Transcript 第一章 概论
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 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)。 光纤带宽： 1300nm窗口约100nm， 1550nm窗口约100nm，共200nm，约30THz HO离子吸收峰 第一传输窗口 损耗(dB/km) 2.5 第二传输窗口 第三传输窗口 瑞利散射 0.2 紫外吸收 850 1300 1550 波长(nm) 光纤损耗谱特性 红外吸收 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。 100 GHz 相比窗口带宽，每个波长信道上信号的调制带宽很窄 波长间隔和频率间隔 之间的换算关系 WDM 40 Gb/s PSK c 2 80 nm 1270 1350 120 nm 1480 1600 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。 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 1 0 1 1 signal1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 signal2 TDM signal 0 0 1 传输容量的演进 多车道（Multi Lane） 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 1310 1310 1310 1310 1310 1310 1310 1310 TX TX 1310 1310 1310 1310 1310 1310 1310 1310 RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR TX TX 1310 1310 1310 1310 1310 1310 1310 1310 RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR TX TX RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR 1310 1310 1310 1310 1310 1310 1310 1310 TX TX 1310 1310 1310 1310 1310 1310 1310 1310 RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR TX TX RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR 1310 1310 1310 1310 1310 1310 1310 1310 TX TX RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR • DWDM：光传输的划时代的革命 D W D M 120 km 120 km EDFA 120 km EDFA D W D M TX TX TX TX TX TX TX TX TX TX TX TX TX TX TX TX 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。 厉鼎毅在发展光波分复用WDM方面有重要成就。 特别是解决光纤的非线性问题有深入研究，对建 设超大容量的信息高速公路有重要作用，为发展 下一代光纤通信打下基础。在他的领导下，使美 国的光纤通信得以蓬勃发展，并在世界上起到先 导作用。 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） 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。 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。 1.6T商用WDM系统 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 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 6.4T 160 40G 2000.10 3 Siemens 7.04T 176 40G 2000.10 4 Alcatel 10.2T 256 40G 2001.03 5 NEC 10.9T 273 40G 2001.03 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 OFC03 100x100km 40x42.7G CSRZ-DPSK Mintera ECOC03 8200km 64x42.7G CSRZ-DPSK KDDI OFC04 6120km 149x42.7 G DPSK Alcatel ECOC06 160km 140x111G CSRZ-DQPSK NTT ECOC06 2000km 10x107G RZ-DQPSK Lucent OFC 1700km 40x85.6G RZ-DQPSK Eindhoven Univ. of Tech. 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。 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。 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。 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。 图13.1 DWDM系统的构成及频谱示意图 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 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 （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 （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 13.1.4．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。 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。 (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。 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 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。 图13-6 OTM信号流向图 （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137所示。 图13-7 OLA信号流向图 （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。 图12-8 静态OADM（32/2）信号流向图 （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 （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 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 图13-12 DWDM的链形组网示意图 图13-13 DWDM的环形组网示意图 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。 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 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 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) 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. 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 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 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Cband(1530nm~15 65mn)和Lband(1565nm~16 25nm)的波长 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