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WDM原理培训,Page2,前言,WDM技术是一种比较先进的光纤通信新技术，并且相对成熟，已经进入到商用阶段，通过本课程的学习，使我们对于WDM的原理有一个基本的了解和认识。,Page3,课程目标,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；掌握WDM的技术原理和关键技术实现方法；掌握WDM的受限因素及解决办法；了解WDM光传输系统的技术规范。,Page4,目录,系统概述WDM的传输媒质WDM中的关键技术WDM的系统受限因素WDM的相关技术规范,Page5,系统扩容解决方案,SDM铺设新光缆时间与成本,TDM更高的比特速率STM-16STM-64成本与复杂度,WDM经济快速成熟,如何增加网络容量？,Page6,什么是波分复用？,高速公路,加油站,巡逻车,Page7,WDM的定义,把不同波长的光信号复用到同一根光纤中进行传送，这种方式我们把它叫做波分复用（WavelengthDivisionMultiplexing）,Page8,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的系统结构,Page9,传输模式,单纤单向,MUX,DEMUX,OTU,OTU,Page10,MUX/DEMUX,DEMUX/MUX,传输模式,单纤双向,OTU,OTU,Page11,应用模式,开放式系统,MUX,DEMUX,OTU,OTU,客户设备,客户设备,Page12,应用模式,集成式系统,MUX,DEMUX,客户设备,客户设备,Page13,WDM的优势,超大容量数据透明传输长距离传输兼容已有光纤灵活组网经济性和可靠性平滑扩容能力,Page14,CWDM与DWDM,CWDM:稀疏波分复用相邻两波间隔：20nmDWDM:密集波分复用相邻两波间隔：25GHz,Page15,DWDM的波长分配,标称中心频率指的是光波分复用系统中每个通路对应的中心波长参考频率为193.1THz，通道最小间隔为100GHz、50GHz或者25GHZ的频率间隔系列,Page16,Questions,什么是WDM,DWDM和CWDM?两种传输模式的差别两种应用模式的差别WDM系统的结构,Page17,WDM,DWDM和CWDMWDM系统结构WDM系统的传输模式和应用模式,小结,Page18,目录,系统概述WDM的传输媒质WDM中的关键技术WDM的系统受限因素WDM的相关技术规范,Page19,光纤的结构,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。,Page20,光纤的传输特性,损耗色散非线性,Page21,光纤的损耗特性,光纤的损耗主要包含：吸收损耗散射损耗弯曲损耗光纤损耗计算公式为:光纤损耗(dB)=光纤长度(Km)*光纤损耗系数(dB/Km),Page22,常规光纤的损耗系数-波长曲线图,波带不同，损耗系数不同1380nm附近由于氢氧根粒子吸收，光纤损耗急剧加大，俗称水峰容易看出，在OU这六个波段中，C波段和L波段损耗系数最小,Page23,波段划分,因为C波段和L波段这两个传输窗口的传输衰耗最小，所以DWDM系统中信号光选择在C波段和L波段。粗波分由于传输距离短，衰耗并非主要限制因素，所以CWDM系统中信号光跨越多个波段（13111611nm）。,Page24,光纤中的色散可分为模式色散色度色散偏振模色散色散：由于光纤所传送信号的不同频率成分或不同模式成分的群速度不同，而引起传输信号畸变的一种物理现象。,光纤的色散特性,Page25,色度色散,脉冲展宽，引起码间干扰色散(ps/nm)=距离L(Km)*色散系数D(ps/nm.km),时间,功率,光脉冲信号,传送L1(km),传送L2(km),Page26,偏振模色散,脉冲展宽，引起码间干扰PMD系数DGD：ps/(Km)1/2,Page27,单模光纤种类划分,Page28,不同光纤的色散系数曲线,G.652:国内大规模使用，具有1310nm零色散特性.,G.653:1550nm零色散特性，FWM现象严重.,G.655:1550nm少量色散，有效控制非线性效应,Page29,光纤的非线性效应,受激拉曼散射SRS受激布里渊散射SBS自相位调制SPM交叉相位调制XPM四波混频FWM,Page30,SRS,短波长泵浦长波长,对系统的影响：引起信道功率失衡引起信道间的拉曼串扰,输入,输出,Page31,SBS,是一种当达到门限功率水平时，信号产生向信号相反方向传播的受激发射的非线性现象SBS的功率阈值门限：单波长信道9dBm,对系统的影响：大于一定值时，引起强烈背向散射，叠加强度噪声。,Page32,XPM/SPM,自相位调制（SPM）相位随光强而变化，转化为波形畸变影响随该通道注入光纤的光功率增大而增大，随光纤及传输段而积累。交叉相位调制（XPM）相位受到其它其它信道的调制，经光纤色散转化引起强度噪声。增加信道间隔,可以抑制XPM。,Page33,FWM,定义：两个或三个不同波长的光波相互作用而导致在其它波长上产生混频成分，或在边带上产生新的光波效应。,产生的影响：当FWM产生的新频率落入信道带宽范围内时，会引起信道强度起伏和信道间串扰。产生的因素：色散、信道数、信道间隔、信号功率,Page34,非线性效应,非线性效应一旦产生，就无法消除或补偿，必须尽量防止其产生！,Page35,问题,光纤中的衰耗区间是如何分布的？光纤的传输特性有哪些？G.652、G.653、G.654、G.655光纤的特性分别是什么?非线性效应有哪些种类，其产生的机理和影响是什么？,Page36,光纤的结构光纤的类型光纤的特性衰耗色散非线性,小结,Page37,目录,系统概述WDM的传输媒质WDM中的关键技术WDM的系统受限因素WDM的相关技术规范,Page38,WDM中的关键技术,Page39,WDM对于光源的要求,1,较大的色散容限,2,输出标准且稳定的波长,Page40,直接调制,Page41,电吸收(EA)调制,Page42,马赫-策恩德尔(M-Z)调制,Page43,几种调制技术的对比,Page44,波长可调谐技术,波长可调的原理半导体材料的折射率和最大增益对应的波长容易随温度、压力、载流子浓度、电场强度等变化而改变，因此改变这些因素可以实现波长可调；将温度、载流子浓度改变和MEMS、微电子、光波导等技术相结合就产生了多样的可调谐技术。波长可调带来的好处降低备件库存灵活组网,Page45,波长可调谐光源分类,按可调波长数分有4波、8波、20波、40波、80波、160波按频率间隔分100G、50G、25G按外形和结构分Laser形：外形和普通激光器相似模块式：可调laserlocker控制电路按厂家Fujitsu、ioLon、Agility、Intel、BandWidth9、PrincetonOptronics、Bookham、GTRAN、QDI、Santur、Vitesse等,Page46,波长可调谐技术,ThermallytunesingleDFB(3nmtuning)TunableDBRSGDBR(egAgility)GCSR(egAltitun)Externalcavity(Iolon)IntegratedDFB(NEC)ElectricallypumpedMEMs-VCSEL(BW9)OpticallypumpedMEMs-VCSEL(Coretek)MEMs-DFBarray(Santur),Page47,码型技术,实现简单、成本低、技术成熟码元过渡不归零，对传输损伤敏感，不适于高速超长距离DWDM传输普遍应用于中短距离DWDM传输系统中,传统码型技术（NRZ）,新的码型技术,降低OSNR容限增加色散容限、PDM容限抑制光纤非线性效应导致的脉冲畸变用于长距DWDM传输系统CRZ、DRZ、ODB、DQPSK,Page48,10G速率常见码型技术比较,Page49,主流40G码型技术比较,Page50,接收机,PIN,PIN管由于其灵敏度比较低（一般为-20dBm左右）、过载点比较高（一般为0dBm左右）适用于短距离传送,APD,APD管由于其灵敏度比较高（一般为-28dBm左右）、过载点比较低（一般为-9dBm左右），适用于长距离传送,Page51,FEC技术,前向纠错编码技术：发端加入冗余纠错码，收端进行解码纠错，消除线路产生的误码降低接收机的OSNR容限要求，降低的OSNR容限称为“编码增益”编码增益越强，表示FEC的纠错能力越强FEC技术的种类带内FEC，ITU-TG.707标准支持，编码增益：34dB带外FEC，ITU-TG.975/709标准支持，编码增益：56dB超强FEC，目前无统一标准，编码增益最高：79dB,Page52,光放大器,EDFA,RFA,拉曼光纤放大器,掺饵光纤放大器,光放,Page53,掺饵光纤放大器,Page54,EDFA的结构,耦合器,掺铒光纤,隔离器,泵浦源,隔离器,光电检测PIN,信号输入,信号输出,光电检测PIN,Page55,EDFA的特性,增益谱与低损耗区间一致高效率能量转换高增益、低串扰良好的增益稳定性,增益区间固定受限增益不平坦性光浪涌问题,优点,缺点,Page56,自动增益控制(AGC),Pin,Pout,增益,增益保持不变,Page57,EDFA的主要性能参数,自发辐射噪声（ASE）噪声系数NF=（S/N）in/（S/N）out3dB增益G=10lg（Pout/Pin）（dB）增益平坦度-增益均衡带宽,Page58,拉曼放大器,受激拉曼散射（SRS：StimulatedRamanScattering）,Page59,拉曼放大器的特性,灵活的增益区间结构简单利用了非线性效应低噪声特性,高泵浦功率低能量转换效率成本较高,优点,缺点,Page60,光放大器的应用,Page61,光复用器与解复用器,光波分复用解复用技术：衍射光栅技术介质薄膜技术耦合技术阵列波导技术,光波分复用解复用主要参数：插入损耗通道隔离度通道带宽偏振相关损耗,Page62,衍射光栅型,输入光（1，2.8),12378,自聚焦透镜,光栅,Page63,1-4,4,2,3,自聚焦透镜,1滤波器,3滤波器,玻璃,1,介质薄膜滤波器（TFF）,Page64,耦合型复用器,IN,OUT,123456。.。13141516,Page65,波导阵列光栅（AWG）,Page66,梳状滤波器(Interleave),把一列频率间隔为f的信号分成两列频率间隔为2f的信号，分别从两个信道输出用于实现信道间隔更密集的波分复用、解复用,25/50GHz,50/100GHz,50/100GHz,Page67,分插复用器（OADM）,分插复用器分为两类FOADM：固定OADM（串联、并联、串并混合）ROADM：可重构OADM（广播和选择型、解复用与交换/复用型）,Page68,FOADM,低成本结构简单最大16波上下,FOADMI,多层介质膜技术串行OADM,FOADMII,AWG技术并行OADM,支持在线升级100业务上下,EREG,Page69,ROADM：广播和选择型,输入信号从左侧进入，经分波器分为两路（即广播）向下的一路经某种器件组（如可调滤波器）选择，将选定的信号下路直通的一路经WB选择过滤，与上路信号经耦合后输出,Page70,ROADM：解复用与交换/复用型,所有输入的波长都被解复用，然后交叉到适当的输出口（下路或直通）再组合。,Page71,监控技术,OSC,光监控技术,ESC,电监控技术,Page72,光监控通道,对光监控的要求：不应限制OA上的泵浦光波长；不应限制未来1310nm波长的业务；OA失效时仍有效；可超长传输；具有分段双向传输功能。,采用1510/1625nm波长信号速率为2.048Mb/s接收机灵敏度：-48dBm信号码型:CMI信号发送功率:0-7dBm,Page73,OSC帧结构,Page74,电监控信道,特点：结构简单，成本低；支持冗余备份；改善光功率预算；降低系统复杂度。,Page75,问题,EA调制光源的机理是什么？适用于波分系统的光复用器的类型分别有哪几种？EDFA和Raman光放大器的区别是什么?DRZ比NRZ的优势何在？FEC可分为几类？OSC信号的工作波长和比特速率是多少？,Page76,光源、接收机技术码型和编码技术光放大器技术光复用器与解复用器技术监控技术,小结,Page77,目录,系统概述WDM的传输媒质WDM中的关键技术WDM的系统受限因素WDM的相关技术规范,Page78,WDM的受限因素,Page79,光功率预算,光纤损耗(dB)=P输出(dBm)-P输入(dBm)=距离(km)xa(dB/km)a：损耗系数在1550nm窗口，G.652和G.655光纤的损耗系数：a=0.22dB/km,P输出,P输入,距离L(km),Page80,功率问题,光放大器技术降低系统插损,Page81,色散,色度色散（ps/nm）=距离（km）x色散系数（ps/nm.km）G.652光纤：色散系数=17ps/nm.kmG.655光纤：色散系数=4.5ps/nm.km实际工程中主要考虑色度色散。在长距离传输的情况下，采用色散补偿模块（DCM