DWDM基本原理

DWDM原理刘和平本部用户服务部2004.08.02主要内容WDM基本知识系统光功率预算基本知识1-WDM系统设计依据和执行标准ITU-TG.661-1996：有关放大器一般参数的定义和测试ITU-TG.662-1995：光纤放大器器件及子系统的一般特性ITU-TG.663-1996：光纤放大器器件及子系统的应用有关方面ITU-TG.664-1998：用于光传输系统的通用光安全性程序ITU-TG.671-1996：无源光器件的传输特性ITU-TG.681-1996：使用光放大器包括光复用器的局间和长途线路系统的光接口ITU-TG.691-1997：具有光放大器的有关单信道SDH系统的光接口ITU-TG.692-1998：具有光放大器的多通道系统的光接口基本知识1-WDM系统设计依据和执行标准ITU-TG.784-1994：同步数字体系(SDH)的管理ITU-TG.773-1993：传输设备管理的Q接口协议栈ITU-TG.774-1994：SDH网元信息模型ITU-TG.826-1995：基群及更高速率的国际固定比特率数字通道的误码性能参数和指标ITU-TG.825-1995：基于SDH数字网络抖动与漂移的控制ITU-TG.957-1995：有关SDH设备和系统的光接口《光波分复用系统总体技术要求》（暂行规定）（YDN120-1999）《光波分复用系统（WDM）技术要求-32*2.5Gbit/s部分》）（YD/T1060-2000）基本知识1光的电磁波属性：波长和频率的关系fcncv2cf基本知识1-系统工作波长中心频率间隔：200GHz（8波）100GHz（16，32/40波）中心频率偏差（寿命终了值）：±20GHz波长稳定度（环境温度-10～60℃）：±3GHz序号中心频率(THz)波长(nm)备注1192.11560.61*2192.21559.793192.31558.98*4192.41558.175192.51557.36*6192.61556.557192.71555.75*8192.81554.949192.91554.13*10193.01553.3311193.11552.52*12193.21551.7213193.31550.92*14193.41550.1215193.51549.32*16193.61548.5117193.71547.7218193.81546.9219193.91546.1220194.01545.3221194.11544.5322194.21543.7323194.31542.9424194.41542.1425194.51541.3526194.61540.5627194.71539.7728194.81538.9829194.91538.1930195.01537.4031195.11536.6132195.21535.8233195.31535.0434195.41534.2535195.51533.4736195.61532.6837195.71531.9038195.81531.1239195.91530.3340196.01529.55通路波长分配CH1(OTU1):192.1THz(1560.61nm)CH2(OTU2):192.2THz(1559.79nm)……CH32(OTU32):195.2THz(1535.82nm)192.1*1560.61=195.2*1535.82=193.1*1552.52=光速对32/16波系统,通路波长间隔为100GHz(约0.8nm).对8波系统,通路波长间隔为200GHz(约1.6nm).选用波长应在EDFA光放大器的放大频段之内.基本知识21530nm1540nm1550nm1560nm1570nm1580nm1590nm1600nmBLUEBAND蓝带REDBAND红带INFRA-REDBAND红外带196.0199.0195.0194.0193.0192.0191.015051510153015351540154515501555156015651570OSC信道151010nmC-Band(nm)L-Band基本知识3---DWDM系统简介•DWDM——DenseWavelengthDivisionMultiplexing在一根光纤上同时利用不同波长的光载波承载不同的信号进行混合传输•最早的波分复用技术是将1310nm和1550nm的两波分复用•DWDM——1550nm窗口下以一定的波长间隔传送光载波N21N21N21光复用器光解复用器光纤放大器基本知识3---DWDM系统简介DWDM与CWDMDWDM技术是在波长1550nm窗口附近，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，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。光功率（dBm)1530-1560nm波长λ波长间隔：0.8～2nm基本知识3---WDM的组成1•••Tx1Tx2TxNOM/OAOA/ODRx1Rx2RxN•••OAS1f1................f2S2SnfnRM1RM2RMnMPI-SR’S’MPI-RSD1SD2SDnR2R1Rn发射端：波长范围波长稳定度输出光功率啁啾系数消光比光纤损耗光纤色散光纤非线性OA增益带宽OA噪声指数OA饱和输出功率OM插入损耗各通路插损的最大差异接收机灵敏度光信噪比接收机噪声OD插入损耗OD相邻通路隔离度OD非相邻通路隔离度基本知识3---WDM的组成光发射和接收部分：特定波长转换、信号调制和波长、功率稳定、色散容限大的LD发射源；能容忍一定SNR信号的PIN或APD宽带光接收机。合波和分波部分：插损小、信道隔离度高的光解复用器光传输和光放大：满足一定损耗和色散参数的线路光纤增益平坦和增益锁定的EDFA光放大器光监控通道：1510nm,DWDM系统网管光传送网分层模型基本知识光发射技术发射机调制技术：1、直调（节省成本）2、EA调制（减少啁啾系数）3、M－Z调制波长稳定技术：1、温度反馈控制技术2、波长反馈控制技术发射机主要技术指标：1、光谱特性2、眼图模板3、抖动性能4、误码性能光接收技术接收机类型：1、PIN/APD2、2R/3R3、单一速率/多速率接收机主要技术指标：1、灵敏度2、过载点3、反射基本知识--光源-激光器的调制方式激光器的直接调制调整注入电流光信号输出缺点：引起频率啁啾，展宽谱线宽度光调制器激光器的间接调制光信号输出电调制信号优点：压缩谱线宽度，减少啁啾系数，保证光谱质量常用的外调制：EA；LiNbO3（MZ）•频率啁啾的解决基本知识---发射模块的波长控制TEC温度控制器TEC温度控制电路温度传感器0激光输出T(C)(nm)对于1.5mDFB激光器，波长温度系数约为13GHz/C，管芯温度每升高1C，输出波长大约向长波长方向移动0.1nm。管芯温度和波长关系曲线0LD管芯通路波长的监控根据OTU单板当前15分钟性能中光发射模块管芯温度的变化情况，可初步判断各通路波长的漂移情况，如对OTU1单板，如果工程开通时的管芯温度为25.3度,波长为标准的192.1THz(1560.61nm),在经过多年运行后,如果网管查询管芯温度为26.3度,则可基本推断出,此时该单板输出光信号波长向长波长漂移了0.1nm,即波长约变为192.097THz(1560.71nm).如果波长漂移过大,大于20GHz时,可考虑采用多波长计通过设备的OMU/OA等单板的监控光口进行准确测试,然后在网管单板维护菜单中进行OTU波长的调整.通过仪表的测试或网管上管芯温度的恢复来判断是否调整至满足运行要求.基本知识---对OTU光发送部分的要求15461547154815491550155115521553-70-60-50-40-30-20-1001549.31551.025CH1193.5THzPower(dBm)Wave(nm)•中心频率：192.1THz~196.0THz•中心频率偏差：+/-10GHz•边模抑制比：40dB•-20dB谱宽：0.2nm基本知识—通道代价背靠背灵敏度：-33.5dBm传输后灵敏度：-32dBm通道代价：1.5dB-38-37-36-35-34-33-32-31-3010E-12111098710E-66ZXWM-328x2.5GSYSTEMA-CH3TransmissionCharacteristics1999/10/8A-CH3193.1THzBacktobackAfter3x120km2.48832Gb/s,NZRPBRS223-1WithAPDOpticalReferenceReceiverBitErrorRateAverageReceivedOpticalPower(dBm)基本知识—正常的眼图左上：传输前Filteron右上：传输前Filteroff左下：传输675km后右下：传输775km后线路光纤为G652。基本知识—不正常系统的眼图左上：下降沿发散（LD工作点不合适）右上：眼图模糊（光口反射严重）左下：传输775km后，（色散补偿不足）右下：直调LD模块传输后眼图线路光纤为G652。基本知识---DWDM系统中使用的波分复用器件的性能应满足ITU-TG.671及相关建议的要求。合波器常用的合波器类型有耦合器型、介质薄膜滤波器型和集成光波导型。合波器的参数主要有插入损耗、光反射系数、工作波长范围、极化相关损耗和各通路插损的最大差异。分波器分波器的类型主要有光栅型、介质薄膜滤波器型、熔锥型和集成光导型分波器等类型。分波器的参数主要有通路间隔、插入损耗、光反射系数、相邻通路隔离度、非相邻通路隔离度、极化相关损耗、温度系数、0.5dB和20dB带宽。DWDM复用和解复用器滤波器型阵列波导光栅型耦合器型34衍射光栅型34341234。。。34343434DWDM复用和解复用技术基本知识---EDFAEDFA特点：1、全透明2、无串扰3、宽带宽(35nm)4、高增益(33dB)5、低噪声(5.5dB)EDFA主要技术指标：1、增益2、带宽3、噪声系数4、输出光功率5、平坦度6、瞬态响应光放大技术（EDFA）980nmpump1480nmpumpFastnon-radiationdecayN1atGroundLevelN3~0at980nmPumplevelN2atMetastableLevelAmplifiedSignalsPlusASE1550nmSignals线路损耗的影响包括吸收、散射、弯曲、接头损耗，导致光信噪比降低OSNR=Pout-10logM-L+58dBm-Nf-10logN-P其中：Pout为总入纤功率，M为通道数量，L为线路损耗，Nf为EDFA噪声系数，N为光再生段数量，P为通道功率与均值间差异。线路色散的影响包括材料色散、波导色散及模式色散等，导致波形展宽引起码间串扰色散传输限制：B2·L·D1×105其中：B为信号带宽，L为线路长度，D为光纤色散系数。线路非线性的影响包括SBS、SRS及SPM、XPM、FWM、IM等基本知识光纤色散光纤色散效应对传输的影响10101011011010101101InputOutput脉冲展宽(ps)=D(ps/nm*km)*S(nm)*L(km)TimeTime脉冲展宽1/4比特周期时会引起误码B2*D*L105(Gb/s)2ps/nm2.5Gb/s10Gb/sSMF(G.652)960km60km(D=17ps/nm.km)NZDF(G.