华为——DWDM系统基础知识深入介绍.ppt
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1、DWDM系统基础知识深入介绍,光网络业务支持部 荆广智 31227,DWDM系统基础知识深入介绍课程目标,课程目标:掌握DWDM系统组成部分的关键技术 掌握DWDM系统网络的主要受限因素 掌握DWDM系统部分测试指标的含义,DWDM 系统简述DWDM 系统关键技术DWDM 系统受限因素DWDM 主要测试指标含义,波分复用技术,把不同波长的光信号复用到一根光纤中进行传送的方式称为波分复用(其中每个波长承载一个TDM的电信号)。主要分为两种类型:稀疏波分复用:不同窗口的光波复用;密集波分复用:同一窗口的多个光波复用;,WDM系统的划分,双纤双向WDM系统示意图:,WDM系统的划分,单纤双向WDM系
2、统示意图:,蓝带:1527.5nm1542.5nm红带:1547.5nm1560.5nm,WDM系统的划分,开放式WDM系统在终端复用设备中,具备光接口变换功能,可以和任何厂家的 SDH 设备进行对接。集成式WDM系统在终端复用设备中,不具备光接口变换功能,SDH 设备中的光发送单元性能必须满足波分系统的要求:如:波长精度、光谱特性、发送光功率等等。半开放式WDM系统在终端复用设备中,发端具备光接口变换功能,可以和任何厂家的 SDH 设备进行对接。,思考?,完整的DWDM系统中,哪些单元是必需的?波长转换单元(OTU)分合波单元(MUX/DEMUX)光放大单元(OA)光监控信道(OSC),DW
3、DM 系统简述DWDM 系统关键技术DWDM 系统受限因素DWDM 主要测试指标含义,DWDM传输介质,光纤的结构,光在光纤中的传送,单模/多模光纤,随着纤芯直径的粗细不同,光纤中传输模式的数量多少也不同。因此光纤按照传输模式的数量多少,分为单模光纤和多模光纤:当光纤纤芯的几何尺寸远大于光波波长时,光在波导光纤中会以几十种或更多的传播模式进行传播,这样的光纤叫做多模光纤。多模光纤的纤芯直径较粗,通常直径等于50um左右。当光纤的几何尺寸可以于光波长相比拟时,即纤芯的几何尺寸与光信号波长相差不大时,光纤只允许一种模式在其中传播,其余的高次模全部截止,这样的光纤叫做单模光纤。单模光纤的纤芯直径较细
4、,通常直径为510um。从光纤的外观上来看,两种光纤区别不大,包括塑料护套的光纤直径都小于1mm;单模光可在多模光纤中传输,但多模光不能在单模光纤中传输。,思考:单模/多模信号在单模/多模光纤中的传送关系?,光纤的损耗特性,光纤的衰减或损耗是一个非常重要的、对光信号的传播产生制约作用的 特性。光纤的损耗限制了没有光放大的光信号的传播距离。光纤的损耗主要取决于吸收损耗、散射损耗、弯曲损耗三种损耗。光纤吸收损耗是制造光纤的材料本身造成的,包括紫外吸收、红外吸收和杂质吸收;由于材料的不均匀使光散射而引起的损耗称为瑞利散射损耗。瑞利散射损耗是光纤材料二氧化硅的本征损耗;光纤的弯曲会引起辐射损耗;总的来
5、讲:弯曲损耗对光纤衰减常数的影响不大,决定光纤衰减常数的损耗主要是吸收损耗和散射损耗。,光纤中的色散特性,光脉冲中的不同频率或模式在光纤中的群速度不同,因而这些频率成分和模式到达光纤终端有先有后,使得光脉冲发生展宽,这就是光纤的色散。色散一般用时延差来表示,所谓时延差,是指不同频率的信号成分传输同样的距离所需要的时间之差。,光纤中的色散可分为模式色散、色度色散、偏振模色散。色度色散也称为模内色散,可以分为材料色散和波导色散,一般在单模光纤中只考虑材料色散和波导色散。模式色散也称为模间色散,模式色散主要存在于多模光纤中。色散系数就是单位波长间隔内光波长信号通过单位长度光纤所产生的时延差,用D表示
6、,单位是ps/nm.km。,光纤中的色散特性PMD,由于信号光的两个正交偏振态在光纤中有不同的传播速度而引起的色散称偏振模色散,它也是光纤的重要参数之一。引起偏振模色散的因素是随机产生的,因而偏振模色散是一个随机量。,码间干扰,在光纤数字通信系统中,色散将导致码间干扰。,光源是非零谱宽的,光源输出的光信号被电脉冲进行强度调制,调制信号具有调制光源的每一波长成分。由于各波长成分到达的时间先后不一致,因而使得光脉冲加长(T+T),这叫作脉冲展宽。光脉冲传输的距离越远,脉冲展宽越严重。脉冲展宽将使前后光脉冲发生重叠,称为码间干扰。码间干扰将引起误码,因而限制了传输的码速率和传输距离。,光纤特性截止波
7、长,截止波长:单模光纤中光信号能以单模方式传播的最小波长;实际光波长比截止波长小时会有多个模式在单模光纤中传播,并呈现多模特性;为避免模式噪声和模式色散,实际系统光缆中的最短光缆长度的截止波长应该小于系统的最低工作波长,截止波长条件可以保证在最短光缆长度上单模传输,并且可以抑制高阶模的产生或可以将产生的高阶模式噪声功率代价减小到完全可以忽略的地步;G.652光纤在22米长光缆上的截止波长1260nm,在220米长的跳线光缆截止波长1260nm,在短于2米长跳线光缆上的光纤的截止波长1250nm;G.655光纤在22米长光缆上的截止波长1480nm,在短于2米长光缆上的一次涂敷光纤上的截止波长小
8、于等于1470nm,220米长跳线光缆上的截止波长1480nm。,模场直径和有效面积,在光纤中,光能量不完全集中在纤芯中传输,部分能量在包层中传输,纤芯的直径不能反映光纤中光能量的分布,于是提出了模场直径的概念。,模场直径就是描述单模光纤中光能集中程度的参量 模场直径越小,通过光纤横截面的能量密度就越大。当通过光纤的能量密度过大时,会引起光纤的非线性效应,造成系统的光信噪比降低,大大影响系统性能。,思考:此值是越大越好还是越小越好?,单模光纤的非线性效应,从本质上讲,所有介质都是非线性的,只是一般情况下非线性特征很小,难以表现出来;当光纤的入纤功率不大时,光纤呈现线性特征,当光放大器和高功率激
9、光器在光纤通信系统中使用后,光纤的非线性特征愈来愈显著;单模光纤的非线性效应一般可以分:受激非弹性散射(受激拉曼散射SRS、受激布里渊散射SBS)、克尔效应(自相位调制SPM、交叉相位调制XPM)和四波混频FWM;,注意:非线性效应一旦产生,就无法消除或补偿,必须尽量防止非线性效应的产生!使用模场直径大的光纤,可以降低通过光纤的功率密度,可以抑制非线性效应的产生。最主要我们可以通过降低入纤光功率来防止非线性效应的发生。,G.652/G.653/G.655单模光纤,ITU-T已经在G.652、G.653、G.654和G.655建议中分别定义了4种不同设计的单模光纤,区别见下表:,几种光纤的比较,
10、在单模光纤中有两个低损耗区域,分别在1310nm和1550nm附近,也就是我们通常说的1310nm窗口和1550nm窗口。,L波段,DWDM光源技术,DWDM系统的光源具有两个最突出的特点:1、比较大的色散容限值;2、标准而稳定的波长;因此选择半导体激光器(LD)作为光源。,MLM,SLM,思考:1、TWC/RWC单板分别使用的是哪种激光器?2、单板的哪个指标来控制频谱的线宽?,光源的偏置电流,LD的特性曲线,当LD中的工作电流低于其阈值电流Ith时,LD仅能发出极微弱的荧光,这相当于LD中的谐振腔并未产生振荡。而LD中的工作电流大于阈值电流Ith时,它会发出谱线狭窄的激光,这相当于形成了粒子
11、数反转分布(产生激光的必要条件),谐振腔产生了振荡现象。由于LD是一个阈值器件,所以在实际使用时必须对之进行予偏置。即予先赋于LD一个偏置电流IB,其值略小于但接近于LD的阈值电流,使其仅发出极其微弱的荧光;一旦有调制信号输入,LD立即工作在能发出激光的区域,且其发光曲线相当陡峭。,激光器的调制方式,光发送机的作用就是把数字化的通信信息转换成光信号发送到光纤当中进行传输,为此需要用数字电信号对光波进行调制。对光源进行调制的方法有两种:1、直接调制(内调制)2、间接调制(外调制),直接调制:直接调就是利用电信号的1和0控制激光器的开、关,使特定波长的光波携载电信号。,影响:因存在1和0频率的变化
12、,不可避免存在啁啾。啁啾的存在展宽了激光器发射光谱的带宽,使光源的光谱特性变坏,限制了系统的传输速率和距离。,激光器的调制方式,间接调制不直接调制光源,而是在光源的输出通路上外加调制器对光波进行调制,此调制器实际上起到一个开关的作用。,恒定光源是一个连续发送固定波长和功率的高稳定光源,在发光的过程中,不受电调制信号的影响,因此不产生调制频率啁啾,光谱的谱线宽度维持在最小。光调制器对恒定光源发出的高稳定激光根据电调制信号以“允许”或者“禁止”通过的方式进行处理,而在调制的过程中,对光波的频谱特性不会产生任何影响,保证了光谱的质量,适用于高速率、长距离传输。,常用的外调制方式,光电检测器,光电检测
13、器的作用是把接收到的光信号转换成相应的电信号。半导体光检测器主要有两类:PIN光电二极管和雪崩光电二极管(APD)。,PIN管由于其灵敏度比较低(一般为-20dBm左右)、过载点比较高(一般为0dBm左右)适用于短距离传送。APD管由于其灵敏度比较高(一般为-28dBm左右)、过载点比较低(一般为-9dBm左右),适用于长距离传送。较高的反向偏压以及较强的输入光信号都可能导致反偏电流过大,使APD管被反向击穿。因此在现场需要注意操作规范:1、使用OTDR表等能输出大功率光信号的仪器对光路进行测量时,注意将通信设备与光路断开。2、保证输入光功率不超过器件允许的最大值,单板自环时注意加适当的衰减器
14、。3、不能采用将光纤连接器插松的形式来代替光衰减器。,分合波器件,合波器的主要作用是将多个信号波长合在一根光纤中传输;分波器的主要作用是将在一根光纤中传输的多个波长信号分离。目前最常用的有三种器件:耦合型、介质膜型、AWG型。,分合波器件的使用,光放大器,EDFA的放大原理,EDFA的具体实现,EDFA的增益平坦控制,增益控制的两种方式:1、掺金属元素;2、GFF定制;,EDFA的增益锁定技术,当其它条件不变的情况下,EDFA上下波给系统引入的问题:上波时,由于进入EDFA的光功率增大,导致泵浦光功率对各波的贡献减小,单波光功率突然下降,如果此时的光功率低于接收机能够接收的最小光功率,则会出现
15、瞬间的信号丢失,稳定后各波的增益均有一定程度的下降;下波时,由于进入EDFA的光功率突然减小,过剩的泵浦光功率全部贡献给了余下的信道,导致单波光功率突然上升,如果此时的光功率高于接收机接收的最大光功率,则会对接收机造成过冲,稳定后各波增益会有一定程度的上升;EDFA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的噪声特性,放大自发辐射(ASE)是EDFA的基本噪声源,其谱线特性直接反映了EDFA的增益谱特性的线型,能给出不同泵浦功率和不同信号功率条件下EDFA增益谱特性的有用信息。放大器产生的自发辐射噪声功率为:PASE=-58+NF+G(dBm)其中NF为光放大器噪声系数
16、(dB)G为光放大器的增益(dB),EDFA的重要性能参数,工作电流:也称作偏置电流,其决定着放大板的输出光功率。正常情况下,单板的输出功率不变,工作电流应该维护在一个相对稳定的状态。制冷电流:制冷电流对应着制冷电路的调节。在放大板上制冷电流对应泵浦激光器的温度,随激光器温度的变化而变化。注意正负号的意义。背光电流:背光电流是放大板的一个性能值,对应于功率检测,通过背光电流的大小可以知道激光器输出功率的大小。一般情况下我们是通过查看背光电流来判断泵浦激光器的好坏:,对下面几个参数的理解将有助于维护中的故障定位:,RAMAN的工作原理,如果一个弱信号与一强泵浦光波同时在光纤中传输,并使弱信号波长
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