光传输系统基本知识-技术交流

光传输系统基本知识交流2003.7

SDH传输网是由SDH网元设备和光缆线路两部分组成。网元设备完成对信息业务的接收/传送、分插/复用和交叉连接等功能，按照实现的功能的不同，SDH网元设备可设置成为再生器、终端复用器

、分插复用器SDH传输网组成TM-TerminalMultiplexer终端复用器/终端复用设备REG-Regenerator再生器/再生设备ADM-分插复用器/分插复用设备SDH设备的基本类型

终端复用器的主要功能是将PDH低速信号复用到高速的SDH信号中或把较低速的SDH信号复用到STM-N更高速信号中，同时终端复用器也完成上述过程的逆过程，即将STM-N的光信号解复用为SDH的低速信号或低速的PDH电信号。SDH终端复用器SDH终端复用器功能框图（1）点对点组网SDH终端复用器几种用例（2）链性网的端点站SDH终端复用器几种用例（3）环带链组网SDH终端复用器几种用例分插复用器是网络中应用最为广泛的网元形式，将同步复用和数字交叉连接功能综合于一体，具有灵活地分插任意支路信号的能力，ADM除了完成与TM一样的信号复用和解复用功能外，最主要的是还能完成线路信号间以及线路信号与支路信号间的交叉连接，如接入的支路信号可以分别复用并连接到东向和西向的STM-N信号中，另外东向和西向的STM-N信号也可以互连。SDH分插复用器SDH分插复用器功能框图（1）链形网的中间站SDH分插复用器几种用例（2）环形网中的站点SDH分插复用器几种用例

再生器的功能主要是完成信号的再生放大与中继传输功能，与TMADM相比它在网元站点上没有上下分插业务的功能。SDH再生器SDH再生功能框图

再生器用于各种类型的网络中，作为长距离通信的再生中继，非端点站。SDH再生器用例1)平均发光功率Pt:平均发送光功率是光发送机最重要的技术指标，它是指在“0”“1”码等概率调制的情况下，光发送机输出的光功率值，单位为dBm。2)最大发送光功率Pmax:在全“1”码调制的条件下光源器件的发光功率。在非归零码（NRZ）调制的条件下，两者的关系为：Pt=1/2Pmax光发送机的主要技术指标3)谱宽:光发送机中所用光源器件的谱线宽度。谱宽的提法有三种，即常用的根均方谱宽δλγms和半值满谱宽δλ1/2，适用于多纵模激光器。还有一种是-20dB谱宽δλ-20dB，主要用于单纵模激光器。光发送机的主要技术指标4)消光比EX:

电信号“1”码输入时光发送机的发光功率与电信号“0”码输入时光发送机的发光功率之比。EX=10lg“1”码时光功率/“0”码时光功率光发送机的消光比一般要求大于8.2dB。5)边模抑制比SMSR:

技术指标是针对使用单纵模激光器的光发送机而言，在全调制的条件下主纵模的光功率M1和最大边模光功率M2之比。SMSR=10lgM1/M2

一般规定光发送机的SMSR大于30dB。光发送机的主要技术指标单纵模和多纵摸多纵模激光器的光谱特性单纵模激光器的光谱特性1)光接收机灵敏度Pr

光接收机灵敏度，是指在保证规定的误码率条件下(如BER＝1×10-10)，光接收机所需要的最小光功率值，灵敏度是光接收机一项最重要的技术指标。光接收机灵敏度的单位实际使用中常用dBm为单位，且规定1毫瓦为0dBm。光接收机的主要技术指标2)光接收机过载光功率Po

在保证一定误码率要求的条件下，光接收机所允许的最大光功率值。3)动态范围过载光功率与灵敏度之差，D＝Po－Pr，适应各再生段的距离会有较大差别的要求。动态范围一般在20dB以上4）光接收机的反射系数在光接收机的输入端(R点)的反射光功率与入射光功率之比。一般规定光接收机的反射系数低于-27dB。光接收机的主要技术指标SDH光接口应用代码分类(1/3)ApplicationIntra-Inter-officeofficeShort-haulLong-haulSourcenominal

wavelength(nm)13101310155013101550TypeoffibreRec.G.652Rec.G.652Rec.G.652Rec.G.652Rec.G.652

Rec.G.654Rec.G.653Distance(km)a)_20~15~40~80STM-1I-10S-1.10S-1.20L-1.10L-1.20L-1.30STMlevelSTM-4I-40S-4.10S-4.20L-4.10L-4.20L-4.30STM-16I-16S-16.1S-16.2L-16.1L-16.2L-16.3单波长SDH传输系统的构成RSR光放PA光放BAMPI-RMPI-SS再生器再生器终端终端再生段再生段数字段再生段SDH光接口应用代码分类(2/3)ApplicationsSourcenominalwavelength[nm]13101310131015501550155015501310155015501550131015501550FibretypeG.652G.652G.652G.652G.652G.653G.655G.652G.652G.653G.655G.652G.652G.653Targdist.[km]ffs0.62225252520404040408080STM-64VSR-64.1I-64.1rI-64.1I-64.2rI-64.2I-64.3I-64.5S-64.1S-64.2S-64.3S-64.5L-64.1L-64.2L-64.3Targdist.[km]ffs40408080STM-256ffsffsffsffsI-256.2ffsffsffsS-256.2S-256.3ffsffsL-256.2L-256.3SDH光接口应用代码分类(3/3)ApplicationsSourcenominalwavelength[nm]13101550155015501550FibretypeG.652G.652G.653G.652G.653Targdist.[km]60120120160160STM-1-----STM-4V-4.1V-4.2V-4.3U-4.2U-4.3STM-16-V-16.2V-16.3U-16.2U-16.3Targdist.[km]60120120STM-64-V-64.2V-64.3--STM-256ffsffsffs--典型的单波长SDH传输系统配置单波长SDH传输系统最大再生距离的计算最大再生距离受光纤衰耗的限制---衰耗受限系统；最大再生距离受传输色散的限制---色散受限系统。光纤通信的容量越来越大，码速率也越来越高，已从155Mb/s发展到10Gb/s,而且正向40Gb/s的方向发展，所以光纤色散的影响越来越大。因此系统可能是衰耗受限系统，也可能是色散受限系统。在进行计算再生距离时，两种情况都要计算，取其中较小者为最大再生距离。单波长SDH传输系统最大再生距离的计算1）衰耗受限系统；L=（Pt-Pr-2Ac-Pp-Me)/(a+as+mc)Pt：光发送机平均发光功率Pr：光接收机灵敏度Ac：活动连接器的衰耗Pp：光通道功率代价Me:设备富余度(最坏值计算法ME不考虑)a：光纤的衰耗系数as：平均每公里接续衰耗mc：光缆富余度单波长SDH传输系统最大再生距离的计算2）色散受限系统:

单模光纤的色散对系统性能的影响主要表现如下三方面：码间干扰单模光纤通信中所用的光源器件之谱宽是非常狭窄的，往往只有几个nm，但它毕竟有一定的宽度。也就是说它所发出的光具有多根谱线。每根谱线皆各自受光纤的色散作用，会在接收端造成脉冲展宽现象，从而产生码间干扰。单波长SDH传输系统最大再生距离的计算模分配噪声光源器件的发光功率是恒定的，即各谱线的功率之和是一个常数。但在高码速率脉冲的激励下，各谱线的功率会出现起伏现象（此时仍保持功率之和恒定），这种功率随机变化与光纤的色散相互作用，就会产生一种特殊的噪声即所谓模分配噪声，也会导致脉冲展宽。单波长SDH传输系统最大再生距离的计算啁啾声此类影响仅对光源器件为单纵模激光器时才出现。当高速率脉冲激励单纵模激光器时，会使其谐振腔的光通路长度发生变化，致使其输出波长发生偏移，即所谓啁啾声。啁啾声也会导致脉冲展宽单模光纤的色散主要表现在材料色散与波导色散的影响，通常用色散系数D（λ）来综合描述单模光纤的色散。高速率的单模光纤通信系统在很多情况下是色散受限系统。单波长SDH传输系统最大再生距离的计算

对于色散受限系统的再生距离计算可分两种情况予以考虑。（1）光源器件为多纵模激光器（MLM）或发光二极管时，其再生距离：L=ε/δ（λ）.D（λ）.fbε:为光脉冲的相对展宽值。当光源为多纵模激光器时，ε＝0.115；当光源为发光二极管时，ε＝0.306;δλ为光源的根均方谱宽，单位为nm;D（λ）为所用光纤的色散系数;fb为系统的码率，单位为bit/s单波长SDH传输系统最大再生距离的计算（2）当光源器件为单纵模激光器（SLM）时，啁啾声引起的脉冲展宽占主要地位，其再生距离:L=71400/α.D（λ）

.λ2.fb2α为啁啾声系数。对分布反馈型（DFB）单纵模激光器而言，α=4～6ps/nm；对量子阱激光器而言，α=2～4ps/nm;D（λ）为所用光纤的色散系数;λ为系统的工作波长，单位为nm;fb为系统的码率，单位为Tbit/s单波长SDH传输系统最大再生距离的计算工程中常用的计算方法为：L===Dtolerance（λ）(fb)/.D（λ）Dtolerance（λ）(fb)：@特定激光器类型.速率.特定波长的系统色散容忍值。D（λ）为所用光纤的色散系数;WDM原理概述WDM技术是利用单模光纤的带宽以及低损耗的特性，根据每一个信道光波的频率（或波长）不同将光纤的低损耗窗口划分成若干个信道，采用多个波长作为载波，允许各载波信道在一根光纤中光纤内同时传输，从而在实现多路光信号的复用传输。与单信道系统相比，WDM不仅极大地提高了网络系统的通信容量，充分利用了光纤的带宽，而且它具有扩容简单和性能可靠等诸多优点，特别是还可以直接接入多种业务更使得它的应用前景十分光明。人们通常把光信道间隔较大（甚至在光纤不同窗口上）的复用称为光波分复用（WDM），再把在同一窗口中信道间隔较小的WDM称为密集波分复用（DWDM），目前统一使用WDM称呼。WDM原理概述WDM系统工作方式单纤单向WDM系统单纤单向WDM系统参考模型单纤单向WDM系统单纤双向WDM系统工作方式WDM系统应用形式（1）开放式开放式WDM系统的特点是对复用终端光接口没有特别的要求，只要这些接口符合ITU-TG.957建议的光接口标准。WDM系统采用波长转换技术，将复用终端的光信号转换成指定的波长，不同终端设备的光信号转换成不同的符合ITU-T建议的波长，然后进行合波。WDM系统应用形式（2）集成式集成式WDM系统没有采用波长转换技术，SDH复用终端的光信号的波长符合WDM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。目前工程应用大多为开放式应用形式。WDM系统的优点1.超大容量2.对数据率“透明”3.系统升级时能最大限度地保护已有投资4.高度的组网灵活性、经济性和可靠性5.可兼容全光交换WDM系统的关键技术-----光源WDM系统的工作波长较为密集，波长间隔为几个纳米到零点几个纳米，要求激光器工作在一个标准波长上，并且具有很好的稳定性；WDM系统的无电再生中继长度从单个SDH系统传输50~60km增加到500~600km，在延长传输系统的色散受限距离的同时，为了克服光纤的非线性效应｛如受激布里渊散射效应（SBS）、受激拉曼散射效应SRS）、自相位调制效应（SPM）、交叉相位调制效应（XPM）、调制的不稳定性以及四波混频（FWM）效应等｝，要求DWDM系统的光源要使用技术更为先进、性能更为优越的激光器。要求激光器有比较大的色散容纳值WDM系统的关键技术-----光源激光器有比较大的色散容纳值是通过采用适当的调制方式来解决的。激光器的波长稳定是通过采用波长稳定与控制技术来解决的。WDM系统的关键技术--掺铒光纤光放大器

信号光和泵浦激光器发出的泵浦光，经过WDM器合波后进入掺铒光纤EDF，其中两只泵浦激光器构成两级泵浦，EDF在泵浦光的激励下可以产生放大作用，从而实现了放大光信号的功能。WDM系统的关键技术--掺铒光纤光放大器当用高能量的泵浦激光器来激励掺铒光纤时，可以使铒离子的束缚电子从基态能级大量激发到高能级E3上。然而，高能级是不稳定的，因而铒离子很快会经历无辐射衰减（即不释放光子）落入亚稳态能级E2。而E2能级是一个亚稳态的能带，在该能级上，粒子的存活寿命较长，受到泵浦光激励的粒子，以非辐射跃迁的形式不断地向该能级汇集，从而实现粒子数反转分布。有1550nm波长的光信号通过这段掺饵光纤时，亚稳态的粒子以受激辐射的形式跃迁到基态，并产生出和入射信号光中的光子一模一样的光子，从而大大增加了信号光中的光子数量，即实现了信号光在掺饵光纤传输过程中的不断被放大的功能EDFA的应用根据EDFA在DWDM光传输网络中的位置，可以分功率放大器（BoosterAmplfier)，简称BA；线路放大器（LineAmplifier)，简称LA；前置放大器（preamplifier)，简称PA功率放大器（BA）线路放大器（LA）前置放大器（PA）

EDFA增益控制----EDFA增益平坦控制

EDFA增益控制----EDFA增益平坦控制

EDFA增益控制----EDFA增益锁定(1)控制泵浦光源增益的方法。(2)饱和波长的方法

EDFA增益控制----EDFA增益锁定增益不锁定EDFA掉波、上波增益变化图

EDFA增益控制----EDFA增益锁定增益锁定EDFA掉波、上波增益变化图

合/分波器-原理

合/分波器-类型（1）光栅型WDM合/分波器（2）介质薄膜型WDM合/分波器（3）熔锥型合/分波器（4）集成光波导型合/分波器WDM的几种设备类型OTM：光终端复用器OLA：光线路放大器OADM：光分插复用器

WDM设备组网应用

WDM设备组网应用----OTM

WDM设备组网应用----OLA

WDM设备组网应用----OADM

WDM设备组网方式

WDM系统最基本的组网方式为点到点方式、链形组网方式、环形组网方式，由这三种方式可组合出其它等较复杂的网络形式。与SDH设备组合，可组成十分复杂的光传输网络。

WDM设备组网方式--点到点组网

WDM设备组网方式--链形组网

WDM设备组网方式--环形组网

WDM组网考虑的要素---色散随着光纤通信系统中传输速率的不断提高和由于光放大器极大地延长了无电中继的光传输距离，因而整个传输链路的总色散及其相应色散代价将可能变得很大而必须认真对待，色散限制已经成为目前决定许多系统再生中继距离的决定因素.在单模光纤中，色散以材料色散和波导色散为主，使信号中不同频率分量经光纤传输后到达光接收机的时延不同。在时域上造成光脉冲的展宽，引起光脉冲相互间的串扰，使得眼图恶化，最终导致系统误码性能下降。解决方案：（1）划分再生段；（2）色散补偿；（3）采用G.655光纤。

WDM组网考虑的要素---功率基于光放段计算总衰减，应包括光纤衰减（包括熔接损耗）、光活动连接器衰耗、光纤冗余度、等因素。

WDM组网考虑的要素---光信噪比光放大器围绕着信号波长产生自发射（ASE）。在具有若干级联EDFA的传输系统中，光放大器的ASE噪声将同信号光一样重复一个衰减和放大周期。因为进来的ASE噪声在每个光放大器中均经过放大，并且叠加在那个光放大器所产生的ASE上，所以总ASE噪声功率就随光放大器数目的增多而大致按比例增大，而信号功率则随之减小。噪声功率可能超过信号功率。SNR会随光放大器的增多而劣化。光信噪比（OSNR）定义为：OSNR=每信道的信号光功率/每信道的噪声光功率

WDM组网考虑的要素---光信噪比WDM网络设计时对光