WDM原理及組網(wǎng)信號流.ppt

,WDM原理及組網(wǎng)信號流,光網(wǎng)絡技術支持部,2,引入,WDM技術是一種比較先進的光纖通信新技術，并且相對成熟，已經(jīng)進入到商用階段，通過本課程的學習，使我們對于WDM的原理有一個基本的了解和認識，并掌握典型組網(wǎng)的信號流。,3,了解并掌握WDM的一些基本概念及WDM的原理、傳輸方式以及組成；了解WDM的傳輸媒質；掌握DWDM的技術原理和關鍵技術實現(xiàn)方法；了解WDM光傳輸系統(tǒng)的技術規(guī)范；掌握典型組網(wǎng)的信號流。,學習目標,學習完本課程，您應該能夠：,4,第一章波分復用技術概述第二章WDM傳輸媒質第三章DWDM關鍵技術第四章WDM系統(tǒng)受限因素第五章典型組網(wǎng)信號流,課程內(nèi)容,5,光傳送網(wǎng)絡的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)業(yè)務爆炸式增長，傳統(tǒng)的PDH、SDH帶寬已經(jīng)無法應對。目前商用的DWDM系統(tǒng)容量已達320Gb/s、1.6Tb/s。實驗室還正在進行更大容量DWDM的試驗。,全光網(wǎng)絡、網(wǎng)絡融合、MSTP、光交叉連接與波長路由器已經(jīng)問世。數(shù)據(jù)與光的結合，未來的網(wǎng)絡將是把IP/ATM交換機直接接至光傳送網(wǎng)上；向光組網(wǎng)的轉變是寬帶革命的核心。,運營商經(jīng)營理念的轉變、投資更加理性化。,WDM技術發(fā)展背景,6,采用SDM，鋪設多芯新光纜(需考慮時間與成本),使用更高比特率TDM。STM-1-STM-64,波分復用（WDM）技術已經(jīng)成熟，成為很好的擴容方式,怎樣增加傳輸容量,7,什么是波分復用？,8,把不同波長的光信號復用到一根光纖中進行傳送的方式統(tǒng)稱為波分復用（其中每個波長承載一個TDM的電信號）。主要分為兩種類型：稀疏波分復用（CWDM）：不同窗口的光波復用；密集波分復用（DWDM）：同一窗口的多個光波復用。,WDM概念,9,WDM系統(tǒng)結構圖,10,單向波分復用系統(tǒng)采用兩根光纖，一根光纖只完成一個方向光信號的傳輸，反向光信號的傳輸由另一根光纖來完成。,單向WDM,11,雙向波分復用系統(tǒng)則只用一根光纖，在一根光纖中實現(xiàn)兩個方向光信號的同時傳輸，兩個方向光信號應安排在不同波長上。,雙向WDM,12,WDM系統(tǒng)的劃分,開放式WDM系統(tǒng)在終端復用設備中，具備光接口變換功能，可以和任何廠家的SDH設備進行對接。集成式WDM系統(tǒng)在終端復用設備中，不具備光接口變換功能，SDH設備中的光發(fā)送單元性能必須滿足波分系統(tǒng)的要求：如：波長精度、光譜特性、發(fā)送光功率等等。半開放式WDM系統(tǒng)在終端復用設備中，發(fā)端具備光接口變換功能，可以和任何廠家的SDH設備進行對接。,13,N路波長復用的WDM系統(tǒng)的總體結構主要有：光波長轉換單元（OTU）；波分復用器：分波/合波器（MUX/DEMUX）；光放大器（OA）；光監(jiān)控信道/通路（OSC）；,WDM系統(tǒng)組成,14,可見：SDH是DWDM所承載的業(yè)務種類之一，在網(wǎng)絡層次中，DWDM處于更低層，更靠近物理層。在同時使用DWDM和SDH的網(wǎng)絡，對業(yè)務的保護，我們提倡在SDH層的自愈保護。,應用層(SDH/ATM/IP),光通道層,光復用段層,光放大層,物理層,再生段,復用段,通道層,應用層,光層,電層（SDH）,新的傳輸網(wǎng)絡分層/DWDM與SDH的關系,15,華為公司波分產(chǎn)品規(guī)格劃分,16,第一章波分復用技術概述第二章WDM傳輸媒質第三章DWDM關鍵技術第四章WDM系統(tǒng)受限因素第五章典型組網(wǎng)信號流,課程內(nèi)容,17,光纖的結構,光在光纖中的傳送,WDM傳輸媒質,18,單模/多模光纖,隨著纖芯直徑的粗細不同，光纖中傳輸模式的數(shù)量多少也不同。因此光纖按照傳輸模式的數(shù)量多少，分為單模光纖和多模光纖：當光纖纖芯的幾何尺寸遠大于光波波長時，光在波導光纖中會以幾十種或更多的傳播模式進行傳播，這樣的光纖叫做多模光纖。多模光纖的纖芯直徑較粗，通常直徑等于50um左右；當光纖的幾何尺寸可以與光波長相比擬時，即纖芯的幾何尺寸與光信號波長相差不大時，光纖只允許一種模式在其中傳播，其余的高次模全部截止，這樣的光纖叫做單模光纖。單模光纖的纖芯直徑較細，通常直徑為510um；從光纖的外觀上來看，兩種光纖區(qū)別不大，包括塑料護套的光纖直徑都小于1mm；單模光可在多模光纖中傳輸，但多模光不能在單模光纖中傳輸。,19,光纖的損耗特性,光纖的衰減或損耗是一個非常重要的、對光信號的傳播產(chǎn)生制約作用的特性。光纖的損耗限制了沒有光放大的光信號的傳播距離。光纖的損耗主要取決于吸收損耗、散射損耗、彎曲損耗三種損耗。光纖吸收損耗是制造光纖的材料本身造成的，包括紫外吸收、紅外吸收和雜質吸收；由于材料的不均勻使光散射而引起的損耗稱為瑞利散射損耗。瑞利散射損耗是光纖材料二氧化硅的本征損耗；光纖的彎曲會引起輻射損耗；總的來講：彎曲損耗對光纖衰減常數(shù)的影響不大，決定光纖衰減常數(shù)的損耗主要是吸收損耗和散射損耗。,20,光纖中的色散特性,光脈沖中的不同頻率或模式在光纖中的群速度不同，因而這些頻率成分和模式到達光纖終端有先有后，使得光脈沖發(fā)生展寬，這就是光纖的色散。色散一般用時延差來表示，所謂時延差，是指不同頻率的信號成分傳輸同樣的距離所需要的時間之差。,光纖中的色散可分為模式色散、色度色散、偏振模色散；色度色散也稱為模內(nèi)色散，可以分為材料色散和波導色散，一般在單模光纖中只考慮材料色散和波導色散；模式色散也稱為模間色散，模式色散主要存在于多模光纖中；偏振模色散是由于信號光的兩個正交偏振態(tài)在光纖中有不同的傳播速度而引起的，偏振模色散是由隨機因素產(chǎn)生的，因而其為一隨機量；色散系數(shù)就是單位波長間隔內(nèi)光波長信號通過單位長度光纖所產(chǎn)生的時延差，用D表示，單位是ps/nm.km。,21,從本質上講，所有介質都是非線性的，只是一般情況下非線性特征很小，難以表現(xiàn)出來；當光纖的入纖功率不大時，光纖呈現(xiàn)線性特征，當光放大器和高功率激光器在光纖通信系統(tǒng)中使用后，光纖的非線性特征愈來愈顯著；單模光纖的非線性效應一般可以分：受激非彈性散射（受激拉曼散射SRS、受激布里淵散射SBS）、克爾效應（自相位調制SPM、交叉相位調制XPM）和四波混頻FWM；,注意：非線性效應一旦產(chǎn)生，就無法消除或補償，必須盡量防止非線性效應的產(chǎn)生！使用模場直徑大的光纖，可以降低通過光纖的功率密度，可以抑制非線性效應的產(chǎn)生。最主要我們可以通過降低入纖光功率來防止非線性效應的發(fā)生。,單模光纖的非線性效應,22,ITU-T已經(jīng)在G.652、G.653、G.654和G.655建議中分別定義了4種不同設計的單模光纖，區(qū)別見下表：,G.652/G.653/G.655單模光纖,23,在單模光纖中有兩個低損耗區(qū)域，分別在1310nm和1550nm附近，也就是我們通常說的1310nm窗口和1550nm窗口。,L波段,幾種光纖比較,24,第一章波分復用技術概述第二章WDM傳輸媒質第三章DWDM關鍵技術第四章WDM系統(tǒng)受限因素第五章典型組網(wǎng)信號流,課程內(nèi)容,25,DWDM系統(tǒng)的關鍵技術,光放大器,光監(jiān)控技術,光源/光電檢測器,光監(jiān)控,合波分波,26,DWDM光源技術,DWDM系統(tǒng)的光源具有兩個最突出的特點：1、比較大的色散容限值；2、標準而穩(wěn)定的波長；因此選擇半導體激光器（LD）作為光源。對于應用于高速光纖通信系統(tǒng)中LD光源，又分為多縱模（MLM）激光器和單縱模（SLM）激光器兩類。,MLM,SLM,27,3、馬赫-策恩德爾調制光源(M-Z),1、直接調制光源,2、電吸收調制光源(EA),激光器的調制方式,28,優(yōu)點：技術簡單、成本較低缺點：激光器有較大的頻率啁啾；適用于短距離傳輸,直接調制光源,29,優(yōu)點：頻率啁啾較低，色散受限距離較長缺點：技術較復雜,電吸收調制光源（EA）,30,優(yōu)點：可忽略啁啾，色散受限距離很長缺點：技術難度大，不便于集成,馬赫-策恩德爾調制光源（M-Z）,31,光電檢測器,光電檢測器的作用是把接收到的光信號轉換成相應的電信號。半導體光檢測器主要有兩類：PIN光電二極管和雪崩光電二極管（APD）。,PIN管由于其靈敏度比較低（一般為-20dBm左右）、過載點比較高（一般為0dBm左右）適用于短距離傳送。APD管由于其靈敏度比較高（一般為-28dBm左右）、過載點比較低（一般為-9dBm左右），適用于長距離傳送。較高的反向偏壓以及較強的輸入光信號都可能導致反偏電流過大，使APD管被反向擊穿。因此在現(xiàn)場需要注意操作規(guī)范：1、使用OTDR表等能輸出大功率光信號的儀器對光路進行測量時，注意將通信設備與光路斷開。2、保證輸入光功率不超過器件允許的最大值，單板自環(huán)時注意加適當?shù)乃p器。3、不能采用將光纖連接器插松的形式來代替光衰減器。,32,放大器,33,EDFA的放大原理,EDFA的具體實現(xiàn),EDFA組成及原理,34,增益控制的兩種方式：1、摻金屬元素；2、GFF定制；,EDFA增益平坦控制,35,當其它條件不變的情況下，EDFA上下波給系統(tǒng)引入的問題：上波時，由于進入EDFA的光功率增大，導致泵浦光功率對各波的貢獻減小，單波光功率突然下降，如果此時的光功率低于接收機能夠接收的最小光功率，則會出現(xiàn)瞬間的信號丟失，穩(wěn)定后各波的增益均有一定程度的下降；下波時，由于進入EDFA的光功率突然減小，過剩的泵浦光功率全部貢獻給了余下的信道，導致單波光功率突然上升，如果此時的光功率高于接收機接收的最大光功率，則會對接收機造成過沖，穩(wěn)定后各波增益會有一定程度的上升；EDFA的增益鎖定有許多種技術，典型的有控制泵浦光源增益的方法：,EDFA增益鎖定技術,36,放大自發(fā)輻射（ASE）是EDFA的基本噪聲源，其譜線特性直接反映了EDFA的增益譜特性的線型，能給出不同泵浦功率和不同信號功率條件下EDFA增益譜特性的有用信息。放大器產(chǎn)生的自發(fā)輻射噪聲功率為：PASE=-58+NF+G（dBm）其中NF為光放大器噪聲系數(shù)（dB）G為光放大器的增益（dB）,EDFA噪聲特性,37,工作電流：也稱作偏置電流，其決定著放大板的輸出光功率。正常情況下，單板的輸出功率不變，工作電流應該維護在一個相對穩(wěn)定的狀態(tài)。制冷電流：制冷電流對應著制冷電路的調節(jié)。在放大板上制冷電流對應泵浦激光器的溫度，隨激光器溫度的變化而變化。注意正負號的意義（負值表示加熱）。背光電流：背光電流是放大板的一個性能值，對應于功率檢測，通過背光電流的大小可以知道激光器輸出功率的大小。一般情況下我們是通過查看背光電流來判斷泵浦激光器的好壞：,對下面幾個參數(shù)的理解將有助于維護中的故障定位：,EDFA重要性能參數(shù),38,如果一個弱信號與一強泵浦光波同時在光纖中傳輸，并使弱信號波長置于泵浦光的拉曼增益帶寬內(nèi)，弱信號光即可得到放大，這種基于受激拉曼散射機制的光放大器即稱為拉曼光纖放大器。,三大特點：其增益波長由泵浦光波長決定，只要泵浦源的波長適當，理論上可得到任意波長的信號放大；其增益介質為傳輸光纖本身；這使拉曼光纖放大器可以對光信號進行在線放大，構成分布式放大，實現(xiàn)長距離的無中繼傳輸和遠程泵浦；噪聲指數(shù)低，這使其與常規(guī)EDFA混合使用時可大大降低系統(tǒng)的噪聲指數(shù)，增加傳輸跨距。,RAMAN工作原理,39,合波器與分波器,40,目前最常用的有三種器件：耦合型、介質膜型、AWG型。,耦合型,介質膜型,AWG型,合波器與分波器,41,分波器合波器的應用,42,監(jiān)控技術,DWDM對光監(jiān)控信道有以下要求：光監(jiān)控通道不限制光放大器的泵浦波長；光監(jiān)控通道不限制兩個光線路放大器之間的距離；光監(jiān)控通道不限制未來在1310nm波長的業(yè)務；線路放大器失效時光監(jiān)控通道仍然可用；,43,0時隙:幀定位字節(jié),1時隙:E1字節(jié)（中繼段公務)2時隙:F1字節(jié),3-14時隙:D1D12(數(shù)據(jù)通信通道),15時隙:E2字節(jié)(復用段公務),16-31時隙:保留字節(jié),典型OSC信息的幀結構,監(jiān)控通路的2Mbit/s系統(tǒng)物理接口應符合G.703要求。其幀結構和比特率符合G.704的規(guī)定：,44,第一章波分復用技術概述第二章WDM傳輸媒質第三章DWDM關鍵技術第四章WDM系統(tǒng)受限因素第五章典型組網(wǎng)信號流,課程內(nèi)容,45,DWDM系統(tǒng)傳輸?shù)闹饕芟抟蛩厥牵核ズ?、色散和信噪比，其實還包括光纖非線性等因素。衰耗受限：主要是線路光纖的衰減單板的插損，可以采用EDFA來解決；色散受限：可以采用高色散容限的激光器或是使用DCM進行相應補償來解決；信噪比受限：主要是由于線路中大量使用EDFA導致ASE噪聲積累引起，可以通過優(yōu)化網(wǎng)絡參數(shù)來解決；,DWDM系統(tǒng)受限因素,46,目前降低光纖色度色散的影響主要是采用色散補償補償模塊對光纖中的色散累積進行補償。色散補償主要有兩種方式：1、一種是色散補償光纖（DCF，DispersionCompensationFiber）法；2、一種是色散補償光柵法，即啁啾光纖光柵(CFG，ChirpedFiberGrating)法；DWDM系統(tǒng)目前采用DCF來進行色散補償。,色散補償技術,47,色散補償光纖與普通傳輸光纖的不同之處是它在1550nm處具有負的色散系數(shù)，DCF補償法實際上就是利用這種負色散的光纖，接入G652光纖系統(tǒng)中抵消G652光纖的正色散。其色散系數(shù)典型值為-90ps/（nmKm），因而DCF只需在總線路長度上占G.652光纖的長度的1/5,即可使總鏈路色散值接近于零。,DCF色散補償技術,48,色散受限距離=(色散容限/色散系數(shù))+DCM補償-(1030)(確保系統(tǒng)有1030公里冗余度）10G波長轉換板色散容限為700ps/nm，若在G.652光纖中傳輸，其色散系數(shù)為17ps/nm.km，考慮到系統(tǒng)的冗余度1030km，無補償最大傳輸距離L=700/17-(1030)=1030km。也就是說：系統(tǒng)傳輸距離超過30km時就必須加入DCM進行補償；同理，若在G.655光纖中傳輸，其色散系數(shù)為6ps/nm.km，無補償最大傳輸距離L=700/6=117km，考慮余量后，傳輸距離超過100km時必須加入DCM補償。G.652光纖中，計算公式為：DCML-(色散容限/色散系數(shù))-(1030)=L-(700/17)-(1030)=L-(1030)G.655光纖中，計算公式為：DCML(6/17)-(1030)=Lx-(1030)注：首先將G.655折算成G.652長度：Lx=L(6ps/17ps),DCM色散補償規(guī)格計算,49,光信噪比(OSNR)常用于衡量ASE噪聲的積累程度，定義為：信號光的全部光功率和信號光的頻率附近、0.1nm帶寬內(nèi)噪聲光的全部光功率之間比值：,信噪比定義,50,提高系統(tǒng)的OSNR：1、采用低噪聲前置光放大器+高增益功率光放大器；2、采用拉曼放大器，使之與EDFA配合使用，降低NF；,降低系統(tǒng)的OSNR的容限：1、采用前向糾錯技術FECorEFEC；2、使用特殊碼型技術RZ編碼。,如何提高信噪比裕量,51,WithoutFEC,InBandFEC,OutofBandFEC,EFEC,OS