光纤通信及DWDM传输系统共105页

低损耗窗口
>300nm
增增益益窗窗口口 3300nnmm ~~ 6600nnmm
PPDDFFAA
EEDDFFAA 波长
SSOOAA
SSRRAA
850
1310
1550
nm
26
发射和接收有源部分
27
DWDM系统对光发射和光接收的 基本要求
中心波长和中心频率
标称中心频率或波长是以193.1THz（1552.52nm)为中 心、间隔为100GHz的整数倍。
* 操作简单
O-E
电信号处理
DFB 激光器
E-O
电光调制器
36
合波和分波无源部分
37
波分复用器分类：
1、粗波分复用器
• 980/1550、1480/1550泵浦/信号波分复用 器（全光纤熔融拉锥型）。
• 1310/1550波分复用器（全光纤熔融拉锥 型）。
• 1550波段内粗波分复用器（有可能用全光 纤熔融拉锥方法实现）。

D

U

n
OSC
OS
C
OBA
OWU
EMU
1
2 O
M


U

n
15
开放式系统的关键技术------
波长转换(Wavelength Convertion)
开放式系统 集成式系统
各种设备供应厂家 各种速率接入 任意波长接入 各种数据格式 任意时刻接入 成本较高
没有互操作性 成本较低
16
DWDM系统的五大组成部分
34
光接收机
入射光
短程传输接收：PIN 长程传输接收：APD
电信号
接收机必须承受的影响： 信号畸变 噪声 串扰

根据组网需求选择合适的DWDMOTN设备类型，如骨干网设备、汇 聚层设备 数，如传输速率、波长范围、调制格 式等。
设备兼容性
选择兼容现有网络设备和系统的 DWDM-OTN设备，减少对现有网络 的冲击。
设备可维护性
选择易于维护和管理的DWDM-OTN 设备，降低运营成本。
THANKS
感谢观看
是一种将多个不同波长的光信号复用到同一根光纤中进行传输的 技术。
光传送网络（OTN）
是一种以波分复用技术为基础，用于传送高速数字信号的网络架构 。
DWDM-OTN设备
集成了DWDM技术和OTN功能的传输设备，支持高速数据传输和 大容量业务汇聚。
DWDM-OTN设备特点
高速率
支持Gbps级别的高速数据传 输。
物联网应用
物联网的快速发展将推动 DWDM-OTN设备在物联 网数据传输方面的应用。
未来发展趋势
智能化
未来DWDM-OTN设备将更加智 能化，具备自动化配置和管理能
力，降低运维成本。
集成化
随着技术的发展，DWDM-OTN设 备将更加集成化，实现更小体积、 更低成本。
绿色化
环保意识的提高将推动DWDMOTN设备向绿色化方向发展，降低 能耗和资源消耗。
根据设备的维护手册，定期进行预防性维 护，如清洁设备、更换滤网等。
常见故障处理
光路故障
光路故障通常表现为光功率下降或光信噪 比不足。处理方法包括检查光缆连接、清
洁光器件、调整光路参数等。
配置错误
配置错误可能导致设备无法正常工作。处 理方法为核对配置文件，确保配置参数正
确无误。
电接口故障
电接口故障表现为通信中断或数据传输错 误。处理方法包括检查线缆连接、更换接 口模块、测试通信协议等。

中心频率 193.6 193.5 193.4 193.3 193.2 193.1 193.0 192.9 192.8 192.7 192.6 192.5 192.4 192.3 192.2 192.1
4 波系统 * * * *
8 波系统 * * * * * * * *
16 波系统 * * * * * * * * * * * * * * * *
（a）现实的需要性，以2.5Gb／s系统为例， 16波分单向就可达到40Gb／s的传输速率， 这足以满足未来几年的业务需求；
（b）技术的可行性。当前波分复用器件和激 光器元件的技术都满足16个波长以上的复用。
从当前应用上看，WDM系统只用于 2.5Gb／s以上的高速率系统。因而在制定规 范的过程中，我们主要考虑了基于2.5Gb／s SDH的干线网WDM系统的应用，承载信号为 SDH STM-16系统，即2.5Gb/s×N的WDM 系统。对于承载信号为其他格式(例如IP)的系 统和其它速率（例如10Gb/s×N）暂不作要 求。
开放式波分复用系统：就是波分复用器前端 加入波长转移单元OTU，将当前SDH的 G.957接口波长转换为G.692的标准波长光 接口。可以接纳过去的老SDH系统，并实 现不同厂家互联，但OTU的引入可能对系 统性能带来一定的负面影响。
双向WDM系统在设计和应用时必须要考虑几个关 键的系统因素：
如为了抑制多通道干扰(MPI)，必须注意到光反射的影响、 双向通路之间的隔离、串扰的类型和数值、两个方向传输的功 率电平值和相互间的依赖性、光监控信道(OSC)传输和自动功 率关断等问题，同时要使用双向光纤放大器。
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1 1,
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1 2,
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1 3
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1 4

（1）SDM靠增加光纤数量的方式线性增加传输系统的容量， 传输设备也线性增加。空分多路复用的扩容方式十分受限。
（2）TDM是比较常用的扩容方式，从PDH的一次群至四次群 的复用，到SDH的STM-1、STM-4、STM-16至STM-64的复用。 但达到一定的速率等级时，会受到器件和线路等特性的限制。
4．DWDM网络的保护
点到点线路保护主要有两种保护方式
一种是基于单个波长、在SDH层实施的1+1或1︰N的保护；
另一种是基于光复用段上的保护，在光路上同时对合路 信号进行保护，这种保护也称光复用段保护（OMSP）。
另外还有基于环网的保护。
13.3 波长计划
分类
简单WDM（简称WDM）：1310nm/1550nm，用于PON接入网络 CWDM（Coarse WDM）：
将主信道进行放大，然后将主信道与OSC合路并送入光纤。如图137所示。
图13-7 OLA信号流向图
（3）光分插复用器（OADM） OADM设备接收线路的光信号后，先提取监控信道，再
用WPA将主光通道预放大，通过MR2单元把含有16或32路 STM-16的光信号按波长取下一定数量后送出设备，要插入 的波长经MR2单元直接插入主信道，再经功率放大后插入本 地光监控信道，向远端传输。以MR2为例，其信号流向如图 13-8所示。
DWDM技术不仅大幅度地增加了网络的容量，而且还充分 利用了光纤的宽带资源，减少了网络资源的浪费。
光波分复用(WDM)技术是在一芯光纤中 同时传输多波长光信号的一项技术。其 基本原理是在发送端将不同波长的光信 号组合起来，并耦合到光缆线路上的同 一根光纤中进行传输，在接收端将组合 波长的光信号分开，并作进一步处理， 恢复出原信号后送入不同的终端。

FOH FOH FOH FOH
123 … N 1 … N 1 … N 1 … 时隙
一帧
图7.11 数字信号的时分复用
PDH（Plesiochronous Digital Hierarchy）是指准同 步数字体系。根据国际电报电话咨询委员会CCITT （现改为国际电联标准化组织ITU-T）G.702建议， PDH的基群速率有两种， 即PCM30/32路系统和PCM24 路系统。 我国和欧洲各国采用PCM30/32路系统， 其 中每一帧的帧长是125μs，共有32个时隙（TS0～ TS31），其中30个为话路（TS1～TS15和TS17～ TS31），时隙TS0被用作帧同步信号的传输，而时隙 TS16用作信令及复帧同步信号的传输。
每个时隙包含8 bit， 所以每帧有8×32=256 bit， 码速 率为256 bit×（1/125 μs）=2.048 Mb/s。 日本和北美使 用的PCM24路系统， 基群速率为1.544 Mb/s。 几个基 群信号（一次群）又可以复用到二次群， 几个二次群 又可复用到三次群……。 表7.1是PDH各次群的标准比 特率。
模拟信号
输出信号
6
6
抽 样4
4
滤波
2
2
0
0
量化 3
67
5 12
6 3
7
5
1
2
解码
编码
011 110 111 101 001 010 (3) (6) (7) (5) (1) (2)
011 110 111 101 001 010 (3) (6) (7) (5) (1) (2)
图7.10 PCM编码和解码过程
PCM编码包括抽样、 量化、 编码三个步骤， 如 图7.10左半部分所示。 把连续的模拟信号以一定的抽 样频率f或时间间隔T抽出瞬时的幅度值， 再把这些幅 度值分成有限的等级， 四舍五入进行量化。 如图中把 幅度值分为8种， 所以每个范围内的幅度值对应一个量 化值， 这8个值可以用3位二进制数表示， 比如0对应 000， 1对应001， 2对应010， 3对应011， 4对应100， 5对应101， 6对应110， 7对应111。

4．波长可调谐半导体激光器
✓ 是波分复用系统、相干光通信系统及光交换网络的关键器 件。
✓ 可以根据需求进行光波长的改变。
✓ 改变波长的方法：改变注入电流，使发光材料的折射率发 生变化，从而在一定范围内改变和控制激光器输出波长。
6.1.3 光波转换器（OTU）
1．OTU的基本结构和工作原理
✓ 功能：实现非标准波长与标准波长之间的互换 ✓ 波长转换方式:光/电/光（O/E/O）变换方式和全光变换方
（2）EDFA 3种不同的结构方式（泵浦方式） ✓ 同向泵浦方式、反向泵浦方式、双向泵浦方式。
（3） EDFA的工作原理
✓ 在泵浦光的作用下，使EDF出现粒子数反转分布，在信号光 的激励下产生受激辐射使光信号得到放大。
✓ 工作能级：E1，E2，E3． ✓ 泵浦源选择：980nm和1480nm。 ✓ 波长选取原则：泵浦效率高。 ✓ 两种泵浦波长比较：
980nm属三能级系统，增益高，泵浦效率高，噪小。 1480 nm二能级系统，可单模传输，可用单模光纤制作定 向耦合器实现信号光与泵浦光低损耗耦合。
4．EDFA的噪声和性能指标
（1）放大器的噪声 ✓ 主要为自发辐射。 （2）EDFA的性能指标 ✓ 净增益或增益反映信号光经过光纤放大器后得到了多大加强。
EDFA的优点： ✓ 工作波长与光纤低损窗口一致； ✓ 耦合效率高； ✓ 能量转换效率高； ✓ 增益高，噪声低，输出功率大； ✓ 增益稳定； ✓ 可实现透明传输。 EDFA的缺点： ✓ 波长固定； ✓ 增益带宽不平坦。
3． EDFA的结构与工作原理
（1）EDFA的基本结构组成 ✓ 掺铒光纤（EDF）、泵浦光源、耦合器、隔离器、滤波器等。
6.1.2 光源类型
1．单纵模激光器

表8.2是国际电信联盟对CWDM信道间隔的划分。全波长18个 光信道。
8.2 WDM的基本组成
前边已介绍，也可自己看看这一节内容。
8.3 WDM系统中的关键器件
8.3.1 WDM系统中的光源
1. WDM系统对光源的要求
LED：谱线宽度50~100nm,输出功率低，调制速率低，不适于 WDM光源。 F-P腔LD：谱线宽度8nm左右，可作为粗波分复用（CWDM）。
☆ 光频分复用 (OFDM) 波分复用密集程度与电通信的频分复用密集程度相当时。
8.1 WDM工作原理 8.1.1 WDM工作原理
目前单波长可以达到40Gb/s，但原中继器已经不能胜任， 单波长提高传输容量必须构建新的路由，升级比较困难。
升级措施：
（1）波分复用：每个波长无须达到40Gb/s，多个波长可大幅度 提高通信容量。当今采用波分复用技术最高速率已达到11Tb/s。 （2）采用光时分复用和光码分复用：但目前技术还不很成熟。 单波长时分和码分在实验室已经达到640Gb/s (0.64Tb/s)。 我们重点讲解波分复用技术。
收端要求，必须自动进行调谐，（自动检测波长，转换到相 应光电二极管上）时间要求几ns。
8.3.3 WDM系统中的光放大器
对WDM系统若用过去的中继器，光电光，只能真对一 个波长，多个波长则会使中继器十分庞大，是不现实的。
用掺铒光纤放大器EDFA，在1550nm窗口附近，约有35nm 带宽。可以对该波长范围的WDM系统进行光放大。
（3）光栅外腔激光器
在LD外边增加一个可移动和可转动的光栅，该光栅与LD 的自然解理面构成一个外腔。移动光栅可粗调，转动光栅可细 调。调谐范围达80nm，不足之处，体积大，稳定性差，调谐 速度慢，早期曾用于WDM系统，现在只当作测试光源。

（a）信号光和连续光同向输入
（b）信号光和连续光反向输入
图6-10 基于SOA的XGM型全光波长变换器
3.OTU应用
图6-12 没有再生中继功能的OTU应用示例
图6-13 OTU作为再生中继器的应用示例
6.2 DWDM基本网络单元设备
DWDM基本网络单元设备，一般按用途可分为： 光终端复用设备（OTM），光线路放大设备 （OLA）、光分插复用设备（OADM）和光交叉连 接设备（OXC）等4种类型。本节分别简介它们的 基本结构及功能。
STM-16
光输入 O/E
G.957
抖动抑制
STM-16 光输出
E/O
G.692
B1检出
图6—15 TWC板的原理框图
TWC板具有再生中继功能，可完全达到ITU-T 规定的输入抖动容限和抖动转移特性等性能指标；
TWC板提供再生段B1字节的监测（B1误码上报、 B1过限、B1劣化），可以通过对B1字节的监测 定位线路的故障所在；
在光接收机，先将光监控信号与业务信号分离，然后把经 长途衰减了的主业务弱光信号（1 530～1 556 nm）进行 前置放大器（OPA），由分波器从业务信道中分出各种波 长的光信号送入接收机。接收机不仅要满足灵敏度、过载 功率等参数的要求，还要能承受有一定光噪声的信号，要 有足够O/E的电带宽特性。
6.1.2 DWDM在传输网中的定位
DWDM是一种能在一根光纤上同时传送多 个携带有信息（模拟或数字）的光载波， 可以承载SDH业务、IP业务、ATM业务。 只需通过增加波长（信道）实现系统扩容 的光纤通信技术。它将几种不同波长的光 信号组合（复用）起来传输，传输后将光 纤中组合的光信号再分离开（解复用）， 送入不同的通信终端，即在一根物理光纤 上提供多个虚拟的光纤通道，我们也可以 称之为虚拟光纤。DWDM在系统中的位置 如图6- 2 所示。

光纤光栅的原理和应用
探索光纤光栅的原理和应用，如反射型光栅和传感型光栅，以及它们在光通 信系统中的特殊应用。
复用技术中的光星交换和光网交换
介绍复用技术中的光星交换和光网交换，包括交换机制、路由算法和网络拓扑结构等关键知识。
《DWDM技术原理》PPT 课件
本课件将介绍DWDM技术原理，包括光纤通信的基本原理、光学放大器的工 作原理等内容，让您全面了解光通信技术的核心知识。
光纤通信的基本原理
深入了解光纤通信的基本原理，包括光纤的构造、工作原理以及信光学放大器的工作原理，如掺铒光纤放大器（EDFA）和拉曼散射光纤放大器（Raman Amplifier），以及 它们在DWDM系统中的应用。
光纤传输的架构
解析点对点光纤传输的架构，包括端到端通信的流程和光纤连接的布局策略。
DWDM系统的光路复用技术
详细介绍DWDM系统中的光路复用技术，包括波分复用（WDM）、密集波分 复用（DWDM）以及其在高容量传输中的应用。
性能指标的量化和评估方法
说明DWDM系统中性能指标的量化和评估方法，包括比特错误率（BER）和 信噪比（SNR）等关键指标的计算和分析。