光纤通信课件06解析.ppt
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- 光纤通信 课件 06 解析
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1、1 2本章内容本章内容 WDM技术概述和系统结构。技术概述和系统结构。WDM系统设备与组网。系统设备与组网。WDM系统的关键技术。系统的关键技术。WDM系统规范。系统规范。本章重点本章重点 WDM系统结构与设备。系统结构与设备。WDM系统规范。系统规范。本章难点本章难点 WDM系统结构及关键技术。系统结构及关键技术。3学习本章目的和要求学习本章目的和要求 掌握掌握WDM概念和系统结构。概念和系统结构。掌握掌握WDM系统的设备和组网。系统的设备和组网。了解了解WDM系统关键技术。系统关键技术。掌握掌握WDM系统规范。系统规范。46.1 DWDM技术概述 6.1.1 WDM概述概述 1WDM技术产
2、生背景技术产生背景 传统的传输网络扩容方法采用传统的传输网络扩容方法采用空分多路复用空分多路复用(SDM)和)和时分多路复用时分多路复用(TDM)两种方式。)两种方式。(1)空分多路复用)空分多路复用 SDM是靠增加光纤数量的方式线性地增加传输系是靠增加光纤数量的方式线性地增加传输系统的容量,传输设备也随之线性地增加。扩容方式十统的容量,传输设备也随之线性地增加。扩容方式十分受限。分受限。(2)时分多路复用)时分多路复用 TDM是一项比较常用的扩容方式,从传统是一项比较常用的扩容方式,从传统PDH的的一次群至四次群的复用,到一次群至四次群的复用,到SDH的的STM-1至至STM-64的复用。但
3、的复用。但当达到一定的速率等级时,会由于器件和当达到一定的速率等级时,会由于器件和线路等各方面特性的限制而不得不寻找另外的解决办线路等各方面特性的限制而不得不寻找另外的解决办法。法。56.1 DWDM技术概述 2WDM的概念和特点的概念和特点 (1)WDM的概念的概念 波分复用(波分复用(WDM)技术是在一根光纤中同时传输)技术是在一根光纤中同时传输多个波长光信号的一项技术。多个波长光信号的一项技术。其基本原理是在发送端其基本原理是在发送端将不同波长的光信号组合起来(复用),并耦合到光将不同波长的光信号组合起来(复用),并耦合到光缆线路上的同一根光纤中进行传输,在接收端又将组缆线路上的同一根光
4、纤中进行传输,在接收端又将组合波长的光信号分开(解复用),并作进一步处理,合波长的光信号分开(解复用),并作进一步处理,恢复出原信号后送入不同的终端,因此,将此项技术恢复出原信号后送入不同的终端,因此,将此项技术称为光波长分割复用,简称光波分复用技术。称为光波长分割复用,简称光波分复用技术。66.1 DWDM技术概述图6-1 WDM系统的基本组成及频谱示意图76.1 DWDM技术概述 (2)WDM技术的特点技术的特点 充分利用光纤的巨大带宽资源充分利用光纤的巨大带宽资源 多种类型的信号可同时传输多种类型的信号可同时传输 系统升级时能最大限度地保护已有投资系统升级时能最大限度地保护已有投资 高度
5、的组网灵活性、经济性和可靠性高度的组网灵活性、经济性和可靠性 降低器件的超高速要求降低器件的超高速要求 可兼容全光交换可兼容全光交换86.1.2 WDM工作方式 WDM的工作方式有的工作方式有双纤单向双纤单向和和单纤双向单纤双向两种。两种。(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。因此,同一波长在信号的传输由另一根光纤来完成。因此,同一波长在两个方向上可以重复利用。如图两个方向上可以重复利用。如图6-2所示,所示,图6-2 双纤单向传输的WDM系统96.1.2 WDM工作方式图6-3
6、单纤双向传输的WDM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,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。如图两个方向的光信号应安排在不同波长上。如图6-3所示。所示。106.1.2 WDM工作方式图6-4 光信号的分出和插入传输 另外通过在中间设置光分插复用器(另外通过在中间设置光分插复用器(OADM)或)或光交叉连接器(光交叉连接器(OXC)可以实现各波长的光信号在中)可以实现各波长的光信号在中间站的分出与插入,即完成光路的上间站的分出与插入,即完成光路的上/下,如图下,如图6-4所所示。示。116.1.3 WD
7、M系统类型 WDM系统可以分为集成式系统可以分为集成式WDM系统和开放式系统和开放式WDM系统两大类。系统两大类。1集成式集成式WDM系统系统 集成式集成式WDM系统要求系统要求SDH终端设备具有满足终端设备具有满足G.692的光接口:标准的光波长、满足长距离传输的光源。的光接口:标准的光波长、满足长距离传输的光源。图6-5 集成式WDM系统126.1.3 WDM系统类型 2开放式开放式WDM系统系统 开放式开放式WDM系统就是在波分复用器前加入光波长系统就是在波分复用器前加入光波长转换器(转换器(OTU),将),将SDH非规范的波长转换为标准波非规范的波长转换为标准波长。长。图6-6 开放式
8、WDM系统136.1.4 WDM系统应用类型 根据根据WDM线路系统中是否设置有掺铒光纤放大器线路系统中是否设置有掺铒光纤放大器(EDFA),可将),可将WDM线路系统分成有线路光放大器的线路系统分成有线路光放大器的WDM系统和无线路光放大器的系统和无线路光放大器的WDM系统两大类。系统两大类。1有线路光放大器的有线路光放大器的WDM系统系统 (1)有线路光放大器的)有线路光放大器的WDM系统参考配置系统参考配置图6-7 有线路光放大器的WDM系统参考配置146.1.4 WDM系统应用类型 (2)有线路光放大器的)有线路光放大器的WDM系统的分类与应用代系统的分类与应用代码码 表6-1有线路光
9、放大器WDM系统的应用代码应应 用用长距离区段长距离区段(每个区段的目标距离是(每个区段的目标距离是80km)很长距离区段很长距离区段(每个区段的目标距离是(每个区段的目标距离是120km)区段数区段数58354波长波长4L5-y.z4L8-y.z4V3-y.z4V5-y.z8波长波长8L5-y.z8L8-y.z8V3-y.z8V5-y.z16波长波长16L5-y.z16L8-y.z16V3-y.z16V5-y.z156.1.4 WDM系统应用类型 2无线路光放大器的无线路光放大器的WDM系统系统 (1)无线路光放大器的)无线路光放大器的WDM系统参考配置系统参考配置图6-9 无线路光放大器的
10、WDM系统的参考配置166.1.4 WDM系统应用类型表6-2 无线路光放大器WDM系统的应用代码应应 用用长距离长距离(目标距离是(目标距离是80km)很长距离很长距离(目标距离是(目标距离是120km)超长距离超长距离(目标距离是(目标距离是160km)4波长波长4L-y.z4V-y.z4U-y.z8波长波长8L-y.z8V-y.z8U-y.z16波长波长16L-y.z16V-y.z16U-y.z(2)无线路光放大器的)无线路光放大器的WDM系统的分类和应用代码系统的分类和应用代码176.2 WDM系统结构与设备 6.2.1 WDM系统的基本结构 WDM系统由5部分组成:光发射机、光中继放
11、大、光接收机、光监控信道和网络管理系统,如图所示。图6-10 WDM系统总体结构示意图(单向)186.2.1 WDM系统的基本结构 (1)光发射机。是WDM系统的核心,对发射激光器的中心波长有特殊的要求外,还需要根据WDM系统的不同应用来选择具有一定色度色散容限的发射机。(2)光放大器。光线路放大器可以根据情况决定有或没有。目前使用的光放大器多数为EDFA。(3)光接收机。接收机不但要满足一般接收机对光信号灵敏度、过载功率等参数的要求,还要能承受有一定光噪声的信号,要有足够的电带宽性能。(4)光监控信道。监控系统内各信道的传输情况,光监控波长s为1 510nm。(5)网络管理系统。对WDM系统
12、进行管理,实现配置管理、故障管理、性能管理、安全管理等功能,并与上层管理系统(如TMN)相连。196.2.2 WDM系统设备 WDM设备按用途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。1光终端复用器 OTM放置在终端站,分为发送部分和接收部分。在发送方向,OTM把波长为116(或32)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s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。206.2.2 WDM系
13、统设备图6-11 OTM信号流向图216.2.2 WDM系统设备 2光线路放大器 光线路放大器放置在中继站上,完成双向传输的光信号放大,延伸无电中继的传输距离。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,然后将主信道与光监控信道合路并送入光纤线路。图6-12 OLA信号流向图226.2.2 WDM系统设备 3光分插复用器 用于分插本地业务通道,其他业务通道穿通。静态OADM(32/2)信号流向如图所示。图6-13 静态OADM(32/2)信号流向图236.2.2 WDM系统设备 用两个OTM背靠背的方式也可组成一个可上/下波长的OADM,这种方式较之用一块单板
14、进行波长上/下的静态OADM要灵活,可任意上/下1到16或32个波长,更易于组网。图6-14 两个OTM背靠背组成的OADM信号流向图246.2.2 WDM系统设备 4电中继器 电中继器无业务上/下,只是为了延伸传输距离。图6-15 电中继器(REG)的信号流向图256.2.3 WDM组网与网络保护 1WDM组网 WDM系统最基本的组网方式为点到点组网、链形组网和环形组网,如图6-16所示。图6-16 WDM的基本组网示意图266.2.3 WDM组网与网络保护 2WDM网络保护 点到点线路保护的方式:一种是基于单个波长、在SDH层实施的11或1:n的保护;一种是基于光复用段上保护,在光路上同时
15、对合路信号进行保护,这种保护也称光复用段保护(OMSP)。还有基于环网的保护。276.2.3 WDM组网与网络保护 (1)基于单个波长的保护 基于单个波长,在SDH层实施的11保护 这种保护系统机制与SDH系统的11MSP类似。这种方式的可靠性比较高,但成本也比较高。图6-17 基于单个波长,在SDH层实施的11保护286.2.3 WDM组网与网络保护 基于单个波长,在SDH层实施的1:n保护图6-18 基于单个波长,在SDH层实施的1:n保护296.2.3 WDM组网与网络保护 基于单个波长,同一WDM系统内1:n保护 同一WDM系统内1:n保护是指在同一WDM系统内,有n个波长通道作为工作
16、波长,1个波长通路作为保护系统。但是考虑到实际系统中,光纤、光缆的可靠性比设备的可靠性要差,只对系统保护,而不对线路保护,实际意义不是太大。图6-19 光复用段(OMSP)保护(2)光复用段保护 这种技术只在光路上进行11保护,而不对终端线路进行保护。306.2.3 WDM组网与网络保护 (3)环网的保护 基于单个波长保护的波长通道保护环,即单个波长的11保护,类似于SDH系统中的通道保护。图6-20 光通道保护环316.2.3 WDM组网与网络保护 复用段保护环,对合路波长的信号进行保护,在光纤切断时,可在断纤临近的2个节点完成“环回”功能,从而使所有的业务得到保护,与SDH的MSP相类似。
17、图6-21 二纤单向光复用段保护环326.2.4 WDM系统的监控 1对光监控信道的要求 (1)监控通路波长优选1 510nm,监控速率优选2Mb/s。(2)光监控通路的OSC功能,应满足以下条件。监控通路不应限制光放大器的泵浦波长。监控通路不应限制光放大器之间的距离。监控通路不应限制未来在1 310nm波长的业务。在光放大器失效时监控通路仍然可用。OSC传输是分段的且具有3R功能和双向传输功能。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。(3)监控通路的帧结构中至少有2个时隙作为公务联络通路;至少有1个时隙供网络提供者使用(F1字节);至少有4个时隙作为网络管理信息的DC
18、C通道。336.2.4 WDM系统的监控 2WDM系统的监控 (1)带外波长监控技术 ITU-T建议采用一特定波长作为光监控信道,传送监测管理信息,此波长位于业务信息传输带外时可选1 310nm、1 480nm或1 510nm,优先选用1 510nm。由于它们位于EDFA增益带宽之外,所以称之为带外波长监控技术。由于带外监控信号不能通过EDFA,监控信号在EDFA之前要取出,在EDFA之后要插入。带外监控信号得不到EDFA的放大,传送的监控信息速率低,一般为2.048Mbit/s。346.2.4 WDM系统的监控 (2)带内波长监控技术 带内监控技术选用位于EDFA增益带宽内的1 532nm波
19、长,其优点是可利用EDFA增益,此时监控系统的速率可提高至155Mbit/s。356.2.5 WDM系统的网络管理 1故障管理 故障管理应能对传输系统进行故障诊断、故障定位、故障隔离、故障改正,并应有路径测度功能。2性能管理 故障管理中必须监视的基本参数也是性能管理必须监视的参数。性能管理还应有的功能有:能对监控信道OSC的误码性能参数进行自动采集和分析,并能传送给外部存储设备;能同时对所有终端点进行性能监视;能同时对性能监视门限进行设置;能存储和报告监控通路15min和24h两类性能事件数据;能报告“当前”和“近期”两种性能监视数据。366.2.5 WDM系统的网络管理 3配置管理 配置管理
20、包括:网元配置;网元的初始化;建立和修改网络拓扑图;配置网元状态;NE的状态和控制等。4安全管理 安全管理能提供的管理功能有:操作级别和权限划分;日志管理;口令管理;管理区域划分;用户管理;安全检查(如核查口令);安全告警;未经授权的人不能接入管理系统,具有有限授权的人只能接入相应授权的部分;能对所有试图接入受限资源的申请进行监视和控制。376.2.5 WDM系统的网络管理 3配置管理 配置管理包括:网元配置;网元的初始化;建立和修改网络拓扑图;配置网元状态;NE的状态和控制等。4安全管理 安全管理能提供的管理功能有:操作级别和权限划分;日志管理;口令管理;管理区域划分;用户管理;安全检查(如
21、核查口令);安全告警;未经授权的人不能接入管理系统,具有有限授权的人只能接入相应授权的部分;能对所有试图接入受限资源的申请进行监视和控制。386.2.6 WDM系统的性能 波分复用系统是基于SDH多波长系统的,因此,其网络性能应该全部满足我国SDH体制及标准规定的指标,主要有误码、抖动和漂移指标。在WDM系统承载的SDH系统中,当衡量WDM系统传输质量时,必须以SDH 2.5Gbit/s的信号作为标准,而不是SDH 155Mbit/s信号。系统必须增加对2.5Gbit/s误码和抖动的测试,测试的信号应为满负载的SDH 2.5Gbit/s成帧信号。396.3 WDM系统的关键技术 6.3.1 光
22、源 光源的作用是产生激光或荧光,它是组成光纤通信系统的重要器件。目前应用于光纤通信的光源是LD和LED。LD和LED相比,主要区别在于,前者发出的是激光,后者发出的是荧光。因此,LED的谱线宽度较宽,调制效率低,与光纤的耦合效率也较低;但它的输出特性曲线线性好,使用寿命长,成本低,适用于短距离、小容量的传输系统。而LD一般适用于长距离、大容量的传输系统。406.3.1 光源 高速光纤通信系统中使用的光源分为多纵模激光器(MLM-LD)和单纵模激光器(SLM-LD)两类。MLM-LD的发射频谱的线宽较宽,为nm量级,而且可以观察到多个谐振峰的存在。SLM-LD发射频谱的线宽为0.1nm量级,而且
23、只能观察到单个谐振峰。SLM-LD比MLM-LD的单色性更好。WDM系统光源的突出特点是:有比较大的色散容纳值和标准而稳定的波长。416.3.1 光源 1激光器的调制方式 (1)间接调制方式 间接调制,即不直接调制光源,而是在光源输出的通路上外加调制器来对光波进行调制,此调制器实际上起到一个开关的作用,这种调制方式又称作外调制。常用的外调制器有电光调制器、声光调制器和波导调制器等。电光调制器是利用晶体的电光效应制成的。声光调制器是利用介质的声光效应制成的。波导调制器是将钛(Ti)扩散到铌酸锂(LiNbO2)基底材料上,用光刻法制出波导的具体尺寸。426.3.1 光源 (2)外调制激光器的类型
24、根据光源与外调制器的集成和分离情况,外调制激光器有集成外调制激光器和分离外调制激光器。集成外调制激光器常用的是与光源集成在一起的电吸收调制器。图6-22 电吸收调制器的吸收波长的改变示意图436.3.1 光源 分离外调制激光器常用的是恒定光输出激光器(CW)马赫策恩德(Mach Zehnder)外调制器(LiNbO3)。该调制器是将输入光分成两路相等的信号分别进入调制器的两个光支路,这两个光支路采用的材料是电光性材料,即其折射率会随着外部施加的电信号大小而变化,由于光支路的折射率变化将导致信号相位的变化,故两个支路的信号在调制器的输出端再次结合时,合成的光信号是一个强度大小变化的干涉信号。通过
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