一種高速光纖光傳輸系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】近年來通信網(wǎng)絡(luò)所傳送的業(yè)務(wù)由原來單一的話音通信發(fā)展到現(xiàn)在的承載保護、安穩(wěn)、辦公自動化、會議電視、遠動等信息。在光傳輸系統(tǒng)中，限制光纖通信高速率、長距離傳輸?shù)闹饕蛩厥枪饫w的衰耗和色散。近幾年光纖衰耗解決技術(shù)已得到提升，色散受限對高速光纖通信的影響顯得更為突出，特別是在高速率、長距離的光纜傳輸環(huán)境下，色散受限系統(tǒng)對傳輸信號的影響更為明顯。本發(fā)明提供一種高速光纖光傳輸系統(tǒng)，其具有色散補償模塊，該色散補償模塊具有色散補償量計算模塊，計算系統(tǒng)內(nèi)瞬時色散補償量，解決色散量波動造成高速光纖光傳輸系統(tǒng)不穩(wěn)定的技術(shù)問題。
【專利說明】一種高速光纖光傳輸系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域，特別涉及一種高速光纖光傳輸系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的突飛猛進，不僅在許多應(yīng)用領(lǐng)域刺激了人們對高新技術(shù)需求的 渴望，而且正在深層次上轉(zhuǎn)變?nèi)藗兊乃枷胗^念，尤其在電力專網(wǎng)上，近年來通信網(wǎng)絡(luò)所傳送 的業(yè)務(wù)由原來單一的話音通信發(fā)展到現(xiàn)在的承載保護、安穩(wěn)、辦公自動化、會議電視、遠動 等信息。在光傳輸系統(tǒng)中，限制光纖通信高速率、長距離傳輸?shù)闹饕蛩厥枪饫w的衰耗和色 散。近幾年光纖衰耗解決技術(shù)已得到提升，色散受限對高速光纖通信的影響顯得更為突出， 特別是在高速率、長距離的光纜傳輸環(huán)境下，色散受限系統(tǒng)對傳輸信號的影響更為明顯。
[0003] 光纖色散大大限制了高速光纖通信系統(tǒng)傳輸?shù)木嚯x，故對高速光纖通信系統(tǒng)進行 的色散補償變得十分必要。目前色散補償技術(shù)主要有光纖型色散補償技術(shù)和光柵型色散補 償技術(shù)。
[0004] 色散補償光纖（DCF, Fispersion Compensating Fiber)是一種特制的光纖，其色 度色散為負值，恰好與G. 652光纖相反，可以抵消G. 652常規(guī)色散的影響。在實際應(yīng)用中一 般采用DCF基本模塊，其色散值約為-340ps/nm，按G. 652光纖的色散系數(shù)17ps/nm · km計 算，每個DCF基本模塊可以補償20km的傳輸距離，DCF基本模塊可以根據(jù)需要進行組合，成 為更長距離的色散補償模塊（DCM，Dispersion Compensating Module),其補償距離為20km 的整數(shù)倍。但DCF有較大的插損（每個DCF基本模塊的插損約3dB)，需要利用光放大器的 多余增益來補償。
[0005] 色散補償光柵（DCG，Dispersion Compensating Grating)是近年來發(fā)展起來的 色散補償技術(shù)，其基本原理是：使群速率高的譜分量多繞一段距離，群速率低（傳播得慢） 的譜分量少經(jīng)過一段距離，從而使得反射后到達對端的時間相等，就抵消了由于時延造成 的色散效應(yīng)。其優(yōu)點有色散補償量大、體積小、插損小、成本低、不受光纖非線性效應(yīng)的影響 等。
[0006]目前色散補償主要通過色散補償光纖技術(shù)和色散補償光柵進行補償，但是在整個 高速光纖通信系統(tǒng)內(nèi)部不具備隨著系統(tǒng)變化而計算色散補償量的模塊，因此補償量是固定 的，而隨著高速光纖通信系統(tǒng)部件老化或者某些偶然干擾，色散補償量都會波動，這就造成 高速光纖通信系統(tǒng)的不穩(wěn)定。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明針對上述問題，提供一種高速光纖光傳輸系統(tǒng)，其具有色散補償模塊，該色 散補償模塊具有色散補償量計算模塊，計算系統(tǒng)內(nèi)瞬時色散補償量，解決色散量波動造成 高速光纖光傳輸系統(tǒng)不穩(wěn)定的技術(shù)問題。
[0008] 色散分為色度色散與偏振色散兩大類，文章重點討論色度色散的問題。在實際應(yīng) 用中，各種色散以復(fù)雜的關(guān)系結(jié)合在一起，共同決定了光纖色度色散的大小。
[0009] 所謂色度色散是指入射到光纖的光脈沖經(jīng)光纖傳輸以后，出射端光脈沖將發(fā)生時 間展寬的現(xiàn)象。色度色散按產(chǎn)生原因的不同，又可以分為：模式色散（模間色散）、材料色 散、波導(dǎo)色散和偏振色散。后兩者都與光波長有關(guān)，所以又統(tǒng)稱為"波長色散"或"模內(nèi)色 散"。
[0010] 1)模式色散：多模光纖中，不同模式之間群速率不同而產(chǎn)生的色散。對單模光纖 來說，因為光纖尺寸可以同光波長相比擬，所以光纖只允許一種模式在其中傳播，不存在模 式色散的問題。
[0011] 2)材料色散：由于光纖材料折射率隨光波長（頻率）而變引起的色散。
[0012] 3)波導(dǎo)色散：光纖某一模式對不同波長群速率不同、傳播常數(shù)不同而產(chǎn)生的色 散。4)偏振色散：單模光纖中，由于光纖雙折射使兩個正交偏振模/Zif 1和產(chǎn)生時延差 而出現(xiàn)的色散。
[0013] 模式色散僅存在于多模光纖中，比材料色散與波導(dǎo)色散之和還要高幾十倍，所以 在多模光纖中其材料色散與波導(dǎo)色散可以忽略不計。單模光纖因基本上不存在模式色散， 其色度色散主要由材料色散、波導(dǎo)色散構(gòu)成，所以適合于進行大容量傳輸。
[0014] 在光纖通信中為了使光源器件發(fā)出與信息電脈沖相應(yīng)的光脈沖流，需要對光源發(fā) 出的光波進行調(diào)制。目前，半導(dǎo)體激光器信號的調(diào)制方式有直接調(diào)制和外調(diào)制2種。
[0015] 直接調(diào)制方式就是用電脈沖信號直接去改變光源的工作電流，從而使光源器件發(fā) 出與電脈沖信號相應(yīng)的光脈沖：即在數(shù)字電信號為"1"的瞬間，光發(fā)送機采用一個"傳號" 光脈沖；在數(shù)字為"0"的瞬間，光發(fā)送機不發(fā)光即為"空號"。外調(diào)制方式就是讓光源連續(xù)發(fā) 光，在其外部用電信號間接地控制光源所發(fā)出的光，從而獲得與電脈沖信號相對應(yīng)的光脈 沖流。
[0016] 當(dāng)傳輸速率很高時，采用直接調(diào)制方式會出現(xiàn)"啁啾"現(xiàn)象，最后導(dǎo)致光源的發(fā)射 波長發(fā)生偏移，嚴重的影響系統(tǒng)的性能。所以，直接調(diào)制方式一般用于2. 5Gbit/s以下低速 級別光口中。外調(diào)制方式需要調(diào)制器，激光器在直流狀態(tài)下工作，具備無激光啁啾、低色散 失真、大消光比、高速率等優(yōu)點。但成本較高，生產(chǎn)難度大，尤其適合于2. 5Gbit/s及以上高 速率級別光口中。
[0017] 直接調(diào)制方式下色散受限距離的計算，對于2. 5Gbit/s速率以下系統(tǒng)，其光口大 多采用直接調(diào)制方式。可以使用如下的色散受限公式計算色散受限距離：
[0018] （ε Χ1〇12ν(δ λ XBXDU))
[0019] 式中：ε為光脈沖的相對展寬值，對于多縱模激光器，取ε = 〇. 115 ;對于發(fā)光 二極管和單縱模激光器，取ε = 0.306 ;對于L16. 2接口，工作于G. 652光纖時，取ε = 0. 491 ; δ λ為光源器件的根均方譜寬，單位為nm ;與-20dB譜寬的關(guān)系為δ λ (rms)= δ λ ( - 20dB) /6. 07, B為系統(tǒng)的傳輸速率,單位為bit/s ;D ( λ )為色散系數(shù)，單位為色散 受限距離為 L (L16. 2) = (0· 491 X 1012)八0· 75/6. 07 X 2500 X 17) = 93km，大于 L16. 2 的衰 耗受限距離82km，不是色散受限系統(tǒng)。可見，采用直接調(diào)制方式的光源，其色散受限距離均 大于衰耗受限距離，在實際工程中可以不予考慮。
[0020] 外調(diào)制方式時，色散受限距離的計算，對于2. 5Gbit/s及以上速率系統(tǒng)，大多采用 外調(diào)制方式。可使用如下的色散受限計算公式為：
[0021] L=光源色散容限/DU)
[0022] 對于2. 5Gbit/s速率的傳輸系統(tǒng)，目前的生產(chǎn)工藝水平已經(jīng)可以達到llOOOps/ nm的色散容限值。以G. 652光纖的色散系數(shù)為17ps/nm · km計算，其受限距離可以達到 640km。因此，在實際應(yīng)用中，對于2. 5Gbit/s速率的系統(tǒng)，只需采用對應(yīng)色散容限要求的單 板組網(wǎng)，無需考慮色散受限問題。
[0023] 對于傳輸速率為10Gbit/s的系統(tǒng)，目前各廠家僅提供最大1600ps/nm左右的色散 容限值。以G. 652光纖的色散系數(shù)為17ps/nm · km計算，傳輸受限距離在90km左右，小于 實際應(yīng)用中遇到的長距離傳輸?shù)拈L度，因此，需要根據(jù)光纜的長度計算色散損耗來進行色 散的補償。
[0024] 本發(fā)明的高速光纖光傳輸系統(tǒng)包括光放大器（EDFA)，EDFA -般是工作在1550nm 窗口上，該窗口光纖損耗系數(shù)比1310nm窗口還要低（僅0. 2dB/km)。EDFA噪聲小，增益曲 線好，放大器帶寬大，與密集波分復(fù)用（DWDM)系統(tǒng)相兼容，同時EDFA泵浦效率高、工作性能 穩(wěn)定、技術(shù)成熟。在DWDM的應(yīng)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 和雙向泵浦工作方式，因此在DWDM通信系統(tǒng)中備受青睞。EDFA主要是由一段摻鉺光纖（長 約10?30m)和泵浦光源組成，其工作原理是：光能被泵入后，通過光復(fù)用器進入一定長度 的鉺添加光釬，后者作為一種轉(zhuǎn)化介質(zhì)把光能加載在輸入的1550nm光信號上，光信號以某 個功率進入單元，出去時功率便增大了，光隔離器把不需要的反射信號濾除。
[0025] 本發(fā)明的高速光纖光傳輸系統(tǒng)包括色散補償量的計算模塊，對于色散受限系統(tǒng) (全程總色散大于光板色散受限量，若全程總色散小于光板色散受限量，則不需要進行色散 補償），需要增加色散補償模塊加以解決，色散補償量的大小可以通過如下公式計算得出：
[0026] 色散補償量=全程總色散值一光板色散受限量+調(diào)整量
[0027] 其中：全程總色散值=LXDU )
[0028] 對于調(diào)整量的大小，應(yīng)當(dāng)視具體線路長度、補償技術(shù)而定，通常電網(wǎng)提供簡單統(tǒng)一 的計算模型，可以將調(diào)整量控制在一個定值；光板色散受限量為光放大器（EDFA)的色散容 限。由于在電網(wǎng)實際應(yīng)用中，單跨度傳輸距離一般不會超過200km。目前各廠家提供的長 距離光源本身最少具備40km(800ps/nm)的色散容限，所以需要進行色散補償?shù)木嚯x在0? 160km之間。由于色散補償模塊的補償量具有10%的允許偏差范圍，所以必須對這部分偏 差再次進行補償?？紤]到這部分補償?shù)哪K還會存在偏差，可以按照補償距離長度的15%， 即160X15%=24km(408ps/nm)作為色散的補償冗余量。這樣，光源只需要承擔(dān)0?32km 的正色散偏差即可，完全符合廠家光源色散容量的要求。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0029] 圖1是本發(fā)明的一種高速光纖光傳輸系統(tǒng)的系統(tǒng)示意圖；
[0030] 圖2是本發(fā)明的一種高速光纖光傳輸系統(tǒng)的光放大器結(jié)構(gòu)不意圖；
[0031] 圖3是本發(fā)明的一種高速光纖光傳輸系統(tǒng)的色散補償模塊結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0032] -種高速光纖光傳輸系統(tǒng)，包括通過高速光纖光傳輸連接的A地局和B地局，從A 地局到B地局的上行線路依次通過光放大器1、光纜和色散補償模塊2連接到B地局，從B 地局到A地局的下行線路同樣依次通過光放大器1、光纜和色散補償模塊2連接到A地局。
[0033] 其中光放大器1為RT-EDFA光放大器，光放大器主要是由光隔離器3、泵浦激光器 4、多路信號復(fù)用器5和一段摻鉺光纖6組成，信號輸入端依次通過光隔離器3、多路信號復(fù) 用器5、鉺添加光纖6、多路信號復(fù)用器5和光隔離器3連接到信號輸出端，泵激光器4連接 多路信號復(fù)用器5。其工作原理是光能被泵入后，通過多路信號復(fù)用器5進入一定長度的鉺 添加光釬6,鉺添加光釬6作為一種轉(zhuǎn)化介質(zhì)把光能加載在輸入的光信號上，光信號以某個 功率進入單元，出去時功率便增大了，光隔離器3把不需要的反射信號濾除。
[0034] 其中色散補償模塊2包括總色散值計算模塊7、光板色散受限量設(shè)定模塊8、調(diào)整 量計算模塊9、控制器10和色散補償選擇器11，總色散值計算模塊7、光板色散受限量設(shè)定 模塊8和調(diào)整量計算模塊9組成計算模塊，通過控制器10控制色散補償選擇器11來選擇 色散補償器，色散補償選擇器11包括若干個色散補償器。
[0035] A地局和B地局以2. 5Gbit/s速率互連，A地局和B地局光纜線長全程210KM，光 放大器使用RT-EDFA光放大器，通過色散受限技術(shù)分析原因，A地局一B地局全程210km，其 中200km是G. 652光纜、IOkm是G. 655光纜，按照模型計算全程總色散：
[0036] 全程總色散=200X 17+10X4 = 3440ps/nm ;
[0037] 而RT-EDFA光放大器的色散容限為2720ps/nm(相當(dāng)于把光板的色散受限量提高 到 2720ps/nm)。
[0038] 目前各廠家提供的長距離光源本身最少具備40km(800ps/nm)的色散容限，所以 需要進行色散補償?shù)木嚯x在〇?160km之間。由于色散補償模塊的補償量具有10%的允許 偏差范圍，所以必須對這部分偏差再次進行補償?？紤]到這部分補償?shù)哪K還會存在偏差， 可以按照補償距離長度的15 <%，8卩160父15(%=241^(408?8/11111)作為色散的補償冗余量。 這樣，光源只需要承擔(dān)〇?32km的正色散偏差即可，完全符合廠家光源色散容量的要求。
[0039] 可以簡單地通過色散模型計算出需要補償?shù)纳⒘看笮。?br> [0040] 色散補償量=3440-2720+408 = 1128ps/nm。
[0041] 可以通過色散補償器選擇器11選擇1360ps/nm的光纖型色散補償模塊或是1個 1360ps/nm的光柵型色散補償模塊來解決問題。
【權(quán)利要求】
1. 一種高速光纖光傳輸系統(tǒng)，其特征在于：包括光放大器、光纜和色散補償模塊，還包 括通過高速光纖光傳輸連接的A地局和B地局，從A地局到B地局的上行線路依次通過光 放大器、光纜和色散補償模塊連接到B地局，從B地局到A地局的下行線路同樣依次通過光 放大器、光纜和色散補償模塊連接到A地局； 其中光放大器由光隔離器、泵浦激光器、多路信號復(fù)用器和一段摻鉺光纖組成，信號輸 入端依次通過光隔離器、多路信號復(fù)用器、鉺添加光纖、多路信號復(fù)用器和光隔離器連接到 信號輸出端，泵激光器連接多路信號復(fù)用器，光能被泵入后，通過多路信號復(fù)用進入一定長 度的鉺添加光釬，鉺添加光釬作為一種轉(zhuǎn)化介質(zhì)把光能加載在輸入的光信號上，光信號以 某個功率進入單元，出去時功率便增大了，光隔離器把不需要的反射信號濾除； 其中色散補償模塊包括總色散值計算模塊、光板色散受限量設(shè)定模塊、調(diào)整量計算模 塊、控制器和色散補償選擇器，總色散值計算模塊、光板色散受限量設(shè)定模塊和調(diào)整量計算 模塊組成計算模塊，通過控制器控制色散補償選擇器來選擇色散補償器，色散補償選擇器 包括若干個色散補償器。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高速光纖光傳輸系統(tǒng)，其特征在于：光放大器為RT-EDFA 光放大器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高速光纖光傳輸系統(tǒng)，其特征在于：所述的計算模塊的 內(nèi)置計算邏輯為： 色散補償量=全程總色散值一光板色散受限量+調(diào)整量。
【文檔編號】H04B10/2525GK104320192SQ201410500163
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月26日
【發(fā)明者】戴睿, 杜書, 張穎, 楊鴻昌, 徐亮, 王海濤, 陳少磊 申請人:國網(wǎng)四川省電力公司信息通信公司, 國家電網(wǎng)公司