波分技术之入门篇V10课件

英文标题:40-47pt 副标题:26-30pt字体颜色:反白内部使用字体:FrutigerNext LT Medium外部使用字体:Arial中文标题:35-47pt字体:黑体 副标题:24-28pt字体颜色:反白字体:细黑体 2008 HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All Rights Reserved2024/7/4波分技术之入门篇波分技术之入门篇目 录n基础知识基础知识n节点模型n线路配置n业务收发n网络演进Page 3 波分登场我的英文名叫做“Wavelength Division Multiplexing”，简称“WDM”我的中文名叫做“波分复用”，简称“波分波分”Page 4(波分)是什么?l先回先回忆一下初中物理一下初中物理课的材料：牛的材料：牛顿的三棱的三棱镜实验1）白光（也称为灰光/灰白光）能分解成不同颜色的单色光；2）单色光可以复合为白光；色散色散光谱光谱棱镜使白光分开成各种单色光的现象叫做色散（顾名思义：颜色散开了）红、橙、黄、绿、青、蓝、紫这样的颜色排列叫做光谱各色光以不同角度折射，结果就被分开成颜色光谱。折射率与 波长波长 相关。波长越小折射率越大。为什么可以把白光分开？为什么可以把白光分开？光学的可逆性光学的可逆性Page 5n一根光一根光纤中有多个波道中有多个波道 vs 一条高速公路有多个一条高速公路有多个车道道n两根光两根光纤 vs 双向双向车道；道；n信号信号/小小车；光放站光放站/加油站加油站 ；监控信道控信道/巡巡逻车波分系统与高速公路系统类似波分系统与高速公路系统类似高速公路加油站巡逻车10G40G100G波分复用基本原理波分复用基本原理定定义：将不同波将不同波长的光信号复用到一根光的光信号复用到一根光纤中中进行行传送的方式称送的方式称为波分复用；波分复用；发端端MUX器件将不同波器件将不同波长的光复用到一个光的光复用到一个光纤中中传输，收端，收端DMUX反之。反之。n密集波分复用，密集波分复用，简称称DWDM Dense Wavelength Division Multiplexingn粗波分复用粗波分复用简称，称，简称称CWDM Coarse Wavelength Division Multiplexing单纤单向M40M40MUXDMUXOTUOTU灰光灰光彩光彩光彩光彩光灰光灰光Page 6Page 7波分系统主要构件波分系统主要构件n 40波的波波的波分分复复用的用的WDM系系统的的总体体结构主要有：构主要有：n 光波光波长转换单元（元（OTU）；）；n 波分复用器：分波波分复用器：分波/合波器（合波器（ODU/OMU）；）；n 光放大器（光放大器（BA/LA/PA）；）；n 光光/电监控信道（控信道（OSC/ESC）。）。OTUOTUOTUOM/OAOA/ODOTUOTUOTUOSCOSCOSCOAADMREGADMREGREGREGADMREGADMREGREGREG.10G10GPage 8波分的价值波分的价值:光层直达光层直达!（用（用OLA替代替代REG）DWDMDWDMADMADM.ADM.10G10G 80*10G/40G/100GOAOAOA10GE/100GE10GE/100GEADM波分为什么越来越重要？波分为什么越来越重要？大容量大容量低成本低成本 透明透明传送送WDMn波道数量：波道数量：32/40 80/96 160/192n 波道速率波道速率:2.5G/10G 40G 100G400G/1Tn透明透明传输n效率高效率高n使用光放站替代使用光放站替代电中中继站站nOne for All&All in One n波分是大容量波分是大容量业务长距离距离传输的唯一解决方案的唯一解决方案 n波分能波分能够对所有所有业务信号信号实现“透明透明”传输n采用低成本的光放站取代昂采用低成本的光放站取代昂贵的的电中中继，成本，成本优！Page 9Page 10ndB是一个表示两个功率是一个表示两个功率量量的比的比值(P1/P2)，是一个相，是一个相对值，使用以，使用以10为底的底的对数乘以数乘以10来表示，来表示，为10lg（P1/P2)；ndBm是一个表征功率的是一个表征功率的单位，是一个位，是一个绝对值，与，与mW相相对应，使用，使用以以10为底的底的对数除以数除以1mW来表示，来表示，为10lg（P/1mW)；n大家可能要大家可能要问，不用，不用10进制代表功率的比制代表功率的比值，不用，不用mW代表光功率代表光功率数不用，数不用，为什么非要引入什么非要引入dB/dBm这两种两种对数表示方法？数表示方法？主要是基于两个方面的考主要是基于两个方面的考虑，一是可以将很大或者很小的数，一是可以将很大或者很小的数，简化化为人人们比比较熟悉的数量，例如：增益熟悉的数量，例如：增益1000倍，接收灵敏度倍，接收灵敏度0.001mW，不如不如说增益增益30dB，接收灵敏度，接收灵敏度-30dBm简单。二是可以将乘除法。二是可以将乘除法变成成加减法，通加减法，通过查对数表来数表来处理复理复杂的的计算，算，这在在计算机算机还没有普及的没有普及的年代，具有很大的好年代，具有很大的好处。dB/dBm是什么？是什么？Page 11n高高锟（Charles Kuen Kao，1933年年11月月4日），日），华裔物理裔物理学家，生于中国上海，祖籍江学家，生于中国上海，祖籍江苏金山，能操粤金山，能操粤语、吴、吴语、普通、普通话、英、英语、法、法语。1949年移居香港，完成中学教育后赴英留学，年移居香港，完成中学教育后赴英留学，他他拥有英国、美国国籍，及持有香港居民身份。高有英国、美国国籍，及持有香港居民身份。高锟为光光纤通通讯、电机工程机工程专家，家，华文媒体誉之文媒体誉之为“光光纤之父之父”、普世誉之、普世誉之为“光光纤通通讯之父之父”（Father of Fiber Optic Communications），），曾曾任香港中文大学校任香港中文大学校长。因。因为“在在光光传输于于纤维的光学通信的光学通信领域突破性成就域突破性成就”，高，高锟荣荣获2009年年诺贝尔物理学物理学奖！光纤之父光纤之父-高锟高锟(2009年诺贝尔物理奖年诺贝尔物理奖)n在高在高锟之前，光之前，光纤衰耗系数衰耗系数远大于大于20dB/Km，传输只有只有12Km，应用非常受限！用非常受限！n1966年年7月，高月，高锟通通过在在ITT公司的研究公司的研究实践，在践，在PIEE杂志上志上发表了一篇著名的文表了一篇著名的文章章用于光用于光频的光的光纤表面波表面波导，该文从理文从理论上分析上分析证明了用光明了用光纤作作为传输媒体以媒体以实现光通信的可能性；光通信的可能性；设计了通信用光了通信用光纤的波的波导结构构；更重要的是他指明了制造通；更重要的是他指明了制造通信用的超低衰耗光信用的超低衰耗光纤的可能性与研究方向，的可能性与研究方向，即加即加强原材料提原材料提纯，加入适当的，加入适当的掺杂剂，可把光可把光纤的衰耗系数降到的衰耗系数降到20dB/km以下以以下以实现通信。康宁公司将高通信。康宁公司将高锟的梦想的梦想实现！Page 12光纤的结构光纤的结构 光光纤是由是由圆柱形玻璃柱形玻璃纤芯和玻璃包芯和玻璃包层构成，最外构成，最外层是一种是一种弹性耐磨性耐磨的塑料的塑料护套，整根光套，整根光纤呈呈圆柱形。柱形。问题：纤芯的折射率芯的折射率n1 和包和包层的折射率的折射率 n2 哪个更大一些？哪个更大一些？光纤的结构光纤的结构Page 13n1*Sin A1=n2*Sin A2SinAc=n2/n1 所以：所以：A1 =Ac折射定律以及全反射定律：折射定律以及全反射定律：光在光纤中传输的原理光在光纤中传输的原理纤芯的折射率芯的折射率n1大于包大于包层折射率折射率n2，这也是光信号在光也是光信号在光纤中中传输的必要条件。的必要条件。折射n 2n1ln 1 n 2A2A1n2n1全反射包层纤芯护套Page 14l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，分为按照传输模式的数量多少，分为单模光纤单模光纤和和多模光纤多模光纤：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，通常直径等于径较粗，通常直径等于50um左右；左右；当光纤的几何尺寸可以与光波长相比拟时，即纤芯的几何尺寸与光信号当光纤的几何尺寸可以与光波长相比拟时，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（主模波长相差不大时，光纤只允许一种模式（主模/基模）在其中传播，其余的基模）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，通高次模全部截止，这样的光纤叫做单模光纤。单模光纤的纤芯直径较细，通常直径为常直径为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小于1mm；波分系统里用的都是单模光纤！波分系统里用的都是单模光纤！单模光纤单模光纤/多模光纤多模光纤Page 15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。光纤的损耗限制了光信号的传播距离。光纤的损耗主要包含的特性。光纤的损耗限制了光信号的传播距离。光纤的损耗主要包含吸收损耗、散射损耗、弯曲损耗三种损耗。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；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；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；光纤的弯曲会引起辐射损耗；决定光纤衰减常数的损耗主要是吸收损耗和散射损耗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的衰耗特性光纤的衰耗特性Page 16光纤衰耗系数随波长变化曲线（损耗谱）光纤衰耗系数随波长变化曲线（损耗谱）n 波长不同，损耗不同：850nm/1310nm/1550nm通常简称第1/2/3窗口；n1380nm附近由于氢氧根粒子吸收，光纤损耗急剧加大，俗称水峰（Water Peak）；nITU-T将单模光纤在1260nm以上的频带划分了O、E、S、C、L、U等6个波段；n容易看出，在这6个波段中，C波段和L波段损耗最小！但仅有C波段才是天命所归！Page 17波段说明范围（nm）带宽（nm）O波段波段原始原始12601360100E波段波段扩展扩展13601460100S波段波段短波长短波长1460153065C波段常规波长1530156540L波段长波长1565162560U波段波段超长波长超长波长1625167550WDM中信号光窗口范围中信号光窗口范围nC波段和波段和L波段这两个传输窗口的传输衰耗最小，所以波段这两个传输窗口的传输衰耗最小，所以DWDM系统中信号光选择在系统中信号光选择在C波波段和段和L波段。波段。经过多年发展，大浪淘沙，经过多年发展，大浪淘沙，时间证明时间证明C波段才是波分的天命所归！波段才是波分的天命所归！nSDH/PTN/Router等短距使用等短距使用O波段的波段的1310nm窗口，长距离也使用窗口，长距离也使用C波段波段1550窗口；窗口；n粗波分由于传输距离短粗波分由于传输距离短，一般情况先，其衰，一般情况先，其衰耗并非主要限制因素，所以耗并非主要限制因素，所以CWDM系统中系统中信号光可以跨越多个波段（信号光可以跨越多个波段（13111611nm）。）。Page 181311nm1331nm1351nm1371nm1411nm1431nm1451nm1471nm1491nm1511nm1531nm1551nm1571nm1591nm1611nm1391nm1271nm1291nm光纤固有的衰减曲线水峰CWDM（粗波分），常用的为8波系统lITU-T 694.2 定定义的的18个个CWDM 波波长，波，波长间隔达到隔达到20nm光纤衰耗光纤衰耗(dB/km)波长（nm）商用商用CWDM系统使用的系统使用的8个波长个波长G.652a、G.652b光纤在光纤在 E 波段的水峰？波段的水峰？城域内敷设的大部分都是常规G.652a光纤，制造过程中由于提纯不足，引入了水分，OH-（氢氧根离子）大量吸收光波能量，这时1385nm处光纤衰耗飙升到2dB/km，基本不可用。2001左右发明的G.652c光纤（“全波光纤”，也称“低水峰光纤”），才能消除水峰的影响。普通单模光纤的衰减随波长变化示意图普通单模光纤的衰减随波长变化示意图S-BandC-BandL-Band1.00.10.40.81）衰减太大，）衰减太大，一般不使用一般不使用2）产业链少，）产业链少，供货周期长供货周期长考虑实际铺设考虑实际铺设的光纤的的光纤的“水峰水峰”限制，限制，E波段波段不能被应用不能被应用O-BandE-BandG.655光纤截止波长光纤截止波长1450nmG.655a光纤的截止波长1430nm，可开通8波。LEAF光纤的截止波长1470nm，无法开通8波系统。Page 19DWDM标准：C波段40波或80波l主流主流DWDM应用集中在应用集中在C波段（波段（C波段衰减最小）波段衰减最小）n更多的波长、更大的波段（如更多的波长、更大的波段（如L波段）不是当前演进方向波段）不是当前演进方向p当前重点是提升单波长的速率（40G100G400G/1T）PS:由于DWDM相邻中心波长数值差为100GHz，所以 DWDM的波长常以的波长常以 Hz 为单位为单位 进行说明。而CWDM相邻中心波长数值差为20nm，所以CWDM的波长常以的波长常以 nm 为单位为单位 进行说明。注：黄色区域是40波的中心波长Page 20为什么为什么C波段波段80波系统成为主流？波系统成为主流？1，L波段的由于需要独立使用一套系统（波段的由于需要独立使用一套系统（Mux/DeMux/放大器等），放大器等），如果使用如果使用C+L波段来传送波段来传送160波，就需要使用波，就需要使用2套系统），性价比不如套系统），性价比不如2套套C-Band系统。因此在成本上，传输规格上没有竞争力，产业链也系统。因此在成本上，传输规格上没有竞争力，产业链也发展不起来，已经被淘汰出局；发展不起来，已经被淘汰出局；2，目前仅有日本公司如，目前仅有日本公司如NEC/富士通等使用富士通等使用L波段设备来解决波段设备来解决G653光光纤传输难题，闭门造车纤传输难题，闭门造车，难，难成气候；成气候；3，在，在2006年前后，年前后，96/192波的波的50/25GHz的波分系统曾经热过一阵子的波分系统曾经热过一阵子，如，如Huawei/AL/Ciena等公司曾经推广过，但产业链不成熟，发展不等公司曾经推广过，但产业链不成熟，发展不起来，仅在海缆上有少量应用，但在路缆上基本不再使用；起来，仅在海缆上有少量应用，但在路缆上基本不再使用；4，对于，对于88波系统，其容量仅比波系统，其容量仅比80波系统提升波系统提升10%，但其光层成本要，但其光层成本要增加增加20%以上，传输距离要减少以上，传输距离要减少15%以上，得不偿失。噱头而已！以上，得不偿失。噱头而已！因此，因此，50GHz的的80波波WDM产业链最成熟，性价比最好，应用最广泛产业链最成熟，性价比最好，应用最广泛！Page 21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。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。n 光纤中的色散可分为光纤中的色散可分为模式色散模式色散、色度色散色度色散、偏振模色散偏振模色散：u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；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；u色度色散（简称色度色散（简称CD）也称为模内色散，可以分为材料色散和波导色散；）也称为模内色散，可以分为材料色散和波导色散；u偏振模色散（简称偏振模色散（简称PMD）是由于信号光的两个正交偏振态在光纤中有不同的传播速）是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，偏振模色散是由随机因素产生的，因而其为一随机量，难补偿；度而引起的，偏振模色散是由随机因素产生的，因而其为一随机量，难补偿；n 色度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，用色度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表表示，单位是示，单位是ps/nm.km。偏振模色散系数则用。偏振模色散系数则用PMD来表示，单位是来表示，单位是ps/km1/2（km1/2 即即 ）光纤中的色散特性（光纤中的色散特性（CD/PMD）Page 22从从从从TDMTDM信号角度上信号角度上信号角度上信号角度上说，色散将导致码说，色散将导致码说，色散将导致码说，色散将导致码间干扰。间干扰。间干扰。间干扰。n n 光源是非零光源是非零光源是非零光源是非零谱宽谱宽的，光源的，光源的，光源的，光源输输出的光信号被出的光信号被出的光信号被出的光信号被电电脉冲脉冲脉冲脉冲进进行行行行强强度度度度调调制制制制 ，调调制信号具有制信号具有制信号具有制信号具有调调制光源的每一波制光源的每一波制光源的每一波制光源的每一波长长成分成分成分成分 。n n由于各波由于各波由于各波由于各波长长成分到达的成分到达的成分到达的成分到达的时间时间先后不一致，因而使得光脉冲加先后不一致，因而使得光脉冲加先后不一致，因而使得光脉冲加先后不一致，因而使得光脉冲加长长（T+TT+T），），），），这这叫叫叫叫作作作作脉冲展脉冲展脉冲展脉冲展宽宽。光脉冲。光脉冲。光脉冲。光脉冲传输传输的距离越的距离越的距离越的距离越远远，脉冲展，脉冲展，脉冲展，脉冲展宽宽越越越越严严重。脉冲展重。脉冲展重。脉冲展重。脉冲展宽宽将使前后光脉冲将使前后光脉冲将使前后光脉冲将使前后光脉冲发发生重叠，称生重叠，称生重叠，称生重叠，称为码间为码间干干干干扰扰。码间码间干干干干扰扰将引起将引起将引起将引起误码误码，限制了，限制了，限制了，限制了传输传输的的的的码码速率和速率和速率和速率和传输传输距离。距离。距离。距离。n n但从但从但从但从WDMWDM角度上角度上角度上角度上说说，色度色散有利于克服光，色度色散有利于克服光，色度色散有利于克服光，色度色散有利于克服光纤纤的非的非的非的非线线性造成的信道性造成的信道性造成的信道性造成的信道间间干干干干扰扰，如如如如FWMFWM和和和和XPMXPM。因此，需要辨因此，需要辨因此，需要辨因此，需要辨证证的看待色度色散的影响。的看待色度色散的影响。的看待色度色散的影响。的看待色度色散的影响。色度色散色度色散CD的影响的影响Page 23ITU-T已经在已经在G.652、G.653、G.654（海缆，这里不做讨论）和（海缆，这里不做讨论）和G.655建建议中分别定义了议中分别定义了4种不同设计的单模光纤，区别见下表：种不同设计的单模光纤，区别见下表：类型型 定定义 适用范适用范围 主要指主要指标G.652标准准单模光模光纤（SMF），是指），是指色散零点（即色散色散零点（即色散为零的波零的波长）在在1310nm附近的光附近的光纤。SDH系系统、DWDM系系统均可。均可。衰耗：衰耗：1310nm窗口目前一般在窗口目前一般在0.3-0.4dB/km，典型，典型值0.35dB/km；1550nm窗口目前一般在窗口目前一般在0.17-0.25dB/km，典型典型值0.20dB/km；色散：零色散波色散：零色散波长的允的允许范范围是是1300nm到到1324nm。在。在1550nm窗口的色散系数是正的。在波窗口的色散系数是正的。在波长1550nm处，色散系数，色散系数D的的典型典型值是是17ps/nm-km，最大，最大值一般不超一般不超过20ps/nm-km；G.653色散位移光色散位移光纤（DSF），是指），是指色散零点在色散零点在1550nm附近的光附近的光纤，它相，它相对于于标准准单模光模光纤（G.652），其色散零点），其色散零点发生生了移了移动。SDH系系统可以，可以，DWDM一般不采用，一般不采用，存在存在严重四波混重四波混频非非线性性问题，波分，波分传输能力能力较差！差！衰减：衰减：1310nm波段：波段：0.55dB/km，目前没有掌握典型，目前没有掌握典型值数据。数据。1550nm波段：波段：0.35dB/km，目前一般在，目前一般在0.19-0.25dB/km；色散：色散：G.653的零色散波的零色散波长在在1550nm附近，在附近，在1525-1575nm范范围内，最大色散系数是内，最大色散系数是3.5ps/nm-km，在，在1550nm窗口，特窗口，特别是是在在C_band，色散位移光，色散位移光纤的色散系数太小或可能的色散系数太小或可能为零；零；G.655非零色散位移光非零色散位移光纤（NZDSF），将色散零点的），将色散零点的位置从位置从1550nm附近移开一定附近移开一定波波长数，使色散零点不在数，使色散零点不在1550nm附近的附近的DWDM工作波工作波长范范围内。内。SDH/DWDM系系统均均可，但更适合可，但更适合SDH系系统的的传送。送。衰减：衰减：1310nm波段：波段：ITU-T无无规定。定。1550nm波段：波段：0.35dB/km，目前一般在，目前一般在0.19-0.25dB/km。色散：当色散：当1530nm 1565nn，0.1ps/nm-km|D()|6.0 ps/nm-km；655光光纤色散系数没有典型色散系数没有典型值，因厂家而异，常，因厂家而异，常见的有的有4.5ps/nm.km和和6pm/nm.km。需要。需要实地确地确认。G.652/G.653/G.655三种单模光纤比较三种单模光纤比较Page 24G.652/G.653/G.655光纤的色散特点光纤的色散特点色散系数色散系数(ps/nmkm)正色散系数正色散系数G.655光纤光纤波长波长(nm)负色散负色散系数系数G.655光纤光纤15501310171.1550nm波长区具有最小色散和衰减，适合DWDM系统、高速SDH信号传输2.应用：TrueWave真波光纤(正色散区的SPM效应有利于传输)；LEAF-大有效面积光纤（克服非线性效应）G.652光纤:大量部署，高速信号需色散补偿！G.653光纤:1550nm波长区混频严重，不太适合DWDM！世易世易时移，攻守之移，攻守之势易矣！易矣！n在在SDH时代，色散是光代，色散是光纤传输主要矛盾与瓶主要矛盾与瓶颈！n但在但在WDM时代，无代，无论是是With DCM的非相干系的非相干系统，还是是DCM free的相干系的相干系统，色散都不再是瓶，色散都不再是瓶颈，主要矛盾都是非主要矛盾都是非线性性/信噪比！信噪比！因此，因此，G.652更适合更适合波分波分传输！Page 25n n 从本从本质上上讲，所有介，所有介质都是非都是非线性的，只是一般情况下非性的，只是一般情况下非线性特征很小，性特征很小，难以以表表现出来。当光出来。当光纤的入的入纤功率不大功率不大时，光，光纤呈呈现线性特征，当光放大器和高功率性特征，当光放大器和高功率激光器在光激光器在光纤通信系通信系统中使用后，光中使用后，光纤的非的非线性特征愈来愈性特征愈来愈显著；著；n单模光模光纤的非的非线性效性效应一般可以分：一般可以分：n受激非受激非弹性散射（受激拉曼散射性散射（受激拉曼散射SRS、受激布里渊散射、受激布里渊散射SBS）、）、n克克尔效效应（自相位（自相位调制制SPM、交叉相位、交叉相位调制制XPM、四波混、四波混频FWM/G653）n n 注意：注意：非非线性效性效应一旦一旦产生，就无法消除或生，就无法消除或补偿，必，必须尽量防止非尽量防止非线性效性效应的的产生！生！n使用模使用模场直径大的光直径大的光纤，可以降低通，可以降低通过光光纤的功率密度，可以抑制非的功率密度，可以抑制非线性效性效应的的产生。生。最主要我最主要我们可以通可以通过降低入降低入纤光功率、采用大有效面光功率、采用大有效面积光光纤等来防止非等来防止非线性效性效应的的发生。生。非非线性效性效应与色散相关，色散并不是越小越好。与色散相关，色散并不是越小越好。单模光纤的非线性效应单模光纤的非线性效应Page 26n n 在光在光在光在光纤纤中，光能量不完全集中在中，光能量不完全集中在中，光能量不完全集中在中，光能量不完全集中在纤纤芯中芯中芯中芯中传输传输，部分能量在包，部分能量在包，部分能量在包，部分能量在包层层中中中中传输传输，纤纤芯的芯的芯的芯的直径不能反映光直径不能反映光直径不能反映光直径不能反映光纤纤中光能量的分布中光能量的分布中光能量的分布中光能量的分布 ，于是提出了模，于是提出了模，于是提出了模，于是提出了模场场直径的概念。直径的概念。直径的概念。直径的概念。n n 模模模模场场直径就是描述直径就是描述直径就是描述直径就是描述单单模光模光模光模光纤纤中光能集中程度的参量中光能集中程度的参量中光能集中程度的参量中光能集中程度的参量 n n模模模模场场直径越小，通直径越小，通直径越小，通直径越小，通过过光光光光纤纤横截面的能量密度就越横截面的能量密度就越横截面的能量密度就越横截面的能量密度就越大。当通大。当通大。当通大。当通过过光光光光纤纤的能量密度的能量密度的能量密度的能量密度过过大大大大时时，会引起光，会引起光，会引起光，会引起光纤纤的非的非的非的非线线性效性效性效性效应应，造成系，造成系，造成系，造成系统统的的的的光信号的光信号的光信号的光信号的质质量劣化，量劣化，量劣化，量劣化，大大影响大大影响大大影响大大影响系系系系统统性能。性能。性能。性能。思考：此值是越大越好还是越小越好？思考：此值是越大越好还是越小越好？思考：此值是越大越好还是越小越好？思考：此值是越大越好还是越小越好？光纤的模场直径光纤的模场直径l125ml8.6-9.5mlG.652l125ml7.8-8.5mlG.653l125ml9.5-10.5mlG.654l125ml8-11mlG.655无无论是是With DCM的非相干系的非相干系统，还是是DCM free的相干系的相干系统，色散都不再是瓶，色散都不再是瓶颈，主要矛盾都是非主要矛盾都是非线性与性与OSNR受限！因此，模受限！因此，模长直径大，非直径大，非线性小，可以承受更高性小，可以承受更高入入纤光功率的光功率的G.652光光纤，更适合，更适合40G/100G等高速波分网等高速波分网络！为什么为什么G652传输性能最好？模场直径！传输性能最好？模场直径！Page 27Page 28n什么是彩光，什么是灰光（白光什么是彩光，什么是灰光（白光/灰白光）？灰白光）？n为什么波分系什么波分系统中中经常使用常使用dB/dBm？3dB是很大的数是很大的数吗？n波分系波分系统中使用的是中使用的是单模光模光纤还是多模光是多模光纤？n单模光模光纤中中损耗最小的窗口是哪些窗口？耗最小的窗口是哪些窗口？n 信号光在信号光在单模光模光纤中中传输会遇到哪些会遇到哪些问题？n G.652/653/655光光纤各自的特点是什么？各自的特点是什么？n 色散是不是越小越好？色散是不是越小越好？为什么什么G.653光光纤不适合波分不适合波分传输？n为什么波分越来越重要？什么波分越来越重要？n为什么什么C波段波段80波系波系统会成会成为主流？主流？n为什么使用什么使用L波段可以解决波段可以解决G653光光纤的四波混的四波混频问题？n日本公司采用的日本公司采用的L波段的解决方案有波段的解决方案有竞争力争力吗？为什么？什么？第一章基础知识第一章基础知识 思考题思考题目 录n基础知识n节点模型节点模型n线路配置n业务收发n网络演进Page 30波分系波分系统光信统光信号走向（一个光方向）号走向（一个光方向）OTUMUXDMUXOAOSCFIUFIUOSCOTUOTUOTUOTUOTUlDCMFIUOAOSCOAFIUOSClDCMOTM站点站点OTM站点站点OLA光放站光放站光监控通光监控通道道OSC如如何工作？何工作？对光光监控的要求：控的要求：n不不应限制限制OA上的上的泵浦光波浦光波长；n不不应限制未来限制未来1310nm波波长的的业务；nOA失效失效时仍有效；仍有效；n可超可超长传输；具有分段双向；具有分段双向传输功能。功能。M40M40FIUOTU1OTU2OTU3OTU4OTU1OTU2OTU3OTU4FIUOSCOSCSCCSCCPage 31OTM站点主站点主要构件与信号走向要构件与信号走向OTU140M40M40M40D 40 OBUOAUDCMFIUSC1Client signalWDMOTUOTUOTU140Optical Terminal Multiplexer（OTM/光终端复用站光终端复用站):Page 32FIUFIUSC2 OAUDCMOAUDCMOLA站点主站点主要构件与信号走向要构件与信号走向Optical Line Amplifier(OLA/光放站光放站):Page 33电中继主要构件与信号走向电中继主要构件与信号走向FIUFIUOAOAOAOASC2M40M40M40D 40M40M40D 40M40OTUOTUOTUOTUlNote:Signals are regenerated through the regenerating OTU.Regenerator（电中继站）（电中继站）:Page 34OADM站点主站点主要构件与信号走向要构件与信号走向FIUFIUOAOAOAOASC2TL1n8MR2MR2OTUOTUOTUOTUOptical Add/Drop Multiplexer(OADM/光分叉复用站光分叉复用站):Page 35Page 36n光信号在波分系光信号在波分系统中是怎么走的？中是怎么走的？n线路上的光放大器坏了，会影响路上的光放大器坏了，会影响OSC监控信号控信号传送送吗？n线路上的光放大器坏了，会影响路上的光放大器坏了，会影响ESC监控信号控信号传送送吗？n光信号在光信号在OLA站点是怎么走的？站点是怎么走的？n光信号在光信号在OTM站点是怎么走的？站点是怎么走的？n光信号在光信号在REG站点是怎么走的？站点是怎么走的？n光信号在光信号在OADM站点是怎么走的？站点是怎么走的？n电中中继站点与站点与OTM/OADM站点有什么区站点有什么区别？n采用并采用并联方式方式(如如MRx单板）板）节点点扩容，会中断容，会中断业务吗？为什么？什么？第二章节点模型第二章节点模型 思考题思考题目 录n基础知识n节点模型n线路配置线路配置n业务收发n网络演进Page 38同样是一跳，可能相差十万八千里！同样是一跳，可能相差十万八千里！nOTS(Optical Transmission Section)nOMS(Optical Multiplexing Section)nOCh(Optical Channel)OAOTUM40OMOTUOAOAM40ODOTUOTUOTSOTSOMSOChn波分中的一跳（波分中的一跳（级），指最小的），指最小的传输跨段，也叫光放段，或者跨段，也叫光放段，或者OTS Hop；n一般来一般来说，路由器所，路由器所说的一跳，并不考的一跳，并不考虑物理物理层，但至少要包括一个，但至少要包括一个OCH。Page 39波分传输主要受限因素以及解决方案波分传输主要受限因素以及解决方案光功率光功率Optical Power 色散色散DispersionPMD/DGD光信噪比光信噪比OSNR DHD JGDJ D J线路配置目路配置目标(BER101E-12)非非线性性Nonlinearity 光在光在线路上路上传输主要主要问题Key Factors in Optical LinePage 40信噪比与误码率有函数关系，判断更直观信噪比与误码率有函数关系，判断更直观！OLA OLA MUX/DeMUXMUXDeMUXOAOAOTUOTUDigital Signal Analog SignalRouterDigital SignalRouter5005000Km10m10Km10m10KmIP over WDMIP over WDMPage 41光功率预算根据衰耗配置放大器光功率预算根据衰耗配置放大器SRPout PinLSite ASite BnFiber loss(dB)+Margin（3dB）Pout(dBm)-Pin(dBm)nL(km)x a(dB/km)+Margin(3dB)Pout(dBm)-Pin(dBm)其中a为光纤衰耗系数(Attenuation Coefficient)，G652/655光纤衰耗系数一般按照 a=0.275dB/km估算(通常为 0.20.3dB/km)。Page 42放大器做什么？（放大器做什么？（Optical Amplifier）Amplified optical signalInput optical signalOA光放大器OA即无需光-电-光转换，能直接将光信号放大的器件常用放大器有两种：掺铒光纤OA（EDFA）、拉曼放大器RamanPage 43掺铒光纤放大器掺铒光纤放大器EDFA工作原理工作原理受激辐射lEr3+离子能极图E2 暂稳态E3 激发态E1 基态1550nm信号光子1550nm信号光子980nm泵浦光子Page 44EDFA放大器的结构与优缺点放大器的结构与优缺点耦合器掺铒光纤隔离器泵浦源隔离器光电检测PINTAP信号输入TAP信号输出光电检测PINn工作波长与单模光纤的最小 n衰减窗口一致n耦合效率高n能量转换效率高n增益高、噪声指数较低、n输出功率大、增益稳定性n增益区间固定受限 n增益不平坦性n光浪涌问题优点优点缺点缺点n 受激拉曼散射（受激拉曼散射（SRS:Stimulated Raman Scattering）PumpGain30nm 13THz (70100nm)Pump370100nm30nmGainPump2Pump1Page45拉曼放大器工作原理拉曼放大器工作原理 HBAINOUTC-RPCLINESYSPage 46单级光放的结构与信道增益计算单级光放的结构与信道增益计算n信道增益信道增益(dB)=输出光功率输出光功率 (dBm)输入光功率输入光功率 (dBm)nChannel gain(dB)=Pout(dBm)-Pin(dBm)OBUINOUTVOADCMTDCRDCPage 47多级光放的结构与信道增益计算多级光放的结构与信道增益计算nChannel gain(dB)=Pout(dBm)-Pin(dBm)nChannel gain(dB)+Insert loss of DCM(dB)Max.total gain(dB)-VOA loss(2dB)DCMBAPAVOAINOUTOAUTDCRDCVOAPage48l色度色散（色度色散（ps/nm）=距离（距离（km）x 色散系数（色散系数（ps/nm.km）pG.652光纤：色散系数=17ps/nm.km，一般按照20ps/nm.km来估算；pG.655光纤：色散系数=4.5ps/nm.km，一般按照5ps/nm.km估算。l由于由于PMD无法无法补偿，在，在实际工程中主要考工程中主要考虑色度色散的色度色散的补偿问题；l在在长距离系距离系统中，采用色散中，采用色散补偿模模块（DCM/DCU/FBG）进行行补偿。OMS距离距离L(km)站点 A站点 B色色散计算散计算TimePowerTransmittingL1(km)TransmittingL2(km)Optical pulsesPage49Signal Rate(Gb/s)ModulationTechnoloyDispersion Tolerance(ps)(G65220ps/nm.km)Transmission Distance(km)(G6555ps/nm.km)Transmission Distance(km)2.5GNull12800640256010G NRZ/Super 8004016040GODB3501770eDQPSK4002080BPSK60,0003,00012,000100GQPSK-SDV155,0002,75011,000常用常用OTU的色散容限及计算方法的色散容限及计算方法n在非相干系统中，除了在非相干系统中，除了2.5G2.5G系统（已经很少用），系统（已经很少用），10G/40G10G/40G系统无色散补偿的传输系统无色散补偿的传输 距距离一般只有离一般只有2040Km2040Km（G652G652光纤），或者光纤），或者70160Km70160Km（G655G655光纤），都非常有限！光纤），都非常有限！因此，在非相干系统中，每个复用段的色散都要补偿好，否则会影响业务正常开通。因此，在非相干系统中，每个复用段的色散都要补偿好，否则会影响业务正常开通。n在相干系统中，由于色散补偿（在相干系统中，由于色散补偿（CD/PMDCD/PMD）都通过每个）都通过每个OTUOTU的高速的高速DSPDSP芯片在电域进芯片在电域进行实时行实时运运算补偿，色散容限都比较大，色散问题从算补偿，色散容限都比较大，色散问题从此似乎可此似乎可以高枕无忧！以高枕无忧！Page50色散色散补偿方式主要有两种：方式主要有两种：n光域色散光域色散补偿 预补偿/集中补偿(G.652)；FBG集中补偿（Leaf），斜率补偿（G.653），分带色散补偿（早期海缆使用）等等。n电域色散域色散补偿（DCM free：精于心，：精于心，简于形！）于形！）色散补偿方法色散补偿方法AWSMD4D40M40A106A106B103IBA101A10685.00km28.50 dBG652ICA101A10165.00km22.50 dBG652Work OSNR=22.7dB/22.7 dB60.00km21.00 dBG652DWSMD9M40B103A101A106M40电域色散域色散补偿主要在主要在纯相干相干40G/100G网网络中使用！光中使用！光层配置配置设计越来越越来越简单！Page 51光域色散补偿光域色散补偿n目前降低色度色散的影响主要是采用色散补偿模块对光纤中的色散累积进行补偿,主要方式为使用DCF（色散补偿光纤）。n色散斜率补偿nFBG色散补偿n分带色散补偿色散系数色散系数G.652普通色散补偿光纤DSCF:色散斜率补偿光纤波长波长Page 52色散补偿配置方法色散补偿配置方法+1360ps/nm Dispersion at Node 3 Length(km)G.652 Fiber:Dispersion Coefficient=17ps/nmkmDispersion(ps/nm)20km80kmOTM 1M40D40AOLA 2AD7.4dB20.0kmG.652OLA 3DA20.6dB80.0kmG.652OLA 4AC9.6dB30.0kmG.652OTM 5CD40M4016.2dB60.0kmG.6520Node 230km60kmDCM ADCM DDCM ADCM CNode 3Node 4Node 5Node 1+170ps/nm Dispersion at Node 5 Page53Polarization Mode Dispersion(偏振模色散偏振模色散简称称PMD).什么是偏振模色散（什么是偏振模色散（PMD）Fast in propagationSlow in propagationDelay timeSignal responseDetectorpowerTime Fast in propagationSlow in propagationDirection of propagation(fiber)由于信号光的两个正交偏振由于信号光的两个正交偏振态在光在光纤中有不同的中有不同的传播速度而引起的色散称偏振模播速度而引起的色散称偏振模色散，它也是光色散，它也是光纤的重要参数之一，的重要参数之一，尤其在尤其在40G/100G等高速波分系等高速波分系统！引起偏振模色散的因素是随机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，生的，因而偏振模色散是一个随机量，难以以补偿。Page54nDGD(ps)=x PMD coefficient(ps/km1/2)nDGD:Differential Group Delay，一般采用DGD平均值，最大值为平均值的3倍。Signal Rate(Gb/s)ModulationTechnoloyDGD Tolerance(ps)(1.0ps/km1/2)Transmission Distance(km)(0.5ps/km1/2)Transmission Distance(km)(0.2ps/km1/2)Transmission Distance(km)2.5GNull401,6006,4004000010GSuper 224841,9361210040GODB2416100eDQPSK8642561600BPSK309003,60022500100GQPSK-SD256252,50015625常用常用OTU的的DGD容限及计算方法容限及计算方法n当光纤当光纤PMDPMD系数小于系数小于0.5ps/km0.5ps/km1/21/2时，除了非相干时，除了非相干40G40G（如（如eDQPSK/ODBeDQPSK/ODB）传输距离小于）传输距离小于1000Km1000Km之外，其余传输距离均大于之外，其余传输距离均大于1000Km1000Km，DGDDGD一般不是主要受限因素。一般不是主要受限因素。n当光纤当光纤PMDPMD系数大于系数大于0.5ps/km0.5ps/km1/21/2时，时，10G/40G/100G10G/40G/100G系统均为系统均为DGDDGD受限系统！受限系统！因此，因此，PMDPMD系数必须与客户确认清楚，尤其是拉美地区！否则，差之毫厘谬之千里！系数必须与客户确认清楚，尤其是拉美地区！否则，差之毫厘谬之千里！Page55多个复用段多个复用段DGD计算方法计算方法Span1Span1Span2Span2Span3Span3Span4Span4A AB BC CD DE En光纤类型，衰耗系数，以及光纤类型，衰耗系数，以及PMDPMD系数，这三个参数必须明确，尤其在系数，这三个参数必须明确，尤其在40G/100G40G/100G系统中，系统中，PMDPMD必须搞清楚！必须搞清楚！否则会影响成本相差否则会影响成本相差300%300%！不是！不是30%30%！n拉美地区，以及英法德意，西班牙等西欧老牌资本主义国家，以及美国等等，拉美地区，以及英法德意，西班牙等西欧老牌资本主义国家，以及美国等等，这些国家有些光纤由于铺设年代久远；或者架在空中，随风飘摇；或者还有少这些国家有些光纤由于铺设年代久远；或者架在空中，随风飘摇；或者还有少量量G.653G.653，其其PMDPMD系数甚至会大于系数甚至会大于1.0ps/km1.0ps/km1/21/2，请大家小心谨慎。，请大家小心谨慎。Page56nOSNR(dB)=10 x log =Psignal(dBm)-Pnoise(dBm)nOSNR:Optical Signal to Noise Ratio光信噪比nASE:Amplified Spontaneous Emission 自发辐射噪声 lNF:Noise Figure噪声指数噪声指数光信噪比的定义光信噪比的定义(OSNR)Page 57为什么为什么OSNR在波分系统中逐级降低？在波分系统中逐级降低？距离距离 (km)光功率光功率(dBm)P信号 P噪声（噪声（ASE）OSNR(dB)距离距离(km)M40M40OAOAOAOAM40D40OAOAOTUOTUOTUOTUOTS 1OTS 2OTS 3OTS 4OTS 5Page 58常用常用OTU的的OSNR容限容限波道波道速率速率调制制码型型FEC 模式模式背靠背背靠背OSNR（EOL)一般一般业务OSNR最低要求最低要求*对应单板板2.5GNRZNull20.0dB26.0dB?LQM10GNRZAFEC12.3dB16.0dBTN53ND2Super AFEC10.3dB14.5dBTN52ND240GODBAFEC16.5dB20.0dBTN54NS3T03eDQPSKAFEC13.5dB17.0dBTN54NS3T01BPSK AFEC11.0dB14.5dBTN56NS3T100GePDM-QPSKHD-FEC15.5dB18.0dBTN54NS4T01ePDM-QPSKSDV1-FEC14.0dB17.5dBTN54NS4T11/TN56NS4T01ePDM-QPSKSDV2-FEC12.5dB15.5dBTN57NS4Page 59OSNR优化之屠龙刀：确定瓶颈在哪里？优化之屠龙刀：确定瓶颈在哪里？1 1，对于单个放大器：，对于单个放大器：OSNR=58+Pin-NFOSNR=58+Pin-NF 光放的光放的输入光功率输入光功率PinPin一般为负值，变化范围宽，对一般为负值，变化范围宽，对OSNROSNR影响很影响很大，噪声指数大，噪声指数NFNF一般在一般在46dB46dB左右，左右，变化范围窄，变化范围窄，对对OSNROSNR影响不是影响不是那么那么大。大。后向后向RamanRaman的噪声指数的噪声指数NFNF等效于等效于-1.5dB-1.5dB，对于超过，对于超过26dB26dB的跨段，的跨段，增加后向增加后向RamanRaman（如如RAURAU）对）对OSNROSNR提升帮助很大。提升帮助很大。注意：注意：使用使用RamanRaman放大放大器器有安全问题，并且需要熔纤，或者使用特殊的活接头，否则会经常烧有安全问题，并且需要熔纤，或者使用特殊的活接头，否则会经常烧坏光纤坏光纤。印印度运营商由于光纤差度运营商由于光纤差，就禁，就禁止使用止使用RamanRaman！2 2，对于多个放大器或者多个复用段：，对于多个放大器或者多个复用段：1/OSNRtatol=1/OSNRtatol=1/OSNRi1/OSNRi 这个公式成立的单位是这个公式成立的单位是1010进制，类似进制，类似并联电阻并联电阻(1/R(total)=(1/R(total)=1/Ri)1/Ri)，因此业务的，因此业务的OSNRtatolOSNRtatol主要取决于主要取决于OSNRiOSNRi最差的最差的那一级光放或者复用段；那一级光放或者复用段；如果单位改为如果单位改为dBdB，需要先转换为，需要先转换为1010进制，再套用上述公式。进制，再套用上述公式。Page 60如何克服非线性？如何克服非线性？n新的新的码型技型技术10G SuperWDM，40GQPSK/BPSK，100G QPSK。n色散管理技色散管理技术Leaf/G653采用FBG集中补偿/斜率补偿，100G电域色散补偿。n入入纤功率控制功率控制G655采用-1或-3dBm入纤，G653采用-5或-7dBm入纤。n波道波道间隔技隔技术OSNR要求不高的10G业务用短波长，100G则使用长波长。Page 61光接口定义光接口定义Page 62波分如何波分如何PK