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WDM中国网通（集团）有限公司2019年11月1日中国网通运维人员岗位培训丛书传输专业内部资料注意保密n WDM基础原理基础原理n WDM的分类、功能结构 n WDM的接口标准 n 光波长分配 n 主要性能和光接口参数n WDM的关键部件 n 线路光功率计算n 单波OSNR计算 WDM原理与基本结构原理与基本结构WDM：Wavelength Division Multiplexing光波分复用技术是在一根光纤中同时传输多波长信号的技术光波分复用技术是在一根光纤中同时传输多波长信号的技术光波分复用的基本原理是发送端将不同波长的光信号组合起来（复用），并耦合到光纤线路上同一根光纤中进行传输，在接收端又将组合波长的光信号分开，并作进一步处理，恢复出原信号送入不同终端因用光波长分割复用，所以简称波分复用WDM技术的主要特点：1.充分利用光纤的巨大带宽资源2.同时传输多种不同类型的信号3.实现单根光纤双向传输4.多种应用形式5.节约线路投资6.降低器件的超高速要求7.IP的传送通道8.高度的组网灵活性、经济性和可靠性WDM原理与基本结构原理与基本结构WDM基本形式基本形式1、双纤双向传输一根光纤只完成一个方向光信号的传输，反向光信号的传输由另一根光纤来完成。

因此，同一波长在两个方向上可以重复利用光源1光源n波分复用波分复用波分复用波分复用检测器n检测器1光源n光源1检测器n检测器1WDM基本形式基本形式2、单纤双向传输光通路在一根光纤上同时向两个不同的方向传输，所用波长相互分开，以实现彼此双方全双工的通信联络1光源1检测器N+1检测器2N波分复用波分复用光源2N光源N+1检测器N检测器1光源N1NN+12NNN+12Nn WDM基础原理n WDM的分类、功能结构的分类、功能结构 n WDM的接口标准 n 光波长分配 n 主要性能和光接口参数n WDM的关键部件 n 线路光功率计算n 单波OSNR计算 WDM系统分为集成式WDM系统和开放式WDM系统两大类：1.集成式WDM系统是指SDH终端必须具有满足G.692的光:接口，包括标准的光波长和满足长距离传输的光源WDM系统分类系统分类EDFAEDFASDHSDHSDHSDH复用器S1S2SnR1R2Rn解复用器2.开放式WDM系统是指在发送端设有光波长转发器（OTU），以便在不改变光信号数据格式的情况下，把光波长按照一定的要求重新转换，以满足WDM系统的设计要求WDM系统分类系统分类SDHSDH解复用器OTU复用器OTUSDHOTUOTUSDHEDFAEDFAS1S2SnR1R2Rn接口接口接口接口WDM系统分类系统分类根据WDM线路系统中是否设置有掺铒光纤放大器可将WDM线路系统分为两类：1.有线光路放大器WDM，下图为其系统参考配置TX1TX2TXnRx1OARx2S1f1S2f2SnfNRM1RM2RMNMPI-SMPI-RRSSD1SD2SDnR1R2RnRxnOMOAOAODWDM系统分类系统分类2.无线路放大器的WDM，下图为其系统参考配置Tx1Tx2TxNRx2Rx1RxnS1S2Snf1f2fNRM1RM2RMnMPI-SMPI-RSd1Sd2SdnR1R2RnOMOAOAOM功能结构功能结构l光终端复用设备OTM（Optical Terminal Multiplexer）l光线路放大设备OLA（Optical Line Amplifier）l光分插复用模块OADM（Optical Add/Drop Multiplexer）l光均衡模块OEQ（Optical Equalizer）l电中继设备REG（Regenerator）OTM设备的信号流框图设备的信号流框图 OLA设备的信号流框图设备的信号流框图 串行串行OADM设备信号流框图设备信号流框图 并行并行OADM设备信号流框图设备信号流框图REG信号流框图信号流框图 光均衡设备光均衡设备l在超长距离传输ELH（ExtraLongHaul）系统中无电中继传输的距离比长距离传输系统长很多，因此易产生以下问题：l光放大器的增益谱和光纤衰减谱的不平坦性的多级累加等原因，导致接收端光功率和信噪比不均衡；lDCM的色散斜率和传输光纤不完全匹配，无法对所有波长实现100的补偿，导致接收端部分通道的色散补偿不能满足系统要求。

l为了更好的实现光功率均衡和色散均衡补偿，在ELH系统中需要使用光均衡设备（OEQ）光均衡设备光均衡设备光功率均衡设备的信号流框图光功率均衡设备的信号流框图光监控信号接入单元OA光监控信道OA光功率均衡光监控信号接入单元OAOA光功率均衡光均衡设备光均衡设备色散均衡设备的信号流框图色散均衡设备的信号流框图光监控信号接入单元OA光监控信道OA色散均衡光监控信号接入单元OAOA色散均衡DWDM组网组网l点到点组网l链形组网l环形组网保护方式保护方式 l基于单个波长的保护1.基于单个波长，在SDH层实施的1+1保护2.基于单个波长，在SDH层实施的1:n保护3.基于单个波长，同一DWDM系统内1：n保护l光复用段（OMSP）保护只在光路上进行1+1保护，而不对终端线路进行保护l环网的应用1.利用OADM组成的环2.利用点到点DWDM系统组成的环n WDM基础原理n WDM的分类、功能结构 n WDM的接口标准的接口标准 n 光波长分配 n 主要性能和光接口参数n WDM的关键部件 n 线路光功率计算n 单波OSNR计算 接口标准接口标准开放式WDM系统在发送端采用OTU将非标准的波长转换为标准波长，该器件的主要作用在于把非标准的波长转换为ITU-T所规范的标准波长，以满足系统的波长兼容性。

通常采用光/电/光的变换方式如下图所示：接口标准接口标准下为符合G.957的发射机与OTU合并使用的示意图：TxG.957衰减O/E/OOTU(G.957)Sn(G.692)Sn WDM基础原理n WDM的分类、功能结构 n WDM的接口标准 n 光波长分配光波长分配 n 主要性能和光接口参数n WDM的关键部件 n 线路光功率计算n 单波OSNR计算 光波长分配光波长分配l光纤有两个波长的低损耗窗口，即1310nm和1550nm；均可用于光信号的传输，光波分复用系统的工作波长为1530nm-1565nml在做波长分配时要注意两点：尽量提高资源利用率减少相临通路间的非线性影响光波长分配光波长分配绝对频率参考u选择193.1THz作为频率间隔的参考频率通路间隔u指相邻通路间的标称频率可以是均匀频率间隔也可以是非均匀的非均匀间隔可以抑制G.653光纤中的四波混频效应)标称中心频率u保证不同WDM系统之间的横向兼容性中心频率偏差u定义为标称中心频率与实际中心频率之差n WDM基础原理n WDM的分类、功能结构 n WDM的接口标准 n 光波长分配 n 主要性能和光接口参数主要性能和光接口参数n WDM的关键部件 n 线路光功率计算n 单波OSNR计算 主要性能主要性能l色散受限距离传输限制减少影响的方法网络设计时的考虑l功率受限l噪声l非线性及其它影响前向纠错编码前向纠错编码(FEC)l光波长转换单元采用前向纠错技术：降低系统对接收端光信噪比的要求，延长各放大段或再生段间传送距离；降低线路传输产生的误码率，提高DWDM传输网络的通讯质量。

l目前业界提出的用于SDH/DWDM的实用化FEC技术主要有以下三种：带内FEC带外FEC增强型FEC（EFEC）波道均衡波道均衡l自动功率控制（ALC）ALC功能有两种实现方式：波数检测方式功率参考方式l智能光功率调节（IPA）当主光信道上的一段或多段光中继段上光功率信号丢失时，系统就能探测到链路上丢失了光信号，及时降低上游一个和下游再生段内的所有光放大器的输出光功率到达一个安全的阈值l自动光功率均衡（APE）系统提供的APE功能，可自动调节各通道的发送端光功率，使接收端信噪比得到优化n WDM基础原理n WDM的分类、功能结构 n WDM的接口标准 n 光波长分配 n 主要性能和光接口参数n WDM的关键部件的关键部件 n 线路光功率计算n 单波OSNR计算 WDM关键部件关键部件l光源l光电检测器l光放大器l光复用器和光解复用器光源光源l光源的作用是产生激光或荧光，它是组成光纤通信系统的重要器件lDWDM系统的光源的两个突出的特点是：比较大的色散容纳值；标准而稳定的波长l激光器的调制方式直接调制间接调制l激光器的波长的稳定光电检测器光电检测器光电检测器的作用是把接收到的光信号转换成相应的电信号。

由于从光纤传送过来的光信号一般是非常微弱的，因此对光检测器提出了非常高的要求在工作波长范围内有足够高的响应度在完成光电变换的过程中，引入的附加噪声应尽可能小响应速度快线性好及频带宽，使信号失真尽量小工作稳定可靠有较好的稳定性及较长的工作寿命体积小，使用简便光电检测器光电检测器1.满足上述要求的半导体光检测器主要有两类：1.PIN光电二极管（PIN）2.雪崩光电二极管（APD）2.PIN光电二极管3.PIN光电二极管是一种半导体器件，其构成是在P型和n型之间夹着本征（轻掺杂）区域在这个器件反向偏置时，表现出几乎是无穷大的内部阻抗（即像开路一样），输出电流正比于输入光功率4.PIN光二极管的价格低，使用简单，但响应慢5.雪崩光电二极管（APD）6.雪崩二极管的增益和响应速度都优于PIN发光二极管，但其噪声特性差雪崩二极管是利用光生载流子在耗尽区内的雪崩倍增效应，从而产生光电流的倍增作用光放大器光放大器l光放大器简单地增强光信号：l两种主要类型的光放大器在使用：半导体光放大器（SOA）半导体光放大器实质上是半导体激光器的活性介质换句话说，一个半导体放大器是一个没有或有很少光反馈的激光二极管光纤光放大器（FOA）l目前使用的光放大器多为掺铒光纤放大器（EDFA）。

掺铒光纤放大器（掺铒光纤放大器（EDFAEDFA）lEDFA（Erbium Doped Fiber Amplifier）掺铒光纤放大器作为新一代光通信系统的关键部件，具有增益高、输出功率大、工作光学带宽较宽、与偏振无关、噪声指数较低、放大特性与系统比特率和数据格式无关等优点它是大容量DWDM系统中必不可少的关键部件l根据EDFA在DWDM光传输网络中的位置，可以分功率放大器（Booster Amplfier)，简称BA；线路放大器（Line Amplifier)，简称LA；前置放大器（preamplifier)，简称PA掺铒光纤放大器光学结构掺铒光纤放大器光学结构 图中是一种典型的双泵浦源的掺铒光纤放大器光学结构：掺铒光纤（掺铒光纤（EDF）铒离子的能级图：EDFA的增益锁定的增益锁定 lEDFA的增益锁定是一个重要问题，因为WDM系统是一个多波长的工作系统，当某些波长信号失去时，由于增益竞争，其能量会转移到那些未丢失的信号上，使其它波长的功率变高在接收端，由于电平的突然提高可能引起误码，而且在极限情况下，如果8路波长中7路丢失时，所有的功率都集中到所剩的一路波长上，功率可能会达到17dBm左右，这将带来强烈的非线性或接收机接收功率过载，也会带来大量误码。

lEDFA的增益锁定有许多种技术，典型的有控制泵浦光源增益的方法EDFA的增益锁定的增益锁定 l增益不锁定EDFA掉波、上波增益变化图l增益锁定EDFA掉波、上波增益变化图掺铒光纤放大器主要优点掺铒光纤放大器主要优点（1）工作波长与单模光纤的最小衰减窗口一致2）耦合效率高由于是光纤放大器，易与传输光纤耦合连接3）能量转换效率高掺铒光纤EDF的纤芯比传输光纤小，信号光和泵浦光同时在掺铒光纤EDF 中传播，光能量非常集中这使得光与增益介质Er离子的作用非常充分，加之适当长度的掺铒光纤，因而光能量的转换效率高4）增益高、噪声指数较低、输出功率大，串话很小5）增益特性稳定：EDFA对温度不敏感，增益与偏振无关6）增益特性与系统比特率和数据格式无关7）掺铒光纤放大器（EDFA）是大容量DWDM系统中。