DWDM培训(原理)

DWDM用户培训原理及关键技术贾宁宁中兴通讯培训中心ZTECommunications一、DWDM系统概述二、光纤传输特性三、DWDM系统关键技术—光源技术—光波分复用器和解复用器技术—光转发技术—掺铒光纤放大器（EDFA）技术—WDM系统的监控技术一、DWDM系统概述lNl2l1lNl2l1lNl2l1光复用器光解复用器光纤放大器DWDM定义•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(早期使用1510/1310两波长系统）•DWDM（DenseWavelengthDivisionMultiplexing）在1550nm窗口，采用更多波长进行波分复用(8,16…)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。光功率（dBm)1530-1560nm波长λ波长间隔：0.8～2nmDWDM的基本概念DWDM技术概述目前使用:C波段：1525~1565nm正在开发:L波段：1570~1620nmS波段：1400nm波段1.21.31.41.51.61.7波长(m)损耗(dB/km)0.10.20.40.81.025THzl0未来光纤通信窗口：1280~1625nmWDM和DWDM的关系•最早的波分复用技术是将1310nm和1550nm的两波分复用，波长间隔为一般数十nm•随着1550窗口的EDFA的商用化，新的WDM系统只用1550窗口，这些WDM系统的相邻波长间隔比较窄（1.6nm），为了区别于传统的WDM系统，称之为密集波分复用系统，即DWDM系统。•现在波分复用技术（WDM）通常专指密集波分复用技术（DWDM）。•DWDM——DenseWavelengthDivisionMultiplexerTRl1电复用电解复用发射端接收端电再生lNl2l1lNl2l1lNl2l1光复用器光解复用器光纤放大器TDM:单纤单波长电再生DWDM:单纤多波长全光放大DWDM与TDM的区别DWDM与SDH的关系SDH设备DWDM设备客户层和服务层关系DWDM的特点之多业务接入能力DWDM特点之降低成本SDH技术DWDM特点之升级扩容方便8*2.5G32*2.5G16*2.5G32*10G•充分利用光纤的巨大带宽资源,使一根光纤的传输容量很快的扩大几倍至几十倍.•使N个波长复用起来在单根光纤中传输,对于双纤单向WDM系统,单向节约了N-1根光纤,双向节约2(N-1)根光纤.•WDM与光纤放大器结合可以节约大量的电再生器,简化了维护管理,降低了长途网成本.•由于同一光纤中传输的信号波长彼此独立,因此可以完成各种电信业务的综合和分离.•在长途网中应用时,可以根据实际业务量需要逐步增加波长来扩容,十分经济灵活.•利用WDM选路来实现网络交叉连接和恢复,从而可能实现未来透明的,高度生存性的全光网络.DWDM技术发展概述WDM技术的发展历史WDM技术在90年代初出现，但在95年以前没有很快发展，原因有三个：TDM技术的发展：155Mb/s-622Mb/s-2.5Gb/sTDM技术相对简单。因此，在2.5Gb/s系统以下，在系统升级时，人们会首先选用TDM技术；WDM关键器件还没有完全成熟，如波分复用器/解复用器和光放大器；应用中对传输容量的需求还不高，TDM设备的容量还能够满足需求。WDM技术的发展历史95年以后，WDM技术发展进入快车道，因为：各种数据业务的爆炸性发展，对传输容量的需求急剧增加，传输干线的需求目前已达到10Gb/s以上；TDM技术在10Gb/s以上面临电子元器件的挑战；已广泛铺设的G.652光纤在1550nm窗口的高色散限制了TDM高速系统的应用；光电器件的成熟和发展，使WDM产品的商用化成为可能。IPATMSDHDWDM光纤物理层OpenOpticalInterfaceSDHATMIP其它DWDM技术发展趋势可配置OADM点对点DWDM传输可重构OXCOXCl1l2lNl1l2lNlililklkDWDM技术发展趋势光通信的三个发展阶段PDHSDHDWDM155M622M2.5G10GG.957G.691G.692光接口的规范•G.957——SDH设备和系统的光接口；•G.691——带有光放的SDH单信道的速率到达STM-64系统的光接口；•G.692——带有光放的多信道系统的光接口。小结：DWDM系统的特点和优势•一纤多波，大容量；•透明传输，业务包容性强；•经济和节省投资；•可与OTN接轨，代表发展方向；•系统的技术重点在于光路，它是多波长光信号的模拟传输系统；•系统对光纤的依赖性更强。二、光纤传输特性•在通信中，传输信号的功率非常低，都是毫瓦的数量级。为了表示这种信号功率，设定参考点功率（P0）以毫瓦计，所表示的分贝单位为dBm。10lgP/P0=p（dBm），P0=1mw•光功率衰减以分贝（dB）为测量单位，是指接收功率对发送功率比的对数，没有量纲。10lgP1/P2=10lgP1/P0-10lgP2/P0=（p1-p2）dB•单信道功率Pi=5dBm绝对电平和相对电平•应用的多为单模光纤，特点是损耗低、带宽大、成本低•具有1550nm和1310nm两个低衰减窗口，最小衰减窗口位于1550nm.1310nm窗口的衰减为0.3~0.4dB/km,1550nm窗口的衰减为0.19~0.25dB/km•理论上，WDM可以利用的单模光纤的带宽可以达到200nm，约为25THz，在波长间隔为0.8nm时，理论上可以开通200多个波长，为WDM的应用和发展提供了广阔的前景光纤的基本知识光纤传输技术光纤分类•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.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。新的光纤：全波、真波、LEAF、G.654光纤等新的光纤类型•全波光纤—无水峰光纤，用于城域网；•真波光纤（Turewave-LUCENT）—小色散斜率光纤,即在1550nm波段中色散系数的斜率很小,0.045ps/km*nm²，更适用L波段的开发和利用；•大有效纤芯面积光纤（LEAF-CORNING）—模长直径为9.6m，有效面积为72m2可以改善非线性；•G.654光纤—损耗≤0.2，一般用于海底光缆。WDM系统的波长分配•根据光纤和EDFA的特性，WDM系统的波长区选为1530nm~1565nm•选择193.1THz作为绝对参考频率，稳定度好，精度高•G.692中允许的通道频率是基于193.1THz、最小间隔为100GHz的频率间隔系列•通道的等间隔是在频率上的等间隔，而不是在波长上保持均匀间隔波长(nm)中心频率(THz)1548.51193.61549.32193.51550.12193.41550.92193.31551.72193.21552.52193.11553.33193.01554.13192.91554.93192.81555.75192.71556.55192.61557.36192.51558.17192.41558.98192.31559.79192.21560.61192.116通道和8通道WDM系统的中心频率DWDM系统的通道间隔波长间隔（nm）1.60.80.40.2频率间隔（GHz）2001005025中心频率允许偏差（GHz）±40±20待定光纤传输特性•1、衰减•2、色散（色度色散、偏振膜色散）•3、非线性光纤类型和损耗谱EDFA带宽1.21.31.41.51.61.7波长(mm)损耗(dB/km)0.10.20.40.81.00-20-101020色散(ps/nm-km)损耗(各类光纤)SMFDSFNZDF+NZDF-G.652G.653G.655+G.655-OSNR：光信噪比，是描述系统低误码运行能力的主要参数OSNR=Pout/PaseOSNR=Pout(li)+58.03-NF-10log(M)–10log(G1+Σloss)*系统总长度一定时，低增益、多级数比高增益、少级数方案有高得多的OSNR。若系统总损耗为90dB，采用3×33dB方案比9×10dB方案的输出端噪声功率高的多。光纤损耗OSNR的限值：OSNR20dB，B=2.5Gb/sOSNR25dB，B=10Gb/s损耗起因（一）吸收损耗：光波通过光纤材料时，一部分光能变成热能，造成光功率的损失。•本征吸收：是光纤基础材料(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。•杂质吸收：由光纤材料的不纯净而造成的附加吸收损耗。损耗起因（二）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。散射：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。损耗起因损耗本征非本征吸收紫外吸收金属离子红外吸收OH离子、H2散射瑞利散射波导缺陷米氏散射受激布里渊散射受激拉曼散射脉冲展宽T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。光纤色散（色度色散）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T啁啾效应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，在光纤色散的作用下，引起脉冲的快速展宽和信号劣化。色散容限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。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640km。偏振模色散PMD光纤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光纤PMD环境因素和工艺缺陷引起的纤芯椭圆及应力是引起PMD的主要因素PMD引起脉冲展宽（随机性）光纤PMDPMD产生机理及解决方法由光纤的双折射引起,诸如应力、弯曲、扭绞、温度等随机引入产生信号间干扰;当偏振相关损耗产生的二次效应可能产生PMD与色度色散之间的耦合从而增加色散的统计分量;解决办法之一是改进光纤工艺或在系统输入输出端插入偏振控制器。•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）光纤非线性效应短波长泵浦长波长对系统的影响：引起信道功率失衡引起信道间的拉曼串扰lPlP输入输出（1）受激拉曼散射（SRS）•是一种当达到门限功率水平时，信号产生向信号相反方向传播的受激发射的非线性现象•增益比SRS大两个数量级•当光源谱功率（亮度）大时，SBS占主导地位对系统的影响：大于一定值时，引起强烈背向散射，叠加强度噪声。（2）受激布里渊散射（SBS）（3）自相位调制（SPM）相位随光强而变化，转化为波形畸变SPM的影响随该通道注入光纤的光功率增大而增大，随光纤及传输段而积累。（4）交叉相位调制（XPM）相位受到其它其它信道的调制，经光纤色散转化引起强度噪声SPM和XPM信道间相互作用产生新的频率，相关参数有信道数、信道间隔、信道功率、光纤色散、折射率、光纤长度、材料的高阶偏振特性等。（5）四波混频（FWM）光纤f1ff3f2f1ff3f2fFWMFWM是影响系统性能的主要非线性效应：当FWM产生的新频率落入信道带宽范围内时，会引起信道强度起伏和信道间串扰。补偿措施：*采用非零色散位移光纤（G.655）和