WDM基本原理..

HUAWEITECHNOLOGIESCo.,Ltd.原理基础知识光网络产品服务部杨明张42198HUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.HUAWEIConfidentialPage2•了解WDM的基本概念、基本原理、组成结构•了解WDM的传输媒质•掌握DWDM的关键技术•掌握DWDM的受限因素及解决办法•了解华为波分典型组网学习目标学习完本课程，您应该能够：HUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.HUAWEIConfidentialPage3课程内容第一章波分复用技术概述第二章WDM的传输媒质第三章DWDM的关键技术第四章WDM系统受限因素第五章典型组网信号流HUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.HUAWEIConfidentialPage4WDM产生的背景采用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-64一根光纤上传输多个信号如何提高传输容量HUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.HUAWEIConfidentialPage5高速路加油站巡逻车什么是WDM？小车/信号高速路/光纤加油站/光放站巡逻车/监控信道2.5G10GGEHUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.HUAWEIConfidentialPage6把不同波长的光信号复用到同一根光纤中进行传送，这种方式我们把它叫做波分复用（WavelengthDivisionMultiplexing）。WDM的概念12┋12n┉稀疏波分复用（CWDM）：波长间隔大，一般为20nm密集波分复用（DWDM）：波长间隔小，小于等于0.8nmHUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.HUAWEIConfidentialPage7WDM对波长的要求从技术实现的角度来说各厂家可以选择任意波长进行波分复用从技术兼容性的角度来说我们必须对WDM系统中的光波长进行规范ITU-T对WDM系统中光波长的规定G.692建议、G.694.1建议、G.694.2建议====》波长频率分配表WDM中的光波长必须严格遵照波长频率分配表HUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.HUAWEIConfidentialPage8WDM典型模型Rx1RxnRx2Tx1Tx2TxnMUXOADEMUXOSCOSCOSCOSCHUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.HUAWEIConfidentialPage9双纤单向波分复用系统采用两根光纤，每根光纤只完成一个方向光信号的传输。双纤单向WDMHUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.HUAWEIConfidentialPage10主流WDM系统的划分开放式WDM系统在终端复用设备中，具备光接口变换功能，可以和任何厂家的SDH设备进行对接。集成式WDM系统在终端复用设备中，不具备光接口变换功能，SDH设备中的光发送单元性能必须满足波分系统的要求：如：波长精度、光谱特性、发送光功率等等。半开放式WDM系统在终端复用设备中，发端具备光接口变换功能，可以和任何厂家的SDH设备进行对接。HUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.HUAWEIConfidentialPage11OTU：完成非标准波长信号光到符合G.694.1(2)的标准波长信号光的波长转换功能OM/OD：完成G.694.1(2)固定波长信号光的合波/分波OA:BA（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（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（线放）：完成对合波信号的纯光中继放大处理OSC:通常采用1510nm和1625nm，负责整个网络的监控数据传送。（后来出现了ESC技术,利用OTU光信号直接携带监控信息，在ESC方式下不需要OSC，但要求OTU支持ESC功能）开放式WDM系统的组成OTUOUTPA1n合波器OTUOTU1nOTMOLAOTMBAOTUOMOAOD分波器OSCOSCOSCOSCOTUOUTLAClientClientHUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.HUAWEIConfidentialPage12本章小结什么是WDM？WDM对波长有何要求？WDM可分为哪几种类型？开放式WDM系统由哪几部分组成？每部分的作用是什么？HUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.HUAWEIConfidentialPage13课程内容第一章波分复用技术概述第二章WDM的传输媒质第三章DWDM的关键技术第四章WDM系统受限因素第五章典型组网信号流HUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.HUAWEIConfidentialPage14光在光纤中传输的原理N2N1N1N221N1Sin1=N2Sin2Sinc=N2/N11=c折射定律以及全反射定律HUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.HUAWEIConfidentialPage15涂层n2包层n2包层涂层纤芯n1d1d2光纤的结构光纤的结构纤芯的折射率n1和包层的折射率n2哪个更大一些？HUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.HUAWEIConfidentialPage16单模/多模光纤随着纤芯直径的粗细不同，光纤中传输模式的数量多少也不同。因此光纤按照传输模式的数量多少，分为单模光纤和多模光纤：当光纤纤芯的几何尺寸远大于光波波长时，光在波导光纤中会以几十种或更多的传播模式进行传播，这样的光纤叫做多模光纤。多模光纤的纤芯直径较粗，通常直径等于50um左右；当光纤的几何尺寸可以与光波长相比拟时，即纤芯的几何尺寸与光信号波长相差不大时，光纤只允许一种模式在其中传播，其余的高次模全部截止，这样的光纤叫做单模光纤。单模光纤的纤芯直径较细，通常直径为5~10um；从光纤的外观上来看，两种光纤区别不大，包括塑料护套的光纤直径都小于1mm；波分系统里用的都是单模光纤HUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.HUAWEIConfidentialPage17光纤的损耗特性光纤的衰减或损耗是一个非常重要的、对光信号的传播产生制约作用的特性。光纤的损耗限制了光信号的传播距离。光纤的损耗主要包含吸收损耗、散射损耗、弯曲损耗三种损耗。光纤吸收损耗是制造光纤的材料本身造成的，包括紫外吸收、红外吸收和杂质吸收；由于材料的不均匀使光散射而引起的损耗称为瑞利散射损耗。瑞利散射损耗是光纤材料二氧化硅的本征损耗；光纤的弯曲会引起辐射损耗；决定光纤衰减常数的损耗主要是吸收损耗和散射损耗HUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.HUAWEIConfidentialPage18常规光纤损耗随波长变化曲线图波长不同，损耗不同1380nm附近由于氢氧根粒子吸收，光纤损耗急剧加大，俗称水峰ITU-T将单模光纤在1260nm以上的频带划分了O、E、S、C、L、U几个波段容易看出，在这6个波段中，C波段和L波段损耗最小90013001400150016001700波长:nm损耗dB/km231451200多模光纤（850~900nm）O波段E波段SCLUOH-HUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.HUAWEIConfidentialPage19WDM中信号光窗口范围波段说明范围（nm）带宽（nm）O波段原始1260~1360100E波段扩展1360~1460100S波段短波长1460~152565C波段常规波长1525~156540L波段长波长1565~162560U波段超长波长1625~167550因为C波段和L波段这两个传输窗口的传输衰耗最小，所以DWDM系统中信号光选择在C波段和L波段。粗波分由于传输距离短，衰耗并非主要限制因素，所以CWDM系统中信号光跨越多个波段（1311~1611nm）。HUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.HUAWEIConfidentialPage20光纤中的色散特性光脉冲中的不同频率或模式在光纤中的群速度不同，因而这些频率成分和模式到达光纤终端有先有后，使得光脉冲发生展宽，这就是光纤的色散。光纤中的色散可分为模式色散、色度色散、偏振模色散：模式色散也称为模间色散，模式色散主要存在于多模光纤中；色度色散（CD）也称为模内色散，可以分为材料色散和波导色散；偏振模色散（PMD）是由于信号光的两个正交偏振态在光纤中有不同的传播速度而引起的，偏振模色散是由随机因素产生的，因而其为一随机量，难补偿；色度色散系数就是单位波长间隔内光波长信号通过单位长度光纤所产生的时延差，用D表示，单位是ps/nm.km。偏振模色散系数则用PMDQ来表示，单位是ps/kmⁿ（n为1/2）HUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.HUAWEIConfidentialPage21色度色散的影响从TDM角度上说，色散将导致码间干扰。λ3λ1λ3λ1λ3λ3λ1λ1TT+ΔT光源是非零谱宽的，光源输出的光信号被电脉冲进行强度调制，调制信号具有调制光源的每一波长成分。由于各波长成分到达的时间先后不一致，因而使得光脉冲加长（T+ΔT），这叫作脉冲展宽。光脉冲传输的距离越远，脉冲展宽越严重。脉冲展宽将使前后光脉冲发生重叠，称为码间干扰。码间干扰将引起误码，因而限制了传输的码速率和传输距离。但从WDM角度上说，色度色散有利于克服光纤的非线性造成的信道间干扰，如FWM和XPM。需要辨证的看待色度色散的影响。HUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.HUAWEIConfidentialPage22从本质上讲，所有介质都是非线性的，只是一般情况下非线性特征很小，难以表现出来。当光纤的入纤功率不大时，光纤呈现线性特征，当光放大器和高功率激光器在光纤通信系统中使用后，光纤的非线性特征愈来愈显著；单模光纤的非线性效应一般可以分：受激非弹性散射（受激拉曼散射SRS、受激布里渊散射SBS）、克尔效应（自相位调制SPM、交叉相位调制XPM、四波混频FWM）注意：非线性效应一旦产生，就无法消除或补偿，必须尽量防止非线性效应的产生！使用模场直径大的光纤，可以降低通过光纤的功率密度，可以抑制非线性效应的产生。最主要我们可以通过降低入纤光功率、采用大有效面积光纤等来防止非线性效应的发生。非线性效应与色散相关，色散并不是越小越好。单模光纤的非线性效应HUAWEITECHNOLOGIESCO.,LTD.HUAWEIConfidentialPage23ITU-T已经在G.652、G.653、G.654和G.655建议中分别定义了4种不同设计的单模光纤，区别见下表：类型定义适用范围主要指标G.652标准单模光纤（SMF），是指色散零点（即色散为零的波长）在1310nm附近的光纤。SDH系统、DWDM系统均可。衰耗：1310nm窗口目前一般在0.3-0.4dB/km，典型值0.35dB/km；1550nm窗口目前一般在0.17-0.25dB/km，典型值0.20dB/km；色散：零色散波长的允许范围是1300nm到1324nm。在1550nm窗口的色散系数是正的。在波长1550nm处，色散系数D的典型值是17ps/nm-km，最大值一般不超过20ps/nm-km；G.653色散位移光纤（DSF），是指色散零点在1550nm附近的光纤，它相对于标准单模光纤（G.652），色散零点发生了移动。SDH系统可以，DWDM一般不采用。衰减：1310nm波段：0.55dB/km，目前没有掌握典型值数据。1550nm波段：0.35dB/km，目前一般在0.19-0.25dB/km；色散：G.653的零色散波长在1550nm附近，在1525-1575nm范围