波分復用原理

1、內(nèi)容提要1. DWDM原理和組成 2. DWDM系統(tǒng)配置 3. DWDM系統(tǒng)機盤介紹 4. DWDM系統(tǒng)技術要求5. DWDM系統(tǒng)測試關鍵器件和模塊BWDMIJ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)電信概念和體系話音業(yè)務T數(shù)據(jù)業(yè)務T寬帶綜合業(yè)務B-ISDNJU.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%增長目前北美Internet骨干網(wǎng)的業(yè)務 量幾乎每69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23倍擴容的選擇©空分復用SDM(Space Division Multi

2、plexer)時分復用TDM(Time Division Multiplexer)O波分復用WDM(Wavelength Division Multiplexer)亶煩呱和枷M技術合用塞波分復用技術的發(fā)展A I3I0nm/1550nin窗的波分復用;仍用于接入網(wǎng)，但很少用于長距離傳輸>> 1550nm窗的密集波分復用(DWDM)可廣泛用于長距離傳輸”用于建設全光網(wǎng)WKDWDM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(jié)構(gòu)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

3、、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32x2.5Gbit/s 光譜圖0P；/mritsu00-05-0307:45譯鬧題；£盤£盤£1定：壬:蠢總蠢出蠢總醫(yī)；壬：蠢總蠢總玉定:玉定:玉m：去定:玉定:玉定:玉:蠢總2出蠢總蠢總醫(yī)；壬：黑:醫(yī)定:玉定：玉定:玉舊去定:玉定：玉定:比：盂；£：壬：蠢；壬:蠢出蠢總蠢總蠢總蠢出蠢定:玉定：玉m：去定:玉定:玉定:玉:疋:務mSNR -S- Level6dB(-30- 29dBrn) Peak Count-Gain Vai.2.77dBDip Prmtr.Right必（nm） No.Ml

4、(nm)Lvl <dBm)SNRL/RNo-E (nm)Lvl (dBm)SNR11535.82-26.5426-5151538-9-26.0826.821536.66-25. 8527. 3661539.74-25-6626.8331537.36-25.7127. 3771540.524-25-9126.2441538.228-26. 4526-5181541.364-26-0826.0423 4-R 0 / R R R R- L譯鬧題；£盤£盤£1定：壬:蠢總蠢出蠢總醫(yī)；壬：蠢總蠢總玉定:玉定:玉m：去定:玉定:玉定:玉:蠢總2出蠢總蠢總醫(yī)；壬：黑:醫(yī)定

5、:玉定：玉定:玉舊去定:玉定：玉定:比：盂；£：壬：蠢；壬:蠢出蠢總蠢總蠢總蠢出蠢定:玉定：玉m：去定:玉定:玉定:玉:疋:務m譯鬧題；£盤£盤£1定：壬:蠢總蠢出蠢總醫(yī)；壬：蠢總蠢總玉定:玉定:玉m：去定:玉定:玉定:玉:蠢總2出蠢總蠢總醫(yī)；壬：黑:醫(yī)定:玉定：玉定:玉舊去定:玉定：玉定:比：盂；£：壬：蠢；壬:蠢出蠢總蠢總蠢總蠢出蠢定:玉定：玉m：去定:玉定:玉定:玉:疋:務m譯鬧題；£盤£盤£1定：壬:蠢總蠢出蠢總醫(yī)；壬：蠢總蠢總玉定:玉定:玉m：去定:玉定:玉定:玉:蠢總2出蠢總蠢總醫(yī)；壬：黑:醫(yī)定:玉定：

6、玉定:玉舊去定:玉定：玉定:比：盂；£：壬：蠢；壬:蠢出蠢總蠢總蠢總蠢出蠢定:玉定：玉m：去定:玉定:玉定:玉:疋:務mRes:0- InmVBU：lkHz/ Mg: Off/ Smplg:501 / $rn：Off / Intvl：0ff /丿 Att Off譯鬧題；£盤£盤£1定：壬:蠢總蠢出蠢總醫(yī)；壬：蠢總蠢總玉定:玉定:玉m：去定:玉定:玉定:玉:蠢總2出蠢總蠢總醫(yī)；壬：黑:醫(yī)定:玉定：玉定:玉舊去定:玉定：玉定:比：盂；£：壬：蠢；壬:蠢出蠢總蠢總蠢總蠢出蠢定:玉定：玉m：去定:玉定:玉定:玉:疋:務m二DWDM技術概要紫外紅外可見光

7、400nmt 700nm1310nm1550nm波長X670nm激光筆780nmCD唱碟機光的粒子屬性：散射效應彈性碰撞、非彈性碰撞光在真空中的傳播速度:c=3xl08m/s媒質(zhì)的折射率:光的全反射 折射定律:n1sin01=n2sin02DWDM系統(tǒng)的分類d以系統(tǒng)接口分類：集成式或開放式系統(tǒng)d以信道數(shù)分類 4九、8九、16入、32九等以信道速率分類2.5Gbit/§v lOGbiVs及混合速率 y以信道承載業(yè)務類型分類2 PDH、SDH、ATM、 JW或混合業(yè)務等d以地理域分類:海底系統(tǒng)、陸地干線、本地網(wǎng)、 城域網(wǎng)開放式和集成式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)TM2 H 開放式 TM2DWDM系統(tǒng)波長轉(zhuǎn)換

8、(Wavelength Convert ion)光TxG. 957S(G. 957)廠O/E/O信號轉(zhuǎn)發(fā)器 (Transponder)O' - »Sn (G. 692)丿集成式系統(tǒng)開放式系統(tǒng)各種設備供應廠家 各種速率接入 任意波長接入 各種數(shù)據(jù)格式 任意時刻接入 成本較高沒有互操作性 成本較低DWDM系統(tǒng)的組成部分發(fā)射和接收有源部分合波和分波無源部分光傳輸和光放大光監(jiān)控信道 DWDM系統(tǒng)網(wǎng)管發(fā)射和接收有源部分光發(fā)送機光源的波長穩(wěn)定H指定波長符合ITUT規(guī)定波長漂移 <±AA/5 (ITU-T)< ±AX/10 (國家)光源的色散容限光譜寬度-2

9、0dB< 0.2nmAX光接收機E工作波長范圍的響應度對SNR的靈敏度DWDM系統(tǒng)對光發(fā)射和光接收的基本要求中心波長和中心頻率194.0標稱中心頻率或波長是以193. ITHz (1552. 52nm)為中 心、間隔為100GHz的整數(shù)倍。193.0192.0191.0195.0199.0196.0I » I."I I15051510153015351540154515501555156015651570C-Band九(nm)4,-_OS* 道 1510 土 lOrnnLBand中心頻率仲心波長）偏差±n/5, n為光信道間隔中心波長和中心頻率光信道中心波長

10、中心頻率154&51 nm193.6 THz%1549.32 nm193.5 THz九31550.12 nm193.4 THz*九41550.92 nm193.3 THz九51551.72 nm193.2 THz» *九61552.52 nm193.1 THz九71553.33 nm193.0 THz*九81554.13 nm192.9 THz九91554.94 nm192. 8 THz*九101555.75 nm192. 7 THz入111556.55 nm192.6 THz*九121557.36 nm192.5 THz九131558.17 nm192.4 THz*九141

11、558.98 nm192.3 THz入151559.79 nm192. 2 THz*九161560.61 nm192.1 THz光發(fā)送機光譜特性1發(fā)光二極管（LED）xdB多縱模激光器（MLM）溫度反饋控制管芯溫度和波長關系曲線對于1.5 pm DFB激光器，波 長溫度系數(shù)約為13GHz/°CTEC溫度 控制電路III波長控制技術z波長反饋控制溫度了感器激光器管芯鯨激光輸出TEC溫度 控制電路巫C溫度控制器調(diào)制方式直接調(diào)制方式一輸出功率正比于調(diào)制電流二筒單J規(guī)耗小*補廉*一使用FP或DFB激光器二極管蠱隨調(diào)制速率增高，模數(shù)增加婁激光器譜線展寬（碉啾）。限制使用在X5GbR$速率下”較

12、短距離傳輸調(diào)制方式調(diào)制方式_n_n驅(qū)動電流I驅(qū)動電流FP或DFB激光器n n調(diào)制方式a外調(diào)制方式 一激光器光源+開關一 V爰雜、損痛大、價格貴; 分離外調(diào)制饑酸鋰（LiNbO3） Mach-Zehnder 口集成外調(diào)制 電吸收（EA） III-V 族半導體 Mach-Zehnder一繪樣凋痢啾）芳或小一用于2.5Gbps高速率傳輸溫度波長 控制電路驅(qū)動電流1DFB激光器馬赫策恩德或 電吸收調(diào)制器入射光短程傳輸接收:PIN長程傳輸接收：APD"jm接收機必須承受的影響: 信號畸變 噪聲 I串擾號苓、光接收機3500 pU/diV -1" mu22.0036 ns* t :;農(nóng)

13、哄込;：；*心：q掙嚴:*&:，訂II 、匸 £.1100.0 ps/div合波和分波無源部分DWDM系統(tǒng)對合波和分波無源器件的基本要求MDM系統(tǒng)中使用的波分復用器件的性能應滿足rruT 翻1及相美建議的要求合波器常用的合波器類型有耦合器型、介質(zhì)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®Ill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.

14、5迪和 -20迪帶寬。炫耀光柵對偏振敏感fi s a to九卜九2,九3,九B自由空間光學一要求精確度對溫度敏感一要求控溫爐插入損耗大一光纖耦合和光柵效率低陣列波導光柵（AWG）物平面對溫度敏感引起的波長 濾波器對寬帶響應不好;鄰近信道隔圜度較差；transmitter waveguide輸入孔闌FPRFPR：自由傳播范圍多層介質(zhì)膜干涉濾波器8路多層介質(zhì)膜濾波器DWDM復用/解復用器通道8光纖布拉格光柵（FBG）光傳輸和光放大部分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50.70.80.91.01.11.21.31.41.51.61.7波長（mm）0光纖的色散隨著脈沖在

15、光纖中傳輸，脈沖的寬度被展寬模間色散(Mode Dispersion)II色度色散(Cromatic Dispersion)偏振模色散(Polarization Mode Dispersion)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(diào)制(SPM 交叉相位調(diào)制(CPM» XPM)四波混頻(FWM» FPM)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. 655三種光纖色

16、散情況比較G652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600km-10Gb/s系統(tǒng)色度色散受限距離約34km 纟吉論G. 652+DCF方案升級擴容成本高不適用于10Gb/s以上速率傳輸，但可 應用于2. 5Gb/s或以下速率的DWDMpG653單模光纖（DSF）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(jié)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. 655單模光纖(NZ-DSF)有幾種類型的光纖可以使用（

17、TruewaveTM. LS, LEAF.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(jié)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光纖(NZ-DSF)常規(guī)：+色散斜率小LUCENT真波光纖-非線性效應嚴重大有效面積：+非線性效應小CORN I NG LEAF光纖-色散斜率大D>0: +SPMM縮傳輸脈沖，補償色散效應的影響-調(diào)制不穩(wěn)定性(MI) (>2000km)D<0:+無調(diào)制不穩(wěn)定性(MI)-SPM展寬傳輸脈沖，

18、加重色散效應的影響偏振模色散(PMD)問題什么是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)principal states of polarizati ondifferential group delay>| At 卜PMD的影響功率代價為1dB的PMD系數(shù)速率(Gb/s)最大PMD(ps)PMD系數(shù)(ps/kmA(400 km 光纖42.540<2e01010<0.5205<0.25402.5<0.12580年代安裝的8千萬公里老光纖光纜中X= 1550 nm光纜長度=27.55 kmPMD = 108 psPMD 系數(shù)二 20.5

19、7 ps/ km90年代安裝的光纖光纜九=1550 nm光纜長度=32 kmPMD = 10.86 pswPMD 系數(shù)=1.92 ps/ km匹配包層光纖-110 km 和 80 km-PMD系數(shù)二 0.06 到 0.07 ps/ km12下凹光纖 20 km 到 85 km-PMD系數(shù)=0.74 到 0.92 ps/ km色散位移光纖-20 km和 40 km PMD 索數(shù)=0.30 到 0.37 ps/ km 1/2同一光纜中不同光纖的PMD測量入=1550 nm 光纜長度=36 km測試結(jié)果（在30分鐘時間周期內(nèi)）Fiber #PMD (ps)PMD 系數(shù)(ps/km2)10.080.0

20、420.160.0930.390.2040.320.1750.690.3660.320.1770.400.2182.841.5090.110.06EDFA光放大器能級圖>107 (3200)6xl07 (1100)2xl08 (120)/JAxlQ5 90012001.5xl051001300 901102比1/20/2%/2 °【9/2"111/2%/2luuzmsEursEuomEU086EU008 0卜9衰減速率,單位S"1I輻射衰減=I EDFA光放大器基本配置隔離器EDF隔離器WDM隔離器WDM隔離器 EDF雙向泵浦一輸入信號隔離器rEDFQ WD

21、M 隔離器泵浦激光器泵浦激光器輸入信號DWDM系統(tǒng)對光放大的基本要求光放大器應滿足ITU-T建議G663. G. 691及其他相關建議。EDFA的主要技術參數(shù)MiE3III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育壽命不小于30萬小時。III-具有放大器自動增益均衡（控制）功能。EDFA光放大器增益鎖定技術泵浦源功率控制小EDF(5)Pin輸入光功率檢測光功率£檢測控制Pout輸出光功率檢測飽和光控制技術光監(jiān)控信道（OSC）

22、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1310 nm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DWDM系統(tǒng)監(jiān)控通道保護技術ODCCoWDM系統(tǒng)WDM系統(tǒng)波分復用終端波分復用終端DCCoWDM系統(tǒng) 光放大中繼器WDM系統(tǒng) 光放大中繼器高速網(wǎng)絡互聯(lián)器高速網(wǎng)絡互聯(lián)器DCN保護通道(E1)DWDM網(wǎng)管系統(tǒng)S

23、DH分層結(jié)構(gòu)光傳送網(wǎng)分層結(jié)構(gòu)再生段層（RS）通道層（PATI復用段層（MS）物理層（FIBER）光通道層（OCH）光復用段層（OMS）光傳輸段層（OTS）獨立的網(wǎng)元管理功能EM層D WDM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。網(wǎng)元管理系統(tǒng)管理功能:故障管理:性能管理:配置管理: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。性能參數(shù)監(jiān)視等設置和預配等安全管理：4級授權等DWDM網(wǎng)管系統(tǒng)示意圖F/QElDCN保護路由DCNE11EMS互連器；互連器丄. i ECCr設備管理器ECCr設備管理器LAN夂甘昂廣丙! FccmEMUECCmEMU&

24、#176; ；o1f 1j J1f=丨1AN盤管器盤管器盤管器盤管器盤管器盤管器j盤管器盤管器盤管器1 BCT1 BCT2BCTmBCT1BCT2BCTm 1BCT1BCT2BCTm三DWDM系統(tǒng)設計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 終端站中繼站系統(tǒng)應用代碼應用代碼的構(gòu)成:ri 為最大通路數(shù)目 字母表示跨距yZ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160km / 表示應用代碼中最大允許的光中繼段數(shù)； 表示通路信號的最大比特率（STM等級）:1,4,16,642表示G. 652光纖、3表示G

25、. 653光纖5表示G. 655光纖DWDM應用代碼0無在線放大器心&2、nlM反20有在線放大器7 nL8-16.2(8 X 80km) (3X 120km)n護駢16.2(§x 100km)無在線光放大器系統(tǒng)的應用代碼'T52光纖X1 A1:8分波器應用代碼8L-16.2&1合波器EDFA光功率放大器120km G652光十EDFA 1：8分波器應用代碼8V-16.2)有在線光放大器系統(tǒng)和應用代碼1) 80公里跨距&1合波器EDFA光功率放大器80EG.652光纖EDFA 1：8分波器 光前置放大器/EDFAEDFA光線路放大器光線路放大器應用代碼8L5-16.2» A.71st2) 120公里跨距1:8分波器應用代碼8V3-16.2EDFA 1：8分波器 光前置放大器/8:1光功賞大器I20EG.652光纖EDFA光線路放大器EDFA光線路放大器>九I>右應用代碼8