DWDM的發展和應用

一、DWDM系統概述

二、DWDM系統關鍵技術

三、DWDM的應用及展望

光通信是目前發展最快的領域。商用DWDM系統最大容量為320Gb/s、1.6Tb/s。實驗室進行了大容量DWDM的試驗。光交叉連接與波長路由器已經問世；數據與光的結合，未來的網絡可能將是把IP/ATM交換機直接接至光傳送網上；向光組網的轉變是寬帶革命的核心。城域DWDM已經開始應用；DWDM系統已從4×2.5Gb/s向32×10Gb/s、1.6Tb/s系統過渡。運營商：中國電信、中國移動、聯通、網通、鐵通等。DWDM技術發展背景什么是波分復用？高速路加油站巡邏車把不同波長的光信號復用到一根光纖中進行傳送(如每個波承載一種TDM電信號）的方式統稱為波分復用。DWDM1.21.31.41.51.61.7波長(m)損耗(dB/km)0.10.20.40.81.025THz0光纖通信窗口的損耗狀況目前使用:C波段：1525~1565nmL波段：1570~1620nm正在開發:S波段：1400nm波段DWDM產品的演變32×10Gb/s32×2.5Gb/s16×2.5Gb/s4×2.5Gb/s160×10Gb/sDWDM的工作方式DWDM系統原理圖Rx1RxnRx2Tx1Tx2TxnMUXOLADEMUXOSCOSCOSCDWDM的發展WDM技術在90年代初出現，但在95年以前沒有很快發展，原因有三個：

TDM技術的發展：155Mb/s-622Mb/s-2.5Gb/sTDM技術相對簡單。因此，在2.5Gb/s系統以下，在系統升級時，人們會首先選用TDM技術；

WDM關鍵器件還沒有完全成熟，如波分復用器/解復用器和光放大器；

應用中對傳輸容量的需求還不高，TDM設備的容量還能夠滿足需求。

95年以后，WDM技術發展進入快車道，因為：

各種數據業務的爆炸性發展，對傳輸容量的需求急劇增加，傳輸干線的需求目前已達到10Gb/s以上；

TDM技術在10Gb/s以上面臨電子元器件的挑戰；

已廣泛鋪設的G.652光纖在1550nm窗口的高色散限制了TDM高速系統的應用；光電器件的成熟和發展，使WDM產品的商用化成為可能。DWDM技術發展趨勢IPATMSDHDWDM光纖物理層OpenOpticalInterfaceSDHATMIP其它DWDM技術發展趨勢可配置OADM點對點DWDM傳輸可重構OXCOXCl1l2lNl1l2lNlililklk光通信的三個發展階段PDHSDHDWDM155M622M2.5G10GG.957G.691G.692光接口的規范G.957——SDH設備和系統的光接口；G.691——帶有光放的SDH單信道的速率到達 STM-64系統的光接口；G.692——帶有光放的多信道系統的光接口二、DWDM系統關鍵技術光放大器(EDFA)色散補償（模塊）光波分復用器和解復用器技術光放大器(EDFA)EDFA采用兩級放大結構；中間段為DCU色散補償單元（或小型OADM）泵浦波長：第一級：980nm；第二級：1480nmEDFA還含括：適當的光濾波器，以便上下光監控信道（1510nm）內置可調光衰減器，通過調節中間段的損耗控制輸入功率來優化EDFA的光譜平坦度。EDFA輸出功率：無外置泵浦模塊：+17dBm;+20dBm;帶外置泵浦模塊(1480nm)：+20dBm;+23dBm;，鉺摻雜光纖隔離器WDM耦合器PinPoutlNl2l1lNl2l1隔離器泵浦激光器980nm,1480nm摻鉺光纖放大器

EDFA光耦合器（WDM）光耦合器，顧名思義，就是具有耦合的功能，其作用是將信號光和泵浦光耦合。一起送入摻鉺光纖，也稱光合波器，通常使用光纖熔錐型合波器。光隔離器（ISO）光隔離器（ISO）是一種利用法拉第旋光效應制成的，只能允許光單向傳輸的器件。光路中兩只隔離器的作用分別是：輸入光隔離器可以阻擋摻鉺光纖中反向ASE對系統發射器件造成干擾，以及避免反向ASE在輸入端發生反射后又進入摻鉺光纖產生更大的噪聲；輸出光隔離器則可避免輸出的放大光信號在輸出端反射后進入摻鉺光纖消耗粒子數從而影響摻鉺光纖的放大特性。泵浦激光器（PUMP）泵浦激光器是EDFA的能量源泉，它的作用是為光信號的放大提供能量。通常是一種半導體激光器，輸出波長為980nm或1480nm，泵浦光經過摻鉺光纖時，將鉺離子從低能級泵浦到高能級，從而形成粒子數反轉，而當信號光經過時，能量就會轉移到光信號中，從而實現光放大的作用。摻鉺光纖放大器

EDFA980nm1480nmN1N3~0N21550nm1550nm信號光泵浦光EDFA的工作原理E3激發態E2亞穩態E1基態1.摻鉺光纖（EDF）摻鉺光纖是光纖放大器的核心，它是一種內部摻有一定濃度Er3+的光纖，為了闡明其放大原理，需要從鉺離子的能級圖講起。鉺離子的外層電子具有三能級結構，E1是基態能級，E2是亞穩態能級，E3激發態當用高能量的泵浦激光器來激勵摻鉺光纖時，可以使鉺離子的束縛電子從基態能級大量激發到高能級E3上。然而，高能級是不穩定的，因而鉺離子很快會經歷無輻射衰減（即不釋放光子）落入亞穩態能級E2。而E2能級是一個亞穩態的能帶，在該能級上，粒子的存活壽命較長，受到泵浦光激勵的粒子，以非輻射躍遷的形式不斷地向該能級匯集，從而實現粒子數反轉分布。當具有1550nm波長的光信號通過這段摻餌光纖時，亞穩態的粒子以受激輻射的形式躍遷到基態，并產生出和入射信號光中的光子一模一樣的光子，從而大大增加了信號光中的光子數量，即實現了信號光在摻餌光纖傳輸過程中的不斷被放大的功能。EDFA的工作原理色散補償技術色散的定義

光脈沖信號進入光纖后經過長距離傳輸，在光纖輸出端，光信號波形發生了時間上的展寬。

偏振模色散（PMD）

光脈沖信號沿X軸振動和沿Y軸振動，每個軸代表一個偏振模，兩個偏振模到達的時間差稱為偏振模色散PMD。DWDM色散補償脈沖展寬，導致了脈沖與脈沖相重疊現象，產生了碼間干擾。色度色散對DWDM系統的影響DWDM色散補償

光模塊的色散容限

光模塊本身可以容納一定范圍的色散，例如：

10G光模塊常見的有800ps/nm、400ps/nm2.5G常見的有12800ps/nm

光纖的色散系數

不同類型的光纖具有不同的色散系數，例如：G.652光纖的色散系數為20ps/nm/km，采用12800ps/nm的光模塊時最遠可傳輸640km。

DWDM色散補償DWDM色散補償色散分布圖光波分復用器和解復用器技術

復用器fiber解復用器光波分解復用技術主要包括：陣列波導技術、衍射光柵技術、干涉薄膜技術和光纖光柵技術等光波分復用技術還包括耦合器技術。

介質薄膜濾波器型陣列波導光柵型耦合器型34衍射光柵型341234。。。34343434DWDM復用和解復用器原理

屬于角色散型器件，當光到光柵上后，由于光柵的角色散作用，使不同的光信號以不同的角度出射，然后經過透鏡會聚到不同的輸出光纖，從而完成波長選擇和分離的作用，反之就可以實現波長的合并。優點波長選擇特性優良，可以使波長間隔小到0.5nm左右并聯工作，插入損耗不會隨復用信道的數目增加而增加缺點

溫度穩定性不好光柵型復用器/解復用器的原理及特點DWDM應用展望

目前，40GDWDM技術成熟、市場需求明顯，100GDWDM技術尚未成熟，短期內沒有成本優勢。未來2-3年內40GDWDM仍是主流高速傳輸技術，并與100GDWDM共存，而100GDWDM完全取代40GDWDM則需要整個產業鏈的成熟與推動。

100GDWDM是當前高速光傳輸值得期待的技術，3年內可以開始批量商用，市場窗口將長期存在。對于運營商來說，在10GbE和GbE業務的基礎上，是希望DWDM終端設備的機箱的部署速度更快，更容易，是否適合在原有的運營成本上升級或過渡到100G的帶寬，有幾個關鍵的要素。數據中心互連有適應更長距離的趨勢要求。