波分产品基础原理课件.ppt

1、2022-12-11DWDM精品培训课件系列波分产品基础原理Page 2波分设备基础基础波分概念Page 3波分设备可以看作一个独立的传输系统（可视为黑盒），这个系统的输入侧我们称之为客户侧，系统的输出侧称之为波分侧。客户侧（Client side）：客户的业务如SDH/IP/ATM等业务从此侧接口接入，通常也称为业务侧。波分侧（Line side）:将客户侧信号进行处理后输出标准的OTN彩光信号。121 2 nnClient sideLine sideCWDM和DWDMPage 4从波长间隔上，可以将波分设备分为两种，CWDM即稀疏波分和DWDM即密集波分。稀疏波分通常简称为稀波，对应密集波

2、分简称为密波。CWDM和DWDM最大的区别表现在频域上，CWDM的波长间隔为20nm，而DWDM波长间隔最小可以做到25GHz，约 0.2nm。ITU-T G.694.2定义了CWDM的波长范围，覆盖了单模光纤系统的O、E、S、C、L等五个波段。CWDM成本低，但传输能力远不及DWDM。192 wavelengths at the extended C band with 25 GHz channel spacing196.05THz192.125THz160 wavelengths at C band192.05THz32 extended wavelengths191.275THzITU-

3、T G.694.1DWDM使用更密集的波长间隔，且目前仅使用了单模光纤系统的C波段。波长间隔最小可以做到25GHZ，即单纤160波。华为DWDM间隔为50GHZ，为单纤80波设计。华为波分产品解决方案Page 5BWS 1600GOSN 1800华为波分目前主打产品均为DWDM，主要包含OSN 1800，BWS 1600G,OSN3800,OSN6800/8800/9800等产品形态，根据所配置单板的不同，截止2013年，提供从单波2.5GHz到单波100GHz的传输速率，并支持电层/光层ASON等特性，可以灵活地覆盖多种传输场景。相关设备的详细参数请查阅“硬件指南”Page 6系统模型 单板

4、类型波分系统逻辑模型Page 7波分设备作为传送网络中的一个节点，整个站点可以从逻辑上看做一个黑盒子，这个“盒子”的输入即为客户侧的各种业务，如语音、数据等业务类型，输出为可以直接在单模光纤中传输的光信号。这种光信号已经经过了波分复用，我们称之为合波合波。站点根据类型的不同，可以大致分为业务上下站点和光放大站点（简称OLA站点）两类，业务上下站点又可根据上下方式的不同分为OTM/FOADM/ROADM等不同类型。OTUOTUFIUMUXOASite A线路长纤OSCOSC客户业务客户业务客户业务客户业务合波合波放大放大合入监控信道合入监控信道客户业务转换为客户业务转换为OTNOTN业务业务完整

5、的端到端信号流Page 8OTUOTUFIUMUXOASite AOSCOSCDMUXOAOTUOTUOTUOTUFIUMUXOASite BOSCOSCDMUXOAOTUOTU在发送端，OTU类单板将客户侧业务转换成符合OTN协议的标准信号，通过合波器MUX将单个波长标准信号复用在一根光纤中。光放大单板OA将信号加以放大，输入FIU单板中，由FIU合入OSC通信监控信号，最后送入线路长纤中进行传送。在接收端将逆向将信号解复用由对应OTU将信号转换后输出。站在客户侧的角度，整个传输网络底层传输细节不可见，因此可以将波分网络看作一根光纤可以将波分网络看作一根光纤。DWDM系统中的OTU单板Pag

6、e 9Board typeNameDescriptionOptical Transponder Unit(Line board)LOG8 x Gigabit Ethernet unitLSX10 G bit/s wavelength conversion boardLTX10-Port 10Gbit/s Service Multiplexing&Optical Wavelength Conversion BoardTributary Unit(T board)TOA8 Any-rate Ports Service Processing BoardTDX2 x 10G tributary ser

7、vice processing boardTQX4 x 10 Gbit/s tributary service processing boardLine Unit(N board)NS21 x 10G line service processing boardND22 x 10G line service processing boardNQ24 x 10G Line Service Processing BoardNS340G line service processing boardNS4100G line service processing board注：这个表格仅列出了部分注：这个表

8、格仅列出了部分6800/8800OTU单板单板(9800见下页见下页)，详细列表请参阅，详细列表请参阅硬件指南硬件指南Page 10Board typeNameDescriptionTributary Unit(T board)T13030路2.5G支路业务处理板T2161610Gbit/s支路业务处理板T302240Gbit/s支路业务处理板Line Unit(N board)N2161610Gbit/s线路业务处理板N302240Gbit/s线路业务处理板N4011路100G线路业务处理板N4022路100G线路业务处理板注：这个表格仅列出了注：这个表格仅列出了9800V1R1中支线路单板

9、，关于单板更多信息请参考中支线路单板，关于单板更多信息请参考9800对应版本的对应版本的规划指南规划指南OTU单板命名规律Page 11OSN 6800OSN 6800、OSN 8800OSN 8800 OTUOTU单板命名规律如下：单板命名规律如下：第一位，标识单板类型：第一位，标识单板类型：L开头，为波长转换板，又称L板T开头，除TMX和TDC外，都为支路板，又称T板N开头，线路板，68/88平台上有这几种线路板，NS2，ND2，NQ2，NS3，NS4，其中NS4为100G单板。例外：例外：TMX为将四路STM-16、OC-48、OTU1（不带FEC）复用到一路OTU2，输出为10G。TD

10、C为可调色散补偿板，不参与业务处理第二位，标识业务数量：第二位，标识业务数量：S，表示一路，如LSX表示一路10G信号D，表示两路，Q，表示4路，O，表示8路，T，表示10路例外：例外：L4G是个例外，这个单板其实是接6路LWX2，LWXS，LWXD是比较简单的单板，其功能只是将不符合标准的波长ANY信号转换成符合标准的ANY信号，无须配置。LEM24和LEX4第二位不符合此规律，LEM24接入24路任意速率，LEX4接入4路10G业务，E表示以太网业务，这两个板子都是输出最多两路10GE信号。LSX L R单板类型业务数量单板类型通道数量其他Page 12第三位，标识业务类型，如果是数字表示

11、速率，如果是字母表示业务类型：第三位，标识业务类型，如果是数字表示速率，如果是字母表示业务类型：G，表示GE业务，速率1.25G，M，表ANY业务，速率16M-2.7G，X，表10G业务S，表示2.5G业务，代表为STM-64，OC-48和OTU1，这个板子目前只有TQSC，表示100G业务，如TSC,LSC2，表示10G速率，如NS2，ND2，NQ23，表示40G速率4，表示100G速率，如NS4第四位（如果有），如果为数字表示通道数量，如果为字母，表示是否支持双发选收第四位（如果有），如果为数字表示通道数量，如果为字母，表示是否支持双发选收S，表示单发单收，D，表示双发选收第四位为数字的O

12、TU单板只有LWX2，即为将两路10G非标准波长转换为标准波长。例外，例外，TSXL例外，该板有两个版本，TN11与背板交叉4路ODU1信号，TN53与背板交叉1路ODU3信号。LSXL第三位和第四位合在一起表示40G速率第五位（如果有），目前仅存在于LSXLR等单板，表示是否为中继。Page 1398009800单板命名规律单板命名规律相比68/8800命名，9800单板命名要更加简单明了。第一位，字母，单板类型包括T和L，9800平台无光波长转换第二位，数字，业务速率包括1，2，3，4，分别表示2.5G，10G，40G，100G从第三位开始，表示业务数量T21 6单板类型业务速率业务数量O

13、TUOTU属于种类最多的单板类型，通常仅需掌握属于种类最多的单板类型，通常仅需掌握OTU单板配置模型Page 14OTU单板可以分为两种类型，T板+N板和波长转换板。波长转换板更像一个通道，将客户侧（client side）信号直接转换为OTN信号并在波分侧（line side）输出。T板+N板模型则需要单独的交叉板支持，由T板将客户侧光信号转换为电信号，电信号再送入交叉板中进行处理，再由交叉板将处理后的电信号送到N板进行电光转换，最终由N板输出符合标准的OTN信号。常见的合分波单板Page 15M40/M40VD40/D40VRMU9RDU9WSM9WSD9ROAMWSMD9常用光放单板Pa

14、ge 16Board typeBoard nameGain(DB)Maximum output(dBm)EDFAOAU10016-25.518OAU10120-3120OAU10220-3117OAU10324-3620OAU10523-3423OAU10616-2320OBU101201.516OBU103231.520OBU104171.516OBU22323RomanCRPCFiber type relatedEDFA+RomanRAUFiber type relatedPage 17优点优点缺点缺点EDFAConsistent with the low attenuation wind

15、ow High energy conversion efficiency High gain with little cross-talkGood gain stability增益范围固定增益不平坦Optical surge problemRamanFlexible gain wavelength Simple structure Nonlinear effect can be reduced;Low noiseHigh pump power,low efficiency and high cost;Components&fiber undertake the high power;EDFA,

16、EDFA,Erbium Doped Fiber Amplifier，即掺铒光纤放大器，1928 年Raman 观察到了受激拉曼散射（SRS）现象，1972 年Stolen 等发现了石英光纤中的Raman 增益，并测定了增益系数，发现在很宽的频率范围内都有增益，这非常适合于做宽带放大器。在80 年代，在光纤通信需求的推动下曾经出现过一阵子研究光纤拉曼放大器的热潮，但拉曼放大器泵浦效率低，而且需要合适的泵浦波长。到了19851986 年间，英国南安普敦大学的Payne 等人有效地解决了掺铒光纤的淬灭问题，EDFA生产的关键技术被突破，EDFA开始大规模应用，拉曼放大器逐渐演化为与EDFA配合，利拉

17、曼的低噪声和EDFA的高增益实现光纤线路信号放大。Page 18光传送技术为什么需要这样的系统？为什么需要这样的单板？这一切还得从光纤说起传输媒介，光纤Page 19光纤类型光纤类型G.652,G.653,G.655光纤特性光纤特性损耗，色散，非线性效应n2n1RefractionReflectionCladdingCoreCoating光纤类型，G.652/G.653/G.655 单模光纤Page 20常见的光纤类型有G.652,G.653,和G.655 等三种，这三种光纤特性如下表所示：TypeDefinitionScopeMain SpecificationsG.652G.652标准单模

18、光纤，0色散区域在1310 nm附近在SDH和DWDM系统中均有应用衰耗：衰耗：在1550nm附近（波分系统所用波段）的衰耗在0.17-0.25dB/km左右，典型值为0.20db/km。色散：色散：652光纤在1550nm附件的色散为17ps/(nm.km)，最大值不超过20ps/(nm.km)G.65320世纪80年代中期，人们开发成功了一种把零色散波长从1.3m移到1.55m的色散位移光纤。ITU把这种光纤的规范编为G.653。SDH中应用较多，波分系统中很少用衰耗：在1550nm附近（波分系统所用波段）的衰耗在0.17-0.25dB/km左右，典型值为0.20db/km。色散：652光

19、纤在1550nm附件的色散不超过0.35ps/(nm.km)，一般在0.19-0.25ps/(nm.km)范围内。G.655色散位移光纤在1.55m色散为零，在DWDM传输中FWM的干扰就会十分严重；如果有微量色散，FWM干扰反而还会减小。针对这一现象，人们研制了一种新型光纤，即非零色散光纤（NZDSF）G.655。在SDH和DWDM系统中均有应用衰耗：在1550nm附近（波分系统所用波段）的衰耗在0.19-0.25dB/km左右，典型值为0.35db/km。色散：如果波长在1530 nm 与1565 nm之间，色散在0.1至6ps/(nm.km)之间，一般色散在4.5ps/(nm.km)至6

20、ps/(nm.km)区间内。光纤衰耗，理解光纤连接中的衰耗Page 21吸收损耗吸收损耗光纤中的吸收损耗主要包括本征吸收损耗、杂质吸收损耗和原子缺陷吸收损耗。本征吸收损耗在光学波长及其附近有两种基本的吸收方式:紫外吸收损耗和红外吸收损耗。杂质吸收损耗主要是指光纤中的有害杂质，如氢氧根离子、铁、钴、镍等过渡金属离子对光的吸收造成的损耗。原子缺陷吸收损耗主要是指在光纤的制造过程中产生原子缺陷，此时晶格很容易在光场的作用下产生振动，从而吸收光能，引起损耗，其峰值吸收波长约为630nm左右。散射衰耗散射衰耗包括线性散射损耗（如瑞利散射和波导散射损耗）和非线性损耗。瑞利散射是一种最基本的散射过程，对于短

21、波长光纤，损耗主要取决于瑞利散射损耗。另外，光纤结构不完善也会引起的散射损耗，在光纤制造过程中，由于工艺等原因可能造成光纤结构上的缺陷也会导致线性散射损耗。非线性散射损耗主要是指受激喇曼散射和受激布里渊散射。弯曲衰耗弯曲衰耗光纤的弯曲有两种形式：一种是曲率半径比光纤的直径大得多的弯曲，我们习惯称为弯曲或宏弯；另一种是光纤轴线产生微米级的弯曲，这种高频弯曲习惯称为微弯。在光缆的生产、接续和施工过程中，不可避免地出现弯曲。微弯是由于光纤受到侧压力和套塑光纤遇到温度变化时，光纤的纤芯、包层和套塑的热膨胀系数不一致而引起的，其损耗机理和弯曲一致，也是由模式变换引起的。光纤损耗估算方法：光纤损耗估算方法

22、：Fiber loss(dB)=上游站点光放输出功率上游站点光放输出功率 下游站点下游站点光放输入功率光放输入功率色散,长距传输关键限制因素Page 22简单的说，色散就是在传输的过程中信号发生的脉冲展宽现象，可以分为三种简单的说，色散就是在传输的过程中信号发生的脉冲展宽现象，可以分为三种类型类型:模式色散（仅存在多模光纤中），色度色散(CD)和偏振模色散(PMD)色度色散产生的原因：由于实际光源都不是纯单色光源，而不同波长的光以不同的速度在光纤中传输从而引起不同的时间延迟，最终导致色度色散的产生。偏振色散产生的原因：我们知道光也是一种电磁波，是由两个相互垂直的偏振（偏振可以理解为波在某一个方

23、向的振动）组成的。只有在折射率为理想圆对称中，两个偏振模的时间延迟在相同，然而实际光纤的纤芯折射率并不是完全各个方向相同，导致两个相互垂直的偏振模的传输速度不同，产生不同的时间延迟，这种色散就称为偏振色散（PMD）。TimePowerTransmittingL1(km)TransmittingL2(km)Optical pulses非线性效应，高速传输中的关键考虑因素Page 23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

24、可以分为两种，克尔效应和受激散射。1.克尔效应克尔效应：光纤折射率随光强而变化的效应。n=n0+n2P/Aeff (n0:正常折射率，n2:折射率变化系数)SPM（自相位调制）XPM（交叉相位调制）FWM（四波混频）2.受激非弹性散射受激非弹性散射：光场与介质振动态声子之间的相互作用，是光子与声子之间的能量和动量交换。SRS（受激拉曼散射）SBS（受激布里渊散射）非线性一旦产生即会在传输的过程中进行累积，因此应尽量避免非线性效应的产生。关键传输技术Page 24 Signal power will change lower due to fiber loss We use amplifier

25、board to enhance optical power光纤损耗 Bit error will be caused by chromatic dispersion We use DCM or FBG board to compensate CD色度色散 System performance will change to very low because of non-line effect.We use code modulation technology and adjust fiber input power under suitable value 非线性效应OAMUXDCMOTUD

26、EMUXOTUOADCMAmplify boardsDCM boardsTo make CD compensationCodingModulationOn OTUCodingModulationOn OTU光放大技术Page 25光放大技术是抵消光纤损耗的关键技术，其核心器件为放大器，按原理不同，放大器可以分为EDFA和拉曼放大器两种。EDFA是掺铒放大器的缩写，可以在1550nm波段处提供30nm（经扩展可以达到60nm）的增益带宽，因此在光纤通信中大规模应用。EDFA放大器增益大，但增益谱不平坦，对不同波长放大增益不同。华为波分EDFA放大器可以分为两类，两级放大器OAU和单级放大器OBU

27、。OAU增益可以大范围可调，OBU增益可调范围很小。拉曼放大器是利用光纤的SRS效应制成的放大器，放大带宽大，噪声小，但增益也小。工程应用中主要有两类拉曼放大器，前向拉曼CRPC03和后向拉曼CRPC01，实际使用中后向拉曼使用较多，拉曼的实际增益与光纤类型有关系，不同的光纤类型下增益不同。RAU单板为EDFA和后向拉曼的集成单板。DCM/DCU，色散补偿单元/单板Page 26OSNR,Optical Signal-to-noise RatioPage 27随着信号在光纤中的传输，OSNR逐渐降低。OSNR是评估信号质量的重要指标。.rmmiBBBPOSNR参考带考等效噪声带效等效噪声带效通道内信号功率log*10log*10其中：Pi是第i个通路内的信号功率；Br是参考光带宽，通常取0.1 nm；Bm是噪声等效带宽；Ni是等效噪声带宽Bm范围内窜入的噪声功率。实际工程中使用积分法计算实际工程中使用积分法计算OSNROSNR或使用特殊的软件方法测得或使用特殊的软件方法测得OSNROSNR值。值。