WDM原理基础知识介绍.ppt

1、7/3/2020，WDM原理基础知识，光网络产品服务杨明张42198， 了解Page 2、WDM的基本概念、基本原理、结构掌握WDDM传输媒体的关键技术是了解WDDM的限制因素和解决方法，将华分为波长的典型网络，学习目标，完成本课程，Page 3， 课程内容第一章波分复用技术概要第二章WDM的传输媒体第三章WDDM的重要技术第四章WDDM系统限制因素第五章采用典型的网络信号流、Page 4、WDM的背景、SDM，铺设多芯的新光缆(需要考虑时间和成本)，更高比STM-1-STM-64，在一根光纤上传输多个信号，各种新业务蓬勃发展，所需带宽越来越大，如何提高传输容量，Page 5、WDM是什么？

2、推车/信号高速公路/光纤加油站/工作站巡逻车/监视通道、2.5G、10G、GE、Page 6、将不同波长的光信号复用到同一光纤上进行传输的方式称为波分复用。 另外，WDM的概念、稀疏波分复用(CWDM ) :波长间隔大，一般20nm密集波分复用(DWDM ) :波长间隔小，在0.8nm以下，从实现针对Page 7、WDM的波长的要求技术的观点出发，各制造商能够选择任意的波长进行波分复用的技术互换性的观点出发， 我们必须用ITU-T来标准化WDM系统中的光波长的规定G.692建议、G.694.1建议， G.694.2建议=”波长频率分配表WDM中的光的波长采用两根光纤，分别为Page 8、WDM

3、的典型模型、Page 9、双光纤单向波分复用系统必须严格遵守波长频率分配表双光纤单向WDM、Page 10、单光纤双向波分复用系统仅用一根光纤，在该光纤中同时实现双向信号的传输。 在单光纤双向波分复用方式中，两个方向的信号光需要配置在不同的波长上。 单光纤双向WDM、Page 11、WDM系统划分、开放WDM系统在终端多路复用设备中具有光接口转换功能，并且可以与哪个制造商的SDH设备对接。 集成型WDM系统在终端多路复用装置上不具备光接口变换功能，SDH装置中的光发送单元的性能必须满足波长精度、分光特性、发送光功率等波长系统的要求。 半开放WDM系统在终端多路复用设备中的信源具有光接口转换功能

4、，并可以与任何制造商的SDH设备对接。 第12页， OTU :从非标准波长信号光向相当于G.694.1(2)的标准波长信号光的波长变换功能om/od :相当于G.694.1(2)的固定波长信号光的合波/分波OA: BA (放大器):通过提高合波后的光信号功率，生成各波长的输出光功率PA (预播放：通过提高输入合波信号的光功率，完成对各波长的接收灵敏度LA (上行):合波信号的纯粹的光中继放大处理的OSC:通常采用1510nm和1625nm，负责网络整体的监视数据传输。 (后来ESC技术登场，用OTU光信号直接携带监视信息，用ESC方式不需要OSC，但OTU要求支持ESC功能)，开放式WDM系统

5、的构成，Page 13，本章的总结，什么是WDM？ WDM对波长有什么样的要求？ WDM可以分为哪种类型？ 开放WDM系统是由哪些部分组成的？ 各部分的作用是什么？Page 14，课程内容，第一章波分复用技术概要第二章WDM的传输媒体第三章WDM的重要技术第四章WDM系统限制因素第五章典型的网络信号的流动，Page 15，光在光纤中传输的原理，n1sin1=n2sin2sinc 折射定律和全反射定律、Page 16、光纤结构、光纤结构、光纤芯的折射率n1和包层的折射率n2有多大？ 此外，Page 17、单模/多模光纤根据芯径的粗细不同，光纤中的传输模式的数量多少不同。因此，光纤根据传输模式的数

6、量分为单模光纤和多模光纤：在光纤芯的几何尺寸远远大于光波的波长的情况下，光在波导光纤中以数十种以上的传播模式传播，这种光纤为多模光纤如果多模光纤的芯径粗，通常直径为50um左右的光纤的几何尺寸与光波的长度匹敌，即光纤芯的几何尺寸与光信号的波长大不相同，则光纤只能以一种模式传播，剩馀的高阶模式全部被切断，由此单模光纤的芯径细，从通常直径为510um的光纤的外观来看，两种光纤的差异不大，包含塑料护套的光纤的直径都小于1mm的波长分割系统中使用的是单模光纤光纤的损耗限制了光信号的传播距离。 光纤的损失主要包括吸收损失、散射损失、弯曲损失三种损失。 光纤的吸收损失是制造光纤的材料本身引起的，包括紫外吸

7、收、红外吸收和杂质吸收在内的材料的不均匀使光散射引起的损失称为瑞利散射损失。 瑞利散射损失是光纤材料二氧化硅的固有损失，光纤的弯曲引起放射损失，决定光纤的衰减常数的损失主要是吸收损失和散射损失，Page 19，通常的光纤损失是根据波长而变化的曲线图，波长不同， 在损失为1380nm附近，由于氢氧化物粒子的吸收，光纤损失急剧变大，可以看出，通称水峰ITU-T，单模光纤在1260nm以上的频带中容易分为o、e、s、c、l、u几个频带，在这6个频带中c 在WDM中，信号窗的范围是c波段和l波段的两个传输窗口的传输损失最小，因此在DWDM系统中，信号光被选择为c波段和l波段。 由于粗波长分量传输距离短

8、，因此衰减不是主要的限制因素，因此，在CWDM系统中，信号光跨越多个频带(13111611nm )。 另外，由于Page 21、光纤中的色散特性、光脉冲中的不同频率或模式的光纤中的群速度不同，所以在这些频率成分和模式到达光纤终端之前，光脉冲变宽，这是光纤的色散。 光纤的色散可以分为模式色散、色度色散和偏振模色散：模式色散也称为模式间色散，模式色散主要存在于多模光纤中的色度色散(CD )也称为模式内色散，可以分为材料色散和波导色散的偏振模色散(PMD )。 因为信号光的两个正交偏振状态在光纤中具有不同的传播速度，所以偏振模式色散由随机因素来产生，所以是随机的量，并且难以补偿的色度色散系数以将单位

9、波长间隔内的光波长信号通过单位长度的光纤产生的延迟差来表示偏振模式色散系数表示为PMDQ，并且该单位由ps/km (n是1/2 )、Page 22、色度色散的影响、以及TDM的观点来表示，色散引起码间干扰。 光源具有非零频谱宽度，光源输出的光信号通过电脉冲进行强度调制，调制信号具有调制光源的波长成分。 由于各波长成分的到达时间前后不一致，所以光脉冲变长(tt )，将其称为脉冲宽度。 光脉冲传输的距离越远，脉冲宽度越大。 脉冲的扩散把前后的光脉冲重叠称为符号间干涉。 码间干扰引起错误，限制传输的码速率和传输距离。 在WDM方面，色度色散有利于克服由光纤的非线性导致的信道间干扰，例如FWM和XPM

10、。 有必要辩证地看色度色散的影响。 此外，Page 23，偏振模式色散(PMD )由于信号光的两个正交偏振状态在光纤中具有不同传播速度而被称为偏振模式色散，这也是光纤的重要参数之一。 因为引起偏振模式色散的因素是随机产生的，所以偏振模式色散是随机的量。PMD具有与色度色散相同的影响：脉冲扩散、Page 24、光纤的截止波长、截止波长：单模光纤中的光信号可以以单模传播的最小波长； 如果实际光的波长小于截止波长，则实际的系统光缆的最短光缆长度的截止波长小于系统的最低工作波长，以避免在单模光纤中传播多模式，表现多模型性的模式噪声和模式色散截止波长条件是一种在最短光纤线缆长度下可以确保单模传输，可以抑

11、制高阶模式的产生，或者可以将所产生的高阶模式噪声功率成本降低到完全可以忽略的程度的G.652光纤的22米长的光缆220米长的跨接光纤的截止波长1260 nm，短于2米的跨接光纤的截止波长1250nm； G.655光纤用22米长光缆的截止波长1480 nm，比2米长光缆短的一次涂布光纤的截止波长为1470nm以下，用220米长光缆的截止波长1480 nm 在Page 25、光纤的模场直径、光纤中，光能不完全集中地传递到芯，一部分能量传递到包层，芯的直径不能反映光能在光纤中的分布，因此提出了模场直径的概念。 所谓模场直径，是描述单模光纤中的光能集中程度的参数模场直径越小，通过光纤截面的能量密度越大

12、。 通过光纤的能量密度过大，会引起光纤的非线性效应，系统的信噪比降低，对系统的性能影响很大。 想一想：这个值越大越好还是越小越好，虽然Page 26本质上所有媒体都是非线性的，但是一般来说非线性特征较小，很难表达。 当光纤的输入光纤功率不大时，光纤呈现线性特性，在光纤通信系统中使用了光放大器和高功率激光器之后，光纤的非线性特性越来越显着的单模光纤的非线性效应通常是感应非弹性散射如果产生非线性效应，则无法消除或补偿，因此如果使用必须尽可能防止非线性效应的产生的模场直径大的光纤，则能够降低通过光纤的功率密度，能够抑制非线性效应的产生。 最重要的是，降低入射光的功率，采用大有效面积的光纤，可以防止非

13、线性效应的发生。 非线性效应与方差有关，方差越小并不是越好。 单模光纤的非线性效应，Page 27、ITU-T已经在G.652、G.653、G.654和G.655的提案中分别定义了4种不同设计的单模光纤，下表：g.652/g.653/g . 区分G.653/G.655单模光纤的各自特征，在、色散系数(ps/nmkm )、正色散系数G.655光纤、波长(nm )、1550、1310、17、1.1550nm的波长域中具有最小色散和衰减LEAF-最大有效面积光纤(克服非线性效应)、G.652光纤：大量铺设，传输高速信号需要色散补偿，G.653光纤：1550nm波长带的混合很严重，DWDM、负色散系数

14、G.655光纤、Page 29、 单模光纤中损失最少的窗口是什么呢？ 用单模光纤传输信号光会发生什么样的问题？ G.652/653/655光纤各自的特征是什么？ 方差越小越好吗？ Page 30，课程内容，第一章波分复用技术概要第二章WDM的传输媒体第三章DWDM的关键技术第四章WDM系统限制因素第五章典型的网络信号流，Page 31，DWDM系统的关键技术，Page 31，DWDM系统的关键技术，Page 31，Page 31 、，光放大器，光监视技术，光源/光检测器，监视信道，合波分波技术，Page 32，DWDM光源技术，DWDM系统的光源具有两个最突出的特征： 1，比较大的色散允许值；

15、 2 .标准且稳定的波长，因此选择半导体激光器(LD )作为光源。应用于高速光纤通信系统的LD光源有多纵模(MLM )激光器和单纵模(SLM )激光器两种。MLM、SLM、Page 33、激光调制方案、Page 34，优点：技术简单、成本低的缺点：“1”和“0”的频率的变化，因此啁啾不可避免地存在。 啁啾的存在增加了激光发射光谱的带宽，恶化了光源的光谱特性，应用于限制了系统传输速度和距离的短距离传输，直接调制和直接调制光源：直接调制利用电信号“1”和“0”来控制激光器的开/关，将电信号输送到特定波长的光波此外，页35间接地调制光源，不是间接地调制光源，而是将调制器加到光源的输出路径上以调制光波

16、，此调制器实际上作为开关起作用。 因为恒定光源是连续地传送恒定波长和功率的稳定光源，并且在发光的过程中不受电调制信号的影响，所以不产生调制频率啁啾，并且保持光谱的光谱宽度最小。 光调制器根据电调制信号以“许可”或“禁止”处理来自恒定光源的高稳定激光，但在调制过程中不影响光波的光谱特性，确保了光谱的质量，适于高速率、长距离传输。 常用的间接调制包括电吸收调制光源和M-Z光源，Page 36，优点：频率啁啾低，色散限制距离长的缺点：技术复杂，电吸收调制光源(EA )，Page 37，优点：可以忽略啁啾，色散限制距离长的缺点：技术困难，集成在马赫-曾德尔调制光源(M-Z )、Page 38，这三种光

17、源的比较WDM中，我们的作用是电吸收调制光源和直流光源、Page 39、光电检测器和光电检测器将接收的光信号转换为对应的电信号。 半导体光电检测器主要有PIN光电二极管和雪崩光电二极管(APD )两种。 PIN管灵敏度低(一般为-20dBm左右)，过载点高(一般为0dBm左右)，因此适合短距离传输。 APD管灵敏度高(一般为-28dBm左右)，过载点低(一般为-9dBm左右)，适合长距离传输。 高反向偏置电压和强输入光信号的反向偏置电流过大，APD管有可能被反向破坏。 因此，现场需要注意操作规范： 1、使用OTDR表等能输出大功率光信号的设备测量光路时，要注意与对方通信设备隔绝光路，强光破坏接收机。 2 .注意，可以确保输入光功率不超过装置的允许的最大值，并且可以在单板的自环时添加适当的衰减器。 3 .不能采用松开