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文档简介
1、中国移动广西公司 二一二年七月,DWDM原理网络运营中心传输室 黄明晖,2,主要内容,DWDM系统概述 光纤的基本特性 DWDM系统关键技术 DWDM系统的技术规范,3,光纤传输网的复用技术,光纤传输网的复用技术经历了三个阶段: 空分复用(SDM) 时分复用(TDM) 波分复用(WDM),4,DWDM产生背景,从技术和经济的角度,DWDM技术是目前最经济可行的扩容技术手段 利用TDM方式扩容已经日益接近技术的极限 已经铺设的G.652光纤的高色散限制了10Gbit/s以上信号的传输 光电器件的迅速发展,特别是EDFA大规模的商用化,5,IP,ATM,SDH,DWDM,Open Optical
2、Interface,SDH,ATM,IP,其它,DWDM在传输网中的定位,光纤物理层,DWDM,6,WDM定义光波分复用,WDM将携带不同信息的多个光载波复合到一根光纤中进行传输,7,WDM分类,粗波分复用(CWDM) 密集波分复用(DWDM),8,光功率(dBm),1530 - 1565nm 波长,波长间隔:0.2-0.8nm,DWDM的基本概念,DWDM技术是在波长1550nm窗口附近,在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,这些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。,9,光监控道 发送器,网络管理系统,DW
3、DM系统基本结构,光监控道 接收器,10,DWDM网元基本类型,线路侧,线路侧,OLA,11,DWDM的特点 1大容量透明传输节约光纤资源,多个光信号通过采用不同的波长复用到一根光纤中传输 每个波长上承载不同信号 :SDH2.5Gb/s、10Gb/s,ATM,IP等 波分复用通道对数据格式是透明的,12,DWDM特点 2平滑扩容,13,DWDM技术发展趋势,14,主要内容,DWDM系统概述 光纤的基本特性 DWDM系统关键技术 DWDM系统的技术规范,15,光纤的结构,16,光纤传输特性,损耗 色散 非线性,17,损耗 1吸收损耗,吸收损耗,光波通过光纤材料时,一部分光能变成热能,造成光功率的
4、损失,光纤基础材料(如SiO2)固有的吸收,不是杂质或缺陷引起的,因此,本征吸收基本确定了某一种材料吸收损耗的下限,本征 吸收,18,散射损耗,损耗 2散射损耗,由于光纤的材料、形状、折射率分布等的缺陷或不均匀,使光纤中传导的光发生散射,由此产生的损耗。,指光通过密度或折射率等不均匀的物质时,除了在光的传播方向以外,在其他方向也可以看到光,这种现象叫光的散射。,散 射,19,由于光纤经过集束制成光缆,在各种环境下进行光缆敷设、光纤接续以及作为系统的耦合与连接等引起的光纤附加损耗,损耗 3附加损耗,光纤/光缆的弯曲损耗、微弯损耗 光纤线路中的连接损耗 光器件之间的耦合损耗等,附加损耗,20,损耗
5、谱,850,1310,1550,理论值:0.190.35dB/km 工程值:0.275dB/km,21,光纤传输特性 2色散,损耗 色散 非线性,22,色 散,当光纤的输入端入射光脉冲信号经过长距离传输以后,在光纤输出端,光脉冲波形发生了时间上的展宽,产生码间干扰,这种现象即为色散。,色散,23,光脉冲信号中的不同频谱成份在光纤中的传输速度不同,导致脉冲信号传输后展宽甚至离散。,色散 1色度色散,24,脉冲展宽 (ps) = D(ps/ nm*km) S(nm) L(km),Time,脉冲展宽 1/4 比特周期时会引起误码,脉冲展宽,色散 1色度色散的影响,25,色散 2偏振模色散PMD,光纤
6、中的光传输可描述成完全是沿X轴振动和完全是沿Y轴振动或一些光在两轴上的振动。 每个轴代表一个偏振“模” 两个偏振模的到达时间差偏振模色散PMD,26,环境因素和工艺缺陷引起的纤芯椭圆及应力 几乎可忽略,但是无法完全消除,只能从光器件上使之最小化 脉冲宽度越窄的超高速系统中,PMD的影响越大,色散 2偏振模色散PMD,27,色散补偿,从系统的角度来看,光纤色散与光纤的长度呈正比,即光 纤色散是具有累积性质的,因而光通信系统设计上存在着 有光纤色散决定的传输距离限制。,对于长距(LONG HAUL)、超长距(ULTRA LONG HAUL)应用,必须对色散进行控制和管理。,需要利用具有负波长色散的
7、色散补偿光纤(DCF),对色 散进行补偿,降低整个传输线路的总色散。,28,光纤传输特性 3非线性效应,损耗 色散 非线性,29,光纤非线性效应 1 自相位调制(SPM),激光强度变化,光纤折射率变化,引起光信号自身的相位调整,30,在多波长系统中,一个信道的相位变化不仅与本信道的光强有关,也与其它相邻信道的光强有关 由于相邻信道间的相互作用,相互调制的相位变化称为交叉相位调制(XPM),光纤非线性效应 2 交叉相位调制(XPM),A通道 折射率 变化,B通道 信号 相位调整,B通道 折射率 变化,31,当多个一定强度的光波在光纤中混波时各个波长信道间的非线性作用会导致新波长的产生;致使各波长
8、信道间能量的转移和互相串扰。,光纤非线性效应 3四波混频(FWM),32,产生新的波长,使原有信号的光能量受到损失,影响系统的信噪比等性能; 如果产生的新波长与原有某波长相同或交叠,从而产生严重的串扰。,光纤非线性效应 3四波混频的影响,33,光纤非线性效应 4 受激拉曼散射(SRS)光子,34,单模光纤分类,G.652光纤:,常规单模光纤,又称色散未位移单模光纤(1310性能最佳, 0色散,低损耗),G.653光纤:,色散移位光纤;(1550nm性能最佳,0色散,容易 引起非线性。),G.654光纤:,G.655光纤:,非零色散移位单模光纤。该种光纤主要应用于1550nm工作波长区,色散系数
9、较小,色散受限距离达数百公里,并且可以 有效减小四波混频 的影响。,截止波长移位的单模光纤 ;(1550低衰减,1310零色散)主要用于海底光缆,35,主要内容,DWDM系统概述 光纤的基本特性 DWDM系统关键技术 DWDM系统的技术规范,36,WDM系统关键技术,光转发技术 光波分复用器和解复用器技术 光放大技术 WDM系统的监控技术,37,2.5G速率以下的SDH信号接口标准;,光转发技术 1光接口的规范,带有光放的多信道系统的光接口。,10G速率的SDH信号或者使用光放的SDH信号光接口标准;,G.957,G.691,G.692,38,SDH 光发射机,WDM 输出光,接收模块 (O/
10、E),监测及通讯电路,监控板,发射模块 (E/O),光转发技术 2光转发单元(OTU),采用光电光变换的方法实现波长转换,39,DWDM 系统对于输入光源有特殊要求!,WDM系统的高速长距传输,使得WDM对于光源的色散容限要求要远大于SDH对光源的要求,G.692中允许的WDM的通道频率是基于192.1THz,最小间隔是50G/100G的频率间隔系列,频率要求,色散容限要求,光转发技术 3光源技术,40,目前广泛使用的半导体光源包括激光器(LD)和发光二极管(LED)。 LD 是相干光源,入纤功率大、谱线宽窄、调制速率高,适用于长距高速系统; LED 是非相干光源,入纤功率小、谱线宽宽、调制速
11、率低,适用于短距低速系统。 DWDM系统的光源采用半导体激光器,光源技术光源类型,41,光源技术调制方式,直接调制 原理:利用电脉冲码流去直接控制半导体激光器的工作电流,从而使其发出与电信号脉冲相应的光脉冲流 优点:简单,损耗小,成本低 缺点:啁啾效应(激光器的超高速变化)和色散,限制系统的传输系统和距离 应用:G.652光纤,传输距离小于80KM,速率小于2.5G,42,缺点,直接调制,光源技术调制方式 1,引入啁啾效应和色散,对于直接调制,单纵模激光器引起的啁啾是限制其色散容限主要因素。,43,直接调制激光器输出信号带有较大的啁啾,使得脉冲频谱展宽并在前后沿产生频谱红移和蓝移,在光纤色散的
12、作用下,引起脉冲的快速展宽和信号劣化。,光源技术啁啾效应,44,光源技术调制方式 2,间接调制(外调制) 原理:与直接调制不同,光源在外调制情况下,高速电信号不再直接调制激光器,而是加载在某一媒介上,利用该媒介的物理特性使通过的激光器的光波特性发生变化,从而间接建立了电信号与激光的调制关系; 优点:激光器产生稳定的大功率激光,低啁啾效应,色散容限值高,色散受限距离长; 缺点:成本相对直接调制高; 应用:传输距离大于80KM,速率高于2.5G,45,光源技术调制方式 2,优点 很低的啁啾,可以获得远大于直接调制的色散受限距离,间接调制(外调制),46,光源技术调制方式 2,间接调制(外调制),电
13、吸收(EA)外调制器光源 马赫-策恩德 (Mach-Zehnder) 外调制器光源,47,如:光源色散容限值Ds=12800ps/nm,SMF(G.652)光纤的色散参量值取D=20ps/km/nm,则该光源的色散受限距离为640 km。,光源啁啾对系统传输距离的影响由色散容限参数值(Ds)表示。,光源技术色散容限,48,光转发技术 4波长稳定技术,目前的波长稳定技术有以下三种: 温度反馈控制技术 波长反馈控制技术 波长集中监控技术,49,光转发技术小结,光接口规范 光转发单元 光源技术 光源类型 调制方式 波长稳定技术,50,WDM系统关键技术,光转发技术 光波分复用器和解复用器技术 光放大
14、技术 WDM系统的监控技术,51,波分复用器件包括合波器和分波器,又叫光复用器 和光解复用器,OM/OD技术波分复用器件,52,OM/OD技术OM/OD器件,合波器 (OM),分波器 (OD),把来自光纤的光波分解成具有原标称波长的光通路信号,分别输入到相应的光通路接收机中,即对光波起解复用作用。,把具有标称波长的各复用通路光信号合成为一束光波,送到光纤中进行传输,对光波起复用作用。,53,光栅型光波分复用器 介质薄膜滤波器型(DTF) 耦合器型(熔锥型) 阵列波导光栅型(AWG),OM/OD技术OM/OD器件类型,54,OM/OD器件类型 1光栅型滤波器,55,OM/OD器件类型 1光栅型复
15、用器,原理 属于角色散型器件,当光到光栅上后,由于光栅的角色散作用,使不同的光信号以不同的角度出射,然后经过透镜会聚 到不同的输出光纤,从而完成波长选择和分离的作用,反之就可以实现波长的合并。 优点 波长选择特性优良,可以使波长间隔小到0.5nm左右 并联工作,插入损耗不会随复用信道的数目增加而增加 缺点 温度稳定性不好,56,合波光(1, 2. n),1,2,3,n,n-1,OM/OD器件类型 2介质薄膜滤波器复用器,57,OM/OD器件类型 2介质薄膜滤波器复用器,原理 利用几十层不同的介质薄膜组合起来,组成具有特定波长选择特性的干涉滤波器,就可以实现将不同的波长分离或合并 优点 可以实现
16、结构稳定的小型化器件 信号通带比较平坦 插入损耗较低 温度特性很好 缺点 加工复杂,但目前的工艺已经比较成熟 通路数不能太多。,58,1 2 3 4 。 。 。, 34 ,OM/OD器件类型 3耦合器型复用器,59,OM/OD器件类型 3耦合器型复用器,原理 通过将多根光纤熔融在一起,使多个输入波长可以耦合在一起,达到波长合并的目的,但不能用来将不同波长进行分离。 优点 温度特性很好 光通道带宽较好 制造简单,易于批量生产 缺点 尺寸较大,信道隔离度差,复用的波长数少,60,OM/OD器件类型 4阵列波导波分复用器(AWG),61,OM/OD器件类型 4阵列波导波分复用器(AWG),原理 是以
17、光集成技术为基础的平面波导型器件。 优点 并联工作,可以复用的通道数多 尺寸小 易于批量生产 缺点 需要温度补偿,62,系统中合波板OMU出现故障,现场没有备用的OMU单板,只有一块备用的ODU单板,是否可以用ODU单板来代替OMU单板? 反过来呢?,思考一下?,63,DWDM系统与光波分复用器件的对应关系,64,信道隔离度,插入损耗,复用通路数,OM/OD技术波分复用器主要参数,代表波分复用器件能进行复用与解复用的光通路数量, 它与器件的分辨率、隔离度等参数密切相关,它表征此光元器件中各复用光通路彼此之间的隔离程度,波分复用器件本身对光信号的衰耗作用,65,中心波长,带 宽,反射系数,是指在
18、波分复用器件的输入端,反射光功率与入射光功率之比,进出复用器的波长与ITU-T规定的标准波长相比不能相差太大偏差,否则会引起系统崩溃。,该参数仅对分波器有效,20dB描述分波器阻带特性,0.5dB描述分波器带通特性,OM/OD技术波分复用器主要参数,66,波长,相对功率,要求:信道间功率均衡 良好的光谱特性(顶平而沿陡),OM/OD技术波分复用器光谱要求,67,WDM系统关键技术,光转发技术 光波分复用器和解复用器技术 光放大技术 WDM系统的监控技术,68,光放大器的出现和发展克服了高速长距离传输的最大障碍光功率受限,这是光通信史上的重要里程碑。 光放大器是一种不需要经过光/电/光变换而直接
19、对光信号进行放大的有源器件,光放大技术,69,光放大技术放大器分类,70,光放大技术掺铒光纤放大器,EDFA主要是由掺铒光纤、泵浦源、耦合器和光隔离器组成,71,光放大技术 EDFA的工作原理,72,DWDM系统中使用的EDFA必须具有: 足够的带宽 平坦的增益 低噪声系数 高输出功率,光放大技术重要性能指标,特别是增益平坦度,这是DWDM系统对EDFA的特殊要求!,73,EDFA增益平坦示意图,74,光放大技术 EDFA的增益平坦度,75,合波器,1,2,n, ,光功率放大,分波器,1,2,n, ,光线路放大,光前置放大,光线路放大,合波信号功率提升 较大的输出功率,中继设备 补偿线路传输损
20、耗 较小的噪声系数 较大输出光功率,提高接收灵敏度 要求噪声系数较小,光放大技术 EDFA的应用分类,76,采用1480的泵浦源的EDFA 特点:较高的泵浦效率,可以输出较大功率,但噪声较高。,光放大技术 EDFA的泵浦源分类,有两种泵浦源 :980nm 和1480nm,980nm,采用980nm的泵浦源的EDFA 特点:低噪声,1480nm,77,非线性问题 带宽 EDFA的光浪涌问题,光放大技术 EDFA的应注意的问题,78,光放大技术 EDFA的光浪涌问题,79,WDM系统关键技术,光转发技术 光波分复用器和解复用器技术 光放大技术 WDM系统的监控技术,80,光监控技术光监测信道应考虑
21、的问题,监控通路不应限制光放大器中泵浦光源的光波长(980nm和1480nm) 监控通路不应限制未来在1310nm波长的业务 线路放大器失效时,监控通路应仍然可用 监控通路不应限制两线路放大器间的传输距离,1510nm为优先选择通道,81,光监控技术光监控通道(OSC),复用器,解复用器,OBA,OPA,OPA,OBA,解复用器,复用器,OLA,OLA,OLA,OLA,OLA,OLA,OSC,OSC,OSC,OSC,OSC,82,采用10/100 M以太网技术,将ECC数据、公务话音数据、APS数据和透明用户通道数据以IP数据包的形式封装,并在以太网数据帧中传递与交换。,光监控技术 分类(传输
22、速率),常用的两类监控 :2M 和 100M,2Mbit/s,利用32个64 kbit/s字节承载系统的ECC数据、公务话音数据、APS数据和透明用户通道数据,并以PCM32帧格式进行传递与交换。,100Mbit/s,83,光监控技术 分类(传输速率),84,2M典型OSC信息的帧结构,0时隙:帧定位字节 1时隙: E1字节(中继段公务) 2时隙:F1字节 3-14时隙: D1D12 (数据通信通道) 15时隙:E2字节(复用段公务) 16-31时隙:保留字节,85,主要内容,DWDM系统概述 光纤的基本特性 DWDM系统关键技术 DWDM系统的技术规范,86,集成式系统和开放式系统 工作波长
23、 主要性能指标,DWDM技术规范,87,OTU: Optical Transponder Unit OMU: Optical Multiplexing Unit,Integrated集成式,OMU,G.692,Open开放式,OTU,G.692,集成式系统和开放式系统,88,集成式系统和开放式系统 工作波长 主要性能指标,DWDM技术规范,89,波段划分,90,波段划分,91,集成式系统和开放式系统 工作波长 主要性能指标,DWDM技术规范,92,当复用通路为16波/32波/40波时: 第1波的中心频率为192.1THz 通路间隔为100GHz 频率向上递增,标称中心频率,标称中心频率,是指WDM系统中每个复用通路对应的中心波长(频率)。,93,100G间隔标称中心频率,94,8/16/32/40波系统,工作波长说明,工作波长范围:C波段(1530nm1565nm) 频率范围:192.1 THz 196.0 THz 通路间隔:100 GHz 中心频率偏差:20GHz(速率低于2.5Gbit/s);12.5GHz(速率10Gb
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