OptiX WDM 原理.ppt

OptiXWDM原理,Page1,学习完此课程，您将会：掌握WDM的基本概念及原理、传输方式和基本构成；了解WDM的传输媒介；理解WDM的技术原理和关键技术实现方法；理解WDM的网络单元与影响传输的因素；了解WDM光传输系统的技术规范。,目标,Page2,内容介绍,第1章：波分复用技术概述第2章：WDM传输媒介第3章：WDM关键技术第4章：WDM的网络单元与影响传输因素第5章：WDM光传输系统的技术规范,Page3,WDM技术发展背景,Page4,时分使用更高比特率TDM：STM-1STM-64,空分采用SDM，铺设多芯新光缆(需考虑时间与成本),波分复用（WDM）技术已经成熟，成为很好的扩容方式,怎样增加传输容量,Page5,高速路,加油站,巡逻车,什么是波分复用？,Page6,把不同波长的光信号复用到一根光纤中进行传送的方式统称为波分复用。,WDM概念,Page7,单向波分复用系统采用两根光纤，一根光纤只完成一个方向光信号的传输，反向光信号的传输由另一根光纤来完成。,单向WDM,Page8,双向波分复用系统则只用一根光纤，在一根光纤中实现两个方向光信号的同时传输，两个方向光信号应安排在不同波长上。,光,波,长,复,分,光,波,长,复,分,用,光线路放大,用,器,器,功率,/,前置,放大,功率,/,前置,放大,东向,1,-,N,西向,1,-,N,1547.5,1560.5nm,1527.5,1542.5nm,WDM,耦合器,WDM,耦合器,OSC,1510,nm,OSC,1625nm,双向WDM,Page9,开放式WDM开放式DWDM系统的特点是对复用终端光接口没有特别的要求，只要求这些接口符合ITU-T建议的光接口标准。,集成式WDM集成式DWDM系统没有采用波长转换技术，它要求复用终端的光信号的波长符合DWDM系统的规范，不同的复用终端设备发送不同的符合ITU-T建议的波长，这样他们在接入合波器时就能占据不同的通道，从而完成合波。,WDM应用形式,Page10,N路波长复用的WDM系统的总体结构主要有：光波长转换单元（OTU）；波分复用器：分波/合波器（ODU/OMU）；光放大器（BA/LA/PA）；光/电监控信道（OSC/ESC）。,WDM系统组成,OSC,OSC,OSC,Page11,大容量长距离高速率对数据的“透明”传输系统升级时能最大限度地保护已有的投资高度的组网灵活性、经济性以及可靠性可兼容全光网交换,WDM的优点,WDM的优势,Page12,CWDM（CoarseWavelengthDivisionMultiplex）稀疏波分复用,CWDM与DWDM的区别：CWDM载波通道间距较宽，因此一根光纤上只能复用2到16个左右波长的光信号。CWDM调制激光采用非冷却激光，而DWDM采用的是冷却激光，它需要冷却技术来稳定波长，实现起来难度很大，成本也很高。CWDM避开了这一难点，CWDM系统采用的DFB激光器不需要冷却，因而大幅降低了成本，整个CWDM系统成本只有DWDM的30%。稀疏波分复用系统一般工作在从1260nm到1620nm波段，间隔为20nm，可复用16个信道。1280nm1600nmCWDM目前主要存在以下不足：（1）CWDM在单根光纤上支持的复用波长个数较少，导致日后扩容成本较高；（2）复用器、复用调制器等设备的成本还应进一步降低，这些设备不能只是DWDM相应设备的简单改型。,CWDM简介在同一根光纤中传输的不同波长之间的间距是区分DWDM和CWDM的主要参数,Page13,1）什么是WDM、DWDM以及CWDM？2）简述WDM设备的两种传输方式？3）什么是开放式与集成式系统？4）简述WDM系统的组成？1）把不同波长的光信号复用到一根光纤中进行传送的方式统称为WDM方式。在同一根光纤中传输的不同波长之间的间距如果较小，则为DWDM，带宽利用率高，如果间距较大，则为CWDM。2）单向WDM，单向波分复用系统采用两根光纤，一根光纤只完成一个方向光信号的传输，反向光信号的传输由另一根光纤来完成。双向WDM：双向波分复用系统则只用一根光纤，在一根光纤中实现两个方向光信号的同时传输，两个方向光信号应安排在不同波长上。3）开放式DWDM系统的特点是对复用终端光接口没有特别的要求，只要求这些接口符合ITU-T建议的光接口标准。集成式DWDM系统没有采用波长转换技术，它要求复用终端的光信号的波长符合DWDM系统的规范，不同的复用终端设备发送不同的符合ITU-T建议的波长，这样他们在接入合波器时就能占据不同的通道，从而完成合波。4）主要有：光波长转换单元（OTU）；波分复用器：分波/合波器（ODU/OMU）；光放大器（BA/LA/PA）；光/电监控信道（OSC/ESC）。,问题,Page14,内容介绍,第1章：波分复用技术概述第2章：WDM传输媒介第3章：WDM关键技术第4章：WDM的网络单元与影响传输因素第5章：WDM光传输系统的技术规范,Page15,光纤是由圆柱形玻璃纤芯和玻璃包层构成，最外层是一种弹性耐磨的塑料护套，整根光纤呈圆柱形。,光纤基本特性利用光的全反射,Page16,5dB/km,4dB/km,3dB/km,2dB/km,1dB/km,Attenuation(dB/km),光纤基本特性决定光纤衰减常数的损耗主要是吸收损耗和散射损耗。,光纤的损耗主要取决于吸收损耗、散射损耗、弯曲损耗三种损耗。衰减系数,Page17,光纤中的色散可分为模式色散和色度色散。,由于光源的不同频率（或波长）成分具有不同的群速度，在传输过程中，不同频率的光束的时间延迟不同而产生色散称为色度色散。,光纤基本特性,Page18,色散,对于单模光纤的模式色散指的是偏振模色散。（它是由单模光纤机构上的缺陷和纤芯折射率分部不均匀造成的，对于理想的单模光纤偏振模色散是不存在的。）材料色散由于构成光纤的材料的折射率随传输的光波频率而变化，引起模内不同频率信号的传输速度不同而引起的色散。波导色散由光纤的几何结构所引起的色散。,Page19,色散系数(ps/nmkm),正色散系数G.655光纤,波长(nm)负色散系数G.655光纤,1550,1310,17,1.1550nm波长区具有最小色散和衰减，适合DWDM系统、高速信号传输2.应用：TrueWave真波光纤(正色散区的SPM效应有利于传输)；LEAF-大有效面积光纤（克服非线性效应）,G.652光纤:大量铺设，传高速信号需色散补偿,G.653光纤:1550nm波长区混频严重，不适合DWDM,光纤的种类,Page20,由于单模光纤具有内部损耗低、带宽大、易于升级扩容和成本低的优点，国际上已一致认同DWDM系统将只使用单模光纤作为传输媒质。目前，ITU-T已经在G.652、G.653、G.654和G.655建议中分别定义了4种不同设计的单模光纤。其中G.652光纤是目前已广泛使用的单模光纤，称为1310nm性能最佳的单模光纤，又称为色散未移位的光纤。按纤芯折射率剖面，又可分为匹配包层光纤和下陷包层光纤两类，两者的性能十分相近，前者制造简单，但在1550nm波长区的宏弯损耗和微弯损耗稍大；而后者连接损耗稍大。传输高速信号时需要色散补偿。G.653光纤称为色散移位光纤或1550nm性能最佳光纤。这种光纤通过设计光纤折射率的剖面，使零色散点移到1550nm窗口，从而与光纤的最小衰减窗口获得匹配，使超高速超长距离光纤传输成为可能。在1550nm处混频严重，不适合DWDMG.654光纤是截止波长移位的单模光纤。这类光纤的设计重点是降低1550nm的衰减，其零色散点仍然在1310nm附近，因而1550nm的色散较高，可达18ps/(nm.km)，必须配用单纵模激光器才能消除色散的影响。G.654光纤主要应用于需要很长再生段距离的海底光纤通信。G.655光纤是非零色散移位单模光纤，与G.653光纤相近，从而使1550nm附近保持了一定的色散值，避免在DWDM传输时发生四波混频现象，适合于DWDM系统应用。TrueWave真波光纤(正色散区的SPM效应有利于传输)；LEAF-大有效面积光纤（克服非线性效应）。1.1550nm波长区具有最小色散和衰减，适合DWDM系统、高速信号传输,Page21,光纤的损耗有哪些？吸收损耗、散射损耗、弯曲损耗三种损耗光纤的色散有哪些？模式色散和色度色散光纤的种类有哪些？各自有什么特点？P20,问题,Page22,内容介绍,第1章：波分复用技术概述第2章：WDM传输媒介第3章：WDM关键技术第4章：WDM的网络单元与影响传输因素第5章：WDM光传输系统的技术规范,Page23,WDM系统的关键技术,光电检测器,监控技术,光复用器和光解复用器,光放大器,光源技术,WDM关键技术,多模光纤光源采用LED，单模光纤光源采用LD,Page24,内容介绍,第3章WDM关键技术3.1光源技术3.2光放大器3.3光复用器与解复用器3.4监控技术3.5光电检测器,Page25,1)比较大的色散容纳值；,2)标准而稳定的波长。符合ITU-T,WDM波长要求,WDM的光源要求,Page26,光源的作用是产生激光或荧光，它是组成光纤通信系统的重要器件。目前应用于光纤通信的光源有：半导体激光器LD（LaserDiode）和半导体发光二极管LED（LightEmittingDiode）。LD和LED相比，其主要区别在于，前者发出的是激光，后者发出的是荧光，因此，LED的谱线宽度较宽，调制效率低，与光纤的耦合效率也低；但它的输出特性曲线线性好，使用寿命长，成本低，适用于短距离、小容量的传输系统。而LD一般适用于长距离、大容量的传输系统，在高速率的PDH和SDH设备上被广泛采用。,多模光纤光源采用LED，单模光纤光源采用LD,Page27,1、直接调制光源,2、间接调制光源,电吸收调制光源(EA),马赫-策恩德尔调制光源(M-Z),光源,通信系统广泛使用强制调制直接检波系统，方法分为直接调制光源和间接调制光源,Page28,优点：技术简单、成本较低；缺点：激光器有较大的频率啁啾；适用于短距离传输。,调制电流,直接调制光源,通过调制电流来控制光波波长。由于调制电流的变化引起激光器发光谐振腔长度的变化，引起发射激光的波长随调制电流线性变化，这种变化叫啁啾。啁啾的存在展宽了激光器发射光的带宽，使光谱特性变坏。,Page29,优点：使用EA模块使频率啁啾较低，色散受限距离较长；缺点：技术较复杂。,调制电流,电吸收调制光源（EA）,Page30,优点：可忽略啁啾，色散受限距离很长；缺点：成本高，技术难度大，不便于集成。,调制电流,马赫-策恩德尔调制光源（M-Z）,马赫-策恩德尔调制光源（M-Z）将输入光信号分成两路相等信号分别进入调制器的两路光支路，光支路材料都是光电材料，也就是说其折射率随材料变化，由于折射率的变化使两路光的信号相位变化，变化后的信号在输出端合成，合成的光信号是一路强度大，干净的光信号,Page31,光源比较,Page32,内容介绍,第3章WDM关键技术3.1光源技术3.2光放大器3.3光复用器与解复用器3.4监控技术3.5光电检测器,Page33,光放大器,掺铒光纤放大器(EDFA),拉曼放大器(Raman),半导体光放大器(SOA),遥泵,Page34,光放大器的技术指标：单路或合路光纤最大光功率电平为+17dBm或+20dBm，应保持光接头和光连接器的清洁。光放大器必须有明显的安全标志以确保人身安全。当光纤断开时，应具有泵浦源自动关闭功能或将EDFA输出功率降低到安全功率以内。光放大器光器件（泵浦源）寿命应不小于30万h。,Page35,EDFA组成及原理,Page36,1,增益波长范围固定：只能在1550nm窗口；2.增益带宽不平坦：EDFA的增益带宽很宽，但EFDA本身的增益谱不平坦。在WDM系统中应用时必须采取特殊的技术使其增益平坦。铒离子从稳态跃迁到激发态增大光子能量，从而提高传输距离3.光浪涌问题：采用EDFA可使输入光功率迅速增大，但由于EDFA的动态增益变化较慢，在输入信号能量跳变的瞬间，将产生光浪涌，即输出光功率出现尖峰，尤其是当EDFA级联时，光浪涌现象更为明显。峰值光功率可以达到几瓦，有可能造成O/E变换器和光连接器端面的损坏。,EDFA应用的问题,Page37,EDFA性能参数,Page38,放大器增益不平坦的级联放大,放大器增益平坦的级联放大,EDFA的增益平坦,Page39,EDFA的增益锁定,Page40,SRS(受激拉曼散射)原理，采用分布式放大。,增益谱,拉曼光纤放大器的原理,Page41,其增益波长由泵浦光波长决定；其增益介质为传输光纤本身；噪声指数低。,拉曼光纤放大器的特点,Page42,遥泵系统由终端站点使用的泵浦源单元RPU和线路中间的远端增益单元RGU组成。使用遥泵系统：可以大大延长单跨段无中继传输距离，满足超长距无中继传输的需求，尤其在沙漠，海底等无法设立中继站的情况下，优势更加明显；可以节省光放大站，同时在没有机房的地方无需建设机房，大大节省组网成本；无需在线路中间的增益单元处提供供电和监控；线路中间的增益单元可以免维护，系统可维护性得到提升。,遥泵的特点,Page43,遥泵的组成,遥泵系统的远端增益单元RGU和泵浦单元RPU两者之间通过传输光纤进行连接，在遥泵系统中传输信号光和泵浦光使用同一根光纤。,Page44,内容介绍,第3章WDM关键技术3.1光源技术3.2光放大器3.3光复用器与解复用器3.4监控技术3.5光电检测器,Page45,光复用器和光解复用器,Page46,这类光栅在制造上要求较精密，不适合于大批量生产，因此在实验室的科学研究中应用较多。,光栅型波分复用器,Page47,设计上可以实现结构稳定的小型化器件，信号通带平坦，且与极化无关，插入损耗小，通路间隔度好；通路数不会很多。,介质薄膜型复用器,Page48,优点：波长间隔小、信道数多、通带平坦等优点，非常适合超高速、大容量的DWDM系统。代表了波分复用器件的发展方向。,波导阵列（AWG）型复用器,Page49,内容介绍,第3章WDM关键技术3.1光源技术3.2光放大器3.3光复用器与解复用器3.4监控技术3.5光电检测器,Page50,1）光监控技术（OSC）,2）电监控技术（ESC）,监控技术,Page51,特点：传输有关DWDM系统管理和监控信息工作波长优选1510nm；速率优选2Mb/s，保证不经放大也超长传输；线路编码为CMI，接收侧的灵敏度大于48dBm；对光监控信道的要求：光监控通道不限制未来在1310nm波长的业务；线路放大器失效时光监控通道仍然可用；光监控通道不限制光放大器的泵浦波长；光监控通道不限制两个光线路放大器之间的距离。,光监控技术,Page52,O,M,F,I,U,B,A,P,A,O,D,F,I,U,OSC,信息入,设备中的监控信道,Page53,0时隙:帧定位字节1时隙:E1字节,2时隙:F1字节14时隙：ALC字节,3-13时隙、15时隙:D1D12(数据通信通道),17时隙:F2字节18时隙：F3字节,19时隙:E2字节20时隙：APE字节其余：保留字节,典型OSC信息的帧结构,Page54,波分产品以前对网元进行操作、管理和维护（OAM）都是采用专用的监控信道单板OSC实现。随着城域波分技术的发展，从降低产品成本的角度出发，产品提出了利用固定帧结构业务中的开销字节进行DCC通信的思路，这样就可以直接通过OTU单板的对接实现网元间的通信，这就是电监控信道（ESC）。与OSC不同的是ESC是采用随路的方式，即监控信息随主业务信号一起传送，到对端再将他们分离，这种方式不再另外占用波长资源。,电监控技术ESC,Page55,内容介绍,第3章WDM关键技术3.1光源技术3.2光放大器3.3光复用器与解复用器3.4监控技术3.5光电检测器,Page56,要求：在工作波长范围内有足够高的响应度；在完成光电变换的过程中，引入的附加噪声应尽可能小；响应速度快。线性好及频带宽，使信号失真尽量小；工作稳定可靠。有较好的稳定性及较长的工作寿命；体积小，使用简便。满足上述要求的半导体光检测器主要有两类：PIN光电二极管和雪崩光电二极管（APD）。,光电检测器,Page57,PIN光电二极管:PIN光电二极管是一种半导体器件，其构成是在P型和n型之间夹着本征（轻掺杂）区域。在这个器件反向偏置时，表现出几乎是无穷大的内部阻抗（即像开路一样），输出电流正比于输入光功率。PIN光二极管的价格低，使用简单，但响应慢。雪崩光电二极管(APD):雪崩二极管是利用光生载流子在耗尽区内的雪崩倍增效应，从而产生光电流的倍增作用。所谓雪崩倍增效应是指PN结外加高反向偏压后，在耗尽区内形成一个强电场。当耗尽区吸收光子时，激发出来的光生载流子被强电场加速，以极高的速度与耗尽区的晶格发生碰撞，产生新的光生载流子，并形成链锁反应，从而使光电流在光电二极管内部获得倍增。雪崩二极管的增益和响应速度都优于PIN发光二极管，但其噪声特性差。,光电检测器,Page58,FEC技术,FEC技术简单来说就是一种纠错编码技术，它具有相当强的纠错能力。FEC技术的采用，可以纠正信号传输过程中产生的误码，提高接受端光信号的信噪比容限，延长中继段距离。主要有3种：带内FEC,带外FEC,平行FEC。,Page59,SuperWDM技术,SuperWDM是DWDM产品超长距离传输的解决方案，通过采用SuperCRZ的光源编码和特殊的相位调制技术及合理的色散管理，有效地抑制非线性效应对长距离传输系统的影响，并提高系统对光噪声的容忍程度。使用SuperWDM技术可以在普通的DWDM系统中实现低成本，无需Raman放大的超常距离传输。采用了RZ编码技术，与普通的NRZ编码相比，可以增加信号对噪声的容忍程度，使接收端的光信噪比容限提高36db；采用较大的光谱宽度和特殊的相位调制技术，可以有效降低非线性效应；SuperCRZ编码具有优异的时钟抖动性能和更高的消光比，一定程度上提高了系统的传输性能；在系统中使用SuperCRZ编码技术需要配合良好的色散管理。,Page60,问题,波分设备对光源有什么要求？比较大的色散容纳值；标准而稳定的波长。波分设备光放大器有哪几种？请简述EDFA的增益平坦和增益锁定功能。波分的光复用器与解复用器有哪些类型？波分系统有哪几类监控技术？有什么联系与区别？波分设备的光电检测器件有哪些种类？什么是FEC技术？什么是SuperWDM技术？,Page61,内容介绍,第1章：波分复用技术概述第2章：WDM传输媒介第3章：WDM关键技术第4章：WDM的网络单元与影响传输因素第5章：WDM光传输系统的技术规范,Page62,WDM网元有如下5种类型:光终端复用设备OTM(OpticalTerminalMultiplexer)光线路放大设备OLA(OpticalLineAmplifier)光分插复用设备OADM(OpticalAdd/DropMulitiplexer)光均衡设备OEQ(OpticalEqualizer)电中继设备REG(Regenerator),WDM的网络单元,Page63,WDM的组网形式点对点,OTM,OLA,OLA,OTM,Page64,WDM的组网形式链型,OTM,OTM,OADM,Page65,WDM的组网形式环形,Page66,影响波分传输系统主要有3个因素：衰耗、色散及信噪比，单通道达到10G以上速率，事实上还应该考虑非线性等其它因素。实际工程调测中需要综合考虑以上几个因素。衰耗：采用掺饵光纤放大器（EDFA）以及RAMAN放大器解决衰耗过大问题色散：采用色散容限较大的光模块，采用DCM（DCU）、色散均衡（DSE）信噪比：采用噪声系数较小的光放，提高输出光功率，采用输出光功率较大的光放非线性：限制输出发送光功率，如果使用高光功率输出光放，限制跨断数,影响WDM传输的因素：衰耗、色散、信噪比,Page67,问题,波分的站点类型有哪些？如何区分？OTM光终端设备,OADM光分插复用设备,REG光中继设备,OLA光线路放大设备,OEQ光均衡设备。波分设备支持哪些组网形式？实际应用中那个组网方式最多？点对点，链行，环形。点对点，环形应用较多影响波分设备传输的因素有哪些？如何解决？影响波分传输系统主要有3个因素：衰耗、色散及信噪比，单通道达到10G以上速率，事实上还应该考虑非线性等其它因素。实际工程调测中需要综