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全波光纤及其在城市网中的应用前景

2/14/2005来源:光纤通信人气:6784

全波光纤及其在城市网中的应用前景(徐乃英) 摘要 简要地回顾了单模光纤的主要传输性能,阐述了城市内的光纤网络与长途用 的光纤网络对光纤的不同要求。介绍了朗讯科技最新开发的全波光纤,并讨论了在 我国大中城市中全波光纤的应用前景。 关键词 单模光纤 全波光纤 衰减 色散 非线性效应 波分复用 我国自从1978年在上海建立了第一条局间中继光缆以后,在长途线路和局间中 继线路上已普遍采用光缆。在长途干线方面,经过《八五》和《九五》舰划期间的 努力,已建成了以“八纵八横”为骨干的遍及全国的光缆网。总长度接近20万公里。 虽然直到最近1~2年,采用的都是非色散位移光纤(G.652),但是通过各种新发展 起来的扩容措施和今后再补充建些新型光纤(如非零色散位移光纤)的光缆,在一 段时期内还不致严重阻碍业务的发展。然而,我国的用户接入网目前大部分仍是铜 缆,接入网的光缆化还处于起步阶段。这种看来不利的情况,如果巧为利用,也有 有利的一面。我们可以利用最先进的最适合于市内应用的光纤和设备快速经济地建 设我们的现代化的接入网。 1光纤的主要传输性能 1.1衰减 早期的单模光纤工作于1.31pm附近的第二窗口,传输距离受衰减的限制。于是 开发了衰减较低的1.55pm附近的第三窗口。后来又开发了掺锦光纤放大器,这种放 大器在1535~1565nm波长范围内提供增益,使得再生距离几乎不受光纤衰减的限制。 在第3窗口的波长以上,光纤的弯曲损耗增大而常规的掺铒光纤放大器不能提供足 够的增益。最近,弯曲损耗已得到控制,又开发成功了增益位移光纤放大器和宽带 光纤放大器,使得1.6pm。附近的第4窗口得到利用。在第2窗口与第3窗口之间还有 相当党的一个波段尚未利用。 1.2色散 光纤的色散使信号中的光脉冲变宽而导致误码。例如,用外界无调瞅激光源调 制的不归零(NRZ)信号以BGb/s速率传输(色散为104000/B2ps/nm)时,将产 生1dB的功率代价。当波长的调制速率为2.5、10和40Gb/s)时,这分别相当于166 40、1040和65ps/nm。对于用常规单模光纤(G.652光纤)工作于1550nm时(此时 色散大约为+17ps/nn-km),色散把再生距离大约分别限制于980、60和4km。因 此,对大长度的高速系统,必须进行适当形式的色散补偿,从而增加了系统的复杂 性和成本。 自从波分复用技术的应用,为了使在一定波长范围传输的各个信道的色散尽可 能相同,除了光纤的色散值本身应限制于一定范围外,色散斜率(色散随波长的变 化率)也要尽可能小。 光纤的色散并非总是有害的。由于光纤放大器的采用,注入到光纤中的光功率 成倍地增加,而且信号在再生以前要经过更长的距离。这两者使原来可以忽略的光 纤的非线性效应的危害性显著起来。光纤的非线性效应可分为受激散射和折射率波 动两类。后者使得在光纤内传播的2个或3个光波合并而产生1个或几个新的波长。 新波长的光频发生在fF=fp+fq-fr(fp,fq和fr为原光频),它们合并起来产生fF。 这种由三个频率合并起来产生第四个频率叫四波混合(FWM)。FWM把信号功率从原 来的波长中转移出去而产生新的波长,从而使传输劣化。在具有等间隔光频信道的 DWDM系统中,混合产物会直接落到另外一个信道中。于是,工作于零色散附近的波 分复用系统在它们所能运载的波长数目上受到严重的限制。色散在FWM中起有益的 作用。色散破坏了相互作用的信号之间的相位匹配,从而减小了FWM产物的发生。 2全波光纤 单模光纤所能传送的波长范围,在短波长端受到光纤的截止波长(约为1260nm) 的限制;在长波长端受二氧化硅吸收和弯曲损耗的限制(约16500nm)。 1999年10 月,在日本奈良召开的ITU-T第15研究组会议上,通过了将低水峰光纤纳入G.652 建议书中。IEC的86A标准委员会第1工作组于同月,通过了将低水峰光纤纳入B.13 新光纤类别中。美国电信工业协会(TIA)也于同年7月投票通过低水峰光纤的详细 指标。 3全波光纤在城市网中的应用前景 为了使第5窗口能迅速投入实际使用,许多厂家正在系统、器件(如激光器、 光器件、宽带光纤放大器等)和测量仪器方面进行努力。目前较成熟的应用是在城 市网中,特别是用户接入网。 过去,城市中所应用的光通信技术与长途线路的基本相同。随着各种光通信技 术的发展和通信业务量的飞速增长,使得城市网络的设计不能照搬长途网络的模式。 其主要差别在于: ·长途线路通信距离长,沿途分支少,大多要求传输速率高,加上再生器之间 距离长,波分复用系统的波长多而间隔小,在系统成本中,光纤成本和光电器件成 本都占重要比重。若要把全波光纤用到高速的长途线路上,与G.652光纤一样,它 在1550nm上的巨大色散(约+17ps/nm-km)限制了再生器之间距离。可采用色散补 偿措施,但色散补偿单元的衰减会增加光纤放大器的数量。这两者都增加系统成本。 所以,除非光缆已经安装好,各种非零色散位移光纤往往更为合适。 ·城市中的通信距离相对要短得多,一般不超过80km。沿途插/分设备多,不 必追求很小的光纤衰减,也很少需用光纤放大器。在系统成本中,光电器件所占比 重远大于光纤的费用。为了节省光电器件的费用,传输速率应适中,波长间隔不宜 太密。 根据上述特点,全波光纤比G.652光纤或其它非零色散位移光纤可能会更适用 于城市光纤网。全波光纤的第5窗口(1.35~1.53pm)把波长谱扩大了大约180nm。 因为这段波长处于第2与第3窗口之间,光纤衰减小于在1310nm上的衰减,而色散则 小于1550nm区域内的数值。这意味着能更好地利用光纤的低色散区。下面举几个应 用例子加以说明。 (1)在接入网骨干环中的应用 在全波光纤上采用波分复用时,在波长间隔 不变的条件下,波长数目可成倍地增加。这不但节省了光纤,而且节省了公共设备 的数量。 (2)在接入网配线环中的应用 配线环中所需波长数目一般比骨干环少,只 要加大波长间隔,就可使用直接调制的激光器来代替较昂贵的外调制激光器,而且 多路复用器、多路解调器和波长的分/插器件等,都会相应地便宜,从而降低系统 成本。这种大波长间隔的波分复用称为粗波分复用(CWDM)。以采用20nm波长间隔 的CWDM为例,若环有8个节点,共需要16个波长。采用全波光纤时,可用一根光纤 在1300~1600nm内安排16个波长。若采用G.652光纤,就需要2根光纤,其中一根光 纤在1500~160Onm内安排6个波长,另在1270~1350nm内安排5个波长,共11个波长; 在另一根光纤中,只在1270~1350nm内安排5个波长,总共得到16个波长。用全波 光纤的系统成本大致只有用G.652光纤时的一半。 (3)多种业务共享网络资源 在全波光纤上,采用独特的系统方案可把不同 的业务安排在对它最合理的波段内,从而改善传输质重并便于进行网络管理。例如, 把模拟电视安排在1310nm区域,在1350~1450nm区域内利用其低色散传送10Gb/s 的高速业务;而在1450nn。以上的区域内传送速率较低(2.5Gb/s以下)的业务, 以减小色散的影响。这些业务都可以有自已的网管系统,正如它们都工作于不同的 光纤上那样,而实际上又获得了单根光纤的经济性。 (4)便利网络管理 接入网要支持大量的用户。过去的网络规划是依靠业务 预测来进行的。数据业务的飞速发展,极大降低了业务预测的可靠性。因而,接入 网经常需要更变波长和进行网络管理,特别希望降低分/插(drop/insert)信道 的费用。要做到这一点,有效方法之一是把业务量放到数目较多的波长上,每个波 长上的系统都是低、中速的,而信道的分/插都在光路上进行。全波光纤能较好地 满足这种需要。 总之,在全波光纤上作巧妙的安排,可以充分发挥其优点,例如适度的衰减和 适度的色散,并避免各种非线性效应给系统带来的危害。 摘自《电信快报》00-4