60分钟学会波分基本原理

近红外区域：780 ~ 2526nm范围内的电磁波 WDM使用的波长范围：1260 ~ 1611 nm
肉眼勿看，安全第一 ！
禁止用眼直接观察光口，避 免激光伤害眼睛
波分复用：Wavelength-Division Multiplexing
把工作在不同载波波长上的多路光信号复用进一根光纤中传输，并能够 在接收端实现各信道分离的光通信系统称为波分复用系统。
波分技术基础原理
课程介绍
• 内容简介：
• 主要向合作伙伴介绍WDM&OTN技术原理
• 课程面向对象：
• 合作伙伴售前L2、L3人员
• 课程目标：
• 通过本课程， 合作伙伴可以了解到WDM原理、WDM系统受限因素及补 偿、WDM系统的主要构成，以及OTN基本原理、基本特性以及关键特性 和相关产品
• 版本信息：
合波后 连接OTU板线路侧 的信号
OADM 功能 MUX+DEMUX 但是一次性上下的波道数量较少
WDM引入的初衷是替代光纤
• 业务提升，部署的光纤会很快就用完。
• 例如：原来部署了6芯的光缆，DSL 数据业务用了一对，SDH又用了 一对，还要留一对预留。现在宽带上网的人多了，要增加DSLAM， 可是没有光纤资源了，该怎么办呢？
…
OTU3 λn
光缆
WDM 把光纤 资源释放 出来了！
DSLAM
纤芯（6芯）
WDM 还能完成可靠保护、故障定位
WDM 能完成性能监测（如：光功率、误码指示等）。在出现故障情况下，可识别链路 的故障是由光纤物理故障引起，还是由设备（SDH、路由器等）引起的。
WDM可以提供多少波长？相当于多少根光纤？
1571nm
P.10 距离，P.12光口参数
DWDM标准：C波段40波或80波
主流DWDM应用集中在C波段（ C波段衰减最小）
注：黄色区域是40波的中心波长
PS: 由于DWDM相邻中心波长数值差为100GHz，所以 DWDM的波长常以 Hz 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 nm 为单位 进行说明。
目录
1 WDM原理 2 WDM的系统受限因素和补偿 3 WDM系统的主要构成 4 OTN技术简介
WDM的受限因素有哪些呢？
功率与OSNR
色散容限
PMD
非线性效应
光纤衰耗系数随波长变化曲线（损耗谱）
波长不同，损耗不同：850nm/1310nm/1550nm通常简称第1/2/3窗口； 1380nm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）； ITU-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； 容易看出，在这6个波段中，C波段和L波段损耗最小！
光学的可逆性
1）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；
为什么可以把白光分开？
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 相关。波长越小折射率越大。
(波分)中的光(波长)肉眼不可见
WDM中的光位于“近红外”区域，肉眼不可见
WDM
“彩光”是什么？
WDM系统采用的各种光的 波长都是不同的，也就是特 定标准波长。为了区别于 SDH等系统的普通波长，有 时把WDM系统的波长称为 “彩光” (Colored)，而称 普通光系统的光接口为“黑 白光口” （Grey）
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表示， 单位是ps/nm.km。偏振模色散系数则用PMD来表示，单位是ps/km1/2 （km1/2 即 km ）
色度色散
1310nm 波段
S 波段
C 波段
L 波段
G.655 G.652 G.653
C波段色散量 1～6 (ps/nm*km) 17～20 (ps/nm*km) 0~3.5 (ps/nm*km)
缺点： 增益区间固定受限 增益不平坦性 光浪涌问题
优点： 灵活的增益区间 结构简单 利用了非线性效应 低噪声特性
缺点： 高泵浦功率 低能量转换效率 成本较高
OSNR
OSNR（Optical Signal Noise Ratio ）：光信噪比
光信噪比的定义是在光有效带宽为0.1nm内光信号功率和噪声功率的比值。 光信号的功率一般取峰值，而噪声的功率一般取两相临通路的中间点的功率电平。 光信噪比是一个十分重要的参数，对系统有重要意义。 对于带有ＥＤＦＡ前置放大器的系统而言，接收机内噪声的主要来源是EDFA放大器引入的。
传统CWDM: 能用，但已不是主流技术
1 常用为8波系统，每波低于2.5Gbps
单波长带宽：支持2.5G (STM-16) 单波长容量：2.5G波长支持 2*GE 系统容量：8波
2 无法使用放大器，传输距离<80km
普通掺铒光纤放大器（EDFA）的放大带宽只有约35nm（1530~1565nm）， 无法覆盖CWDM如此宽广的区域
稀疏波分技术(CWDM)
密集波分复用技术 (DWDM)
Band C
Fiber G.652 / G.655
Band L
1530
1565
1610/162l5[nm]
Loss (dB)
80波，50GHz间隔
0d 0 B -5 -1-100
-1 5
-2 0
-20
-2 5
-3 0
-30
-3 5
-4 0
-40
G.655光纤截止波长1450nm
G.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。
国内CWDM标准：4波和8波
国内标准只对4通道和8通道系统作了技术规范
实际已铺设的光纤的“水峰”限制，E波段不能被应用； O波段由于缺少实用的器件，以及10G使用该波段等限制，难以应用； 业界目前实用的是 S+C+L 三个波段的8个波长; 4通道指的是靠近1550nm窗口的4个波长：1511、1531、1551、
1 O：光处理
接收输入的光信号
3 O：光处理
调制成WDM波长输出
2 E：电路处理
λ
处理输入信号，
映射到OTN帧中
客户侧 光接口
WDM 线路光口
4路光信号转换成 1路WDM彩光波长
其次，将各种波长的光合入到一根光纤
OTU1 OTU2
光纤
OADM
Optical Add & Drop Multiplexing (光分插 复用)
从线路上下特定的波长，其它波长
保持穿通状态！
合波后 连接OTU板 的信号 线路侧
DA
λ1
MUX & DEMUX
Optical Multiplexing & De-multiplexing 光复用和光解复用。 MUX： 把多个波长合入到一根光纤上进行传送 DEMUX: 从光纤中解出各个波长
MUX: 一次性把全部波长都合进去！ DEMUX: 一次性把全部波长都解下来！
饱和输出功率 (dBm) YDFA
PDFA TDFA
EDFA
40
30
Raman放大器
20
10 0 1800
1200
1400
波 长 (nm)
1600
EDFA：掺铒光纤放大器 TDFA：掺铥光纤放大器
PDFA：掺镨光纤放大器 YDFA：掺镱光纤放大器
光放大解决了多波长传输的问题
(EDFA)
优点： 耦合效率高 能量转换效率高 增益高、噪声指数较低、输 出功率大 良好的增益稳定性
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。
光纤中的色散可分为模式色散、色度色散、偏振模色散： 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； 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；
光信噪比的计算示意
提高系统OSNR值的方法
提高系统信噪比
RAMAN放大技术 采用低噪声的前置放大器+高增益的功率放大器
降低系统对信噪比的要求
新的码型技术，不同的单波速率、码型，门限不同 前向纠错编码技术，G.709 FEC提升OSNR 5-6dB ，AFEC提升7-9dB
光纤中的色散特性（CD/PMD）
• WDM 按照系统波长数量的多少，可以分为 CWDM 和 DWDM
• CWDM：Coarse WDM，粗波分 • DWDM：Dense WDM，密集波分
20nm
λ1
λ2
λ3
λ4
Hale Waihona Puke CWDM 常用为8波CWDM系统 相邻中心波长间隔很粗：20nm
0.8nm
……
λ1 λ2
……
λ40
DWDM 40波系统: 相邻中心波长间隔很密（0.8nm） 80波系统: 相邻中心波长间隔为0.4nm
CWDM（粗波分），常用的为8波系统
• ITU-T 694.2 定义的18个CWDM 波长，波长间隔达到20nm
1）衰减太大， 一般不使用 2）产业链少， 供货周期长
考虑实际铺设 的光纤的“水 峰”限制，E 波段不能被应 用
G.652a、G.652b光纤在 E 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。