1-WDM-原理培訓(xùn)課件

WDM原理培訓(xùn)

前言WDM技術(shù)是一種比較先進的光纖通信新技術(shù)，并且相對成熟，已經(jīng)進入到商用階段，通過本課程的學(xué)習(xí)，使我們對于WDM的原理有一個基本的了解和認識。2目錄系統(tǒng)概述WDM的傳輸媒質(zhì)WDM中的關(guān)鍵技術(shù)WDM的系統(tǒng)受限因素WDM的相關(guān)技術(shù)規(guī)范3系統(tǒng)擴容解決方案SDM鋪設(shè)新光纜時間與成本TDM更高的比特速率STM-16→STM-64成本與復(fù)雜度WDM經(jīng)濟快速成熟如何增加網(wǎng)絡(luò)容量？4什么是波分復(fù)用？高速公路加油站巡邏車5WDM的定義SDHsignalIPpackageATMcells把不同波長的光信號復(fù)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(fù)用（WavelengthDivisionMultiplexing）6

N路波長復(fù)用的WDM系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)主要有：光波長轉(zhuǎn)換單元（OTU）；波分復(fù)用器：分波/合波器（ODU/OMU）；光放大器（BA/LA/PA）；光/電監(jiān)控信道（OSC/ESC）。WDM的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)OTUOTUOTUOMUODUOTUOTUOTUOSCOSCOSCLABAPA7傳輸模式單纖單向M40M40MUXDEMUXOTUOTU

單向波分復(fù)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。

8M40M40MUX/DEMUXDEMUX/MUX傳輸模式單纖雙向OTUOTU

雙向波分復(fù)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(yīng)安排在不同波長上。9應(yīng)用模式開放式系統(tǒng)M40M40MUXDEMUXOTUOTU客戶設(shè)備客戶設(shè)備開放式DWDM系統(tǒng)的特點是對復(fù)用終端光接口沒有特別的要求，只要求這些接口符合ITU-T建議的光接口標準。10應(yīng)用模式集成式系統(tǒng)M40M40MUXDEMUX客戶設(shè)備客戶設(shè)備集成式DWDM系統(tǒng)沒有采用波長轉(zhuǎn)換技術(shù)，它要求復(fù)用終端的光信號的波長符合DWDM系統(tǒng)的規(guī)范，不同的復(fù)用終端設(shè)備發(fā)送不同的符合ITU-T建議的波長，這樣他們在接入合波器時就能占據(jù)不同的通道，從而完成合波。11WDM的優(yōu)勢超大容量高速率數(shù)據(jù)透明傳輸長距離傳輸靈活組網(wǎng)經(jīng)濟性和可靠性平滑擴容能力12CWDM與DWDMCWDM:稀疏波分復(fù)用相鄰兩波間隔：20nmDWDM:密集波分復(fù)用相鄰兩波間隔：25GHz擴展C波段192個波長,通道間隔25GHz196.05THz192.125THzC波段160個波長192.05THz擴展32個波長191.275THzITU-TG.694.113CWDM載波通道間距較寬，因此一根光纖上只能復(fù)用2到16個左右波長的光信號。CWDM調(diào)制激光采用非冷卻激光，而DWDM采用的是冷卻激光，它需要冷卻技術(shù)來穩(wěn)定波長，實現(xiàn)起來難度很大，成本也很高。CWDM避開了這一難點，CWDM系統(tǒng)采用的DFB激光器不需要冷卻，因而大幅降低了成本，整個CWDM系統(tǒng)成本只有DWDM的30%。

稀疏波分復(fù)用系統(tǒng)一般工作在從1260nm到1620nm波段，間隔為20nm，可復(fù)用16個信道。CWDM與DWDM的區(qū)別：14DWDM的波長分配標稱中心頻率指的是光波分復(fù)用系統(tǒng)中每個通路對應(yīng)的中心波長參考頻率為193.1THz，通道最小間隔為100GHz、50GHz或者25GHZ的頻率間隔系列15目錄系統(tǒng)概述WDM的傳輸媒質(zhì)WDM中的關(guān)鍵技術(shù)WDM的系統(tǒng)受限因素WDM的相關(guān)技術(shù)規(guī)范16光纖的損耗特性光纖的損耗主要包含：吸收損耗:

制造光纖的材料本身造成的，其中的過量金屬雜質(zhì)和氫氧根OH-離子對光的吸收而產(chǎn)生的損耗。散射損耗:

由于光纖材料密度的微觀變化使得光纖中出現(xiàn)一些折射率分布不均勻的局部區(qū)域，從而引起光的散射,將一部分光功率散射到光纖外部引起損耗。彎曲損耗:

光纖的彎曲會引起彎曲損耗；光纖損耗計算公式為:光纖損耗(dB)=光纖長度(Km)*光纖損耗系數(shù)(dB/Km)17常規(guī)光纖的損耗系數(shù)-波長曲線圖90013001400150016001700nmdB/km231451200Multi-mode（850~900nm）ObandESCLUOH-

波帶不同，損耗系數(shù)不同

1380nm附近由于氫氧根粒子吸收，光纖損耗急劇加大，俗稱水峰容易看出，在O~U這六個波段中，C波段和L波段損耗系數(shù)最小18波段劃分波段說明范圍（nm）帶寬（nm）O波段原始1260~1360100E波段擴展1360~1460100S波段短波長1460~152565C波段常規(guī)波長1525~156540L波段長波長1565~162560U波段超長波長1625~167550因為C波段和L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C波段和L波段。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（1311~1611nm）。19

光纖中的色散可分為模式色散和色度色散。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。光纖的色散特性20色度色散脈沖展寬，引起碼間干擾色散(ps/nm)=距離L(Km)*色散系數(shù)D(ps/nm.km)時間功率光脈沖信號傳送L1(km)傳送L2(km)21單模光纖種類劃分

類型

定義

適用范圍

主要指標G.652標準單模光纖（SMF），是指色散零點（即色散為零的波長）在1310nm附近的光纖。SDH系統(tǒng)、DWDM系統(tǒng)均可。衰耗：1310nm窗口目前一般在0.3-0.4dB/km，典型值0.35dB/km；1550nm窗口目前一般在0.17-0.25dB/km，典型值0.20dB/km；色散：零色散波長的允許范圍是1300nm到1324nm。在1550nm窗口的色散系數(shù)是正的。在波長1550nm處，色散系數(shù)D的典型值是17ps/nm-km，最大值一般不超過20ps/nm-km；G.653色散位移光纖（DSF），零色散點在1550nm附近，它相對于標準單模光纖（G.652），色散零點發(fā)生了移動。SDH系統(tǒng)可以，DWDM一般不采用。衰減：1310nm波段：<0.55dB/km，目前沒有掌握典型值數(shù)據(jù)。1550nm波段：<0.35dB/km，目前一般在0.19-0.25dB/km；色散：G.653的零色散波長在1550nm附近，在1525-1575nm范圍內(nèi)，最大色散系數(shù)是3.5ps/nm-km，在1550nm窗口，特別是在C_band，色散位移光纖的色散系數(shù)太小或可能為零；G.654截止波長移位的單模光纖。重點是降低1550nm的衰減，其零色散點仍然在1310nm附近海纜衰減：在1550nm波段：<0.20dB/km，目前一般在0.15-0.19dB/km。色散：G.654的零色散波長在1310nm附近，在1550nm窗口，G.654光纖的色散系數(shù)小于20ps/(nm.km)G.655非零色散位移光纖（NZDSF），將色散零點的位置從1550nm附近移開一定波長數(shù)，使色散零點不在1550nm附近的DWDM工作波長范圍內(nèi)。SDH/DWDM系統(tǒng)均可，但更適合DWDM系統(tǒng)的傳送。衰減：1310nm波段：ITU-T無規(guī)定。1550nm波段：<0.35dB/km，目前一般在0.19-0.25dB/km。色散：當(dāng)1530nm<λ<1565nn，0.1ps/nm-km<|D(λ)|<6.0ps/nm-km；655光纖色散系數(shù)沒有典型值，因廠家而異，常見的有4.5ps/nm.km和6pm/nm.km。需要實地確認。22光纖的非線性效應(yīng)受激拉曼散射SRS受激布里淵散射SBS自相位調(diào)制SPM交叉相位調(diào)制XPM四波混頻FWM從本質(zhì)上講，所有介質(zhì)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(dāng)光纖的入纖功率不大時，光纖呈現(xiàn)線性特征，當(dāng)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。原因是在單模光纖指的光信號被約束的模場內(nèi)，而單模光纖有效面積非常小,因而光功率密度非常高，低損耗又使得高光功率可以維持很長的距離。23問題光纖中的衰耗區(qū)間是如何分布的？光纖的傳輸特性有哪些？G.652、G.653、G.654、G.655光纖的特性分別是什么?非線性效應(yīng)有哪些種類，其產(chǎn)生的機理和影響是什么？24目錄系統(tǒng)概述WDM的傳輸媒質(zhì)WDM中的關(guān)鍵技術(shù)WDM的系統(tǒng)受限因素WDM的相關(guān)技術(shù)規(guī)范25WDM中的關(guān)鍵技術(shù)光源、接收機光放大器技術(shù)糾錯編碼、監(jiān)控技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)光復(fù)用器與解復(fù)用器26WDM對于光源的要求1較大的色散容限2輸出標準且穩(wěn)定的波長27波長可調(diào)諧技術(shù)波長可調(diào)的原理半導(dǎo)體材料的折射率和最大增益對應(yīng)的波長容易隨溫度、壓力、載流子濃度、電場強度等變化而改變，因此改變這些因素可以實現(xiàn)波長可調(diào)；將溫度、載流子濃度改變和MEMS、微電子、光波導(dǎo)等技術(shù)相結(jié)合就產(chǎn)生了多樣的可調(diào)諧技術(shù)。波長可調(diào)帶來的好處降低備件庫存靈活組網(wǎng)28碼型技術(shù)實現(xiàn)簡單、成本低、技術(shù)成熟碼元過渡不歸零，對傳輸損傷敏感，不適于高速超長距離DWDM傳輸普遍應(yīng)用于中短距離DWDM傳輸系統(tǒng)中……傳統(tǒng)碼型技術(shù)（NRZ）新的碼型技術(shù)降低OSNR容限增加色散容限、PDM容限抑制光纖非線性效應(yīng)導(dǎo)致的脈沖畸變用于長距DWDM傳輸系統(tǒng)CRZ、DRZ、ODB、DQPSK……29接收機PINPIN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APDAPD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30FEC技術(shù)前向糾錯編碼技術(shù)：發(fā)端加入冗余糾錯碼，收端進行解碼糾錯，消除線路產(chǎn)生的誤碼降低接收機的OSNR容限要求，降低的OSNR容限稱為“編碼增益”編碼增益越強，表示FEC的糾錯能力越強FEC技術(shù)的種類帶內(nèi)FEC，ITU-TG.707標準支持，編碼增益：3~4dB帶外FEC，ITU-TG.975/709標準支持，編碼增益：5~6dB超強FEC，目前無統(tǒng)一標準，編碼增益最高：7~9dB31光放大器EDFARFA拉曼光纖放大器摻餌光纖放大器光放32EDFA的特性增益譜與低損耗區(qū)間一致高效率能量轉(zhuǎn)換高增益、低串?dāng)_良好的增益穩(wěn)定性…增益區(qū)間固定受限增益不平坦性光浪涌問題…優(yōu)點缺點33拉曼放大器

受激拉曼散射（SRS：StimulatedRamanScattering）PumpGain30nm13.2THz(70~100nm)

Pump370~100nm30nmGainPump2Pump134拉曼放大器的特性靈活的增益區(qū)間 結(jié)構(gòu)簡單利用了非線性效應(yīng)低噪聲特性…高泵浦功率低能量轉(zhuǎn)換效率成本較高…優(yōu)點缺點35光放大器的應(yīng)用BA功率放大器LA線路放大器PA前置放大器M40OTUOTUM40M40OTUOTUM40MUXDMUXOAOAOA36光復(fù)用器與解復(fù)用器復(fù)用器fiber解復(fù)用器光波分復(fù)用解復(fù)用技術(shù)：衍射光柵技術(shù)介質(zhì)薄膜技術(shù)耦合技術(shù)陣列波導(dǎo)技術(shù)光波分復(fù)用解復(fù)用主要參數(shù)：插入損耗通道隔離度通道帶寬偏振相關(guān)損耗37分插復(fù)用器（OADM）分插復(fù)用器分為兩類FOADM：固定OADM（串聯(lián)、并聯(lián)、串并混合）ROADM：可重構(gòu)OADM（廣播和選擇型、解復(fù)用與交換/復(fù)用型）OAMD38監(jiān)控技術(shù)OSC光監(jiān)控技術(shù)ESC電監(jiān)控技術(shù)39光監(jiān)控通道對光監(jiān)控的要求：不應(yīng)限制OA上的泵浦光波長；不應(yīng)限制未來1310nm波長的業(yè)務(wù)；OA失效時仍有效；可超長傳輸；具有分段雙向傳輸功能。M40M40FIUOTU1OTU2OTU3OTU4OTU1OTU2OTU3OTU4FIUOSCOSCSCCSCC

采用1510/1625nm波長信號速率為2.048Mb/s

接收機靈敏度：-48dBm

信號碼型:CMI

信號發(fā)送功率:0---7dBm40OSC幀結(jié)構(gòu)TS0 FA定幀字節(jié)TS17F2字節(jié)TS1 E1字節(jié)TS18F3字節(jié)TS2F1字節(jié)TS19E2字節(jié)TS14ALC字節(jié)Others保留TS3-TS13,TS15D1-D12字節(jié)TS0TS1TS2TS3……TS14TS15TS16……TS3141電監(jiān)控信道特點：結(jié)構(gòu)簡單，成本低；支持冗余備份；改善光功率預(yù)算；降低系統(tǒng)復(fù)雜度。M40M40OTU1OTU2OTU3OTU4OTU1OTU2OTU3OTU4SCCSCC42目錄系統(tǒng)概述WDM的傳輸媒質(zhì)WDM中的關(guān)鍵技術(shù)WDM的系統(tǒng)受限因素WDM的相關(guān)技術(shù)規(guī)范

43WDM的受限因素光功率色散光信噪比DHDJGDJDJWDM網(wǎng)絡(luò)非線性效應(yīng)受限因素44光功率預(yù)算光纖損耗(dB)=P輸出(dBm)-P輸入(dBm)=距離(km)xa(dB/km)a：損耗系數(shù)在1550nm窗口，G.652和G.655光纖的損耗系數(shù)：a=0.22dB/kmSRP輸出

P輸入距