DWDM系统与相关技术

1、1 信息产业部武汉邮电科学研究院 王加强王加强 中国的光通信从这里开始中国的光通信从这里开始 DWDM系统与相关技术系统与相关技术 2 王加强 毕业于北京邮电大学（原北京邮电学院） 信息产业部武汉邮电科学研究院高级工程师 中国通信学会会员 光纤通信专业技术资格认证培训师 具有光纤传输系统设计与施工经历 编著出版专业技术教材光纤通信工程 （北邮出版社2003） 教师专业历简介教师专业历简介 3 光纤传输系统概述 DWDM 系统结构与指标 光纤与光缆 有源与无源光器件 光放大与色散补偿技术 DWDM 系统应用代码 DWDM 系统设备配置 内内 容容 提提 要要 4 1966年：高锟的论点 1970

2、年：光纤（康宁）器件（贝尔）、1976（中国武汉） 系统建设：市话（1982）长话（1987）八纵八横 波长应用：850nm1310nm1550nm（S、C、L） 光纤应用：MMSM新型：G.655、LEAF、EDF、DCF 信号类型：模拟数字（PDHSDH） 传输速率：8M、34M、140M、155M、622M、2.5G、10G 使用波长:单一波长波分复用密集波分复用(DWDM) 光纤传输技术演变光纤传输技术演变 5 光纤传输的应用类型光纤传输的应用类型 电信网：长途干线系统、城域网系统 移动网（骨干网、交换-基站、光纤直放） 专用网：铁道、电力、军事、化工、高速 广电网：HFC图象传输（C

3、ATV） 计算机网：城域网、局域网 用户接入：FTTC、FTTB、FTTHASON 6 光缆传输的不同应用网络 干线光网络干线光网络 城域光网络城域光网络 办公室办公室 接入光网络接入光网络 7 移动电话网由移动台、 中继传输系统、基站和 移动交换局组成 移动交换局和基站之间 通过中继线相连，基站 和移动台之间为无线接 入方式 移动交换局又和本地电 话网中的市话局相连组 成移动电话网 移动通信网的结构移动通信网的结构 8 CATVCATV光网络结构光网络结构 (HFC)(HFC) 前 端 服务区 2002000家庭用户 干线放大器 线路延伸器 干线网干线网(星型星型) 配线网配线网(树型树型)

4、 用户引入线用户引入线 分路器 分路器 分路器 9 用户接入网基本应用结构用户接入网基本应用结构(PON) 交换机交换机 OLT OLT OLT 1:N 1:N 1:N n ONU p FTTC FTTB FTTH 传输链路传输链路 ONU ONU 10 传输方式的变化传输方式的变化 支持信息传输的三大媒介： 1、数字微波传输 2、卫星传输 3、光纤传输 光纤传输具有独特的优越性、巨大的传输带宽 目前，百分之八十以上的信息通过光纤传输 全国各运营商及专网光缆线路长度已达350万公里以上 11 光纤传输扩容方式光纤传输扩容方式 光纤通信技术主要围绕提高传输容量与增大传输距离发展。光纤通信技术主要

5、围绕提高传输容量与增大传输距离发展。(PDHSDHWDM(PDHSDHWDM） 提高传输容量的手段有： 1、SDM采用增加光纤对扩大通信容量。 2、TDM不断提高信道传输速率。 3、WDM增加信道数量。 增大传输距离的方式有： 1、进行光放大 2、采用色散补偿与前向纠错技术 3、实现光孤子通信 12 波分复用扩容波分复用扩容（WDMWDM） WDM的含义的含义 Wavelength Division Multiplexing 利用一根光纤可以同时传输多个不同波长的光载波的特点，把光纤可能应用利用一根光纤可以同时传输多个不同波长的光载波的特点，把光纤可能应用 的波长范围划分成若干个波段，每个波段

6、用作一个独立的通道传输一种预定的波长范围划分成若干个波段，每个波段用作一个独立的通道传输一种预定 波长（其信号类型、制式与速率均可不同）的光信号。波长（其信号类型、制式与速率均可不同）的光信号。 合波器合波器 Tx 1 Tx n EDFA 分波器分波器 Rx 1 Rx n EDFAEDFA 13 DWDM的特点的特点 优点优点 充分利用光纤带宽实现超大容量传输 EDFA 直接光放大，降低成本 对速率和调制方式透明 系统升级容易 有限的传输速率可降低光纤色散的影响 网络层次分明，业务调度方便 适应未来光网络建设的要求 高容量,低成本,透明性,波长分插复用 14 DWDM的特点 主要技术问题主要技

7、术问题 光纤非线性的影响,特别是四波混频 需宽带增益平坦的光放大器 光源的波长稳定性和波长一致性 光无源器件的插入衰耗及可靠性 15 TDM和和WDM技术合用技术合用 利用利用TDMTDM和和WDMWDM两种技术使网络容量巨增两种技术使网络容量巨增 1. 根据不同的光纤类型选择TDM的最高传输速率 2. 根据传输容量的大小选择DWDM复用的光信道数 WDMWDM的容量（总传输速率）的容量（总传输速率） 由两方面因素决定：可同时使用的波道数N，以及每一波道可传输 的最大速率（容量）V， WDM的容量即传输的最大信息速率C=N V。 16 64 16 8 1 比特率比特率(TDM) 2.5Gb/s

8、 10Gb/s 40Gb/s 20Gb/s 80Gb/s 320Gb/s 40Gb/s 160Gb/s 640Gb/s 160Gb/s 640Gb/s 2.56Tb/s WDM 通路数通路数 网络容量演进网络容量演进 17 都是传输技术，SDH使用的是TDM技术（电域），而WDM使 用的主要是WDM技术光域）。 一般来说在WDM系统中的每一波道仍然使用的是TDM技术所 以通常WDM可以作为SDH的传输平台，即SDH可作为WDM系 统中的业务来传输。 WDM和SDH的关系 18 WDM系统在传送网中的位置系统在传送网中的位置 SDH通道层通道层 WDM光路光路 层层 电路层（如电路层（如ATM，

9、 IP等等） IP路由层路由层 DXCADM OADMWDM系统系统OXC ATM 19 光波分复用应用类型光波分复用应用类型 DWDM (Dense WDM) DWDM (Dense WDM) 密集波分复用密集波分复用 波长间隔小于波长间隔小于1000GHz (1000GHz (约约8nm8nm），一般在），一般在1550nm1550nm窗口采用，窗口采用， 用于长距离传输用于长距离传输 CWDM (Coarse WDM) CWDM (Coarse WDM) 粗波分复用粗波分复用 波长间隔介于波长间隔介于10nm 10nm 到到50nm50nm，通常为，通常为20nm20nm，可在，可在13

10、10nm1310nm和和 1550nm1550nm窗口采用，用于城域网窗口采用，用于城域网 WWDM (Wide WDM) WWDM (Wide WDM) 宽波分复用宽波分复用 波长间隔大于波长间隔大于50nm50nm，一般指，一般指1310nm/1550nm1310nm/1550nm复用，仍用于复用，仍用于 接入网，但很少用于长距离传输接入网，但很少用于长距离传输 20 以信道速率分类：以信道速率分类：2.5Gbit/s 、10Gbit/s及混合速率及混合速率 以以信号类型分类：信号类型分类：数字信号和模拟信号数字信号和模拟信号 以信道承载以信道承载业务类型分类业务类型分类：PDH、SDH、

11、ATM、 IP 或混合业务等或混合业务等 以信道数分类：以信道数分类： 4 、8 、16 、32 .160 .等等 以总容量分类：以总容量分类： 20Gbit/s、 40Gbit/s、 1.6Tbit/s等等 以传输方向分类：以传输方向分类： 单纤单向和单纤双向系统等单纤单向和单纤双向系统等 以地理域分类：以地理域分类： 海底系统、陆地系统等海底系统、陆地系统等 以网络功能分类：以网络功能分类：骨干网骨干网.城域网或局域网城域网或局域网 以系统接口分类：以系统接口分类：集成式或开放式系统集成式或开放式系统 DWDMDWDM系统的分类系统的分类 21 没有互操作性没有互操作性 成本较低成本较低

12、各种设备供应厂家各种设备供应厂家 各种速率接入各种速率接入 任意波长接入任意波长接入 各种数据格式各种数据格式 任意时刻接入任意时刻接入 成本较高成本较高 开放式系统开放式系统 集成式系统集成式系统 集成式与开放式集成式与开放式 22 波长转换波长转换 特点：特点： * 使用使用DWDM和线路和线路 放大器放大器 优点：优点： * 低成本增加带宽低成本增加带宽 OADM OADM OADM I P ATM SDH I P oxc OADM OADM OADM OADM OADM WDM WDM 1 n 1 n 特点：特点： * 基于波长的自愈环基于波长的自愈环 优点：优点： * 快速保护的快速

13、保护的OADM环环 *直接连接其他业务网络直接连接其他业务网络 降低成本降低成本 特点：特点： * 使用使用OXC 优点：优点： * 更为灵活的配置网络更为灵活的配置网络 点点-到到-点点 单单WDM自愈环自愈环 全光网络全光网络 多个多个WDM自愈环自愈环 光网络的演变光网络的演变结构变化结构变化 23 DWDM系统五大组成部分系统五大组成部分 合波和分波无源部分 信道隔离度高的光解复用器信道隔离度高的光解复用器 发射和接收有源部分： 特定波长和波长稳定、色散容限满足传输距离要求的激光器特定波长和波长稳定、色散容限满足传输距离要求的激光器 发射源；发射源； 能容忍一定能容忍一定SNR信号的光

14、接收机信号的光接收机。 光传输和光放大部分 小色散系数光纤小色散系数光纤 增益平坦和增益锁定的增益平坦和增益锁定的EDFA光放大器光放大器 光监控信道部分 系统网管部分 24 O M U TX OTU1 1 TX OTU2 2 TX OTU32 32 EMU OWU OSC O D U RX OTU16 2 1 RX OTU16 32 31 OMTOMT DWDM系统结构图系统结构图 O M U TX OTU1 1 TX OTU2 2 TX OTU32 32 EMU OWU OSC O D U RX OTU16 2 1 RX OTU16 32 31 OMTOMT EMUOWU OSC ILAI

15、LA 25 DWDM系统涉及的产品系统涉及的产品 1. 光传输设备光传输设备（波分复用终端、光分插复用机、中继机） 2.2.光纤、光缆及附件光纤、光缆及附件（接头盒、终端盒、光配线架） 3.3.光器件：有源器件光器件：有源器件（光源、光探测器、波长转换器OTU） 无源器件无源器件（连接器、隔离器、衰减器、波分复用 器） 4.4.测试仪器与专用工具：测试仪器与专用工具： 误码分析仪、光谱仪、光功率计、光纤熔接机、OTDR 26 波分复用技术进展波分复用技术进展 无电再生距离不断延长无电再生距离不断延长 光放大、色散补偿、 波分复用信道数不断增加波分复用信道数不断增加 波段扩展（CC+L）、光源调

16、制 Lucent公司在Bell实验室已实现UDWDM， 可在一根光纤中传输1022波，信道间隔为10G （0.08nm），总容量达10Tb/s以上。 27 OM/ OA OTU1 RM1 1 S R MPI-S MPI-R SDn SD2 SD1 S1 OTUn RMn n Sn OTU2 RM2 2 S2 G.957 OA 波波长长范范围围 波波长长稳稳定定度度 波波长长间间隔隔 发发射射输输出出光光功功率率 发发射射消消光光比比 光光纤纤衰衰减减 光光纤纤色色度度色色散散 光光纤纤 P PM MD D 光光纤纤非非线线性性效效应应 O OA A 的的增增益益平平坦坦特特性性 O OA A

17、的的噪噪声声指指数数 O OA A 自自动动增增益益控控制制 复复用用器器插插损损 复复用用器器插插损损差差异异 解解复复用用器器插插损损 解解复复用用器器信信道道间间串串 扰扰 接接收收机机的的动动态态范范围围 接接收收机机的的电电带带宽宽 接接收收机机 O OS SN NR R 灵灵敏敏度度 接接收收机机带带噪噪声声 OA R S OA/ OD DWDMDWDM相关技术相关技术 28 光纤传输接口指标（光纤传输接口指标（发送）发送） 1、工作波长（）：线路传输特性与系统工作波长密切相 关。 850nm.1310nm.1550nm(S.C.L波段) 2、平均发送光功率（Ps） ： 功率单位：

18、mw、w（制造、购买光源用） dBm（设计、施工、测量用） dBm=10 Log Ps/1mw（毫瓦分贝值） 29 光纤工作波段光纤工作波段 工作窗口工作窗口 波段名称波段名称 标称波长标称波长 波长范围（波长范围（nm） 第一窗口第一窗口 850 第二窗口第二窗口 O波波 段段 1310 1280-1360 第三窗口第三窗口 S波波 段段 1550 1460-1530 C波波 段段 1550 1530-1565 第四窗口第四窗口 L波波 段段 1550 1565-1625 第五窗口第五窗口 E波段波段 波长扩展波长扩展 1360-1460 30 3、光谱特性（）：-3dB与-20dB谱宽 信

19、号脉冲包含的波长范围 4、边模抑制比（SMSR）： SMSR = Pmain/ Pside30dBSMSR = Pmain/ Pside30dB 5、消光比（EXT）： EXT=PEXT=P。/P1x100%10% or 10lgP1/P/P1x100%10dB10dB P。：全零码的光功率值，P1：全1码的光功率 值。 光纤传输接口指标光纤传输接口指标（发送发送） 31 光谱特性光谱特性 1 2 1 -XdB 发光二极管（发光二极管（LED） 1 2 1 -XdB 1 2 1 -XdB 多纵模激光器（多纵模激光器（MLM）单纵模激光器（单纵模激光器（SLM） 1 32 DWDM系统光接口指标

20、系统光接口指标（接收接收） 1 1、接收灵敏度、接收灵敏度 （Pr） 在满足规定的误码指标的条件下，光接收机所需最小光功率值。在满足规定的误码指标的条件下，光接收机所需最小光功率值。 2 2、接收动态范围、接收动态范围 （D） 在满足规定的误码指标的条件下，光接收机所需最小光功率与在满足规定的误码指标的条件下，光接收机所需最小光功率与 所允许的最大光功率值之差。所允许的最大光功率值之差。 D=10 Log Pmax/ Pmin （ dB） Pr=10LogPmin/1mw （dBm） Pr与探测器类型、传输速率有关。 33 不同工作条件下的接收灵敏度不同工作条件下的接收灵敏度 速率等级速率等级

21、 2Mb/s STM-4 STM-16 STM-64 误码指标误码指标 BER 10 10 10 接收灵敏度接收灵敏度 -50dBm -32dBm -28dBm -20dBm Pr -9 -10-12 灵敏度与系统误码指标相关! 34 光发光发 光收光收 可变衰减器可变衰减器 光功率计光功率计 码码误误 检检测测 电码电码 驱动驱动 误码分析仪误码分析仪 本端环回测量法本端环回测量法 灵敏度与动态范围的测量灵敏度与动态范围的测量 35 DWDM系统光纤技术系统光纤技术 波分复用技术与光纤传输性能关系密切 一般要求光纤低衰耗并保持一定色散以克服非线性效应 光纤的有效通光面积直接影响传输光功率、信

22、道数目以及信 号质量。 36 包层包层 n 纤芯 n1 2 涂复层涂复层 n11.468n2 1.464 介质折射率的差别形成光波导 包层包层 涂复层涂复层 光纤结构光纤结构 37 光纤光缆制造工艺光纤光缆制造工艺 u原料提纯 u熔炼制棒 u拉丝涂覆 u套塑成缆 38 原料：SiCL4、 GeCL4 、 CCL2F2 、 O2、 提纯方式： 精馏 去除沸点相差较大的杂质 吸附 去除化学键极性不同的物质 纯度要求：99.99% 光纤主要原料及提纯光纤主要原料及提纯 39 GeCL4 O2 CCLF2 SiCL4 2 熔炼车床 石英反应管CL2 熔炼制棒熔炼制棒 40 MCVDMCVD制棒工艺制棒

23、工艺 41 MCVDMCVD法与法与PCVDPCVD法法 沉积温度：约16501650 缩棒温度：约17501750 予制棒长度：1 1、1.21.2（m m） 直径：60806080（mmmm） 相对折射率差： = 0.0030.004= 0.0030.004 制棒工艺参数制棒工艺参数 42 梯度多模梯度多模 常规单模常规单模 色散位移色散位移 最低衰减最低衰减 非零色散位移非零色散位移 SiO2 SiO2+F SiO2+Ge SiO2+Ge SiO2 SiO2 SiO2+F SiO2 光纤折射率分布光纤折射率分布 43 掺杂作用机理掺杂作用机理 沉积过程中掺Ge可提高折射率，但过量会 增大

24、光纤衰耗。 为保持光纤一定的折射率差，亦可采用掺 F形成凹陷包层。（G.654） 折射率分布的双环型结构中，内环调节零色散波长，外环则可实现大有效 通光面积并控制弯曲敏感度。 光纤传输特性差异主要由制棒工艺决定 制棒工艺是光纤制备的核心技术 44 测径仪 调速 温控 涂覆 固化 筛选 收丝轮 加热炉 拉丝涂覆拉丝涂覆 45 拉丝速度：1520m/s 拉丝长度：350400Km/棒（28g/Km） 筛选张力：管道、直埋 3-5N 架空、海底 5-7N 一层涂复：丙烯树脂（180m 抗拉） 二层涂复：环氧树脂（250m 抗压） 拉丝工艺参数拉丝工艺参数 46 可有不同分类方式可有不同分类方式 按传

25、导模数分：单 模（SM）多 模（MM） 按折射率分布：渐变型（GI） 阶跃型（SI） 按特殊用途分： EDF、DCF、LEAF. 按ITU-T或IEC文号分： G652（ B1 ）、G655（B4）. 光纤的类别光纤的类别 47 纵模 指激光能量的频谱成分，即波长成分 单纵模激光器的频率仍有一定的分布范围 横模 指电磁场的横向场分布 分为基模TEM00和高阶模TEMmn 偏振模 指同一光波模式所包含的相互正交的两个偏振态 TEM00 TEM11 模的概念模的概念 48 G.651光纤 G.652光纤 G.653光纤 G.654光纤 G.655光纤 G.656光纤 G.657光纤 ITU-T建议

26、文号建议文号 49 不同光纤折射率分布不同光纤折射率分布 G.651G.652 G.653 G.654 G.655 SiO2 SiO2+F SiO2+Ge SiO2+Ge SiO2 SiO2 SiO2+F SiO2 SiO2+Ge 50 光纤命名与标准对照光纤命名与标准对照 光纤名称光纤名称 ITU-T标准标准 IEC标准标准 非色散位移光纤非色散位移光纤 G.652 A、B、C B1.1、B1.3 色散位移光纤色散位移光纤 G.653 B2 截止波长位移光纤截止波长位移光纤 G.654 B1.2 非零色散位移光纤非零色散位移光纤 G.655 A、B B4 注注:与与G.652A相比相比, G

27、.652B有偏振色散要求有偏振色散要求,仍归于仍归于B1.1 G.654(B1.2)为为1550nm最低衰耗光纤最低衰耗光纤,G.652C(B1.3)为全波光纤为全波光纤 51 光的折射：光的折射： 光的全反射：光的全反射： 0 1 0 1 1 2 1 3 2 2 3 1 Sin = 1 2 =1.464/1.468 =85.8 入射角入射角=90-85.8=4.2度，度，近于直线传播近于直线传播 光纤的导光原理（阶跃型）光纤的导光原理（阶跃型） 52 光纤的基本参数光纤的基本参数 1.几何尺寸 光纤种类 SM MM 数据光纤 纤芯直径 9 50 62.5 包层直径 125 2.2.相对折射率

28、差 = 1 21 n nn 单位 mm m EDF 4.5 DCF 6 6 53 光纤的基本参数光纤的基本参数 3.数值孔径：NA= = n1=Sin 2 数值孔径表示光纤接收光信号并满足全反射传导的能力 常规单模光纤的NA值约为0.108 多模光纤的NA值大于单模光纤，故光耦合效率高。 NA值与折射率差有关，太大会形成多模传输。 2 2 2 1 nn 54 光纤的基本参数光纤的基本参数 4、模场直径：d = 1 2 n 1 2 单模光纤中不限于纤芯中导光，模场直径表示光纤中 光能量集中的程度（光斑尺寸）。 信号波长越长，则d值越大。 模场直径大的光纤对弯曲越敏感，但接续损耗小。 55 光纤的

29、基本参数光纤的基本参数 5.5.规一化频率V与截止波长 V= 2 单模传输条件：VVc=2.405 c = 2405 2 . 工作波长 c 6.6.截面形状：包层不圆度 1%、同心度误差 0.8m 56 光纤的传输特性光纤的传输特性 u 衰减特性 u 色散特性 u 双折射与偏振特性 u 非线性效性 57 光纤传输中各种因素引起的信号能量损失 传输衰耗是系统设计、光功率分配、中继距离确定的重 要参数 定义： Pin Pout L = 10 L g Pin /Pout L （dB） 光纤传输衰减光纤传输衰减 58 一、光纤材料固有损耗： 1 1、 瑞利散射瑞利散射光纤工艺中材料结晶产生的不 均匀组

30、织引起。其效率与 光波长的四次方成反比。 2 2、材料吸收、材料吸收光纤材料（含杂质）对光信号的吸收。可分为紫外吸收 与红外吸收。 光纤衰减机理光纤衰减机理 59 dB/Km 瑞利散射 紫外吸收红外吸收 13101550 （nm） OH吸收峰吸收峰 850 光纤衰减曲线光纤衰减曲线 60 二、结构缺陷损耗 制棒工艺中产生的纤芯不均匀、界面不平整、气泡、杂质、 微弯等。 辐射模 传导模 光纤衰减机理光纤衰减机理 61 三、附加损耗 主要指光纤使用中引起的损耗。 接续损耗 包括： 1、光纤固定熔接损耗（一般小于0.05dB) 2、活动连接损耗(一般小于0.3dB) （光活动连接器类型：FC/PC、

31、SC/APC、MU/PC） 弯曲损耗 : 任何使用场合光纤弯曲半径 应不小于40mm。 光纤衰减机理光纤衰减机理 62 cSf rs MAA MeAcpp 2 = L Ps：光源发光功率（：光源发光功率（dBm），），Pr：接收灵敏度（：接收灵敏度（dBm），）， Me：设备裕量（：设备裕量（dB），）， Ac：活动连接损耗（：活动连接损耗（dB），）， Af：光纤衰耗系数（：光纤衰耗系数（dB/Km），），Mc：线路裕量（：线路裕量（dB/Km） As：线路熔接损耗平均值（：线路熔接损耗平均值（dB/Km） 2.5Gb/s及以下速率系统一般为衰减限制系统。 （Km） 衰减对中继距离的限制衰减

32、对中继距离的限制 63 光纤衰耗的测量光纤衰耗的测量 常用测量方法： 1、剪断法 2、插入法 3、背向散射法 剪断法测量：（ITU-T建议的基准方法） 光源光功率计 滤模器被测光纤（L） P1 P2 2m = Lg L 10 1 2 P P （dB/Km） 64 OTDR是光缆线路测量中最重要的仪表 工作原理 光纤传输中的背向散射(光纤衰减中的瑞利散射)与菲涅尔反射 实际传输线路中，菲涅尔反射通常发生在活动连接器与光纤裂纹处。 OTDR即是利用背向散射与菲涅尔反射光返回到仪器的时间与信息， 测定线路长度、衰耗及障碍点的位置。(故谓之“光时域”) 背向散射法背向散射法(OTDR)(OTDR)测量

33、测量 65 光源光源 定向耦合器定向耦合器 光探测器光探测器 微处理机微处理机 对数变换器对数变换器 低噪放大器低噪放大器 取样积分器取样积分器 平均处理器平均处理器 显示器显示器 脉冲驱动器脉冲驱动器 被测光纤线路被测光纤线路 背向散射光背向散射光 OTDR结构结构 66 单盘光纤长度或中继段长度 L= t.c/2 n 单盘光纤衰耗或中继段总衰耗 dB/km = 10/L lg P1/ P2 光纤接头损耗 线路故障点的位置 此外,测试资料存储、打印、视频显示 OTDR测试功能测试功能 67 动态范围 指对线路传输损耗的最大测量范围。动态范围越大的OTDR，其测量距离越 长。 如：OTDR动态

34、范围为40dB，则其测量长度视光纤线路衰耗而定，若线路衰 减为0.28/KM，测量长度为： 40400.28dB/KM0.28dB/KM143 (KM)143 (KM) OTDR技术指标技术指标 68 测量盲区 被测光纤的入射端由于反射功率过大而使放大器件饱和造成此 段曲线被掩盖，是为”盲区“ 盲区的长度与信号强度（即脉冲宽度）成正比： Z = Pw c/ 2n Z = Pw c/ 2n （m m） 可插入辅助光纤避开盲区 OTDR技术指标 69 工作波长: 根据光纤适用光波长（1310、 1550nm） 折射率 n： 与被测光纤实际折射率相符（供货商提供） n值设定对测量准确性影响甚大，在1

35、0km长 度，n值增大0.01,则测量长度减小约67m。 脉冲宽度Pw： 根据测量距离设定（参照 OTDR说明书） OTDR测量参数的设置测量参数的设置 70 O T D R 被测光纤被测光纤 辅助光纤辅助光纤 活动连接器活动连接器光纤适配器光纤适配器 OTDR测试连接测试连接 71 背向散射曲线背向散射曲线 接头损耗接头损耗裂纹处反射裂纹处反射 端面反射端面反射 可根据曲线尾部反射形状可根据曲线尾部反射形状 判断线路情况。判断线路情况。 典型典型OTDROTDR测量曲线测量曲线 72 光纤传输色散光纤传输色散 色散的概念 红 紫 白光 . 73 光纤传输色散光纤传输色散 光信号脉冲中含有不同

36、的波长成分（光源谱宽）或不同传输模式, 其传输速度与路径的差别会产生传输时延差,从而引起光脉冲展 宽,严重时会造成码间干扰. 脉冲展宽量: = D ( ) x x L 74 光纤传输的色度色散光纤传输的色度色散 在单模光纤中，由于光源谱宽的影响，光脉冲含有 不同的波长成分，引起光纤不同的折射率和传输速度 的差异，所以到达接收端的时间不一致，导致光脉冲 展宽，严重时会造成码间干扰。色散的产生与光源和 光纤的特性有关 色度色散包括：材料色散、波导色色度色散包括：材料色散、波导色 散散 75 光纤色散机理光纤色散机理 n 模式色散模式色散 不同传导模之间产生的传输时延差. （在多模传输中占主导,单模

37、传输不存在模间色散.） 76 光纤色散机理光纤色散机理 材料色散材料色散 不同波长成分的光在光纤中引起不同折射率,形成传输时延差. (单模传输在短波长 段占主导) 波导色散波导色散 分别在纤芯与包层中传导的光由于折射率不同、传导速度的差异造成的传输时延 差。 (单模传输中在长波长段影响显著) 材料色散与波导色散均与光信号的波长差异有关，故统称为波长色散或色度色散。 77 单模光纤色散曲线单模光纤色散曲线 Ps/nm Km （nm） 材料色散 波导色散 1310 总色散 0 色散单位色散单位: PS/nm.km 色散有正、负之分且可以抵消色散有正、负之分且可以抵消 78 几种改进型光纤的色散曲线

38、几种改进型光纤的色散曲线 Ps/nm Km （nm） 0 1310 1550 G.652 G.655 G.653 （G.654） 79 快轴快轴 PMD 传输线路传输线路 慢轴慢轴 距离距离 没有模式耦合没有模式耦合 传输线路传输线路 快轴快轴 慢轴慢轴 距离距离 有模式耦合有模式耦合 对于单模光纤，由于存在偏振现象，单模光纤中的LPx01和LPy01两个 模的相位常数x和y不相等，从而导致这两个模式传输不同步,传输 速度不相等，从而形成色散，这种色散称为偏振模式色散。但是它与 多模光纤中的模色散不同，它是由于单模光纤结构上的缺陷或纤芯折 射率分布不均匀等因素造成的。对于理想的单模光纤，偏振模

39、色散是 不存在的。 偏振模色散偏振模色散 80 PMDPMD的影响的影响 标准规定标准规定: 无电再生传输距离内,PMD的最大展宽量即应小于 或等于信号脉冲时隙的10%,以保证系统功率代价不超 出1dB. 不同传输速率的脉冲时隙宽度: 64K 2.048M 622M 2.5G 10G 40G (b/s )64K 2.048M 622M 2.5G 10G 40G (b/s ) 15.6S 488ns 1.6ns 400ps 100ps 25ps15.6S 488ns 1.6ns 400ps 100ps 25ps PMD单位: ps/km :故限制距离为: L = ( L = (/ PMD)/ P

40、MD) kmkm 2 81 PMDPMD的影响的影响 功率代价为功率代价为1dB1dB的的PMDPMD系数系数 速率速率 最大最大 PMD PMD 系数系数 (Gb/s) (ps) (ps/km) 2.5 40 2.0 10 10 0.5 20 5 0.25 40 2.5 0.125 400KM光纤链路 82 色散对光传输的影响 n 传输速率一定的条件下，限制传输距离传输速率一定的条件下，限制传输距离 传输速率提高四倍,则中继距离缩短为 1/16 (G.652,1550nm) n 中继距离一定的条件下中继距离一定的条件下, ,限制传输速率限制传输速率 6 10 B：线路速率 ：光源系数， 单纵

41、模0.31 多纵模0.12 D: 光纤色散系数:光源谱线宽度 83 光纤非线性效应 光纤传输特性与光功率无关，谓之线性光纤传输特性与光功率无关，谓之线性 光纤传输特性在强光功率作用下发生变化，光纤传输特性在强光功率作用下发生变化， 则谓之非线性则谓之非线性 在常规光纤系统中，光纤呈现线性传输特性在DWDM系统中，由 于多波长能量叠加与光放大器的应用，光纤开始呈现非线性特性。随 着传输速率的提高，传输距离的延长，波分复用通路的增加，这种光 纤的非线性已成为最终限制系统性能的因素。非线性问题已成为新一 代光纤系统设计考虑的重要方面。 84 受激散射效应： 拉曼散射拉曼散射 （SRS） 布里渊散射（

42、布里渊散射（SBS） 折射率效应：（Kerr） 自相位调制自相位调制 （SPM） 交叉相位调制（交叉相位调制（XPM） 四波混频四波混频 （FWM） 通常将产生某种非线性效应的光功率值称为其通常将产生某种非线性效应的光功率值称为其“阈值阈值” 光纤非线性效应类型光纤非线性效应类型 85 受激布里渊散射受激布里渊散射(SBS) Input i Output i - 20Mhz 信号光子被光纤中的原子吸收而重新发射出较低频率的光子 (在1500nm波段低20Mhz). 吸收和发射光子之间的能量差被转换成光子- a sound wave - 按与信号相反方向传播. 称之为 anti-Stokeant

43、i-Stoke波波 Anti-Stokes Wave (sound phonons) 86 受激拉曼散射 (SRS) 1 2 1 2 100nm or 1 2 1 2 87 非线性折射非线性折射（KerrKerr效应）效应） 光纤的折射率光纤的折射率n n随光强而变化的非线性效应称为随光强而变化的非线性效应称为KerrKerr效应，效应，其表达式为：其表达式为： n = n0 +N2P/Aef N N0 0：光纤的正常折射率，：光纤的正常折射率， N N2 2：非线性系数，：非线性系数， P P：光功率：光功率, , A Aeff eff：光纤有效通光面积 ：光纤有效通光面积 88 自相位调制

44、自相位调制(SPM)(SPM) n随着信号强度的变化，光纤的折射率也跟着变化。随着信号强度的变化，光纤的折射率也跟着变化。SPMSPM导致啁啾导致啁啾 (chirp) (chirp) 自身相位变化自身相位变化 脉冲的边缘被频移 89 交叉相位调制（交叉相位调制（XPMXPM） n多波长系统中由于折射率的变化引起相邻信道的光脉冲相位互多波长系统中由于折射率的变化引起相邻信道的光脉冲相位互 相调制。相调制。 nXPM会造成波分复用系统的信号串扰。会造成波分复用系统的信号串扰。 nXPM可选用具有一定色散值的光纤加以抑制。可选用具有一定色散值的光纤加以抑制。 90 f1 f2 2f1 - f2 2f

45、2 - f1 f1 f2 四波混频（四波混频（FWMFWM） 两个信号的差拍在不同频率上产生谐振，导致信道间产生两个信号的差拍在不同频率上产生谐振，导致信道间产生 新的波长而引起混频串扰新的波长而引起混频串扰 FWM效应的影响取决于信号功率、信道间隔、光纤色散效应的影响取决于信号功率、信道间隔、光纤色散以以 及有效通光面积及有效通光面积 FWM是是WDM系统的重要非线性损伤系统的重要非线性损伤。 克服克服FWMFWM的措施：的措施：1 降低传输光功率 2 增大通光面积 4 保持一定色散 3 增大信道间断 91 四波混频四波混频(FWM)(FWM)的光谱观察的光谱观察 1546.5 波长(1nm

46、/div) 波长(1nm/div) 色散位移光纤色散位移光纤 （25km） D=0ps/(nm*km) 真波光纤（真波光纤（50km） D=2.5ps/(nm*km) 衰耗(10dB/div) 衰耗(10dB/div) 1546.5 2nm1nm 1.5nm 2nm1nm 1.5nm 注入光功率注入光功率=3dBm/通道通道 92 小结小结: : 光纤非线性的影响光纤非线性的影响 单单信信道道 多多信信道道 折折射射率率效效应应 自自相相位位调调制制 (SPM) 交交叉叉相相位位调调制制 (XPM) 四四波波混混频频 (FWM) 散散射射效效应应 受受激激布布里里渊渊散散射射 (SBS) 受受

47、激激拉拉曼曼散散射射 (SRS) 93 G.652： 大多数已安装的光纤，目前工程中广泛应用。 在1550nm处，衰耗低而色散较大，对速率提高有限制： 传输速率提高传输速率提高4 4倍，则色散受限距离缩短为倍，则色散受限距离缩短为1/161/16。 如：如：2.5Gb/s928Km 10Gb/s58Km2.5Gb/s928Km 10Gb/s58Km G.652+DCF方案升级扩容成本高，适于方案升级扩容成本高，适于2.5Gb/s及以下速率的及以下速率的DWDM系统系统 G.655 ： 在1550 nm处保持较小色散，以克服四波混频。适于 10Gb/s及以上DWDM系统。(郎讯G655:真菠,康

48、宁G655:LEAF) 光纤的选用光纤的选用 94 成缆要求 n由于光纤细而脆的特点，在工程应用中应对光纤成缆以提供全面 保护（温度影响、水气、化学侵蚀、机械破坏等） n基本类型:根据不同的应用要求采用不同元件、材料与结构。 光光 缆缆 95 光缆的类别光缆的类别 缆芯结构不同分为: 中心管式 层绞式 骨架式光缆 敷设条件不同分为: 架空光缆、管道光缆、直埋光缆和水底光缆 光缆中光纤的松紧状态不同分为: 紧结构 松结构 半松半紧结构光缆 使用环境与缆中材料不同可分为: 金属加强构件、非金属加强构件 阻燃、防蚁光缆、电力光缆 按照： 96 层绞式光缆层绞式光缆 经过套塑的光纤单元（管） 螺旋绞合

49、在中心加强构件上 在缆芯周围加装各种护层并 填充缆膏。 光缆中光纤芯数最大可做到 200芯以上 适用于架空、管道、直埋、 水下等各种方式 97 中心束管式光缆中心束管式光缆 装有多根光纤的松套管置于光 缆截面的中心位置。 单根高炭钢丝作为加强构件平 行置于中心管的两边或周围 光缆中光纤芯数最大为36芯 光缆结构简单、轻便且对光纤 保护有利。 适用于架空、管道或直埋方式 98 叠带式光缆叠带式光缆 带状光纤缆结构类同于非带状光纤缆，可分为中心管 式、松套层绞式和骨架式三大类 99 n目前尚无ITU-T建议，采用 GB/T（908-2000） n完整代号分为两大部分： n型式代号（左边字母或数字）

50、 n1、光缆类型：GY、GJ、GH、GT n2、加强件:无符号、F、G n3、特征代号：B、T、Z、X、G、D. 光缆型式代号 光纤规格代号 光缆型号标识光缆型号标识 100 4、护层代号：PE、PVC、A、S、L、Q、 W、 33、43、53 5、外护套代号：Y（或03，可略）、V 光纤规格代号（右边数字或字母） 依次为：光纤芯数、光纤类型（D、J、S模场直径/包层外径、工作波 长（1、2、3）、 衰耗系数、适用温度（A、B、C、D） 光缆型号标识光缆型号标识 101 nGYXTW24D9/125GYXTW24D9/125（236236）A A nGYTA3336D9/125GYTA3336

51、D9/125（325325）B B nGYDTS192D9/125GYDTS192D9/125（230230）A A nGJFV1D9/125GJFV1D9/125（325325）D D 光缆型号标识光缆型号标识 102 n一、温度影响 n高温：光纤与涂覆层材料膨胀系数不一致引起光纤受拉，影响 光纤强度。 n低温：涂覆层材料的收缩迫使光纤产生微弯，传输衰耗增大。 n二、机械特性 n拉伸单根光纤抗拉强度大于 7 Kg。 光纤光缆的应用条件光纤光缆的应用条件 103 n弯曲不同弯曲半径R对光纤与光缆的影 n 响不同。 n光纤：当R2mm，光纤可能断裂。 n R20mm，光纤传输损耗会增大。 n R

52、 40mm，会造成光纤弯曲疲劳。 n光缆：运输与施工过程中，光缆的动态允许弯曲半径大于缆径20倍， 静态弯曲半径大于缆径15倍。 光纤光缆的应用条件光纤光缆的应用条件 104 1、根据合同要求确定的项目： 缆芯结构、光纤类型、光纤芯数 2、光缆机械特性项目： 拉伸、弯曲、扭转、曲绕、冲击 3、光纤特性项目： 几何特性：包层不圆度1%、同心度 误差0.8m，包层外径125m 传输特性：衰减、色散、截止波长、模场 直径 105 光缆工程特性项目光缆工程特性项目 1、 接续损耗、光缆绝缘电阻、护层材料 及厚度、金属层与PE护层粘接强度 2、缆中光纤排序及色标规定、光缆外护 层标识、缆盘标识 3、 耐

53、环境性能（温度、水分） 缆中油膏滴流性、截面渗水性、 外护套开裂性 106 成品光缆规定标识成品光缆规定标识 ： 20062006 GYTS 36B1 GYTS 36B1 *M 上海移动 缆盘标识: 盘号. 光缆主要代号. 盘长. 允许弯曲半径.滚动方向 107 DWDMDWDM系统系统 有源与无源器件 108 n 半导体光源半导体光源 (LD,LED, DFB, MQW, n VCSEL) n 半导体光探测器半导体光探测器 ( PIN, APD) n 光放大器光放大器 (EDFA, RFA，SOA) n 光波长转换器光波长转换器 (OTU) n 光调制器光调制器 (MZ，EA) 光有源器件基

54、本类型光有源器件基本类型 109 光源的波长稳定光源的波长稳定 1 2 对光源的要求：对光源的要求： 精确、稳定的发光波长。精确、稳定的发光波长。 极小的光谱宽度极小的光谱宽度 保证跨距的光功率保证跨距的光功率 良好的消光比良好的消光比 工作波长范围的响应度工作波长范围的响应度 足够的灵敏度与动态范围。足够的灵敏度与动态范围。 光发送与接收要求光发送与接收要求 110 中心频率中心频率中心波长中心波长8 8波波1616波波3232波波中心频率中心频率中心波长中心波长8 8波波1616波波3232波波 1 1196.1196.11528.771528.772121194.1194.11544.5

55、31544.53 2 2196.0196.01529.551529.552222194.0194.01545.321545.32 3 3195.9195.91530.331530.332323193.9193.91546.121546.121414 4 4195.8195.81531.121531.122424193.8193.81546.921546.921515 5 5195.7195.71531.901531.902525193.7193.71547.721547.721616 6 6195.6195.61532.681532.682626193.6193.61548.511548.51

56、1 11717 7 7195.5195.51533.471533.472727193.5193.51549.321549.321 12 21818 8 8195.4195.41534.251534.251 12828193.4193.41550.121550.123 31919 9 9195.3195.31535.041535.042 22929193.3193.31550.821550.822 24 42020 1010195.2195.21535.821535.823 33030193.2193.21551.721551.725 52121 1111195.1195.11536.61153

57、6.614 43131193.1193.11552.521552.523 36 62222 1212195.0195.01537.401537.405 53232193.0193.01553.331553.337 72323 1313194.9194.91538.191538.196 63333192.9192.91554.131554.134 48 82424 1414194.8194.81538.981538.987 73434192.8192.81554.941554.949 92525 1515194.7194.71539.771539.778 83535192.7192.71555.

58、751555.755 510102626 1616194.6194.61540.561540.569 93636192.6192.61556.551556.5511112727 1717194.5194.51541.351541.3510103737192.5192.51557.361557.366 612122828 1818194.4194.41542.141542.1411113838192.4192.41558.171558.1713132929 1919194.3194.31542.941542.9412123939192.3192.31559.981559.987 71414303

59、0 2020194.2194.21543.731543.7313134040192.2192.21559.791559.7915153131 4141192.1192.11560.611560.618 816163232 G.692-DWDMG.692-DWDM信道与波长规范信道与波长规范 111 直接调制直接调制 输出功率正比于调制电流； 简单、损耗小、价廉； 使用FP或DFB激光器二极管； 线性调频（啁啾）波长随调制电流变化，展宽激光器线宽。 限制使用在 2.5Gbps 高速率传输 对于模拟信号要求线性度 偏振无关 马马赫赫策策恩恩德德或或 电电吸吸收收调调制制器器 电流 驱动电流 D D

60、F FB B 激激光光器器 光源调制方式光源调制方式（2） 113 输入电路输入电路 激光器激光器 驱动电路驱动电路 DFB激光器激光器 偏置偏置 控制电控制电 路路 TEC 控制电路控制电路 输入电路输入电路 调制器调制器 驱动电驱动电 路路 EA调制器调制器 偏置偏置 控制电路控制电路 TEC 控制电路控制电路 DFB激光器激光器 光发射模块光发射模块 114 光探测器光探测器 n在线路接收端完成光/电变换的器件 n有多种类型：真空光电管、光电倍增管、半导体光探测器。光 纤通信中信号较弱，只有半导体探测器能满足要求。 n光探测器工作原理 n光电效应一定结构的半导体材料受到光照射时产生电动势