DWDM用户培训(原理)

1、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.

2、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

3、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)

4、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 （

5、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

6、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

7、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

8、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

9、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

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