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密集波分复用关键技术

2/14/2005来源:光纤通信人气:9327

黑龙江省电信技术支援中心  林秋菊 王洪国

  DWDM技术是在WDM技术的基础上演变出来的。随着光通信技术的发展,以DWDM技术为核心的光传送网将成为电信网的主要传送平台,其中不但包括长途传输网还包括大容量的用户接入网,该网络的建成将带给我们一个提供波长的光网络层,突破电子设备的瓶颈,使传输容量得到进一步的拓展。然而,WDM光传送网是一个综合了波分复用技术、光放大技术、光节点技术、光传输技术和光间控技术在内的一个复杂系统。

一、光放大技术

  对于长距离的光传输来说,随着传输距离的增长,光功率逐渐减弱,激光器的光源输出不超过3dBm,为了保证一定的误码率,接受端的接受光功率必须维持在一定的值上,例如-28dBm,因此光功率受限往往成为决定传输距离的主要因素。

  光放大器(OA)的出现和发展克服了高速长距离传输的最大障碍——光功率受限,这是光通信史上的重要里程碑。OA的主要形式有半导体光放大器(SOA)和掺铒光纤放大器(EDFA)两种,前者近来发展速度很快,已经逐步开始商用,并显示了良好的应用前景;后者较为成熟,已经大量应用,成为目前大容量长距离的DWDM系统在传输技术领域必不可少的技术手段。

  WDM系统对EDFA有一个特殊的要求——增益平坦,因为通常情况下,EDFA在1.55um波长窗口的工作带宽为30~40nm,将它用于WDM系统时,因各信道的波长不同而有增益偏差,经过多级放大后,增益偏差累积,低电平信道信号的SNR恶化,高电平信道信号也因光纤非线形效应而使信号特性恶化,最终造成整个系统不能正常工作。因此,要使各个信道上的增益偏差处在允许的范围内,放大器的增益必须平坦。

1.增益均衡技术

  利用损耗特性和放大器的增益波长特性相反的增益均衡器来抵消增益的不均匀性称为增益均匀技术。这种技术的关键在于放大器的增益曲线和均衡器的损耗特性准确吻合,使综合特性平坦。现在用的增益均衡器主要有标准光滤波器、介质多层模滤波器、光纤光栅及平面光波导等。

  增益均衡用的光纤光栅是一种长周期光纤光栅。其光栅周期一般为数百微米。其损耗峰值波长和半功率点宽度可以由紫外光照射量或光栅长度来控制。因此,通过多个长周期光栅组合,可以构成具有与EDFA增益波长特性相反的增益均衡器。使用该技术,在1528nm到1568nm的40nm带宽内,可以实现增益偏差在5%以内的带宽增益平坦的EDFA。

2.光纤技术

  这里所说的“光纤技术”是指在进一步研究掺铒光纤特性的基础上,通过改变光纤材料或者利用不同光纤的组合来改变掺铒光纤的特性,从而改善掺铒光纤放大器(EDFA)的增益特性。光纤技术除了改善增益特性外,还可改善EDFA的噪声特性和扩宽增益带宽。

  (1) 掺铝的EDF,是在光纤中除了掺铒外还掺入一定的铝,改变玻璃的组成成份,迫使铒的放大能级分布改变,加宽可放大的频率范围。普通的以硅光纤为基础的掺铒光纤放大器EDFA的增益平坦区很窄,仅在1549nm至1561nm之间,大约12nm的范围,通过掺铝,可以将平坦区的范围扩展为1540nm到1560nm。

  (2)氟化物EDF,是在EDF中掺入一定比例的氟化物,使用这种光纤制作的光放大器,可以将增益的平坦区的波段扩展到1530~1560nm,在这30nm的区域内,增益的平坦度达到1.5dB。

  (3)掺铒碲化物光纤,是在EDF中掺入一定比例的碲化物。使用这种光纤制作的光放大器,可放大的频带特别宽,而且与石英系光纤的其他掺铒光放大器相比,频带向长波长一侧移动。

  (4)掺钇EDF,是在掺铒光纤中加入一定比例的钇(Y),由于钇(Y)可以作为铒的激活剂,以工作792nm附近的光源作为泵浦源,制成铒/钇光纤放大器在1544nm到1561nm波段的17nm带宽内,可以获得0.5dB以内的增益平坦度,输出功率大于+26dBm,噪声系数小于5dB。

  (5)混合型EDFA,是使用不同掺杂材料的光纤进行组合,制作混合型EDFA。这种组合方式,不仅可以提高设计的自由度,而且还可以使增益平坦度、噪声特性、放大效率均达到最佳。

  在DWDM光传送网络中,应根据系统使用的信道数、系统的要求来选择使用不同种类的光放大器,要求越高性能越好的EDFA成本也越高。一般对于8个信道600km长度的DWDM系统,使用掺铝EDFA的较多。

二、克服色散的技术

  在1550nm波长附近,G.652光纤的色散典型值为17ps/nm·km。当光纤的衰减问题得到解决以后,色散受限就变成了决定系统传输距离的一个主要问题。DA技术即色散容纳技术,就是通过一些技术手段减少或消除色散的影响。一般来说,主要使用以下的几种解决方法。

1.压缩光源的谱线宽度

  光源的谱线越宽,光纤色散对光脉冲的展宽越大。因此通过选用频率啁啾系数小的激光器,可以减少传输线路色散的影响。频率啁啾是单纵模激光器才有的系统损伤。减少光源啁啾系数的一个有效的方法是,减少外调制的激光器,它是由一个恒定光源和一个光调制器构成的,通过使用恒定光源,避免了直接调制时激励电流的变化,从而减少了光源发出光波长的偏移,达到降低频率啁啾系数的目的。

  目前在WDM系统中,几乎所有的光源使用的均为外调制激光器,可以在不采用其他色散调节技术的情况下,在G.652光纤上开通2.5Gbit/s系统无再生中继传输600km以上。

2.色散补偿光纤的运用

  色散补偿光纤(DCF)是一种特制光纤,其色度色散为负值,恰好与G.652光纤相反,可以抵消G.652常规光纤色散的影响。通常这类光纤的典型色散系数为-90ps/(nm·km),因而DCF只需在总线路长度上占G.652光纤的长度的1/5,即可使总链路色散值接近于零。通常认为采用DCF来进行色散补偿是一种十分简单易行的无源补偿方法,特别是对于波分复用系统,其成本可以由多个波长的系统分担,更显其优越性。

3.选用新型的光纤

  由于G.652光纤出现的比较早,铺设的较多,因此WDM技术比较多地考虑如何利用该光纤扩容的技术。现在新布放的光纤多为更加适合于WDM光传输的G.655光纤或大有效面积(LEAF)光纤。G.655光纤的零色散点在1550nm窗口中间,使该窗口的色散系数和衰减系数均更加适合于DWDM技术的应用。

三、光合波与分波技术

  光合波与分波器在超高速、大容量波分复用系统中起着关键作用,其性能的优劣对系统的传输质量有决定性影响。合波与分波器性能指标主要插入损耗和串扰,WDM系统对其要求是:(1)损耗及其偏差小;(2)信道间的串扰小;(3)低的偏差相关性。

  DWDM系统中常用的光合波分波器主要有介质薄膜干涉型、释放光栅型、星型耦合器及光照射光栅、阵列波导光栅等。

四、节点技术

  WDM光传送网中的节点分为光交叉连接(OXC)节点、光分插(OADM)节点和混合节点(同时具有OXC和OADM功能的节点)。

  OXC节点的功能类似于SDH网络中的数字交叉连接设备(DXC),只不过是以光波信号为操作对象在光域上实现的,无需进行光电/电光转换和电信号处理。OXC主要由交叉连接矩阵、波长转换接口以及管理控制单元等模块组成。

  OXC在未来的全光通信网络中,起着十分重要的作用,甚至可以说,它是真正意义的网络节点。当光缆中断或节点失效时,OXC能自动完成故障隔离、重选路由、重新配置网络节点。当业务发展需要对网络结构进行调整时,OXC可以简单迅速地完成网络的调度和升级。

  同样地,OADM节点的功能类似于SDH网络中的数字分插复用设备(ADM),它可以直接以光波信号为操作对象,利用光波分复用技术在光域上实现波长信道的上下。

五、网络管理技术

  1.网络及其各组成系统的电气特性的监测,包括对光信号功率变化与波长的稳准度、系统噪声与非线形效应、系统的传输色散与衰减、系统各单元部件的接口状态等的监测,还包括对网络的部件单元工作状态的控制等。

  2.网络的故障监测与保护自愈管理,包括局部或全局的故障诊断和故障节点或路由隔离、自适应时保护倒换和网络自愈、重构的实现控制等。

  3.网络传输结构管理,包括波长路由管理、波长变换的控制管理等,这是光域内实现网络无阻塞连接和重构的关键。