WDM原理及組網(wǎng)信號流.ppt

,WDM原理及組網(wǎng)信號流,光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支持部,2,引入,WDM技術(shù)是一種比較先進(jìn)的光纖通信新技術(shù)，并且相對成熟，已經(jīng)進(jìn)入到商用階段，通過本課程的學(xué)習(xí)，使我們對于WDM的原理有一個基本的了解和認(rèn)識，并掌握典型組網(wǎng)的信號流。,3,了解并掌握WDM的一些基本概念及WDM的原理、傳輸方式以及組成；了解WDM的傳輸媒質(zhì)；掌握DWDM的技術(shù)原理和關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)方法；了解WDM光傳輸系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)范；掌握典型組網(wǎng)的信號流。,學(xué)習(xí)目標(biāo),學(xué)習(xí)完本課程，您應(yīng)該能夠：,4,第一章波分復(fù)用技術(shù)概述第二章WDM傳輸媒質(zhì)第三章DWDM關(guān)鍵技術(shù)第四章WDM系統(tǒng)受限因素第五章典型組網(wǎng)信號流,課程內(nèi)容,5,光傳送網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)爆炸式增長，傳統(tǒng)的PDH、SDH帶寬已經(jīng)無法應(yīng)對。目前商用的DWDM系統(tǒng)容量已達(dá)320Gb/s、1.6Tb/s。實驗室還正在進(jìn)行更大容量DWDM的試驗。,全光網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)融合、MSTP、光交叉連接與波長路由器已經(jīng)問世。數(shù)據(jù)與光的結(jié)合，未來的網(wǎng)絡(luò)將是把IP/ATM交換機(jī)直接接至光傳送網(wǎng)上；向光組網(wǎng)的轉(zhuǎn)變是寬帶革命的核心。,運營商經(jīng)營理念的轉(zhuǎn)變、投資更加理性化。,WDM技術(shù)發(fā)展背景,6,采用SDM，鋪設(shè)多芯新光纜(需考慮時間與成本),使用更高比特率TDM。STM-1-STM-64,波分復(fù)用（WDM）技術(shù)已經(jīng)成熟，成為很好的擴(kuò)容方式,怎樣增加傳輸容量,7,什么是波分復(fù)用？,8,把不同波長的光信號復(fù)用到一根光纖中進(jìn)行傳送的方式統(tǒng)稱為波分復(fù)用（其中每個波長承載一個TDM的電信號）。主要分為兩種類型：稀疏波分復(fù)用（CWDM）：不同窗口的光波復(fù)用；密集波分復(fù)用（DWDM）：同一窗口的多個光波復(fù)用。,WDM概念,9,WDM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖,10,單向波分復(fù)用系統(tǒng)采用兩根光纖，一根光纖只完成一個方向光信號的傳輸，反向光信號的傳輸由另一根光纖來完成。,單向WDM,11,雙向波分復(fù)用系統(tǒng)則只用一根光纖，在一根光纖中實現(xiàn)兩個方向光信號的同時傳輸，兩個方向光信號應(yīng)安排在不同波長上。,雙向WDM,12,WDM系統(tǒng)的劃分,開放式WDM系統(tǒng)在終端復(fù)用設(shè)備中，具備光接口變換功能，可以和任何廠家的SDH設(shè)備進(jìn)行對接。集成式WDM系統(tǒng)在終端復(fù)用設(shè)備中，不具備光接口變換功能，SDH設(shè)備中的光發(fā)送單元性能必須滿足波分系統(tǒng)的要求：如：波長精度、光譜特性、發(fā)送光功率等等。半開放式WDM系統(tǒng)在終端復(fù)用設(shè)備中，發(fā)端具備光接口變換功能，可以和任何廠家的SDH設(shè)備進(jìn)行對接。,13,N路波長復(fù)用的WDM系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)主要有：光波長轉(zhuǎn)換單元（OTU）；波分復(fù)用器：分波/合波器（MUX/DEMUX）；光放大器（OA）；光監(jiān)控信道/通路（OSC）；,WDM系統(tǒng)組成,14,可見：SDH是DWDM所承載的業(yè)務(wù)種類之一，在網(wǎng)絡(luò)層次中，DWDM處于更低層，更靠近物理層。在同時使用DWDM和SDH的網(wǎng)絡(luò)，對業(yè)務(wù)的保護(hù)，我們提倡在SDH層的自愈保護(hù)。,應(yīng)用層(SDH/ATM/IP),光通道層,光復(fù)用段層,光放大層,物理層,再生段,復(fù)用段,通道層,應(yīng)用層,光層,電層（SDH）,新的傳輸網(wǎng)絡(luò)分層/DWDM與SDH的關(guān)系,15,華為公司波分產(chǎn)品規(guī)格劃分,16,第一章波分復(fù)用技術(shù)概述第二章WDM傳輸媒質(zhì)第三章DWDM關(guān)鍵技術(shù)第四章WDM系統(tǒng)受限因素第五章典型組網(wǎng)信號流,課程內(nèi)容,17,光纖的結(jié)構(gòu),光在光纖中的傳送,WDM傳輸媒質(zhì),18,單模/多模光纖,隨著纖芯直徑的粗細(xì)不同，光纖中傳輸模式的數(shù)量多少也不同。因此光纖按照傳輸模式的數(shù)量多少，分為單模光纖和多模光纖：當(dāng)光纖纖芯的幾何尺寸遠(yuǎn)大于光波波長時，光在波導(dǎo)光纖中會以幾十種或更多的傳播模式進(jìn)行傳播，這樣的光纖叫做多模光纖。多模光纖的纖芯直徑較粗，通常直徑等于50um左右；當(dāng)光纖的幾何尺寸可以與光波長相比擬時，即纖芯的幾何尺寸與光信號波長相差不大時，光纖只允許一種模式在其中傳播，其余的高次模全部截止，這樣的光纖叫做單模光纖。單模光纖的纖芯直徑較細(xì)，通常直徑為510um；從光纖的外觀上來看，兩種光纖區(qū)別不大，包括塑料護(hù)套的光纖直徑都小于1mm；單模光可在多模光纖中傳輸，但多模光不能在單模光纖中傳輸。,19,光纖的損耗特性,光纖的衰減或損耗是一個非常重要的、對光信號的傳播產(chǎn)生制約作用的特性。光纖的損耗限制了沒有光放大的光信號的傳播距離。光纖的損耗主要取決于吸收損耗、散射損耗、彎曲損耗三種損耗。光纖吸收損耗是制造光纖的材料本身造成的，包括紫外吸收、紅外吸收和雜質(zhì)吸收；由于材料的不均勻使光散射而引起的損耗稱為瑞利散射損耗。瑞利散射損耗是光纖材料二氧化硅的本征損耗；光纖的彎曲會引起輻射損耗；總的來講：彎曲損耗對光纖衰減常數(shù)的影響不大，決定光纖衰減常數(shù)的損耗主要是吸收損耗和散射損耗。,20,光纖中的色散特性,光脈沖中的不同頻率或模式在光纖中的群速度不同，因而這些頻率成分和模式到達(dá)光纖終端有先有后，使得光脈沖發(fā)生展寬，這就是光纖的色散。色散一般用時延差來表示，所謂時延差，是指不同頻率的信號成分傳輸同樣的距離所需要的時間之差。,光纖中的色散可分為模式色散、色度色散、偏振模色散；色度色散也稱為模內(nèi)色散，可以分為材料色散和波導(dǎo)色散，一般在單模光纖中只考慮材料色散和波導(dǎo)色散；模式色散也稱為模間色散，模式色散主要存在于多模光纖中；偏振模色散是由于信號光的兩個正交偏振態(tài)在光纖中有不同的傳播速度而引起的，偏振模色散是由隨機(jī)因素產(chǎn)生的，因而其為一隨機(jī)量；色散系數(shù)就是單位波長間隔內(nèi)光波長信號通過單位長度光纖所產(chǎn)生的時延差，用D表示，單位是ps/nm.km。,21,從本質(zhì)上講，所有介質(zhì)都是非線性的，只是一般情況下非線性特征很小，難以表現(xiàn)出來；當(dāng)光纖的入纖功率不大時，光纖呈現(xiàn)線性特征，當(dāng)光放大器和高功率激光器在光纖通信系統(tǒng)中使用后，光纖的非線性特征愈來愈顯著；單模光纖的非線性效應(yīng)一般可以分：受激非彈性散射（受激拉曼散射SRS、受激布里淵散射SBS）、克爾效應(yīng)（自相位調(diào)制SPM、交叉相位調(diào)制XPM）和四波混頻FWM；,注意：非線性效應(yīng)一旦產(chǎn)生，就無法消除或補(bǔ)償，必須盡量防止非線性效應(yīng)的產(chǎn)生！使用模場直徑大的光纖，可以降低通過光纖的功率密度，可以抑制非線性效應(yīng)的產(chǎn)生。最主要我們可以通過降低入纖光功率來防止非線性效應(yīng)的發(fā)生。,單模光纖的非線性效應(yīng),22,ITU-T已經(jīng)在G.652、G.653、G.654和G.655建議中分別定義了4種不同設(shè)計的單模光纖，區(qū)別見下表：,G.652/G.653/G.655單模光纖,23,在單模光纖中有兩個低損耗區(qū)域，分別在1310nm和1550nm附近，也就是我們通常說的1310nm窗口和1550nm窗口。,L波段,幾種光纖比較,24,第一章波分復(fù)用技術(shù)概述第二章WDM傳輸媒質(zhì)第三章DWDM關(guān)鍵技術(shù)第四章WDM系統(tǒng)受限因素第五章典型組網(wǎng)信號流,課程內(nèi)容,25,DWDM系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù),光放大器,光監(jiān)控技術(shù),光源/光電檢測器,光監(jiān)控,合波分波,26,DWDM光源技術(shù),DWDM系統(tǒng)的光源具有兩個最突出的特點：1、比較大的色散容限值；2、標(biāo)準(zhǔn)而穩(wěn)定的波長；因此選擇半導(dǎo)體激光器（LD）作為光源。對于應(yīng)用于高速光纖通信系統(tǒng)中LD光源，又分為多縱模（MLM）激光器和單縱模（SLM）激光器兩類。,MLM,SLM,27,3、馬赫-策恩德爾調(diào)制光源(M-Z),1、直接調(diào)制光源,2、電吸收調(diào)制光源(EA),激光器的調(diào)制方式,28,優(yōu)點：技術(shù)簡單、成本較低缺點：激光器有較大的頻率啁啾；適用于短距離傳輸,直接調(diào)制光源,29,優(yōu)點：頻率啁啾較低，色散受限距離較長缺點：技術(shù)較復(fù)雜,電吸收調(diào)制光源（EA）,30,優(yōu)點：可忽略啁啾，色散受限距離很長缺點：技術(shù)難度大，不便于集成,馬赫-策恩德爾調(diào)制光源（M-Z）,31,光電檢測器,光電檢測器的作用是把接收到的光信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號。半導(dǎo)體光檢測器主要有兩類：PIN光電二極管和雪崩光電二極管（APD）。,PIN管由于其靈敏度比較低（一般為-20dBm左右）、過載點比較高（一般為0dBm左右）適用于短距離傳送。APD管由于其靈敏度比較高（一般為-28dBm左右）、過載點比較低（一般為-9dBm左右），適用于長距離傳送。較高的反向偏壓以及較強(qiáng)的輸入光信號都可能導(dǎo)致反偏電流過大，使APD管被反向擊穿。因此在現(xiàn)場需要注意操作規(guī)范：1、使用OTDR表等能輸出大功率光信號的儀器對光路進(jìn)行測量時，注意將通信設(shè)備與光路斷開。2、保證輸入光功率不超過器件允許的最大值，單板自環(huán)時注意加適當(dāng)?shù)乃p器。3、不能采用將光纖連接器插松的形式來代替光衰減器。,32,放大器,33,EDFA的放大原理,EDFA的具體實現(xiàn),EDFA組成及原理,34,增益控制的兩種方式：1、摻金屬元素；2、GFF定制；,EDFA增益平坦控制,35,當(dāng)其它條件不變的情況下，EDFA上下波給系統(tǒng)引入的問題：上波時，由于進(jìn)入EDFA的光功率增大，導(dǎo)致泵浦光功率對各波的貢獻(xiàn)減小，單波光功率突然下降，如果此時的光功率低于接收機(jī)能夠接收的最小光功率，則會出現(xiàn)瞬間的信號丟失，穩(wěn)定后各波的增益均有一定程度的下降；下波時，由于進(jìn)入EDFA的光功率突然減小，過剩的泵浦光功率全部貢獻(xiàn)給了余下的信道，導(dǎo)致單波光功率突然上升，如果此時的光功率高于接收機(jī)接收的最大光功率，則會對接收機(jī)造成過沖，穩(wěn)定后各波增益會有一定程度的上升；EDFA的增益鎖定有許多種技術(shù)，典型的有控制泵浦光源增益的方法：,EDFA增益鎖定技術(shù),36,放大自發(fā)輻射（ASE）是EDFA的基本噪聲源，其譜線特性直接反映了EDFA的增益譜特性的線型，能給出不同泵浦功率和不同信號功率條件下EDFA增益譜特性的有用信息。放大器產(chǎn)生的自發(fā)輻射噪聲功率為：PASE=-58+NF+G（dBm）其中NF為光放大器噪聲系數(shù)（dB）G為光放大器的增益（dB）,EDFA噪聲特性,37,工作電流：也稱作偏置電流，其決定著放大板的輸出光功率。正常情況下，單板的輸出功率不變，工作電流應(yīng)該維護(hù)在一個相對穩(wěn)定的狀態(tài)。制冷電流：制冷電流對應(yīng)著制冷電路的調(diào)節(jié)。在放大板上制冷電流對應(yīng)泵浦激光器的溫度，隨激光器溫度的變化而變化。注意正負(fù)號的意義（負(fù)值表示加熱）。背光電流：背光電流是放大板的一個性能值，對應(yīng)于功率檢測，通過背光電流的大小可以知道激光器輸出功率的大小。一般情況下我們是通過查看背光電流來判斷泵浦激光器的好壞：,對下面幾個參數(shù)的理解將有助于維護(hù)中的故障定位：,EDFA重要性能參數(shù),38,如果一個弱信號與一強(qiáng)泵浦光波同時在光纖中傳輸，并使弱信號波長置于泵浦光的拉曼增益帶寬內(nèi)，弱信號光即可得到放大，這種基于受激拉曼散射機(jī)制的光放大器即稱為拉曼光纖放大器。,三大特點：其增益波長由泵浦光波長決定，只要泵浦源的波長適當(dāng)，理論上可得到任意波長的信號放大；其增益介質(zhì)為傳輸光纖本身；這使拉曼光纖放大器可以對光信號進(jìn)行在線放大，構(gòu)成分布式放大，實現(xiàn)長距離的無中繼傳輸和遠(yuǎn)程泵浦；噪聲指數(shù)低，這使其與常規(guī)EDFA混合使用時可大大降低系統(tǒng)的噪聲指數(shù)，增加傳輸跨距。,RAMAN工作原理,39,合波器與分波器,40,目前最常用的有三種器件：耦合型、介質(zhì)膜型、AWG型。,耦合型,介質(zhì)膜型,AWG型,合波器與分波器,41,分波器合波器的應(yīng)用,42,監(jiān)控技術(shù),DWDM對光監(jiān)控信道有以下要求：光監(jiān)控通道不限制光放大器的泵浦波長；光監(jiān)控通道不限制兩個光線路放大器之間的距離；光監(jiān)控通道不限制未來在1310nm波長的業(yè)務(wù)；線路放大器失效時光監(jiān)控通道仍然可用；,43,0時隙:幀定位字節(jié),1時隙:E1字節(jié)（中繼段公務(wù))2時隙:F1字節(jié),3-14時隙:D1D12(數(shù)據(jù)通信通道),15時隙:E2字節(jié)(復(fù)用段公務(wù)),16-31時隙:保留字節(jié),典型OSC信息的幀結(jié)構(gòu),監(jiān)控通路的2Mbit/s系統(tǒng)物理接口應(yīng)符合G.703要求。其幀結(jié)構(gòu)和比特率符合G.704的規(guī)定：,44,第一章波分復(fù)用技術(shù)概述第二章WDM傳輸媒質(zhì)第三章DWDM關(guān)鍵技術(shù)第四章WDM系統(tǒng)受限因素第五章典型組網(wǎng)信號流,課程內(nèi)容,45,DWDM系統(tǒng)傳輸?shù)闹饕芟抟蛩厥牵核ズ?、色散和信噪比，其實還包括光纖非線性等因素。衰耗受限：主要是線路光纖的衰減單板的插損，可以采用EDFA來解決；色散受限：可以采用高色散容限的激光器或是使用DCM進(jìn)行相應(yīng)補(bǔ)償來解決；信噪比受限：主要是由于線路中大量使用EDFA導(dǎo)致ASE噪聲積累引起，可以通過優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)參數(shù)來解決；,DWDM系統(tǒng)受限因素,46,目前降低光纖色度色散的影響主要是采用色散補(bǔ)償補(bǔ)償模塊對光纖中的色散累積進(jìn)行補(bǔ)償。色散補(bǔ)償主要有兩種方式：1、一種是色散補(bǔ)償光纖（DCF，DispersionCompensationFiber）法；2、一種是色散補(bǔ)償光柵法，即啁啾光纖光柵(CFG，ChirpedFiberGrating)法；DWDM系統(tǒng)目前采用DCF來進(jìn)行色散補(bǔ)償。,色散補(bǔ)償技術(shù),47,色散補(bǔ)償光纖與普通傳輸光纖的不同之處是它在1550nm處具有負(fù)的色散系數(shù)，DCF補(bǔ)償法實際上就是利用這種負(fù)色散的光纖，接入G652光纖系統(tǒng)中抵消G652光纖的正色散。其色散系數(shù)典型值為-90ps/（nmKm），因而DCF只需在總線路長度上占G.652光纖的長度的1/5,即可使總鏈路色散值接近于零。,DCF色散補(bǔ)償技術(shù),48,色散受限距離=(色散容限/色散系數(shù))+DCM補(bǔ)償-(1030)(確保系統(tǒng)有1030公里冗余度）10G波長轉(zhuǎn)換板色散容限為700ps/nm，若在G.652光纖中傳輸，其色散系數(shù)為17ps/nm.km，考慮到系統(tǒng)的冗余度1030km，無補(bǔ)償最大傳輸距離L=700/17-(1030)=1030km。也就是說：系統(tǒng)傳輸距離超過30km時就必須加入DCM進(jìn)行補(bǔ)償；同理，若在G.655光纖中傳輸，其色散系數(shù)為6ps/nm.km，無補(bǔ)償最大傳輸距離L=700/6=117km，考慮余量后，傳輸距離超過100km時必須加入DCM補(bǔ)償。G.652光纖中，計算公式為：DCML-(色散容限/色散系數(shù))-(1030)=L-(700/17)-(1030)=L-(1030)G.655光纖中，計算公式為：DCML(6/17)-(1030)=Lx-(1030)注：首先將G.655折算成G.652長度：Lx=L(6ps/17ps),DCM色散補(bǔ)償規(guī)格計算,49,光信噪比(OSNR)常用于衡量ASE噪聲的積累程度，定義為：信號光的全部光功率和信號光的頻率附近、0.1nm帶寬內(nèi)噪聲光的全部光功率之間比值：,信噪比定義,50,提高系統(tǒng)的OSNR：1、采用低噪聲前置光放大器+高增益功率光放大器；2、采用拉曼放大器，使之與EDFA配合使用，降低NF；,降低系統(tǒng)的OSNR的容限：1、采用前向糾錯技術(shù)FECorEFEC；2、使用特殊碼型技術(shù)RZ編碼。,如何提高信噪比裕量,51,WithoutFEC,InBandFEC,OutofBandFEC,EFEC,OS