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1、WDM 原理培训,Page2,前言,WDM技术是一种比较先进的光纤通信新技术，并且相对成熟，已经进入到商用阶段，通过本课程的学习，使我们对于WDM的原理有一个基本的了解和认识。,Page3,目录,系统概述 WDM的传输媒质 WDM中的关键技术 WDM的系统受限因素 WDM的相关技术规范,Page4,系统扩容解决方案,SDM 铺设新光缆 时间与成本,TDM 更高的比特速率 STM-16 STM-64 成本与复杂度,WDM 经济 快速 成熟,如何增加网络容量？,Page5,什么是波分复用？,高速公路,加油站,巡逻车,Page6,WDM的定义,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
2、们把它叫做波分复用（ Wavelength Division Multiplexing ）,Page7,N路波长复用的WDM系统的总体结构主要有： 光波长转换单元（OTU）； 波分复用器：分波/合波器（ODU/OMU）； 光放大器（BA/LA/PA）； 光/电监控信道（OSC/ESC）。,WDM的系统结构,Page8,传输模式,单纤单向,MUX,DEMUX,O T U,O T U,单向波分复用系统采用两根光纤，一根光纤只完成一个方向光信号的传输，反向光信号的传输由另一根光纤来完成。,Page9,MUX/DEMUX,DEMUX/MUX,传输模式,单纤双向,O T U,O T U,双向波分复用系统
3、则只用一根光纤，在一根光纤中实现两个方向光信号的同时传输，两个方向光信号应安排在不同波长上。,Page10,应用模式,开放式系统,MUX,DEMUX,O T U,O T U,客户设备,客户设备,开放式DWDM系统的特点是对复用终端光接口没有特别的要求，只要求这些接口符合ITU-T 建议的光接口标准。,Page11,应用模式,集成式系统,MUX,DEMUX,客户设备,客户设备,集成式DWDM系统没有采用波长转换技术，它要求复用终端的光信号的波长 符合DWDM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。,Page12,
4、WDM的优势,超大容量 高速率 数据透明传输 长距离传输 灵活组网 经济性和可靠性 平滑扩容能力,Page13,CWDM 与 DWDM,CWDM: 稀疏波分复用 相邻两波间隔：20nm DWDM: 密集波分复用 相邻两波间隔：25GHz,Page14,CWDM载波通道间距较宽，因此一根光纤上只能复用2到16个左右波长的光信号。 CWDM调制激光采用非冷却激光，而DWDM采用的是冷却激光，它需要冷却技术来稳定波长，实现起来难度很大，成本也很高。CWDM避开了这一难点，CWDM系统采用的DFB激光器不需要冷却，因而大幅降低了成本，整个CWDM系统成本只有DWDM的30%。 稀疏波分复用系统一般工作
5、在从1260nm到1620nm波段，间隔为20nm，可复用16个信道。,CWDM与DWDM的区别：,Page15,DWDM的波长分配,标称中心频率指的是光波分复用系统中每个通路对应的中心波长 参考频率为193.1THz，通道最小间隔为100GHz 、50GHz或者25GHZ的频率间隔系列,Page16,目录,系统概述 WDM的传输媒质 WDM中的关键技术 WDM的系统受限因素 WDM的相关技术规范,Page17,光纤的损耗特性,光纤的损耗主要包含： 吸收损耗: 制造光纤的材料本身造成的，其中的过量金属杂质和氢氧根OH-离子对光的吸收而产生的损耗。 散射损耗: 由于光纤材料密度的微观变化使得光纤
6、中出现一些折射率分布不均匀的局部区域，从而引起光的散射,将一部分光功率散射到光纤外部引起损耗。 弯曲损耗: 光纤的弯曲会引起弯曲损耗； 光纤损耗计算公式为: 光纤损耗(dB) = 光纤长度(Km) * 光纤损耗系数(dB/Km),Page18,常规光纤的损耗系数-波长曲线图,波带不同，损耗系数不同 1380nm附近由于氢氧根粒子吸收，光纤损耗急剧加大，俗称水峰 容易看出，在OU这六个波段中，C波段和L波段损耗系数最小,Page19,波段划分,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
7、统中信号光跨越多个波段（13111611nm）。,Page20,光纤中的色散可分为模式色散和色度色散。,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。,光纤的色散特性,Page21,色度色散,脉冲展宽，引起码间干扰 色散 (ps/nm) = 距离L(Km)*色散系数D(ps/nm.km),时间,功率,光脉冲信号,传送L1 (km),传送L2 (km),Page22,单模光纤种类划分,Page23,光纤的非线性效应,受激拉曼散射SRS 受激布里渊散射SBS 自相位调制SPM 交叉相位调制XPM 四波混频FWM,从本
8、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。原因是在单模光纤指的光信号被约束的模场内，而单模光纤有效面积非常小,因而光功率密度非常高，低损耗又使得高光功率可以维持很长的距离。,Page24,问题,光纤中的衰耗区间是如何分布的？ 光纤的传输特性有哪些？ G.652、G.653、G.654、G.655 光纤的特性分别是什么? 非线性效应有哪些种类，其产生的机理和影响是什么？,Page25,目录,系统概述 WDM的传输媒质 WDM中的关键技术 WDM的系
9、统受限因素 WDM的相关技术规范,Page26,WDM中的关键技术,Page27,WDM对于光源的要求,1,较大的色散容限,2,输出标准且稳定的波长,Page28,波长可调谐技术,波长可调的原理 半导体材料的折射率和最大增益对应的波长容易随温度、压力、载流子浓度、电场强度等变化而改变，因此改变这些因素可以实现波长可调； 将温度、载流子浓度改变和MEMS、微电子、光波导等技术相结合就产生了多样的可调谐技术。 波长可调带来的好处 降低备件库存 灵活组网,Page29,码型技术,实现简单、成本低、技术成熟 码元过渡不归零，对传输损伤敏感，不适于高速超长距离DWDM传输 普遍应用于中短距离DWDM传输
10、系统中,传统码型技术（NRZ）,新的码型技术,降低OSNR容限 增加色散容限、PDM容限 抑制光纤非线性效应导致的脉冲畸变 用于长距DWDM传输系统 CRZ、DRZ、ODB、DQPSK,Page30,接收机,PIN,PIN管由于其灵敏度比较低（一般为-20dBm左右）、过载点比较高（一般为0dBm左右）适用于短距离传送,APD,APD管由于其灵敏度比较高（一般为-28dBm左右）、过载点比较低（一般为-9dBm左右），适用于长距离传送,Page31,FEC技术,前向纠错编码技术： 发端加入冗余纠错码，收端进行解码纠错，消除线路产生的误码 降低接收机的OSNR容限要求，降低的OSNR容限称为“编
11、码增益” 编码增益越强，表示FEC的纠错能力越强 FEC技术的种类 带内FEC，ITU-T G.707标准支持，编码增益：34dB 带外FEC，ITU-T G.975/709标准支持，编码增益：56dB 超强FEC，目前无统一标准，编码增益最高：79dB,Page32,光放大器,EDFA,RFA,拉曼光纤放大器,掺饵光纤放大器,光放,Page33,EDFA的特性,增益谱与低损耗区间一致 高效率能量转换 高增益、低串扰 良好的增益稳定性,增益区间固定受限 增益不平坦性 光浪涌问题,优点,缺点,Page34,拉曼放大器,受激拉曼散射（SRS：Stimulated Raman Scattering）
12、,Page35,拉曼放大器的特性,灵活的增益区间 结构简单 利用了非线性效应 低噪声特性,高泵浦功率 低能量转换效率 成本较高,优点,缺点,Page36,光放大器的应用,Page37,光复用器与解复用器,光波分复用解复用技术： 衍射光栅技术 介质薄膜技术 耦合技术 阵列波导技术,光波分复用解复用主要参数： 插入损耗 通道隔离度 通道带宽 偏振相关损耗,Page38,分插复用器（OADM）,分插复用器分为两类 FOADM：固定OADM（串联、并联、串并混合） ROADM：可重构OADM（广播和选择型、解复用与交换/复用型）,Page39,监控技术,OSC,光监控技术,ESC,电监控技术,Page
13、40,光监控通道,对光监控的要求： 不应限制OA上的泵浦光波长； 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。,采用1510/1625nm波长 信号速率为2.048Mb/s 接收机灵敏度：-48dBm 信号码型: CMI 信号发送功率: 0 - -7dBm,Page41,OSC帧结构,Page42,电监控信道,特点： 结构简单，成本低； 支持冗余备份； 改善光功率预算； 降低系统复杂度。,Page43,目录,系统概述 WDM的传输媒质 WDM中的关键技术 WDM的系统受限因素 WDM的相关技术规范,Page44,WDM的受限因素,Page45,光
14、功率预算,光纤损耗 (dB) = P输出 (dBm) - P输入 (dBm) = 距离 (km) x a (dB/km) a：损耗系数 在1550nm窗口，G.652和G.655光纤的损耗系数：a = 0.22dB/km,P输出,P输入,距离L (km),Page46,功率问题,光放大器技术 降低系统插损,Page47,色散,色度色散（ps/nm）= 距离（km）x 色散系数（ps/nm.km） G.652光纤：色散系数 = 17ps/nm.km G.655光纤：色散系数 = 4.5ps/nm.km 实际工程中主要考虑色度色散。 在长距离传输的情况下，采用色散补偿模块（DCM）进行色散补偿。,OMS,距离L (km),Page48,光信噪比,Page49,OSNR,提高系统信噪比 RAMAN放大技术 采用低噪声的前置放大器+高增益的功率放大器 降低系统对信噪比的要求 新的码型技术 前向纠错编码技术,Page50,FEC及码型对OSNR的要求,
