光同步传输与波分复用系统
(完整)DWDM技术详解
DWDM技术DWDM —- Dense Wavelength Division Multiplexing，即密集波分复用。
DWDM是一种光纤数据传输技术，这一技术利用激光的波长按照比特位并行传输或者字符串行传输方式在光纤内传送数据。
●概述本文将引领读者了解可伸缩的DWDM系统在促使服务供应商满足消费者日益增长的带宽需求这一领域所具有的重要性。
DWDM是光纤网络的重要组成部分，它可以让IP协议、ATM和同步光纤网络/同步数字序列(SONET/SDH）协议下承载的电子邮件、视频、多媒体、数据和语音等数据都通过统一的光纤层传输。
● 1. 当前通信网络所面临的问题为了理解DWDM和光网互联的重要性，我们就必须在通信产业、特别是服务供应商当前面临何种问题这一大前提下来讨论DWDM技术所带来的强大功能。
我们知道，在网络的设计和建设时期，工程设计人员必须对网络未来的带宽需求作出合理的估计。
目前，美国等地区铺设的大多数网络对带宽的需求估计都是来源于古典的工程公式概算,比如泊松(Poisson）概率分布模型等。
结果呢，网络所需带宽量的估测值通常按照某种统计假设条件给出，比如,一般认为个人在通常的情况下，在一个小时之内只会使用6分钟的网络带宽.然而,这一数学模型并没有考虑到由于Internet接入（这一业务的数据流量的年增长率是300％）、传真、多条电话线路、调制解调器、电话会议、数据和视频传输等业务而产生的数据流量.如果考虑到这些因素，网络带宽的用户使用模型就和现有的设计初期估计大大不同了.实际上，在今天的日常生活中,许多人平均使用网络带宽的时间是180分钟甚至超过1个小时!显而易见，运营商们迫切地需要大量的网络容量来满足顾客日益增长的服务需求。
据估计，仅在1997年，通过一对光缆传输的长途电话的带宽容量就增加到了1。
2 Gbps（百万比特每秒）。
当数据传输速度以Gbps单位计算的时候，每秒钟可以通过网络传输1000本图书的信息。
说明sdh与wdm的含义。 -回复
说明sdh与wdm的含义。
-回复SDH和WDM是现代通信网络中常用的两种传输技术，它们分别代表同步数字体系（Synchronous Digital Hierarchy）和波分复用（Wavelength Division Multiplexing）。
本文将通过一步一步的解释来说明SDH和WDM的含义、原理和应用。
第一步：引言和概述现代通信网络的快速发展使得大量的数据需要在网络中传输。
为了提高传输速率和传输容量，SDH和WDM等技术被广泛应用。
SDH是一种以同步时钟为基础的传输技术，而WDM则是通过光纤的不同波长进行信号复用的技术。
第二步：SDH的含义和原理SDH是一种同步时间分割多路复用的数字传输体系结构。
它采用了统一的同步时钟来控制传输数据，从而保证了传输的准确性和稳定性。
SDH的原理是将要传输的数据按照不同的速率和优先级拆分成小块，然后以同步的方式进行传输和组装，最后在接收端进行解码和恢复原始数据。
第三步：SDH的应用SDH技术广泛应用于光纤通信、电信和互联网接入等领域。
它可以帮助提高通信网络的可靠性、带宽利用率和灵活性。
SDH还能够支持多种传输接口，如STM-1、STM-4、STM-16等，以满足不同用户对带宽需求的要求。
第四步：WDM的含义和原理WDM是一种通过多路复用不同波长的光信号来实现高容量传输的技术。
它利用光的波长特性，将多个信号通过不同的波长分别传输到光纤中，然后在接收端进行波长解复用。
WDM的原理是利用波分复用器将不同波长的光信号合并成一个复合信号，然后在接收端经过波长解复用器将复合信号分解成不同波长的光信号。
第五步：WDM的应用WDM技术广泛应用于长距离传输、光网络和数据中心等领域。
它能够提供高容量的传输能力，同时减少传输中的光纤使用和成本。
WDM还能够支持多种波长的传输，如DWDM（密集波分复用）和CWDM（波长选择性复用），以满足不同网络需求。
第六步：SDH与WDM的结合应用SDH和WDM往往结合使用，以实现更高效的传输和更大的带宽容量。
SDH传输网
第五章光传输网通常传输网是将信息信号通过具体物理媒介传输的全部设备和设施的集合，而传送网是指在不同地点之间传递用户信息的全部功能集合，包括传送送功能和控制功能。
由二者定义可知，传输网与传送网是存在一定区别的。
有一些书上，也将传输网的概念归纳为全部实体网和逻辑网，本章将从物理实体和逻辑实体两个角度，对光传输网的有关知识作一些简单介绍。
§5.1 光同步数字（SDH）传输网80年代中期以来，由于光纤通信在通信网中的大规模应用，光通信技术也随之得到迅速的发展，从而使得光纤通信中的准同步数字系统（PDH），越来越不能够适应其通信网的发展和用户要求的提高。
光传输网络面临重大的改革问题，这就使得光同步数字（SDH）传输网应运而生。
5.1.1 SDH传输网的概念1、SDH网的定义SDH网是指由一些SDH网元（NE）组成的，在光纤上进行同步信息传输，复用分插和交叉连接的网络。
SDH的概念最早由美国贝尔通信研究所提出，称为SONET（同步光网络），国际电信联盟标准部（ITU-T）于1988年正式接受了这一概念并重新命名为SDH。
目前，ITU-T已对SDH的比特率、网络节点接口、复用结构、复用设备、网络管理、线路系统和光接口、信息模型、网络结构和抖动性能、误码性能和网络保护等提出相关标准化建议。
2、SDH网的特点与PDH相比，SDH主要有以下特点：（1）使北美、日本和欧洲三个地区性标准在STM—1及其以上等级获得了统一，真正实现了数字传输体制上的世界性标准。
（2）SDH 采用同步复用方式和灵活的复用映射结构，只需利用软件即可使高速信号一次直接分插出低速支路信号，使得网络结构和设备都大大简化，而且数字交叉连接的实现也比较容易。
（3）具有标准统一的光接口，简化了硬件，缓解了布线拥挤，改善了网络的可用性和误码性能。
（4）SDH 帧结构中安排了丰富的开销比特，使网络的运行、管理维护能力都大大加强。
（5）SDH 网具有良好的兼容性，与现有网络能够完全兼容，使SDH 可以支持已经建起来的PDH 网络，同时SDH 网还能容纳像ATM 信元等各种新业务信号。
光纤通信系统波分复用系统WDM-共64页课件
中心频率 193.6 193.5 193.4 193.3 193.2 193.1 193.0 192.9 192.8 192.7 192.6 192.5 192.4 192.3 192.2 192.1
4 波系统 * * * *
8 波系统 * * * * * * * *
16 波系统 * * * * * * * * * * * * * * * *
（a）现实的需要性，以2.5Gb／s系统为例， 16波分单向就可达到40Gb／s的传输速率， 这足以满足未来几年的业务需求；
（b）技术的可行性。当前波分复用器件和激 光器元件的技术都满足16个波长以上的复用。
从当前应用上看，WDM系统只用于 2.5Gb／s以上的高速率系统。因而在制定规 范的过程中，我们主要考虑了基于2.5Gb／s SDH的干线网WDM系统的应用，承载信号为 SDH STM-16系统，即2.5Gb/s×N的WDM 系统。对于承载信号为其他格式(例如IP)的系 统和其它速率（例如10Gb/s×N）暂不作要 求。
开放式波分复用系统：就是波分复用器前端 加入波长转移单元OTU，将当前SDH的 G.957接口波长转换为G.692的标准波长光 接口。可以接纳过去的老SDH系统，并实 现不同厂家互联，但OTU的引入可能对系 统性能带来一定的负面影响。
双向WDM系统在设计和应用时必须要考虑几个关 键的系统因素：
如为了抑制多通道干扰(MPI)，必须注意到光反射的影响、 双向通路之间的隔离、串扰的类型和数值、两个方向传输的功 率电平值和相互间的依赖性、光监控信道(OSC)传输和自动功 率关断等问题，同时要使用双向光纤放大器。
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波分复用原理课件
信号调制是将信息转换为适合传 输的光信号的过程。
常用的信号调制格式包括开关键 控（OOK）、脉冲幅度调制（ PAM）和相位偏移键控（PSK）
等。
解调则是将调制后的光信号还原 为原始信息的过程。
信号同步与监控
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信号同步是指确保不同波长信 号在同一时间开始和结束传输
的过程。
通过使用同步信号和时间标记 ，可以实现信号的精确同步。
波分复用原理课件
目录
• 波分复用技术概述 • 波分复用系统的组成 • 波分复用的关键技术 • 波分复用的优势与挑战 • 波分复用技术的应用案例 • 波分复用技术的实验与演示
01 波分复用技术概 述
波分复用的定义
波分复用是一种利用单根光纤进行多路传输的技术，它将不同波长的光信号合并在 同一根光纤中传输，从而实现多个信号的同时传输。
结果四
通过实验，深入理解了波分复 用技术的原理和应用。
THANKS
感谢观看
扩展性强
随着新波长的加入，波分复用 网络的容量可以不断扩展，满 足未来不断增长的数据传输需 求。
可靠性高
由于每个波长独立传输数据， 因此某个波长的故障不会影响 到其他波长的传输，提高了网
络的可靠性。
挑战
色散问题
噪声干扰
不同波长的光信号在光纤中的传播速度略 有不同，导致信号畸变，称为色散。需要 采取措施来减小色散对传输性能的影响。
新型光纤材料
新型光纤材料的研发将有助于解决色散和噪声问题，提高波分复用 的性能和稳定性。
智能化管理
随着物联网和大数据技术的发展，未来将实现波分复用网络的智能 化管理，提高网络的运维效率和可靠性。
05 波分复用技术的 应用案例
SDH光同步数字传送网
SDH采用同步复用技术 ，使得低速信号能够整 序复用成高速信号，便 于多路低速信号的复用 和调度。
SDH具有标准化的接口 和帧结构，使得不同厂 商的设备能够实现互通 ，降低了网络建设的成 本和维护难度。
SDH具有强大的保护和 恢复机制，能够快速恢 复传输故障，保证信号 传输的可靠性和稳定性 。
SDH支持多种速率和多 种类型的信号传输，能 够灵活地满足各种业务 需求。
随着物联网和云计算的快速发展，SDH可 以应用于数据中心之间的高速互联和大规 模数据传输。
02 SDH的体系结构与设备
SDH网络拓扑结构
环形拓扑
SDH网络最常见的拓扑结构，具有自愈功能，能 够自动切换故障链路，保证通信的可靠性。
星形拓扑
以单个节点为中心，其他节点与其直接相连，便 于管理和维护。
网状拓扑
挑战
集成应用需要解决不同系统间的兼容性和互操作性，以及网络安全和隐私保护等问题；同时，随着技术的不断演 进和发展，需要持续优化和改进集成方案以满足不断变化的市场需求。
06 SDH的未来发展与演进
超高速传输技术
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100Gbps技术
随着光纤通信技术的发展，100Gbps的超高速传 输已成为SDH的未来趋势，能够满足日益增长的 数据传输需求。
03 SDH的帧结构与复用方式
SDH的帧结构
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帧周期
SDH的帧周期为125微秒，即 每秒传输8000帧。
段开销
帧结构中包含段开销，用于传 输维护和管理信息。
管理单元指针
管理单元指针用于指示管理单 元的起始位置。
净荷单元
净荷单元包含传送的数据信息 。
复用方式与映射过程
7.2光波分复用技术
(6) 信道宽度 信道宽度是指各光源之间为避免串扰应具有的波长间隔。
(7) 偏振相关损耗 偏振相关损耗(PDL: Polarization dependent Loss)是指由 于偏振态的变化所造成的插入损耗的最大变化值。
⑦ 美国Qtera 和Qwest: 两个波带4路×10Gb/s和2路×10Gb/s 沿NZDF光纤传输23×105km=2415km, 这个试验虽然WDM路数不 多，但在陆地光缆中却是最长距离。
7.2.3 WDM技术的主要特点
所以双向WDM系统的开发和应用相对说来要求较高，但与 单向WDM系统相比，双向WDM系统可以减少使用光纤和线路 放大器的数量。
3. 光波分复用器的性能参数 光波分复用器是波分复用系统的重要组成部分，为了确保
波分复用系统的性能，对波分复用器的基本要求是： • 插入损耗小 • 隔离度大 • 带内平坦，带外插入损耗变化陡峭 • 温度稳定性好 • 复用通路数多 • 尺寸小等
(1) 插入损耗 插入损耗是指由于增加光波分复用器/解复用器而产生的附 加损耗；
(2) 串扰抑制度 串扰是指其他信道的信号耦合进某一信道，并使该信道传 输质量下降的影响程度，有时也可用隔离度来表示这一程度；
(3) 回波损耗 回波损耗是指从无源器件的输入端口返回的光功率与输入 光功率的比；
(4) 反射系数 反射系数是指在WDM器件的给定端口的反射光功率与入射 光功率之比；
③ 日本富士通(Fujitsu): 128路×10.66Gb/s， 经过C和L波带 （注：C波带为1525～1565nm，L波带为1570～1620nm），用分 布喇曼放大(DRA: Distributed Raman Amplification), 传输距离达 6×140km=840km;
光信息专业实验说明：波分复用器
光信息专业实验说明：波分复用器一、实验目的和内容：1.了解波分复用技术和各种波分复用器件的工作原理和制作工艺；2.认识波分复用器的基本技术参数的实际意义，学会测量插入损耗，隔离度，偏振相关损耗等；3.分析测量误差的来源。
二、实验基本原理：波分复用技术（WDM）波分复用技术就是在单一光纤内同步传输多个不同波长的光波，让数据传输速度和容量获得倍增，它能充分利用单模光纤的低损耗区的巨大带宽资源。
在发送端经复用器(亦称合波器) 将不同规定波长的光载波汇合在一起，并耦合到同一根光纤中进行传输；在接收端，经解复用器(亦称分波器)将各种波长的光载波分离，然后由光接收机作进一步处理以恢复原信号。
图1 波分复用系统图波分复用系统最大的优点是节约光纤。
它将原来需要多对光纤承载的系统复用在一对或一根光纤上传输，大大节约光纤的用量，对于租用光纤的运营商更有吸引力；其次ＷＤＭ系统结合掺铒光纤放大器，大大延长了无电中继的传输距离，减少中继站的数目，节约了建设和运行维护成本；波分复用通道对数据格式是透明的，即与信号速率及电调制方式无关，可以承载多种业务，在现在多业务需求的运营环境下很有竞争力；利用ＷＤＭ技术选路来实现网络交换和恢复，从而可能实现未来透明的、具有高度生存性的光网络。
根据我国实际应用情况，1310/1550nm两波复用扩容系统，980/1550nm、1480/1550nmEDFA 泵浦合波系统，1510/1550nm、1650/1550nm监控信道合波系统的使用都很广泛。
目前多波长波分复用器一般研制的产品都在1550nm区域，这是由于掺铒光纤放大器的需要，也是因为光纤在1550nm区域具有更小的损耗。
一个16路密集波分复用（D WDM）系统的16个光通路的中心频率（或中心波长），信道间隔为100GHz，0.8nm。
为了确保波分复用系统的性能，对波分复用器件提出的基本要求包括：插入损耗小，隔离度大，带内平坦，带外插入损耗变化陡峭，温度稳定性好，复用通路数多，尺寸小等。
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1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 波长 (μm)
彭云峰 @ 北科大 先进网络技术与新业务研究所 pengyf@
WDM和DWDM的关系
DWDM—— Dense Wavelength Division Multiplexer z 最早的波分复用技术是将1310nm和1550nm的两波分
三次群
四次群
北美
24路 1.544 Mbit/s
96路（24×4） 672路（96×6） 4 032路（672×6） 6.312 Mbit/s 44.736 Mbit/s 274.176 Mbit/s
日本
24路 1.544 Mbit/s
96路（24×4） 480路（96×5） 1 440路（480×3） 6.312 Mbit/s 32.064 Mbit/s 97.782 Mbit/s
欧洲 中国
30路
120路（30×4） 480路（120×4） 1 920路（480×3）
2.048 Mbit/s 8.448 Mbit/s 34.368 Mbit/s 139.264 Mbit/s
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SDH的产生
z 1984年美国贝尔提出一种新的传输体制——光同步传送 网（SYNTRAN）
z 1985年ANSI通过此标准，形成了国家的正式标准，并更 名为同步光网络（SONET）
z 1986年这一体系成为美国数字体系的新标准。同时，引 起了ITU-T的关注
z 1988年ITU-T接受了SONET的概念，并进行了适当的修 改，重新命名为同步数字体系（SDH），使之成为不仅 适于光纤，也适于微波和卫星传输
彭云峰 @ 北科大 先进网络技术与新业务研究所 pengyf@
2．SDH的帧结构
z SDH帧结构是一种以字节为基本单元的矩形块状帧结构，其
由9行和270×N 列字节组成。
z 帧周期为125μs。帧结构中字节的传输是由左到右逐行进行。 z 对于STM-1而言，其信息结构为9行×270列的块状帧结构，
z SDH网络则是由一些基本网络单元（NE）组成的，在传 输媒质上（如光纤、微波等）进行同步信息传输、复用、 分插和交叉连接的传送网络
z 它的基本网元有终端复用器（TM）、分插复用器 （ADM）、同步数字交叉连接设备（SDXC）和再生中 继器（REG）等。
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注：SDH最为核心的三个特点是同步复用、强大的网络管理能力和统一的 光接口及复用标准。
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4．SDH应用的若干问题
（1）频带利用率低：频带利用率不如传统的PDH系统高。 （2）抖动性能劣化：引入了指针调整技术，使抖动性能劣 化。 （3）软件权限过大：给安全带来隐患，须进行强的安全管 理。 （4）定时信息传送困难：分插、重选路由及指针调整所致。 （5）IP业务对SDH传送网结构的影响。
数字复用体系
传输单个数字语音及视频信号 所需比特率远低于传输媒质的 传输带宽
复用是将多路信号同时在传输 媒介中进行传送的技术
只有经过信道复用才可以充分 利用传输媒介的传输带宽
常用复用技术：时分复用 （TDM）、频分复用（FDM）、
北美数字复用体系
码分复用（CDM）等 彭云峰 @ 北科大 先进网络技术与新业务研究所 pengyf@
DWDM特点之降低成本
SDH技术
DWDM技术
....
....
电再生设备 光放大设备
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DWDM特点之升级扩容方便
32*10G 32*2.5G 16*2.5G 8*2.5G
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三种数字复用体系与SDH标准
1.6G 97.728M
32.064M 6.312M 1.544M
日本
N*45 44.736M
6.312M 1.544M
北美
139.269M
34.368M 8.448M 2.048M
欧洲
N*155 155.52M
6.312M 2.048M 1.544M SDH/SONET
传输速率：fb=9×270×8×8 000=155.520Mbit/s。
z 从结构组成来看，整个帧结构可分成3个区域，分别是段开 销区域、信息净负荷区域和管理单元指针区域。
彭云峰 @ 北科大 先进网络技术与新业务研究所 pengyf@
彭云峰 @ 北科大 先进网络技术与新业务研究所 pengyf@
STM-4（7696CH） 622.080
STM-16 （30720CH）
STM-64 （122880CH）
2488.320 9953.280
简称
SONET 等级
OC-1/STS-1（480CH）
155Mbit /s
OC-3/STS-3（1440CH）
OC-9/STS-9
622Mbit /s
OC-12/STS-12
DWDM与SDH的关系
客户层和服务层关系
SDH设备 DWDM设备
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光传输系统的演进
时间
（传输距离<40km)
（传输距离数千公里）
彭云峰 @ 北科大 先进网络技术与新业务研究所 pengyf@
时间
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电信网架构
站（DTE）
对骨干网要求：
节点
站（DTE）
• 支持大容量业节务点传送（Tbit/s=1012bit/s）
• 保证用户业务的QoS
节点
节点
节点
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λ1
λ2
λ2
λN
光纤放大器 光复用器
λN
光解复用器
WDM—将携带不同信息的多个光载波复合到一根光 纤中进行传输(早期使用1510/1310两波长系统）
DWDM（Dense Wavelength Division Multiplexing）
È 在1550nm窗口，采用更多波长进行波分复用(8,16…)
DWDM的特点之多业务接入能力
• 多个光信号通过采用不同的波长复用到一根光纤中传输 • 每个波长上承载不同信号：SDH2.5Gb/s、10Gb/s，ATM，IP等
DWDM技术能在一根物理光纤上提供多个虚拟的光纤通道
彭云峰 @ 北科大 先进网络技术与新业务研究所 pengyf@
OC-18/STS-18
OC-24/STS-24
OC-36/STS-36
2.5Gbit/ s
OC-48/STS-48（32356CH）
OC-96/STS-96﹡（尚待确定）
标准速率 （Mbit/s）
51.840
155.520
466.560
622.080
933.120 1244.160 1866.240
彭云峰 @ 北科大 先进网络技术与新业务研究所 pengyf@
WDM和DWDM
损耗(dB/km)
未来光纤通信窗口： 1280~1625nm 1.0 0.8
25 THz 0.4
目前使用
0.2
λ0
C波段：1525~1565nm 正在开发 L波段：1570~1620nm
0.1
S波段：1400nm波段
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SDH的产生和基本概念
1．PDH存在的主要问题
（1）两大体系，3种地区性标准，使国际间的互通存在困 难。北美和日本采用以1.544Mbit/s为基群速率的PCM24路系 列，但略有不同，中国采用以2.048Mbit/s为基群速率的 PCM30/32路系列。
z 1989年，ITU-T在其蓝皮书上发表了G.707、G.708和 G.709三个标准，从而揭开了现代信息传输崭新的一页。
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SDH和SONET网络节点接口的标准速率
等级
SDH
标称速率 （Mbit/s）
STM-l（1920CH） 155.520
网络节点接口
z 网络节点接口（NNI）是表示网络节点之间的接口，在 实际中也可以看成是传输设备和网络节点之间的接口。
z SDH的NNI处有标准化接口速率、信号帧结构和信号码 型，即SDH在NNI实现了标准化。
彭云峰 @ 北科大 先进网络技术与新业务研究所 pengyf@
彭云峰 @ 北科大 先进网络技术与新业务研究所 pengyf@
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DWDM与TDM的区别
发射端
电再生
λ1
T
接收端
R
TDM:单纤单波长 电再生
电复用
电解复用
λ1 λ2 λN
DWDM:单纤多波长 全光放大
λ1 λ2
λN
光纤放大器 光复用器
λ1 λ2
λN
光解复用器
彭云峰 @ 北科大 先进网络技术与新业务研究所 pengyf@
（1）段开销（SOH）区域
z 段开销是指SDH帧结构中为了保证信息净负荷正常、灵活、有效地传送所 必须附加的字节，主要用于网络的OAM功能。
z 段开销分为再生段开销（RSOH）和复用段开销（MSOH）。
（2）信息净负荷（Payload）区域
信息净负荷区域主要用于存放各种业务信息比特，也存放了少量可用于通 道性能监视、管理和控制的通道开销（POH）字节。
复用, 波长间隔为一般数十nm z 随着1550窗口的EDFA的商用化，新的WDM系统只