波分培训-1+DWDM原理

DWDM的基本概念
光功率(dBm)
波长间隔：0.4~0.8nm
1530 - 1565nm
波长λ
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。
色
光功率
散
单模光纤
光功率
时间 入射光脉冲波形 出射光脉冲波形
时间
色散
当光纤的输入端入射光脉冲信号经过长距离传输 以后，在光纤输出端，光脉冲波形发生了时间上 的展宽，产生码间干扰，这种现象即为色散。
色散－色度色散
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。
优点
• 波长选择特性优良，可以使波长间隔小到0.5nm左右 • 并联工作，插入损耗不会随复用信道的数目增加而增加
光转发 光转发 光转发 ...
TXn
光转发
光转发技术-光接口的规范
G.957 2.5G速率以下的SDH信号接口标准
G.691
10G速率的SDH信号或者使用光放 的SDH信号光接口标准
G.692
带有光放的多信道系统的光接口
光转发技术－OTU
OTU原理
采用光—电—光变换的方法实现波长转换，首先利用光电探测器 将从SDH光端机过来的光信号转换成电信号，经过限幅放大、时 钟提取/数据再生后，再将电信号调制到激光器或外调制器上。
PMD 色散的影响
色散补偿
从系统的角度来看。光纤色散与光纤的长度呈正比，即光
纤色散是具有累积性质的，因而光通信系统设计上存在着 有光纤色散决定的传输距离限制。
对于1.6T长距(LONG HAUL)、超长距（ULTRA LONG
HAUL）应用，必须对色散进行控制和管理。
需要利用具有负波长色散的色散补偿光纤（DCF），对色
DWDM系统基本结构
光发射机 信道1 λ 光中继放大 λ 光 合 波 器 BA λ s LA λ s λ s PA λ s 光 分 波 器λ 光接收机 信道1 接收1 ┇
n
光转发器1 ┇ 光转发器n
1
1
输入
信道N
输出
信道N
λ
n
接收n
光监控信道 接收/发送
光监控道 发送器
光监控道 接收器
网络管理 系统
OM/OD技术－OM/OD器件类型
光栅型光波分复用器
介质薄膜滤波器型（DTF)
耦合器型（熔锥型） 阵列波导光栅型(AWG)
OM/OD技术-光栅型滤波器
原理示意图
OM/OD技术-光栅型复用器
光栅型复用器/解复用器的原理及特点 原理
属于角色散型器件，当光到光栅上后，由于光栅的角色散 作用，使不同的光 信号以不同的角度出射，然后经过透镜会聚 到不同的输出光纤，从而完成波 长选择和分离的作用，反之就可以实现波长的合并。
交叉相位调 制（XPM）
光纤非线性效应－FWM
f
四波混频 （FWM）
当多个一定强度的光波在光纤中混波时 各个波长信道间的非线性作用会导致新 波长的产生，致使各波长信道间能量的 转移和互相串扰。
FWM 对DWDM 系统的影响
产生新的波长，使原有信号的光能量受到损失，影
响系统的信噪比等性能；
如果产生的新波长与原有某波长相同或交叠，从而 产生严重的串扰。
DWDM系统概述
光纤的基本特性
DWDM系统关键技术
DWDM系统的技术规范
光纤的结构
涂覆 包层 纤芯
n2
n1 n1>n2
光纤传输特性
损耗
色散
非线性
损耗－吸收损耗
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。 由光纤材料的不纯净而造成的附加吸收 损耗。
缺点
引入啁啾效应和色散
对于直接调制，单纵模激光器引起的啁啾是限制其色散容限主要因素。
光转发技术－啁啾效应
T
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。
光转发技术－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。
DWDM原理
光通信D&T团队
主要内容
DWDM系统概述
光纤的基本特性
DWDM系统关键技术
DWDM系统技术规范
光纤传输网的复用技术
光纤传输网的复用技术经历了三个阶段： 空分复用（SDM） 时分复用（TDM） 波分复用（WDM）
DWDM产生背景
从技术和经济的角度，DWDM技术是目前最经济可行的 扩容技术手段
复用器 解复用器
fiber
波分复用器件包括合波器和分波器，又叫光复用器
和光解复用器
OM/OD技术－OM/OD器件
合波器 （OM）
把具有标称波长的各复用通路光信号合成为一束光 波，送到光纤中进行传输，对光波起复用作用。
分波器 （OD)
把来自光纤的光波分解成具有原标称波长的光通路信 号，分别输入到相应的光通路接收机中，即对光波起 解复用作用。
IP
ATM SDH SDH ATM IP 其它
Open Optical Interface
DWDM
光纤物理层
WDM定义
l1 l2 lN
l1
百度文库
l1
l2
l2
lN
lN
光纤放大器
光复用器 光解复用器
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
WDM分类
粗波分复用（CWDM）
密集波分复用（DWDM）
变化，从而建立电信号和激光的调制关系。
优点
很低的啁啾，可以获得远大于直接调制的色散受限距离
光转发技术－外调制
外调制
电吸收（EA）外调制器光源
马赫-策恩德 (Mach-Zehnder) 外调制器光源
光转发技术－波长稳定技术
波长稳定技术
温度反馈控制技术
波长反馈控制技术
波长集中监控技术
OM/OD技术－波分复用器件
G.655光纤：
主要内容
DWDM系统概述 光纤的基本特性
DWDM系统关键技术
DWDM系统的技术规范
WDM系统关键技术
光转发技术
光波分复用器和解复用器技术
掺铒光纤放大器（EDFA）技术 WDM系统的监控技术
WDM系统组成示意图
光发射机 TX1 TX2 TX3 G.692 l1 l2 l3 合 波 器 ln 光监控信道接收 /发送器 光监控信道 发送器 光监控信 道接收器 OBA OLA OPA 光中继放大器 l1 分 波 器 ln l2 l3 光转发 光转发 光转发 ... 光转发 RXn RX1 RX2 RX3 光接收机
DWDM网元基本类型
客户侧 λ1 λn λ1 λn 线路侧 线路侧
线路侧
OTM
λ1 λn 线路侧 线路侧 λ1 λn
客户侧
OADM
OLA
DWDM与SDH在对承载信号的 复用方式 的区别
TDM:单纤单波长电再生
发射端 l1 T R 电再生
接收端
电复用
电解复用 l1 l2 lN
DWDM:单纤多波长全光放大
散进行补偿，降低整个传输线路的总色散。
光纤非线性效应－ SPM
强度
传输前的脉 冲宽度
传输前的光谱
强度
传输后的 脉冲宽度
传输后的光谱
自相位调 制（SPM）
光纤中激光强度的变化导致光纤折射率的变化， 引起光信号自身的相位调整，这种效应叫做自 相位调制。
光纤非线性效应－ XPM
在多波长系统中，一个信道的相位变化不 仅与本信道的光强有关，也与其它相邻信 道的光强有关，由于相邻信道间的相互作 用，相互调制的相位变化称为交叉相位调 制XPM。
光纤非线性效应－ SRS
受激拉曼散射 （SRS）
P P
l
输入 输出
l
光纤非线性效应－ SBS
受激布里渊散射（SBS）
25 15 15 10 5 0 -5 -10 -15 -5 0 5 10 15 20 25
散 射 功 率
5 -5 -15 -25 -35
输 出 功 率
输入功率
单模光纤分类
G.652光纤：
光转发技术－激光器
目前广泛使用的半导体光源包括激光器（LD）和发光二极管 （LED）。

LD是相干光源，入纤功率大、谱线宽窄、调制速率高，适用于长距高
速系统；

LED是非相干光源，入纤功率小、谱线宽宽、调制速率低，适用于短
距低速系统。
DWDM系统的光源采用半导体激光器。
光转发技术－直接调制
直接调制 电流 光信号
利用TDM方式扩容已经日益接近技术的极限 已经铺设的G.652光纤的高色散限制了10Gbit/s以上信号的传输 光电器件的迅速发展，特别是EDFA大规模的商用化
光通信的三个发展阶段
G.692
DWDM
G.957 G.691
SDH
155M 622M 2.5G 10G
PDH
DWDM在传输网中的定位
附加损耗
光纤/光缆的弯曲损耗、微弯损耗
光纤线路中的连接损耗 光器件之间的耦合损耗等
光纤类型和损耗谱
3.0 ~ 140THz 2.5 ~ 50THz
OH -吸收峰
2.0 损耗 （dB/km） 1.5 I OH -吸收峰 II OH -吸收峰
V
III IV
1.0
0.5 O 0 800 1000 1200 1400 1600 波长（nm） E S C L
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640 km。
光转发技术－间接调制
外调 制
调制器件
输出
电信号 在外调制情况下，高速电信号不直接调制激光器，而是加在某 一介
质上，利用该介质的物理特性使通过的激光器信号的光波 特性发生
杂质吸 收
损耗－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－附加损耗
由于光纤经过集束制成光缆，在各种环境下 进行光缆敷设、光纤接续以及作为系统的耦 合与连接等引起的光纤附加损耗。
SDH 光发射机 接收模块 (O/E) 发射模块 (E/O) WDM 输出光
监测及通讯电路
监控板
光转发技术－光源技术
DWDM 系统对于输入光源有特殊要求！
频率要求
G.692中允许的WDM的通道频率是基于192.1THz，最小间隔是 50G/100G的频率间隔系列
色散容限要 求
WDM系统的电再生间距可达640Km，而SDH系统的电再生间距仅 50~60Km，因此WDM对于光源的色散容限要求要远大于SDH对光源 的要求
光纤色散效应对传输的影响
脉冲展宽
1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 Input Time 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 Output
Time
脉冲展宽 (ps) = D(ps/ nm*km) × S(nm)× L(km)
脉冲展宽 1/4 比特周期时会引起误码
色散－偏振模色散PMD
l1 l2
l1 l2
lN 光纤放大器 光复用器 光解复用器
lN
DWDM的特点
大容量透明传输节约光纤资源
多个光信号通过采用不同的波长复用到一根光纤中传输 每个波长上承载不同信号 :SDH2.5Gb/s、10Gb/s，ATM，IP等 DWDM技术能在一根物理光纤上提供多个虚拟的光纤通道
DWDM特点
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与其他色散相比，几乎可以忽略，但是无法完全消除，只能从光器 件上使之最小化。脉冲宽度越窄的超高速系统中，PMD的影响越大。
超长距离无电中继传输，降低成本
SDH技术
DWDM
技术 ....
....
电再生设备 光放大设备
DWDM特点
平滑扩容
40×10G 32×10G 16×10G 8×10G
DWDM技术发展趋势
点对点DWDM传输
l1 l2 lN l1 l2 lN
可配置 OADM
li li lk lk
可重构OXC
OXC
主要内容
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.654光纤：
截止波长移位的单模光纤 ；（1550低衰减，1310零色散） 主要用于海底光缆 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。