WDM原理基礎知識介紹

1、HUAWEI TECHNOLOGIES Co., LHUAWEI Confidential Security Level: Internal Use Only 4 July 2022WDM原理基礎知識光網絡產品服務部光網絡產品服務部楊明張楊明張 42198HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 2了解了解WDM的基本概念、基本原理、組成結構的基本概念、基本原理、組成結構了解了解WDM的傳輸媒質的傳輸媒質掌握掌握DWDM的關鍵技術的關鍵技術掌握掌握DWDM的受限因素及解決辦法的受限因素及解決辦法了解華為波分典型組網了解華為波分典

2、型組網學習目標學習完本課程，您應該能夠：學習完本課程，您應該能夠：HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 3課程內容第一章第一章 波分復用技術概述波分復用技術概述第二章第二章 WDM 的傳輸媒質的傳輸媒質第三章第三章 DWDM的關鍵技術的關鍵技術第四章第四章 WDM系統(tǒng)受限因素系統(tǒng)受限因素第五章第五章 典型組網信號流典型組網信號流HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 4WDM產生的背景采用采用SDM，鋪設多芯新光纜，鋪設多芯新光纜(需考慮時間與成本需考慮時間

3、與成本)更高比特率更高比特率TDM。STM-1-STM-64一根光纖上傳輸多個信號一根光纖上傳輸多個信號各種新業(yè)務的蓬勃發(fā)展，需要的帶寬越來越大如何提高如何提高傳輸容量傳輸容量HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 5高速路加油站巡邏車什么是WDM？小車小車/信號信號 高速路高速路/光纖光纖 加油站加油站/光放站光放站 巡邏車巡邏車/監(jiān)控信道監(jiān)控信道2.5G10GGEHUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 6把不同波長的光信號復用到同一根光纖中進行傳送，這種方

4、式我們把它把不同波長的光信號復用到同一根光纖中進行傳送，這種方式我們把它叫做波分復用（叫做波分復用（ Wavelength Division Multiplexing ）。）。WDM的概念121 2 n 稀疏波分復用（稀疏波分復用（CWDM）：波長間隔大，一般為）：波長間隔大，一般為20nm 密集波分復用（密集波分復用（DWDM）：波長間隔小，小于等于）：波長間隔小，小于等于0.8nmHUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 7WDM對波長的要求 從技術實現的角度來說從技術實現的角度來說各廠家可以選擇任意波長進行波分復用各廠家可

5、以選擇任意波長進行波分復用 從技術兼容性的角度來說從技術兼容性的角度來說我們必須對我們必須對WDM系統(tǒng)中的光波長進行規(guī)范系統(tǒng)中的光波長進行規(guī)范 ITU-T 對對WDM系統(tǒng)中光波長的規(guī)定系統(tǒng)中光波長的規(guī)定G.692建議、建議、G.694.1建議、建議、G.694.2建議建議 =波長頻率分配表波長頻率分配表 WDM中的光波長必須嚴格遵照波長頻率分配表中的光波長必須嚴格遵照波長頻率分配表HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 8WDM典型模型Rx1RxnRx2Tx1Tx2TxnMUXOADEMUXOSCOSC OSCOSCHUAWE

6、I TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 9雙纖單向波分復用系統(tǒng)采用兩根光纖，每根光纖只完成一個方向光信號的傳輸。雙纖單向波分復用系統(tǒng)采用兩根光纖，每根光纖只完成一個方向光信號的傳輸。 雙纖單向WDMHUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 10單纖雙向波分復用系統(tǒng)則只用一根光纖，在這根光纖中同時實現雙向信號的傳輸。單纖雙向波分復用系統(tǒng)則只用一根光纖，在這根光纖中同時實現雙向信號的傳輸。單纖雙向波分復用系統(tǒng)中，兩個方向的信號光應安排在不同波長上。單纖雙向波分復用系統(tǒng)中，兩個

7、方向的信號光應安排在不同波長上。單纖雙向WDM光波長復分用器光波長復分用器功率/前置放大功率/前置放大光線路放大光線路放大東向1-N西向1-N紅帶EDFA1547.5 1560.5nm藍帶EDFA1527.5 1542.5nmWDM耦合器WDM耦合器OSC 1510 nmOSC 1625nmHUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 11主流主流WDM系統(tǒng)的劃分系統(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

8、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。HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 12u OTU：完成非標準波長信號光到符合：完成非標準波長信號光到符合G.694.1(2)的標準波長信號光的波長轉換功能的標準波長信號光的波長轉換功能u OM/OD：完成：完成G.694.1(2)固定波長信號光的合波固定波長信號光的合波/分波分波u OA: BA（功放）：通過提升合波后的光信號功率，從而

9、提升各波長的輸出光功率PA（預放）：通過提升輸入合波信號的光功率，從而提升各波長的接收靈敏度LA（線放）：完成對合波信號的純光中繼放大處理u OSC: 通常采用通常采用1510nm和和1625nm，負責整個網絡的監(jiān)控數據傳送。（后來出現了，負責整個網絡的監(jiān)控數據傳送。（后來出現了ESC技術技術,利用利用OTU光光信號直接攜帶監(jiān)控信息，在信號直接攜帶監(jiān)控信息，在ESC方式下不需要方式下不需要OSC，但要求，但要求OTU支持支持ESC功能）功能）開放式開放式WDM系統(tǒng)的組成系統(tǒng)的組成OTUOUTPA1n合波器OTUOTU1nOTMOLAOTMBAOTUOMOAOD分波器OSCOSCOSCOSCOT

10、UOUTLAClientClientHUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 13本章小結 什么是什么是WDM？ WDM對波長有何要求？對波長有何要求？ WDM可分為哪幾種類型？可分為哪幾種類型？ 開放式開放式WDM系統(tǒng)由哪幾部分組成？每部分的作用是什么？系統(tǒng)由哪幾部分組成？每部分的作用是什么？HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 14課程內容第一章第一章 波分復用技術概述波分復用技術概述第二章第二章 WDM 的傳輸媒質的傳輸媒質第三章第三章 DWDM的關鍵技

11、術的關鍵技術第四章第四章 WDM系統(tǒng)受限因素系統(tǒng)受限因素第五章第五章 典型組網信號流典型組網信號流HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 15光在光纖中傳輸的原理N 2N 1N 1 N 221N1Sin 1= N2Sin 2Sinc=N2/N1 1 = c折射定律以及全反射定律HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 16涂層n2包層n2包層涂層纖芯n1d1d2光纖的結構光纖的結構纖芯的折射率纖芯的折射率n1 和包層的折射率和包層的折射率 n2 哪個更大一些？哪

12、個更大一些？ HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 17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量多少也不同。因此光纖按照傳輸模式的數量多少，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

13、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；波分系統(tǒng)里用的都是單模光纖HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 18光纖的損耗特性光纖的損耗特性光纖的衰減或損耗是一個非常重要的、對光信號的傳播產生制約作用的特性。光纖的損耗限制了光信號的傳播距離。光纖的損耗主要包含吸收損耗、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

14、的彎曲會引起輻射損耗；決定光纖衰減常數的損耗主要是吸收損耗和散射損耗HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 19常規(guī)光纖損耗隨波長變化曲線圖u 波長不同，損耗不同u 1380nm附近由于氫氧根粒子吸收，光纖損耗急劇加大，俗稱水峰u ITU-T將單模光纖在1260nm以上的頻帶劃分了O、E、S、C、L、U幾個波段u 容易看出，在這6個波段中，C波段和L波段損耗最小90013001400 150016001700波長波長:nm損耗損耗 dB/km231451200多模光纖（850900nm）O波段E波段 SC LUOH-HUAWE

15、I TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 20WDM中信號光窗口范圍波段說明范圍（nm）帶寬（nm）O波段波段原始原始12601360100E波段波段擴展擴波段波段短波長短波長1460152565C波段常規(guī)波長1525156540L波段長波長1565162560U波段波段超長波長超長波長1625167550因為因為C波段和波段和L波段這兩個傳輸窗口的傳輸衰耗最小，所以波段這兩個傳輸窗口的傳輸衰耗最小，所以DWDM系統(tǒng)中信號光選擇在系統(tǒng)中信號光選擇在C波段和波段和L波段。波段。粗波分由于傳輸距離短，衰耗并非主要限制

16、因素，所以粗波分由于傳輸距離短，衰耗并非主要限制因素，所以CWDM系統(tǒng)中信號光跨越多個波段（系統(tǒng)中信號光跨越多個波段（13111611nm）。）。HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 21光纖中的色散特性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。 光纖中的色散可分為模式色散、色度色散、偏振模色散：u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；u色度色散（CD）也稱為模內色散，可以分為材料色散和波導色散；u偏振模色散

17、（PMD）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生的，因而其為一隨機量，難補償； 色度色散系數就是單位波長間隔內光波長信號通過單位長度光纖所產生的時延差，用D表示，單位是ps/nm.km。偏振模色散系數則用PMDQ來表示，單位是ps/km （n為1/2）HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 22色度色散的影響31313 31 1TT + THUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 23偏振模色散（PMD）由于信號

18、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色散稱偏振模色散，它也是光纖的重要參數之一。引起偏振模色散的因素是隨機產生的，因而偏振模色散是一個隨機量。 PMD具有和色度色散相同的影響：引起脈沖展寬HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 24光纖的截止波長HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 25光纖的模場直徑光光纖纖纖纖芯芯MFD光光纖纖纖纖芯芯MFDHUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Pa

19、ge 26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，難以表現出來。當光纖的入纖功率不大時，光纖呈現線性特征，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、四波混頻FWM）注意：非線性效應一旦產生，就無法消除或補償，必須盡量防止非線性效應的產生！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生。最主要我們可以通過降低入纖光功率、采用大有效面積光纖等來防止非線性效應的發(fā)生。非線性效應

20、與色散相關，色散并不是越小越好。HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 27ITU-T已經在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： 類型 定義 適用范圍 主要指標G.652標準單模光纖（標準單模光纖（SMF），是指色散），是指色散零點（即色散為零的波長）在零點（即色散為零的波長）在1310nm附近的光纖。附近的光纖。SDH系統(tǒng)、系統(tǒng)、DWDM系統(tǒng)系統(tǒng)均可。均可。衰耗：衰耗：1310nm窗口目前一般在窗口目前一般在0.3-0.4dB/km，典型值，典型值0.35dB/k

21、m；1550nm窗口目前一般在窗口目前一般在0.17-0.25dB/km，典型值典型值0.20dB/km；色散：零色散波長的允許范圍是色散：零色散波長的允許范圍是1300nm到到1324nm。在。在1550nm窗口窗口的色散系數是正的。在波長的色散系數是正的。在波長1550nm處，色散系數處，色散系數D的的典型值是典型值是17ps/nm-km，最大值一般不超過，最大值一般不超過20ps/nm-km；G.653色散位移光纖（色散位移光纖（DSF），是指色散），是指色散零點在零點在1550nm附近的光纖，它相附近的光纖，它相對于標準單模光纖（對于標準單模光纖（G.652），色），色散零點發(fā)生了移動

22、。散零點發(fā)生了移動。SDH系統(tǒng)可以，系統(tǒng)可以，DWDM一般不采用。一般不采用。衰減：衰減：1310nm波段：波段：0.55dB/km，目前沒有掌握典型值數據。，目前沒有掌握典型值數據。1550nm波段：波段：0.35dB/km，目前一般在，目前一般在0.19-0.25dB/km；色散：色散：G.653的零色散波長在的零色散波長在1550nm附近，在附近，在1525-1575nm范圍內，范圍內，最大色散系數是最大色散系數是3.5ps/nm-km，在，在1550nm窗口，特別是在窗口，特別是在C_band，色散位移光纖的色散系數太小或可能為零；色散位移光纖的色散系數太小或可能為零；G.655非零色

23、散位移光纖（非零色散位移光纖（NZDSF），將），將色散零點的位置從色散零點的位置從1550nm附近移附近移開一定波長數，使色散零點不在開一定波長數，使色散零點不在1550nm附近的附近的DWDM工作波長范工作波長范圍內。圍內。SDH/DWDM系統(tǒng)均可，系統(tǒng)均可，但更適合但更適合DWDM系統(tǒng)的系統(tǒng)的傳送。傳送。衰減：衰減：1310nm波段：波段：ITU-T無規(guī)定。無規(guī)定。1550nm波段：波段：0.35dB/km，目前一般在目前一般在0.19-0.25dB/km。色散：當色散：當1530nm 1565nn，0.1ps/nm-km |D()| 6.0 ps/nm-km；655光纖色散系數沒有典型

24、值，因廠家而異，常見的有光纖色散系數沒有典型值，因廠家而異，常見的有4.5ps/nm.km和和6pm/nm.km。需要實地確認。需要實地確認。HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 28色散系數色散系數(ps/nmkm)正色散系數正色散系數G.655光纖光纖波長波長(nm1550nm波長區(qū)具有最小色散和衰波長區(qū)具有最小色散和衰減，適合減，適合DWDM系統(tǒng)、高速信號傳輸系統(tǒng)、高速信號傳輸2.應用：應用：TrueWave真波光纖真波光纖(正色散正色散區(qū)的區(qū)的SPM效應有利于傳輸效應有利于傳輸)；LEAF-

25、大有效面積光纖（克服非線性效應）大有效面積光纖（克服非線性效應）G.652光纖光纖:大量鋪設，大量鋪設，傳高速信號需色散補償傳高速信號需色散補償G.653光纖光纖:1550nm波長波長區(qū)混頻嚴重，不適合區(qū)混頻嚴重，不適合DWDM負色散系數負色散系數G.655光纖光纖G.654于于653類似，截止波長不同類似，截止波長不同1530nm全波光纖全波光纖消除了消除了1380nm處的水峰增益處的水峰增益HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 29本章小結 WDM系統(tǒng)中使用的是單模還是多模光纖？系統(tǒng)中使用的是單模還是多模光纖？ 單模光纖

26、中損耗最小的窗口是哪些窗口？單模光纖中損耗最小的窗口是哪些窗口？ 信號光在單模光纖中傳輸會遇到哪些問題？信號光在單模光纖中傳輸會遇到哪些問題？ G.652/653/655光纖各自的特點是什么？光纖各自的特點是什么？ 色散是否越小越好？色散是否越小越好？HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 30課程內容第一章第一章 波分復用技術概述波分復用技術概述第二章第二章 WDM 的傳輸媒質的傳輸媒質第三章第三章 DWDM的關鍵技術的關鍵技術第四章第四章 WDM系統(tǒng)受限因素系統(tǒng)受限因素第五章第五章 典型組網信號流典型組網信號流HUAWEI

27、 TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 31DWDM系統(tǒng)的關鍵技術光放大器光放大器光監(jiān)控技術光監(jiān)控技術光源光源/光電檢光電檢 測器測器監(jiān)控信道監(jiān)控信道合波分波技術合波分波技術HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 32DWDM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 。 幅度波長主模次模波

28、 長主 模次 模MLMSLMHUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 33b、馬赫、馬赫-策恩德爾調制光源策恩德爾調制光源(M-Z)1、直接調制光源、直接調制光源a、電吸收調制光源、電吸收調制光源(EA)激光器的調制方式2、間接調制光源、間接調制光源HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 34優(yōu)點：技術簡單、成本較低優(yōu)點：技術簡單、成本較低缺點：因存在缺點：因存在1和和0頻率的變化，不可避免存在啁啾。啁啾的存在展寬了激頻率的變化，不可避免存在啁啾。啁啾的存在展寬

29、了激光器發(fā)射光譜的帶寬，使光源的光譜特性變壞，限制了系統(tǒng)的傳輸速率和距離；光器發(fā)射光譜的帶寬，使光源的光譜特性變壞，限制了系統(tǒng)的傳輸速率和距離；適用于短距離傳輸適用于短距離傳輸直接調制光源直接調制：直接調就是利用電信號的直接調制：直接調就是利用電信號的1和和0控制激光器的開、關，使特定控制激光器的開、關，使特定波長的光波攜載電信號。波長的光波攜載電信號。HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 35間接調制光源間接調制不直接調制光源，而是在光源的輸出通路上外加調制器對光波進行調制，間接調制不直接調制光源，而是在光源的輸出通路上外

30、加調制器對光波進行調制，此調制器實際上起到一個開關的作用。此調制器實際上起到一個開關的作用。 恒定光源是一個連續(xù)發(fā)送固定波長和功率的高穩(wěn)定光源，在發(fā)光的過程中，不受電恒定光源是一個連續(xù)發(fā)送固定波長和功率的高穩(wěn)定光源，在發(fā)光的過程中，不受電調制信號的影響，因此不產生調制頻率啁啾，光譜的譜線寬度維持在最小。調制信號的影響，因此不產生調制頻率啁啾，光譜的譜線寬度維持在最小。光調制器對恒定光源發(fā)出的高穩(wěn)定激光根據電調制信號以光調制器對恒定光源發(fā)出的高穩(wěn)定激光根據電調制信號以“允許允許”或者或者“禁止禁止”通通過的方式進行處理，而在調制的過程中，對光波的頻譜特性不會產生任何影響，保過的方式進行處理，而在

31、調制的過程中，對光波的頻譜特性不會產生任何影響，保證了光譜的質量，適用于高速率、長距離傳輸。證了光譜的質量，適用于高速率、長距離傳輸。常用的間接調制有兩種：電吸收調制光源和常用的間接調制有兩種：電吸收調制光源和M-Z光源光源HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 36優(yōu)點：頻率啁啾較低，色散受限距離較長優(yōu)點：頻率啁啾較低，色散受限距離較長缺點：技術較復雜缺點：技術較復雜電吸收調制光源（EA）HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 37優(yōu)點：可忽略啁啾，色散受限

32、距離很長優(yōu)點：可忽略啁啾，色散受限距離很長缺點：技術難度大，不便于集成缺點：技術難度大，不便于集成馬赫-策恩德爾調制光源（M-Z）HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 38三種光源的比較直調光源電吸收調制光源馬赫-策恩德爾調制光源最大色散ps/nm12002400720012800大于12800成本適中貴昂貴波長穩(wěn)定性較好好很好WDM中，我們常用的是電吸收調制光源和直調光源中，我們常用的是電吸收調制光源和直調光源HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 39光

33、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，注意將對端通信設備與光路斷開，一面強光損壞接收機。 2、保證輸入光功率不超過

34、器件允許的最大值，單板自環(huán)時注意加適當的衰減器。 3、不能采用將光纖連接器插松的形式來代替光衰減器。 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 40半導體光放大器半導體光放大器(SOA)拉曼放大器拉曼放大器(Raman)摻鉺光纖放大器摻鉺光纖放大器(EDFA)放大器HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 41EDFA組成及原理 E2 亞穩(wěn)態(tài) 受激吸收 受激輻射 鉺粒子 E1 基態(tài) 980nm 光子 1550nm 光子 隔離器 隔離器 泵浦源泵浦源 摻鉺光纖摻鉺光

35、纖 耦合器 信號光入信號光入 信號光出 1480nm 光子 E3 激發(fā)態(tài) 自發(fā)輻射自發(fā)輻射 EDFA輸出功率的大小與這些因素有關輸出功率的大小與這些因素有關輸入信號光強度輸入信號光強度鉺纖的長度鉺纖的長度泵浦光強度泵浦光強度ASE噪聲噪聲HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 42放大器增益平坦的級聯放大放大器增益不平坦的級聯放大增益控制的兩種方式：增益控制的兩種方式： 1、摻金屬元素； 2、GFF定制；波 長1525nm-1565nm 不 摻 鋁 的 EDFA增益增益波 長1525nm-1565nm 摻 鋁 的 EDFAED

36、FA增益平坦控制HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 43增益平坦技術-GFFG波長波長1530nmEDFA的增益譜曲線GFF - Gain Flat Filter增益平坦濾波器IL波長波長使輸出平坦使輸出平坦要求：增益平坦度2dB1560nm增益不平坦度增益不平坦度HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 44OUTPUTINPUT非非線線性性控控制制PINPINT TA AP PT TA AP PP P U U M M P PEDFA常見控制模式AGC模式

37、模式輸出隨輸入的變化而變化，增益保持不變。- 波分系統(tǒng)里最常見的控制模式。AGC又叫增益鎖定模式，有多種實現方案，常見的是電控pump技術,如下：APC模式模式無論輸入如何變化，輸出保持不變，此時變化的是增益。- 可調增益使用的模式。通過檢測輸出、輸入，得到實際增益；通過改變PUMP的功率來改變輸出，使實際增益最終保持到目標增益。通過檢測輸出功率，與目標輸出值比較，改變PUMP的功率來改變輸出，使實際輸出功率最終保持到目標輸出功率。HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 45為什么要進行AGC控制？當其它條件不變的情況下，當其

38、它條件不變的情況下，EDFA上下波給系統(tǒng)引入的問題：上下波給系統(tǒng)引入的問題： 波數增加時，由于進入波數增加時，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，則會出現瞬間的信號丟失，穩(wěn)定后各下降，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；波的增益均有一定程度的下降； 波數減少時，由于進入波數減少時，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，導的光功率突然減小

39、，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，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；穩(wěn)定后各波增益會有一定程度的上升；所以在波分系統(tǒng)中，放大器需要采取增益鎖定技術。所以在波分系統(tǒng)中，放大器需要采取增益鎖定技術。PumpPoutPin EDFHUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 46 放大自發(fā)輻射（ASE）是EDFA的基本噪聲源，是系統(tǒng)OSNR劣化的主要因素，

40、如下圖。 放大器產生的自發(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（dB） 、G為光放大器的增益（dB）EDFA噪聲特性OSNRSpanHUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 47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

41、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：對下面幾個參數的理解將有助于維護中的故障定位：對下面幾個參數的理解將有助于維護中的故障定位：EDFA重要性能參數-3 I3 IHUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 48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，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。PUM P1PUM P370100nm30nmG AINPUM P

42、2PUM P1PUM P370100nm30nmG AINPUM P2三大特點：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，實現長距離的無中繼傳輸和遠程泵浦 ；噪聲指數低，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，增加傳輸跨距。拉曼放大器原理HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 49拉曼放大器原理光纖非線性效應的巧妙運用、化廢為寶的實例光纖非線性效應的巧妙運用、化廢為寶的實例SRS-受激

43、拉曼散射：入射光子能量轉移到低頻光上（頻率下移受激拉曼散射：入射光子能量轉移到低頻光上（頻率下移13.2THz）一個頻率為一個頻率為f1的光子入射到光纖中，當它的功率足夠強，以至發(fā)生的光子入射到光纖中，當它的功率足夠強，以至發(fā)生SRS效應時，它會將自身的能量效應時，它會將自身的能量轉移到頻率為轉移到頻率為 f1-13.2THz 的光子上，而自身以分子振動的形式消亡。的光子上，而自身以分子振動的形式消亡。SRS效應需要很強的光才能激發(fā)，這正是為什么拉曼放大器功率都很強很危險的原因。效應需要很強的光才能激發(fā)，這正是為什么拉曼放大器功率都很強很危險的原因。FRA放大是在普通光纖中，且沒有波段的限制。

44、理論上任何波長都可以放大。放大是在普通光纖中，且沒有波段的限制。理論上任何波長都可以放大。FRA的增益譜曲線的增益譜曲線HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 50拉曼放大器原理放大范圍放大范圍Pump源源 一個泵浦波長放大的范圍有限?？梢愿鶕枰x擇多個波長，進行合理疊加，即可得到任意波段的放大。 如果你想放大的波長頻率為f2，則入射的泵浦源選擇f2+13.2THz即可 拉曼放大器內部示意圖：線路光纖信號光信號光Pump1Pump2FRAHUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confiden

45、tial Page 51放大器的增益（G）Power meterFRA信號光在EDFA中，增益G=Pout Pin P1：關閉FRA的泵浦源測試的結果；P2：開啟FRA的泵浦源測試的結果Gon-off = P2 P1EDFAP1P2G = P2 P1P1P2但是在FRA中，G為開關增益，其定義及測試與EDFA有所不同：注意在拉曼放大器中，注意在拉曼放大器中，P1、P2測試的都是輸出點的光功率測試的都是輸出點的光功率信號光HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 52EDFA與FRA的比較比較項目EDFAFRA放大原理放大原理半導

46、體的受激輻射半導體的受激輻射非線性效應里的非線性效應里的SRS放大介質放大介質摻鉺光纖（放大器內部）摻鉺光纖（放大器內部）普通光纖（線路光纖）普通光纖（線路光纖）Pump源源980/1480nm根據放大目標來選擇根據放大目標來選擇我司我司RPC為（為（1427/1457nm）Pump光功率要求光功率要求一般一般高，高，SRS閾值高閾值高工作帶寬工作帶寬C波段、波段、L波段波段理論上無限制，由理論上無限制，由pump組合決定組合決定噪聲噪聲高高低低增益測試增益測試常規(guī)增益常規(guī)增益開關增益開關增益HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Pa

47、ge 53nnnn分波器合波器nn分波器合波器合波器與分波器HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 54目前最常用的有三種器件：耦合型、介質膜型、AWG型。陣列波導陣列波導平面耦合波導平面耦合波導輸入波導輸入波導輸出波導輸出波導陣列波導陣列波導平面耦合波導平面耦合波導輸入波導輸入波導輸出波導輸出波導耦合型耦合型介質膜型介質膜型AWG型型 1-4 4 23自聚焦棒透鏡 1濾波器 3濾波器玻璃 1合波器與分波器HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 55監(jiān)控技術D

48、WDM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；HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 56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：HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 57ESC技術波分產品以前對網元進行操作、管理和維護（波分產品

49、以前對網元進行操作、管理和維護（OAM）都是采用專用的監(jiān)控信道單板）都是采用專用的監(jiān)控信道單板OSC實現。隨著技術的發(fā)展，從降低產品成本的角度出發(fā)，人們提出了利用固定幀實現。隨著技術的發(fā)展，從降低產品成本的角度出發(fā)，人們提出了利用固定幀結構業(yè)務中的開銷字節(jié)進行結構業(yè)務中的開銷字節(jié)進行DCC通信的思路，直接通過通信的思路，直接通過OTU單板的對接實現網元間單板的對接實現網元間的通信，這就是電監(jiān)控信道（的通信，這就是電監(jiān)控信道（ESC）。）。ESC是采用隨路的方式，即監(jiān)控信息隨主業(yè)務信號一起傳送，到對端再將他們分離，是采用隨路的方式，即監(jiān)控信息隨主業(yè)務信號一起傳送，到對端再將他們分離，這種方式不再

50、另外占用波長資源。這種方式不再另外占用波長資源。 從單板的實現原理上從單板的實現原理上ESC可以細分為兩種：固定幀格式可以細分為兩種：固定幀格式DCC、調頂、調頂DCC。 固定幀結構固定幀結構DCC又可以分為固定又可以分為固定SDH幀結構幀結構DCC和基于和基于G.709幀結構幀結構GCC兩種。兩種。 降成本方案降成本方案HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 58本章小結 WDM中常用的光源有哪些？它們各自的特點是什么？中常用的光源有哪些？它們各自的特點是什么？ WDM中接收機有幾種？它們的主要區(qū)別何在？中接收機有幾種？它們

51、的主要區(qū)別何在？ EDFA的工作原理是什么？的工作原理是什么？EDFA是如何引入噪聲的？是如何引入噪聲的？ 何為何為EDFA的增益鎖定？何為平坦度？何為的增益鎖定？何為平坦度？何為EDFA的的3 I ？ 合波分波器有幾種類型？我們目前使用的是哪種？合波分波器有幾種類型？我們目前使用的是哪種？ DWDM對光監(jiān)控信道的要求有哪些？對光監(jiān)控信道的要求有哪些？HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 59課程內容第一章第一章 波分復用技術概述波分復用技術概述第二章第二章 WDM 的傳輸媒質的傳輸媒質第三章第三章 DWDM的關鍵技術的關鍵

52、技術第四章第四章 WDM系統(tǒng)受限因素系統(tǒng)受限因素第五章第五章 典型組網信號流典型組網信號流HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 60ASE 噪聲積累噪聲積累OSNR 劣化劣化系統(tǒng)性能系統(tǒng)性能色度色散色度色散偏偏 振振 模模 色色 散散（PMD）光纖非線性效應光纖非線性效應SPM/XPM/DWDM系統(tǒng)受限因素 HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 61OSNR的計算(dB)58(dBm)(dB)5 .12,11GPNFGHzhPGNFASEASEG1G2G3

53、GiGnL1L2LiLn-1AHUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 62OSNR計算實例HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 63OSNR計算實例HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 64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FEC or EFEC o

54、r AFEC 2、使用特殊碼型技術如何提高信噪比裕量HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 65信號碼型技術NRZRZ111111100HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 66信號碼型技術ALLRAMAN system編碼技術比較編碼技術比較編碼調制技術非線性能力色散容限光譜效率備注RZRZgoodNormal50GHzCSRZgoodNormal50GHzDMSVery excellentGood50GHz工程實施負責，需要工程實施負責，需要RAMAN放

55、大器放大器SuperCRZVery excellentNomal50GHzSuperDRZExcellentGood25GHz在非線性、色散、和光譜效在非線性、色散、和光譜效率三方面取得最佳平衡率三方面取得最佳平衡SuperWDM technologyHUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 67DRZ碼型技術0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 1 0SuperDRZ0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 0 0

56、0 0 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 1 0SuperDRZ進入光纖傳輸前的SuperDRZ脈沖序列（紅色脈沖和藍色脈沖相位相差180度）由于前后相鄰的兩個“1”脈沖相位相反，在接收機上表現的此處的光功率依然為“0”信號nSuperDRZSuperDRZ利用差分信號輸入產生正的和負的脈沖，用以驅動利用差分信號輸入產生正的和負的脈沖，用以驅動MZMZ調制器；經過調制后的光調制器；經過調制后的光脈沖序列（脈沖序列（SuperDRZSuperDRZ編碼）相鄰編碼）相鄰“1”1”碼之間的相位差碼之間的相位差180180度（相位相反）。度（相位相反）。n隨著光信號在光纖里的傳輸，光脈沖會展寬；

57、但由于相鄰的隨著光信號在光纖里的傳輸，光脈沖會展寬；但由于相鄰的“1”1”碼之間的相位是相反的，碼之間的相位是相反的，因此相鄰的因此相鄰的“1”1”碼即使有重疊，反映在光強度上仍然趨于碼即使有重疊，反映在光強度上仍然趨于“0”0”。經過一定長度光纖傳輸的SuperDRZ脈沖序列（紅色脈沖和藍色脈沖相位相差180度）HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 68DRZ減少碼間干擾信號不同傳輸距離后的眼圖信號不同傳輸距離后的眼圖 相比RZ具有更大的色散容限，可以有效減少碼間干擾SuperDRZ PMD容限比RZ高General RZ

58、SuperDRZHUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 69DRZ優(yōu)秀的非線性容限nDRZDRZ通過使用可控制的啁啾調制，繼承了通過使用可控制的啁啾調制，繼承了SuperWDMSuperWDM在非線性容限方面的優(yōu)越性能。在非線性容限方面的優(yōu)越性能。n特殊的頻率調制能夠抑制非線性效應特殊的頻率調制能夠抑制非線性效應 自相位調制自相位調制(SPM)(SPM)、四波混頻、四波混頻( FWM),( FWM),喇曼散喇曼散射射( SRS)( SRS)和布里淵反射和布里淵反射( SBS)( SBS)。HUAWEI TECHNOLOGIES

59、 CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 70FEC技術 FEC糾錯前的糾錯前的BERFEC糾錯后的糾錯后的BER1.0E-38.6E-82.0E-42.0E-121.0E-45.0E-151.0E-56.3E-241.0E-66.4E-33HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 71FEC技術G.709里的里的FEC及擴展及擴展FEC：HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 72FEC技術編碼編碼算法編碼增益線速標準Out-of-

60、band FECRS(255,239)57dB10.7GbpsG.709Enhanced-FECRS(255,238)RS(245,210)79dB12.5GbpsNoAdvanced-FEC RS(255,238)BCH(900,860)BCH(500,491)79dB10.7GbpsG.709u AFEC的線速與帶外FEC相同，但編碼增益更高。u AFEC的編碼增益與EFEC相當，但線速更低，因此帶寬代價較少。u AFEC符合G.709標準定義的幀格式。HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 73WithoutFECIn