DWDM基本原理

1、DWDM原理原理刘和平本部用户服务部2004.08.02主要内容4WDM基本知识4系统光功率预算基本知识1-WDMo ITU-T G.661-1996G.661-1996：有关放大器一般参数的定义和测试有关放大器一般参数的定义和测试o ITU-T G.662-1995G.662-1995：光纤放大器器件及子系统的一般特性光纤放大器器件及子系统的一般特性o ITU-T G.663-1996G.663-1996：光纤放大器器件及子系统的应用有关方面光纤放大器器件及子系统的应用有关方面o ITU-T G.664-1998G.664-1998：用于光传输系统的通用光安全性程序用于光传输系统的通用光安全

2、性程序o ITU-T G.671-1996G.671-1996：无源光器件的传输特性无源光器件的传输特性o ITU-T G.681-1996G.681-1996：使用光放大器包括光复用器的局间和长途线路系统的光接口使用光放大器包括光复用器的局间和长途线路系统的光接口oITU-T G.691-1997G.691-1997：具有光放大器的有关单信道具有光放大器的有关单信道SDHSDH系统的光接口系统的光接口o ITU-T G.692-1998G.692-1998：具有光放大器的多通道系统的光接口具有光放大器的多通道系统的光接口基本知识1-WDMo ITU-T G.784-1994：同步数字体系同步

3、数字体系(SDH)的管理的管理o ITU-T G.773-1993：传输设备管理的传输设备管理的Q接口协议栈接口协议栈oITU-T G.774-1994：SDH网元信息模型网元信息模型oITU-T G.826-1995G.826-1995：基群及更高速率的国际固定比特率数字通道的误码性能参数和指标基群及更高速率的国际固定比特率数字通道的误码性能参数和指标oITU-T G.825-1995G.825-1995：基于基于SDHSDH数字网络抖动与漂移的控制数字网络抖动与漂移的控制oITU-T G.957-1995G.957-1995：有关有关SDHSDH设备和系统的光接口设备和系统的光接口o光波分

4、复用系统总体技术要求（暂行规定）（光波分复用系统总体技术要求（暂行规定）（YDN 120-1999）o光波分复用系统（光波分复用系统（WDM）技术要求技术要求-32*2.5Gbit/s部分）（部分）（YD/T 1060-2000）基本知识1光的电磁波属性：光的电磁波属性： 波长和频率的关系波长和频率的关系fcncv 2cfwww:基本知识1-u 中心频率间隔：200GHz（8波）100GHz（16，32/40波）u 中心频率偏差（寿命终了值）：20GHzu 波长稳定度（环境温度-1060）：3GHz序号中心频率(THz)波长(nm)备注1192.11560.61*2192.21559.79 3

5、192.31558.98*4192.41558.17 5192.51557.36*6192.61556.55 7192.71555.75*8192.81554.94 9192.91554.13*10193.01553.33 11193.11552.52*12193.21551.72 13193.31550.92*14193.41550.12 15193.51549.32*16193.61548.51 17193.71547.72 18193.81546.92 19193.91546.12 20194.01545.32 21194.11544.53 22194.21543.73 23194.31

6、542.94 24194.41542.14 25194.51541.35 26194.61540.56 27194.71539.77 28194.81538.98 29194.91538.19 30195.01537.40 31195.11536.61 32195.21535.82 33195.31535.04 34195.41534.25 35195.51533.47 36195.61532.68 37195.71531.90 38195.81531.12 39195.91530.33 40196.01529.55 通路波长分配4CH1(OTU1): 192.1THz(1560.61nm)4

7、CH2(OTU2): 192.2THz(1559.79nm)44CH32(OTU32): 195.2THz(1535.82nm)4192.1*1560.61=195.2*1535.82=193.1*1552.52=光速4对32/16波系统,通路波长间隔为100GHz(约0.8nm).4对8波系统,通路波长间隔为200GHz(约1.6nm).4选用波长应在EDFA光放大器的放大频段之内.基本知识21530 nm1540 nm1550 nm1560 nm1570 nm1580 nm1590 nm1600 nmBLUE BAND蓝带蓝带RED BAND红带红带INFRA-RED BAND红外带红外带

8、196.0199.0195.0194.0193.0192.0191.015051510153015351540154515501555156015651570OSC信道信道151010nmC-Band (nm)L-Band 基本知识3- DWDM系统简介系统简介DWDM Dense Wavelength Division Multiplexing 在一根光纤上同时利用不同波长的光载波承载不同的信号进行混合传输 最早的波分复用技术是将1310nm和1550nm的两波分复用 DWDM1550nm窗口下以一定的波长间隔传送光载波N21N21N21光复用器光解复用器光纤放大器基本知识3- DWDM系统

9、简介系统简介4DWDM与与CWDM DWDM技术是在波长1550nm窗口附近，EDFA能提供增益的波长范围内，选用密集的但相互又有一定波长间隔的多路光载波，各自受不同数字信号的调制，复合在一根光纤上传输，提高了每根光纤的传输容量。光功率（dBm)1530 - 1560nm 波长波长间隔：0.82nm基本知识3-WDM的组成41 Tx1Tx2TxNOM/OAOA/ODRx1Rx2RxN OAS1f1.f2S2SnfnRM1RM2RMnMPI-SRSMPI-RSD1SD2SDnR2R1Rn发射端：o 波长范围 o 波长稳定度 o 输出光功率 o 啁啾系数 o 消光比o 光纤损耗o 光纤色散o 光纤

10、非线性o OA增益带宽o OA噪声指数o OA饱和输出功率o OM插入损耗o 各通路插损的最大差异 o 接收机灵敏度o 光信噪比o 接收机噪声o OD插入损耗o OD相邻通路隔离度o OD非相邻通路隔离度基本知识3-WDM的组成光发射和接收部分：光发射和接收部分： 特定波长转换、信号调制和波长、功率稳定、色散容限大的特定波长转换、信号调制和波长、功率稳定、色散容限大的 LD发射源；发射源； 能容忍一定能容忍一定SNR信号的信号的PIN或或APD宽带光接收机。宽带光接收机。合波和分波部分：合波和分波部分： 插损小、信道隔离度高的光解复用器插损小、信道隔离度高的光解复用器光传输和光放大：光传输和光

11、放大： 满足一定损耗和色散参数的线路光纤满足一定损耗和色散参数的线路光纤 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通道：光监控通道： 1510nm, DWDM系统网管系统网管 光传送网分层模型光传送网分层模型 基本知识光发射技术光发射技术发射机调制技术：1、直调（节省成本）2、EA调制（减少啁啾系数）3、MZ调制波长稳定技术：1、温度反馈控制技术2、波长反馈控制技术发射机主要技术指标：1、光谱特性2、眼图模板3、抖动性能4、误码性能光接收技术光接收技术接收机类型：1、PIN/APD2、2R/3R3、单一速率/多速率接收机主要技术指标：1、灵敏度2、过载点3、反射基

12、本知识-光源光源-激光器的调制方式激光器的调制方式激光器的直接调制激光器的直接调制调整注入电流调整注入电流光信号输出光信号输出缺点：引起频率啁啾， 展宽谱线宽度光调制光调制器器激光器的间接调制激光器的间接调制光信号输出光信号输出电调制信电调制信号号优点：压缩谱线宽度，优点：压缩谱线宽度，减减少少啁啾系数，啁啾系数，保证光谱质保证光谱质量量常用的外调制：常用的外调制：EA；LiNbO3（MZ）频率啁啾的解决频率啁啾的解决基本知识-发射模块的波长控制TEC温度控制器温度控制器TEC温度温度控制电路控制电路温度传感器温度传感器 0激光输出激光输出T( C) (nm)对于对于1.5 m DFB激光器，

13、波长温度系数约为激光器，波长温度系数约为13GHz/ C，管芯管芯温度每升高温度每升高1 C，输出波长大约向长波长方向移动输出波长大约向长波长方向移动0.1nm。管芯温度和波长关系曲线管芯温度和波长关系曲线 0LD管芯管芯通路波长的监控4根据OTU单板当前15分钟性能中光发射模块管芯温度的变化情况，可初步判断各通路波长的漂移情况，如对OTU1单板，如果工程开通时的管芯温度为25.3度, 波长为标准的192.1THz(1560.61nm),在经过多年运行后,如果网管查询管芯温度为26.3度, 则可基本推断出,此时该单板输出光信号波长向长波长漂移了0.1nm, 即波长约变为192.097THz(1

14、560.71nm).4如果波长漂移过大,大于20GHz时,可考虑采用多波长计通过设备的OMU/OA等单板的监控光口进行准确测试,然后在网管单板维护菜单中进行OTU波长的调整.通过仪表的测试或网管上管芯温度的恢复来判断是否调整至满足运行要求.基本知识-对OTU光发送部分的要求15461547154815491550155115521553-70-60-50-40-30-20-1001549.31551.025CH1 193.5THzPower (dBm)Wave (nm)中心频率中心频率 ：192.1192.1THz196.0THzTHz196.0THz中心频率偏差：中心频率偏差： +/-10

15、40 40dBdB-20dB-20dB谱宽：谱宽： 0.2 0.2nmnm基本知识通道代价4背靠背灵敏度：背靠背灵敏度： -33.5dBm4传输后灵敏度：传输后灵敏度： -32dBm4通道代价：通道代价： 1.5dB-38-37-36-35-34-33-32-31-3010E-12111098710E-6 6 ZXWM-32 8x2.5G SYSTEM A-CH3 Transmission Characteristics 1999/10/8A-CH3 193.1THz Back to back After 3x120km 2.48832Gb/s, NZR PBRS 223-1 With APD

16、 Optical Reference ReceiverBit Error RateAverage Received Optical Power (dBm)基本知识正常的眼图左上：传输前Filter on右上：传输前Filter off左下：传输675km后右下：传输775km后线路光纤为G652。基本知识不正常系统的眼图左上：下降沿发散（LD工作点不合适）右上：眼图模糊（光口反射严重）左下：传输775km后，（色散补偿不足）右下：直调LD模块传输后眼图线路光纤为G652。基本知识-DWDMDWDM系统中使用的波分复用器件的性能应满足系统中使用的波分复用器件的性能应满足ITU-T G.671IT

17、U-T G.671及相关建议的要及相关建议的要求。求。 合波器合波器 常用的合波器类型有耦合器型、介质薄膜滤波器型和集成光波导型。常用的合波器类型有耦合器型、介质薄膜滤波器型和集成光波导型。 合波器的参数主要有插入损耗、光反射系数、工作波长范围、极化相合波器的参数主要有插入损耗、光反射系数、工作波长范围、极化相关损耗和各通路插损的最大差异。关损耗和各通路插损的最大差异。 分波器分波器 分波器的类型主要有光栅型、介质薄膜滤波器型、熔锥型和集成光导型分分波器的类型主要有光栅型、介质薄膜滤波器型、熔锥型和集成光导型分波器等类型。波器等类型。 分波器的参数主要有通路间隔、插入损耗、光反射系数、相邻通路

18、隔分波器的参数主要有通路间隔、插入损耗、光反射系数、相邻通路隔离度、非相邻通路隔离度、极化相关损耗、温度系数、离度、非相邻通路隔离度、极化相关损耗、温度系数、 0.50.5dBdB和和 2020dBdB带宽。带宽。DWDMDWDM复用和解复用器复用和解复用器 滤波器型滤波器型阵列波导光栅型阵列波导光栅型耦合器型耦合器型3 34 4衍射光栅型衍射光栅型3344 3 34 4 1 2 3 4。 3 3 4 43 34 4 3 3 4 4 3 34 4 DWDM复用和解复用技术复用和解复用技术基本知识-EDFAEDFA特点：1、全透明2、无串扰3、宽带宽(35nm)4、高增益(33dB)5、低噪声(

19、5.5dB)EDFA主要技术指标：1、增益2、带宽3、噪声系数4、输出光功率5、平坦度6、瞬态响应光放大技术（光放大技术（EDFA）980 nm pump1480 nmpumpFast non-radiation decayN1 at Ground LevelN3 0 at 980 nmPump levelN2 at MetastableLevel Amplified Signals Plus ASE 1550 nmSignals线路损耗的影响线路损耗的影响包括吸收、散射、弯曲、接头损耗，导致光信噪比降低OSNR = Pout - 10logM - L + 58dBm - Nf - 10log

20、N- P其中： Pout为总入纤功率，M为通道数量，L为线路损耗， Nf 为EDFA噪声系数，N为光再生段数量， P为通道功率与均值间差异。线路色散的影响线路色散的影响包括材料色散、波导色散及模式色散等，导致波形展宽引起码间串扰色散传输限制：B2L D1105 其中：B为信号带宽，L为线路长度，D为光纤色散系数。线路非线性的影响线路非线性的影响包括SBS、SRS及SPM、XPM、FWM、IM等基本知识uu 光纤色散效应对传输的影响光纤色散效应对传输的影响1 0 1 0 1 0 1 1 0 11 0 1 0 1 0 1 1 0 1InputOutput脉冲展宽 (ps) = D(ps/ nm*k

21、m) * S(nm) * L(km)TimeTime脉冲展宽脉冲展宽 1/4 比特周期时会引起误码比特周期时会引起误码B2 * D * L 105(Gb/s)2ps/nm 2.5 Gb/s 10 Gb/sSMF (G.652) 960 km 60 km(D=17ps/nm.km)NZDF(G.655) 4800 km 300 km (D=16ps/nm.km)假设光源无啁啾色散受限距离：色散受限距离：*实际受限距离将比理论值低实际受限距离将比理论值低20%40%左右左右基本知识-基本知识-两种光纤的比较G.652 光纤特性：(1550nm窗口） 功率衰耗值：0.25dB 色散系数：17ps/(

22、nm.km)*利于克服四波混频效应，但不利于高比特长距离传输G.655 光纤特性：(15301565 nm） 功率衰耗值：0.25dB 色散系数：16ps/(nm.km)*既可以克服四波混频效应，又支持高比特（10Gbit/s) 的长距离传输，同时满足TDM和WDM两种发展方向的 要求。基本知识-输入输入 信道1 信道N 信道1 信道N光合波器光分波器输出输出网络管理系统光发射单元光中继放大光接收单元光监控光监控网络管理网络管理基本知识-独立的监控通道DWDM系统中影响信号传输的因素系统中影响信号传输的因素线宽、动态效应啁啾ASE增益平坦性D，ATT，SPM，XPM，FWM，SRS.mMD串扰

23、差拍、散粒、热噪声基本知识基本知识在长距离光纤传输系统中，为了减轻色散对信号的影响，应选用啁啾小、线宽在长距离光纤传输系统中，为了减轻色散对信号的影响，应选用啁啾小、线宽窄的高品质激光器；窄的高品质激光器；在长距离光纤传输时，色散对信号的影响十分明显，在高速率传输时在长距离光纤传输时，色散对信号的影响十分明显，在高速率传输时(10G)尤其尤其如此。必须进行相应的色散管理；如此。必须进行相应的色散管理；色散补偿不能抵消光纤的非线性效应对信号的影响。必要的色散还可以在一定色散补偿不能抵消光纤的非线性效应对信号的影响。必要的色散还可以在一定程度上降低非线性效应的影响。在多信道、高速率传输时，采用大有

24、效面积光纤程度上降低非线性效应的影响。在多信道、高速率传输时，采用大有效面积光纤和降低信道平均功率可以降低非线性效应的影响；和降低信道平均功率可以降低非线性效应的影响；在级联的在级联的EDFA系统中，为了在接收端保持合适的系统中，为了在接收端保持合适的OSNR，必须对信道功率、光必须对信道功率、光纤段数（增益）和信道数进行综合考量；在同样长度的复用段内，采用多跨距、纤段数（增益）和信道数进行综合考量；在同样长度的复用段内，采用多跨距、小增益小增益OA的系统要比少跨距、大增益的系统要比少跨距、大增益OA的系统更合适。的系统更合适。大裕量的系统设计可以使系统升级成为可能。大裕量的系统设计可以使系统

25、升级成为可能。OBAOPOPAOSCTMPI-SMPI-RTo Direction Bprotection-lineFrom Direction Bprotection-lineto Direction Aprotection-lineFrom Direction Aprotection-lineDirection ADirection BOTU1OMU16OTU16R1R16S16S1OBAODU16.SD16SD1OPAOLAOLAOSCLRSSROLAOLAOSCLRSSROBAOPOPAOSCTMPI-SMPI-ROTU1OMU16OTU16R1R16S16S1OBAODU16.SD1

26、6SD1OPAu 系统可分为开放式和集成式。其中开放式WDM系统采用O/E/O波长变换技术，将不满足G.692标准要求的光信号转换至满足G.692标准要求的光信号。u 采用具有增益锁定及增益网管调控功能的掺铒光纤放大器，实现超长距离传输，最长无电中继传输距离可达640km(采用FEC技术可达800km)。配置类型完全满足ITU-T G.692建议要求，典型配置为333dB、530dB、822dB等。u 采用专利技术进行线路故障检测，实现光复用段的保护，倒换时间小于50ms。u 系统设计为双向传输系统，传输光纤采用G.652光纤，也可采用G.655光纤。u 系统提供独立的光监控通道（OSC），用

27、以传输复用段和中继段的公务和网元管理信息，并提供OSC的保护路由。u 系统可以进行告警、维护、性能、配置、安全和系统等管理，具有主、副站WDM网元管理功能，u 各单板具有软件在线升级功能和统一的单板软、硬件框架。采用模块化设计便于系统升级与维护。 OLA 线路放大 设备OTM光终端设备 OADM 光分插复 用设备OTM光终端设备告警灯电 源 插 箱光转发（OTU）子架光 纤 走 线区光放大（OA）子架光 纤 走 线区风 扇 插 箱光转发（OTU）子架光 纤 走 线区u 系统采用了模块化结构设计，所有主光通道单板的背板接口设计完全相同，可以任意混插，实现系统灵活配置。u 只需通过在同一机架内增加

28、光转发子架和部分单板的方式，即可实现系统升级和扩容，具有极好的兼容性和扩展性。内置ODF架OTU OTU OTU OTU OTU OTU OTU OTU OTU OTU OTU OTU OTU OTUOMUOAOW OSC NCP OSC OPOAODU 公共接口区OMU合波器ODU光监控分波器光终端设备 ZXSM2500光发送ZXSM2500光发送ZXSM2500光接收ZXSM2500光接收分波器合波器合波器分波器光监控光线路放大设备光终端设备分波器ODU合波器OMU光监控ZXSM2500光接收ZXSM2500光接收ZXSM2500光发送ZXSM2500光发送 OAOAOAOAOAOAOMU

29、合波器ODU光监控分波器光终端设备 2.5GSDH光发送2.5GSDH光发送2.5GSDH光接收2.5GSDH光接收分波器合波器合波器分波器光监控光线路放大设备光终端设备分波器ODU合波器光监控2.5GSDH光接收2.5GSDH光接收2.5GSDH光发送2.5GSDH光发送 OTUOTUOMUOAOAOAOAOAOAOTUOTU系统光功率预算 OTUOTUOTUOM/OAOA/ODOTUROTUROTUR OAS1f1.f2S2SnfnRM1RM2RMnMPI-SRSMPI-RSD1SD2SDnR2R1Rn发射端：o 波长范围 o 波长稳定度 o 输出光功率 o 啁啾系数 o 消光比o 光纤损

30、耗o 光纤色散o 光纤非线性o OA增益带宽o OA噪声指数o OA饱和输出功率o OM插入损耗o 各通路插损的最大差异 o 接收机灵敏度o 光信噪比o 接收机噪声o OD插入损耗o OD相邻通路隔离度o OD非相邻通路隔离度系统光功率预算4OTUT入光、出光4OTUG入光、出光4OMU输入、输出4OBA输入、输出4OLA输入、输出4OPA（SDMT）输入、输出4ODU输入、输出4OTUR输入、输出系统光功率预算4发送端OTUT输入、输出 PIN接收：310dBm为佳，SDH输出光加5dB（10dB）衰减器后送入发送端OTU。 APD接收：1020dBm为佳， OTU和OTUG的输出光功率（E

31、ALD）32dBm. OTUR的输出光功率：23dBm系统光功率预算4OMU输入、输出 OMU32插损（耦合器型器件）：16 0.5dB 单通路OTU信号输入OMU,则OMU输出为-19dBm;OBA2520输出为6dBm; 2路OTU输入,则OMU输出为-16dBm; 8路OTU输入,则OMU输出为-10dBm; OBA输出为15dBm; 32路OTU输入,则OMU输出为-4dBm; OBA输出为饱和的近20dBm; 若OMU为波长敏感型,其插损与ODU分波器件一致，约68dB，对应OBA增益类型相应要变一下，如OBA1720（或OBA1417西安移动）；此时要根据具体光器件插损来决定OMU

32、和OBA之间如何加合适的衰减器。系统光功率预算4OA输入、输出 对OBA和OLA,要确保每个通路经OA放大后的单信道功率为5dBm,在一个复用段内,可以允许某个站点的OA单信道功率有5 3dBm的变化, 但应该对相邻站点的OA作适当调整,避免在一个复用段内总线路损耗(包括线路衰减器的衰减量)和OA(OLA和OPA)总增益偏差过大的现象. 线路衰减器的配置原则是使OLA/OPA的增益等于其前一段的线路光纤的损耗加线路衰减器的衰减量.一般情况下,线路衰减器加在OA的输出端,即线路光纤的入纤处. 对32波的OPA1712/2212/2712, 单信道输出功率为-3dBm, 标准入光功率根据不同增益来确定即可.系统光功率预算4接收端的功率预算 OPA的单信道标准输出功率为-3dBm;在目前开通光通路比较少（4波以下）的情况下，可适当提高其单通路输出功率，一般单通路的输出光功率范围可在26dBm之间。 西部干线合同采用的ODU32的插入损耗为7dB左右, 如果不加衰减器,OPA输出直接送入ODU, ODU每通路的输出功率范围应在 -5-15