系统采用波长转换技术，将复用终端的光信号转换成符合ITU-T建议的波长，然后进行合波。 集成式DWDM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ITU-T建议的波长，然后进行合波。

25 (1) 可以充分利用光纤的巨大带宽潜力，使一根光纤上的传输容量比单波长传输增加几十至上万倍。
13.1.5．DWDM的优越性 (1) 可以充分利用光纤的巨大带宽潜力，使一根光纤上的传输容量比单波长传输增加几十至上万倍。 (2) N个波长复用以后在一根光纤中传输，在大容量长途传输时可以节约大量的光纤。

26 (3) 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，可同时提供多种协议的业务，不受限制地提供端到端业务。
(4) 可扩展性好。 (5) 降低器件的超高速要求。

27 13. 2 DWDM系统结构 1．DWDM器件 DWDM器件分为合波器和分波器两种，如图13-5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。 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。 图13-5 DWDM器件

28 2．DWDM的几种网络单元类型 DWDM设备可分为光终端复用器（OTM）、光线路放大器（OLA）、光分插复用器（OADM）和电中继器（REG）几种类型。以华为公司的波分320G设备为例讲述各种网单元的作用。 （1）光终端复用器（OTM） 在发送方向，OTM把波长为λ1～λ16（或λ32）的STM-16信号经合波器复用成DWDM主信道，然后对其进行光放大，并附加上波长为λs的光监控信道。 在接收方向，OTM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16（或32）个波长的STM-16信号。OTM的信号流向如图13-6所示。

29 图13-6 OTM信号流向图

30 （2）光放大器（OLA） 每个传输方向的OLA先取出光监控信道（OSC）并进行处理，再将主信道进行放大，然后将主信道与OSC合路并送入光纤。如图13-7所示。 图13-7 OLA信号流向图

31 （3）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，再用WPA将主光通道预放大，通过MR2单元把含有16或32路STM-16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MR2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MR2为例，其信号流向如图13-8所示。

32 图12-8 静态OADM（32/2）信号流向图

33 图13-9 两个OTM背靠背组成的OADM信号流向图

34 （5）电中继器（REG） 以STM-16信号的中继为例，其的信号流向如图13-10所示。 图 电中继器（REG）的信号流向图

35 3．DWDM网络的一般组成 （1）点到点组网 DWDM的点到点组网示意图如图13-11所示。 （2）链形组网 DWDM的链形组网示意图如图13-12所示。 （3）环形组网 DWDM环形组网示意图如图13-13所示。 图 DWDM的点到点组网示意图

36 图 DWDM的链形组网示意图 图 DWDM的环形组网示意图

37 4．DWDM网络的保护 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SDH层实施的1+1或1︰N的保护；
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（OMSP）。 另外还有基于环网的保护。

38 13.3 波长计划 分类 简单WDM（简称WDM）：1310nm/1550nm，用于PON接入网络 CWDM（Coarse WDM）：
传统的CWDM: 850nm窗口，主要用于多模光纤的接入网中 WWDM (Wide WDM): 10GE WAN 城域CWDM:主要用于城域网 DWDM (Dense WDM ）主要用于长距离传输系统

39 简单WDM： 主要用于采用单纤双向传输方式的光纤接入网中（如PON），在上下行方向采用不同的波长，1310nm为上行波长（用户到中心局）；1550nm为下行波长(用户到中心局)。 采用熔融光纤波分复用器实现波长的复用/解复用 Downstream 1550nm Upstream 1310nm

40 CWDM-传统CWDM 20世纪80年代提出，用于850nm传输窗口的多模光纤局域网（如：视频分配网，双向单纤网络等） 波长间隔25nm
20世纪90年代后期，随着10G以太网技术的兴起，采用850窗口的4波长传送10GE被列入10GE LAN的标准之一（IEEE802.3)

41 CWDM-WWDM： IEEE802.3 10GE WAN标准之一： 多模光纤， 1310nm窗口， 间隔为25nm的4个光波长信道，
单信道速率3.125Gb/s， 传输距离10km.

42 CWDM-城域CWDM 随着DWDM技术在长距离通信中的应用。宽带城域网络问题逐渐成为通信网络的瓶颈。宽带、灵活及低成本是城域网追求的主要目标。采用CWDM技术是实现这一目标的有效手段。 ITU-T G.694.2规定了城域CWDM的波长分配方案

43 CWDM优越性： 降低对激光器波长漂移的限制，无制冷激光器（如VCSEL）成为其首选器件 降低滤波器件的制作难度及成本

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45 DWDM ITU-T G.694.1规定了DWDM的波长分配方案 波长间隔包括200GHz,100GHz,50GHz
目前长距离系统主要使用C-band(1530nm~1565mn)和L-band(1565nm~1625nm)的波长

46 WDM系统的优点 1. 系统容量可以很容易升级 如果每个波长可以承载40 Gb/s的信息，那么一根光纤若同时
传输100个波长就能实现4 Tb/s的传输 2. 可以保持数据的透明性 WDM 的信道都可以独立地携带任意的传输格式，它们之间 可以不同步，数据速率可以不同，可以是模拟的或者数字的 3. 可以用于构造波长路由光网络 光网络交换节点除了可以执行时间和空间两个维度的交换之 外还可以利用波长进行交换，多维的交换让光网络具有更高 的灵活性