波分復用原理

關于波分復用原理DWDM原理和組成第2頁,共79頁，2024年2月25日，星期天一概述

九十年代以來，以Internet為代表的信息技術革命正在深刻地改變傳統(tǒng)電信概念和體系

目前北美Internet骨干網(wǎng)的業(yè)務量幾乎每6～9個月翻一番，比著名的CPU性能進展more定律（18個月左右翻番）快2～3倍話音業(yè)務

數(shù)據(jù)業(yè)務

寬帶綜合業(yè)務B-ISDN

世界電話業(yè)務年增長率為10%，數(shù)據(jù)業(yè)務年增長40%

中國話音業(yè)務14%的增長率，數(shù)據(jù)業(yè)務400%增長第3頁,共79頁，2024年2月25日，星期天擴容的選擇空分復用

SDM(SpaceDivisionMultiplexer)時分復用

TDM(TimeDivisionMultiplexer)波分復用

WDM(WavelengthDivisionMultiplexer)TDM和WDM技術合用第4頁,共79頁，2024年2月25日，星期天

1310nm/1550nm窗口的波分復用

仍用于接入網(wǎng)，但很少用于長距離傳輸

1550nm窗口的密集波分復用(DWDM)

可廣泛用于長距離傳輸，用于建設全光網(wǎng)絡波分復用技術的發(fā)展第5頁,共79頁，2024年2月25日，星期天DWDM的特點1、充分利用光纖的巨大帶寬，帶寬可達25THz和更長的傳輸距離。2、簡化系統(tǒng)結構和設計，減少投資和維護費用。3、可節(jié)約大量光纖，擴容方便。4、可完成各種電信業(yè)務的綜合和分離。5、可透明傳輸數(shù)據(jù)業(yè)務。6、可實現(xiàn)網(wǎng)絡交換和恢復，具有高度生存性。及更靈活的組網(wǎng)方式第6頁,共79頁，2024年2月25日，星期天32

2.5Gbit/s光譜圖第7頁,共79頁，2024年2月25日，星期天光通信二DWDM技術概要第8頁,共79頁，2024年2月25日，星期天光的粒子屬性：散射效應

彈性碰撞、非彈性碰撞光波的特性

愛因斯坦波粒二相性

光在真空中的傳播速度:c=3

108m/s

媒質的折射率:n光的全反射折射定律:n1sin

1=n2sin2

光的電磁波屬性：波長和頻率1552.52nm~193.1THz100GHz~0.8nm第9頁,共79頁，2024年2月25日，星期天DWDM系統(tǒng)的分類

以信道速率分類：2.5Gbit/s、10Gbit/s及混合速率

以信道承載業(yè)務類型分類：PDH、SDH、ATM、

IP或混合業(yè)務等

以信道數(shù)分類：4

、8、16、32等以系統(tǒng)接口分類：集成式或開放式系統(tǒng)

以地理域分類：海底系統(tǒng)、陸地干線、本地網(wǎng)、 城域網(wǎng)第10頁,共79頁，2024年2月25日，星期天開放式和集成式系統(tǒng)結構第11頁,共79頁，2024年2月25日，星期天波長轉換(WavelengthConvertion)開放式系統(tǒng)的關鍵技術------第12頁,共79頁，2024年2月25日，星期天DWDM系統(tǒng)的組成部分

合波和分波無源部分

發(fā)射和接收有源部分

光傳輸和光放大

光監(jiān)控信道

DWDM系統(tǒng)網(wǎng)管第13頁,共79頁，2024年2月25日，星期天發(fā)射和接收有源部分第14頁,共79頁，2024年2月25日，星期天光發(fā)送機

光源的波長穩(wěn)定

1

2

指定波長符合ITU-T規(guī)定波長漂移

/5（ITU-T）

/10（國家）光源的色散容限光譜寬度@-20dB<0.2nm光接收機

工作波長范圍的響應度對SNR的靈敏度第15頁,共79頁，2024年2月25日，星期天

中心波長和中心頻率196.0199.0195.0194.0193.0192.0191.015051510153015351540154515501555156015651570OSC信道1510

10nmC-BandL-Band(THz)(nm)中心頻率(中心波長)偏差

n/5，n為光信道間隔

標稱中心頻率或波長是以193.1THz（1552.52nm)為中心、間隔為100GHz的整數(shù)倍。DWDM系統(tǒng)對光發(fā)射和光接收的

基本要求第16頁,共79頁，2024年2月25日，星期天

中心波長和中心頻率第17頁,共79頁，2024年2月25日，星期天光發(fā)送機

光譜特性

1

2

1-XdB發(fā)光二極管（LED）

1

21-XdB

1

21-XdB多縱模激光器（MLM）單縱模激光器（SLM）第18頁,共79頁，2024年2月25日，星期天溫度反饋控制P區(qū)n區(qū)光柵有源區(qū)T(

C)l(nm)TEC溫度控制器TEC溫度控制電路l0激光輸出溫度傳感器激光器管芯對于1.5mmDFB激光器，波長溫度系數(shù)約為13GHz/

C管芯溫度和波長關系曲線

0第19頁,共79頁，2024年2月25日，星期天波長反饋控制TEC溫度控制器TEC溫度控制電路

0激光輸出溫度傳感器激光器管芯波長控制技術之第20頁,共79頁，2024年2月25日，星期天

直接調制方式

－輸出功率正比于調制電流；－簡單、損耗小、價廉；－使用FP或DFB激光器二極管；隨調制速率增高，模數(shù)增加，激光器譜線展寬（啁啾）。限制使用在<2.5Gbps速率下，較短距離傳輸。調制方式第21頁,共79頁，2024年2月25日，星期天

外調制方式

－激光器光源＋開關－復雜、損耗大、價格貴；

分離外調制 鈮酸鋰（LiNbO3）Mach-Zehnder

集成外調制電吸收（EA）III-V族半導體Mach-Zehnder

－線性調頻（啁啾）無或小－用于>2.5Gbps高速率傳輸

調制方式溫度波長控制電路第22頁,共79頁，2024年2月25日，星期天光接收機接收機必須承受的影響：信號畸變噪聲串擾第23頁,共79頁，2024年2月25日，星期天合波和分波無源部分第24頁,共79頁，2024年2月25日，星期天

DWDM系統(tǒng)中使用的波分復用器件的性能應滿足ITU-TG.671及相關建議的要求。合波器常用的合波器類型有耦合器型、介質薄膜濾波器型和集成光波導型。

合波器的參數(shù)主要有插入損耗、光反射系數(shù)、工作波長范圍、極化相關損耗和各通路插損的最大差異。分波器

分波器的類型主要有光柵型、干涉濾波器型、熔錐型和集成光波導型分波器等類型。分波器的參數(shù)主要有通路間隔、插入損耗、光反射系數(shù)、相鄰通路隔離度、非相鄰通路隔離度、極化相關損耗、溫度系數(shù)、

0.5dB和20dB帶寬。DWDM系統(tǒng)對合波和分波無源器件的

基本要求第25頁,共79頁，2024年2月25日，星期天炫耀光柵自由空間光學－要求精確度對溫度敏感－要求控溫爐插入損耗大－光纖耦合和光柵效率低對偏振敏感第26頁,共79頁，2024年2月25日，星期天陣列波導光柵（AWG）輸入孔闌輸出孔闌象平面物平面FPR：自由傳播范圍對溫度敏感引起的波長漂移；濾波器對寬帶響應不好；鄰近信道隔離度較差；第27頁,共79頁，2024年2月25日，星期天

信號通帶較平坦；偏振無關；插入損耗較低；溫度特性很好，可達0.001nm/oC以下。多層介質膜干涉濾波器

0/2

0/2

0

1，

2，

3，…

n

1，

3，…

n

2

2/4i

0r1r2第28頁,共79頁，2024年2月25日，星期天8路多層介質膜濾波器DWDM復用/解復用器第29頁,共79頁，2024年2月25日，星期天對溫度敏感，但成本低，便于設計和制造； 可以直接熔接到系統(tǒng)中； 濾波器性能較好；反射型結構（帶阻）；光纖布拉格光柵（FBG）第30頁,共79頁，2024年2月25日，星期天光傳輸和光放大部分第31頁,共79頁，2024年2月25日，星期天光的傳輸影響光傳輸?shù)墓饫w參數(shù)光纖的衰減光纖的色散光纖的非線性效應第32頁,共79頁，2024年2月25日，星期天0.70.80.91.01.11.21.31.41.51.61.7波長（mm）543210衰減（db/km）1243OH-OH-OH-~190THz~50THz單模光纖截止波長5光纖的衰減第33頁,共79頁，2024年2月25日，星期天隨著脈沖在光纖中傳輸，脈沖的寬度被展寬劣化的程度隨數(shù)據(jù)速率的平方增大決定了電中繼器之間的距離光纖的色散

模間色散(ModeDispersion)

色度色散(CromaticDispersion)

偏振模色散(PolarizationModeDispersion)第34頁,共79頁，2024年2月25日，星期天色散對傳輸?shù)南拗频?5頁,共79頁，2024年2月25日，星期天光纖的非線性效應受激的散射效應

受激拉曼散射(SRS)

受激布里淵散射(SBS)折射率效應

相位調制(SPM)

交叉相位調制(CPM，XPM)

四波混頻(FWM，F(xiàn)PM)第36頁,共79頁，2024年2月25日，星期天傳輸使用的三種不同類型的單模光纖G.652單模光纖（NDSF）G.653單模光纖（DSF）G.655單模光纖（NZ-DSF）常規(guī)G.655大有效面積G.655第37頁,共79頁，2024年2月25日，星期天三種光纖色散情況比較第38頁,共79頁，2024年2月25日，星期天結論:

不適用于10Gb/s以上速率傳輸，但可應用于2.5Gb/s或以下速率的DWDM。G.652單模光纖（NDSF）大多數(shù)已安裝的光纖低損耗大色散分布大有效面積色散受限距離短2.5Gb/s系統(tǒng)色度色散受限距離約600km10Gb/s系統(tǒng)色度色散受限距離約34kmG.652+DCF方案升級擴容成本高第39頁,共79頁，2024年2月25日，星期天低損耗零色散小有效面積長距離、單信道超高速EDFA系統(tǒng)四波混頻（FWM）是主要的問題，不利于DWDM技術結論:

適用于10Gb/s以上速率單信道傳輸，但不適用于DWDM應用，已經(jīng)被市場淘汰。G.653單模光纖（DSF）第40頁,共79頁，2024年2月25日，星期天

有幾種類型的光纖可以使用（TruewaveTM、LSTM、LEAFTM、大保實光纖等）在1530－1565nm窗口有較低的色散可以有正的或負的色散，正色散SPM效應壓縮脈沖，負色散SPM效應展寬脈沖。為DWDM系統(tǒng)的應用而設計的結論:

適用于10Gb/s以上速率DWDM傳輸，是未來大容量傳輸光纖的理想選擇。G.655單模光纖（NZ-DSF）第41頁,共79頁，2024年2月25日，星期天G.655光纖（NZ-DSF）常規(guī)： +色散斜率小

-非線性效應嚴重大有效面積：+非線性效應小

-色散斜率大D>0：+SPM壓縮傳輸脈沖，補償色散效應的影響

-調制不穩(wěn)定性（MI）（>2000km）D<0：+無調制不穩(wěn)定性（MI）

-SPM展寬傳輸脈沖，加重色散效應的影響LUCENT真波光纖CORNINGLEAF光纖第42頁,共79頁，2024年2月25日，星期天什么是PMD?由于光的偏振模之間產(chǎn)生時延起源于光纖的雙折射差分群時延(DGD)偏振模色散(PMD)問題第43頁,共79頁，2024年2月25日，星期天PMD的影響功率代價為1dB的PMD系數(shù)

速率 最大PMD PMD系數(shù)

(Gb/s) (ps) (ps/km?) (400km光纖鏈路)

2.5 40

2.010 10

0.520 5

0.2540 2.5

0.125第44頁,共79頁，2024年2月25日，星期天80年代安裝的8千萬公里老光纖光纜中

l=1550nm光纜長度=27.55kmPMD=108psPMD系數(shù)=20.57ps/km1/2第45頁,共79頁，2024年2月25日，星期天90年代安裝的光纖光纜

l=1550nm光纜長度=32kmPMD=10.86psPMD系數(shù)=1.92ps/km1/2匹配包層光纖-110km和80km-PMD系數(shù)=0.06到0.07ps/km1/2下凹光纖-20km到85km-PMD系數(shù)=0.74到0.92ps/km1/2色散位移光纖-20km和40km-PMD系數(shù)=0.30到0.37ps/km1/2第46頁,共79頁，2024年2月25日，星期天同一光纜中不同光纖的PMD測量l=1550nm光纜長度=3.6.km測試結果(在30分鐘時間周期內)Fiber#PMD(ps)PMD系數(shù)(ps/km1/2)10.080.0420.160.0930.390.2040.320.1750.690.3660.320.1770.400.2182.841.5090.110.06第47頁,共79頁，2024年2月25日，星期天EDFA光放大器第48頁,共79頁，2024年2月25日，星期天2H11/24S3/24F9/24I9/24I11/24I13/24I15/2514nm532nm670nm800nm980nm1480nm能級圖1.53mm>107(3200)1.4

105900~12001.6

107(1100)2

108(120)1.5

105100~130~090~110衰減速率，單位：s-1輻射衰減第49頁,共79頁，2024年2月25日，星期天EDFA光放大器基本配置隔離器WDMEDF隔離器泵浦激光器輸入信號輸入信號隔離器WDMEDF隔離器輸入信號輸入信號泵浦激光器隔離器WDMEDF隔離器輸入信號輸入信號泵浦激光器泵浦激光器前向泵浦后向泵浦雙向泵浦第50頁,共79頁，2024年2月25日，星期天

光放大器應滿足ITU-T建議G.663、G.691及其他相關建議。

EDFA的主要技術參數(shù)：工作波長范圍、輸入功率范圍、輸出功率范圍、飽和輸出功率、噪聲系數(shù)、偏振相關增益、小信號增益、增益平坦度、增益變化、增益斜度、輸入光回損、輸出光回損等。

對EDFA模塊的其它要求：

-具有泵浦源自動關閉功能。

-壽命不小于30萬小時。

-具有放大器自動增益均衡（控制）功能。DWDM系統(tǒng)對光放大的基本要求第51頁,共79頁，2024年2月25日，星期天EDFA光放大器增益鎖定技術泵浦源功率控制飽和光控制技術光功率檢測控制輸入光功率檢測輸出光功率檢測PinPout泵浦激光器EDF第52頁,共79頁，2024年2月25日，星期天光監(jiān)控信道（OSC）第53頁,共79頁，2024年2月25日，星期天DWDM系統(tǒng)對光監(jiān)控信道的

基本要求

監(jiān)控通路波長1510nm，監(jiān)控速率2Mb/s對光監(jiān)控通路的要求

(1)監(jiān)控通路不限制光放大器的泵浦波長

(2)監(jiān)控通路不限制光放大器之間的距離

(3)監(jiān)控通路不限制未來在1310nm波長的業(yè)務

(4)在光放大器失效時監(jiān)控通路仍然可用

(5)OSC傳輸是分段的且具有3R功能和雙向傳輸功能

(6)應有OSC保護路由，防止光纖被切斷后監(jiān)控信息不能傳送的嚴重后果第54頁,共79頁，2024年2月25日，星期天DWDM系統(tǒng)監(jiān)控通道保護技術第55頁,共79頁，2024年2月25日，星期天DWDM網(wǎng)管系統(tǒng)第56頁,共79頁，2024年2月25日，星期天光復用段層(OMS)光通道層(OCH)光傳輸段層(OTS)光傳送網(wǎng)分層結構復用段層(MS)通道層(PATH)再生段層(RS)SDH分層結構物理層(FIBER)第57頁,共79頁，2024年2月25日，星期天

網(wǎng)元管理系統(tǒng)管理功能：故障管理：進行故障診斷、故障定位、故障隔離、 故障改正，以及路徑測試功能。性能管理：性能參數(shù)監(jiān)視等配置管理：設置和預配等安全管理：4級授權等獨立的網(wǎng)元管理功能EM層DWDM的網(wǎng)管應與所承載信號的網(wǎng)管分離開，以增加承載多樣性，發(fā)揮“業(yè)務透明”的特點。第58頁,共79頁，2024年2月25日，星期天DWDM網(wǎng)管系統(tǒng)示意圖第59頁,共79頁，2024年2月25日，星期天三

DWDM系統(tǒng)設計第60頁,共79頁，2024年2月25日，星期天DWDM系統(tǒng)總體考慮色散限制了復用段的總長度衰減和光信噪比限制了放大段的長度（跨距）和跨距段數(shù)。合波器分波器終端站中繼站終端站中繼站第61頁,共79頁，2024年2月25日，星期天n為最大通路數(shù)目W字母表示跨距x表示應用代碼中最大允許的光中繼段數(shù)；y

表示通路信號的最大比特率（STM等級）:1,4,16,64z表示光纖類型L表示長距離80kmV表示甚長距離120kmU表示超長距離160km2表示G.652光纖3表示G.653光纖5表示G.655光纖

應用代碼的構成：nWx-y.z

系統(tǒng)應用代碼

第62頁,共79頁，2024年2月25日，星期天DWDM應用代碼nL8-16.2 (8×80km)nV3-16.2 (3×120km)nV’5-16.2 (5×100km)無在線放大器有在線放大器nL-16.2、nV-16.2、nU-16.2第63頁,共79頁，2024年2月25日，星期天無在線光放大器系統(tǒng)的應用代碼第64頁,共79頁，2024年2月25日，星期天有在線光放大器系統(tǒng)和應用代碼1)80公里跨距第65頁,共79頁，2024年2月25日，星期天2)120公里跨距第66頁,共79頁，2024年2月25日，星期天

系統(tǒng)衰減范圍

系統(tǒng)目標距離的衰減范圍基于光纜在1530-1565nm范圍內的衰減系數(shù)為0.28dB/km(包括接頭衰減和光纜富余度）、目標距離40km的光纖衰減為11dB的假設計算得到的。第67頁,共79頁，2024年2月25日，星期天G.652光纖目標距離的最大色散基于色散系數(shù)為20ps/(nm.km)的假設計算得到的。第68頁,共79頁，2024年2月25日，星期天3

120km5

80kmOSNR20dB40dB長跨距劣化OSNR！EDFA光放大器的ASE噪聲第69頁,共79頁，2024年2月25日，星期天DWDM網(wǎng)絡現(xiàn)有拓撲結構點到點環(huán)狀12345ABCDE12345ABCDE第70頁,共79頁，2024年2月25日，星期天保護考慮業(yè)務信號的保護SDH層保護光層保護復用段層、光通道層監(jiān)控信道的保護（DCN路由）

第71頁,共79頁，2024年2月25日，星期天SDH層保護ADM

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