波分產(chǎn)品基礎(chǔ)原理課件

1、9/27/2022DWDM精品培訓(xùn)課件系列波分產(chǎn)品基礎(chǔ)原理9/24/2022DWDM精品培訓(xùn)課件系列波分產(chǎn)品基礎(chǔ)原理Page 2波分設(shè)備基礎(chǔ)Page 2波分設(shè)備基礎(chǔ)基礎(chǔ)波分概念Page 3波分設(shè)備可以看作一個(gè)獨(dú)立的傳輸系統(tǒng)（可視為黑盒），這個(gè)系統(tǒng)的輸入側(cè)我們稱之為客戶側(cè)，系統(tǒng)的輸出側(cè)稱之為波分側(cè)。客戶側(cè)（Client side）：客戶的業(yè)務(wù)如SDH/IP/ATM等業(yè)務(wù)從此側(cè)接口接入，通常也稱為業(yè)務(wù)側(cè)。波分側(cè)（Line side）:將客戶側(cè)信號(hào)進(jìn)行處理后輸出標(biāo)準(zhǔn)的OTN彩光信號(hào)。Client sideLine side基礎(chǔ)波分概念Page 3波分設(shè)備可以看作一個(gè)獨(dú)立的傳輸系統(tǒng)（CWDM和DWDM

2、Page 4從波長(zhǎng)間隔上，可以將波分設(shè)備分為兩種，CWDM即稀疏波分和DWDM即密集波分。稀疏波分通常簡(jiǎn)稱為稀波，對(duì)應(yīng)密集波分簡(jiǎn)稱為密波。CWDM和DWDM最大的區(qū)別表現(xiàn)在頻域上，CWDM的波長(zhǎng)間隔為20nm，而DWDM波長(zhǎng)間隔最小可以做到25GHz，約 0.2nm。 ITU-T G.694.2定義了CWDM的波長(zhǎng)范圍，覆蓋了單模光纖系統(tǒng)的O、E、S、C、L等五個(gè)波段。CWDM成本低，但傳輸能力遠(yuǎn)不及DWDM。192 wavelengths at the extended C band with 25 GHz channel spacing196.05THz192.125THz160 wave

3、lengths at C band192.05THz32 extended wavelengths191.275THzITU-T G.694.1DWDM使用更密集的波長(zhǎng)間隔，且目前僅使用了單模光纖系統(tǒng)的C波段。波長(zhǎng)間隔最小可以做到25GHZ，即單纖160波。華為DWDM間隔為50GHZ，為單纖80波設(shè)計(jì)。CWDM和DWDMPage 4從波長(zhǎng)間隔上，可以將波分設(shè)備分華為波分產(chǎn)品解決方案Page 5BWS 1600GOSN 1800OSN 3800OSN 6800OSN 8800OSN 9800華為波分目前主打產(chǎn)品均為DWDM，主要包含OSN 1800， BWS 1600G, OSN3800, O

4、SN6800/8800/9800等產(chǎn)品形態(tài)，根據(jù)所配置單板的不同，截止2013年，提供從單波2.5GHz到單波100GHz的傳輸速率，并支持電層/光層ASON等特性，可以靈活地覆蓋多種傳輸場(chǎng)景。相關(guān)設(shè)備的詳細(xì)參數(shù)請(qǐng)查閱“硬件指南”華為波分產(chǎn)品解決方案Page 5BWS 1600GOSN 1Page 6系統(tǒng)模型 單板類型Page 6系統(tǒng)模型 波分系統(tǒng)邏輯模型Page 7波分設(shè)備作為傳送網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，整個(gè)站點(diǎn)可以從邏輯上看做一個(gè)黑盒子，這個(gè)“盒子”的輸入即為客戶側(cè)的各種業(yè)務(wù)，如語(yǔ)音、數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)類型，輸出為可以直接在單模光纖中傳輸?shù)墓庑盘?hào)。這種光信號(hào)已經(jīng)經(jīng)過(guò)了波分復(fù)用，我們稱之為合波。站點(diǎn)根據(jù)類

5、型的不同，可以大致分為業(yè)務(wù)上下站點(diǎn)和光放大站點(diǎn)（簡(jiǎn)稱OLA站點(diǎn)）兩類，業(yè)務(wù)上下站點(diǎn)又可根據(jù)上下方式的不同分為OTM/FOADM/ROADM等不同類型。OTUOTUFIUMUXOASite A線路長(zhǎng)纖OSC客戶業(yè)務(wù)客戶業(yè)務(wù)合波放大合入監(jiān)控信道客戶業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)換為OTN業(yè)務(wù)波分系統(tǒng)邏輯模型Page 7波分設(shè)備作為傳送網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)完整的端到端信號(hào)流Page 8OTUOTUFIUMUXOASite AOSCDMUXOAOTUOTUOTUOTUFIUMUXOASite BOSCDMUXOAOTUOTU在發(fā)送端，OTU類單板將客戶側(cè)業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)換成符合OTN協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，通過(guò)合波器MUX將單個(gè)波長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)復(fù)用在

6、一根光纖中。光放大單板OA將信號(hào)加以放大，輸入FIU單板中，由FIU合入OSC通信監(jiān)控信號(hào)，最后送入線路長(zhǎng)纖中進(jìn)行傳送。在接收端將逆向?qū)⑿盘?hào)解復(fù)用由對(duì)應(yīng)OTU將信號(hào)轉(zhuǎn)換后輸出。站在客戶側(cè)的角度，整個(gè)傳輸網(wǎng)絡(luò)底層傳輸細(xì)節(jié)不可見(jiàn)，因此可以將波分網(wǎng)絡(luò)看作一根光纖。完整的端到端信號(hào)流Page 8OTUOTUFMOASite DWDM系統(tǒng)中的OTU單板Page 9Board typeNameDescriptionOptical Transponder Unit(Line board)LOG8 x Gigabit Ethernet unitLSX10 G bit/s wavelength conversi

7、on boardLTX10-Port 10Gbit/s Service Multiplexing & Optical Wavelength Conversion BoardTributary Unit(T board)TOA8 Any-rate Ports Service Processing BoardTDX2 x 10G tributary service processing boardTQX4 x 10 Gbit/s tributary service processing boardLine Unit(N board)NS21 x 10G line service processin

8、g boardND22 x 10G line service processing boardNQ24 x 10G Line Service Processing BoardNS340G line service processing boardNS4100G line service processing board注：這個(gè)表格僅列出了部分6800/8800OTU單板(9800見(jiàn)下頁(yè))，詳細(xì)列表請(qǐng)參閱硬件指南DWDM系統(tǒng)中的OTU單板Page 9Board typeNPage 10Board typeNameDescriptionTributary Unit(T board)T13030路2

9、.5G支路業(yè)務(wù)處理板T2161610Gbit/s支路業(yè)務(wù)處理板T302240Gbit/s支路業(yè)務(wù)處理板Line Unit(N board)N2161610Gbit/s線路業(yè)務(wù)處理板N302240Gbit/s線路業(yè)務(wù)處理板N4011路100G線路業(yè)務(wù)處理板N4022路100G線路業(yè)務(wù)處理板注：這個(gè)表格僅列出了9800V1R1中支線路單板，關(guān)于單板更多信息請(qǐng)參考9800對(duì)應(yīng)版本的規(guī)劃指南Page 10Board typeNameDescriptiOTU單板命名規(guī)律Page 11OSN 6800、OSN 8800 OTU單板命名規(guī)律如下：第一位，標(biāo)識(shí)單板類型：L開(kāi)頭，為波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換板，又稱L板T開(kāi)頭，除

10、TMX和TDC外，都為支路板，又稱T板N開(kāi)頭，線路板，68/88平臺(tái)上有這幾種線路板，NS2，ND2，NQ2，NS3，NS4，其中NS4為100G單板。例外：TMX為將四路STM-16、OC-48、OTU1（不帶FEC）復(fù)用到一路OTU2，輸出為10G。TDC為可調(diào)色散補(bǔ)償板，不參與業(yè)務(wù)處理第二位，標(biāo)識(shí)業(yè)務(wù)數(shù)量：S，表示一路，如LSX表示一路10G信號(hào)D，表示兩路，Q，表示4路，O，表示8路，T，表示10路例外：L4G是個(gè)例外，這個(gè)單板其實(shí)是接6路LWX2，LWXS，LWXD是比較簡(jiǎn)單的單板，其功能只是將不符合標(biāo)準(zhǔn)的波長(zhǎng)ANY信號(hào)轉(zhuǎn)換成符合標(biāo)準(zhǔn)的ANY信號(hào)，無(wú)須配置。LEM24和LEX4第二位

11、不符合此規(guī)律，LEM24接入24路任意速率，LEX4接入4路10G業(yè)務(wù)，E表示以太網(wǎng)業(yè)務(wù)，這兩個(gè)板子都是輸出最多兩路10GE信號(hào)。LSXLR單板類型業(yè)務(wù)數(shù)量單板類型通道數(shù)量其他OTU單板命名規(guī)律Page 11OSN 6800、OSN 8Page 12第三位，標(biāo)識(shí)業(yè)務(wù)類型，如果是數(shù)字表示速率，如果是字母表示業(yè)務(wù)類型：G，表示GE業(yè)務(wù)，速率1.25G，M，表ANY業(yè)務(wù)，速率16M-2.7G，X，表10G業(yè)務(wù)S，表示2.5G業(yè)務(wù)，代表為STM-64，OC-48和OTU1，這個(gè)板子目前只有TQSC，表示100G業(yè)務(wù)，如TSC,LSC2，表示10G速率，如NS2，ND2，NQ23，表示40G速率4，表示

12、100G速率，如NS4第四位（如果有），如果為數(shù)字表示通道數(shù)量，如果為字母，表示是否支持雙發(fā)選收S，表示單發(fā)單收，D，表示雙發(fā)選收第四位為數(shù)字的OTU單板只有LWX2，即為將兩路10G非標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)。例外，TSXL例外，該板有兩個(gè)版本，TN11與背板交叉4路ODU1信號(hào)，TN53與背板交叉1路ODU3信號(hào)。LSXL第三位和第四位合在一起表示40G速率第五位（如果有），目前僅存在于LSXLR等單板，表示是否為中繼。Page 12第三位，標(biāo)識(shí)業(yè)務(wù)類型，如果是數(shù)字表示速率，如果Page 139800單板命名規(guī)律相比68/8800命名，9800單板命名要更加簡(jiǎn)單明了。第一位，字母，單板類型包

13、括T和L，9800平臺(tái)無(wú)光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換第二位，數(shù)字，業(yè)務(wù)速率包括1，2，3，4，分別表示2.5G，10G，40G，100G從第三位開(kāi)始，表示業(yè)務(wù)數(shù)量T216單板類型業(yè)務(wù)速率業(yè)務(wù)數(shù)量OTU屬于種類最多的單板類型，通常僅需掌握Page 139800單板命名規(guī)律T216單板類型業(yè)務(wù)速率業(yè)OTU單板配置模型Page 14OTU單板可以分為兩種類型，T板+N板和波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換板。波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換板更像一個(gè)通道，將客戶側(cè)（client side）信號(hào)直接轉(zhuǎn)換為OTN信號(hào)并在波分側(cè)（line side）輸出。T板+N板模型則需要單獨(dú)的交叉板支持，由T板將客戶側(cè)光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，電信號(hào)再送入交叉板中進(jìn)行處理，再由交叉板將處理

14、后的電信號(hào)送到N板進(jìn)行電光轉(zhuǎn)換，最終由N板輸出符合標(biāo)準(zhǔn)的OTN信號(hào)。OTU單板配置模型Page 14OTU單板可以分為兩種類型，常見(jiàn)的合分波單板Page 15M40/M40VD40/D40VRMU9RDU9WSM9WSD9ROAMWSMD9常見(jiàn)的合分波單板Page 15M40/M40VRMU9WSM常用光放單板Page 16Board typeBoard nameGain(DB)Maximum output(dBm)EDFAOAU10016-25.518OAU10120-3120OAU10220-3117OAU10324-3620OAU10523-3423OAU10616-2320OBU101

15、201.516OBU103231.520OBU104171.516OBU22323RomanCRPCFiber type relatedEDFA+RomanRAUFiber type related常用光放單板Page 16Board typeBoard nPage 17優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)EDFAConsistent with the low attenuation window High energy conversion efficiency High gain with little cross-talkGood gain stability增益范圍固定增益不平坦Optical surge pro

16、blemRamanFlexible gain wavelength Simple structure Nonlinear effect can be reduced;Low noiseHigh pump power, low efficiency and high cost;Components & fiber undertake the high power;EDFA, Erbium Doped Fiber Amplifier，即摻鉺光纖放大器，1928 年Raman 觀察到了受激拉曼散射（SRS）現(xiàn)象，1972 年Stolen 等發(fā)現(xiàn)了石英光纖中的Raman 增益，并測(cè)定了增益系數(shù)，發(fā)現(xiàn)在

17、很寬的頻率范圍內(nèi)都有增益，這非常適合于做寬帶放大器。在80 年代，在光纖通信需求的推動(dòng)下曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)一陣子研究光纖拉曼放大器的熱潮，但拉曼放大器泵浦效率低，而且需要合適的泵浦波長(zhǎng)。到了19851986 年間，英國(guó)南安普敦大學(xué)的Payne 等人有效地解決了摻鉺光纖的淬滅問(wèn)題，EDFA生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)被突破，EDFA開(kāi)始大規(guī)模應(yīng)用，拉曼放大器逐漸演化為與EDFA配合，利拉曼的低噪聲和EDFA的高增益實(shí)現(xiàn)光纖線路信號(hào)放大。Page 17優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)EDFAConsistent withPage 18光傳送技術(shù)為什么需要這樣的系統(tǒng)？為什么需要這樣的單板？這一切還得從光纖說(shuō)起Page 18光傳送技術(shù)為什么需要這

18、樣的系統(tǒng)？為什么需要這樣傳輸媒介，光纖Page 19光纖類型G.652, G.653, G.655光纖特性損耗，色散，非線性效應(yīng)n2n1RefractionReflectionCladdingCoreCoating傳輸媒介，光纖Page 19光纖類型n2n1Refract光纖類型， G.652/G.653/G.655 單模光纖Page 20常見(jiàn)的光纖類型有G.652, G.653, 和G.655 等三種，這三種光纖特性如下表所示：TypeDefinitionScopeMain SpecificationsG.652G.652標(biāo)準(zhǔn)單模光纖，0色散區(qū)域在1310 nm附近在SDH和DWDM系統(tǒng)中均

19、有應(yīng)用衰耗：在1550nm附近（波分系統(tǒng)所用波段）的衰耗在0.17-0.25dB/km左右，典型值為0.20db/km。色散：652光纖在1550nm附件的色散為17ps/(nm.km)，最大值不超過(guò)20ps/(nm.km)G.65320世紀(jì)80年代中期，人們開(kāi)發(fā)成功了一種把零色散波長(zhǎng)從1.3m移到1.55m的色散位移光纖。ITU把這種光纖的規(guī)范編為G.653。SDH中應(yīng)用較多，波分系統(tǒng)中很少用衰耗：在1550nm附近（波分系統(tǒng)所用波段）的衰耗在0.17-0.25dB/km左右，典型值為0.20db/km。色散：652光纖在1550nm附件的色散不超過(guò)0.35ps/(nm.km)，一般在0.1

20、9-0.25ps/(nm.km)范圍內(nèi)。G.655色散位移光纖在1.55m色散為零，在DWDM傳輸中FWM的干擾就會(huì)十分嚴(yán)重；如果有微量色散，F(xiàn)WM干擾反而還會(huì)減小。針對(duì)這一現(xiàn)象，人們研制了一種新型光纖，即非零色散光纖（NZDSF）G.655。在SDH和DWDM系統(tǒng)中均有應(yīng)用衰耗：在1550nm附近（波分系統(tǒng)所用波段）的衰耗在0.19-0.25dB/km左右，典型值為0.35db/km。色散：如果波長(zhǎng)在1530 nm 與1565 nm之間，色散在0.1至6ps/(nm.km)之間，一般色散在4.5ps/(nm.km)至6ps/(nm.km)區(qū)間內(nèi)。光纖類型， G.652/G.653/G.655

21、 單模光纖Pa光纖衰耗，理解光纖連接中的衰耗Page 21吸收損耗光纖中的吸收損耗主要包括本征吸收損耗、雜質(zhì)吸收損耗和原子缺陷吸收損耗。本征吸收損耗在光學(xué)波長(zhǎng)及其附近有兩種基本的吸收方式:紫外吸收損耗和紅外吸收損耗。雜質(zhì)吸收損耗主要是指光纖中的有害雜質(zhì)，如氫氧根離子、鐵、鈷、鎳等過(guò)渡金屬離子對(duì)光的吸收造成的損耗。原子缺陷吸收損耗主要是指在光纖的制造過(guò)程中產(chǎn)生原子缺陷，此時(shí)晶格很容易在光場(chǎng)的作用下產(chǎn)生振動(dòng)，從而吸收光能，引起損耗，其峰值吸收波長(zhǎng)約為630nm左右。散射衰耗包括線性散射損耗（如瑞利散射和波導(dǎo)散射損耗）和非線性損耗。瑞利散射是一種最基本的散射過(guò)程，對(duì)于短波長(zhǎng)光纖，損耗主要取決于瑞利散

22、射損耗。另外，光纖結(jié)構(gòu)不完善也會(huì)引起的散射損耗，在光纖制造過(guò)程中，由于工藝等原因可能造成光纖結(jié)構(gòu)上的缺陷也會(huì)導(dǎo)致線性散射損耗。非線性散射損耗主要是指受激喇曼散射和受激布里淵散射。彎曲衰耗光纖的彎曲有兩種形式：一種是曲率半徑比光纖的直徑大得多的彎曲，我們習(xí)慣稱為彎曲或宏彎；另一種是光纖軸線產(chǎn)生微米級(jí)的彎曲，這種高頻彎曲習(xí)慣稱為微彎。在光纜的生產(chǎn)、接續(xù)和施工過(guò)程中，不可避免地出現(xiàn)彎曲。微彎是由于光纖受到側(cè)壓力和套塑光纖遇到溫度變化時(shí)，光纖的纖芯、包層和套塑的熱膨脹系數(shù)不一致而引起的，其損耗機(jī)理和彎曲一致，也是由模式變換引起的。光纖損耗估算方法： Fiber loss (dB) = 上游站點(diǎn)光放輸出

23、功率 下游站點(diǎn)光放輸入功率光纖衰耗，理解光纖連接中的衰耗Page 21吸收損耗散射衰耗色散, 長(zhǎng)距傳輸關(guān)鍵限制因素Page 22簡(jiǎn)單的說(shuō)，色散就是在傳輸?shù)倪^(guò)程中信號(hào)發(fā)生的脈沖展寬現(xiàn)象，可以分為三種類型:模式色散（僅存在多模光纖中），色度色散(CD)和偏振模色散(PMD)色度色散產(chǎn)生的原因：由于實(shí)際光源都不是純單色光源，而不同波長(zhǎng)的光以不同的速度在光纖中傳輸從而引起不同的時(shí)間延遲，最終導(dǎo)致色度色散的產(chǎn)生。偏振色散產(chǎn)生的原因：我們知道光也是一種電磁波，是由兩個(gè)相互垂直的偏振（偏振可以理解為波在某一個(gè)方向的振動(dòng)）組成的。只有在折射率為理想圓對(duì)稱中，兩個(gè)偏振模的時(shí)間延遲在相同，然而實(shí)際光纖的纖芯折射率

24、并不是完全各個(gè)方向相同，導(dǎo)致兩個(gè)相互垂直的偏振模的傳輸速度不同，產(chǎn)生不同的時(shí)間延遲，這種色散就稱為偏振色散（PMD）。TimePowerTransmittingL1 (km)TransmittingL2 (km)Optical pulses色散, 長(zhǎng)距傳輸關(guān)鍵限制因素Page 22簡(jiǎn)單的說(shuō)，色散就是非線性效應(yīng)，高速傳輸中的關(guān)鍵考慮因素Page 23從本質(zhì)上講，所有介質(zhì)都是非線性的，只是一般情況下非線性特征很小，難以表現(xiàn)出來(lái)。當(dāng)光纖的入纖功率不大時(shí)，光纖呈現(xiàn)線性特征，當(dāng)光放大器和高功率激光器在光纖通信系統(tǒng)中使用后，光纖的非線性特征愈來(lái)愈顯著。單模光纖的非線性效應(yīng)可以分為兩種，克爾效應(yīng)和受激散射。

25、1.克爾效應(yīng)：光纖折射率隨光強(qiáng)而變化的效應(yīng)。n=n0+n2P/Aeff (n0:正常折射率，n2:折射率變化系數(shù))SPM（自相位調(diào)制）XPM（交叉相位調(diào)制）FWM（四波混頻）2.受激非彈性散射：光場(chǎng)與介質(zhì)振動(dòng)態(tài)聲子之間的相互作用，是光子與聲子之間的能量和動(dòng)量交換。 SRS（受激拉曼散射）SBS（受激布里淵散射）非線性一旦產(chǎn)生即會(huì)在傳輸?shù)倪^(guò)程中進(jìn)行累積，因此應(yīng)盡量避免非線性效應(yīng)的產(chǎn)生。非線性效應(yīng)，高速傳輸中的關(guān)鍵考慮因素Page 23從本質(zhì)上講關(guān)鍵傳輸技術(shù)Page 24光纖損耗Signal power will change lower due to fiber loss We use amplifier board to enhance optical power色度色散Bit error will be caused by chromatic dispersionWe use DCM or FBG board to compensate CD非線性效應(yīng)System performance will change to very low because of non-line effect.We use code modulation technology an