波分复用原理

波分复用原理第1页，共78页，2023年，2月20日，星期二DWDM原理和组成第2页，共78页，2023年，2月20日，星期二一概述九十年代以来，以Internet为代表的信息技术革命正在深刻地改变传统电信概念和体系

目前北美Internet骨干网的业务量几乎每6～9个月翻一番，比著名的CPU性能进展more定律（18个月左右翻番）快2～3倍话音业务数据业务宽带综合业务B-ISDN

世界电话业务年增长率为10%，数据业务年增长40%

中国话音业务14%的增长率，数据业务400%增长第3页，共78页，2023年，2月20日，星期二扩容的选择空分复用

SDM(SpaceDivisionMultiplexer)时分复用

TDM(TimeDivisionMultiplexer)波分复用

WDM(WavelengthDivisionMultiplexer)TDM和WDM技术合用第4页，共78页，2023年，2月20日，星期二

1310nm/1550nm窗口的波分复用

仍用于接入网，但很少用于长距离传输

1550nm窗口的密集波分复用(DWDM)

可广泛用于长距离传输，用于建设全光网络波分复用技术的发展第5页，共78页，2023年，2月20日，星期二DWDM的特点1、充分利用光纤的巨大带宽，带宽可达25THz和更长的传输距离。2、简化系统结构和设计，减少投资和维护费用。3、可节约大量光纤，扩容方便。4、可完成各种电信业务的综合和分离。5、可透明传输数据业务。6、可实现网络交换和恢复，具有高度生存性。及更灵活的组网方式第6页，共78页，2023年，2月20日，星期二322.5Gbit/s光谱图第7页，共78页，2023年，2月20日，星期二光通信二DWDM技术概要第8页，共78页，2023年，2月20日，星期二光的粒子属性：散射效应

弹性碰撞、非弹性碰撞光波的特性

爱因斯坦波粒二相性光在真空中的传播速度:c=3108m/s媒质的折射率:n光的全反射折射定律:n1sin1=n2sin2

光的电磁波属性：波长和频率1552.52nm~193.1THz100GHz~0.8nm第9页，共78页，2023年，2月20日，星期二DWDM系统的分类以信道速率分类：2.5Gbit/s、10Gbit/s及混合速率

以信道承载业务类型分类：PDH、SDH、ATM、IP或混合业务等以信道数分类：4、8、16、32等以系统接口分类：集成式或开放式系统以地理域分类：海底系统、陆地干线、本地网、 城域网第10页，共78页，2023年，2月20日，星期二开放式和集成式系统结构第11页，共78页，2023年，2月20日，星期二波长转换(WavelengthConvertion)开放式系统的关键技术------第12页，共78页，2023年，2月20日，星期二DWDM系统的组成部分

合波和分波无源部分

发射和接收有源部分

光传输和光放大

光监控信道

DWDM系统网管第13页，共78页，2023年，2月20日，星期二发射和接收有源部分第14页，共78页，2023年，2月20日，星期二光发送机

光源的波长稳定12指定波长符合ITU-T规定波长漂移/5（ITU-T）/10（国家）光源的色散容限光谱宽度@-20dB<0.2nm光接收机

工作波长范围的响应度对SNR的灵敏度第15页，共78页，2023年，2月20日，星期二中心波长和中心频率196.0199.0195.0194.0193.0192.0191.015051510153015351540154515501555156015651570OSC信道151010nmC-BandL-Band(THz)(nm)中心频率(中心波长)偏差n/5，n为光信道间隔

标称中心频率或波长是以193.1THz（1552.52nm)为中心、间隔为100GHz的整数倍。DWDM系统对光发射和光接收的

基本要求第16页，共78页，2023年，2月20日，星期二中心波长和中心频率第17页，共78页，2023年，2月20日，星期二光发送机

光谱特性

121-XdB发光二极管（LED）121-XdB121-XdB多纵模激光器（MLM）单纵模激光器（SLM）第18页，共78页，2023年，2月20日，星期二温度反馈控制P区n区光栅有源区T(C)l(nm)TEC温度控制器TEC温度控制电路l0激光输出温度传感器激光器管芯对于1.5mmDFB激光器，波长温度系数约为13GHz/C管芯温度和波长关系曲线0第19页，共78页，2023年，2月20日，星期二波长反馈控制TEC温度控制器TEC温度控制电路0激光输出温度传感器激光器管芯波长控制技术之第20页，共78页，2023年，2月20日，星期二

直接调制方式

－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；随调制速率增高，模数增加，激光器谱线展宽（啁啾）。限制使用在<2.5Gbps速率下，较短距离传输。调制方式第21页，共78页，2023年，2月20日，星期二

外调制方式

－激光器光源＋开关－复杂、损耗大、价格贵；

分离外调制 铌酸锂（LiNbO3）Mach-Zehnder

集成外调制电吸收（EA）III-V族半导体Mach-Zehnder

－线性调频（啁啾）无或小－用于>2.5Gbps高速率传输

调制方式温度波长控制电路第22页，共78页，2023年，2月20日，星期二光接收机接收机必须承受的影响：信号畸变噪声串扰第23页，共78页，2023年，2月20日，星期二合波和分波无源部分第24页，共78页，2023年，2月20日，星期二

DWDM系统中使用的波分复用器件的性能应满足ITU-TG.671及相关建议的要求。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。

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。分波器

分波器的类型主要有光栅型、干涉滤波器型、熔锥型和集成光波导型分波器等类型。分波器的参数主要有通路间隔、插入损耗、光反射系数、相邻通路隔离度、非相邻通路隔离度、极化相关损耗、温度系数、0.5dB和20dB带宽。DWDM系统对合波和分波无源器件的

基本要求第25页，共78页，2023年，2月20日，星期二炫耀光栅自由空间光学－要求精确度对温度敏感－要求控温炉插入损耗大－光纤耦合和光栅效率低对偏振敏感第26页，共78页，2023年，2月20日，星期二阵列波导光栅（AWG）输入孔阑输出孔阑象平面物平面FPR：自由传播范围对温度敏感引起的波长漂移；滤波器对宽带响应不好；邻近信道隔离度较差；第27页，共78页，2023年，2月20日，星期二信号通带较平坦；偏振无关；插入损耗较低；温度特性很好，可达0.001nm/oC以下。多层介质膜干涉滤波器0/20/201，2，3，…n1，3，…n22/4i0r1r2第28页，共78页，2023年，2月20日，星期二8路多层介质膜滤波器DWDM复用/解复用器第29页，共78页，2023年，2月20日，星期二对温度敏感，但成本低，便于设计和制造； 可以直接熔接到系统中； 滤波器性能较好；反射型结构（带阻）；光纤布拉格光栅（FBG）第30页，共78页，2023年，2月20日，星期二光传输和光放大部分第31页，共78页，2023年，2月20日，星期二光的传输影响光传输的光纤参数光纤的衰减光纤的色散光纤的非线性效应第32页，共78页，2023年，2月20日，星期二0.70.80.91.01.11.21.31.41.51.61.7波长（mm）543210衰减（db/km）1243OH-OH-OH-~190THz~50THz单模光纤截止波长5光纤的衰减第33页，共78页，2023年，2月20日，星期二随着脉冲在光纤中传输，脉冲的宽度被展宽劣化的程度随数据速率的平方增大决定了电中继器之间的距离光纤的色散 模间色散(ModeDispersion)

色度色散(CromaticDispersion)

偏振模色散(PolarizationModeDispersion)第34页，共78页，2023年，2月20日，星期二色散对传输的限制第35页，共78页，2023年，2月20日，星期二光纤的非线性效应受激的散射效应

受激拉曼散射(SRS)

受激布里渊散射(SBS)折射率效应

相位调制(SPM)

交叉相位调制(CPM，XPM)

四波混频(FWM，FPM)第36页，共78页，2023年，2月20日，星期二传输使用的三种不同类型的单模光纤G.652单模光纤（NDSF）G.653单模光纤（DSF）G.655单模光纤（NZ-DSF）常规G.655大有效面积G.655第37页，共78页，2023年，2月20日，星期二三种光纤色散情况比较第38页，共78页，2023年，2月20日，星期二结论:

不适用于10Gb/s以上速率传输，但可应用于2.5Gb/s或以下速率的DWDM。G.652单模光纤（NDSF）大多数已安装的光纤低损耗大色散分布大有效面积色散受限距离短2.5Gb/s系统色度色散受限距离约600km10Gb/s系统色度色散受限距离约34kmG.652+DCF方案升级扩容成本高第39页，共78页，2023年，2月20日，星期二低损耗零色散小有效面积长距离、单信道超高速EDFA系统四波混频（FWM）是主要的问题，不利于DWDM技术结论:

适用于10Gb/s以上速率单信道传输，但不适用于DWDM应用，已经被市场淘汰。G.653单模光纤（DSF）第40页，共78页，2023年，2月20日，星期二

有几种类型的光纤可以使用（TruewaveTM、LSTM、LEAFTM、大保实光纤等）在1530－1565nm窗口有较低的色散可以有正的或负的色散，正色散SPM效应压缩脉冲，负色散SPM效应展宽脉冲。为DWDM系统的应用而设计的结论:

适用于10Gb/s以上速率DWDM传输，是未来大容量传输光纤的理想选择。G.655单模光纤（NZ-DSF）第41页，共78页，2023年，2月20日，星期二G.655光纤（NZ-DSF）常规： +色散斜率小

-非线性效应严重大有效面积：+非线性效应小

-色散斜率大D>0：+SPM压缩传输脉冲，补偿色散效应的影响

-调制不稳定性（MI）（>2000km）D<0：+无调制不稳定性（MI）

-SPM展宽传输脉冲，加重色散效应的影响LUCENT真波光纤CORNINGLEAF光纤第42页，共78页，2023年，2月20日，星期二什么是PMD?由于光的偏振模之间产生时延起源于光纤的双折射差分群时延(DGD)偏振模色散(PMD)问题第43页，共78页，2023年，2月20日，星期二PMD的影响功率代价为1dB的PMD系数

速率 最大PMD PMD系数

(Gb/s) (ps) (ps/km½) (400km光纤链路)

2.5 40 2.010 10 0.520 5 0.2540 2.5 0.125第44页，共78页，2023年，2月20日，星期二80年代安装的8千万公里老光纤光缆中

l=1550nm光缆长度=27.55kmPMD=108psPMD系数=20.57ps/km1/2第45页，共78页，2023年，2月20日，星期二90年代安装的光纤光缆

l=1550nm光缆长度=32kmPMD=10.86psPMD系数=1.92ps/km1/2匹配包层光纤

-110km和80km

-PMD系数=0.06到0.07ps/km1/2下凹光纤

-20km到85km

-PMD系数=0.74到0.92ps/km1/2色散位移光纤

-20km和40km

-PMD系数=0.30到0.37ps/km1/2第46页，共78页，2023年，2月20日，星期二同一光缆中不同光纤的PMD测量l

=1550nm光缆长度=3.6.km测试结果(在30分钟时间周期内)Fiber#PMD(ps)PMD系数(ps/km1/2)10.080.0420.160.0930.390.2040.320.1750.690.3660.320.1770.400.2182.841.5090.110.06第47页，共78页，2023年，2月20日，星期二EDFA光放大器第48页，共78页，2023年，2月20日，星期二2H11/24S3/24F9/24I9/24I11/24I13/24I15/2514nm532nm670nm800nm980nm1480nm能级图1.53mm>107(3200)1.4105900~12001.6107(1100)2108(120)1.5105

100~130~0

90~110衰减速率，单位：s-1辐射衰减第49页，共78页，2023年，2月20日，星期二EDFA光放大器基本配置隔离器WDMEDF隔离器泵浦激光器输入信号输入信号隔离器WDMEDF隔离器输入信号输入信号泵浦激光器隔离器WDMEDF隔离器输入信号输入信号泵浦激光器泵浦激光器前向泵浦后向泵浦双向泵浦第50页，共78页，2023年，2月20日，星期二

光放大器应满足ITU-T建议G.663、G.691及其他相关建议。

EDFA的主要技术参数：工作波长范围、输入功率范围、输出功率范围、饱和输出功率、噪声系数、偏振相关增益、小信号增益、增益平坦度、增益变化、增益斜度、输入光回损、输出光回损等。

对EDFA模块的其它要求：

-具有泵浦源自动关闭功能。

-寿命不小于30万小时。

-具有放大器自动增益均衡（控制）功能。DWDM系统对光放大的基本要求第51页，共78页，2023年，2月20日，星期二EDFA光放大器增益锁定技术泵浦源功率控制饱和光控制技术光功率检测控制输入光功率检测输出光功率检测PinPout泵浦激光器EDF第52页，共78页，2023年，2月20日，星期二光监控信道（OSC）第53页，共78页，2023年，2月20日，星期二DWDM系统对光监控信道的

基本要求

监控通路波长1510nm，监控速率2Mb/s对光监控通路的要求

(1)监控通路不限制光放大器的泵浦波长

(2)监控通路不限制光放大器之间的距离

(3)监控通路不限制未来在1310nm波长的业务

(4)在光放大器失效时监控通路仍然可用

(5)OSC传输是分段的且具有3R功能和双向传输功能

(6)应有OSC保护路由，防止光纤被切断后监控信息不能传送的严重后果第54页，共78页，2023年，2月20日，星期二DWDM系统监控通道保护技术第55页，共78页，2023年，2月20日，星期二DWDM网管系统第56页，共78页，2023年，2月20日，星期二光复用段层(OMS)光通道层(OCH)光传输段层(OTS)光传送网分层结构复用段层(MS)通道层(PATH)再生段层(RS)SDH分层结构物理层(FIBER)第57页，共78页，2023年，2月20日，星期二

网元管理系统管理功能：故障管理：进行故障诊断、故障定位、故障隔离、 故障改正，以及路径测试功能。性能管理：性能参数监视等配置管理：设置和预配等安全管理：4级授权等独立的网元管理功能EM层DWDM的网管应与所承载信号的网管分离开，以增加承载多样性，发挥“业务透明”的特点。第58页，共78页，2023年，2月20日，星期二DWDM网管系统示意图第59页，共78页，2023年，2月20日，星期二三

DWDM系统设计第60页，共78页，2023年，2月20日，星期二DWDM系统总体考虑色散限制了复用段的总长度衰减和光信噪比限制了放大段的长度（跨距）和跨距段数。合波器分波器终端站中继站终端站中继站第61页，共78页，2023年，2月20日，星期二n为最大通路数目W字母表示跨距x表示应用代码中最大允许的光中继段数；y

表示通路信号的最大比特率（STM等级）:1,4,16,64z表示光纤类型L表示长距离80kmV表示甚长距离120kmU表示超长距离160km2表示G.652光纤3表示G.653光纤5表示G.655光纤

应用代码的构成：nWx-y.z系统应用代码

第62页，共78页，2023年，2月20日，星期二DWDM应用代码nL8-16.2 (8×80km)nV3-16.2 (3×120km)nV’5-16.2 (5×100km)无在线放大器有在线放大器nL-16.2、nV-16.2、nU-16.2第63页，共78页，2023年，2月20日，星期二无在线光放大器系统的应用代码第64页，共78页，2023年，2月20日，星期二有在线光放大器系统和应用代码1)80公里跨距第65页，共78页，2023年，2月20日，星期二2)120公里跨距第66页，共78页，2023年，2月20日，星期二

系统衰减范围

系统目标距离的衰减范围基于光缆在1530-1565nm范围内的衰减系数为0.28dB/km(包括接头衰减和光缆富余度）、目标距离40km的光纤衰减为11dB的假设计算得到的。第67页，共78页，2023年，2月20日，星期二

G.652光纤目标距离的最大色散基于色散系数为20ps/(nm.km)的假设计算得到的。第68页，共78页，2023年，2月20日，星期二3120km580kmOSNR20dB40dB长跨距劣化OSNR！EDFA光放大器的ASE噪声第69页，共78页，2023年，2月20日，星期二DWDM网络现有拓扑结构点到点环状12345ABCDE12345ABCDE第70页，共78页，2023年，2月20日，星期二保护考虑业务信号的保护SDH层保护光层保护复用段层、光通道层监控信道的保护（DCN路由）

第71页，共78页，2023年，2月20日，星期二SDH层保护ADMmADM