DWDM用户培训(原理)

DWDM用户培训 原理及关键技术 贾宁宁 中兴通讯培训中心 ZTE Communications 一、DWDM系统概述 二、光纤传输特性 三、DWDM系统关键技术 光源技术光源技术 光波分复用器和解复用器技术光波分复用器和解复用器技术 光转发技术光转发技术 掺铒光纤放大器（掺铒光纤放大器（EDFAEDFA）技术技术 WDMWDM系统的监控技术系统的监控技术 一、DWDM系统概述 N 2 1 N 2 1 N21 光复用器光解复用器 光纤放大器 DWDM定义 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(早期使用1510/1310两波长系统） DWDM（Dense Wavelength Division Multiplexing） 在1550nm窗口，采用更多波长进行波分复用(8,16) 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。 光功率（ dBm) 1530 - 1560nm 波长 波长间隔：0.8 2nm DWDMDWDM的的基本概念基本概念 DWDM技术概述 目前使用: C波段：15251565nm 正在开发: L波段：15701620nm S波段：1400nm波段 1.21.31.41.51.61.7 波长 (m) 损耗(dB/km) 0.1 0.2 0.4 0.8 1.0 25 THz 0 未来光纤通信窗口 ：12801625nm WDMWDM和和DWDMDWDM的关系的关系 最早的波分复用技术是将1310nm和1550nm的两波分复用， 波长间隔为一般数十nm 随着1550窗口的EDFA的商用化，新的WDM系统只用 1550 窗口，这些WDM系统的相邻波长间隔比较窄（ 20 dB ，B= 2.5 Gb/s OSNR 25 dB ，B= 10 Gb/s 损耗起因（一损耗起因（一 ） 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：是光纤基础材料(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。 杂质吸收：由光纤材料的不纯净而造成的附加吸 收损耗。 损耗起因（二损耗起因（二 ） 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。 损耗起因损耗起因 损损耗本征非本征 吸收紫外吸收金属离子 红外吸收OH离子、H2 散射瑞利散射波导缺陷 米氏散射 受激布里渊散射 受激拉曼散射 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。 光纤色散（色度色散）光纤色散（色度色散） 光纤色散效应对传输的影响 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 Input Output 脉冲展宽 (ps) = D(ps/ nm*km) * S(nm) * L(km) Time Time 脉冲展宽 1/4 比特周期时会引起误码 T 啁啾效应 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。 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。 偏振模色散偏振模色散PMDPMD 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 光纤PMD 环境因素和工艺缺陷引起的纤芯椭 圆及应力是引起PMD的主要因素 PMD引起脉冲 展宽（随机性 ） 光纤PMD PMDPMD产生机理及解决方法产生机理及解决方法 由光纤的双折射引起,诸如应力、弯曲、 扭绞、温度等随机引入 产生信号间干扰; 当偏振相关损耗产生的二次效应可能产生 PMD与色度色散之间的耦合从而增加色散 的统计分量; 解决办法之一是改进光纤工艺或在系统输 入输出端插入偏振控制器。 受激拉曼散射 （SRS） 受激布里渊散射（SBS） 自相位调制（SPM） 交叉相位调制（XPM） 四波混频（FWM） 光纤非线性效应 短波长泵浦长波长 对系统的影响： 引起信道功率失衡 引起信道间的拉曼串扰 P P 输入输出 （1）受激拉曼散射 （SRS） 是一种当达到门限功率水平时，信号产生向信号相 反方向传播的受激发射的非线性现象 增益比SRS大两个数量级 当光源谱功率（亮度）大时，SBS占主导地位 对系统的影响： 大于一定值时，引起强烈背向散射，叠 加强度噪声。 （2）受激布里渊散射（SBS） （3）自相位调制（SPM） 相位随光强而变化，转化为波形畸变 SPM的影响随该通道注入光纤的光功率增大而增大，随光纤 及传输段而积累。 （4）交叉相位调制（XPM） 相位受到其它其它信道的调制，经光纤色散转化 引起强度噪声 SPM和XPM 信道间相互作用产生新的频率， 相关参数有信道数、信道间隔、信道功率、光 纤色散、折射率、光纤长度、材料的高阶偏振 特性等。 （5）四波混频（FWM ） 光纤 f1 f f3f2 f1 f f3f2fFWM FWM是影响系统性能的主要非线性效应： 当FWM产生的新频率落入信道带宽范围内时，会引 起信道强度起伏和信道间串扰。 补偿措施： *采用非零色散位移光纤（G.655）和常规单模光纤（ G.652） *采用大有效纤芯面积光纤（LEAF） *控制入纤功率 四波混频（FWM） 入纤功率是影响光纤非线性效应 的决定参数 限定入纤光功率在一定范围内 ，能有效控制非线性效应的影 响。 另外信道间效应可通过限制光 通道间隔和光谱范围的方式得 到一定程度的缓解。 光纤非线性效应的抑制 DWDM系统关键技术 DWDMDWDM系统基本结构系统基本结构 光转发器光转发器 1 1 输入 信道1 信道N 信道1 信道N 1 1 n n 光转发器光转发器 n n 光合波器 BABALALAPAPA 光分波器 1 1 n n 接收接收1 1 接收接收n n s s s s s s s s 光监控信道光监控信道 接收接收/ /发送发送 光监控信光监控信 道道 发送器发送器 光监控信光监控信 道道 接收器接收器 输出 网络管理 系统 光发射机 光中继放大 光接收机 若干关键技术的提出若干关键技术的提出 光源技术光源技术 光波分复用器和解复用器技术光波分复用器和解复用器技术 光转发技术光转发技术 掺铒光纤放大器（掺铒光纤放大器（EDFAEDFA）技术技术 WDMWDM系统的监控技术系统的监控技术 WDMWDM系统关键技术系统关键技术 若干关键技术的提出若干关键技术的提出 光源技术光源技术 光波分复用器和解复用器技术光波分复用器和解复用器技术 光转发技术光转发技术 掺铒光纤放大器（掺铒光纤放大器（EDFAEDFA）技术技术 WDMWDM系统的监控技术系统的监控技术 WDMWDM系统关键技术系统关键技术 光源（激光器） 主要参数： *波长稳定性 *色散容限 类型： *直接调制 *EA调制 *马赫-策恩德(M-Z)调制 *电折射调制 光源技术光源技术 光源技术主要需要解决两大问题： 波长稳定问题 要求在寿命终了时波长的漂移：20GHz (约0.16nm) 色散容限问题 G.652光纤，在1550nm窗口，色散系数一般取值为 20ps/km.nm 对于360km、500km、640km的标准配置，色散容限值分别 为 7200ps/nm 、10000ps/nm、12800ps/nm 光源技术光源技术 波长稳定问题的解决办法： 精密的管芯温度控制技术 原理：温度是影响激光器输出波长稳定性的最主要原因，通过精 密 自动温度控制电路（ATC），保持激光器管芯的温度恒定。 优点：比较容易实现，能够满足通常的要求 缺点：不能解决由于激光器老化引起的波长漂移。 波长反馈控制技术 原理：波长敏感器件的输出电压随激光器输出波长而变动，通过 此电压来直接或间接控制激光器的工作电流，使输出波长稳定。 优点：能够达到很高的精度 缺点：实现起来比较复杂，成本较高。 光源技术光源技术 提高光源色散容限的方法： 外调制技术 原理：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。 在外调制情况下，高速电信号不直接调制激光器，而是 加在某 一介质上，利用该介质的物理特性使通过的激光器信号的 光波 特性发生变化，从而建立电信号和激光的调制关系 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 光源技术光源技术 目前实用化的外调制激光器的种类： EA调制 电吸收激光器（EML激光器） 优点：色散容限好；体积小，集成度好，驱动电压低，功率小 ； 缺点：啁啾系数较大； 应用：目前，大部分公司的WDM产品都采用EML激光器 。 马赫-策恩德(M-Z)调制 波导型铌酸锂调制器 优点：调制速率极高，色散受限距离长；调制线宽很窄，消光比高； 缺点： 与偏振态有关，激光器和调制器之间的连接必须使用保偏光纤； 应用： 主要应用在10Gb/s以上的高速DWDM系统中 若干关键技术的提出若干关键技术的提出 光源技术光源技术 光波分复用器和解复用器技术光波分复用器和解复用器技术 光转发技术光转发技术 掺铒光纤放大器（掺铒光纤放大器（EDFAEDFA）技术技术 光纤传输技术光纤传输技术 WDMWDM系统的监控技术系统的监控技术 WDMWDM系统关键技术系统关键技术 光波分复用器和解复用器技术光波分复用器和解复用器技术 复用器 fiber 解复用器 光波分解复用技术主要包括： 阵列波导技术、衍射光栅技术、干涉薄膜技术和光纤光栅技术等 光波分复用技术还包括耦合器技术。 光波分复用器和解复用器技术光波分复用器和解复用器技术 主要技术参数要求 插入损耗低 通道带宽宽 各信道间的串扰小，即隔离度高 偏振相关性小 波长的温度稳定性好 DWDM复用和解复用器 介质薄膜滤波器型 阵列波导光栅型 耦合器型 34 衍射光栅型 34 1 2 3 4 。 。 。 3 4 34 3 4 34 光波分复用器和解复用器技术光波分复用器和解复用器技术 1）光栅型 2）介质薄膜滤波器型（DTF) 3）耦合器型（熔锥型）(AWG) 4）阵列波导光栅型 复用器/解复用器类型 光波分复用器和解复用器技术光波分复用器和解复用器技术 光栅型