DWDM原理及关键技术.ppt

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DWDM原理及关键技术原理及关键技术一、一、DWDMDWDM系统概述系统概述二、二、光纤光纤传输传输特性特性三、三、DWDMDWDM系统关键技术系统关键技术光源技术光源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光转发技术光转发技术掺铒光纤放大器（掺铒光纤放大器（掺铒光纤放大器（掺铒光纤放大器（EDFAEDFA）技术技术技术技术WDMWDM系统的监控技术系统的监控技术系统的监控技术系统的监控技术一、一、DWDMDWDM系统概述系统概述N21N21N21光复用器光解复用器光纤放大器DWDM定义定义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（DenseWavelengthDivisionMultiplexing）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：

0.82nmDWDM的的基本概念基本概念DWDM技术概述技术概述目前使用目前使用:

CC波波段：

段：

15251565nm15251565nmLL波段：

波段：

15701620nm15701620nm正在开发正在开发:

SS波波段：

段：

14001400nmnm波段波段1.21.31.41.51.61.7波长波长（m）损耗损耗（dB/km）（dB/km）0.10.20.40.81.025THz0未来光纤通信窗口：

未来光纤通信窗口：

12801625nmWDM和和DWDM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（20dB，B=2.5Gb/sOSNR25dB，B=10Gb/s损耗起因

（一）损耗起因

（一）吸收损耗吸收损耗：

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耗损耗本征本征非非本征本征吸收吸收紫外吸收金属离子红外吸收OH离子、H2散射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脉冲展宽T光脉冲信号中的不同频谱成份在光纤中的传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输速度不同，导致脉冲信号传输后展宽甚至离散。

离散。

光纤色散（色度色散）10101011011010101101InputOutput脉冲展宽（ps）=D（ps/nm*km）*S（nm）*L（km）TimeTime脉冲展宽脉冲展宽1/4比特周期时会引起误码比特周期时会引起误码T啁啾效应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。

散的作用下，引起脉冲的快速展宽和信号劣化。

色散容限色散容限光源啁啾对系统传输距离的影响由光源啁啾对系统传输距离的影响由色散容限参数色散容限参数值（值（Ds）Ds）表示。

表示。

如如:

光源色散容限值光源色散容限值Ds=12800ps/nm,SMFDs=12800ps/nm,SMF（G.652G.652）光纤的色散参量值光纤的色散参量值取取D=20ps/km/nmD=20ps/km/nm，则该光源的色散受限距离为则该光源的色散受限距离为640km640km。

偏振模色散偏振模色散PMD光光纤纤中中的的光光传传输输可可描描述述成成完完全全是是沿沿XX轴轴振振动动和和完全是沿完全是沿YY轴振动或一些光在两轴上的振动。

轴振动或一些光在两轴上的振动。

每个轴代表一个偏振每个轴代表一个偏振“模模”两个偏振模的到达时间差两个偏振模的到达时间差偏振模色散偏振模色散PMDPMD光纤光纤PMDPMD环境因素和工艺缺陷引起的纤芯椭环境因素和工艺缺陷引起的纤芯椭圆及应力是引起圆及应力是引起PMDPMD的主要因素的主要因素PMD引起脉冲引起脉冲展宽（随机性）展宽（随机性）光纤光纤PMDPMDPMD产生机理及解决方法产生机理及解决方法由由光光纤纤的的双双折折射射引引起起,诸诸如如应应力力、弯弯曲曲、扭绞、温度等随机引入扭绞、温度等随机引入产生信号间干扰产生信号间干扰;当偏振相关损耗产生的二次效应可能产生当偏振相关损耗产生的二次效应可能产生PMDPMD与色度色散之间的耦合从而增加色散与色度色散之间的耦合从而增加色散的统计分量的统计分量;解决办法之一是改进光纤工艺或在系统输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。

入输出端插入偏振控制器。

受激拉曼散射受激拉曼散射（SRSSRS）受激布里渊散射（受激布里渊散射（SBSSBS）自相位调制（自相位调制（SPMSPM）交叉相位调制（交叉相位调制（XPMXPM）四波混频（四波混频（FWMFWM）光纤非线性效应光纤非线性效应短波长泵浦长波长短波长泵浦长波长对系统的影响：

对系统的影响：

引起信道功率失衡引起信道功率失衡引起信道间的拉曼串扰引起信道间的拉曼串扰PP输入输入输出输出（11）受激拉曼散射）受激拉曼散射（SRSSRS）是一种当达到门限功率水平时，信号产生向信号相反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方向传播的受激发射的非线性现象增益比增益比SRSSRS大两个数量级大两个数量级当光源谱功率（亮度）大时，当光源谱功率（亮度）大时，SBSSBS占主导地位占主导地位对系统的影响：

对系统的影响：

大于一定值时，引起强烈背向散射，叠大于一定值时，引起强烈背向散射，叠加强度噪声。

加强度噪声。

（22）受激布里渊散射（）受激布里渊散射（SBSSBS）（33）自相位调制（）自相位调制（SPMSPM）相位随光强而变化，转化为波形畸变相位随光强而变化，转化为波形畸变SPMSPM的影响随该通道注入光纤的光功率增大而增大，随光纤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。

及传输段而积累。

（44）交叉相位调制（）交叉相位调制（XPMXPM）相位受到其它其它信道的调制，经光纤色散转化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引起强度噪声SPMSPM和和XPMXPM信道间相互作用产生新的频率，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、材料的高阶偏振纤色散、折射率、光纤长度、材料的高阶偏振特性等。

特性等。

（55）四波混频）四波混频（FWMFWM）光纤光纤f1ff3f2f1ff3f2fFWMFWMFWM是影响系统性能的主要非线性效应：

是影响系统性能的主要非线性效应：

当当FWMFWM产生的新频率落入信道带宽范围内时，会引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。

起信道强度起伏和信道间串扰。

补偿措施：

补偿措施：

*采用非零色散位移采用非零色散位移光纤（光纤（G.655G.655）和常规单模和常规单模光纤光纤（G.652G.652）*采用大有效纤芯面积采用大有效纤芯面积光纤（光纤（LEAFLEAF）*控制入纤功率控制入纤功率四波混频（四波混频（FWMFWM）入纤功率是影响光纤非线性效应入纤功率是影响光纤非线性效应的决定参数的决定参数限定入纤光功率在一定范围内，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。

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通道间隔和光谱范围的方式得到一定程度的缓解。

到一定程度的缓解。

光纤非线性效应的抑制光纤非线性效应的抑制DWDMDWDM系统关键技术系统关键技术DWDM系统基本结构系统基本结构光转发器光转发器11输入输入信道1信道N信道1信道N光转发器光转发器nn光合波器光分波器接收接收11接收接收nn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输出网络管理系统若干关键技术的提出若干关键技术的提出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光转发技术光转发技术掺铒光纤放大器（掺铒光纤放大器（掺铒光纤放大器（掺铒光纤放大器（EDFAEDFA）技术技术技术技术WDMWDM系统的监控技术系统的监控技术系统的监控技术系统的监控技术若干关键技术的提出若干关键技术的提出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光转发技术光转发技术掺铒光纤放大器（掺铒光纤放大器（掺铒光纤放大器（掺铒光纤放大器（EDFAEDFA）技术技术技术技术WDMWDM系统的监控技术系统的监控技术系统的监控技术系统的监控技术光源（激光器）光源（激光器）主要参数：

主要参数：

*波长稳定性波长稳定性*色散容限色散容限类型：

类型：

*直接调制直接调制*EAEA调制调制*马赫马赫-策恩德策恩德（M-Z）（M-Z）调制调制*电折射调制电折射调制光源技术主要需要解决两大问题：

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波长稳定问题的解决办法：

波长稳定问题的解决办法：

精密的管芯温度控制技术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。

提高光源色散容限的方法：

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目前实用化的外调制激光器的种类：

EAEA调制调制电吸收激光器（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W