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第十三章 WDM 网络

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. 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45 Mbit/s 发展到了10 Gbit/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)。. 波长间隔和频率间隔 之间的换算关系. 1270. 1350. 1480. 1600.

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第十三章 WDM 网络

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  1. 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

  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. 波长间隔和频率间隔 之间的换算关系 1270 1350 1480 1600 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。(200nm窗口，带宽约30THz） 相比窗口带宽，每个波长信道上信号的调制带宽很窄 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

  4. TDM signal 1 0 1 1 signal1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 0 1 signal2 • 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

  5. 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。

  6. 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。 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。

  7. 13.1.2．DWDM原理概述 DWDM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。 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。

  8. 图13.1 DWDM系统的构成及频谱示意图

  9. 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

  10. 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

  11. （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

  12. （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

  13. 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。

  14. 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。

  15. (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。

  16. 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

  17. 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。

  18. 图13-6 OTM信号流向图

  19. （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

  20. （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。

  21. 图12-8静态OADM（32/2）信号流向图

  22. （4）两个OTM背靠背组成的光分插复用器 用两个OTM背靠背的方式组成一个可上/下波长的OADM，如图13-9所示。 图13-9两个OTM背靠背组成的OADM信号流向图

  23. （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13-10电中继器（REG）的信号流向图

  24. 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13-11 DWDM的点到点组网示意图

  25. 图13-12 DWDM的链形组网示意图 图13-13 DWDM的环形组网示意图

  26. 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。

  27. 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

  28. 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

  29. 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)

  30. 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.

  31. 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

  32. 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

  33. 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

  34. 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

  35. WDM实验记录

  36. WDM+TDM 近年来报道的传输记录

  37. WDM网络存在问题？ 点到点的WDM系统解决了突然出现的“宽带饥渴”和“光纤饥渴”问题，但带宽的利用率不高。 运营网络前几年的建设积累了相当的容量，短时间内传输链路的带宽将不再是光传送网发展的主要矛盾。但组网的灵活性、稳定性与网络的智能性成为关注的焦点。

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