色散補償在G.652光纖傳輸系統(tǒng)中的應用

張雪峰，張學松，陳宋祥，韋澤芬，葛小鋒

（海南省?？谑旋埲A區(qū)華墾路10號，海南 ?？?570236）

1 研究背景

光信號在長距離傳輸時，由于光纖色散效應引起脈沖展寬，產(chǎn)生碼間串擾，嚴重時使得接收端產(chǎn)生誤碼現(xiàn)象，使得傳輸帶寬變窄，限制了傳輸系統(tǒng)容量。已廣泛使用的常規(guī)單模光纖（Single-Mode optical Fiber，SMF）G.652在1 310 nm波長處色散最小，但損耗較大，而在1 550 nm波長處則具有較大的色散系數(shù)（17 ps/nm/km），但損耗最低（約0.20 dB/km）。摻餌光纖放大器的出現(xiàn)和實用化，減小了損耗對通信距離的限制，但是由于工程應用對光傳輸系統(tǒng)高傳輸速率和大傳輸帶寬的需求，色散問題日益顯著，色散已成為影響傳輸特性的一個重要問題，必須予以解決。色散補償光纖以其無源特性、全階補償以及插損小等特點，在眾多色散補償技術(shù)中優(yōu)勢顯著，對現(xiàn)有常規(guī)光纖通信系統(tǒng)（G.652）的擴容具有普遍實用意義[1]。

2 色散補償

色散補償光纖DCF（Dispersion Compensating Fiber，工程應用中為色散補償模塊DCM）的原理：首先利用基模波導獲取高的負色散值，而后通過改變光纖的芯徑大小、摻雜濃度等參數(shù)，使零色散波長點轉(zhuǎn)移至大于1 550 nm波長位置，從而在1 550 nm處得到較大的負色散系數(shù)。而我們通常使用的G.652光纖為正色散光纖，通過局部配置色散補償光纖模塊（負色散系數(shù)）進行補償，使得傳輸中采用的光纖色散值正負交替，系統(tǒng)總的色散接近零。在實際應用中就是在現(xiàn)使用的G.652光纖上加上一段具有負色散性質(zhì)的光纖（即色散補償光纖DCF），使傳輸系統(tǒng)總的色散值控制在系統(tǒng)允許容限范圍以內(nèi)，從而減小色散對系統(tǒng)的影響[2]。

應用DCM時要求插入的色散補償光纖的色散值必須與需要補償?shù)墓饫w色散值相匹配，在原理上，色散補償模塊可以放置在傳輸線路的任何位置，發(fā)送端、接收端，或兩端都行。但是當其放置在發(fā)送端功率放大器之后時，由于DCF的模場直徑很小（約為5～6 μm），可作用有效面積小，相同的光功率會引起較大的非線性效應[3]，因此，接下來將討論DCM配置的幾種常見場景。

3 色散補償模塊的配置

3.1 常見術(shù)語介紹

（1）預補償：在一個DWDM復用段的OTM發(fā)送端配置色散補償模塊（DCM），色散補償模塊位置在OBA與OMU之間，功能是對整個復用段的光信號在進入傳輸線路前提供一定的色散補償量。

（2）線路補償：在一個DWDM復用段的線路站點進行色散補償，色散補償模塊通常在OLA之前或者在構(gòu)成OLA站點的OPA與OBA之間，功能是對每個放大站之前的放大段傳輸光纖進行補償。

（3）后補償：在一個DWDM復用段的OTM接收端進行色散補償，色散補償模塊通常在OPA之前，構(gòu)成OPA站點的OPA與OBA之色散補償模塊通常在OPA之前或者在構(gòu)成OPA站點的OPA與OBA之間，功能是對復用段傳輸方向的最后一個放大段的傳輸光纖進行補償，同時兼有對整個復用段的色散補償量進行調(diào)整的功能。

（4）系統(tǒng)的殘余色散：指一個復用段經(jīng)過色散補償后的剩余色散量。

（5）過補償和欠補償：如果復用段總傳輸光纖長度＞復用段總色散補償光纖長度或系統(tǒng)的殘余色散為正，稱之為欠補償；如果復用段總傳輸光纖長度＜復用段總色散補償光纖長度或系統(tǒng)的殘余色散為負，稱之為過補償[4]。

3.2 色散補償?shù)呐渲迷瓌t

表1描述了OTU兩種編碼模式在G.652光纖中的理論傳輸距離。對于使用G.652光纖、光源采用NRZ編碼方式，復用段長度小于等于800 km的400G/800G系統(tǒng)，系統(tǒng)的殘余色散值在10 km和30 km之間。以800 km的G.652線路傳輸場景為例，如果光源色散容限為800 ps/nm.km，最少要補償770 km，最多要補償790 km。對于復用段長度大于800 km，小于1 200 km的400G系統(tǒng)，系統(tǒng)的殘余色散在30 km和50 km之間；對于復用段長度大于800 km，小于1 200 km的800G系統(tǒng)，系統(tǒng)的殘余色散在10 km和30 km之間，補償方案參見表2。

表1 OTU的色散受限距離

表2 G.652光纖系統(tǒng)的色散補償方案

對于使用G.652光纖，光源采用ERZ編碼方式、復用段長度小于或等于800 km的400G/800G系統(tǒng)，系統(tǒng)的殘余色散在0 km和20 km之間。以800 km的G.652線路傳輸場景為例，最少要補償為780 km，最多要補償為800 km。對于復用段長度大于800 km，小于1 200 km的400G/800G系統(tǒng)，系統(tǒng)的殘余色散在10 km和30 km之間，補償方案參見表2。

3.3 色散補償模塊的分布

在實際工程中，每個放大中繼段的光纜長度不同，且色散補償模塊的規(guī)格也各不相同，每個放大段的殘余色散量無法按照基本原則的理想情況進行配置。而如果色散補償模塊過于集中在某些節(jié)點上，由于非線性效應與色散補償共同作用，使信號脈沖產(chǎn)生畸形，造成了不可逆的頻譜變化，即使后面的DCM實現(xiàn)了完全補償功能也不能完全使其恢復。因而，在實際工程中色散補償模塊的分布原則如下。

（1）一般情況下預補償量不超過40 km。對于G.652光纖不使用VMUX（可調(diào)功率光復用器）的NRZ系統(tǒng)，預補償量最多為40 km。如果使用VMUX，則預補償最多為20 km。對于G.652光纖ERZ系統(tǒng)，預補償最多為20 km。對于存在超長跨段系統(tǒng)，預補償可能大于40 km，具體情況根據(jù)放大器、線路光纖長度和合分波器等確定。

（2）按照傳輸方向，G.652光纖復用段中任何一個放大站點的入點和出點的累積色散補償量（包括預補償）累積過補償必須小于80 km，累計欠補償量必須小于80 km。

（3）對于含有超過8個以上放大段（包括含有OADM站點的情況）的復用段，希望盡可能實現(xiàn)均勻補償，即累積過補償或者欠補償量盡量小一些。

（4）對于存在OADM的復用段，OADM-OTM、OADM-OADM之間的子復用段的補償也要滿足系統(tǒng)色散容限的要求。由于DCM模塊的規(guī)格問題，有時子復用段的色散補償可能無法做到欠補償，此時在一個子復用段如果小于（含）4個放大段且不采用波長可調(diào)諧OTU單板的情況下允許過補償，過補償量應小于10 km。

3.4 色散補償?shù)膸追N配置方案

所有的DCM型號及其插損值如表3所示。

表3 DCM插損對照表

根據(jù)上述原則，G.652DCM的色散補償量越大，DCM插損越大，只能采用分布式補償?shù)姆椒ǎa償方案有以下5種。

（1）DCM放置于發(fā)送端的OBA與OMU之間（見圖1）。此時發(fā)送端的OMU一般采用介質(zhì)膜濾波器型或AWG型器件兩種類型。

圖1 DCM放置于發(fā)送端的OBA與OMU之間

（2）DCM放置于線路中。DCM放置在OLA放大器前面（見圖2），使用DCM+OLA作為放大站。當（線路損耗+DCM插損）＜32 dB且系統(tǒng)信噪比滿足要求時，或者當（線路損耗+DCM插損）＜32 dB且系統(tǒng)信噪比滿足要求時，DCM放置在OPA前面（見圖3），這種補償配置不會增加成本，但會影響系統(tǒng)OSNR。

圖2 DCM放置于OLA放大器前面

圖3 DCM放置于OPA前面

（3）DCM放置于線路中。采用OPA+DCM+OBA兩級放大作為放大站（見圖4）。此方案增加了OA板，提高了成本，對系統(tǒng)OSNR影響較小。

圖4 DCM放置于OPA與OBA之間

（4）在OADM站點，采用OBA+OPA+OAD+OBA兩級放大，色散補償模塊的一種放置位置為OAD與OPA之間，如圖5(a)所示；色散補償模也可以放置在OBA與OAD之間，如圖5(b)所示，此時色散補償量應小于60 km；也可以同時采用兩種方法，如圖5(c)所示，DCM1完全補償下路通道，DCM2補償直通和上路通道的系統(tǒng)色散，DCM2補償量小于60 km。

圖5 色散補償模塊的放置位置

DCM配置在OADM節(jié)點時要考慮的因素有：①下路通道色散必須完全補償；②下路通道的光功率值要求在接收機允許范圍內(nèi)；③上路和直通通道的色散補償量要求相當。

（5）在配置有DR A板的節(jié)點，放大器結(jié)構(gòu)為DRA+OPA+OBA，DCM應配置在OPA與OBA之間。

4 結(jié)束語

本文在闡述了色散補償光纖原理的基礎上，分析了DCM在G.652光纖傳輸系統(tǒng)中的理論配置原則，并結(jié)合實際工程應用，就DCM五種補償方案進行了比較分析，希望對廣大光纖通信從業(yè)者有一定指導和幫助意義。