OptiXWDM原理剖析.ppt

1、OptiX WDM原理,鄭平 29231,Page 1,學習完此課程，您將會： 掌握WDM的基本概念及原理、傳輸方式和基本構成； 了解WDM的傳輸媒介； 理解WDM的技術原理和關鍵技術實現方法； 理解WDM的網絡單元與影響傳輸的因素； 了解WDM光傳輸系統(tǒng)的技術規(guī)范。,目 標,Page 2,內容介紹,第1章：波分復用技術概述 第2章：WDM傳輸媒介 第3章：WDM關鍵技術 第4章：WDM的網絡單元與影響傳輸因素 第5章：WDM光傳輸系統(tǒng)的技術規(guī)范,Page 3,WDM技術發(fā)展背景,Page 4,使用更高比特率TDM：STM-1STM-64,采用SDM，鋪設多芯新光纜(需考慮時間與成本),波分復

2、用（WDM）技術已經成熟， 成為很好的擴容方式,怎樣增加傳輸容量,Page 5,高速路,加油站,巡邏車,什么是波分復用？,Page 6,把不同波長的光信號復用到一根光纖中進行傳送的方式統(tǒng)稱為波分復用。,WDM概念,Page 7,單向波分復用系統(tǒng)采用兩根光纖，一根光纖只完成一個方向光信號的傳輸，反向光信號的傳輸由另一根光纖來完成。,單向WDM,Page 8,雙向波分復用系統(tǒng)則只用一根光纖，在一根光纖中實現兩個方向光信號的同時傳輸，兩個方向光信號應安排在不同波長上。,光,波,長,復,分,光,波,長,復,分,用,光線路放大,用,器,器,功率,/,前置,放大,功率,/,前置,放大,東向,1,-,N,西

3、向,1,-,N,1547.5,1560.5nm,1527.5,1542.5nm,WDM,耦合器,WDM,耦合器,OSC,1510,nm,OSC,1625nm,雙向WDM,Page 9,開放式WDM 開放式DWDM系統(tǒng)的特點是對復用終端光接口沒有特別的要求，只要求這些接口符合ITU-T 建議的光接口標準。,集成式WDM 集成式DWDM系統(tǒng)沒有采用波長轉換技術，它要求復用終端的光信號的波長符合DWDM系統(tǒng)的規(guī)范，不同的復用終端設備發(fā)送不同的符合ITU-T建議的波長，這樣他們在接入合波器時就能占據不同的通道，從而完成合波。,WDM應用形式,Page 10,N路波長復用的WDM系統(tǒng)的總體結構主要有：

4、光波長轉換單元（OTU）； 波分復用器：分波/合波器（ODU/OMU）； 光放大器（BA/LA/PA）； 光/電監(jiān)控信道（OSC/ESC）。,WDM系統(tǒng)組成,OSC,OSC,OSC,Page 11,大容量 長距離 高速率 對數據的“透明”傳輸 系統(tǒng)升級時能最大限度地保護已有的投資 高度的組網靈活性、經濟性以及可靠性 可兼容全光網交換,WDM的優(yōu)點,WDM的優(yōu)勢,Page 12,CWDM（Coarse Wavelength Division Multiplex）稀疏波分復用,CWDM與DWDM的區(qū)別： CWDM載波通道間距較寬，因此一根光纖上只能復用2到16個左右波長的光信號。 CWDM調制激光

5、采用非冷卻激光，而DWDM采用的是冷卻激光，它需要冷卻技術來穩(wěn)定波長，實現起來難度很大，成本也很高。CWDM避開了這一難點，CWDM系統(tǒng)采用的DFB激光器不需要冷卻，因而大幅降低了成本，整個CWDM系統(tǒng)成本只有DWDM的30%。 稀疏波分復用系統(tǒng)一般工作在從1260nm到1620nm波段，間隔為20nm，可復用16個信道。,CWDM簡介,Page 13,什么是WDM、DWDM以及CWDM？ 簡述WDM設備的兩種傳輸方式？ 什么是開放式與集成式系統(tǒng)？ 簡述WDM系統(tǒng)的組成？,問題,Page 14,內容介紹,第1章：波分復用技術概述 第2章：WDM傳輸媒介 第3章：WDM關鍵技術 第4章：WDM的

6、網絡單元與影響傳輸因素 第5章：WDM光傳輸系統(tǒng)的技術規(guī)范,Page 15,光纖是由圓柱形玻璃纖芯和玻璃包層構成，最外層是一種彈性耐磨的塑料護套，整根光纖呈圓柱形。,光纖基本特性,Page 16,5dB/km,4dB/km,3dB/km,2dB/km,1dB/km,Attenuation (dB/km),光纖基本特性,光纖的損耗主要取決于吸收損耗、散射損耗、彎曲損耗三種損耗。 衰減系數,Page 17,光纖中的色散可分為模式色散和色度色散。,由于光源的不同頻率（或波長）成分具有不同的群速度，在傳輸過程中，不同頻率的光束的時間延遲不同而產生色散稱為色度色散。,光纖基本特性,Page 18,色散系

7、數(ps/nmkm),正色散系數G.655光纖,波長(nm)負色散系數G.655光纖,1550,1310,17,1.1550nm波長區(qū)具有最小色散和衰減，適合DWDM系統(tǒng)、高速信號傳輸 2.應用：TrueWave真波光纖(正色散區(qū)的SPM效應有利于傳輸)；LEAF-大有效面積光纖（克服非線性效應）,G.652光纖:大量鋪設，傳高速信號需色散補償,G.653光纖:1550nm波長區(qū)混頻嚴重，不適合DWDM,光纖的種類,Page 19,光纖的損耗有哪些？ 光纖的色散有哪些？ 光纖的種類有哪些？各自有什么特點？,問題,Page 20,內容介紹,第1章：波分復用技術概述 第2章：WDM傳輸媒介 第3章

8、：WDM關鍵技術 第4章：WDM的網絡單元與影響傳輸因素 第5章：WDM光傳輸系統(tǒng)的技術規(guī)范,Page 21,WDM系統(tǒng)的關鍵技術,光電檢測器,監(jiān)控技術,光復用器和光解復用器,光放大器,光源技術,WDM關鍵技術,Page 22,內容介紹,第3章 WDM關鍵技術 3.1 光源技術 3.2 光放大器 3.3 光復用器與解復用器 3.4 監(jiān)控技術 3.5 光電檢測器,Page 23,1)比較大的色散容納值 ；,2)標準而穩(wěn)定的波長。,WDM的光源要求,Page 24,1、直接調制光源,2、間接調制光源,電吸收調制光源 (EA),馬赫-策恩德爾調制光源 (M-Z),光源,Page 25,優(yōu)點：技術簡單

9、、成本較低； 缺點：激光器有較大的頻率啁啾；適用于短距離傳輸。,調制 電流,直接調制光源,Page 26,優(yōu)點：頻率啁啾較低，色散受限距離較長； 缺點：技術較復雜。,調制 電流,電吸收調制光源（EA）,Page 27,優(yōu)點：可忽略啁啾，色散受限距離很長； 缺點：成本高，技術難度大，不便于集成。,調制 電流,馬赫-策恩德爾調制光源（M-Z）,Page 28,光源比較,Page 29,內容介紹,第3章 WDM關鍵技術 3.1 光源技術 3.2 光放大器 3.3 光復用器與解復用器 3.4 監(jiān)控技術 3.5 光電檢測器,Page 30,光放大器,摻鉺光纖放大器(EDFA),拉曼放大器(Raman),

10、半導體光放大器(SOA),遙泵,Page 31,EDFA組成及原理,Page 32,增益波長范圍固定：只能在1550nm窗口 ； 2.增益帶寬不平坦：EDFA的增益帶寬很寬，但EFDA本身的增益譜不平坦。在WDM系統(tǒng)中應用時必須采取特殊的技術使其增益平坦。 3.光浪涌問題：采用EDFA可使輸入光功率迅速增大，但由于EDFA的動態(tài)增益變化較慢，在輸入信號能量跳變的瞬間，將產生光浪涌，即輸出光功率出現尖峰，尤其是當EDFA級聯時，光浪涌現象更為明顯。峰值光功率可以達到幾瓦，有可能造成O/E變換器和光連接器端面的損壞。,EDFA應用的問題,Page 33,EDFA性能參數,Page 34,放大器增益

11、不平坦的級聯放大,放大器增益平坦的級聯放大,EDFA的增益平坦,Page 35,EDFA的增益鎖定,Page 36,SRS(受激拉曼散射)原理， 采用分布式放大。,增益譜,拉曼光纖放大器的原理,Page 37,其增益波長由泵浦光波長決定； 其增益介質為傳輸光纖本身 ； 噪聲指數低。,拉曼光纖放大器的特點,Page 38,遙泵系統(tǒng)由終端站點使用的泵浦源單元RPU和線路中間的遠端增益單元 RGU組成。使用遙泵系統(tǒng)： 可以大大延長單跨段無中繼傳輸距離，滿足超長距無中繼傳輸的需求，尤其在沙漠，海底等無法設立中繼站的情況下，優(yōu)勢更加明顯； 可以節(jié)省光放大站，同時在沒有機房的地方無需建設機房，大大節(jié)省組網

12、成本； 無需在線路中間的增益單元處提供供電和監(jiān)控； 線路中間的增益單元可以免維護，系統(tǒng)可維護性得到提升。,遙泵的特點,Page 39,遙泵的組成,遙泵系統(tǒng)的遠端增益單元RGU和泵浦單元RPU兩者之間通過傳輸光纖進行連接，在遙泵系統(tǒng)中傳輸信號光和泵浦光使用同一根光纖。,Page 40,內容介紹,第3章 WDM關鍵技術 3.1 光源技術 3.2 光放大器 3.3 光復用器與解復用器 3.4 監(jiān)控技術 3.5 光電檢測器,Page 41,光復用器和光解復用器,Page 42,這類光柵在制造上要求較精密，不適合于大批量生產，因此在實驗室的科學研究中應用較多。,光柵型波分復用器,Page 43,設計上可

13、以實現結構穩(wěn)定的小型化器件，信號通帶平坦，且與極化無關，插入損耗小，通路間隔度好； 通路數不會很多。,介質薄膜型復用器,Page 44,優(yōu)點：波長間隔小、信道數多、通帶平坦等優(yōu)點，非常適合超高速、大容量的DWDM系統(tǒng)。代表了波分復用器件的發(fā)展方向。,波導陣列（AWG）型復用器,Page 45,內容介紹,第3章 WDM關鍵技術 3.1 光源技術 3.2 光放大器 3.3 光復用器與解復用器 3.4 監(jiān)控技術 3.5 光電檢測器,Page 46,1）光監(jiān)控技術（OSC）,2）電監(jiān)控技術（ESC）,監(jiān)控技術,Page 47,特點：傳輸有關DWDM系統(tǒng)管理和監(jiān)控信息 工作波長優(yōu)選1510nm； 速率優(yōu)

14、選2Mb/s，保證不經放大也超長傳輸； 線路編碼為CMI，接收側的靈敏度大于48dBm； 對光監(jiān)控信道的要求： 光監(jiān)控通道不限制未來在1310nm波長的業(yè)務； 線路放大器失效時光監(jiān)控通道仍然可用； 光監(jiān)控通道不限制光放大器的泵浦波長； 光監(jiān)控通道不限制兩個光線路放大器之間的距離 。,光監(jiān)控技術,Page 48,O,M,F,I,U,B,A,P,A,O,D,F,I,U,OSC,信息入,設備中的監(jiān)控信道,Page 49,0時隙:幀定位字節(jié) 1時隙: E1字節(jié),2時隙:F1字節(jié) 14時隙：ALC字節(jié),3-13時隙、15時隙: D1D12 (數據通信通道),17時隙:F2字節(jié) 18時隙：F3字節(jié),19時

15、隙:E2字節(jié) 20時隙：APE字節(jié) 其余：保留字節(jié),典型OSC信息的幀結構,Page 50,波分產品以前對網元進行操作、管理和維護（OAM）都是采用專用的監(jiān)控信道單板OSC實現。隨著城域波分技術的發(fā)展，從降低產品成本的角度出發(fā)，產品提出了利用固定幀結構業(yè)務中的開銷字節(jié)進行DCC通信的思路，這樣就可以直接通過OTU單板的對接實現網元間的通信，這就是電監(jiān)控信道（ESC）。 與OSC不同的是ESC是采用隨路的方式，即監(jiān)控信息隨主業(yè)務信號一起傳送，到對端再將他們分離，這種方式不再另外占用波長資源。,電監(jiān)控技術ESC,Page 51,內容介紹,第3章 WDM關鍵技術 3.1 光源技術 3.2 光放大器

16、3.3 光復用器與解復用器 3.4 監(jiān)控技術 3.5 光電檢測器,Page 52,要求： 在工作波長范圍內有足夠高的響應度； 在完成光電變換的過程中，引入的附加噪聲應盡可能?。?響應速度快。線性好及頻帶寬，使信號失真盡量?。?工作穩(wěn)定可靠。有較好的穩(wěn)定性及較長的工作壽命； 體積小，使用簡便。 滿足上述要求的半導體光檢測器主要有兩類：PIN光電二極管和 雪崩光電二極管（APD）。,光電檢測器,Page 53,PIN光電二極管:PIN光電二極管是一種半導體器件，其構成是在P型和n型之間夾著本征（輕摻雜）區(qū)域。在這個器件反向偏置時，表現出幾乎是無窮大的內部阻抗（即像開路一樣），輸出電流正比于輸入光功

17、率。PIN光二極管的價格低，使用簡單，但響應慢。 雪崩光電二極管(APD): 雪崩二極管是利用光生載流子在耗盡區(qū)內的雪崩倍增效應，從而產生光電流的倍增作用。所謂雪崩倍增效應是指PN結外加高反向偏壓后，在耗盡區(qū)內形成一個強電場。當耗盡區(qū)吸收光子時，激發(fā)出來的光生載流子被強電場加速，以極高的速度與耗盡區(qū)的晶格發(fā)生碰撞，產生新的光生載流子，并形成鏈鎖反應，從而使光電流在光電二極管內部獲得倍增。雪崩二極管的增益和響應速度都優(yōu)于PIN發(fā)光二極管，但其噪聲特性差。,光電檢測器,Page 54,FEC技術,FEC技術簡單來說就是一種糾錯編碼技術，它具有相當強的糾錯能力。FEC技術的采用，可以糾正信號傳輸過程

18、中產生的誤碼，提高接受端光信號的信噪比容限，延長中繼段距離。 主要有3種：帶內FEC,帶外FEC,平行FEC。,Page 55,SuperWDM技術,SuperWDM是DWDM產品超長距離傳輸的解決方案，通過采用Super CRZ的光源編碼和特殊的相位調制技術及合理的色散管理，有效地抑制非線性效應對長距離傳輸系統(tǒng)的影響，并提高系統(tǒng)對光噪聲的容忍程度。使用Super WDM技術可以在普通的DWDM系統(tǒng)中實現低成本，無需Raman放大的超常距離傳輸。 采用了RZ編碼技術，與普通的NRZ編碼相比，可以增加信號對噪聲的容忍程度，使接收端的光信噪比容限提高36db； 采用較大的光譜寬度和特殊的相位調制技

19、術，可以有效降低非線性效應； Super CRZ編碼具有優(yōu)異的時鐘抖動性能和更高的消光比，一定程度上提高了系統(tǒng)的傳輸性能； 在系統(tǒng)中使用Super CRZ編碼技術需要配合良好的色散管理。,Page 56,問題,波分設備對光源有什么要求？ 波分設備光放大器有哪幾種？請簡述EDFA的增益平坦和增益鎖定功能。 波分的光復用器與解復用器有哪些類型？ 波分系統(tǒng)有哪幾類監(jiān)控技術？有什么聯系與區(qū)別？ 波分設備的光電檢測器件有哪些種類？ 什么是FEC技術？ 什么是SuperWDM技術？,Page 57,內容介紹,第1章：波分復用技術概述 第2章：WDM傳輸媒介 第3章：WDM關鍵技術 第4章：WDM的網絡單元

20、與影響傳輸因素 第5章：WDM光傳輸系統(tǒng)的技術規(guī)范,Page 58,WDM網元有如下5種類型: 光終端復用設備OTM(Optical Terminal Multiplexer) 光線路放大設備OLA(Optical Line Amplifier) 光分插復用設備OADM(Optical Add/Drop Mulitiplexer) 光均衡設備OEQ(Optical Equalizer) 電中繼設備REG(Regenerator),WDM的網絡單元,Page 59,WDM的組網形式點對點,OTM,OLA,OLA,OTM,Page 60,WDM的組網形式鏈型,OTM,OTM,OADM,Page 6

21、1,WDM的組網形式環(huán)形,Page 62,影響波分傳輸系統(tǒng)主要有3個因素：衰耗、色散及信噪比，單通道達到10G以上速率，事實上還應該考慮非線性等其它因素。實際工程調測中需要綜合考慮以上幾個因素。 衰耗：采用摻餌光纖放大器（EDFA）以及RAMAN放大器解決衰 耗過大問題 色散：采用色散容限較大的光模塊，采用DCM、色散均衡（DSE） 信噪比：采用噪聲系數較小的光放，提高輸出光功率，采用輸出光功率較大的光放 非線性：限制輸出發(fā)送光功率，如果使用高光功率輸出光放，限制跨斷數,影響WDM傳輸的因素,Page 63,問題,波分的站點類型有哪些？如何區(qū)分？ 波分設備支持哪些組網形式？實際應用中那個組網方

22、式最多？ 影響波分設備傳輸的因素有哪些？如何解決？,Page 64,內容介紹,第1章：波分復用技術概述 第2章：WDM傳輸媒介 第3章：WDM關鍵技術 第4章：WDM的網絡單元與影響傳輸因素 第5章：WDM光傳輸系統(tǒng)的技術規(guī)范,Page 65,G.652 零色散單模光纖特性規(guī)范 G.655 非零色散位移單模光纖特性規(guī)范 G.957 SDH設備及系統(tǒng)接口標準 G.691 具有放大器的單通道速率為STM-64 或STM-256 SDH系統(tǒng)的光接口標準 G.692 具有放大器波分系統(tǒng)的光接口標準 G.694.1 DWDM系統(tǒng)應用的頻率建議 G.694.2 CWDM系統(tǒng)應用的波長建議 G.975 系統(tǒng)

23、前向糾錯技術建議 G.709 光傳送網絡(OTN)的接口規(guī)范,相關的ITU-T建議與國家標準,Page 66,傳輸通道參考點,Page 67,光纖有兩個低損耗窗口：1310nm窗口和1550nm窗口，均可用于光信號傳輸。由于目前常用的摻鉺光纖放大器的工作波長范圍為192.1196.1THz（C波段）和186.9190.9THz（L波段）。因此，光波分復用系統(tǒng)的工作波長區(qū)為192.1196.1THz和186.9190.9THz。,標稱中心頻率指的是光波分復用系統(tǒng)中每個通路對應的中心波長。在G.692中允許的通路頻率是基于參考頻率為193.1THz、最小間隔為100GHz 或50GHz的頻率間隔系

24、列。,光波長區(qū)的分配,Page 68,C-band奇數波：1529.161560.20nm196.05192.15THzC-band偶數波：1529.551560.61nm196.00192.10THzL-band奇數波：1570.421603.17nm190.90187.00THzL-band偶數波：1570.831603.57nm190.85186.95THz,Page 69,Page 70,自動光功率均衡（APE）,在波分系統(tǒng)實際運行過程中，由于光纖條件的變化會導致各通道功率的平坦性與開局調測時發(fā)生了較大變化，從而引起接收端信號的信噪比劣化，如圖8-1所示。為了方便用戶維護，OptiX BWS 1600G系統(tǒng)提供APE（Automatic Power Pre