波分復(fù)用原理

關(guān)于波分復(fù)用原理DWDM原理和組成第2頁,共79頁，2024年2月25日，星期天一概述

九十年代以來，以Internet為代表的信息技術(shù)革命正在深刻地改變傳統(tǒng)電信概念和體系

目前北美Internet骨干網(wǎng)的業(yè)務(wù)量幾乎每6～9個(gè)月翻一番，比著名的CPU性能進(jìn)展more定律（18個(gè)月左右翻番）快2～3倍話音業(yè)務(wù)

數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)

寬帶綜合業(yè)務(wù)B-ISDN

世界電話業(yè)務(wù)年增長(zhǎng)率為10%，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)年增長(zhǎng)40%

中國(guó)話音業(yè)務(wù)14%的增長(zhǎng)率，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)400%增長(zhǎng)第3頁,共79頁，2024年2月25日，星期天擴(kuò)容的選擇空分復(fù)用

SDM(SpaceDivisionMultiplexer)時(shí)分復(fù)用

TDM(TimeDivisionMultiplexer)波分復(fù)用

WDM(WavelengthDivisionMultiplexer)TDM和WDM技術(shù)合用第4頁,共79頁，2024年2月25日，星期天

1310nm/1550nm窗口的波分復(fù)用

仍用于接入網(wǎng)，但很少用于長(zhǎng)距離傳輸

1550nm窗口的密集波分復(fù)用(DWDM)

可廣泛用于長(zhǎng)距離傳輸，用于建設(shè)全光網(wǎng)絡(luò)波分復(fù)用技術(shù)的發(fā)展第5頁,共79頁，2024年2月25日，星期天DWDM的特點(diǎn)1、充分利用光纖的巨大帶寬，帶寬可達(dá)25THz和更長(zhǎng)的傳輸距離。2、簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)，減少投資和維護(hù)費(fèi)用。3、可節(jié)約大量光纖，擴(kuò)容方便。4、可完成各種電信業(yè)務(wù)的綜合和分離。5、可透明傳輸數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。6、可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)交換和恢復(fù)，具有高度生存性。及更靈活的組網(wǎng)方式第6頁,共79頁，2024年2月25日，星期天32

2.5Gbit/s光譜圖第7頁,共79頁，2024年2月25日，星期天光通信二DWDM技術(shù)概要第8頁,共79頁，2024年2月25日，星期天光的粒子屬性：散射效應(yīng)

彈性碰撞、非彈性碰撞光波的特性

愛因斯坦波粒二相性

光在真空中的傳播速度:c=3

108m/s

媒質(zhì)的折射率:n光的全反射折射定律:n1sin

1=n2sin2

光的電磁波屬性：波長(zhǎng)和頻率1552.52nm~193.1THz100GHz~0.8nm第9頁,共79頁，2024年2月25日，星期天DWDM系統(tǒng)的分類

以信道速率分類：2.5Gbit/s、10Gbit/s及混合速率

以信道承載業(yè)務(wù)類型分類：PDH、SDH、ATM、

IP或混合業(yè)務(wù)等

以信道數(shù)分類：4

、8、16、32等以系統(tǒng)接口分類：集成式或開放式系統(tǒng)

以地理域分類：海底系統(tǒng)、陸地干線、本地網(wǎng)、 城域網(wǎng)第10頁,共79頁，2024年2月25日，星期天開放式和集成式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)第11頁,共79頁，2024年2月25日，星期天波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換(WavelengthConvertion)開放式系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)------第12頁,共79頁，2024年2月25日，星期天DWDM系統(tǒng)的組成部分

合波和分波無源部分

發(fā)射和接收有源部分

光傳輸和光放大

光監(jiān)控信道

DWDM系統(tǒng)網(wǎng)管第13頁,共79頁，2024年2月25日，星期天發(fā)射和接收有源部分第14頁,共79頁，2024年2月25日，星期天光發(fā)送機(jī)

光源的波長(zhǎng)穩(wěn)定

1

2

指定波長(zhǎng)符合ITU-T規(guī)定波長(zhǎng)漂移

/5（ITU-T）

/10（國(guó)家）光源的色散容限光譜寬度@-20dB<0.2nm光接收機(jī)

工作波長(zhǎng)范圍的響應(yīng)度對(duì)SNR的靈敏度第15頁,共79頁，2024年2月25日，星期天

中心波長(zhǎng)和中心頻率196.0199.0195.0194.0193.0192.0191.015051510153015351540154515501555156015651570OSC信道1510

10nmC-BandL-Band(THz)(nm)中心頻率(中心波長(zhǎng))偏差

n/5，n為光信道間隔

標(biāo)稱中心頻率或波長(zhǎng)是以193.1THz（1552.52nm)為中心、間隔為100GHz的整數(shù)倍。DWDM系統(tǒng)對(duì)光發(fā)射和光接收的

基本要求第16頁,共79頁，2024年2月25日，星期天

中心波長(zhǎng)和中心頻率第17頁,共79頁，2024年2月25日，星期天光發(fā)送機(jī)

光譜特性

1

2

1-XdB發(fā)光二極管（LED）

1

21-XdB

1

21-XdB多縱模激光器（MLM）單縱模激光器（SLM）第18頁,共79頁，2024年2月25日，星期天溫度反饋控制P區(qū)n區(qū)光柵有源區(qū)T(

C)l(nm)TEC溫度控制器TEC溫度控制電路l0激光輸出溫度傳感器激光器管芯對(duì)于1.5mmDFB激光器，波長(zhǎng)溫度系數(shù)約為13GHz/

C管芯溫度和波長(zhǎng)關(guān)系曲線

0第19頁,共79頁，2024年2月25日，星期天波長(zhǎng)反饋控制TEC溫度控制器TEC溫度控制電路

0激光輸出溫度傳感器激光器管芯波長(zhǎng)控制技術(shù)之第20頁,共79頁，2024年2月25日，星期天

直接調(diào)制方式

－輸出功率正比于調(diào)制電流；－簡(jiǎn)單、損耗小、價(jià)廉；－使用FP或DFB激光器二極管；隨調(diào)制速率增高，模數(shù)增加，激光器譜線展寬（啁啾）。限制使用在<2.5Gbps速率下，較短距離傳輸。調(diào)制方式第21頁,共79頁，2024年2月25日，星期天

外調(diào)制方式

－激光器光源＋開關(guān)－復(fù)雜、損耗大、價(jià)格貴；

分離外調(diào)制 鈮酸鋰（LiNbO3）Mach-Zehnder

集成外調(diào)制電吸收（EA）III-V族半導(dǎo)體Mach-Zehnder

－線性調(diào)頻（啁啾）無或小－用于>2.5Gbps高速率傳輸

調(diào)制方式溫度波長(zhǎng)控制電路第22頁,共79頁，2024年2月25日，星期天光接收機(jī)接收機(jī)必須承受的影響：信號(hào)畸變?cè)肼暣當(dāng)_第23頁,共79頁，2024年2月25日，星期天合波和分波無源部分第24頁,共79頁，2024年2月25日，星期天

DWDM系統(tǒng)中使用的波分復(fù)用器件的性能應(yīng)滿足ITU-TG.671及相關(guān)建議的要求。合波器常用的合波器類型有耦合器型、介質(zhì)薄膜濾波器型和集成光波導(dǎo)型。

合波器的參數(shù)主要有插入損耗、光反射系數(shù)、工作波長(zhǎng)范圍、極化相關(guān)損耗和各通路插損的最大差異。分波器

分波器的類型主要有光柵型、干涉濾波器型、熔錐型和集成光波導(dǎo)型分波器等類型。分波器的參數(shù)主要有通路間隔、插入損耗、光反射系數(shù)、相鄰?fù)犯綦x度、非相鄰?fù)犯綦x度、極化相關(guān)損耗、溫度系數(shù)、

0.5dB和20dB帶寬。DWDM系統(tǒng)對(duì)合波和分波無源器件的

基本要求第25頁,共79頁，2024年2月25日，星期天炫耀光柵自由空間光學(xué)－要求精確度對(duì)溫度敏感－要求控溫爐插入損耗大－光纖耦合和光柵效率低對(duì)偏振敏感第26頁,共79頁，2024年2月25日，星期天陣列波導(dǎo)光柵（AWG）輸入孔闌輸出孔闌象平面物平面FPR：自由傳播范圍對(duì)溫度敏感引起的波長(zhǎng)漂移；濾波器對(duì)寬帶響應(yīng)不好；鄰近信道隔離度較差；第27頁,共79頁，2024年2月25日，星期天

信號(hào)通帶較平坦；偏振無關(guān)；插入損耗較低；溫度特性很好，可達(dá)0.001nm/oC以下。多層介質(zhì)膜干涉濾波器

0/2

0/2

0

1，

2，

3，…

n

1，

3，…

n

2

2/4i

0r1r2第28頁,共79頁，2024年2月25日，星期天8路多層介質(zhì)膜濾波器DWDM復(fù)用/解復(fù)用器第29頁,共79頁，2024年2月25日，星期天對(duì)溫度敏感，但成本低，便于設(shè)計(jì)和制造； 可以直接熔接到系統(tǒng)中； 濾波器性能較好；反射型結(jié)構(gòu)（帶阻）；光纖布拉格光柵（FBG）第30頁,共79頁，2024年2月25日，星期天光傳輸和光放大部分第31頁,共79頁，2024年2月25日，星期天光的傳輸影響光傳輸?shù)墓饫w參數(shù)光纖的衰減光纖的色散光纖的非線性效應(yīng)第32頁,共79頁，2024年2月25日，星期天0.70.80.91.01.11.21.31.41.51.61.7波長(zhǎng)（mm）543210衰減（db/km）1243OH-OH-OH-~190THz~50THz單模光纖截止波長(zhǎng)5光纖的衰減第33頁,共79頁，2024年2月25日，星期天隨著脈沖在光纖中傳輸，脈沖的寬度被展寬劣化的程度隨數(shù)據(jù)速率的平方增大決定了電中繼器之間的距離光纖的色散

模間色散(ModeDispersion)

色度色散(CromaticDispersion)

偏振模色散(PolarizationModeDispersion)第34頁,共79頁，2024年2月25日，星期天色散對(duì)傳輸?shù)南拗频?5頁,共79頁，2024年2月25日，星期天光纖的非線性效應(yīng)受激的散射效應(yīng)

受激拉曼散射(SRS)

受激布里淵散射(SBS)折射率效應(yīng)

相位調(diào)制(SPM)

交叉相位調(diào)制(CPM，XPM)

四波混頻(FWM，F(xiàn)PM)第36頁,共79頁，2024年2月25日，星期天傳輸使用的三種不同類型的單模光纖G.652單模光纖（NDSF）G.653單模光纖（DSF）G.655單模光纖（NZ-DSF）常規(guī)G.655大有效面積G.655第37頁,共79頁，2024年2月25日，星期天三種光纖色散情況比較第38頁,共79頁，2024年2月25日，星期天結(jié)論:

不適用于10Gb/s以上速率傳輸，但可應(yīng)用于2.5Gb/s或以下速率的DWDM。G.652單模光纖（NDSF）大多數(shù)已安裝的光纖低損耗大色散分布大有效面積色散受限距離短2.5Gb/s系統(tǒng)色度色散受限距離約600km10Gb/s系統(tǒng)色度色散受限距離約34kmG.652+DCF方案升級(jí)擴(kuò)容成本高第39頁,共79頁，2024年2月25日，星期天低損耗零色散小有效面積長(zhǎng)距離、單信道超高速EDFA系統(tǒng)四波混頻（FWM）是主要的問題，不利于DWDM技術(shù)結(jié)論:

適用于10Gb/s以上速率單信道傳輸，但不適用于DWDM應(yīng)用，已經(jīng)被市場(chǎng)淘汰。G.653單模光纖（DSF）第40頁,共79頁，2024年2月25日，星期天

有幾種類型的光纖可以使用（TruewaveTM、LSTM、LEAFTM、大保實(shí)光纖等）在1530－1565nm窗口有較低的色散可以有正的或負(fù)的色散，正色散SPM效應(yīng)壓縮脈沖，負(fù)色散SPM效應(yīng)展寬脈沖。為DWDM系統(tǒng)的應(yīng)用而設(shè)計(jì)的結(jié)論:

適用于10Gb/s以上速率DWDM傳輸，是未來大容量傳輸光纖的理想選擇。G.655單模光纖（NZ-DSF）第41頁,共79頁，2024年2月25日，星期天G.655光纖（NZ-DSF）常規(guī)： +色散斜率小

-非線性效應(yīng)嚴(yán)重大有效面積：+非線性效應(yīng)小

-色散斜率大D>0：+SPM壓縮傳輸脈沖，補(bǔ)償色散效應(yīng)的影響

-調(diào)制不穩(wěn)定性（MI）（>2000km）D<0：+無調(diào)制不穩(wěn)定性（MI）

-SPM展寬傳輸脈沖，加重色散效應(yīng)的影響LUCENT真波光纖CORNINGLEAF光纖第42頁,共79頁，2024年2月25日，星期天什么是PMD?由于光的偏振模之間產(chǎn)生時(shí)延起源于光纖的雙折射差分群時(shí)延(DGD)偏振模色散(PMD)問題第43頁,共79頁，2024年2月25日，星期天PMD的影響功率代價(jià)為1dB的PMD系數(shù)

速率 最大PMD PMD系數(shù)

(Gb/s) (ps) (ps/km?) (400km光纖鏈路)

2.5 40

2.010 10

0.520 5

0.2540 2.5

0.125第44頁,共79頁，2024年2月25日，星期天80年代安裝的8千萬公里老光纖光纜中

l=1550nm光纜長(zhǎng)度=27.55kmPMD=108psPMD系數(shù)=20.57ps/km1/2第45頁,共79頁，2024年2月25日，星期天90年代安裝的光纖光纜

l=1550nm光纜長(zhǎng)度=32kmPMD=10.86psPMD系數(shù)=1.92ps/km1/2匹配包層光纖-110km和80km-PMD系數(shù)=0.06到0.07ps/km1/2下凹光纖-20km到85km-PMD系數(shù)=0.74到0.92ps/km1/2色散位移光纖-20km和40km-PMD系數(shù)=0.30到0.37ps/km1/2第46頁,共79頁，2024年2月25日，星期天同一光纜中不同光纖的PMD測(cè)量l=1550nm光纜長(zhǎng)度=3.6.km測(cè)試結(jié)果(在30分鐘時(shí)間周期內(nèi))Fiber#PMD(ps)PMD系數(shù)(ps/km1/2)10.080.0420.160.0930.390.2040.320.1750.690.3660.320.1770.400.2182.841.5090.110.06第47頁,共79頁，2024年2月25日，星期天EDFA光放大器第48頁,共79頁，2024年2月25日，星期天2H11/24S3/24F9/24I9/24I11/24I13/24I15/2514nm532nm670nm800nm980nm1480nm能級(jí)圖1.53mm>107(3200)1.4

105900~12001.6

107(1100)2

108(120)1.5

105100~130~090~110衰減速率，單位：s-1輻射衰減第49頁,共79頁，2024年2月25日，星期天EDFA光放大器基本配置隔離器WDMEDF隔離器泵浦激光器輸入信號(hào)輸入信號(hào)隔離器WDMEDF隔離器輸入信號(hào)輸入信號(hào)泵浦激光器隔離器WDMEDF隔離器輸入信號(hào)輸入信號(hào)泵浦激光器泵浦激光器前向泵浦后向泵浦雙向泵浦第50頁,共79頁，2024年2月25日，星期天

光放大器應(yīng)滿足ITU-T建議G.663、G.691及其他相關(guān)建議。

EDFA的主要技術(shù)參數(shù)：工作波長(zhǎng)范圍、輸入功率范圍、輸出功率范圍、飽和輸出功率、噪聲系數(shù)、偏振相關(guān)增益、小信號(hào)增益、增益平坦度、增益變化、增益斜度、輸入光回?fù)p、輸出光回?fù)p等。

對(duì)EDFA模塊的其它要求：

-具有泵浦源自動(dòng)關(guān)閉功能。

-壽命不小于30萬小時(shí)。

-具有放大器自動(dòng)增益均衡（控制）功能。DWDM系統(tǒng)對(duì)光放大的基本要求第51頁,共79頁，2024年2月25日，星期天EDFA光放大器增益鎖定技術(shù)泵浦源功率控制飽和光控制技術(shù)光功率檢測(cè)控制輸入光功率檢測(cè)輸出光功率檢測(cè)PinPout泵浦激光器EDF第52頁,共79頁，2024年2月25日，星期天光監(jiān)控信道（OSC）第53頁,共79頁，2024年2月25日，星期天DWDM系統(tǒng)對(duì)光監(jiān)控信道的

基本要求

監(jiān)控通路波長(zhǎng)1510nm，監(jiān)控速率2Mb/s對(duì)光監(jiān)控通路的要求

(1)監(jiān)控通路不限制光放大器的泵浦波長(zhǎng)

(2)監(jiān)控通路不限制光放大器之間的距離

(3)監(jiān)控通路不限制未來在1310nm波長(zhǎng)的業(yè)務(wù)

(4)在光放大器失效時(shí)監(jiān)控通路仍然可用

(5)OSC傳輸是分段的且具有3R功能和雙向傳輸功能

(6)應(yīng)有OSC保護(hù)路由，防止光纖被切斷后監(jiān)控信息不能傳送的嚴(yán)重后果第54頁,共79頁，2024年2月25日，星期天DWDM系統(tǒng)監(jiān)控通道保護(hù)技術(shù)第55頁,共79頁，2024年2月25日，星期天DWDM網(wǎng)管系統(tǒng)第56頁,共79頁，2024年2月25日，星期天光復(fù)用段層(OMS)光通道層(OCH)光傳輸段層(OTS)光傳送網(wǎng)分層結(jié)構(gòu)復(fù)用段層(MS)通道層(PATH)再生段層(RS)SDH分層結(jié)構(gòu)物理層(FIBER)第57頁,共79頁，2024年2月25日，星期天

網(wǎng)元管理系統(tǒng)管理功能：故障管理：進(jìn)行故障診斷、故障定位、故障隔離、 故障改正，以及路徑測(cè)試功能。性能管理：性能參數(shù)監(jiān)視等配置管理：設(shè)置和預(yù)配等安全管理：4級(jí)授權(quán)等獨(dú)立的網(wǎng)元管理功能EM層DWDM的網(wǎng)管應(yīng)與所承載信號(hào)的網(wǎng)管分離開，以增加承載多樣性，發(fā)揮“業(yè)務(wù)透明”的特點(diǎn)。第58頁,共79頁，2024年2月25日，星期天DWDM網(wǎng)管系統(tǒng)示意圖第59頁,共79頁，2024年2月25日，星期天三

DWDM系統(tǒng)設(shè)計(jì)第60頁,共79頁，2024年2月25日，星期天DWDM系統(tǒng)總體考慮色散限制了復(fù)用段的總長(zhǎng)度衰減和光信噪比限制了放大段的長(zhǎng)度（跨距）和跨距段數(shù)。合波器分波器終端站中繼站終端站中繼站第61頁,共79頁，2024年2月25日，星期天n為最大通路數(shù)目W字母表示跨距x表示應(yīng)用代碼中最大允許的光中繼段數(shù)；y

表示通路信號(hào)的最大比特率（STM等級(jí)）:1,4,16,64z表示光纖類型L表示長(zhǎng)距離80kmV表示甚長(zhǎng)距離120kmU表示超長(zhǎng)距離160km2表示G.652光纖3表示G.653光纖5表示G.655光纖

應(yīng)用代碼的構(gòu)成：nWx-y.z

系統(tǒng)應(yīng)用代碼

第62頁,共79頁，2024年2月25日，星期天DWDM應(yīng)用代碼nL8-16.2 (8×80km)nV3-16.2 (3×120km)nV’5-16.2 (5×100km)無在線放大器有在線放大器nL-16.2、nV-16.2、nU-16.2第63頁,共79頁，2024年2月25日，星期天無在線光放大器系統(tǒng)的應(yīng)用代碼第64頁,共79頁，2024年2月25日，星期天有在線光放大器系統(tǒng)和應(yīng)用代碼1)80公里跨距第65頁,共79頁，2024年2月25日，星期天2)120公里跨距第66頁,共79頁，2024年2月25日，星期天

系統(tǒng)衰減范圍

系統(tǒng)目標(biāo)距離的衰減范圍基于光纜在1530-1565nm范圍內(nèi)的衰減系數(shù)為0.28dB/km(包括接頭衰減和光纜富余度）、目標(biāo)距離40km的光纖衰減為11dB的假設(shè)計(jì)算得到的。第67頁,共79頁，2024年2月25日，星期天G.652光纖目標(biāo)距離的最大色散基于色散系數(shù)為20ps/(nm.km)的假設(shè)計(jì)算得到的。第68頁,共79頁，2024年2月25日，星期天3

120km5

80kmOSNR20dB40dB長(zhǎng)跨距劣化OSNR！EDFA光放大器的ASE噪聲第69頁,共79頁，2024年2月25日，星期天DWDM網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)有拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)點(diǎn)到點(diǎn)環(huán)狀12345ABCDE12345ABCDE第70頁,共79頁，2024年2月25日，星期天保護(hù)考慮業(yè)務(wù)信號(hào)的保護(hù)SDH層保護(hù)光層保護(hù)復(fù)用段層、光通道層監(jiān)控信道的保護(hù)（DCN路由）

第71頁,共79頁，2024年2月25日，星期天SDH層保護(hù)ADM

mADMADMADM