第6章_波分复用

2．OXC
• 图6-27 基于空分技术和可调光滤波器技术的 OXC结构
2．OXC
Leabharlann Baidu• 图6-28 基于分送耦合开关的OXC结构
2．OXC
• 图6-29 基于平行波长的开关的OXC结构
2．OXC
• 图6-30 完全基于波长交换的OXC结构
6.4.4 采用光波分复用技术的高 速光纤通信线路 1．影响波分复用系统性能的因素 2．与WDM系统设计有关的几个问题
第6章
波分复用
6.1 波分复用的基本概念 6.2 波分复用技术 6.3 波分复用系统 6.4 基于WDM的光传送网
6.1 波分复用的基本概念
• 光纤通信复用技术主要分为：光波复用和光信 号复用两大类。 • 光波复用包括波分复用(WDM)和空分复用 (SDM)， • 光信号复用包括光时分复用(OTDM)和光频分复 用(OFDM)，此外还有光码分复用(OCDMA)。
1．OADM
• 图6-19 OADM节点主光通道的体系结构框图
1．OADM
• 图6-20 基于分波器、空间交换单元和合波器组 成的OADM
1．OADM
• 图6-21 由耦合单元、滤波单元和合波器构成的 OADM结构
1．OADM
• 图6-22 由电声光可调滤波器构成的OADM结构
1．OADM
6.2.1 WDM、DWDM和CWDM
• 图6-1 WDM系统的频谱分布图
6.2.1 WDM、DWDM和CWDM
• DWDM是密集波分复用的英文缩写。 • DWDM系统是一种波长间隔更紧密的WDM系统。 • 所谓密集是针对波长间隔而言的，而且DWDM 技术其实是WDM技术的一种具体表现形式。 • 为了满足接入网应用的要求，因而近来流行一 种称为粗波分复用的技术，即CWDM技术。
2．光信号复用
(1) 光频分复用（OFDM） • 当光载波之间的间隔较小时，用波长来衡量其间隔就 很不方便，所以对于波长间隔小于1nm的系统习惯称 为OFDM系统。 (2) 光时分复用（OTDM） • OTDM是指可以将多个高速电调制信号分别转换为等 速率的光信号，然后在光层上利用超窄光脉冲进行时 域复用。 (3) OCDMA • 在OCDMA通信系统中，每个用户都拥有一个惟一的地 址码，该码是一组光正交码中的一个。
3．WDM网络保护
(1) WDM系统线路保护方式 ① 基于单个波长的、在SDH层上实现的1+1或 1∶n保护 ② 光复用段保护(OMSP) (2) WDM环网的保护 ① WDM环形网络的分类 ② 两纤环 (3) 网状网的OXC保护
1．光波复用
(1) 波分复用（WDM） • 光波分复用是指将两种或多种各自携带有大量信息的 不同波长的光载波信号，在发射端经复用器汇合，并 将其耦合到同一根光纤中进行传输，在接收端通过解 复用器对各种波长的光载波信号进行分离，然后由光 接收机做进一步的处理，使原信号复原，这种复用技 术不仅适用于单模或多模光纤通信系统，同时也适用 于单向或双向传输。 (2) 空分复用（SDM） • 空分复用就是利用空间分割，根据需要构成不同的信 道进行光复用的一种复用技术。
1．光传送网与通信网之间的关 系 • 图6-9 通信网的分层结构
2．WDM光传送网分层结构
(1) 分层结构 (2) 光通道网络 ① 光通道层的逻辑功能模型 ② 光复用段层的逻辑功能块模型 (3) WDM光传送网的网络单元连接模型
2．WDM光传送网分层结构
• 图6-10 WDM光传送网的功能分层模型图
• 图6-6 WDM系统总体结构示意图（单向）
6.3.2 WDM系统的基本应用形式
1．单向结构 2．双向结构
1．单向结构
• 图6-7 单向结构WDM传输系统
2．双向结构
• 图6-8 双向结构WDM传输系统
6.3.3 WDM系统中的光监控信道
• 随着EDFA的商用化进程的发展，在WDM系统中通常 使用EDFA作为中继器，这样使无电中继距 • 离大大提高，因而在WDM系统中的监控内容增加了对 EDFA的监控与管理的内容。 • 在WDM系统中是通过增加一个新的波长来对EDFA的 工作状态进行监控。 • 除监控线路中的EDFA之外，WDM系统中的监控系统 还应完成对各波道工作状态的监控。 • 监控信号所传信息包括帧同步字节、公务字节和网管 所用的开销字节等。
• 图6-23 由波长光栅路由器(WGR)构成的OADM 的结构图
2．OXC
(1) OXC的功能 ① 与SDH网络中的DXC设备的功能相比，它们在网络中的地位和 作用相同，但功能上存在下列区别。 • OXC是在光域完成交叉连接功能的，而DXC是在电层上进行交 叉连接。 • OXC可以对不同速率和采用任何传输格式的信号进行交叉连接 操作；DXC设备针对不同传输格式和不同传输速率的信号的处 理方式不同。 • DXC受电子速率的限制，交叉连接速率较低；OXC无论在交叉 连接速率、接入速率以及总容量等方面，都优于DXC。 • OXC中无需进行时钟信号同步与开销处理，便于网络升级(无需 更换设备)，而DXC必须进行时钟信号同步与开销处理，在网络 升级时必须更换设备。
2．OXC
(1) OXC的功能 ② OXC的实现方式 • OXC共有三种实现方式：光纤交叉连接、波长 交叉连接和波长转换交叉连接。
2．OXC
• 图6-24 OXC的实现方式
2．OXC
(1) OXC的功能 ③ OXC的主要功能 • OXC可以在光纤和波长两个层面上为网络提供 带宽管理，如动态重构光网络、提供光信道的 交叉连接以及本地上、下话路操作、动态调节 各个光纤中的流量分布等。 • 同时在出现继纤故障时，OXC还能提供1+1光 复用段保护。
6.2.2 WDM的特点
（1） 光波分复用器结构简单、体积小、可靠性 高 （2） 提高光纤的频带利用率 （3） 降低对器件的速率要求 （4） 提供透明的传送通道 （5） 可更灵活地进行光纤通信组网 （6） 存在插入损耗和串光问题
6.2.3 WDM与光纤
• 图6-3 WDM与光纤特性
6.2.4 WDM对光源和光电检测器 的要求 1．对光源的要求 (1) 激光器的输出波长保持稳定 (2) 激光器应具有比较大的色散容纳值 (3) 采用外调制技术 2．对光检测器的要求 • 光检测器应具有多波长检测能力。
2．OXC
(2) OXC结构 ① 基于WDM技术和空分复用技术的OXC ② 基于空分技术和可调光滤波器技术的OXC ③ 基于分送耦合开关的第一类和第二类OXC ④ 基于平行波长的开关的OXC ⑤ 完全基于波长交换的OXC结构
2．OXC
• 图6-25 OXC的一般结构
2．OXC
• 图6-26 WDM技术和空分复用技术相结合的 OXC的结构
6.2.1 WDM、DWDM和CWDM
• 图6-2 1550nm DWDM系统的结构图
6.2.1 WDM、DWDM和CWDM
• CWDM系统是在1 530～1 560nm的频谱范围内 每隔10nm分配一个波长。 • 无论是DWDM，还是CWDM，它们的本质都是 相同的，即都是建立在频谱分割基础之上的不 同表述形式。 • WDM系统中光波长区的分配问题。
2．与WDM系统设计有关的几个 问题 • 图6-31 典型WDM系统的结构框图
2．与WDM系统设计有关的几个 问题 • 图6-32 SNR与EDFA级联数K的关系
6.4.5 WDM网络的生存性
1．网络生存性的概念 2．网络生存性策略——保护和恢复 3．WDM网络保护
1．网络生存性的概念
2．WDM光传送网分层结构
• 图6-11 WDM光传送网的逻辑功能模块图
2．WDM光传送网分层结构
• 图6-12 VWP机制的波长转换过程示意图
2．WDM光传送网分层结构
• 图6-13 WDM光传送网的网络单元连接模型图
6.4.2 WDM网络的交换形式和波 长路由机制 1．WDM网络的交换形式 2．波长路由机制
6.4 基于WDM的光传送网
6.4.1 WDM光传送网分层结构 6.4.2 WDM网络的交换形式和波长路由机制 6.4.3 WDM网络的关键设备OADM和OXC 6.4.4 采用光波分复用技术的高速光纤通信线路 6.4.5 WDM网络的生存性
6.4.1 WDM光传送网分层结构
1．光传送网与通信网之间的关系 2．WDM光传送网分层结构
6.2.4 WDM对光源和光电检测器 的要求 • 图6-4 温度反馈控制原理示意图
6.2.4 WDM对光源和光电检测器 的要求 • 图6-5 波长反馈控制原理示意图
6.3 波分复用系统
6.3.1 波分复用系统结构 6.3.2 WDM系统的基本应用形式 6.3.3 WDM系统中的光监控信道
6.3.1 波分复用系统结构
1．WDM网络的交换形式
• 图6-17 光分组流交换数据包格式
2．波长路由机制
• 图6-18 WDM网络中的波长通路
6.4.3 WDM网络的关键设备 OADM和OXC • WDM已经成为光纤通信的主要发展方向，因而 光分插复用器(OADM)和光数字交叉连接器OXC 将成为光传送网中的关键器件，其性能直接对 通信网络的性能构成影响。
• 网络的生存性是指网络在经受各种故障(网络失 效和设备失效)后能够维持可接受业务质量的能 力。 • 经常出现的网络故障包括以下几种。
– 设备故障 – 链路故障 – 软件故障
2．网络生存性策略——保护和 恢复
• 为了保证网络的正常工作，必须建立一个具有 快速、可靠的交叉连接机制和重选路由技术的 保护倒换方案。 • 就网络生存性而言，它包含两个方面的内容： 保护和恢复。 (1) 保护恢复技术分类 (2) 网络生存性性能指标
1．WDM网络的交换形式
(1) 光路交换 (2) 分组交换 (3) 光突发交换 (4) 光分组流交换
1．WDM网络的交换形式
• 图6-14 广播式星形光网络结构示意图
1．WDM网络的交换形式
• 图6-15 光分组交换网络节点结构
1．WDM网络的交换形式
• 图6-16 光突发交换网络节点结构
1．OADM
(1) OADM的功能 • 波长上、下话路的功能。 • 具有波长转换功能。 • 具有光中继放大和功率平衡功能。 • 提供复用段和通道保护倒换功能，支持各种自 愈环。 • 具有多业务接入功能。
1．OADM
(2) OADM的基本结构 ① 由分波器、空间交换单元和合波器组成的 OADM ② 由耦合单元、滤波单元和合波器构成的OADM ③ 电声光可调滤波器构成的OADM ④ 由波长光栅路由器(WGR)构成的OADM
1．影响波分复用系统性能的因 素 (1) 制作技术和成本限制 (2) 串扰影响 (3) 稳频 (4) 阻塞特性
2．与WDM系统设计有关的几个 问题 （1） WDM系统中的最小和最大光功率 ① 最小光功率 ② 最大光功率 （2） 信噪比、通道间隔、总通道数传输距离的 影响 （3） 最大中继距离的计算
2．网络生存性策略——保护和 恢复 （1）保护恢复技术分类 • 按网络中所使用的协议层次进行划分：
– – – – IP层恢复技术 ATM层恢复技术 SDH层恢复技术 光层恢复技术
• WDM网络的恢复方案又可分为保护倒换和利用 OXC重新选路进行业务恢复两种。
2．网络生存性策略——保护和 恢复 (2) 网络生存性性能指标 • 冗余度是指网络中总的空闲容量与总工作容量 之比。 • 恢复率是指已恢复的通道数占原来失效的总通 道数的比例。 • 恢复时间是与恢复率有关的指标，它是指在以 一定恢复率为目标的情况下，恢复网络所需要 的时间。
6.2 光波分复用技术
6.2.1 WDM、DWDM和CWDM 6.2.2 WDM的特点 6.2.3 WDM与光纤 6.2.4 WDM对光源和光电检测器的要求
6.2.1 WDM、DWDM和CWDM
• DWDM和CWDM技术实际上它们是同一种技术， 只是通道间隔不同。 • WDM系统的通道间隔为几十纳米以上，例如最 早的1310/1550nm两波长系统，它们之间的波 长间隔达两百多纳米，这是在当时技术条件下 所能实现的WDM系统。 • 随着技术的发展，特别是EDFA（掺铒光纤放大 器）的商用化，使WDM系统的应用进入了一个 新的时期。