《光纖通信與數(shù)字傳輸》課件-48WDM系統(tǒng)規(guī)范和關(guān)鍵技術(shù)

光纖通信與數(shù)字傳輸?shù)谒氖酥v：WDM系統(tǒng)規(guī)范和關(guān)鍵技術(shù)

光纖通信的兩個長波長區(qū)低損耗窗口均可用，由于目前常用的EDFA工作波長為1530~1565nm，故WDM的工作波長區(qū)也為1530~1565nm。1.絕對頻率參考在WDM中，選擇193.1THz作為頻率間隔的參考頻率，因?yàn)樗绕渌厥馕镔|(zhì)的絕對主頻率參考（AFR）更好，處于幾條AFR線附近，可提供較高的頻率精度和頻率穩(wěn)定度。2.標(biāo)稱中心頻率指的是光波分復(fù)用系統(tǒng)中每個通路對應(yīng)的中心波長。在G.692中允許的通路頻率是基于參考頻率為193.1THz、最小間隔為100GHz的頻率間隔系列。一.WDM波長分配1/17頻率間隔系列選擇滿足以下標(biāo)準(zhǔn)：①至少提供16波長，當(dāng)單通路比特速率為STM-16時，一根光纖的16個通路可提供40Gbit/s的業(yè)務(wù)。②波長數(shù)量不能太多，否則監(jiān)管難度增大。③所有波長都位于光放大器增益曲線相對平坦部分(1540~1560nm)，使各波長獲得相對均衡的增益。④這些波長應(yīng)與放大器的泵浦波長(980nm和1480nm)無關(guān)。⑤所有通路在這個范圍內(nèi)均應(yīng)保持均勻間隔，主要在頻率上而不是波長上保持均勻間隔，以便與電磁頻譜分配保持一致，并允許使用按頻率間隔規(guī)范的無源器件。一.WDM波長分配2/17一.WDM波長分配3．通路間隔指相鄰?fù)烽g的標(biāo)稱頻率差，可為均勻間隔也可是非均勻間隔。非均勻間隔可用來抑制G.653中的四波混頻效應(yīng)，但G.652和G.655中為明顯觀察到，主要采用均勻間隔。G.692推薦使用有41個波長，工作區(qū)為192.1~196.1THz。4.中心頻率偏差定義為標(biāo)稱中心頻率與實(shí)際中心頻率之差。由于8通路和16通路的WDM系統(tǒng)通道間隔為100GHz和200GHz，最大中心頻率偏移均為±20GHz(約為0.16nm)。影響中心頻率偏差的主要因素有光源啁啾、信號信息帶寬、光纖的自相位調(diào)制(SPM)引起的脈沖展寬及溫度和老化的影響。3/17二.光接口1、光接口的位置光接口在WDM中十分重要，單通路和多通路接口位置見圖1和圖2。

為了在再生段上實(shí)現(xiàn)橫向兼容，SDH和WDM均有世界范圍的標(biāo)準(zhǔn)光接口。圖1單通路的光接口的位置圖2多通路的光接口的位置4/172.光接口分類由于現(xiàn)在應(yīng)用的WDM系統(tǒng)都是用于干線長途傳輸，因而我國只選用有線路光放大器的系統(tǒng)，不考慮兩點(diǎn)之間的無線路光放大器的WDM系統(tǒng)?，F(xiàn)階段我們只考慮確定8波長和16波長的應(yīng)用。對于長途W(wǎng)DM系統(tǒng)的應(yīng)用，規(guī)定了3種光接口：即8×22dB，3×33dB和5×30dB系統(tǒng)，目標(biāo)傳輸距離分別為80km、120km和100km。其中22dB、30dB和33dB是每一個區(qū)段（Span）允許的損耗，而前一個數(shù)字8（5,3）則代表區(qū)段（Span）的數(shù)目。5/17圖38×22dB系統(tǒng)的示意圖該系統(tǒng)由8段構(gòu)成，每兩個LA之間的允許損耗為22dB，BA和PA分別是功率放大器和預(yù)放大器，LA是線路放大器。假設(shè)光纖損耗以0.275dB／km為基礎(chǔ)（包括接頭和光纜富裕度），22dB對應(yīng)于80km的光纖損耗，則8×22dBWDM系統(tǒng)可以傳輸8×80km＝640km的距離，中間無電再生中繼。80km比較符合我國中繼段的情況，可以滿足大部分地區(qū)中繼距離的要求。目前干線的中繼段距離大多在50～60km。另外8×22dB系統(tǒng)技術(shù)上相對成熟，可靠性高，性能好，光信噪比（OSNR）比3×33dB和5×30dB要好4～5dB。因此可作為干線傳輸和省內(nèi)二級干線傳輸?shù)膬?yōu)選系統(tǒng)。6/17考慮到西北地區(qū)有可能出現(xiàn)超長中繼的情況，增加了3×33dB系統(tǒng)（可以傳輸3×120km＝360km），以適應(yīng)某些沙漠地區(qū)超長中繼距離的需要。另外由于5×33dB的實(shí)現(xiàn)尚需要研究，并結(jié)合我國實(shí)際情況，在中繼距離80km和120km以外，我們引入每區(qū)段（Span）損耗30dB（傳送距離為100km左右）、5個Span的系統(tǒng)，即5×30dB系統(tǒng)，作為長中繼距離，多段數(shù)的補(bǔ)充，也是5×33dB的替代。這樣使每個區(qū)段（Span）的距離由2種（80km、120km）增加到3種（80km、100km和120km），增加了組網(wǎng)的靈活性。在WDM系統(tǒng)中，目前的8通路系統(tǒng)不能被升級為16路系統(tǒng)，除非該8路系統(tǒng)是配置不完全的16通路系統(tǒng)的子集，否則都不能直接升級，即沒有前向兼容性。這就要求運(yùn)營者在建設(shè)WDM系統(tǒng)時，應(yīng)對本地業(yè)務(wù)量發(fā)展有著正確的估計(jì)，以選擇合適的通路數(shù)。7/173.光接口參數(shù)在ITU－TG.692建議中，對于點(diǎn)到點(diǎn)WDM系統(tǒng)的光接口參數(shù)幾乎為零，為了增加可操作性，重點(diǎn)參考了幾家大公司的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，制定了較詳細(xì)的系統(tǒng)接口規(guī)范，增加了標(biāo)準(zhǔn)化程度，具有較強(qiáng)的可操作性，特別是考慮到高功率條件下的非線性效應(yīng)和光信噪比要求，合理地選擇入纖功率，并對開放系統(tǒng)和集成系統(tǒng)提出了相應(yīng)要求。在開放的WDM系統(tǒng)中，對于OTU在發(fā)送端、再生中繼器和接收端的不同應(yīng)用，分別給出了具體指標(biāo)?？紤]到維護(hù)人員需要，對EDFA增加了在線監(jiān)測口的要求，以方便日常的維護(hù)測試。針對WDM系統(tǒng)的模擬性質(zhì)，特別制定了WDM系統(tǒng)接收端光信噪比（OSNR）數(shù)值，對于8×22dB的系統(tǒng)，其光信噪比為22dB；而對于5×30dB和3×33dB，則要求分別為21dB和20dB。因?yàn)橄到y(tǒng)的OSNR很大程度上決定于區(qū)段（span）的損耗。區(qū)段（span）的損耗越大，則最后系統(tǒng)的性能越差。8/173.光接口參數(shù)主要有5個，具體參數(shù)要求如下：(1)單個發(fā)送機(jī)輸出端參數(shù)輸出端參數(shù)對應(yīng)于各個通路發(fā)送機(jī)后的輸出口。也對應(yīng)單個通道輸入口。①最大色散容納值——系統(tǒng)能夠忍受的主通道色散的最大未補(bǔ)償值，該值為衡量光源質(zhì)量的重要條件。②光譜特性有20dB譜寬和邊摸抑制比20dB譜寬：單縱模激光器光譜寬度定義為從最大峰值功率跌落20dB時的最大帶寬。邊摸抑制比：最大模的峰-峰值與第二邊摸峰-峰值的比例。該值主要是為了減少模式分配噪聲造成的誤碼性能劣化。③平均發(fā)送功率——發(fā)送機(jī)發(fā)送偽隨機(jī)系列信號時，在參考點(diǎn)Sn測得的平均光功率。④消光比——指在最壞反射條件下且全調(diào)制時，傳號(發(fā)射光信號)平均光功率與空號(不發(fā)射光信號)平均光功率的比值。⑤眼圖模板——發(fā)送信號波形以眼圖模板的形式規(guī)定了發(fā)送機(jī)的光脈沖形狀特性，包括上升時間、下降時間、脈沖過沖及振蕩等。9/173.光接口參數(shù)(2)單個接收機(jī)輸入口參數(shù)輸入口對應(yīng)于接收機(jī)前端定義的各項(xiàng)參數(shù)如下。①接收靈敏度——指當(dāng)接收機(jī)誤碼率為1×10-12時，所需要的最小平均接收光功率。②接收機(jī)波長范圍——指在Rn點(diǎn)可接收的信號波長范圍，一般在1530~1565nm。③光信噪比——指當(dāng)接收機(jī)誤碼率為1×10-12時，所需要的最小的光信噪比。④接收機(jī)反射系數(shù)——指在Rn點(diǎn)處的反射光功率與入射光功率之比。⑤光通道代價——指光信號在Sn~Rn點(diǎn)之間的光通道傳輸后，信號波形失真所引起的接收機(jī)靈敏度下降的數(shù)值。10/173.光接口參數(shù)(3)合路信號的輸入口參數(shù)對應(yīng)于R’點(diǎn)和MPI-R點(diǎn)的接口，即光放大器的輸入口。下列參數(shù)的最大、最小值與波分復(fù)用系統(tǒng)的路數(shù)無關(guān)。①平均每路輸入功率——指在R’點(diǎn)和MPI-R處測量到的每路最大和最小輸入功率的平均值。②平均總輸入功率——指在R’點(diǎn)和MPI-R處合路輸入功率最大值和最小值的平均值。③每路光信噪比——指當(dāng)誤碼率為零時，每路接收機(jī)所需要的最小光信噪比。④串?dāng)_——指在R’點(diǎn)和MPI-R處從第j路輸出端口測量的串?dāng)_信號λi(i≠j)的功率Pj(λj)與第i路輸出端口測得的該路標(biāo)稱信號的功率Pi(λi)之間比值為第i路對第j路的串?dāng)_。⑤各路輸入功率的最大差值——指在R’點(diǎn)的各路輸入中，同一時刻最大信號與最小信號功率之間的差值。11/173.光接口參數(shù)(4)合路信號的輸出口參數(shù)該口對應(yīng)于MPI-S和S’點(diǎn)光接口，即OM/OA輸出口參考點(diǎn)。①發(fā)送端S’串話——指由發(fā)送端邊摸、非線性、發(fā)送波長不合要求或其他原因而引起的，影響并不大。②通路輸出功率——指每通路平均輸出功率，包括由于光放大器帶來的ASE噪聲。③發(fā)送功率——指經(jīng)合路后進(jìn)入光纖的功率(包括光放大器的ASE噪聲)④每通路光信噪比——指通路內(nèi)信號功率與與噪聲功率的比值。⑤各路輸出功率的最大差值——指在同一時刻，在給定的光有效帶寬下，MPI-S或S’點(diǎn)每通路輸出光功率的最大值與最小值之間的功率差。12/173.光接口參數(shù)(5)光通路參數(shù)在WDM系統(tǒng)中，定義兩光放大器之間為子通道，MPI-S和MPI-R之間為主通道。①衰減與目標(biāo)距離目標(biāo)距離的衰減范圍是在1530-1565nmEDFA的工作頻帶內(nèi)，假設(shè)光纖損耗以0.28dB/km為基礎(chǔ)(包括接頭和光纜富余度)得出。無線路光放大器系統(tǒng)衰減最大：22dB(80km),33dB(120km),44dB(160km)。有線路光放大器系統(tǒng)衰減最大：22dB,33dB。圖4主光通道與子光通道的劃分13/173.光接口參數(shù)(5)光通路參數(shù)②色散對于超高速WDM系統(tǒng)，大多數(shù)是色散敏感系統(tǒng)，表顯示了2.5Gbit/s系統(tǒng)有/無線路光放大器系統(tǒng)在G.652光纜上傳輸?shù)纳⑷菹拗岛湍繕?biāo)傳輸距離。③偏振模色散。指光纖隨機(jī)性雙折射引起的，不同偏振狀態(tài)下光纖折射率不同，在時域上表現(xiàn)為時延不同，最終脈沖波形被展寬，增加了碼間干擾。14/17應(yīng)用代碼LVUnV3-y.2nL5-y.2nV5-y.2nL8-y.2最大色散容限值160024003200720080001200012800目標(biāo)傳輸距離(km)801201603604006006403.光接口參數(shù)(5)光通路參數(shù)④反射。反射系數(shù)包括最小回?fù)p和最大反射系數(shù)兩項(xiàng)。最小回?fù)p——主通道光纜線路(包括任何光連接器)MPI-S點(diǎn)入射光功率和反射光功率之比。最大離散反射系數(shù)——光通道光纜線路(包括任何光連接器)不均勻性(例如接頭)引起的反射。⑤光通道代價——指從MPI-S和MPI-R之間的“主光通道”，由于反射、碼間干擾、模分配噪聲、激光器chip聲等因素的影響，使脈沖在光纖傳輸過程中所引起的波形失真而導(dǎo)致接收靈敏度的明顯下降。15/17三.WDM系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)1.光源要求：有較大的色散容納值和標(biāo)準(zhǔn)而穩(wěn)定的波長。因?yàn)閭鬏斁嚯x由50-60km增加到500