CN104320192A - 一种高速光纤光传输系统 - Google Patents
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Abstract
近年来通信网络所传送的业务由原来单一的话音通信发展到现在的承载保护、安稳、办公自动化、会议电视、远动等信息。在光传输系统中，限制光纤通信高速率、长距离传输的主要因素是光纤的衰耗和色散。近几年光纤衰耗解决技术已得到提升，色散受限对高速光纤通信的影响显得更为突出，特别是在高速率、长距离的光缆传输环境下，色散受限系统对传输信号的影响更为明显。本发明提供一种高速光纤光传输系统，其具有色散补偿模块，该色散补偿模块具有色散补偿量计算模块，计算系统内瞬时色散补偿量，解决色散量波动造成高速光纤光传输系统不稳定的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及通信领域，特别涉及一种高速光纤光传输系统。
背景技术
通信与网络技术的突飞猛进，不仅在许多应用领域刺激了人们对高新技术需求的渴望，而且正在深层次上转变人们的思想观念，尤其在电力专网上，近年来通信网络所传送的业务由原来单一的话音通信发展到现在的承载保护、安稳、办公自动化、会议电视、远动等信息。在光传输系统中，限制光纤通信高速率、长距离传输的主要因素是光纤的衰耗和色散。近几年光纤衰耗解决技术已得到提升，色散受限对高速光纤通信的影响显得更为突出，特别是在高速率、长距离的光缆传输环境下，色散受限系统对传输信号的影响更为明显。
光纤色散大大限制了高速光纤通信系统传输的距离，故对高速光纤通信系统进行的色散补偿变得十分必要。目前色散补偿技术主要有光纤型色散补偿技术和光栅型色散补偿技术。
色散补偿光纤(DCF，Fispersion Compensating Fiber)是一种特制的光纤，其色度色散为负值，恰好与G.652光纤相反，可以抵消G.652常规色散的影响。在实际应用中一般采用DCF基本模块，其色散值约为-340ps/nm，按G.652光纤的色散系数17ps/nm·km计算，每个DCF基本模块可以补偿20km的传输距离，DCF基本模块可以根据需要进行组合，成为更长距离的色散补偿模块(DCM，Dispersion Compensating Module)，其补偿距离为20km的整数倍。但DCF有较大的插损(每个DCF基本模块的插损约3dB)，需要利用光放大器的多余增益来补偿。
色散补偿光栅(DCG，Dispersion Compensating Grating)是近年来发展起来的色散补偿技术，其基本原理是：使群速率高的谱分量多绕一段距离，群速率低(传播得慢)的谱分量少经过一段距离，从而使得反射后到达对端的时间相等，就抵消了由于时延造成的色散效应。其优点有色散补偿量大、体积小、插损小、成本低、不受光纤非线性效应的影响等。
目前色散补偿主要通过色散补偿光纤技术和色散补偿光栅进行补偿，但是在整个高速光纤通信系统内部不具备随着系统变化而计算色散补偿量的模块，因此补偿量是固定的，而随着高速光纤通信系统部件老化或者某些偶然干扰，色散补偿量都会波动，这就造成高速光纤通信系统的不稳定。
发明内容
本发明针对上述问题，提供一种高速光纤光传输系统，其具有色散补偿模块，该色散补偿模块具有色散补偿量计算模块，计算系统内瞬时色散补偿量，解决色散量波动造成高速光纤光传输系统不稳定的技术问题。
色散分为色度色散与偏振色散两大类，文章重点讨论色度色散的问题。在实际应用中，各种色散以复杂的关系结合在一起，共同决定了光纤色度色散的大小。
所谓色度色散是指入射到光纤的光脉冲经光纤传输以后，出射端光脉冲将发生时间展宽的现象。色度色散按产生原因的不同，又可以分为：模式色散(模间色散)、材料色散、波导色散和偏振色散。后两者都与光波长有关，所以又统称为“波长色散”或“模内色散”。
1)模式色散：多模光纤中，不同模式之间群速率不同而产生的色散。对单模光纤来说，因为光纤尺寸可以同光波长相比拟，所以光纤只允许一种模式在其中传播，不存在模式色散的问题。
2)材料色散：由于光纤材料折射率随光波长(频率)而变引起的色散。
3)波导色散：光纤某一模式对不同波长群速率不同、传播常数不同而产生的色散。4)偏振色散：单模光纤中，由于光纤双折射使两个正交偏振模和产生时延差而出现的色散。
模式色散仅存在于多模光纤中，比材料色散与波导色散之和还要高几十倍，所以在多模光纤中其材料色散与波导色散可以忽略不计。单模光纤因基本上不存在模式色散，其色度色散主要由材料色散、波导色散构成，所以适合于进行大容量传输。
在光纤通信中为了使光源器件发出与信息电脉冲相应的光脉冲流，需要对光源发出的光波进行调制。目前，半导体激光器信号的调制方式有直接调制和外调制2种。
直接调制方式就是用电脉冲信号直接去改变光源的工作电流，从而使光源器件发出与电脉冲信号相应的光脉冲：即在数字电信号为“1”的瞬间，光发送机采用一个“传号”光脉冲；在数字为“0”的瞬间，光发送机不发光即为“空号”。外调制方式就是让光源连续发光，在其外部用电信号间接地控制光源所发出的光，从而获得与电脉冲信号相对应的光脉冲流。
当传输速率很高时，采用直接调制方式会出现“啁啾”现象，最后导致光源的发射波长发生偏移，严重的影响系统的性能。所以，直接调制方式一般用于2.5Gbit/s以下低速级别光口中。外调制方式需要调制器，激光器在直流状态下工作，具备无激光啁啾、低色散失真、大消光比、高速率等优点。但成本较高，生产难度大，尤其适合于2.5Gbit/s及以上高速率级别光口中。
直接调制方式下色散受限距离的计算，对于2.5Gbit/s速率以下系统，其光口大多采用直接调制方式。可以使用如下的色散受限公式计算色散受限距离：
L≈(ε×1012)/(δλ×B×D(λ))
式中：ε为光脉冲的相对展宽值，对于多纵模激光器，取ε＝0.115；对于发光二极管和单纵模激光器，取ε＝0.306；对于L16.2接口，工作于G.652光纤时，取ε＝0.491；δλ为光源器件的根均方谱宽，单位为nm；与-20dB谱宽的关系为δλ(rms)＝δλ(－20dB)/6.07，B为系统的传输速率，单位为bit/s；D(λ)为色散系数，单位为色散受限距离为L(L16.2)＝(0.491×1012)/(0.75/6.07×2500×17)＝93km，大于L16.2的衰耗受限距离82km，不是色散受限系统。可见，采用直接调制方式的光源，其色散受限距离均大于衰耗受限距离，在实际工程中可以不予考虑。
外调制方式时，色散受限距离的计算,对于2.5Gbit/s及以上速率系统，大多采用外调制方式。可使用如下的色散受限计算公式为：
L＝光源色散容限/D(λ)
对于2.5Gbit/s速率的传输系统，目前的生产工艺水平已经可以达到11000ps/nm的色散容限值。以G.652光纤的色散系数为17ps/nm·km计算，其受限距离可以达到640km。因此，在实际应用中，对于2.5Gbit/s速率的系统，只需采用对应色散容限要求的单板组网，无需考虑色散受限问题。
对于传输速率为10Gbit/s的系统，目前各厂家仅提供最大1600ps/nm左右的色散容限值。以G.652光纤的色散系数为17ps/nm·km计算，传输受限距离在90km左右，小于实际应用中遇到的长距离传输的长度，因此，需要根据光缆的长度计算色散损耗来进行色散的补偿。
本发明的高速光纤光传输系统包括光放大器(EDFA)，EDFA一般是工作在1550nm窗口上，该窗口光纤损耗系数比1310nm窗口还要低(仅0.2dB/km)。EDFA噪声小，增益曲线好，放大器带宽大，与密集波分复用(DWDM)系统相兼容，同时EDFA泵浦效率高、工作性能稳定、技术成熟。在DWDM的应用中它既可以采用前向泵浦工作方式、也可以采用后向泵浦和双向泵浦工作方式，因此在DWDM通信系统中备受青睐。EDFA主要是由一段掺铒光纤(长约10～30m)和泵浦光源组成，其工作原理是:光能被泵入后，通过光复用器进入一定长度的铒添加光钎，后者作为一种转化介质把光能加载在输入的1550nm光信号上，光信号以某个功率进入单元，出去时功率便增大了，光隔离器把不需要的反射信号滤除。
本发明的高速光纤光传输系统包括色散补偿量的计算模块，对于色散受限系统(全程总色散大于光板色散受限量，若全程总色散小于光板色散受限量，则不需要进行色散补偿)，需要增加色散补偿模块加以解决，色散补偿量的大小可以通过如下公式计算得出：
色散补偿量＝全程总色散值－光板色散受限量+调整量
其中:全程总色散值＝L×D(λ)
对于调整量的大小，应当视具体线路长度、补偿技术而定，通常电网提供简单统一的计算模型，可以将调整量控制在一个定值；光板色散受限量为光放大器(EDFA)的色散容限。由于在电网实际应用中，单跨度传输距离一般不会超过200km。目前各厂家提供的长距离光源本身最少具备40km(800ps/nm)的色散容限，所以需要进行色散补偿的距离在0～160km之间。由于色散补偿模块的补偿量具有10％的允许偏差范围，所以必须对这部分偏差再次进行补偿。考虑到这部分补偿的模块还会存在偏差，可以按照补偿距离长度的15％，即160×15％＝24km(408ps/nm)作为色散的补偿冗余量。这样，光源只需要承担0～32km的正色散偏差即可，完全符合厂家光源色散容量的要求。
附图说明
图1是本发明的一种高速光纤光传输系统的系统示意图；
图2是本发明的一种高速光纤光传输系统的光放大器结构示意图；
图3是本发明的一种高速光纤光传输系统的色散补偿模块结构示意图。
具体实施方式
一种高速光纤光传输系统，包括通过高速光纤光传输连接的A地局和B地局，从A地局到B地局的上行线路依次通过光放大器1、光缆和色散补偿模块2连接到B地局，从B地局到A地局的下行线路同样依次通过光放大器1、光缆和色散补偿模块2连接到A地局。
其中光放大器1为RT-EDFA光放大器，光放大器主要是由光隔离器3、泵浦激光器4、多路信号复用器5和一段掺铒光纤6组成，信号输入端依次通过光隔离器3、多路信号复用器5、铒添加光纤6、多路信号复用器5和光隔离器3连接到信号输出端，泵激光器4连接多路信号复用器5。其工作原理是光能被泵入后，通过多路信号复用器5进入一定长度的铒添加光钎6，铒添加光钎6作为一种转化介质把光能加载在输入的光信号上，光信号以某个功率进入单元，出去时功率便增大了，光隔离器3把不需要的反射信号滤除。
其中色散补偿模块2包括总色散值计算模块7、光板色散受限量设定模块8、调整量计算模块9、控制器10和色散补偿选择器11，总色散值计算模块7、光板色散受限量设定模块8和调整量计算模块9组成计算模块，通过控制器10控制色散补偿选择器11来选择色散补偿器，色散补偿选择器11包括若干个色散补偿器。
A地局和B地局以2.5Gbit/s速率互连，A地局和B地局光缆线长全程210KM，光放大器使用RT-EDFA光放大器，通过色散受限技术分析原因，A地局—B地局全程210km，其中200km是G.652光缆、10km是G.655光缆，按照模型计算全程总色散：
全程总色散＝200×17+10×4＝3440ps/nm；
而RT-EDFA光放大器的色散容限为2720ps/nm(相当于把光板的色散受限量提高到2720ps/nm)。
目前各厂家提供的长距离光源本身最少具备40km(800ps/nm)的色散容限，所以需要进行色散补偿的距离在0～160km之间。由于色散补偿模块的补偿量具有10％的允许偏差范围，所以必须对这部分偏差再次进行补偿。考虑到这部分补偿的模块还会存在偏差，可以按照补偿距离长度的15％，即160×15％＝24km(408ps/nm)作为色散的补偿冗余量。这样，光源只需要承担0～32km的正色散偏差即可，完全符合厂家光源色散容量的要求。
可以简单地通过色散模型计算出需要补偿的色散量大小：
色散补偿量＝3440-2720+408＝1128ps/nm。
可以通过色散补偿器选择器11选择1360ps/nm的光纤型色散补偿模块或是1个1360ps/nm的光栅型色散补偿模块来解决问题。
Claims (3)
1.一种高速光纤光传输系统，其特征在于：包括光放大器、光缆和色散补偿模块，还包括通过高速光纤光传输连接的A地局和B地局，从A地局到B地局的上行线路依次通过光放大器、光缆和色散补偿模块连接到B地局，从B地局到A地局的下行线路同样依次通过光放大器、光缆和色散补偿模块连接到A地局；
其中光放大器由光隔离器、泵浦激光器、多路信号复用器和一段掺铒光纤组成，信号输入端依次通过光隔离器、多路信号复用器、铒添加光纤、多路信号复用器和光隔离器连接到信号输出端，泵激光器连接多路信号复用器，光能被泵入后，通过多路信号复用进入一定长度的铒添加光钎，铒添加光钎作为一种转化介质把光能加载在输入的光信号上，光信号以某个功率进入单元，出去时功率便增大了，光隔离器把不需要的反射信号滤除；
其中色散补偿模块包括总色散值计算模块、光板色散受限量设定模块、调整量计算模块、控制器和色散补偿选择器，总色散值计算模块、光板色散受限量设定模块和调整量计算模块组成计算模块，通过控制器控制色散补偿选择器来选择色散补偿器，色散补偿选择器包括若干个色散补偿器。
2.根据权利要求1所述的一种高速光纤光传输系统，其特征在于：光放大器为RT-EDFA 光放大器。
3.根据权利要求1所述的一种高速光纤光传输系统，其特征在于：所述的计算模块的内置计算逻辑为：
色散补偿量=全程总色散值－光板色散受限量＋调整量。
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