传输设备专业L1级传输系统WDM基本原理

1、传输系统WDM基本原理 2 课件简介 课件名称传输系统WDM基本原理 适用专业及等级 传输网WDM系统原理L1级 内容简介WDM原理知识 大纲课件大纲 版本V_1.1 日期2015.11.27 主要更新内容不涉及 负责人杨有志 遗留问题暂无 3 授课人简介 个人照片 基本资料基本资料 姓名：杨有志 工作单位：辽宁移动公司 手机号码电子邮箱： 教育及培训经历教育及培训经历 毕业院校：辽宁工业大学 学历：本科 专业培训经历：2015年由华为公司进入辽宁移动公司 专业特长专业特长 从事华为传输产品10年以上，具有丰富的SDH、PTN及WDM的调测 及设备故障维护能力。 4

2、第第2章：章：WDM传输媒介传输媒介 第第3章：章：WDM关键技术关键技术 第第4章：章：WDM的网络单元与影响传输因素的网络单元与影响传输因素 第第5章：章：WDM光传输系统的技术规范光传输系统的技术规范 5 高速路 加油站 巡逻车 什么是波分复用？ 6 l 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。 1 2 1 2 n n WDM概念 7 Page 7 l 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。 光复用器光复用器 光源光源1 光源光源2 光源光源N OA 光解复用器光解复用器 1N 光检测光检测 器器

3、1 光检测光检测 器器2 光检测光检测 器器N 光源光源1 光源光源2 光源光源N 光复用器光复用器 光解复用器光解复用器 OA 光检测光检测 器器1 光检测光检测 器器2 光检测光检测 器器N 1N OAOA OAOA 单向WDM 8 l 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。 光光 波波 长长 复复 分分 光光 波波 长长 复复 分分 用用 光线路放大光线路放大 用用 器器 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 1527.51542.5nm WDM 耦合器 W

4、DM 耦合器 OSC 1510 nm OSC 1625nm 双向WDM 9 开放式开放式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 10 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： 光波长转换单元（OTU）； 波分复用器：分波/合波器（ODU/

5、OMU）； 光放大器（BA/LA/PA）； 光/电监控信道（OSC/ESC）。 WDM系统组成 OSCOSCOSC 11 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 lWDM的优点的优点 WDM的优势 12 CWDM（Coarse Wavelength Division Multiplex）稀疏波分复用 lCWDM与与DWDM的区别的区别： 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

6、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。 CWDM简介 13 第第1章：波分复用技术概述章：波分复用技术概述 第第3章：章：WDM关键技术关键技术 第第4章：章：WDM的网络单元与影响传输因素的网络单元与影响传输因素 第第5章：章：WDM光传输系统的技术规范光传输系统的技术规范 14 护套 包层 纤芯 n2 n1 l 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

7、耐 磨的塑料护套，整根光纤呈圆柱形。 光纤基本特性 15 5dB/km 4dB/km 3dB/km 2dB/km 1dB/km Attenuation (dB/km) 光纤基本特性 l 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。 l 衰减系数 16 l 光纤中的色散可分为模式色散和色度色散。 l 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 17 色散系数色散系数 (ps/nmkm) 正色散系数正色散系数G.655光纤光纤 波长波长(nm)负色散负色散 系数系数G.655光纤光纤 1550

8、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 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 18 第第1章：波分复用技术概述章：波分复用技术概述 第第2章：章：WDM传输媒介传输媒介 第第4章：章：WDM的网络单元与影响传输因素的网络单元与影响传输因素 第第5章：章：WDM光传输系统的技术规范光传输系统的技术规范 19 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 20 3.2 光放大器光放大器 3.3 光复用器与解

9、复用器光复用器与解复用器 3.4 监控技术监控技术 3.5 光电检测器光电检测器 21 1)比较大的色散容纳值比较大的色散容纳值 ； 2)标准而稳定的波长。标准而稳定的波长。 WDM的光源要求 22 1、直接调制光源直接调制光源 2、间接调制光源间接调制光源 电吸收调制光源电吸收调制光源 (EA) 马赫马赫- -策恩德尔调制光源策恩德尔调制光源 (M-Z) 光源 23 l 优点：技术简单、成本较低； l 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 24 l 优点：频率啁啾较低，色散受限距离较长； l 缺点：技术较复杂。 调制 电流 电吸收调制光源（EA） 25

10、l 优点：可忽略啁啾，色散受限距离很长； l 缺点：成本高，技术难度大，不便于集成。 调制 电流 LD 马赫-策恩德尔调制光源（M-Z） 26 直调光源电吸收调制光源马赫-策恩德尔调制光源 最大色散容限 ps/nm 12002400720012800大于12800 成本适中贵昂贵 波长稳定性较好好很好 光源比较 27 3.1 光源技术光源技术 3.3 光复用器与解复用器光复用器与解复用器 3.4 监控技术监控技术 3.5 光电检测器光电检测器 28 光放大器 掺铒光纤放大器掺铒光纤放大器(EDFA)(EDFA) 拉曼放大器拉曼放大器(Raman) 29 暂稳态 光子吸收 受激辐射 铒离子 基态

11、 980nm 光子 1550nm 光子 隔离器 隔离器 泵浦源 掺铒光纤 耦合器 信号光入 信号光出 a 原理性结构 b 光放大原理 EDFA组成及原理 30 1. 增益波长范围固定：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。 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。 EDFA应用的问题 31 前置放大器PA功率放大器BA 增益适

12、中适中 噪声系数低适中 应用场合接收端发送端 EDFA性能参数 32 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 33 掉波 1dB 上波 1dB 0.5dB 0.5dB 无增益锁定 有增益锁定 EDFA的增益锁定 34 SRS(受激拉曼散射)原理， 采用分布式放大。 增益谱 泵浦 增益 30nm 13THz 拉曼光纤放大器的原理 35 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。PUMP1 PUMP3 13THz 30nm GAIN PUMP2 EDFA Span 1 Raman Pump 发送接收 EDFA Span k Raman

13、 Pump 拉曼光纤放大器的特点 36 3.1 光源技术光源技术 3.2 光放大器光放大器 3.4 监控技术监控技术 3.5 光电检测器光电检测器 37 n n n n 分波器 合波器 n n 分波器合波器 光复用器和光解复用器 38 l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。 输入光 输出光 光 栅 光栅型波分复用器 39 14 滤波器 滤波器 滤波器 滤波器 自聚焦棒透镜自聚焦棒透镜 玻璃玻璃 l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； l通路数不会很多。 介质薄膜型复用器 40 l优点：波长间

14、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。 阵列波导阵列波导 平面耦合波导平面耦合波导 输入波导输入波导输出波导输出波导 阵列波导阵列波导 平面耦合波导平面耦合波导 输入波导输入波导输出波导输出波导 波导阵列（AWG）型复用器 41 3.1 光源技术光源技术 3.2 光放大器光放大器 3.3 光复用器与解复用器光复用器与解复用器 3.5 光电检测器光电检测器 42 1）光监控技术（）光监控技术（OSC） 2）电监控技术（）电监控技术（ESC） 监控技术 43 l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

15、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； l 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 44 O M F I U B A P A O D F I U OSC 信息入信息入 OSC 信息出信息出 设备中的监控信道 45 l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

16、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）。 l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 46 3.1 光源技术光源技术 3.2 光放大器光放大器 3.3 光复用器与解复用器光复用器与解复用器 3.4 监控技术监控技术 47 l 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；

17、 体积小，使用简便。 l 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）。 通常PIN管收光范围为0-18dBm；APD管收光范围为-9-27dBm 光电检测器 48 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2种：带内FEC,带外FEC。 方案方案带内带内FEC带外带外FEC 标准标准ITU-T707ITU-T975 纠错能力纠错能力较强较强更强更强 速率速率不变不变增加增加7% 编码方式编码方式BCH3RS8

18、复杂度复杂度简单简单略复杂略复杂 兼容性兼容性好，可以平滑过渡好，可以平滑过渡不能兼容，需更换设备不能兼容，需更换设备 可扩展性可扩展性受受SDH帧格式限制帧格式限制 很难扩展很难扩展 不受帧格式限制不受帧格式限制 可方便扩展可方便扩展 互通用性互通用性很好很好差差 49 第第1章：波分复用技术概述章：波分复用技术概述 第第2章：章：WDM传输媒介传输媒介 第第3章：章：WDM关键技术关键技术 第第5章：章：WDM光传输系统的技术规范光传输系统的技术规范 50 WDM网元有如下5种类型: 光终端复用设备OTM(Optical Terminal Multiplexer) 光线路放大设备OLA(O

19、ptical Line Amplifier) 光分插复用设备OADM(Optical Add/Drop Mulitiplexer) 光均衡设备OEQ(Optical Equalizer) 电中继设备REG(Regenerator) WDM的网络单元 OTM OADM OLA REG 1 2 3 4 51 WDM的组网形式点对点 OTM OLAOLAOTM客户客户 设备设备 客户客户 设备设备 52 客户客户 设备设备 WDM的组网形式链型 OTM OTM OADM 客户客户 设备设备 客户客户 设备设备 53 WDM的组网形式环形 OADM OADMOADM OADM 1 n 1n 1n 1

20、n 54 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。 l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 l色散：采用色散容限较大的光模块，采用DCM、色散均衡（DSE） l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 l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 55 第第1章：波分复用技术概述章：波分复用技术概述 第第2章：章：WDM传输媒介传输媒介 第第3章：章：WDM关键技术关键技术 第第4章：章：WD