光纤通信及DWDM传输系统

V
1550
III IV
1.0
850
800 1000
0.5 O 0 1200 1400 1600 波长（nm） 21 E S C L
光纤传输特性 2－色散
损耗
色散
非线性
22
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。
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
15
光纤的结构
涂覆 包层 纤芯
n2
n1
n1 > n2
16
光纤传输特性
损耗 色散 非线性
17
损耗 1－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
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（灰尘，金属离子等）
值高，色散受限距离长；
缺点：成本相对直接调制高； 应用：传输距离大于80KM，速率高于2.5G
47
光源技术－调制方式 2
间接调制（外调制）
输出 调制器件
电信号
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
48
光源技术－调制方式 2
间接调制（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
G.692
带有光放的多信道系统的光接口。
40
光转发技术 2－光转发单元（OTU）
采用光—电—光变换的方法实现波长转换
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
41
光转发技术 3－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
23
色散 1－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。
24
色散 1－色度色散的影响
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)
27
色散 2－偏振模色散PMD的影响
28
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
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。
8
DWDM系统基本结构
光发射机
信道1 输入 光转发器1 ┇ 光转发器n λ
n
光中继放大
光纤通信及DWDM传输系统
V1P2R1
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
2
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）
3
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
46
光源技术－调制方式 2
间接调制（外调制）
原理：与直接调制不同，光源在外调制情况下，高速电信号不
再直接调制激光器，而是加载在某一媒介上，利用该媒介的物 理特性使通过的激光器的光波特性发生变化，从而间接建立了 电信号与激光的调制关系；
优点：激光器产生稳定的大功率激光，低啁啾效应，色散容限
温度反馈控制技术
波长反馈控制技术 波长集中监控技术
51
光转发技术－小结
光接口规范 光转发单元 光源技术
光源类型
调制方式
波长稳定技术
稳定标准的波长 & 较大的色散容限
52
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
光放大技术
WDM系统的监控技术
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。
G.655光纤：
37
主要内容

DWDM系统概述 光纤的基本特性
2.5G
44
光源技术－调制方式 1
直接调制
电流 光信号
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。
45
光源技术－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。
SDH技术
DWDM技术
....
....
电再生设备
光放大设备
12
DWDM特点 3－平滑扩容
平滑扩容
40×10G 32×10G 16×10G 8×10G
13
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
14
主要内容

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
36
单模光纤分类
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。）
脉冲展宽 1/4 比特周期时会引起误码
25
色散 2－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
26
色散 2－偏振模色散PMD
环境因素和工艺缺陷引起的纤芯椭圆及应力 几乎可忽略，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
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）
A通道 折射率 变化 B通道 折射率 变化 B通道 信号 相位调整
32
光纤非线性效应 3－四波混频（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。
散进行补偿，降低整个传输线路的总色散。
29
光纤传输特性 3－非线性效应
损耗 色散
非线性
30
光纤非线性效应 1－ 自相位调制（SPM）
强度
激光强度变化
传输前的脉 冲宽度
传输前的光谱
光纤折射率变化
强度
引起光信号自身的
传输后的 脉冲宽度 传输后的光谱
相位调整
31
光纤非线性效应 2－ 交叉相位调制（XPM）
OXC
线路侧
客户侧 λ1 λn λ1 λn
10
DWDM的特点 1－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

波分复用通道对数据格式是透明的
11
DWDM特点 2－超长距离无电中继传输，降低成本
5
WDM定义－光波分复用
l1 l2 lN
l1
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
6
WDM分类
粗波分复用（CWDM）
密集波分复用（DWDM）
7
DWDM的基本概念
光功率(dBm) 波长间隔：0.4-1.6nm
1530 - 1565nm
f
33
光纤非线性效应 3－四波混频的影响 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。
34
光纤非线性效应 4－ 受激拉曼散射（SRS）光子
P
P
l
输入
输出
l
35
光纤非线性效应 5－受激布里渊散射（SBS）声子
55
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)
56
OM/OD器件类型 1－光栅型滤波器


DWDM系统关键技术
DWDM系统的技术规范
38
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
光放大技术
WDM系统的监控技术
39
光转发技术 1－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；
利用TDM方式扩容已经日益接近技术的极限 已经敷设的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
4
DWDM在传输网中的定位
IP
ATM
SDH
ATM
IP
其它
SDH
Open Optical Interface
DWDM DWDM
光纤物理层
18
杂质 吸收
损耗 2－散射损耗
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
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。
19
损耗 3－附加损耗
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
49
光源技术－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。
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。
50
光转发技术 4－波长稳定技术
目前的波长稳定技术有以下三种：
色散容限要 求
WDM系统的高速长距传输，使得WDM对于光源的色散容限要求要 远大于SDH对光源的要求
42
光源技术－光源类型
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
53
OM/OD技术－波分复用器件
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
54
OM/OD技术－OM/OD器件
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。
合波器 （OM）
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。
光 合 波 器
光接收机
λ
1
λ
1
BA λ s
信道N
LA λ s λ s
PA λ s
光 分 波 器λ
接收1 ┇
信道1 输出 信道N
Fra Baidu bibliotek
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
9
DWDM网元基本类型
客户侧
λ1 λn λ1 λn
OTM
线路侧 线路侧
OLA
线路侧
OADM
线路侧
短距低速系统。
DWDM系统的光源采用半导体激光器
43
光源技术－调制方式
直接调制
原理：利用电脉冲码流去直接控制半导体激光器的
工作电流，从而使其发出与电信号脉冲相应的光脉 冲流
优点：简单，损耗小，成本低 缺点：啁啾效应（激光器的超高速变化）和色散，
限制系统的传输系统和距离
应用：G.652光纤，传输距离小于80KM，速率小于
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
20
损耗谱
3.0
理论值：0.19－0.35dB/km 工程值：0.275dB/km
~ 140THz
2.5
~ 50THz
OH -吸收峰
2.0 损耗 （dB/km） 1.5 I
1310
II OH -吸收峰
OH -吸收峰