02-DWDM原理课程

光网络技术支援管理部2、DWDM的关键技术3、一些重要概念4、DWDM的发展1、什么是DWDM?通过这个课程，能学到些什么呢？采用SDM，铺设多芯新光缆(需考虑时间与成本)更高比特率TDM。STM-1--STM-64一根光纤上多个信号同时传输?把不同波长的光信号复用到一根光纤中进行传送(如每个波承载一种TDM电信号）的方式统称为波分复用。12┋12n┉WDM：波长间隔比较大，在不同传输窗口（比如：1310nm、1550nm）DWDM：波长密集，同一传输窗口（比如1550nm）CWDM：粗波分复用，同一传输窗口内波长间隔大（比如1550nm）双纤双向：一根光纤传送一个方向的信号，系统使用两根光纤单纤双向：一根光纤传送两个方向的信号，系统使用一根光纤Tx1Tx2TxnMUXOLADEMUXRx1RxnRx2高速路加油站巡逻车OSCOSCOSCOSC2.5Gbit/s10Gbit/s...千兆以太网可见：SDH是DWDM所承载的业务种类之一，在网络层次中，DWDM处于更低层，更靠近物理层。在同时使用DWDM和SDH的网络，对业务的保护，我们提倡在SDH层的自愈保护。应用层(SDH/ATM/IP)光通道层光复用段层光放大层物理层再生段复用段通道层应用层光层电层（SDH）1.SDH本质上是数字系统；DWDM本质上更象模拟系统2.SDH是电域的同步复用；DWDM是光域上的复用3.SDH的核心是交叉连接；DWDM的核心是光功率和信噪比4.SDH更倾向于“软件”；DWDM更倾向于“硬件”1、什么是DWDM?2、DWDM的关键技术3、一些重要概念4、DWDM的发展OTUOUTWPA1n合波器OTUOTU1nOTMOLAOTMWBA波长转换合波器光放大分波器分波器OSCOSCOSC波长转换器（OTU）的功能是完成G.957光信号到G.692固定波长光的转换。合波器和分波器完成G.692固定波长光信号的合波和分波。光放大器包括BA、PA、LA。BA是功放，通过提升合波后的光信号功率，从而提升各波长的输出光功率；PA是预放，通过提升输入合波信号的光功率，从而提升各波长的接收灵敏度；LA是线放，完成对合波信号的纯光中继放大处理。OSC（光监控信道）通常采用1310nm和1510nm，负责整个网络的监控数据传送。2、DWDM的关键技术光源技术光放大器技术光无源器件光纤非线性的问题光监控技术1、标准稳定的波长，满足ITU-T建议，符合G.692规范。标准：对16/32波系统，为192.1～193.6/195.2THz，间隔100GHz稳定：工作时，不允许有大的波长漂移2、具有良好的光谱性能，高色散容限，满足远距离传输在使用光放大技术后，DWDM系统再生段主要受色散和光信噪比的限制。1、开放式应用收端、发端都使用OTU。在发端将非G.692转换为G.692信号。收端OTU主要起再生作用，要弱化波长转换作用。2、集成式应用业务信号（比如SDH）本身已经满足G.692信号，收端发端都不需要OTU.3、半开放式应用如前所述，收端OTU的作用是再生，而不是波长转换，故在收端信号质量较好，或者收端业务接收单元对噪声容忍程度高式，可以在开放式系统的收端不用OTU.3、马赫-策恩德尔调制光源(M-Z)1、直接调制光源2、电吸收调制光源(EA)直接调制外调制光源优点：技术简单、成本较低缺点：激光器有较大的频率啁啾；适用于短距离传输用在2.5G及以下速率的非DWDM系统中优点：频率啁啾较低，色散受限距离较长缺点：技术较复杂一般用在2.5G速率的DWDM系统中（2.5GOTU）优点：可忽略啁啾，色散受限距离很长缺点：成本高，技术难度大，不便于集成一般用在10G速率的DWDM系统中（10GOTU）直调光源电吸收调制光源马赫-策恩德尔调制光源最大色散ps/nm1200~24007200~12800大于12800成本适中贵昂贵波长稳定性较好好很好2、DWDM的关键技术光源技术光放大器技术光无源器件光纤非线性的问题光监控技术半导体光放大器(SOA)拉曼放大器(Raman)掺铒光纤放大器(EDFA)EDFASOARaman技术成熟度很成熟、大量应用不很成熟不很成熟增益高一般低带宽较宽宽很宽入纤功率藕合效率高低高成本适中高很高●●●●●●○●●●●○○○○暂稳态光子吸收受激衰变铒原子基态980nm光子1550nm光子隔离器隔离器泵浦源掺铒光纤耦合器信号光入信号光出a原理性结构b光放大原理1.非线性：提高了光功率，但达到一定程度会产生非线性效应(限制了EDFA的放大性能和长距离无中继传输)。2.光浪涌3.解决了衰减问题，但色散受限。Raman分子震动，造成能量的转移。分离式和分布式两种。特点：后向放大，增益不高，噪声小，前端需要一定长度的尾纤放大区域放大器增益不平坦的级联放大放大器增益平坦的级联放大掉波1dB上波1dB0.5dB0.5dB无增益锁定有增益锁定前置放大器PA功率放大器BA线路放大器LA增益适中适中大噪声系数低适中适中应用场合接收机前发送机后光中继站2、DWDM的关键技术光源技术光纤放大器技术光无源器件光纤非线性的问题光监控技术耦合型合波器介质薄膜解分波合波器件布拉格光栅阵列波导AWG隔离器、环路器、光开关、DCF等INiOUTINOUTi合波分波合波/(分波)器件是将不同波长的光信号合在一起/(按波长分开)的器件，是DWDM系统最核心器件，这是光层的最基本复用合解复用。故分波/合波器件也经常被叫做光复用/(光解复用)器件这里的“分”、“合”是相对波长/频率而言的，不是针对光功率而言。特点：成本低，技术成熟，插损大插损理论计算方法：插损＝级数×3dB输入端口编号与波长无关（对波长不敏感）对相邻波长隔离作用低inoutλ３λ１λ1—4λ４λ２λ１滤波器λ３滤波器自聚焦棒透镜玻璃设计上可以实现结构稳定的小型化器件，信号同带平坦，且与极化无关，插入损耗小，通路间隔度好。但通路数不会很多。优点：插损小技术不成熟，应用少输入光输出光光栅12N21NSlab波导阵列波导硅基片优点：波长间隔小、信道数多、通带平坦等优点，非常适合超高速、大容量的DWDM系统。代表了波分复用器件的发展方向。缺点：对分波合波中心对温度敏感，需要温控电路模块。隔离器在光学界面处，总是存在程度不同的反射，回程光沿光路返回，会引起光源工作不稳定，产生频率漂移，幅度变化，从而影响整个系统的问题。隔离器就是对回程光进行抑止的光学器件特点：插损小，非互易器件端口1端口2端口3特点：光路不可逆，插损小，隔离度大N×MN个输入M个输出常见的有1×1，1×2，2×2，1×N主要技术指标：插损，隔离度，开关时间等2、DWDM的关键技术光源技术光纤放大器技术光无源器件光纤非线性的问题光监控技术常规光纤系统中，光功率不大，光纤呈现线性特性。但在DWDM系统中，非线性效应变得突出起来。受激散射1、受激拉曼散射（SRS）注入光引起光纤分子震动，调制入射光。产生频率为分子震动频率的边带。造成能量向低频波段转移。低频波能量增加，高频波能量衰减。2、受激布里渊散射（SBS）现象与SRS一样。但增益带宽窄，实际系统中基本不影响其他波。与线宽大小有关系。克尔效应（折射率随光强变化而变化）1、自相位调制（SPM）相位受自身光强的调制，频谱展宽2、交叉相位调制（XPM）相位受其他通路光强变化的调制，频谱展宽3、四波混频效应（FWM）多波同时传输，非线性效应导致产生新的波长，造成原波长能量的转移和串绕。色散系数(ps/nm·km)正色散系数G.655光纤波长λ(nm)负色散系数G.655光纤15501310171.1550nm波长区具有最小色散和衰减，适合DWDM系统、高速信号传输2.应用：TrueWave真波光纤(正色散区的SPM效应有利于传输)；LEAF-大有效面积光纤（克服非线性效应）G.652光纤:大量铺设，传高速信号需色散补偿G.653光纤:1550nm波长区混频严重，不适合DWDMDCF色散补偿G.652、G.655(LEAF、TRUEWAVE)在1550窗口有正色散系数及正色散斜率，信号传输时造成正色散的累积，使脉冲展宽。补偿原理：DCF光纤有负色散系数，在传输光纤中接入这种光纤可抵消正色散，使脉冲得到压缩（DCF色散补偿器）。SDH系统补偿，只需一定的色散补偿量；DWDM系统补偿，色散量一定，且要求DCF有适当的负色散斜率。1、衰减3、非线性效应2、色散2、DWDM的关键技术光源技术光纤放大器技术光无源器件光纤非线性的问题光监控技术传输有关DWDM系统管理和监控信息1.工作波长优选1510nm2.速率优选2Mb/s，保证不经放大也超长传输3.接入和解出不应限制OA上的泵浦光波；不应限制未来1310nm波长的业务；OA失效时仍有效；可超长传输；具有分段双向传输功能。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013114151623OMOD2BAPAODOM2OSC信息入OSC信息出1、什么是DWDM?2、DWDM的关键技术3、一些重要概念4、DWDM的发展理解DWDM系统必须要深刻理解的几个概念mW、dBm、dB谱宽光信噪比（ONSR）－－－衡量DWDM系统性能的最主要指标，DWDM的核心色散－－－影响DWDM系统中再生段距离的又一主要问题插损－－－无源光器件中功率的损失增益dBm＝10×lg（P/1mW），其中P的单位为“mW”于是1mW=0dBm，0.5mW=-3dBm，等等。在DWDM系统中，假定每波信号大小相同，那么：1波信号为1mW，即0dBm2波信号为2mW，即3dBmn波信号为n×mW，即10×lg（n）dBmdB＝10×lg（p1/p2）=P1-P2。其中p1、p2的单位为“mW”等线性单位，P1、P2的单位为dBm于是得出：在DWDM系统主通道上，如果某处单波光功率为a(dBm)那么：2波信号为（a＋3）dBm3波信号为（a＋4.8）dBm4波信号为（a＋6）dBm5波信号为（a＋7）dBm…………1、是对信号在频域上的描述，常见的有-1dB谱宽，-5dB谱宽，-20dB谱宽2、谱宽宽，因为色散限制传输距离，但太窄，引起非线性效应也会限制传输距离。3、考虑色散影响，信号调制，会导致谱宽展宽。（比如对-20dB谱宽而言，2.5G:0.2nm，10G:0.3nm）f（频率）dBm（光功率）谱宽dBm（功率）f（频率）光信噪比dBm（功率）f（频率）光信噪比左图与右图信号有着相同的光功率，但左图噪声功能比较低，相对右图，其“有效功率”－－信噪比大。DWDM系统调试中，最希望出现的是左图，最不希望出现的是右图。由于光纤所传送信号的不同频率成分或模式成分的群速度不同，而引起传输信号畸变的一种物理现象光纤的色散特性：G.652、G.653；G.655（正负色散系数适合不同应用）色散：材料色散、波导色散、模式色散。材料色散：纤芯材料折射率随频率的变化引起的。波导色散：光纤中具有同一模式但携带不同频率信号。共同点：不同频率成分所对应的不同群速度，引起脉冲展宽。t展宽前t传输一段距离后可见：色散对高速率信号的影响要大于低速率信号的影响因为：低速率信号的两个脉冲之间间隔要大于高速率信号两个脉冲间间隔，能容忍更多的脉冲展宽。无源光器件PinPout插损＝（Pin－Pout）dB所谓插损指特点光信号经过一无源光器件后光功率的丢失。这里的无源光器件可以是：法兰盘、分波合波器件、分路器、光开关、耦合器、衰减器等等。OAPinPout增益＝10lg（Pout/Pin）//功率单位为dBm时=（Pout－Pin）dB//功率单位为dB时增益指特定光信号经过OA后光功率的增加说明：DWDM系统中因为多波同时传输，其OA只能做到固定增益输出，做不到根据波长数的固定功率输出，这是DWDM致命的一个缺陷。－－－DWDM系统中，越是前端光功率的变化，对系