1-WDM_原理培训PPT课件

1、Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. WDM 原理培训Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page2前言lWDM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。 Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page3目录 系统概述系统概

2、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 Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page4系统扩容解决方案系统扩容解决方案 nSDMn铺设新光缆n时间与成本nTDMn更高的比特速率nSTM-16 STM-64n成本与复杂度nWDM n经济经济n快速快速n成熟成熟如何增加网络容量？Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page5什么是波分复用？高速公路加油站巡逻车Co

3、pyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page6WDM的定义121 2 nnSDH signalIP packageATM cellsl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（ Wavelength Division Multiplexing ）Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page7l N路波长复用的路波长复用的WDM系统的总体结构主要有：系统的总体结构主要有：p 光

4、波长转换单元（OTU）；p 波分复用器：分波/合波器（ODU/OMU）；p 光放大器（BA/LA/PA）；p 光/电监控信道（OSC/ESC）。WDM的系统结构OTUOTUOTUOMUODUOTUOTUOTUOSCOSCOSCLABAPACopyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page8传输模式l单纤单向M40M40MUXDEMUXOTUOTUl 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。 Copyright 2006 Huawei Techn

5、ologies Co., Ltd. All rights reserved. Page9M40M40MUX/DEMUXDEMUX/MUX传输模式l单纤双向OTUOTUl 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。Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page10应用模式l开放式系统M40M40MUXDEMUXOTUOTU客户设备客户设备客户设备客户设备开放式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

6、 建议的光接口标准。Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page11应用模式l集成式系统M40M40MUXDEMUX客户设备客户设备客户设备客户设备集成式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。Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page12WDM的优

7、势l超大容量l高速率l数据透明传输l长距离传输l灵活组网l经济性和可靠性l平滑扩容能力Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page13CWDM 与 DWDMlCWDM: 稀疏波分复用p相邻两波间隔：20nmlDWDM: 密集波分复用p相邻两波间隔：25GHz扩展C波段 192个波长, 通道间隔25GHz196.05THz192.125THzC 波段 160个波长192.05THz扩展32个波长191.275THzITU-T G.694.1Copyright 2006 Huawei Technolog

8、ies Co., Ltd. All rights reserved. Page14pCWDM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。pCWDM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%。 p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。CWDMCWDM与与DWDMDWDM的区别的区别：Copyright 2006 Huawei T

9、echnologies Co., Ltd. All rights reserved. Page15DWDM的波长分配l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l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Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page16目录 系统概述 WDM的传输媒质的传输媒质 WDM中的关键技术 WDM的系统受限因素 WDM的相关技术规范 Copyright 2006 Huawei Technologies Co.

10、, Ltd. All rights reserved. Page17光纤的损耗特性l光纤的损耗主要包含：p吸收损耗吸收损耗: 制造光纤的材料本身造成的，其中的过量金属杂质和氢氧根OH-离子对光的吸收而产生的损耗。p散射损耗散射损耗: 由于光纤材料密度的微观变化使得光纤中出现一些折射率分布不均匀的局部区域，从而引起光的散射,将一部分光功率散射到光纤外部引起损耗。p弯曲损耗: 光纤的弯曲会引起弯曲损耗；l光纤损耗计算公式为:p光纤损耗光纤损耗(dB) = 光纤长度光纤长度(Km) * 光纤损耗系数光纤损耗系数(dB/Km)Copyright 2006 Huawei Technologies Co.

11、, Ltd. All rights reserved. Page18常规光纤的损耗系数-波长曲线图9001300 1400 15001600 1700nmdB/km231451200Multi-mode （850900nm）ObandES CLUOH-u 波带不同，损耗系数不同u 1380nm附近由于氢氧根粒子吸收，光纤损耗急剧加大，俗称水峰u 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Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page19波段划分波段波段说明说明范围（范围（nm）带宽（带宽

12、（nm）O波段原始12601360100E波段扩波段短波长1460152565C波段波段常规波长常规波长1525156540L波段波段长波长长波长1565162560U波段超长波长1625167550因为因为C波段和波段和L波段这两个传输窗口的传输衰耗最小，所以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系统中信号光选择在C波段和波段和L波段。波段。粗波分由于传输距离短，衰耗并非主要限制因素，所以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（系统中信号光跨越多个波段（13111611nm）。）。Copyright

13、 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page20l 光纤中的色散可分为模式色散和色度色散。 l光脉冲中的不同频率或模式在光纤中的群速度不同，因而这些频率成分和模式到达光纤终端有先有后，使得光脉冲发生展宽，这就是光纤的色散。 光纤的色散特性Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page21色度色散l脉冲展宽，引起码间干扰l色散 (ps/nm) = 距离L(Km)*色散系数D(ps/nm.km)时间时间功率功率光脉冲信号光脉冲信

14、号传送传送L1 (km)传送传送L2 (km)L2 (km)Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page22单模光纤种类划分 类型类型 定义定义 适用范围适用范围 主要指标主要指标G.652标准单模光纤（SMF），是指色散零点（即色散为零的波长）在1310nm附近的光纤。SDH系统、DWDM系统均可。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：零色散波长的允许范围是1300

15、nm到1324nm。在1550nm窗口的色散系数是正的。在波长1550nm处，色散系数D的典型值是17ps/nm-km，最大值一般不超过20ps/nm-km；G.653色散位移光纤（DSF），零色散点在1550nm附近，它相对于标准单模光纤（G.652），色散零点发生了移动。SDH系统可以，DWDM一般不采用。衰减：1310nm波段：0.55dB/km，目前没有掌握典型值数据。1550nm波段：0.35dB/km，目前一般在0.19-0.25dB/km；色散：G.653的零色散波长在1550nm附近，在1525-1575nm范围内，最大色散系数是3.5ps/nm-km，在1550nm窗口，特别

16、是在C_band，色散位移光纤的色散系数太小或可能为零；G.654 截止波长移位的单模光纤。重点是降低1550nm的衰减，其零色散点仍然在1310nm附近 海缆衰减：在1550nm波段：0.20dB/km，目前一般在0.15-0.19dB/km。色散：G.654的零色散波长在1310nm附近，在1550nm窗口，G.654光纤的色散系数小于20 ps/(nm.km) G.655非零色散位移光纤（NZDSF），将色散零点的位置从1550nm附近移开一定波长数，使色散零点不在1550nm附近的DWDM工作波长范围内。SDH/DWDM系统均可，但更适合DWDM系统的传送。衰减：1310nm波段：IT

17、U-T无规定。1550nm波段：0.35dB/km，目前一般在0.19-0.25dB/km。色散：当1530nm 1565nn，0.1ps/nm-km |D()| 6.0 ps/nm-km；655光纤色散系数没有典型值，因厂家而异，常见的有4.5ps/nm.km和6pm/nm.km。需要实地确认。Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page23光纤的非线性效应p受激拉曼散射SRSp受激布里渊散射SBSp自相位调制SPMp交叉相位调制XPMp四波混频FWM从本质上讲，所有介质都是非线性的，只是一般情况

18、下非线性特征很小，难以表现出来。当光纤的入纤功率不大时，光纤呈现线性特征，当光放大器和高功率激光器在光纤通信系统中使用后，光纤的非线性特征愈来愈显著。原因是在单模光纤指的光信号被约束的模场内，而单模光纤有效面积非常小,因而光功率密度非常高，低损耗又使得高光功率可以维持很长的距离。Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page24问题l光纤中的衰耗区间是如何分布的？l光纤的传输特性有哪些？lG.652、G.653、G.654、G.655 光纤的特性分别是什么?l非线性效应有哪些种类，其产生的机理和影响是

19、什么？Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page25目录 系统概述 WDM的传输媒质 WDM中的关键技术中的关键技术 WDM的系统受限因素 WDM的相关技术规范 Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page26WDM中的关键技术l光源、接收机光源、接收机l光放大器技术光放大器技术l纠错编码、监控技术纠错编码、监控技术关键技术关键技术l光复用器与解复用器光复用器与解复用器Copyright 2006 Hu

20、awei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page27WDM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Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page28波长可调谐技术l波长可调的原理p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；p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。l波长可调带来的好处p降低备件库存p灵活组网

21、Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page29码型技术l实现简单、成本低、技术成熟l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 l普遍应用于中短距离DWDM传输系统中传统码型技术（传统码型技术（NRZ）新的码型技术新的码型技术l降低OSNR容限l增加色散容限、PDM容限l抑制光纤非线性效应导致的脉冲畸变l用于长距DWDM传输系统lCRZ、DRZ、ODB、DQPSKCopyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights re

22、served. Page30接收机PINPIN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APDAPD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Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page31FEC技术l前向纠错编码技术：p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p降低接收机的OSNR容限要求，降低的OSNR容限称为“编码增益”p编码增益越强，表示FEC的纠错能力越强lF

23、EC技术的种类p带内FEC，ITU-T G.707标准支持，编码增益：34dBp带外FEC，ITU-T G.975/709标准支持，编码增益：56dBp超强FEC，目前无统一标准，编码增益最高：79dBCopyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page32光放大器EDFARFA拉曼光纤放大器掺饵光纤放大器光放 Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page33EDFA的特性p增益谱与低损耗区间一致p高效率能量转换

24、p高增益、低串扰p良好的增益稳定性p增益区间固定受限 p增益不平坦性p光浪涌问题优点优点缺点缺点Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page34拉曼放大器l 受激拉曼散射（SRS：Stimulated Raman Scattering）PumpGain30nm 13.2THz (70100nm) Pump370100nm30nmGainPump2Pump1Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page35拉

25、曼放大器的特性p灵活的增益区间p结构简单 p利用了非线性效应p低噪声特性p高泵浦功率p低能量转换效率p成本较高优点优点缺点缺点Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page36光放大器的应用BA功率放大器功率放大器LA线路放大器线路放大器PA前置放大器前置放大器M40OTUOTUM40M40OTUOTUM40MUXDMUXOAOAOACopyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page37光复用器与解复用器复用器复

26、用器fiber解复用器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Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page38分插复用器（OADM）l分插复用器分为两类pFOADM：固定OADM（串联、并联、串并混合）pROADM：可重构OADM（广播和选择型、解复用与交换/复用型）Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Pa

27、ge39监控技术OSC光监控技术ESC电监控技术Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page40光监控通道l对光监控的要求： p不应限制OA上的泵浦光波长；p不应限制未来1310nm波长的业务；pOA失效时仍有效；p可超长传输；具有分段双向传输功能。M40M40FIUOTU1OTU2OTU3OTU4OTU1OTU2OTU3OTU4FIUOSCOSCS SC CC CS SC CC CCopyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights res

28、erved. Page41OSC帧结构TS0FA 定帧字节TS17F2 字节TS1E1 字节TS18F3 字节TS2F1 字节TS19E2 字节TS14ALC 字节Others保留TS3-TS13, TS15D1-D12 字节TS0TS1TS2TS3TS14TS15TS16TS31Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page42电监控信道l特点：p 结构简单，成本低；p 支持冗余备份；p 改善光功率预算；p 降低系统复杂度。M40M40OTU1OTU2OTU3OTU4OTU1OTU2OTU3OTU4

29、S SC CC CS SC CC CCopyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page43目录 系统概述 WDM的传输媒质 WDM中的关键技术 WDM的系统受限因素的系统受限因素 WDM的相关技术规范 Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page44WDM的受限因素光功率光功率 色散色散光信噪比光信噪比 DHD JGDJ D JWDM 网络网络非线性效应非线性效应受限因素受限因素Copyright 2006 Huawei Technologies Co., Ltd. All rights reserved. Page45光功率预算l光纤损耗 (dB) = P输出 (dBm) - P输入 (dBm) = 距离 (km) x a (dB/km)pa：损耗系数n在1550nm窗口，G.652和G.655光纤的损耗系数：a = 0.22dB/kmSRP输出输出