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内 容 提 要 1. 概述 2. DWDM技术概要 3. DWDM组网考虑
1. 概述 2. DWDM技术概要 3. DWDM组网考虑 The principles are rather general and are probably quite similar when ISDN was invented, however this time the GII takes into account new concepts for Network Architectures and the Technology allows the implementation of the intent...
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一 概 述
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世界电话业务年增长 率为 10%，数据业务年增长 40%
一 概 述 以Internet为代表的信息技术革命正在深刻地改变传统电信概念和体系! 话音业务数据业务宽带综合业务 世界电话业务年增长 率为 10%，数据业务年增长 40% 中国话音业务 14% 的增长率，数据业务 400% 增长 目前北美Internet骨干网的业务 量几乎每6～9个月翻一番， 比著名的CPU性能进展more定律 （18个月左右翻番）快2～3倍
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容量的需求 话音和IP通信量的增长情况 250 200 150 100 50 250 话音 IP 135 115 106 58 23 10 2
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通信波段划分及相应传输媒介 频率，Hz 自由空间波长，m 频段划分 传输介质 电力、电话 无线电、电视 微波 红外 可见光 101 107
102 106 103 105 104 108 100 109 10-1 1010 10-2 1011 10-3 1012 10-4 1013 10-5 1014 10-6 1015 ELF VF VLF LF MF HF VHF UHF SHF EHF 自由空间波长，m 频率，Hz 电力、电话 无线电、电视 微波 红外 可见光 双铰线 同轴电缆 光纤 卫星/微波 AM无线电 FM无线电 频段划分 传输介质
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传输技术的的演变 模拟信号数字传输：高质、安全、集成…… 光纤传输：宽带、低损、无电磁干扰、价低…… 光纤数字传输综合好处→PDH飞速发展
PDH的组网缺点→SDH：灵活的组网能力、强大的网管、带宽管理及自愈保护…… SDH与PDH均为TDM（时分复用）电子电路限制高速SDH的发展电子瓶颈 波分复用（WDM，DWDM）+EDFA 扩展传输容量的新手段 全光通信网信息高速公路的骨干网
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传输系统的演变 (1)传统的电传输系统 E M U X 电端机 再生 中继 D 电复用 电解复用 同轴电缆、微波……
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O/E/O 光 缆 E M U X 再生 中继 D 电复用 电解复用 光接收 (2)光电混合型光纤传输系统 光发送
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(3)DWDM光纤传输系统 O M U X D OA 光发送 λ１ λ２ λΝ λ１，λ２……λΝ 光接收
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21世纪的传输 Tbit技术到干线网 Gbit技术到办公室/家庭 Mbit技术到个人
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扩容的选择 空分复用 时分复用 波分复用 TDM和WDM技术合用 SDM(Space Division Multiplexer)
TDM(Time Division Multiplexer) 波分复用 WDM(Wavelength Division Multiplexer) TDM和WDM技术合用
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DWDM技术特点 高容量：可以充分利用光纤的巨大带宽资源，使传输容量比单波长传输增加几倍至几十倍
低成本：在大容量长途传输时可以节约大量光纤和再生器，大大降低传输成本 透明性：与信号速率、格式无关, 是引入宽带新业务（例如CATV ) 的方便手段 波长路由：利用WDM选路实现网络交换和恢复从而实现未来透明的、具有高度生存性的光联网
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采用WDM前的扩容
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采用WDM后的扩容
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波分复用技术的发展 1310nm/1550nm窗口的波分复用 1550nm窗口的密集波分复用(DWDM) 仍用于接入网，但很少用于长距离传输
可广泛用于长距离传输，用于建设全光网络
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二 DWDM技术概要
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以信道速率分类：2.5Gbit/s 、10Gbit/s及混合速率
DWDM系统的分类 以系统接口分类：集成式或开放式系统 以信道数分类：4、8、16、32等 以信道速率分类：2.5Gbit/s 、10Gbit/s及混合速率 以信道承载业务类型分类：PDH、SDH、ATM、 IP或混合业务等 还可以总容量、地理域或网络功能等分类
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开放式和集成式系统结构
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开放式4波、8波、16波、32波WDM系统
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集成式4波、8波、16波、32波WDM系统
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波长转换(Wavelength Convertion)
开放式系统的关键技术------ 波长转换(Wavelength Convertion)
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DWDM系统的五大组成部分 光传输和光放大 小色度色散系数光纤 增益平坦和增益锁定的EDFA光放大器 发射和接收有源部分
特定波长和波长稳定、色散容限大的激光器发射源 能容忍一定SNR信号的光接收机 合波和分波无源部分 信道隔离度高的光解复用器 光监控信道 1510nm DWDM系统网管 光传送网分层模型
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光传输和光放大部分
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传输使用的三种不同类型的单模光纤 G.652单模光纤（NDSF） G.653单模光纤（DSF） G.655单模光纤（NZ-DSF）
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光纤衰耗 光 纤 衰 减 ( dB) 10.0 5.0 2.0 1.0 0.5 1982年 1980年 1978年 波长 m m)
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三种光纤色散情况比较 1550nm 1310nm 色散 ps/ nm km 普通光纤(SMF, NFSF,G.652) 波长 l
km 普通光纤(SMF, NFSF,G.652) 波长 l 色散位移光纤(DSF,G.653) 非零色散位移光纤 （ NZDSF ,G.655 ） 18 DWDM 波长范围
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G.652单模光纤（NDSF） 结论: 不适用于10Gb/s以上速率传输，主要应用于 2.5Gb/s以下速率的DWDM。 大多数已安装的光纤
低损耗、大色散分布、大有效面积 色散受限距离短 2.5Gb/s系统色度色散受限距离约600km 10Gb/s系统色度色散受限距离约34km G.652+DCF方案可升级扩容 结论: 不适用于10Gb/s以上速率传输，主要应用于 2.5Gb/s以下速率的DWDM。
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G.653单模光纤（DSF） 结论: 适用于10Gb/s以上速率单信道传输，但不适用于 DWDM应用，处于被市场淘汰的现状。
低损耗、零色散、小有效面积 长距离、单信道超高速EDFA系统 四波混频（FWM）是主要的问题，不利于DWDM技术 结论: 适用于10Gb/s以上速率单信道传输，但不适用于 DWDM应用，处于被市场淘汰的现状。
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结论: 适用于10Gb/s以上速率DWDM传输， 是未来大容量传输，DWDM系统用光纤的理想选择。
G.655单模光纤（NZ-DSF） 在1530－1565nm窗口有较低的损耗。 工作窗口较低的色散，一定的色散抑制了非线性效应（四波混频）的发生。 可以有正的或负的色散——海底传输系统。 正色散SPM效应压缩脉冲，负色散SPM效应展宽脉冲。 为DWDM系统的应用而设计的。 结论: 适用于10Gb/s以上速率DWDM传输， 是未来大容量传输，DWDM系统用光纤的理想选择。
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EDFA光放大器基本原理 隔离器 WDM EDF 泵浦激光器 输入信号 前向泵浦 后向泵浦 双向泵浦
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EDFA光放大器
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EDFA在线路中的应用 线路放大器 合 波 器 分 波 器 功率放大器 前置放大器
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光功放(OBA) 光预放(OPA) 增益G=20~25dB Pout=+17dBm 增益G=20~25dB Pin=-28dBm
光线放(OLA) OLA ATT 增益G=30~35dB Pout=+17dBm OPA OBA
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DWDM系统对光放大的基本要求 光放大器应满足ITU-T建议G.663、G.691及其他相关建议。 EDFA的主要技术参数：
工作波长范围、输入功率范围、输出功率范围、饱和输出功率、噪声系数、偏振相关增益、小信号增益、增益平坦度、增益变化、增益斜度、输入光回损、输出光回损等。 对EDFA模块的其它要求： - 具有泵浦源自动关闭功能。 - 寿命不小于30万小时。 - 具有放大器自动增益均衡（控制）功能。
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EDFA光放大器的应用要求 单信道应用： 增益大 噪声小 自动功率控制 多信道应用： 增益平坦 级连使用噪声小 自动增益控制
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EDFA光放大器增益平坦技术 长周期光纤光栅(损耗特性与放大器的增益特性相反来抵消增益的不均匀性) 高含铝掺饵光纤(Al-EDF)
波长 增 益 掺铒光纤放大器 （ EDFA ） 1545 ~ 1560nm 红带滤波器 蓝带滤波器 1530 1545nm 高含铝掺饵光纤(Al-EDF)
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EDFA光放大器增益锁定技术 泵浦源功率控制 饱和光控制技术 EDF Pin Pout 光功率 检测控制 泵浦激光器 输入光功率检测
输出光功率检测 泵浦激光器 饱和光控制技术
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光放大器技术的发展 半导体光放大器 （SOA） 掺铒光纤光放大器 （EDFA） 掺镨光纤光放大器 （PDFA） 激光拉曼光放大器 (SRA)
除去 OH 峰外 纤 >300nm 低损耗窗口 衰 减 光 增益窗口 增益窗口 波长 PDFA PDFA EDFA EDFA 放 30nm ~ 60nm 30nm ~ 60nm 大 器 SOA SOA 增 益 SRA SRA 850 1310 1550 nm
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发射和接收有源部分
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中心频率(中心波长)偏差n/5，n为光信道间隔
DWDM系统对光发射和光接收的基本要求 中心波长和中心频率 标称中心频率或波长是以193.1THz（ nm)为中心、间隔为100GHz的整数倍。 196.0 199.0 195.0 194.0 193.0 192.0 191.0 1505 1510 1530 1535 1540 1545 1550 1555 1560 1565 1570 OSC信道151010nm C-Band L-Band (THz) (nm) 中心频率(中心波长)偏差n/5，n为光信道间隔
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中 心 波 长 和 频 率
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光发送机 指定波长符合ITU-T规定 光源的波长稳定 波长漂移 /5（ITU-T）， /10（国家） 2 1
光源的色散容限 0.2nm 光源的波长稳定 1 2
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光发送机光谱特性 发光二极管（LED） 多纵模激光器（MLM） 单纵模激光器（SLM） 2 1 1 2 1 2 1
-3dB 1 2 多纵模激光器（MLM） 单纵模激光器（SLM） 1 1 -3dB -20dB 1 1 2 2
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波长控制技术之一 温度反馈控制 管芯温度和波长关系曲线 温度传感器 激光器管芯 0激光输出 TEC温度 控制电路
(nm) TEC温度控制器 TEC温度 控制电路 0激光输出 温度传感器 激光器管芯 0 T(C) 管芯温度和波长关系曲线 对于1.5m DFB激光器，波长 温度系数约为13GHz/C
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波长控制技术 之二 波长反馈控制 采用介质膜滤波片的波长锁定 温度传感器 激光器管芯 0激光输出 TEC温度控制器 TEC温度 控制电路
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调制方式 直接调制方式 －输出功率正比于调制电流； －简单、损耗小、价廉； －使用FP或DFB激光器二极管；
随调制速率增高，模数增加，激光器谱线展宽（啁啾）。 限制使用在 <2.5Gbps速率下，较短距离传输。
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调制方式 外调制方式 －激光器光源＋开关 －复杂、损耗大、价格贵； 铌酸锂（LiNbO3）Mach-Zehnder 集成外调制
分离外调制 铌酸锂（LiNbO3）Mach-Zehnder 集成外调制 电吸收（EA） III-V 族半导体Mach-Zehnder －线性调频（啁啾）无或小 －用于>2.5Gbps 高速率传输 温度波长 控制电路
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光接收机 工作波长范围的响应度 对SNR的灵敏度
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光接收机 接收机必须承受的影响： 信号畸变 噪声 串扰
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O/E/O波长转换器 光转发器（Transponder） * 以目前工艺水平的组件比特率可达40Gbit/s
* 消光比得到改善，并可用外调制对信号进行整形 * 高SNR * 与偏振无关 * 操作简单
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合波和分波无源部分
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DWDM系统对合波和分波无源器件的 基本要求
DWDM系统中使用的波分复用器件的性能应满足ITU-T G.671及相关建议的要求。 合波器 常用的合波器类型有耦合器型、介质薄膜滤波器型和集成光波导型。 合波器的参数主要有插入损耗、光反射系数、工作波长范围、极化相关损耗和各通路插损的最大差异。 分波器 分波器的类型主要有光栅型、干涉滤波器型、熔锥型和集成光波导型分波器等类型。 分波器的参数主要有通路间隔、插入损耗、光反射系数、相邻通路隔离度、非相邻通路隔离度、极化相关损耗、温度系数、0.5dB和 20dB带宽。
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耦合型合波器 光耦合器 光信号输出Pout1 光信号输入Pin 光信号输出Pout2
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8:1合波器示意图
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多层介质膜干涉滤波器 0/2 0 0/2 0 0 , 1， 2， 3，…n 0 0 ,1， 3，…n
0 /4 0/2 信号通带较平坦； 偏振无关； 插入损耗较低； 温度特性很好，可达0.001nm/oC以下。 0
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0， 1 2， 3，…n 0 0/2 1 2， 3，…n
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8路多层介质膜滤波器DWDM复用/解复用器
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光监控信道（OSC）
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DWDM系统对光监控信道的基本要求 监控通路波长1510nm，监控速率2Mb/s 对光监控通路的要求
(1) 监控通路不限制光放大器的泵浦波长 (2) 监控通路不限制光放大器之间的距离 (3) 监控通路不限制未来在 1310 nm 波长的业务 (4) 在光放大器失效时监控通路仍然可用 (5) OSC传输是分段的且具有3R功能和双向传输功能 (6) 应有OSC保护路由，防止光纤被切断后监控信息不 能传送的严重后果
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开放式4波、8波、16波、32波WDM系统
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DWDM系统监控通道保护技术
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DWDM网管系统示意图
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