设为首页 加入收藏
技术交流
当前位置:首页>> 企业管理 >>技术交流
DWDM原理5
访问数:1328      发布时间:03-27   

4.2.DWDM 网络的一般组成

DWDM 系统最基本的组网方式为点到点方式、链形组网方式、环形组网方式,由这三种方式可组合出其它较复杂的网络形式。与 STM-16 设备组合,可组成十分复杂的光传输网络。

4.2.1 点到点组网

图 4-6WDM 的点到点组网示意图

4.2.2 链形组网

图 4-7WDM 的链形组网示意图

4.2.3 环形组网

在本地网特别是都市网的应用中,用户根据需要可以由 DWDM 的光分插复用设备构成环形网。环形网一般都是由 SDH 自己进行通道环或复用段保护, DWDM 设备没有必要提供另外的保护,但也可以根据用户需要进行波长保护。环形组网如图 4-8 所示。

图 4-8DWDM 的环形网示意图

4.2.4 网络管理信息通道备份和互联能力

采用 DWDM 的光传输网络要求具有高可靠性。在传输网中,网络管理信息是通过监控信道传送的,通常监控信道与主信道采用统一物理通道,这样在主信道失效时,监控信道也往往同时失效,所以必须提供网络管理信息的备份通道。

在环形组网中,当某段传输失效(如光缆损坏等)时,网络管理信息可以自动改由环形另一方向的监控信道传送,这时不影响对整个网络的管理,如图 4-9 所示为环形组网时网络管理信息通道的自动备份方式。

图 4-9 环形组网时网络管理信息通道备份示意图(某段传输失效时)

但是,当某光纤段中某站点两端都失效时,或者是在点对点和链形组网中某段传输失效时,网络管理信息通道将失效。这样网络管理者就不能获取失效站点的监控信息,也不能对失效站点进行操作。为防止这种情况出现,网络管理信息应该选择使用备份通道。网元可以通过数据通信网,提供备份网络管理信息通道。

在需要进行保护的两个网元之间,通过路由器接入数据通信网,建立网络管理信息备份通道。在网络正常时,网络管理信息通过主管理信道传送,如图 4-10 所示。

 

图4-10网络管理信息通道备份示意图(正常时)

 

当主信道发生故障时,网元自动切换到备份通道上传送管理信息,保证网络管理系统对整个网络的监控和操作。整个切换过程是不需要人工干预自动进行的。网络管理信道备份示意如图 4-11 所示。

图 4-11 网络管理信息通道备份示意图(主信道失效时)

值得注意的是:在网络规划中,备份管理信道和主信道应选择不同的路径,这样才能起到备份的作用。

OptiX BWS 320G 系统为不同的 DWDM 网络之间、 DWDM 和 SDH 之间的管理信息通道互连提供多种数据接口支持(如: RS-232 、以太网口),使不同的传输设备实现统一的网管。 图 4-12 所示的是不同传输设备之间管理信息通道互通示意图。

图 4-12 不同传输设备之间的网络互通

4.3.DWDM 组网考虑的要素

4.3.1 色散受限距离

•  色散效应描述

色度色散是由发送光源光谱特性和光纤色度色散所导致的制约传输容量的一个支配性因素。

一般把光放大器加在一个系统上并不会明显地改变总色度色散。在 EDFA 中作为有源增益媒质的掺稀土光纤会导致少量的色度色散,而这些光纤长度仅在数十米乃至几百米数量级。掺稀土光纤的色度色散与 ITU-T 建议 G.652 、 G.653 和 G.655 建议所规范的光纤差别不大。对于几十至数百公里长的系统来说,该色散影响可忽略不计。

•  传输限制

随着光纤通信系统中传输速率的不断提高和由于光放大器极大地延长了无电中继的光传输距离,因而整个传输链路的总色散及其相应色散代价将可能变得很大而必须认真对待,色散限制已经成为目前决定许多系统再生中继距离的决定因素。在单模光纤中,色散以材料色散和波导色散为主,使信号中不同频率分量经光纤传输后到达光接收机的时延不同。在时域上造成光脉冲的展宽,引起光脉冲相互间的串扰,使得眼图恶化,最终导致系统误码性能下降。

信号中不同频率分量来源于激光源的光谱特性,它们包括波长、光谱宽度、激光器啁啾声等。目前对 1550nm 区域的 SLM 激光器的 -20dB 光谱宽度已可达到 0.05nm ,这种情况下,限制再生中继距离的决定因素的是激光器啁啾声。

•  减少影响的方法

光纤放大器的存在并不影响系统中的色度色散效应,因而不要求规范把这些效应减小到最低限度的特定方法。然而,使长距离无再生中继系统成为可能的 EDFA 却会使这种系统中的色度色散导致的系统损伤变得很严重。

在一些光放大的子系统中,一种无源色散补偿装置可同光放大器组合在一起,构成一个放大子系统,该子系统会给系统附加有限的色度色散,其色散系数与系统光纤相反。这就会使系统的色度色散减小 。该装置可同 EDFA 装设在一起,用以弥补与无源色散补偿功能相关的损耗。另外,采用 G.655 光纤和 G.653 光纤对减少色度色散是有利的。如全面考虑非线性损伤,则长途传输中 G.655 光纤的综合性能是最佳的。

•  网络设计时的考虑

在进行 DWDM 网络设计时,一般先将整个网络划分为若干个再生中继距离段,使每个再生中继段距离都小于光源的色散受限距离,这样,整个网络的性能基本可以容忍色散的影响。

4.3.2 功率

光信号的长距离传输要求信号功率足以抵消光纤的衰耗, G.652 光纤在 1550nm 窗口的衰耗系数一般为 0.25dB/km 左右,考虑到光接头、光纤冗余度等因素,综合的光纤衰耗系数一般小于 0.275dB/km 。

具体计算时,一般只对传输网络中相邻的两个设备作功率预算,而不对整个网络进行统一的功率预算。将传输网络中相邻的两个设备间的距离(衰耗)称作中继距离(衰耗)。

图 4-13 中继衰耗原理图

如上图所示, A 站点发送参考点为 S , B 站点接收参考点为 R , S 点与 R 点间传输距离为 L ,则:

中继距离 = ( P out - P in ) /a

Pout :为 S 点单信道的输出功率(单位为 dBm ), S 点的光功率与 A 站点的配置相关,

P in :为 R 点的单信道最小允许输入功率(单位为 dBm )。

a :为光缆每公里衰耗( dB/km )(根据 ITU - T 建议,取 0.275dB/km , 0.275dB/km 已包含接头、富裕度等各种因素的影响 ) 。

4.3.3 光信噪比

1. 噪声产生原理

光放大器围绕着信号波长产生光,即所谓放大的自发射( ASE )。在具有若干级联 EDFA 的传输系统中,光放大器的 ASE 噪声将同信号光一样重复一个衰减和放大周期。因为进来的 ASE 噪声在每个光放大器中均经过放大,并且叠加在那个光放大器所产生的 ASE 上,所以总 ASE 噪声功率就随光放大器数目的增多而大致按比例增大,而信号功率则随之减小。噪声功率可能超过信号功率。

ASE 噪声频谱分布也是沿系统长度展开的。当来自第一个光放大器的 ASE 噪声被送入第二个光放大器时,第二个光放大器的增益分布就会因增益饱和效应导致 ASE 噪声而发生变化,同样,第三个光放大器的有效增益分布会也会发生变化。这种效应会向下游传递给下一个光放大器。即使在每个光放大器处使用窄带滤波器, ASE 噪声也会积累起来,这是因为噪声存在于包含着信号频段之内的缘故。

光信噪比( OSNR )定义为:

OSNR= 每信道的信号光功率 / 每信道的噪声光功率

2.传输限制

ASE 噪声积累对系统的 SNR 有影响,因为接收信号 SNR 劣化主要是与 ASE 有关的差拍噪声有关。这种差拍噪声随光放大器的数目的增加而线性增加。因此,误码率随光放大器数目的增加而劣化。此外,噪声是随放大器的增益幅度以指数形式积累的。

作为光放大器增益的一个结果,积累了许多个光放大器之后的 ASE 噪声频谱会有一个自发射效应导致的波长尖峰。特别要指出的是,如果考虑采用闭合全光环路的网络体制,那么若级联数目无限的光放大器,则 ASE 噪声就会无限积累起来。虽然有滤波器的系统中的 ASE 积累会因有滤波器而明显减小,但带内 ASE 仍会随光放大器的增多而增大。因此, SNR 会随光放大器的增多而劣化。

3. 减小 ASE 噪声的方法

ASE 噪声积累可能因光放大器间隔的缩小而减小(当保持总增益等于总传输通道损耗时),因为 ASE 是随放大器增益幅度的增大而以指数形式积累的。下面滤波技术中的一种可进一步减小非期待 ASE 噪声:即采用 ASE 噪声滤波器或利用自滤波效应(自滤波方法)。

自滤波方法适用于装设几十或更多个光放大器的系统。这种方法是把信号波长调整到自滤波波长上,从而使检测器接收到的 ASE 噪声减小,如同使用窄带滤波器一样。当采取缩短光放大器间隔和低增益光放大器的手段来减小初始 ASE 噪声时,这是最有效的。

如果考虑采用全光 DWDM 闭合环路网,那么自滤波方法就不适用。事实上,在光放大器整个增益频谱中形成的峰值可能对系统性能造成严重影响。在这种情况下,采用 ASE 滤波法可最大限度减小 ASE 噪声的积累。这是通过对未送往网络节点的 DWDM 信道在倒换出节点之前进行滤波的手段达到的。

对于装有很少几个光放大器的系统,自滤波法不如 ASE 滤波法有效。 ASE 滤波法可灵活地选择信号波长,并具有其它的优点。必须谨慎地选择滤波器的特性,因为级联滤波器的通带比信号滤波器的通带窄(除非是有一个矩形的频带)。

4.DWDM 网络设计时对光信噪比的考虑 ( 注:这一部分内容如果你觉得比较深奥的话,完全可以跳过阅读后面的章节)

对不同的网络应用, OSNR 的要求不太相同。如对 2.5Gb/s 的系统组网和基于 10Gb/s 的系统组网在信噪比要求方面有一定的区别。

光信噪比是影响 DWDM 系统误码性能最重要因素之一。对于多个级联线路光放大器的 DWDM 系统,噪声的光功率主要由放大的自发辐射噪声所支配。

•  级联线路光放大器自发辐射噪声累积

多个级联线路光放大器自发辐射噪声累积的数学模型可由 图 4-14 说明。

• 图4-14 自发辐射噪声累积的数学模型

图 4-14 中 G N 为 EDFA N 的增益(以线性单位表示); L N 为第 N 中继段光缆衰耗(以线性单位表示)。

则总的自发辐射噪声功率 =EDFA N 产生的自发辐射噪声功率

+ ( EDFA N-1 产生的自发辐射噪声功率× L N-1 × G N )

……

( EDFA 2 产生的自发辐射噪声功率× L 2 × G 3 ×……× G N-1 × L N-1 × G N )

( EDFA 1 产生的自发辐射噪声功率× L 1 × G 2 ×……× G N-1 × L N-1 × G N ( 式 4-1)

•  单个 EDFA 产生的噪声

一个光放大器在单位频率间隔内产生的放大的自发辐射噪声功率 P ASE :

P ASE = 2N SP ( G-1 ) h ν ( 式 4-2)

式中: N SP 是 EDFA 的自发噪声系数;

G 是 EDFA 的内部增益;

h 是普朗克常数;

ν是光频率。

放大器的外部噪声系数 N F :

N F = 10Log[2N SP -( 2N SP - 1 ) /G ] +η IN ( 式 4-3)

η IN 是放大器输入衰耗(以 dB 为单位)。

•  中继 段衰耗相同时的网络光信噪比的简化计算

如果假设所有 EDFA 特性和各中继段衰耗相同;每个放大器后总功率(包括累积的 ASE 功率)是相等的;并且 G>>1 ; G=L ,则根据式 (4-1) 、式 (4-2) 、式 (4-3) 经一系列处理,光信噪比( OSNR )由下式给出:

OSNR=P OUT - L - N F - 10LogN - 10Log[h ν△ν 0 ] ( 式 4-4)

式中: POUT 是每信道输出功率(以 dBm 为单位);

L 是放大器间的衰耗(以 dB 为单位);

N F 是外部噪声系数(以 dB 为单位);

N 是链路中的间隔数目;

△ν 0 是光带宽;

10Log[h ν△ν 0 ]=- 58 dBm ( 1.55 μ m 带域、 0.1nm 带宽内)。

这一计算方法可满足于一般工程设计需要。但是除满足前面的假设外,还必须满足如下条件:

•  光分用器无周期特性;

•  光发送机有足够高的消光比。

在实际的 DWDM 系统中,由于 EDFA 增益不均衡可能会导致每信道输出功率不等和 EDFA 噪声系数不同。因此设计必须考虑最坏信道的光信噪比满足需要,并有足够的富裕量。

4.3.4 其它因素

1. 受激布里渊散射( SBS )

1 )产生原理

在使用窄谱线宽度光源的强度调制系统中,一旦信号光功率超过受激布里渊散射( SBS )门限,将有很强的前向传输信号光转化为后向传输。在受激布里渊散射中,前向传输的光以声子的形式散射,只有后向散射的光是在单模光纤内。散射光波长大概在 1550nm 处向下移动 11GHz 。

SBS 效应具有一个最低门限功率。然而研究表明,不同类型的光纤甚至同种类型的不同光纤之间的受激布里渊散射门限功率都不同。对于窄谱线光源的外调制系统,其典型值在 5~10mw 数量级,但对直接调制激光器可能会达到 20~30mw 之间。由于 G.653 光纤的有效芯径面积较小,因此采用 G.653 光纤的系统的 SBS 门限功率比采用 G.652 光纤的系统的 SBS 门限功率略低一些。对于所有的非线性效应都是这样。 SBS 门限功率对光源谱线宽度和功率电平很敏感,但与信道数无关。

2 )传输限制

SBS 极大地限制了光纤中可以传输的光功率。 图 4-15 描述了对于窄带光源的这种效应,这里所有的信号功率都落入了布里渊带宽内。前向传输功率逐渐饱和,而后向散射功率急剧增加。

4-15 窄带光源的 SBS 门限

3 )减少影响的方法

在光源线宽明显大于布里渊带宽或者信号功率低于门限功率的系统中, SBS 损伤不会出现。

2. 受激拉曼散射( SRS )

1 )产生原理

受激拉曼散射是和光与硅原子振动模式间相互作用有关的宽带效应。受激拉曼散射使得信号波长就象是更长波长信号通道或者自发散射的拉曼位移光的一个拉曼泵。在任何情况下,短波长的信号总是被这种过程所衰减,同时长波长信号得到增强。

2 )传输限制

在单信道和多信道系统中都可能发生受激拉曼散射。仅有一个单信道且没有线路放大器的系统中,信号功率大于 1W 时可能会受到这种现象的损伤。然而在信道间隔较宽的多信道系统中,波长较短的信号通道由于受激拉曼散射的影响使得一部分功率转移到波长较长的信号信道中,从而可能引起信噪比性能的劣化。这可能引起总信道数、信道间隔、平均输入光功率及总系统长度固定的系统的总容量受到限制。在 G.653 光纤上,系统的受激拉曼色散门限稍低于采用 G.652 光纤的系统,其原因是 G.653 光纤的等效芯径面积小。 SRS 对单信道系统不会产生实际的劣化影响,而对 DWDM 系统则可能会限制其系统的容量。

3 )减少影响的方法

在单信道系统中可以使用滤光器来滤除不需要的频率分量,然而迄今为止,还没有报道在多信道系统中用来消除 SRS 影响的可实用的技术;也可以通过减小信号功率来减轻受激拉曼射效应的影响。不过在目前实施的经过认真设计的 DWDM 系统中没有出现明显的 SRS 限制。

3. 自相位调制( SPM )

1 )产生原理

由于克尔效应,信号光强度的瞬时变化引起其自身的调制。这种效应叫做自相位调制。在单波长系统中当强度变化导致相位变化时自相位调制效应将逐渐展宽信号的频谱,如 图 4-16 所示。在光纤的正常色散区中,由于色度色散效应,一旦自相位调制效应引起频谱展宽,沿着光纤传输的信号将经历暂时间较大的展宽。不过在异常色散区,光纤的色度色散效应和自相位调制效应可能会互相补偿,从而信号的展宽也会小一些。

图 4-16 自相位调制引起传输脉冲的压缩和谱展宽

2 )传输限制

一般情况下, SPM 效应只在高累积色散或超长系统中比较明显。色散受限系统可能不能容忍自相位调制效应。在信道间隔很窄的多通道系统中,由自相位调制引起的频谱展宽可能在相邻信道间产生干扰。

在 G.652 光纤中的低啁啾强度调制信号的自相位调制将引起脉冲的压缩,而对于具有异常色散特性的 G.655 光纤,这种信号的自相位调制效应是发射机功率的函数。脉冲压缩能抑制色度色散并提供一定的色散补偿。然而,最大色散限制和相应的传输距离限制仍然存在。

图 4-16 说明了在 G.652 光纤中的低啁啾强度调制信号的自相位调制引起传输脉冲的压缩;同时也可以说成是频谱展宽。

3 )减少影响的方法

采用 G.653 光纤且将信号通道设置在零色散区附近将有利于减少自相位调制效应的影响。对于使用 G.652 光纤且长度小于 100km 的系统,可以在用适当的间隔处进行色散补偿的方法来控制自相位调制效应的影响。也可以通过减小输入光功率或者是将系统工作波长设置在 G.655 光纤的零色散波长以上来削弱自相位调制效应的影响。

4. 互相位调制( XPM )

1 )产生原理

在多波长系统中,当光强度的变化导致相位变化时,由于相邻信道间的相互作用,互相位调制一般会展宽信号频谱。 XPM 引起的频谱展宽度与信道间隔有关,因为不同的群速引起的色散会导致沿光纤传播的要分离开的脉冲的互作用。一旦 XPM 引起频谱展宽,信号在沿光纤长度传播时就会因色度色散效应而经受一次较大的瞬时展宽。

2 )传输限制

XPM 导致的损伤在 G.652 光纤系统中比在 G.653 光纤和 G.655 光纤系统中更为明显。 XPM 引起的展宽导致多信道系统中相邻信道间的干扰。

3 )减小影响的方法

XPM 可通过选择适当的信道间隔的手段加以控制。研究表明, XPM 引起的多信道系统信号失真只发生于相邻信道。 3 信道系统的中心信道的信噪比( SNR )将接近于单信道的信噪比,这是因为信道的间隔增大了缘故,因此,信号因信道之间有适当的间隔而使 XPM 影响可忽略不计。在对每信道功耗为 5mw 的系统进行的模拟试验中,已证实 100GHz 的信道间隔足以减小 XPM 的影响。 XPM 导致的色散代价也可采取在系统沿线按适当间隔进行色散补偿的办法加以控制。

5. 四波混频( FWM )

1 )产生原理

四波混频( FWM )亦称四声子混合,是在因不同波长的两、三个光波相互作用而导致在其它波长上产生所谓混频产物或边带的新光波的情况下发生的。这种相互作用可能发生于多信道系统的信号之间, EDFA 的自发辐射噪声之间以及单信道的主模与边模之间。

3 个信号的情况下,产生的混频产物如 图 4-17 所示。

图 4-17 三光波互作用产生的混频产物

当信道间隔相等时,这些产物会恰恰落入相邻的信号信道之中。如果边带与初始信号之间的相位匹配条件达到了,那么沿着光纤传播的两个光波就会产生高效率的 FWM 。

2 )传输限制

FWM 边带的产生可能造成信号功率明显减小。更严重的是,当混频产物直接落入信号通道时产生寄生干扰,这种干扰决定于信号与边带的相位的相互作用,表现为信号脉冲幅度的增减。

寄生损耗导致接收器输出眼图的闭合,致使比特差错率( BER )性能劣化。依靠频率间隔和色度色散破坏作用以及光波之间的相位匹配可减小 FWM 产生的影响。在 G.652 光纤上的系统所受的 FWM 损伤比 G.653 光纤上的系统小。相反,若信号通路恰巧位于零色散点或邻近该点处,就可能导致在相对较短(即数十公里)的光纤长度上 FWM 产生激增。 FWM 对信道间隔也是敏感的。

四波混频可能对 ITU-T 建议的 G.652 光纤上的多波长系统造成严重的系统损伤,因为信号只能承受一个很小的色度色散值。在单信道系统中, FWM 的相互作用可能出现在信号与 ASE 噪声之间,也可能出现在光发送器的主模与边模之间。由光克尔效应积累的 ASE 相位噪声被叠加在信号载波上,从而使信号频谱尾部变宽。

3 )减少影响的方法

如前面指出的那样,可利用 G.655 那样的光纤色散来抑制 FWM 带的产生。还可安排不均匀的信道间隔,以缓解 FWM 损伤的严重程度。降低 G.653 光纤系统的功率电平,可允许多路运行,但这会削弱光放大的优势。

为了适当抑制混频产物的发生,已提出了(现有或正在研究的新建议)在 EDFA 放大带宽范围内有一个最小允许色散(即非零色散)的光纤的方案。用色散特性相反的非零色散光纤作替换段也可作为一种可能采用的方案,然而,这种替换可能因要把另一种光纤引入外部环境而在安装、运行和维护上遇到困难。还发现了一些采用色散稍有限定的长光纤段和色散相反且较大的短段光纤(加以补偿)的类似方法。

已有方案提出采取不均匀信道间隔和较大信道间隔减小非线性效应和允许在 G.653 光纤上安排 DWDM 系统的手段减少四波混频影响。采取不均匀信道间隔,可保证由 3 个或更多个信道产生的混频产物不致于恰巧跌落在其它信道波长上,然而由信号向混频产物的功率传递(即信号功率损耗)却会因造成信道间隔不均匀的配置而保持不变,仍会导致明显的眼图闭合现象。信道间隔的增大也可减小四波混频影响。这种缓解技术的使用可能因串接光放大器

6. 偏振模色散( PMD )

1 )产生原理

众所周知,圆形对称电介质波导的基模是双简并的。在一根实际光纤中,这种简并是通过双折射分离的,对于保偏光纤双折射是有意引入的,对一般通信光纤双折射是非期待产物,它是由于光纤受到应力扰动以随机方式引入。

双折射光纤的情况是,一次项产生一个称为偏振色散的群时延。这种偏振色散导致偏振正交状态之间的群时延有差别,如图 4-18 所示。

图 4-18 偏振正交状态之间的群时延产生

虽然偏振模色散效应会随机改变光纤中脉冲传播的偏振状态,但是能够确定一对正交状态或主状态 , 即在输入端入射进光纤的信号在输出端保持偏振状态不变。就一次项而言,这些状态与波长无关。然而在某些情况下,主状态可能呈现出与波长有关。和光纤的色度色散一起会导致的进一步劣化。

光纤的双折射是由诸如应力、弯曲、纽绞、温度等随机引入的,随机的双折射机制重新确定局部的、沿光纤长度方向的双折射轴线,从而导致长度方向偏振模之间的耦合。这种变化之间的光纤长度称为耦合长度。一根光纤的耦合长度是指全部局部耦合长度平均值总和。

2 )传输限制

在数字传输系统中,偏振模色散产生符号间干涉。当总色散等于 0.4T ( T 为比特周期)时,大约引入 1dB 的光功率代价。目前研究表明,光纤或光缆倾向于按平均偏振模色散来规范;数字传输系统也是如此。通过计算机模拟预计,若平均偏振模色散不超过 0.1T ,则系统光功率代价超过 1dB 的概率会小于 10 -9 。

在采用偏振扰码器(一种有意调制激光器偏振状态使之表现为无偏振状态的器件)的长距离放大系统中,偏振模色散导致信号偏振程度增大。偏振相关损耗与偏振烧孔的相互作用而使系统性能劣化。当系统中出现附加偏振相关损耗时,会招致更大的二次损失。

二次效应可能产生偏振模色散与色度色散之间的耦合,从而增加色散的统计分量。这一领域尚在研究之中。

3 )减少影响的方法

既然问题是由双折射引起的,因此在减小偏振模色散影响方面所作的努力都与减小光缆制造引入的双折射有关。诸如优化光纤生产、保证光纤的同心度、减小纤芯的残余应力、采用精密的光缆结构等。典型的光缆平均偏振模色散处于如下范围:

另一方法是在系统输入、输出端插入偏振控制器。一个偏振分束器接在输出偏振控制器之后,用来产生误差信号。输出偏振控制器搜索该误差信号,再调整输入偏振控制器,使误差信号最小。在无误差信号点,输入偏振状态是系统的主状态。这种技术已经用于一个 5Gbit/s 系统的补偿。相干频分复用系统也采用了类似的技术。

7. 偏振相关损耗( PDL )

1 )产生原理

偏振相关损耗是由诸如隔离器、耦合器等光无源器件的二色性引起的。当信号通过二色性器件时,其电场平行于损耗轴线的部分就有衰减。与偏振模色散的情况一样,决定偏振相关损耗的轴线方向是随机变化的。

2 )传输限制

在有放大器的系统中,放大器是按功率守恒模式工作的。信号和噪声均受偏振相关损耗的影响。但是,因为噪声是非偏振的,所以信号和噪声所受的影响是不同的。噪声可分解为一个与信号平行的成分和一个与信号正交的成分。光放大可能增大与信号正交的成分。此外,信号偏振变化导致模色散,所以噪声正交成分的大小随时波动。这会降低接收端信噪比,从而造成系统损伤。

3 )减少影响的方法

就偏振模色散情况而言,重要的是尽量减少组件的偏振模相关损耗。应当指出偏振模相关损耗对系统的影响是随放大器数量的增加而增大的。例如,在长途海缆系统中,要求是极其苛刻的。在只有几个放大器的短途系统中偏振相关损耗对系统的影响尚在研究之中。

•  偏振烧孔( PHB )

1 )产生原理

偏振烧孔( PHB )是偏振饱和信号入射进掺铒光纤而产生的各向异性饱和所导致的结果。这会使利用偏振场定位的受激状态选择减少。因此,正交方向的可用增益较大。虽然铒离子在玻璃纤维线材中是随机分布的,但是在微观水平上,与铒离子相关的偶极子是各向异性的。当线性偏振饱和信号同向于偶极子主轴时,偏振烧孔影响最大;而当饱和信号的偏振状态呈椭圆形或圆形时,该影响减小。因为总差分增益是这两种效应的矢量和,所以信号激光器和泵浦激光器均将影响总效应。烧孔程度与饱和信号的偏振度成正比。非偏振饱和信号不存在烧孔问题。从总体上看,这种情况类似于圆形偏振信号的情况。

2 )传输限制

因为偏振烧孔会使沿链路形成的噪声大于按简单的线性理论预算的噪声,所以偏振烧孔会影响系统性能。造成的影响是信噪比因偏振烧孔而降低以及在偏振模色散和偏振相关损耗的情况下最终测定的 Q 值发生波动。由于有两种影响偏振烧孔的因素,影响系统性能的形式也就有两种。总效应与增益饱和成正比,随饱和度的增大而增大。

我们首先考虑偏振泵浦激光器的影响。为达到讨论的目的,可认为泵浦偏振是固定不变的。泵浦导致正交偏振轴线方向的差分增益。正交于泵浦的噪声大于同向于泵浦的噪声。然而,沿途各放大器中的泵浦激光器的偏振轴线是互不相干的。积累效应似类似于一种随机游动,可以认为引起偏振烧孔的泵浦是放大器偏振相关损耗的一个有关因素。因此,把放大器的数目加以平均而获得的噪声应是线性的,正如简单的线性理论所预算的那样。

引起偏振烧孔的信号激光器略有差别。因为信号激光器是在系统上传播信号的,所以平行于信号激光器的偏振噪声将有同信号一样的增益。然而,正交于信号激光器的噪声却总是正交于信号偏振轴线的。因此,噪声以非线性形式沿放大链路增加。

偏振烧孔导致的总差分增益将随着放大链路沿途(由偏振模色散导致的)信号偏振状态的变化而变化。它之所以变化是因为信号烧孔效应与泵激效应有关。当处于相应的偏振状态时,信号激光器和泵浦激光器会改变差分增益变化的幅度。因此,这样做虽然会使总噪声以非线性形式增大,但噪声可能随时波动。如上所述,信噪比将下降,并随时波动。

3 )减小影响的方法

在几种减 小偏振烧孔效应的手段。在小信号区进行放大是一种可行的办法,但这并不总是可能的,在许多情况下是不满足需要的。实际上,最简单的办法是采用无偏振信号。无偏振信号可用许多手段产生,但采取偏振扰码来产生信号的方法最为普遍。若使用相位调制器,则偏振状态会随时在两种正交状态之间同时变化。这样,信号就似乎无偏振了。

这表明最好是按双倍的比特率安排偏振调制。这是因为放大器中的偏振相关损耗会从偏振调制变换为幅度调制的缘故。采取双倍比特偏振调制,幅度波动就处于检测器带宽以上的速率上,从而不被接收器感知。若采用这种技术,则很长的系统的性能就得到改善,达到预期的符合高可信度要求的目的。偏振调制已成为跨洋大系统的标准实现手段。

然而,在长距离放大系统中,偏振模色散会引起信号的再次偏振,致使偏振烧孔造成系统性能劣化。这种效应证实了放大链路偏振现象的相互作用的复杂性质。

4.4DWDM 网络的保护

由于 DWDM 系统的负载很大,安全性特别重要。

点到点线路保护主要有两种保护方式:一种是基于单个波长、在 SDH 层实施的 1+1 或 1 : N 的保护。另一种是基于光复用段上保护,在光路上同时对合路信号进行保护,这种保护也称光复用段保护 OMSP 。另外还有基于环网的保护。

4.4.1 基于单个波长的保护

1. 基于单个波长,在 SDH 层实施的 1+1 保护

图 4-19 基于单个波长,在 SDH 层实施的 1+1 保护

这种保护系统机制与 SDH 系统的 1+1MSP 类似,所有的系统设备都需要有备份, SDH 终端、复用器 / 解复用器、线路光放大器、光缆线路等, SDH 信号在发送端被永久桥接在工作系统和保护系统,在接收端监视从这两个 DWDM 系统收到的 SDH 信号状态,并选择更合适的信号,这种方式的可靠性比较高,但是成本比较高。

在一个 DWDM 系统内,每一个 SDH 通道的倒换与其它通道的倒换没有关系,即 DWDM 系统里的 Tx1 出现故障倒换至 DWDM 系统 2 时, Tx2 可继续工作在 DWDM 系统 1 上。一旦监测到启动倒换的条件,保护倒换应在 50ms 完成。

2. 基于单个波长,在 SDH 层实施的 1:n 保护

DWDM 系统可实行基于单个波长,在 SDH 层实施的 1:N 保护,如 图 4-20 所示, Tx 11 、 Tx 21 、 Tx n1 共用一个保护段,与 Tx p1 构成 1 : n 的关系保护关系, Tx 12 、 Tx 22 、 Tx n2 共用一个保持段,与 Tx p2 构成 1 : n 的关系保护关系,依此类推, Tx 1m 、 Tx 2m 、 Tx nm 共用一个保护段,与 Tx pm 构成 1 : n 的关系保护关系。 SDH 复用段保护( MSP )监视和判断接收到的信号状态,并执行来自保护段合适的 SDH 信号的桥接和选择。

图 4-20 基于单个波长,在 SDH 层实施的 1 : n 保护

在一个 DWDM 系统内,每一个 SDH 通道的倒换与其它通道的倒换没有关系,即 DWDM 系统 1 里的 Tx 11 倒换到 DWDM 保护系统 1 时, Tx 12 、 Tx 13 … Tx 1m 可继续工作在 DWDM 工作系统 1 上。一旦监测到启动倒换条件,保护倒换应在 50ms 内完成。

3. 基于单个波长,同一 DWDM 系统内 1 : n 保护

考虑到一条 DWDM 线路可以承载多条 SDH 通路,因而也可以使用同一 DWDM 系统内的空闲波长作为保护通路。

4-21 基于 SDH 层的同一 DWDM 系统内 1 : n 保护

图 4-21 所示为 n+1 路的 DWDM 系统,其中 n 个波长通道作为工作波长,一个波长通路作为保护系统。但是考虑到实际系统中,光纤、光缆的可靠性比设备的可靠性要差,只对系统保护,而不对线路保护实际意义不是太大。

一旦监测到启动倒换时间条件,保护倒换应在 50ms 内完成。

4.4.2 光复用段( OMSP )保护

这种技术只在光路上进行 1+1 保护,而不对终端线路进行保护。在发端和收端分别使用 1 × 2 光分路器和开关,或采用其它手段(如 glowing 状态,指光放大器处于一种低偏置电流,泵浦源工作在低输出情况下,输出信号很小,只能供监测得到,判断是否处于正常工作状态),在发送端对合路的光信号进行分离,在接收端,对光信号进行选路。光开关的特点是插入损耗低,对光纤波长放大区域透明,并且速度快,可以实现高集成和小型化。

4-22 光复用段( OMSP )保护

图 4-22 是采用光分路和光开关的光复用段保护方案。在这种保护系统,只有光缆和 DWDM 的线路系统是备份的,而 DWDM 系统终端站的 SDH 终端和复用器则是没有备用的,在实际系统中,人们也可以用 N : 2 的耦合器来代替复用器和 1 : 2 分路器。相对于 1+1 保护,减少了成本,光复用段 OMSP 保护只有在独立的两条光缆中实施才有真正的实际意义。

4.4.3 环网的应用

采用 DWDM 系统同样可以组成环网,一种是将基于单个波的点到点 DWDM 系统连成环,如 图 4-23 所示。在 SDH 层实施 1 : n 保护, SDH 系统必须采用 ADM 设备。

图 4-23 利用点到点 DWDM 系统组成的环

在 图 4-24 所示的保护系统中,可以实施 SDH 系统的通道保护环和 MSP 保护环, DWDM 系统只是提供“虚拟”的光纤,每个波长实施的 SDH 层保护与其它波长的保护方式无关,该环可以为 2 纤或 4 纤。

4-24 利用 OADM 组成的环

采用有分插复用能力的 OADM 组环是 DWDM 技术在环网中应用的另一种形式。现在, OADM 组成的环网可以分成 2 种形式。

一种是基于单个波长保护的波长通道保护,即单个波长的 1+1 保护,类似于 SDH 系统中的通道保护。

另一种是线路保护环,对合路波长的信号进行保护,在光纤切断时,可以在断纤临近的 2 个节点完成“环回”功能,从而使所有的业务得到保护,与 SDH 的 MSP 相类似。从表现形式上讲,可以分双向线路 2 纤环和单向线路 2 纤环,也可以构成双向线路 4 纤环。在双向 2 纤线路环时,一半波长作为工作波长,另一半作为保护。

4.5. 实例分析

4.5.1 组网图(实际网络站点)

有一实际网络如图所示,共有 A 、 B 、 C 、 D 、 E 、 F 、 G 、 H 、 I 、 J 、 K 、 L 、 M 、 N 等 14 个站点,其中 A 、 E 、 N 三点有业务上下,其它站点无业务上下。各站点间的距离如 图 4-25 所示。

图 4-25 某网络实际组网图

4.5.2 组网图(考虑光源的色散受限距离,划分网络的再生段)

光源的色散受限距离与光源的调制方式有关, 32 × 2.5Gb/s 的系统中,一般 EA 光源的色散受限距离最大可达到 640km , M-Z 外调制光源的色散受限距离最大可达到 1000km ( M-Z 光源的线宽太窄,不利于克服光纤的非线性效应)。现以实际工程中最常用的 EA 光源为例来划分网络的再生段。

将 图 4-26 中相邻的有业务上下的两站点间的距离进行分析, A--E 之间距离为 386km, 满足 EA 光源色散受限距离要求; E---N 间的距离为 1002km ,不满足 EA 光源色散受限距离小于等于 640km 的要求,必须对 E---N 两站点的距离进行划分,将该段距离分为两到三段距离较小的再生段距离。现将 E---N 间的 I 站点由光放大站改为电中继站,使 E---N 间由一个再生段划分为 E---I 、 I---N 两个再生段。其中 E---I 再生段的距离为 453km , I---N 站 D 的再生段距离为 549km ,划分后的距离满足 EA 光源色散距离小于等于 640km 的要求。组网如 图 4-26 所示。

图 4-26 考虑光源色散受限距离的组网图

4.5.3 组网图(考虑光放大器功率,划分网络的光中继段)

根据 ITU-T 和国家相关建议, DWDM 相邻两站间的中继距离可规定到 80km 、 100km 、 120km 、 160km4 种, 160km 规格只应用于无线路放大器(光中继站)的情况。对于有线路放大器的情况,虽一般建议不超出 120km ( 33dB ),但只要光放大器功率和 OSNR 等指标满足要求,仍可应用大于 120km ( 33dB )的组网方式。在有线路放大器的应用中,一般光放大器的总发送功率不大于 +20dBm 。例如 16 波长系统的单波长放大输出光功率为 +8dBm ,前置放大器的单波长接收光功率不小于 -30dBm ,故两站点间(对于 16 波系统)的距离一般应小于 139km ( 38dB/0.275dB/km )。

图 4-26 中 I---J 两站点间的距离为 176km ,超出光放大器的要求;其它两相邻站点间的距离基本符合光放大器的要求。因此要在 I---J 两相邻站点间添加光中继站,将 I----J 划分为两段中继段。如 图 4-27 所示,添加 X 站点后可满足光放大器的要求。

图 4-27 考虑光放大器功率的组网图

4.5.4 组网图(考虑 OSNR )

网络对 OSNR 要求与组网方式有关。对按图 4-26 组网后的各再生段的接收端的 OSNR 计算可得:从 A---E-----I-----N 方向, OSNR 值分别为

E 点: OSNR=21.8dB

I 点: OSNR=20.4dB

N 点: OSNR=20.7dB

满足网络对 OSNR 的要求。因此网络结构保持不变,如 图 4-28 所示。

(当 OSNR 满足不了网络要求时,应参考光源色散受限距离将再生段重新划分,最终使网络满足色散受限距离、 OSNR 、光功率预算三方面的要求。光纤非线性虽然也是光传输的受限因素之一,但在满足建议规格的应用条件下,可完全忽略这方面的限制)。

4-28 考虑 OSNR 的组网图

4.6.OptiX BWS 320G 系统网络应用举例——某省电信骨干网提速工程

4.6.1 工程概述

某省电信数据骨干网提速工程全部采用华为技术有限公司 OptiX BWS 320G 骨干 DWDM 光传输系统。这是国内厂商开发的 320Gbit/s 容量 DWDM 系统首次获得商用。 近年来,由于 Internet 和宽带业务的迅猛发展,该省近年来数据业务发展迅速,对网络带宽的巨大需求使原有带宽资源难以满足业务快速增长的需要,该省电信公司为此决定对全省数据骨干网络进行全面提速。提速工程涉及该省全部地级城市。 整个网络工程竣工后,不仅可解决目前数据传输通道紧张的问题,充分满足广大网民及集团用户快速上网的需求,而且为该省电信公司今后宽带业务的发展预留了充足的扩展空间。

图 4-29 是该工程示意图。提速工程全部采用在国内率先实现商用的华为技术有限公司 OptiX BWS 320G 光传输系统,它可接入 STM-64/16/4 各种速率的 SDH 业务、 IP 、 ATM 及 GE 等多种数据业务。工程初期开通 14 通道。整个网络共有 21 个站点,由光终端复用设备及光线路放大设备组成南、北两个大环,此外,还有两个点对点的连接。

图 4-29 某省电信骨干网提速工程传输网组网示意图

4.6.2 工程中使用的技术

•  DWDM 技术:在该省电信数据骨干网提速工程中使用了总容量为 320Gbit/s 的 32 通道 OptiX BWS 320G 骨干 DWDM 光传输设备,使网络的传输容量获得大幅度提高。同时还节省了光纤资源,降低了网络成本。

•  光放大技术: 工程采用了具有增益平坦与增益锁定功能的多种型号、性能先进的掺铒光纤放大器,构成光前放单元、光功放单元与光线放单元。如果采用加电中继的办法解决,则会增加投资,同时增加维护的难度。

•  色散管理技术:综合考虑整个网络系统的色散分布,采用业界先进的具有传输光纤色散 斜率补偿功能的色散补偿模块,对系统的色散进行了统一管理,能支撑 10Gbit/s 及以上高速率光信号的传输。

•  抖动抑制技术:采用先进的抖动抑制单元,对时钟提取及信号抖动进行 特别处理,使系统具有良好的抖动性能,完全满足数据业务对传输系统抖动特性和时延的严格要求。

•  光线路保护技术:由于该网络为省级高速骨干网,对网络的可生存性要求很高,因此,整个网络中绝大多数 站点都配置了 OLP 板,对光缆线路进行了保护。 图 4-28 中分别标识出了工作光纤和备用光纤的长度。

•  DWDM 网元和 SDH 网元实现统一网管,便于维护。

 

全书完

 

 



作者:ayp  来源:中国中铁电气化局集团第三工程有限公司第二工程段

上一篇:移动通信基本知识2

下一篇:CAD文件转换到WORD的方法

通信分公司公众号