WDM原理基础知识介绍-A报告

1、2020年7月7日，原理基础知识，杨，42198，光网络产品服务部，了解的基本概念、基本原理和组成结构，掌握密集波分复用的关键技术，掌握密集波分复用的制约因素和解决方案，了解华为典型的波分复用组网，学习目标，完成本课程，您应该能够： 第1章波分复用技术概述第2章WDM传输介质第3章密集波分复用的关键技术第4章WDM系统的限制因素第5章典型网络信号流第3页DWDM一代的背景铺设新型多芯光缆(考虑时间和成本)、更高比特率时分复用。 STM-1-STM-64，在一根光纤上传输多个信号。随着各种新业务的蓬勃发展，所需的带宽也在增加。如何提高传输容量？第4页，什么是WDM？2.5G，10G，GE，第5页

2、，小车/信号公路/光纤加油站/光广播站巡逻车/监控通道，将不同波长的光信号复用到同一根光纤中传输，我们称之为波分复用。WDM的概念，稀疏波分复用(CWDM):大波长间隔，一般为20纳米，密集波分复用(DWDM):小波长间隔，小于或等于0.8纳米，第6页，WDM的波长要求，从技术角度来看，厂商可以选择任何波长进行波分复用。从技术兼容的角度来看，我们必须调节WDM系统中的光波长。ITU-T在WDM系统中提供光波长。G.692建议，G.694.1建议，G.694.2建议=波长和频率分配表。WDM的光波长必须严格符合波长和频率分配表。第7页，WDM的典型型号，第8页，双光纤单向波分复用系统采用两根光纤

3、，每根光纤只传输一个方向的光信号。双光纤单向WDM，第9页，和单光纤双向波分复用系统仅使用一根光纤，其中双向信号传输同时实现。在单光纤双向波分复用系统中，两个方向上的信号光应该以不同的波长排列。单纤双向WDM，第10页，WDM系统分部，开放WDM系统在终端复用设备中具有光接口转换功能，可以与任何厂家的SDH设备接口。综合WDM系统在终端复用设备中不具备光接口转换功能，SDH设备中光传输单元的性能必须满足波分系统的要求，如波长精度、光谱特性、传输光功率等。半开放式WDM系统在终端复用设备中具有光接口转换功能，可以与任何厂家的SDH设备接口。第11页，OTU:完成从非标准波长信号光到标准波长信号光

4、的波长转换功能，符合G.694.1(2) OM/OD:完成固定波长信号光的G.694.1(2)组合/分割OA: BA(功率放大器):通过增加组合(预放大)后的光信号功率来增加每个波长的输出光功率PA，从而提高每个波长的接收灵敏度LA(排列):OSC:完成复合信号的纯光中继放大处理(后来，电子稳定控制技术出现了，利用OTU光信号直接传送监测信息。在ESC模式下，不需要OSC，但要求OTU支持ESC功能)，开放WDM系统的组成，第12页，本章摘要，什么是WDM？WDM的波长要求是什么？WDM可以分为哪些类型？开放的WDM体系的组成部分是什么？每个部分的功能是什么？第13页，课程内容，第1章，波分复

5、用技术概述，第2章，WDM传输介质，第3章，密集波分复用的关键技术，第4章，WDM系统的限制因素，第5章，典型网络信号流，第14页，光纤中光传输的原理，N1Sin 1=n2Sin 2 Sinc=N2/N1 1=c，折射定律和全反射定律，第15页，光纤的结构，光纤的结构，纤芯，第16页，单模/多模光纤，光纤中传输模式的数量随因此，根据传输模式的数量，光纤可分为单模光纤和多模光纤。当光纤芯的几何尺寸远大于光波波长时，光将在波导光纤中以几十种或几十种传播模式传播，这种光纤称为多模光纤。多模光纤的纤芯直径很厚，通常约等于50微米。当光纤的几何尺寸可以与光波的波长相比较时，即当纤芯的几何尺寸与光信号的波

6、长相差不大时，光纤只允许一种模式在其中传播，而其他所有高阶模式都被切断。这种光纤被称为单模光纤。单模光纤的纤芯直径很薄，通常为510um直径。从光纤的外观来看，这两种光纤差别不大，其中带塑料护套的光纤直径小于1毫米；单模光纤用于波分系统。第17页，光纤的损耗特性，以及光纤的衰减或损耗是限制光信号传播的一个非常重要的特性。光纤的损耗限制了光信号的传播距离。光纤损耗主要包括吸收损耗、散射损耗和弯曲损耗。光纤的吸收损耗是由材料本身引起的，包括紫外吸收、红外吸收和杂质吸收。由材料的不均匀性引起的光散射引起的损耗称为瑞利散射损耗。瑞利散射损耗是光纤材料二氧化硅的固有损耗；光纤的弯曲会造成辐射损失；决定光

7、纤衰减常数的损耗主要是吸收损耗和散射损耗。第18页，常规光纤损耗随波长、不同波长和不同损耗变化的曲线，光纤损耗在1380纳米附近由于羟基粒子的吸收而急剧增加，通常称为水峰ITU-T将1260纳米以上的单模光纤的频带分成几个频带，如0、E、S、C、L和U。很容易看出，在这六个频带中，C带和L带的损耗最小，而第19页和WDM的传输损耗最小，因此选择了d WDM系统中的信号光粗波分复用传输距离短，衰减不是主要限制因素，因此CWDM系统中的信号光跨越多个波段(13111611nm)。光纤中的色散特性光脉冲中的不同频率或模式在光纤中具有不同的群速度，因此这些频率分量和模式首先到达光纤终端，然后使光脉冲展

8、宽，即光纤的色散。光纤中的色散可分为模式色散、色散和偏振模式色散。模式色散又称模间色散，模式色散主要存在于多模光纤中；色散又称为模内色散，可分为材料色散和波导色散。偏振模色散(PMD)是由光纤中信号光的两个正交偏振态的不同传播速度引起的。PMD是由随机因素造成的，所以它是一个随机量，难以补偿。色散系数是光波长信号在单位波长间隔内通过单位长度光纤所引起的时延差，用D表示，单位为ps/nm.km。偏振模色散系数用PMDQ表示，单位为ps/km (n为1/2)，第21页，色散的影响。从时分复用的角度来看，色散会导致符号间干扰。光源为非零光谱宽度，光源输出的光信号由电脉冲进行强度调制，调制信号具有调制

9、光源的每个波长分量。因为每个波长分量的到达时间是不一致的，所以光脉冲被延长，这被称为脉冲展宽。光脉冲传输得越远，脉冲展宽越严重。脉冲展宽会使前后光脉冲重叠，这称为符号间干涉。符号间干扰会导致错误，从而限制传输码率和传输距离。然而，从WDM的角度来看，色散有利于克服由光纤非线性引起的信道间干扰，如FWM和XPM。有必要辩证地看待色散的影响。第22页PMD效应与色散效应相同：引起脉冲展宽，第23页，光纤截止波长，截止波长：光信号在单模光纤中以单模传播的最小波长；当实际光波长小于截止波长时，单模光纤中会有多模传播，表现出多模特性；为了避免模式噪声和模式色散，实际系统电缆中最短电缆长度的截止波长应小于

10、系统的最低工作波长。截止波长条件可以确保在最短电缆长度上的单模传输，并且可以抑制高阶模式的产生或者将高阶模式噪声的功率成本降低到完全可忽略的水平。G.652光纤的截止波长在22米长的光缆上为1260纳米，在220米长的跳线电缆上为1260纳米，在1250纳米；在短于2米的跳线上。G.655光纤在22米长的光缆上的截止波长为1480纳米，在短于2米长的主涂层光纤上的截止波长小于或等于1470纳米，在220米长的跳线光缆上的截止波长为1480纳米。第24页，光纤的模场直径，在光纤中，光能并不完全集中在纤芯中，而是部分能量在包层中传输，而纤芯直径不能反映光能在光纤中的分布，因此提出模场直径的概念。模

11、场直径是描述单模光纤中光能浓度的参数。模场直径越小，通过光纤横截面的能量密度越大。当通过光纤的能量密度过高时，会引起光纤的非线性效应，降低系统的光信噪比，极大地影响系统性能。想想：越大越好还是越小越好？第25页，本质上，所有的媒体都是非线性的，但总的来说，非线性特征非常小，难以表达。当光纤的输入功率不大时，光纤呈现线性特性，当光纤通信系统中使用光放大器和高功率激光器时，光纤的非线性特性变得越来越明显。一般来说，单模光纤的非线性效应可分为受激非弹性散射(受激拉曼散射SRS、受激布里渊散射SBS)、克尔效应(自相位调制SPM、交叉相位调制XPM、四波混频FWM)。注意：一旦产生非线性效应，它们就不

12、能被消除或补偿，必须尽可能地防止！使用大模场直径的光纤可以降低通过光纤的功率密度，抑制非线性效应。最重要的是，我们可以通过减少进入光纤的光功率和采用大有效面积光纤来防止非线性效应的发生。非线性效应与色散有关，色散越小越好。在第26页，ITU-T在G652、G653、G.654和G655建议中定义了四种不同设计的单模光纤，其差异如下表所示：G652/G653/G655单模光纤，第27页，G652色散系数(ps/nmkm)，正色散系数G655光纤，波长(nm)，1550，1310，17，1.155应用：真波真波光纤(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.

13、652光纤：铺设广泛，需要色散补偿来传输高速信号，G.653光纤：1550nm波长区域严重混合，不适用于DWDM，G.655光纤具有负色散系数，第28页。本章总结了WDM系统中使用的是单模光纤还是多模光纤？单模光纤中损耗最小的窗口是什么？当信号光在单模光纤中传输时会遇到什么问题？652/653/655光纤的特点是什么？分散是否尽可能小？第29页，课程内容，第1章，波分复用技术概述，第2章，WDM传输介质，第3章，密集波分复用的关键技术，第4章，WDM系统的限制因素，第5章，典型的网络信号流，第30页，密集波分复用系统的关键技术，光放大器，光监控技术，光源/光电探测器，mon用于高速光纤通信系统

14、的半导体激光器光源可分为两类：多纵模(MLM)激光器和单纵模(SLM)激光器。MLM，SLM，第32页，激光器的调制模式、第33页，优点：工艺简单，成本低，缺点：由于1和0频率的变化，啁啾是不可避免的。啁啾的存在拓宽了激光发射光谱的带宽，恶化了光源的光谱特性，限制了系统的传输速率和距离。适用于短距离传输，光源直接调制，直接调制：直接调制是用1和0的电信号来控制激光的开关，使特定波长的光波携带电信号。第34页，光源的间接调制，间接调制并不直接调制光源，而是在光源的输出路径上增加一个调制器来调制光波，实际上起到开关的作用。恒定光源是一种高度稳定的光源，能够连续传输固定的波长和功率。在发光过程中不受

15、电调制信号的影响，不会产生调制频率啁啾，光谱的谱线宽度保持在最小。光调制器根据电调制信号以“允许”或“禁止”的方式对恒定光源发射的高稳定性激光进行处理，但在调制过程中，不会对光波的光谱特性产生任何影响，保证了光谱质量，适合高速远距离传输。常用的间接调制有两种：电吸收调制光源和M-Z光源，第35页。优点：低频啁啾，长色散限制距离。缺点：复杂的技术，电吸收调制光源，第36页。优点：啁啾可以忽略，色散限制距离长。缺点：技术难度大，集成不方便，马赫-曾德尔调制光源(M-Z)，在WDM，我们常用电吸收调制光源和直接调制光源。第38页，光电探测器，其功能是将接收到的光信号转换成相应的电信号。有两种主要类型

16、的半导体光电探测器：PIN光电二极管和雪崩光电二极管。由于其低灵敏度(一般约为-20分贝)和高过载点(一般约为0分贝)，PIN管适用于短距离传输。APD管由于其高灵敏度(通常约为-28dBm)和低过载点(通常约为-9dBm)而适合长距离传输。高反向偏置电压和强输入光信号可能导致过强反向偏置电流和APD管反向击穿。因此，有必要注意现场操作规范：1。当使用OTDR表和其他能输出大功率光信号的仪器测量光路时，注意将对面的通信设备与光路断开，用强光损坏接收器。2.确保输入光功率不超过器件允许的最大值，并注意在单板自环时添加适当的衰减器。3.光衰减器不能通过松散地插入光纤连接器来更换。第39页，放大器，第40页，EDFA