WDM原理基础知识介绍教案.pptx

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1、会计学1WDM原理基础知识介绍原理基础知识介绍Page 2了解了解WDM的基本概念、基本原理、组成结构的基本概念、基本原理、组成结构了解了解WDM的传输媒质的传输媒质掌握掌握DWDM的关键技术的关键技术掌握掌握DWDM的受限因素及解决办法的受限因素及解决办法了解华为波分典型组网了解华为波分典型组网学习目标学习目标学习完本课程，您应该能够：学习完本课程，您应该能够：第1页/共92页Page 3课程内容课程内容第一章第一章 波分复用技术概述波分复用技术概述第二章第二章 WDM 的传输媒质的传输媒质第三章第三章 DWDM的关键技术的关键技术第四章第四章 WDM系统受限因素系统受限因素第五章第五章 典

2、型组网信号流典型组网信号流第2页/共92页Page 4WDMWDM产生的背景产生的背景采用采用SDM，铺设多芯新光缆，铺设多芯新光缆(需考虑时间与成本需考虑时间与成本)更高比特率更高比特率TDM。STM-1-STM-64一根光纤上传输多个信号一根光纤上传输多个信号各种新业务的蓬勃发展，需要的带宽越来越大如何提高如何提高传输容量传输容量第3页/共92页Page 5高速路加油站巡逻车什么是什么是WDMWDM？小车小车/信号信号 高速路高速路/光纤光纤 加油站加油站/光放站光放站 巡逻车巡逻车/监控信道监控信道2.5G10GGE第4页/共92页Page 6把不同波长的光信号复用到同一根光纤中进行传送

3、，这种方式我们把它把不同波长的光信号复用到同一根光纤中进行传送，这种方式我们把它叫做波分复用（叫做波分复用（Wavelength Division Multiplexing）。）。WDMWDM的概念的概念 稀疏波分复用（稀疏波分复用（CWDM）：波长间隔大，一般为）：波长间隔大，一般为20nm 密集波分复用（密集波分复用（DWDM）：波长间隔小，小于等于）：波长间隔小，小于等于0.8nm第5页/共92页Page 7WDMWDM对波长的要求对波长的要求 从技术实现的角度来说从技术实现的角度来说各厂家可以选择任意波长进行波分复用各厂家可以选择任意波长进行波分复用 从技术兼容性的角度来说从技术兼容性

4、的角度来说我们必须对我们必须对WDM系统中的光波长进行规范系统中的光波长进行规范 ITU-T 对对WDM系统中光波长的规定系统中光波长的规定G.692建议、建议、建议建议、建议、建议=波长频率分配表波长频率分配表 WDM中的光波长必须严格遵照波长频率分配表中的光波长必须严格遵照波长频率分配表第6页/共92页Page 8WDMWDM典型模型典型模型Rx1RxnRx2Tx1Tx2TxnMUXOADEMUXOSCOSCOSCOSC第7页/共92页Page 9双纤单向波分复用系统采用两根光纤，每根光纤只完成一个方向光信号的传输。双纤单向波分复用系统采用两根光纤，每根光纤只完成一个方向光信号的传输。双纤

5、单向双纤单向WDMWDM第8页/共92页Page 10单纤双向波分复用系统则只用一根光纤，在这根光纤中同时实现双向信号的传输。单纤双向波分复用系统则只用一根光纤，在这根光纤中同时实现双向信号的传输。单纤双向波分复用系统中，两个方向的信号光应安排在不同波长上。单纤双向波分复用系统中，两个方向的信号光应安排在不同波长上。单纤双向单纤双向WDMWDM第9页/共92页Page 11主流主流WDMWDM系统的划分系统的划分系统的划分系统的划分 开放式开放式WDMWDM系统系统在终端复用设备中，具备光接口变换功能，在终端复用设备中，具备光接口变换功能，可以和任何厂家的可以和任何厂家的 SDH SDH 设备

6、进行对接。设备进行对接。集成式集成式WDMWDM系统系统在终端复用设备中，不具备光接口变换功能，在终端复用设备中，不具备光接口变换功能，SDH SDH 设备中的光发送单元性能必须满足波分系统的要求：设备中的光发送单元性能必须满足波分系统的要求：如：波长精度、光谱特性、发送光功率等等。如：波长精度、光谱特性、发送光功率等等。半开放式半开放式WDMWDM系统系统在终端复用设备中，发端具备光接口变换功能，在终端复用设备中，发端具备光接口变换功能，可以和任何厂家的可以和任何厂家的 SDH SDH 设备进行对接。设备进行对接。第10页/共92页Page 12u OTU：完成非标准波长信号光到符合的标准波

7、长信号光的波长转换功能：完成非标准波长信号光到符合的标准波长信号光的波长转换功能u OM/OD：完成固定波长信号光的合波：完成固定波长信号光的合波/分波分波u OA:BA（功放）：通过提升合波后的光信号功率，从而提升各波长的输出光功率PA（预放）：通过提升输入合波信号的光功率，从而提升各波长的接收灵敏度LA（线放）：完成对合波信号的纯光中继放大处理u OSC:通常采用通常采用1510nm和和1625nm，负责整个网络的监控数据传送。（后来出现了，负责整个网络的监控数据传送。（后来出现了ESC技术技术,利用利用OTU光信光信号直接携带监控信息，在号直接携带监控信息，在ESC方式下不需要方式下不需

8、要OSC，但要求，但要求OTU支持支持ESC功能）功能）开放式开放式WDM系统的组成系统的组成OTUOUTPA1n合波器OTUOTU1nOTMOLAOTMBAOTUOMOAOD分波器OSCOSCOSCOSCOTUOUTLAClientClient第11页/共92页Page 13本章小结本章小结 什么是WDM？WDM对波长有何要求？WDM可分为哪几种类型？开放式WDM系统由哪几部分组成？每部分的作用是什么？第12页/共92页Page 14课程内容课程内容第一章第一章 波分复用技术概述波分复用技术概述第二章第二章 WDM 的传输媒质的传输媒质第三章第三章 DWDM的关键技术的关键技术第四章第四章

9、WDM系统受限因素系统受限因素第五章第五章 典型组网信号流典型组网信号流第13页/共92页Page 15光在光纤中传输的原理光在光纤中传输的原理N 2N 1N 1 N 221N1Sin 1=N2Sin 2Sinc=N2/N1 1 =c折射定律以及全反射定律第14页/共92页Page 16光纤的结构光纤的结构光纤的结构纤芯的折射率纤芯的折射率n1 和包层的折射率和包层的折射率 n2 哪个更大一些？哪个更大一些？第15页/共92页Page 17单模单模单模单模/多模光纤多模光纤多模光纤多模光纤随着纤芯直径的粗细不同，光纤中传输模式的数量多少也不同。因此光纤按照传输模式的数量多少，分为单模光纤和多模

10、光纤：当光纤纤芯的几何尺寸远大于光波波长时，光在波导光纤中会以几十种或更多的传播模式进行传播，这样的光纤叫做多模光纤。多模光纤的纤芯直径较粗，通常直径等于50um左右；当光纤的几何尺寸可以与光波长相比拟时，即纤芯的几何尺寸与光信号波长相差不大时，光纤只允许一种模式在其中传播，其余的高次模全部截止，这样的光纤叫做单模光纤。单模光纤的纤芯直径较细，通常直径为510um；从光纤的外观上来看，两种光纤区别不大，包括塑料护套的光纤直径都小于1mm；波分系统里用的都是单模光纤第16页/共92页Page 18光纤的损耗特性光纤的损耗特性光纤的损耗特性光纤的损耗特性光纤的衰减或损耗是一个非常重要的、对光信号的

11、传播产生制约作用的特性。光纤的损耗限制了光信号的传播距离。光纤的损耗主要包含吸收损耗、散射损耗、弯曲损耗三种损耗。光纤吸收损耗是制造光纤的材料本身造成的，包括紫外吸收、红外吸收和杂质吸收；由于材料的不均匀使光散射而引起的损耗称为瑞利散射损耗。瑞利散射损耗是光纤材料二氧化硅的本征损耗；光纤的弯曲会引起辐射损耗；决定光纤衰减常数的损耗主要是吸收损耗和散射损耗第17页/共92页Page 19常规光纤损耗随波长变常规光纤损耗随波长变化曲线图化曲线图u 波长不同，损耗不同u 1380nm附近由于氢氧根粒子吸收，光纤损耗急剧加大，俗称水峰u ITU-T将单模光纤在1260nm以上的频带划分了O、E、S、C

12、、L、U几个波段u 容易看出，在这6个波段中，C波段和L波段损耗最小90013001400 150016001700波长波长:nm损损耗耗 dB/km231451200多模光纤（850900nm）O波段E波段SCLUOH-第18页/共92页Page 20WDM中信号光窗口范中信号光窗口范围围波段说明范围（nm）带宽（nm）O波段波段原始原始12601360100E波段波段扩展扩展13601460100S波段波段短波长短波长1460152565C波段常规波长1525156540L波段长波长1565162560U波段波段超长波长超长波长1625167550因为因为C波段和波段和L波段这两个传输窗口

13、的传输衰耗最小，所以波段这两个传输窗口的传输衰耗最小，所以DWDM系统中信号光选择在系统中信号光选择在C波段和波段和L波段。波段。粗波分由于传输距离短，衰耗并非主要限制因素，所以粗波分由于传输距离短，衰耗并非主要限制因素，所以CWDM系统中信号光跨越多个波段（系统中信号光跨越多个波段（13111611nm）。）。第19页/共92页Page 21光纤中的色散特性光纤中的色散特性光纤中的色散特性光纤中的色散特性光脉冲中的不同频率或模式在光纤中的群速度不同，因而这些频率成分和模式到达光纤终端有先有后，使得光脉冲发生展宽，这就是光纤的色散。光纤中的色散可分为模式色散、色度色散、偏振模色散：u模式色散也

14、称为模间色散，模式色散主要存在于多模光纤中；u色度色散（CD）也称为模内色散，可以分为材料色散和波导色散；u偏振模色散（PMD）是由于信号光的两个正交偏振态在光纤中有不同的传播速度而引起的，偏振模色散是由随机因素产生的，因而其为一随机量，难补偿；色度色散系数就是单位波长间隔内光波长信号通过单位长度光纤所产生的时延差，用D表示，单位是ps/nm.km。偏振模色散系数则用PMDQ来表示，单位是ps/km （n为1/2）第20页/共92页Page 22色度色散的影响色度色散的影响从从TDMTDM角度上说，色散将导致码间干扰。角度上说，色散将导致码间干扰。光源是非零谱宽的，光源输出的光信号被电脉冲进行

15、强度调制光源是非零谱宽的，光源输出的光信号被电脉冲进行强度调制 ，调制信号具有调制光源的，调制信号具有调制光源的每一波长成分每一波长成分 。由于各波长成分到达的时间先后不一致，因而使得光脉冲加长（由于各波长成分到达的时间先后不一致，因而使得光脉冲加长（T+TT+T），这叫作脉冲展），这叫作脉冲展宽。光脉冲传输的距离越远，脉冲展宽越严重。脉冲展宽将使前后光脉冲发生重叠，称为码宽。光脉冲传输的距离越远，脉冲展宽越严重。脉冲展宽将使前后光脉冲发生重叠，称为码间干扰。码间干扰将引起误码，因而限制了传输的码速率和传输距离。间干扰。码间干扰将引起误码，因而限制了传输的码速率和传输距离。但从但从WDMWDM

16、角度上说，色度色散有利于克服光纤的非线性造成的信道间干扰，如角度上说，色度色散有利于克服光纤的非线性造成的信道间干扰，如FWMFWM和和XPMXPM。需要辨证的看待色度色散的影响。需要辨证的看待色度色散的影响。第21页/共92页Page 23偏振模色散（偏振模色散（PMD）由于信号光的两个正交偏振态在光纤中有不同的传播速度而引起的色散称偏振模色散，它也是光纤的重要参数之一。引起偏振模色散的因素是随机产生的，因而偏振模色散是一个随机量。PMD具有和色度色散相同的影响：引起脉冲展宽第22页/共92页Page 24光纤的截止波长光纤的截止波长uu 截止波长：单模光纤中光信号能以单模方式传播的最小波长

17、；截止波长：单模光纤中光信号能以单模方式传播的最小波长；uu 实际光波长比截止波长小时会有多个模式在单模光纤中传播，并呈现多模特性；实际光波长比截止波长小时会有多个模式在单模光纤中传播，并呈现多模特性；uu 为避免模式噪声和模式色散，实际系统光缆中的最短光缆长度的截止波长应该小于系统的最低工作波长，截止波长条件可以保证在最短光缆长度上单模传输，并且可以抑制高阶模的产生或可以将产生的高阶模式噪声功率代价减小到完全可以忽略的地步；为避免模式噪声和模式色散，实际系统光缆中的最短光缆长度的截止波长应该小于系统的最低工作波长，截止波长条件可以保证在最短光缆长度上单模传输，并且可以抑制高阶模的产生或可以将

18、产生的高阶模式噪声功率代价减小到完全可以忽略的地步；uu G.652G.652光纤在光纤在2222米长光缆上的截止波长米长光缆上的截止波长 1260nm1260nm，在，在220220米长的跳线光缆截止波长米长的跳线光缆截止波长 1260nm1260nm，在短于，在短于2 2米长跳线光缆上的光纤的截止波长米长跳线光缆上的光纤的截止波长 1250nm1250nm；uu G.655G.655光纤在光纤在2222米长光缆上的截止波长米长光缆上的截止波长 1480nm1480nm，在短于，在短于2 2米长光缆上的一次涂敷光纤上的截止波长小于等于米长光缆上的一次涂敷光纤上的截止波长小于等于1470nm1

19、470nm，220220米长跳线光缆上的截止波长米长跳线光缆上的截止波长 1480nm1480nm。第23页/共92页Page 25光纤的模场直径光纤的模场直径uu 在光纤中，光能量不完全集中在纤芯中传输，部分能量在包层中传输，纤芯在光纤中，光能量不完全集中在纤芯中传输，部分能量在包层中传输，纤芯的直径不能反映光纤中光能量的分布的直径不能反映光纤中光能量的分布 ，于是提出了模场直径的概念。，于是提出了模场直径的概念。uu 模场直径就是描述单模光纤中光能集中程度的参模场直径就是描述单模光纤中光能集中程度的参量量 uu 模场直径越小，通过光纤横截面的能量密度就越模场直径越小，通过光纤横截面的能量密

20、度就越大。当通过光纤的能量密度过大时，会引起光纤的大。当通过光纤的能量密度过大时，会引起光纤的非线性效应，造成系统的光信噪比降低，大大影响非线性效应，造成系统的光信噪比降低，大大影响系统性能。系统性能。思考：此值是越大越好还是越小越好？思考：此值是越大越好还是越小越好？第24页/共92页Page 26 从本质上讲，所有介质都是非线性的，只是一般情况下非线性特征很小，难以表现出来。当光纤的入纤功率不大时，光纤呈现线性特征，当光放大器和高功率激光器在光纤通信系统中使用后，光纤的非线性特征愈来愈显著；单模光纤的非线性效应一般可以分：受激非弹性散射（受激拉曼散射SRS、受激布里渊散射SBS）、克尔效应

21、（自相位调制SPM、交叉相位调制XPM、四波混频FWM）注意：非线性效应一旦产生，就无法消除或补偿，必须尽量防止非线性效应的产生！使用模场直径大的光纤，可以降低通过光纤的功率密度，可以抑制非线性效应的产生。最主要我们可以通过降低入纤光功率、采用大有效面积光纤等来防止非线性效应的发生。非线性效应与色散相关，色散并不是越小越好。单模光纤的非线性效应单模光纤的非线性效应单模光纤的非线性效应第25页/共92页Page 27ITU-T已经在G.652、G.653、G.654 和G.655 建议中分别定义了4种不同设计的单模光纤，区别见下表：类型 定义 适用范围 主要指标G.652标准单模光纤（标准单模光

22、纤（SMF），是指色散），是指色散零点（即色散为零的波长）在零点（即色散为零的波长）在1310nm附近的光纤。附近的光纤。SDH系统、系统、DWDM系统系统均可。均可。衰耗：衰耗：1310nm窗口目前一般在窗口目前一般在0.3-0.4dB/km，典型值，典型值0.35dB/km；1550nm窗口目前一般在窗口目前一般在0.17-0.25dB/km，典型值典型值0.20dB/km；色散：零色散波长的允许范围是色散：零色散波长的允许范围是1300nm到到1324nm。在。在1550nm窗口窗口的色散系数是正的。在波长的色散系数是正的。在波长1550nm处，色散系数处，色散系数D的的典型值是典型值是

23、17ps/nm-km，最大值一般不超过，最大值一般不超过20ps/nm-km；G.653色散位移光纤（色散位移光纤（DSF），是指色散），是指色散零点在零点在1550nm附近的光纤，它相附近的光纤，它相对于标准单模光纤（对于标准单模光纤（G.652），色），色散零点发生了移动。散零点发生了移动。SDH系统可以，系统可以，DWDM一般不采用。一般不采用。衰减：衰减：1310nm波段：波段：0.55dB/km，目前没有掌握典型值数据。，目前没有掌握典型值数据。1550nm波段：波段：0.35dB/km，目前一般在，目前一般在0.19-0.25dB/km；色散：色散：G.653的零色散波长在的零色散

24、波长在1550nm附近，在附近，在1525-1575nm范围内，范围内，最大色散系数是最大色散系数是3.5ps/nm-km，在，在1550nm窗口，特别是在窗口，特别是在C_band，色散位移光纤的色散系数太小或可能为零；，色散位移光纤的色散系数太小或可能为零；G.655非零色散位移光纤（非零色散位移光纤（NZDSF），将），将色散零点的位置从色散零点的位置从1550nm附近移附近移开一定波长数，使色散零点不在开一定波长数，使色散零点不在1550nm附近的附近的DWDM工作波长范工作波长范围内。围内。SDH/DWDM系统均可，系统均可，但更适合但更适合DWDM系统的系统的传送。传送。衰减：衰减

25、：1310nm波段：波段：ITU-T无规定。无规定。1550nm波段：波段：0.35dB/km，目前一般在目前一般在0.19-0.25dB/km。色散：当色散：当1530nm 1565nn，0.1ps/nm-km|D()|6.0 ps/nm-km；655光纤色散系数没有典型值，因厂家而异，常见的有光纤色散系数没有典型值，因厂家而异，常见的有4.5ps/nm.km和和6pm/nm.km。需要实地确认。需要实地确认。G.652/G.653/G.655G.652/G.653/G.655G.652/G.653/G.655单模光纤单模光纤单模光纤第26页/共92页Page 28G.652/G.653/G

26、.655G.652/G.653/G.655G.652/G.653/G.655单模光纤各自的特点单模光纤各自的特点单模光纤各自的特点色散系数色散系数(ps/nmkm)正色散系数正色散系数G.655光纤光纤波长波长(nm)15501310171.1550nm波波长长区区具具有有最最小小色色散散和和衰衰减，适合减，适合DWDM系统、高速信号传输系统、高速信号传输2.应应用用：TrueWave真真波波光光纤纤(正正色色散散区区的的SPM效效应应有有利利于于传传输输)；LEAF-大有效面积光纤（克服非线性效应）大有效面积光纤（克服非线性效应）G.652光纤光纤:大量铺设，大量铺设，传高速信号需色散补偿传

27、高速信号需色散补偿G.653光纤光纤:1550nm波长波长区混频严重，不适合区混频严重，不适合DWDM负色散系数负色散系数G.655光纤光纤G.654于于653类似，截止波长不同类似，截止波长不同1530nm全波光纤全波光纤消除了消除了1380nm处的水峰增益处的水峰增益第27页/共92页Page 29本章小结本章小结 WDM系统中使用的是单模还是多模光纤？单模光纤中损耗最小的窗口是哪些窗口？信号光在单模光纤中传输会遇到哪些问题？G.652/653/655光纤各自的特点是什么？色散是否越小越好？第28页/共92页Page 30课程内容课程内容第一章第一章 波分复用技术概述波分复用技术概述第二章

28、第二章 WDM 的传输媒质的传输媒质第三章第三章 DWDM的关键技术的关键技术第四章第四章 WDM系统受限因素系统受限因素第五章第五章 典型组网信号流典型组网信号流第29页/共92页Page 31DWDMDWDM系统的关键技术系统的关键技术光放大器光放大器光监控技术光监控技术光源光源/光电检光电检 测器测器监控信道监控信道合波分波技术合波分波技术第30页/共92页Page 32DWDMDWDM光源技术光源技术光源技术光源技术DWDM系统的光源具有两个最突出的特点：1、比较大的色散容限值；2、标准而稳定的波长；因此选择半导体激光器（LD）作为光源。对于应用于高速光纤通信系统中LD光源，又分为多纵

29、模（MLM）激光器和单纵模（SLM）激光器两类。MLMSLM第31页/共92页Page 33b、马赫、马赫-策恩德尔调制光源策恩德尔调制光源(M-Z)1、直接调制光源、直接调制光源a、电吸收调制光源、电吸收调制光源(EA)激光器的调制方式激光器的调制方式2、间接调制光源、间接调制光源第32页/共92页Page 34优点：技术简单、成本较低优点：技术简单、成本较低缺点：因存在缺点：因存在1和和0频率的变化，不可避免存在啁啾。啁啾的存在展宽了激光器发射光谱的带宽，使光源的光谱特性变坏，限制了系统的传输速率和距离；适用于短距离传输频率的变化，不可避免存在啁啾。啁啾的存在展宽了激光器发射光谱的带宽，使

30、光源的光谱特性变坏，限制了系统的传输速率和距离；适用于短距离传输直接调制光源直接调制光源uu 直接调制：直接调就是利用电信号的直接调制：直接调就是利用电信号的1和和0控制激光器的开、关，使特定波长的光波携载电信号。控制激光器的开、关，使特定波长的光波携载电信号。第33页/共92页Page 35间接调制光源间接调制光源uu 间接调制不直接调制光源，而是在光源的输出通路上外加调制器对光波进行调制，此调制器实际上起到一个开关的作用。间接调制不直接调制光源，而是在光源的输出通路上外加调制器对光波进行调制，此调制器实际上起到一个开关的作用。恒定光源是一个连续发送固定波长和功率的高稳定光源，在发光的过程中

31、，不受电调制信号的影响，因此不产生调制频率啁啾，光谱的谱线宽度维持在最小。恒定光源是一个连续发送固定波长和功率的高稳定光源，在发光的过程中，不受电调制信号的影响，因此不产生调制频率啁啾，光谱的谱线宽度维持在最小。光调制器对恒定光源发出的高稳定激光根据电调制信号以光调制器对恒定光源发出的高稳定激光根据电调制信号以“允许允许”或者或者“禁止禁止”通过的方式进行处理，而在调制的过程中，对光波的频谱特性不会产生任何影响，保证了光谱的质量，适用于高速率、长距离传输。通过的方式进行处理，而在调制的过程中，对光波的频谱特性不会产生任何影响，保证了光谱的质量，适用于高速率、长距离传输。常用的间接调制有两种：电

32、吸收调制光源和常用的间接调制有两种：电吸收调制光源和M-Z光源光源第34页/共92页Page 36优点：频率啁啾较低，色散受限距离较长优点：频率啁啾较低，色散受限距离较长缺点：技术较复杂缺点：技术较复杂电吸收调制光源（电吸收调制光源（EAEA）第35页/共92页Page 37优点：可忽略啁啾，色散受限距离很长优点：可忽略啁啾，色散受限距离很长缺点：技术难度大，不便于集成缺点：技术难度大，不便于集成马赫马赫-策恩德尔调制光源（策恩德尔调制光源（M-ZM-Z）第36页/共92页Page 38三种光源的比较三种光源的比较WDM中，我们常用的是电吸收调制光源和直调光源中，我们常用的是电吸收调制光源和直

33、调光源第37页/共92页Page 39光电检测器光电检测器光电检测器光电检测器光电检测器的作用是把接收到的光信号转换成相应的电信号。半导体光检测器主要有两类：PIN光电二极管和雪崩光电二极管（APD）。PIN管由于其灵敏度比较低（一般为-20dBm左右）、过载点比较高（一般为0dBm左右）适用于短距离传送。APD管由于其灵敏度比较高（一般为-28dBm左右）、过载点比较低（一般为-9dBm左右），适用于长距离传送。较高的反向偏压以及较强的输入光信号都可能导致反偏电流过大，使APD管被反向击穿。因此在现场需要注意操作规范：1、使用OTDR表等能输出大功率光信号的仪器对光路进行测量时，注意将对端通

34、信设备与光路断开，一面强光损坏接收机。2、保证输入光功率不超过器件允许的最大值，单板自环时注意加适当的衰减器。3、不能采用将光纤连接器插松的形式来代替光衰减器。第38页/共92页Page 40半导体光放大器半导体光放大器半导体光放大器半导体光放大器(SOA)(SOA)拉曼放大器拉曼放大器拉曼放大器拉曼放大器(Raman)(Raman)掺铒光纤放大器掺铒光纤放大器掺铒光纤放大器掺铒光纤放大器(EDFA)(EDFA)放大器放大器第39页/共92页Page 41EDFA组成及原理组成及原理EDFA输出功率的大小与这些因素有关输出功率的大小与这些因素有关输入信号光强度输入信号光强度铒纤的长度铒纤的长度

35、泵浦光强度泵浦光强度ASE噪声噪声第40页/共92页Page 42 增益控制的两种方式：增益控制的两种方式：1、掺金属元素；2、GFF定制；EDFAEDFA增益平坦控制增益平坦控制第41页/共92页Page 43增益平坦技术增益平坦技术-GFFG波长波长1530nmEDFA的增益谱曲线GFF-Gain Flat Filter增益平坦滤波器IL波长波长使输出平坦使输出平坦要求：增益平坦度20dB20dB因此通过计算信噪比满足系统的要求。因此通过计算信噪比满足系统的要求。第61页/共92页Page 63OSNR计算实例计算实例此工具得出的信噪比值（此工具得出的信噪比值（19.93dB19.93dB

36、）与用公式计算的值（）与用公式计算的值（20.45dB20.45dB）相差不大，如）相差不大，如果用果用CAS.EXECAS.EXE计算的值符合要求，那么实际的网络计算的值符合要求，那么实际的网络OSNROSNR就是满足要求的。就是满足要求的。注：此工具放在注：此工具放在7.07.0资料光盘中：资料光盘中：“7.07.0中文资料光盘中文资料光盘05-05-波分产品族资料波分产品族资料01-01-波波分公共分公共03-03-功能与特性功能与特性02-02-仪器工具仪器工具01-01-信噪比粗略计算工具信噪比粗略计算工具”下。下。第62页/共92页Page 64提高系统的OSNR：1、采用低噪声前

37、置光放大器+高增益功率光放大器；2、采用拉曼放大器，使之与EDFA配合使用，降低NF；降低系统的OSNR的容限：1、采用前向纠错技术FEC or EFEC or AFEC 2、使用特殊码型技术如何提高信噪比裕量如何提高信噪比裕量第63页/共92页Page 65信号码型技术信号码型技术NRZRZ111111100uu 较小的较小的duty cycle duty cycle；uu 同等同等OSNROSNR条件下更大的条件下更大的Q Q值富余度；值富余度；uu 更高的抵抗光纤色散和非线性失真的能力；更高的抵抗光纤色散和非线性失真的能力；uu 更高的抵抗更高的抵抗PDMPDM导致的接收眼图畸变的能力；

38、导致的接收眼图畸变的能力；第64页/共92页Page 66信号码型技术信号码型技术2000T bit/s*km2000T bit/s*kmSuperDRZSuperDRZ容量容量容量容量*距离距离距离距离1000T bit/s*km1000T bit/s*km3000T bit/s*km3000T bit/s*kmALLRAMAN systemRZRZCSRZCSRZSuperCRZSuperCRZODBODBBL-PSBTBL-PSBTDMSDMS编码技术比较编码技术比较编码调制技术非线性能力色散容限光谱效率备注RZRZgoodNormal50GHzCSRZgoodNormal50GHzDM

39、SVery excellentGood50GHz工程实施负责，需要工程实施负责，需要RAMAN放大器放大器SuperCRZVery excellentNomal50GHzSuperDRZExcellentGood25GHz在非线性、色散、和光谱效在非线性、色散、和光谱效率三方面取得最佳平衡率三方面取得最佳平衡SuperWDM technology第65页/共92页Page 67DRZ码型技术码型技术0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 1 0SuperDRZ0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0

40、1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 1 0SuperDRZ进入光纤传输前的SuperDRZ脉冲序列（红色脉冲和蓝色脉冲相位相差180度）由于前后相邻的两个“1”脉冲相位相反，在接收机上表现的此处的光功率依然为“0”信号nSuperDRZSuperDRZ利用差分信号输入产生正的和负的脉冲，用以驱动利用差分信号输入产生正的和负的脉冲，用以驱动MZMZ调制器；经过调制后的光脉调制器；经过调制后的光脉冲序列（冲序列（SuperDRZSuperDRZ编码）相邻编码）相邻“1 1”码之间的相位差码之间的相位差180180度（相位相反）。度（相位相反）。n随着光信号在光纤

41、里的传输，光脉冲会展宽；但由于相邻的随着光信号在光纤里的传输，光脉冲会展宽；但由于相邻的“1 1”码之间的相位是相反的，码之间的相位是相反的，因此相邻的因此相邻的“1 1”码即使有重叠，反映在光强度上仍然趋于码即使有重叠，反映在光强度上仍然趋于“0 0”。经过一定长度光纤传输的SuperDRZ脉冲序列（红色脉冲和蓝色脉冲相位相差180度）第66页/共92页Page 68DRZ减少码间干扰减少码间干扰信号不同传输距离后的眼图信号不同传输距离后的眼图 相比RZ具有更大的色散容限，可以有效减少码间干扰SuperDRZ PMD容限比RZ高General RZSuperDRZ第67页/共92页Page

42、69DRZ优秀的非线性容优秀的非线性容限限nDRZDRZ通过使用可控制的啁啾调制，继承了通过使用可控制的啁啾调制，继承了SuperWDMSuperWDM在非线性容限方面的优越性能。在非线性容限方面的优越性能。n特殊的频率调制能够抑制非线性效应特殊的频率调制能够抑制非线性效应 自相位调制自相位调制(SPM)(SPM)、四波混频、四波混频(FWM),(FWM),喇曼散射喇曼散射(SRS)(SRS)和布里渊反射和布里渊反射(SBS)(SBS)。第68页/共92页Page 70FEC技术技术FECFEC技术有带内技术有带内FECFEC和带外和带外FECFEC两种，两种，DWDMDWDM单板主要采用带外

43、单板主要采用带外FECFEC技术，带外技术，带外FECFEC由由ITU-T G.975/709ITU-T G.975/709标准支持。标准支持。信号净荷信号净荷FECFEC编码编码uu ITU-T G.975 ITU-T G.975利用利用RSRS（255255，239239）码对）码对SDHSDH信号直接进行信号直接进行FECFEC编编/解码；解码；uu ITU-T G.709ITU-T G.709对对OTNOTN网络进行了结构描述，其中网络进行了结构描述，其中FECFEC开销被直接定义到了开销被直接定义到了OTNOTN网络的网络的OTUkOTUk层层 。RSRS（255255，239239

44、）纠错前后的理论）纠错前后的理论BERBER对比表对比表FEC纠错前的纠错前的BERFEC纠错后的纠错后的BER1.0E-38.6E-82.0E-42.0E-121.0E-45.0E-151.0E-56.3E-241.0E-66.4E-33第69页/共92页Page 71FEC技术技术n nG.709G.709里的里的FECFEC及扩展及扩展FECFEC：第70页/共92页Page 72FEC技术技术编码编码算法编码增益线速标准Out-of-band FECRS(255,239)57dB10.7GbpsG.709Enhanced-FECRS(255,238)RS(245,210)79dB12.

45、5GbpsNoAdvanced-FEC RS(255,238)BCH(900,860)BCH(500,491)79dB10.7GbpsG.709u AFEC的线速与带外FEC相同，但编码增益更高。u AFEC的编码增益与EFEC相当，但线速更低，因此带宽代价较少。u AFEC符合G.709标准定义的帧格式。第71页/共92页Page 73WithoutFECIn Band FECOut of BandFECAFECAFECOSNR25dBOSNR25dBOSNR23.5dBOSNR23.5dBOSNR20dB OSNR20dB OSNR16dBOSNR16dBWithoutFECOut of

46、BandFECOSNR20dBOSNR20dBOSNROSNR1414dBdB1010G:G:2.52.5G:G:FECFEC对对OSNROSNR的要求的要求第72页/共92页Page 74目前降低光纤色度色散的影响主要是采用色散补偿补偿模块对光纤中的色散累积进行补偿。色散补偿主要有两种方式：1、一种是色散补偿光纤（DCF，Dispersion Compensation Fiber）法；2、一种是色散补偿光栅法，即啁啾光纤光栅(CFG，Chirped Fiber Grating)法；DWDM系统目前采用DCF来进行色散补偿色散补偿技术色散补偿技术第73页/共92页Page 75色散补偿光纤与普

47、通传输光纤的不同之处是它在1550nm 处具有负的色散系数，DCF补偿法实际上就是利用这种负色散的光纤，接入G652 光纤系统中抵消 G652 光纤的正色散。其色散系数典型值为-90ps/（nmKm），因而DCF只需在总线路长度上占G.652 光纤的长度的1/5,即可使总链路色散值接近于零。DCFDCF色散补偿技术色散补偿技术第74页/共92页Page 76 色散受限距离色散受限距离=(色散容限色散容限/色散系数色散系数)+DCM补偿补偿-(1030)(确保系统有确保系统有1030公里冗余度）公里冗余度）10G波长转换板色散容限为700ps/nm，若在G.652 光纤中传输，其色散系数为 17

48、ps/nm.km，考虑到系统的冗余度1030km，无补偿最大传输距离L=700/17-(10 30)=1030km。也就是说：系统传输距离超过30km时就必须加入DCM进行补偿；同理，若在G.655 光纤中传输，其色散系数为4.5ps/nm.km，无补偿最大传输距离L=700/4.5=155km，考虑余量后，传输距离超过100km时必须加入DCM补偿。G.652 光纤中，计算公式为：DCML-(色散容限/色散系数)-(1030)=L-(700/17)-(10 30)=L-(1030)G.655光纤中，计算公式为：DCML(4.5/17)-(1030)=Lx-(1030)注：首先将G.655 折

49、算成G.652 长度：Lx=L(4.5ps/17ps)DCMDCM色散补偿规格计算色散补偿规格计算第75页/共92页Page 77CFG补偿技术补偿技术uu 啁啾光纤光栅（啁啾光纤光栅（CFGCFG，Chirped Fiber GratingChirped Fiber Grating），它是用紫外光经过模板照射在），它是用紫外光经过模板照射在光纤上刻蚀而成，使得光纤内折射率呈周期性的变化。入射脉冲中不同频率的光光纤上刻蚀而成，使得光纤内折射率呈周期性的变化。入射脉冲中不同频率的光在光栅中不同位置反射，其耦合是在两个反向传播模之间发生的。反射的时延调在光栅中不同位置反射，其耦合是在两个反向传播模

50、之间发生的。反射的时延调整到使之与光纤传输所产生的时延大小相等、方向相反。整到使之与光纤传输所产生的时延大小相等、方向相反。光环行器光环行器123信号入信号入信号出信号出第76页/共92页Page 7840G传输关键技术传输关键技术码型调制技术码型调制技术ODB，CS-RZ，RZ-DPSK，DQPSKFECAFEC色散管理，色散管理，ADC，EDC分布式分布式Raman放大放大OSNR容限容限升高升高6dB色散容限降低色散容限降低16倍（倍（60ps/nm）PMD效应的效应的危害增加危害增加4倍倍更大的非线性更大的非线性效应危害效应危害在同等物理条件下，在同等物理条件下，在同等物理条件下，在同