APCN2海纜系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案及色散補(bǔ)償技術(shù)在其中的應(yīng)用

1、APCN2海纜系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案及色散補(bǔ)償技術(shù)在其中的應(yīng)用第一章 APCN2系統(tǒng)概述§1.1 引言引言：自從1985年世界上第一條海底光纜問(wèn)世以來(lái)，海底光纜的建設(shè)在全世界的得到了蓬勃的發(fā)展。海底光纜以其大容量、高可靠性、優(yōu)異的傳輸質(zhì)量等優(yōu)勢(shì)，在通信領(lǐng)域，尤其是國(guó)際通信中起到重要的作用。由于海底光纜系統(tǒng)是應(yīng)用于特殊的物理環(huán)境中的光通信系統(tǒng)，與陸地光纜系統(tǒng)相比相應(yīng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加復(fù)雜，面臨的技術(shù)難題更多。另外，由于海底光纜系統(tǒng)設(shè)計(jì)容量大、建設(shè)期長(zhǎng)，其技術(shù)發(fā)展比同期陸地光纜系統(tǒng)相比一直保持領(lǐng)先。隨著近年來(lái)Internet業(yè)務(wù)和全球通信的迅速發(fā)展，海底光纜系統(tǒng)也從90年代初的兆比特等級(jí)增加上千倍，

2、以橫跨東南亞的APCN2(亞太I(xiàn)I號(hào))海纜為例采用DWDM波分復(fù)用技術(shù)每對(duì)光纖可承載66個(gè)信道其中64個(gè)信道為業(yè)務(wù)信道，2個(gè)信道為監(jiān)測(cè)波，業(yè)務(wù)波長(zhǎng)每個(gè)信道傳送速率為10Gb/s（STM-64）的SDH業(yè)務(wù)，總?cè)萘靠蛇_(dá)到2.56Tb/s。海纜的傳輸距離很長(zhǎng)，APCN2海纜系統(tǒng)總共要連接8個(gè)國(guó)家和地區(qū)的10個(gè)終端登陸局，一般兩個(gè)終端登陸局之間的傳輸距離為1000公里以上，有的距離甚至超過(guò)了3000公里。光信號(hào)通過(guò)長(zhǎng)距離光纖傳輸后會(huì)產(chǎn)生色散，光纖的色散會(huì)引起傳輸信號(hào)的畸變，在通過(guò)超長(zhǎng)距離海纜傳輸后累計(jì)的色散將直接導(dǎo)致通信質(zhì)量的下降，降低色散的影響對(duì)海纜系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的。§1.2網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

3、結(jié)構(gòu)第二章 APCN2海纜系統(tǒng)的設(shè)備選型及功能分析§2.1線路終端系統(tǒng)（DWDM終端系統(tǒng)）的一 色散的概述1在光纖數(shù)字通信中，由于光纖的信號(hào)并不是單色光而是由不同的頻率成分和不同的模式成分來(lái)攜帶的，這些不同頻率成分和不同模式成分的傳輸速率不同，經(jīng)過(guò)光纖傳輸之后會(huì)發(fā)生脈沖畸變，它表現(xiàn)為脈沖展寬現(xiàn)象。一個(gè)沖激光脈沖在光纖中的脈沖展寬稱為光纖的脈沖色散或脈沖分散。色散的危害很大，尤其對(duì)碼速較高的數(shù)字傳輸有嚴(yán)重的影響，引起碼間串?dāng)_，使傳輸?shù)膸挏p小，即傳輸帶寬能力降低。（圖1.1）光纖色散主要有模間色散，材料色散和波導(dǎo)色散等。單模光纖中只傳輸基模LP01，總色散由材料色散，波導(dǎo)色散和折射剖面

4、色散組成，這三個(gè)色散都與波長(zhǎng)有關(guān)，所以單模光纖的總色散也稱為波長(zhǎng)色散。色散一般用時(shí)延差來(lái)表示，所謂時(shí)延差，是指不同頻率的信號(hào)，傳輸同樣的距離，需要不同的時(shí)間之差，波長(zhǎng)相距1nm（頻差124.3GHZ）的兩個(gè)光脈沖傳輸1km距離的時(shí)延差值被稱為色散系數(shù)，通常用D（）表示，單位為ps/(nm.km).色散的特性，純石英玻璃材料色散與波長(zhǎng)的關(guān)系，在波長(zhǎng)為1.29m附近有一個(gè)零色散波長(zhǎng)0。不同摻雜材料和摻雜濃度會(huì)使0有所移動(dòng)，但移動(dòng)變化甚微，隨著波長(zhǎng)的變化色散在0兩邊有不同的極性，0處的傳播速度最大，波長(zhǎng)離0越遠(yuǎn)，速度下降越多，如此會(huì)造成不同的脈沖畸變。波導(dǎo)色散是光纖波導(dǎo)結(jié)構(gòu)參數(shù)的函數(shù)，在一定波長(zhǎng)范圍

5、內(nèi)，波導(dǎo)色散與材料色散相反為負(fù)值，其幅度由纖芯半徑，相對(duì)折射率及剖面形狀決定，通常通過(guò)采用復(fù)雜的折射率分布形狀和改變剖面結(jié)構(gòu)參數(shù)的方法獲得適量的負(fù)波導(dǎo)色散來(lái)抵制石英玻璃的正色散，從而達(dá)到移動(dòng)零色散波長(zhǎng)點(diǎn)的位置，即使光纖的總色散在希望的波長(zhǎng)上實(shí)現(xiàn)總零色散和負(fù)色散的目的，正是用這種方法才研制出了色散位移光纖，非零色散位移光纖和色散補(bǔ)償光纖。在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)實(shí)際情況采取使用不同特性的光纖組網(wǎng)方式來(lái)達(dá)到理想的色散需求，以保證信號(hào)傳輸?shù)馁|(zhì)量。第三章 克服色散的幾種技術(shù)DA技術(shù)即色散容納技術(shù)，就是通過(guò)一些技術(shù)手段減小或消除色散的影響，延長(zhǎng)傳輸距離，一般主要使用以下幾種解決方法：§3.1壓縮光源

6、的譜線寬度:色散對(duì)光脈沖傳輸?shù)挠绊懼饔帽憩F(xiàn)在經(jīng)過(guò)傳輸?shù)墓饷}沖將受到展寬，而這種展寬的大小在一定傳輸距離的情況下，取決于傳輸光纖的色散系數(shù)和光源發(fā)送的光波的頻譜寬度。光源的頻譜寬度越寬（頻率啁啾系數(shù)越大越大），光纖色散對(duì)光脈沖的展寬越大，傳輸距離越短（根據(jù)式），因此通過(guò)選用頻率啁啾系數(shù)小的激光器，可以減少傳輸線路色散的影響。頻率啁啾是單縱模激光器才有的系統(tǒng)損傷，當(dāng)單縱模激光器工作于直接調(diào)制時(shí)，注入電流的變化會(huì)引起載流子密度變化，進(jìn)而使有源區(qū)的折射率指數(shù)發(fā)生變化，結(jié)果使激光器的諧振腔的光通路長(zhǎng)度發(fā)生變化，導(dǎo)致波長(zhǎng)隨時(shí)間偏移，發(fā)生所謂的頻率啁啾現(xiàn)象，表現(xiàn)為光源的波長(zhǎng)穩(wěn)定性差，光譜寬。當(dāng)光脈沖經(jīng)過(guò)光纖

7、傳輸后，由于光纖色散的作用，使受頻率啁啾聲影響的光脈沖波形發(fā)生展寬。光源頻率啁啾系數(shù)較大，對(duì)高速信號(hào)的傳輸距離的限制是很大的，一般10Gbit/s信號(hào)只能傳輸幾公里。減少光源啁啾系數(shù)的一個(gè)有效辦法是，采用外調(diào)制的激光器（即間接調(diào)制光源），它是由一個(gè)恒定光源和一個(gè)光調(diào)制器構(gòu)成的，通過(guò)使用恒定光源，避免了直接調(diào)制時(shí)激勵(lì)電流的變化，從而減少了光源發(fā)出光波長(zhǎng)的偏移，達(dá)到降低頻率啁啾系數(shù)的目的，采用外調(diào)制器使激光器工作在連續(xù)波方式，是一種比較徹底和簡(jiǎn)單易行的克服頻率啁啾影響的方法，目前外調(diào)制器的技術(shù)已經(jīng)比較成熟，在海光纜DWDM系統(tǒng)中，幾乎所有的光源使用均為外調(diào)制激光器。§3.2 PMD自動(dòng)監(jiān)

8、測(cè)補(bǔ)償：PMD隨溫度、應(yīng)力等路由環(huán)境變化，通信系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中時(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)PMD狀態(tài)，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行適時(shí)自動(dòng)補(bǔ)償是解決PMD問(wèn)題的重要方案之一。PMD自動(dòng)補(bǔ)償方案分電域的自動(dòng)補(bǔ)償和光域的自動(dòng)補(bǔ)償。光域的補(bǔ)償設(shè)備構(gòu)成簡(jiǎn)單，與調(diào)制方式和其它引起波形失真的主要因素波長(zhǎng)色散、非線形效應(yīng)無(wú)關(guān)，而且光域處理信號(hào)快。電域補(bǔ)償設(shè)備比較復(fù)雜，且只能在接收機(jī)內(nèi)進(jìn)行，補(bǔ)償量有限，應(yīng)用可能收到限制。具體的PMD補(bǔ)償方案大體有如下三種：A.光路上對(duì)光信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償：光路上的補(bǔ)償分利用保偏光纖、非線形啁秋布拉格光柵（NG-FBG）等幾種方式。B.光接收機(jī)內(nèi)對(duì)電信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償：利用延遲線的電子均衡補(bǔ)償器C光電結(jié)合方案：兩個(gè)光接

9、收機(jī)接收兩個(gè)偏振模信號(hào)，電學(xué)時(shí)延補(bǔ)償后混和輸出，相位信息又反饋控制光路上的偏振狀態(tài)。由于目前PMD色散補(bǔ)償技術(shù)仍然未進(jìn)入商用階段，超長(zhǎng)距離的傳輸需要選擇更小PMD系數(shù)的光纖。§3.3色散補(bǔ)償光纖的運(yùn)用： G.652光纖（SMF）在1550nm窗口的典型色散為17ps/(nm.km),當(dāng)傳輸距離增長(zhǎng)時(shí)，光脈沖將在累積色散的作用下，產(chǎn)生脈沖展寬，這種展寬將引起碼間干擾和模式噪聲，而限制傳輸距離，采用色散補(bǔ)償光纖（DCF）對(duì)傳輸線路的色散性能進(jìn)行補(bǔ)償是一項(xiàng)比較成熟的技術(shù)。色散補(bǔ)償光纖是一種特制的光纖，其色度色散為負(fù)值，恰好與G.652光纖相反，可以抵消G.652常規(guī)光纖色散的影響。通常這類

10、光纖典型色散系數(shù)為90ps/(nm.km),因而DCF只需在總線路長(zhǎng)度上占G.652光纖長(zhǎng)度的1/5，即可使總鏈路色散值接近于零。通常認(rèn)為采用DCF來(lái)進(jìn)行色散補(bǔ)償是一種十分簡(jiǎn)單易行的無(wú)源補(bǔ)償方式，然而這種色散補(bǔ)償?shù)闹饕秉c(diǎn)是DCF衰減較大，約為0.5dB/km,而且DCF光纖價(jià)格比較昂貴。目前使用DCF色散補(bǔ)償光纖對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行色散補(bǔ)償在現(xiàn)階段光纖數(shù)字通信中得到了廣泛的使用.§3.4選用大有效面積光纖：首先我們來(lái)討論另外一個(gè)影響長(zhǎng)距離大容量DWDM通信系統(tǒng)的現(xiàn)象四波混頻非線形效應(yīng)（FWM）。光波是一種高頻電磁波，不同波長(zhǎng)（頻率）的光波復(fù)用在一起進(jìn)行傳輸時(shí)，光纖的非線形會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生其它新的波

11、長(zhǎng)（見下圖），即四波混頻效應(yīng)（FWM）,并用FWM效率來(lái)度量。顯然，在新波長(zhǎng)的產(chǎn)生以及原有波長(zhǎng)信號(hào)能量的轉(zhuǎn)移消耗，會(huì)在多波長(zhǎng)系統(tǒng)中產(chǎn)生串音干擾或過(guò)大的信號(hào)衰減，從而限制了波長(zhǎng)數(shù)。這是一種非線形過(guò)程，一旦產(chǎn)物產(chǎn)生，用任何均衡技術(shù)無(wú)法消除，因此必須事先防范。通常，F(xiàn)WM效率取決于通路間隔和光纖的色散。通路間隔越窄，光纖色散越小，不同光波間相位匹配就越好，F(xiàn)WM效率也越高，影響也越重。為了克服FWM效應(yīng)引起的串音干擾，不同波長(zhǎng)間的最小通路間隔應(yīng)滿足下式：式中M是光纖放大器間隔數(shù)，D是光纖色散系數(shù)，P表示單個(gè)通路的平均功率，單位為mW。由式中可見，D越小，F(xiàn)WM影響越嚴(yán)重。在零色散區(qū)，D趨于零，各波長(zhǎng)

12、信號(hào)以相同速率傳播，相位匹配極好，導(dǎo)致及其嚴(yán)重的FWM效應(yīng)，應(yīng)盡量避免。故在DWDM系統(tǒng)中具有少量的色散能有效的抑止FWM，故利于DWDM長(zhǎng)距離大容量的傳輸。專門為DWDM系統(tǒng)開放研制的G.655光纖設(shè)計(jì)思想是使零色散點(diǎn)波長(zhǎng)不落在1550nm附近，有意使1550nm附近呈現(xiàn)一定大小的色散。 而大有效面積光纖（LEAF）是在G.655光纖的基礎(chǔ)上開發(fā)的，可以減輕色散的線形和高功率的非線形影響，提高入纖功率，增加波分復(fù)用數(shù)，代表光纖發(fā)展的方向，它的缺點(diǎn)是色散斜率比較大，約為0.1ps/(nm2.km)。大有效面積光纖在海底光纜系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用. §3.5色散補(bǔ)償模塊的使用：在海底光

13、纜DWDM系統(tǒng)中相鄰每個(gè)信道之間是有色散差的，差值的大小與色散斜率有關(guān)，所謂色散斜率指光纖的色散隨波長(zhǎng)而變化的速率，又稱高階色散，單位為ps/(nm2.km)在通過(guò)長(zhǎng)距離的海纜傳輸后，由于色散的積累，各波段的色散都隨著傳輸距離的延長(zhǎng)而增大。然而，由于色散斜率的作用，各波段通道的色散累積量是不同的，位于兩側(cè)邊緣通路的色散累積量差別最大，以G.652光纖為例，在1530nm處色散系數(shù)約為15.5ps/nm/km，在1565nm處約為17.6ps/nm/km，色散斜率（色散系數(shù)對(duì)波長(zhǎng)的微分）為0.08ps/nm2/km，LEAF光纖的色散斜率為0.12ps/nm2/km。當(dāng)傳輸超過(guò)一定距離后，會(huì)使具

14、有較大色散累積量的通路色散值超標(biāo)，從而限制整個(gè)DWDM系統(tǒng)的傳輸質(zhì)量.一般的海纜線路上的色散補(bǔ)償不能使色散斜率得到完全補(bǔ)償，這就需要在DWDM終端的接收端和發(fā)送端對(duì)不同通道的色散進(jìn)行單獨(dú)的調(diào)節(jié)，一種由高階模（HOM）光纖組成的光纖色散補(bǔ)償模塊（DCM）具有較好補(bǔ)償LEAF光纖色散斜率的能力。此外，較大的有效面積將增大產(chǎn)生非線形效應(yīng)影響的閾值,HOM光纖還能提供很大的負(fù)色散，意味著可以用較短的光纖補(bǔ)償給定的總色散。本章小結(jié)：本章介紹了幾種色散補(bǔ)償?shù)姆椒?，提出了非線形四頻混波和色散斜率的概念，在長(zhǎng)距離傳輸時(shí)在考慮色散補(bǔ)償?shù)耐瑫r(shí)也要考慮這兩個(gè)因素對(duì)系統(tǒng)的影響。第五章 色散補(bǔ)償在APCN2海底光纜中的

15、應(yīng)用現(xiàn)在海纜系統(tǒng)中均使用容量大，速率高傳輸系統(tǒng)穩(wěn)定的密集波分復(fù)用技術(shù)（DWDM）,以APCN2（亞太I(xiàn)I號(hào)）海纜為例，其工作在1550nm窗口采用NEC的10Gb/s*66波系統(tǒng)，在這種情況下G.652在1310nm窗口零色散的光纖由于會(huì)產(chǎn)生波間干擾而無(wú)法使用，采用G.655的非零色散位移光纖進(jìn)行傳輸，不會(huì)產(chǎn)生干擾，但由于光纖中不同頻率的傳播并不一樣，在1530nm的頻率窗口低端，信號(hào)色散較少，而在1565nm以上則可以傳送更多的信號(hào)以及更遠(yuǎn)的距離。在APCN2海纜系統(tǒng)中采用康寧公司的海底LEAF光纖SMF(G.652)光纖由色散補(bǔ)償光纖構(gòu)成的色散補(bǔ)償模塊的組合方式使得海底光纜DWDM系統(tǒng)具有

16、最佳的傳輸質(zhì)量。APCN2海纜系統(tǒng)在1530nm1565nm工作區(qū)域共使用66個(gè)工作波長(zhǎng)，信道間隔為50GHZ（0.4nm），中心波長(zhǎng)為1552.52nm，為表明這些工作波長(zhǎng)的特征和區(qū)別和減少系統(tǒng)放大器所需要的成本我們將它們分為以下三個(gè)子波段 見表5.1波長(zhǎng)編號(hào)波長(zhǎng)范圍所屬波段1181539.37nm-1546.12nmS波段19511546.52nm-1559.39nmM波段52661559.79nm-1565.50nmL波段 表5.1 APCN2系統(tǒng)波段的劃分 在APCN2海纜系統(tǒng)中色散補(bǔ)償分為兩個(gè)部分，一為海纜線路補(bǔ)償部分主要作用是針對(duì)通過(guò)長(zhǎng)距離海纜線路傳輸后上所積累的色散進(jìn)行補(bǔ)償，二為

17、DWDM終端設(shè)備色散補(bǔ)償，其主要通過(guò)色散補(bǔ)償模塊分別為各工作波長(zhǎng)提供最符合其工作需要的色散值。APCN2海纜色散補(bǔ)償機(jī)制見（圖5.1） 圖5.1 APCN2海纜系統(tǒng)的色散補(bǔ)償機(jī)制§5.1海纜線路色散補(bǔ)償：APCN2海纜系統(tǒng)在海纜線路中采用的是7段康寧公司的海底LEAF（大有效面積光纖）1段SMF（非色散位移光纖G.652）傳輸方式。為什么在海纜中要使用康寧公司的LEAF光纖(G.655)呢？由于它的零色散處于長(zhǎng)波長(zhǎng)區(qū)1570nm附近，在1530nm-1565nm光放大區(qū)域，光纖的色散值均為負(fù)值，處于-3.5 -1.0ps/nm.km之間，在常用的15491560nm之間。其色散值在-

18、2.4ps/(nm.km)左右，在超長(zhǎng)距離傳輸時(shí)，積累的色散為負(fù)值，因此只需要采用常規(guī)G.652光纖就可以對(duì)其進(jìn)行色散補(bǔ)償（如下圖所示）。LEAF光纖由于模長(zhǎng)直徑的增加，從而使得有效面積增加更有效的克服非線性影響。正是由于大有效面積光纖增大了光傳輸距離，所有這種光纖系統(tǒng)只需很少的光放大器和中繼器，而且用SMF常規(guī)光纖來(lái)補(bǔ)償負(fù)色散比用DCF光纖來(lái)補(bǔ)償正色散要便宜許多，從而直接降低了網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和維護(hù)的成本。特性名稱單位波長(zhǎng)康寧海底LEAF衰減dB/km1550nm0.23工作波長(zhǎng)Nm1530-15651530-1565色散Ps/nm.km1560nm-3.5 -1.0零色散波長(zhǎng)Nm1570零色散斜率

19、Ps/ nm2.km0.12偏振模色散Ps/km1/2單纖值0.2模場(chǎng)直徑1550nm9.0-9.6有效面積71表5.2康寧海底LEAF大有效面積光纖的特性 圖5.2 海纜的色散補(bǔ)償（中心波長(zhǎng)1552.52nm）注：1.1block相當(dāng)于兩個(gè)海底中繼器之間的距離約為60km。 2.LEAF:-2.4ps/nm/km 0.12ps/nm2/km1560nm SMF:+19ps/nm/km 0.08ps/nm2/km1560nm我們根據(jù)上圖所提供的傳輸光纖參數(shù)計(jì)算一下的系統(tǒng)通過(guò)一個(gè)跨段距離傳輸后光纖的色散值：(色散系數(shù)（LEAF）×距離/block×block)+(色散系數(shù)（S

20、MF）×距離/block×block)跨段的色散總值依據(jù)以上公式得：（2.4ps/nm/km×60km×7段）+( +19 ps/nm/km×60km×1段)-1008ps/nm+1140ps/nm=+132ps/nm由上式計(jì)算的結(jié)果我們可以看到通過(guò)一個(gè)跨段8個(gè)中繼段將近500km距離傳輸后，光纜累積的色散值僅為132ps/nm，運(yùn)用SMF光纖可以有效的抵消LEAF光纖所累積的大量負(fù)色散。§5.2 DWDM終端設(shè)備色散補(bǔ)償：APCN2海纜系統(tǒng)在DWDM終端設(shè)備中采用的是單波補(bǔ)償（Individual）波段(Block)補(bǔ)償+

21、系統(tǒng)色散補(bǔ)償（Batch）的三層補(bǔ)償方式來(lái)滿足66個(gè)不同波長(zhǎng)各自所需要得色散值。實(shí)現(xiàn)方式主要是在DWDM設(shè)備的收發(fā)端裝載具有DCF色散補(bǔ)償光纖的補(bǔ)償模塊單元。見(圖3.3)使用的DCF光纖色散值為85ps/nm/km，色散斜率為0.02ps/nm2/km 圖5.3用DCF光纖制成的色散補(bǔ)償模塊下面具體介紹下三種不同終端色散補(bǔ)償模式的工作原理：A. Batch(整體補(bǔ)償)Batch整體色散補(bǔ)償指對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的所有子波段的波長(zhǎng)進(jìn)行色散補(bǔ)償，原理如下圖所示：圖5.4Batch色散補(bǔ)償原理由于APCN2海纜系統(tǒng)兩個(gè)終端登陸局之間的長(zhǎng)度為幾千千米，LEAF光纜長(zhǎng)度與SMF光纜不可能完全按照7：1的8段來(lái)進(jìn)

22、行配置組合(如下圖5.5所示)，SMF的正色散補(bǔ)償值是為固定的,靜態(tài)的不可改變的,即加入一個(gè)Block的SMF光纜段后線路要完全按照預(yù)定要求達(dá)到匹配是非常困難的,尤其在靠近兩個(gè)終端附近，一段SMF光纜也許只能對(duì)應(yīng)3，4個(gè)LEAF光纜段或者更少(假如人為的增加光纜長(zhǎng)度達(dá)到7:1的平衡會(huì)造成工程成本的提高,網(wǎng)絡(luò)維護(hù)成本的提高是不可取的).這樣在線路中同樣會(huì)積累一部分正色散從而影響傳輸質(zhì)量，這時(shí)線路中多余的正色散就需要由終端DWDM設(shè)備Batch補(bǔ)償來(lái)完成。 圖5.5 Batch負(fù)色散補(bǔ)償那么究竟需要終端設(shè)備多大的Batch補(bǔ)償呢？我們可以按照上面所提到的參數(shù)來(lái)計(jì)算一下最大值：如上圖所示整個(gè)海纜系統(tǒng)

23、多余正色散的最大值為靠近終端兩端均為SMF光纖所積累的正色散：（19×60×2）0.08×（15601552.52）×60×22350ps/nm 1552.52nm即在這種絕對(duì)情況下系統(tǒng)可能冗余的最大正色散值為2350ps/nm 1560nm當(dāng)然在實(shí)際情況中APCN2系統(tǒng)線路積累的正色散值沒(méi)有那么大一般約為700ps/nm左右，這樣通過(guò)兩個(gè)終端站的Batch色散補(bǔ)償來(lái)消除，實(shí)際應(yīng)用為發(fā)送端和接收端各承擔(dān)一半即Batch色散值為各350ps/nm。發(fā)送端的色散補(bǔ)償我們可以稱為預(yù)補(bǔ)償（Pre-dispersion compensation）,接收端

24、的色散補(bǔ)償我們稱為后補(bǔ)償（Post-dispersion compensation）。 當(dāng)然系統(tǒng)也有LEAF光纜冗余情況的存在，這樣線路所累積的總色散值就為負(fù)值了，如下圖5.6所示： 圖5.6 Batch正色散補(bǔ)償 海纜系統(tǒng)中所可能冗余的最大負(fù)色散值為多余7段LEAF光纜所累積的色散。按照以上公式計(jì)算得：（2.4×60×7）0.12×（15601552.52）×60×7-1384ps/nm 1552.52nm即在絕對(duì)情況下系統(tǒng)可能冗余的最大負(fù)色散值為1384ps/nm 1560nm消除負(fù)色散APCN2終端系統(tǒng)使用由SMF光纖制成的色散補(bǔ)償模塊來(lái)

25、實(shí)現(xiàn)，使用的SMF光纖色散值為，18ps/nm/km,色散斜率為：0.073ps/nm2/km當(dāng)然APCN2海纜系統(tǒng)所累積的負(fù)色散一般也不會(huì)那么大，一般為700ps/nm左右，通過(guò)兩個(gè)終端站的Batch色散補(bǔ)償來(lái)消除，實(shí)際應(yīng)用為發(fā)送端和接收端各承擔(dān)一半即Batch色散值為各350ps/nm。所有Batch色散補(bǔ)償值發(fā)送端接收端side700ps/nm+350ps/nm+350ps/nmside-700ps/nm-350ps/nm-350ps/nm 表5.3系統(tǒng)Batch色散補(bǔ)償值 通過(guò)Batch色散補(bǔ)償后A-B(圖5.4)1539.37-1565.50工作區(qū)域內(nèi)，零色散波長(zhǎng)從1570nm附近轉(zhuǎn)

26、移到1552nm附近。圖中紅色線表示海纜經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離傳輸后的色散值，藍(lán)色線表示Batch色散補(bǔ)償值。黑色線表示為經(jīng)過(guò)Batch色散補(bǔ)償后系統(tǒng)的總色散值。B.Block(塊補(bǔ)償)既然Batch已經(jīng)補(bǔ)償了多余累積的系統(tǒng)色散，那為什么還需要Block補(bǔ)償呢？由于在APCN2海纜中DWDM總共使用了66個(gè)信道，波段跨度從1530nm到1565nm，而每個(gè)信道之間是有色散差的，差值的大小與色散斜率有關(guān)，所謂色散斜率指光纖的色散隨波長(zhǎng)而變化的速率，又稱高階色散。在通過(guò)長(zhǎng)距離的海纜傳輸后，由于色散的積累，各波段的色散都隨著傳輸距離的延長(zhǎng)而增大。然而，由于色散斜率的作用，各波段通道的色散累積量是不同的，位于兩側(cè)

27、邊緣通路的色散累積量差別最大，當(dāng)傳輸超過(guò)一定距離后，會(huì)使具有較大色散累積量的通路色散值超標(biāo)，從而限制整個(gè)DWDM系統(tǒng)的傳輸質(zhì)量。所以必須為處于波段兩邊的信道再次進(jìn)行色散補(bǔ)償，由于DCF光纖構(gòu)成的色散補(bǔ)償模塊比較昂貴，所以最經(jīng)濟(jì)的方法是采用一個(gè)DCF模塊對(duì)多個(gè)信道同時(shí)補(bǔ)償，將工作波長(zhǎng)劃分為若干個(gè)子波段即（S,M,L）,其中對(duì)S波段和L波段的信道進(jìn)行Block色散補(bǔ)償，M波段的信道由于色散斜率比較小所以不需要進(jìn)行Block補(bǔ)償。Block色散補(bǔ)償?shù)墓ぷ髟砣缦聢D所示; 圖5.7 Block色散補(bǔ)償原理圖中1539.37nm-1565.50nm為整個(gè)系統(tǒng)66個(gè)波長(zhǎng)的工作波段，分為S波段，M波段和L波

28、段，在S波段中（A處）各波長(zhǎng)所累積的色散值為負(fù)值，如果總負(fù)色散值超過(guò)了1000ps/nm就需要用用由SMF光纖制成的色散補(bǔ)償模塊來(lái)消除，在L波段中(B處)各波長(zhǎng)所累積的色散值為正值，如果總正色散值超過(guò)1000ps/nm就需要用由DCF光纖制成的色散補(bǔ)償模塊來(lái)消除。M波段中的波長(zhǎng)所積累的色散有正，有負(fù)還有為零，由于色散值均在一個(gè)合適的范圍內(nèi)，所以M波段中的波長(zhǎng)不需要進(jìn)行Block色散補(bǔ)償。 S波段的工作范圍為1539.37nm-1546.12nm，對(duì)應(yīng)的工作波長(zhǎng)為118，中心波長(zhǎng)為1542.74nm。由于S波段中信道所累積的色散值為負(fù)值，所以采用用SMF光纖構(gòu)成的色散補(bǔ)償模塊來(lái)抵消負(fù)色散，色散值

29、為18ps/nm/km,色散斜率為0.073ps/nm2/km。L波段的工作范圍為1559.79nm-1565.50nm ，對(duì)應(yīng)的工作波長(zhǎng)為5266，中心波長(zhǎng)為1562.64nm。由于L波段中信道所累積的色散值為正值，所以采用DCF光纖所構(gòu)成的色散補(bǔ)償模塊來(lái)抵消正色散 。色散補(bǔ)償值隨著傳輸距離的增加而增大，色散補(bǔ)償由兩個(gè)終端站設(shè)備發(fā)送端和接收端各承擔(dān)一半。見表5.4波長(zhǎng)（nm）1000km2000km3000km發(fā)送端接收端發(fā)送端接收端發(fā)送端接收端S波段1539.37nm-1546.12nm+500ps/nm(1542.74nm)+500ps/nm(1542.74nm)+1040ps/nm(1

30、542.74nm)+1040ps/nm(1542.74nm)+1590ps/nm(1542.74nm)+1590ps/nm(1542.74nm)M波段1546.52nm-1559.39nm000000L波段1559.79nm-1565.50nm-520ps/nm(1562.64nm)-500ps/nm(1562.64nm)-1060ps/nm(1562.64nm)-780ps/nm(1550.72nm)-1650ps/nm(1562.64nm)-1170ps/nm(1556.79nm) 表5.4各波段 Block色散補(bǔ)償值C. 單波補(bǔ)償（Individual）在經(jīng)過(guò)了子波段的Block色散補(bǔ)償

31、后，但是Block補(bǔ)償也屬于區(qū)域補(bǔ)償由于子波段內(nèi)的色散差還有一定的差別，會(huì)造成有的信道補(bǔ)償不夠，而有的信道已經(jīng)過(guò)補(bǔ)償，此外沒(méi)有經(jīng)過(guò)Block色散補(bǔ)償?shù)腗波段中有些信道也需要少許的色散補(bǔ)償來(lái)達(dá)到傳輸?shù)淖罴研Ч栽贏PCN2海纜系統(tǒng)中還需要分別對(duì)每個(gè)波道進(jìn)行單波的色散補(bǔ)償。單波色散補(bǔ)償原理如下圖所示： 圖5.8 Individual色散補(bǔ)償原理 圖中黑線表示各波長(zhǎng)在經(jīng)過(guò)Block塊色散補(bǔ)償后的色散值，有的波長(zhǎng)色散值為正值有的波長(zhǎng)為負(fù)值，在通過(guò)有效的單波色散補(bǔ)償后，藍(lán)色線所示，各波長(zhǎng)的色散值接近于零（非零）圖中紅色箭頭所示。其中消除正色散用的是DCF色散補(bǔ)償光纖所制成的色散補(bǔ)償模塊，消除負(fù)色散用的

32、是SMF光纖所制成的色散補(bǔ)償模塊。單波色散補(bǔ)償值是遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于Block色散補(bǔ)償?shù)?。下面表格為終端設(shè)備傳輸距離為1000公里和3000公里時(shí)某些波長(zhǎng)的Block色散補(bǔ)償值和Individual色散補(bǔ)償值，見下表 表5.5傳輸距離為1000km色散補(bǔ)償值 表5.6傳輸距離為3000km色散補(bǔ)償值比較表5.5和5.6的數(shù)據(jù)我們可以得到以下幾個(gè)結(jié)論：1. 波段兩側(cè)的信道所需的色散補(bǔ)償絕對(duì)值要大于中間信道，越靠近邊緣的波長(zhǎng)色散累積越大。2. 1552.52nm波長(zhǎng)的色散絕對(duì)值是最小的幾乎接近于零，對(duì)它進(jìn)行單波補(bǔ)償使其擁有一定的負(fù)色散，是為了防止非線形效應(yīng)的產(chǎn)生。3. 每個(gè)波長(zhǎng)所需的色散補(bǔ)償值是不一樣的通過(guò)

33、單波色散補(bǔ)償可以使得每個(gè)信道波長(zhǎng)獲得不同所需匹配的色散值，而通過(guò)Block補(bǔ)償可以大大減少所需的由DCF光纖制成的色散補(bǔ)償模塊，從而降低設(shè)備建設(shè)和運(yùn)行維護(hù)的成本。4. 隨著傳輸距離的增加，信道所需的色散補(bǔ)償值也越大，波段兩側(cè)的信道波長(zhǎng)由于色散斜率的存在而累積的色散越大。本章小結(jié)：本章通過(guò)對(duì)APCN2（亞太I(xiàn)I號(hào)）海纜系統(tǒng)的色散補(bǔ)償機(jī)制描述，對(duì)其線路色散補(bǔ)償和DWDM終端設(shè)備色散補(bǔ)償進(jìn)行分析。第六章 色散補(bǔ)償?shù)挠绊懠跋绞剑?#167;6.1 色散補(bǔ)償?shù)挠绊懹捎谠谠O(shè)備DWDM終端大量使用DCF光纖和SMF光纖制成的色散補(bǔ)償模塊來(lái)進(jìn)行色散補(bǔ)償，在緩和色散限制的同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生副作用，它們的插入損耗都

34、非常大為5.5dB,補(bǔ)償?shù)纳⒘吭酱笫褂玫纳⒀a(bǔ)償模塊越多，對(duì)線路系統(tǒng)增加的附加衰減越大，對(duì)光纖放大器補(bǔ)償能力要求越高。在APCN2海纜中使用摻餌光纖放大器（EDFA）來(lái)滿足這一需求。§6.2 光放大器的運(yùn)用光放大器（OA）是一種不需要經(jīng)過(guò)光/電/光的變換而直接對(duì)光信號(hào)進(jìn)行放大的有源器件，能夠補(bǔ)償光功率在光纖傳輸中的損耗，延長(zhǎng)通信系統(tǒng)的傳輸距離。在DWDM系統(tǒng)中使用最多的也是摻餌光纖放大器。它的工作原理為在石英光纖的芯層之中，摻入共三價(jià)稀土金屬元素Er（餌）后形成一種特殊的光纖，這種光纖在泵浦光的激勵(lì)下可放大光信號(hào)，其特點(diǎn)是高增益、低噪聲、能放大不同速率和方式的信號(hào)，并能在近幾十納米范圍內(nèi)同時(shí)放大多波長(zhǎng)信號(hào)，對(duì)偏振不敏感等。增益可高達(dá)10dB30dB，輸出功率大為10dBm20dBm，與光纖的極化狀態(tài)無(wú)關(guān)，張馳時(shí)間為10ms，所需泵浦功率低（數(shù)十毫瓦） 前文已經(jīng)提到光信號(hào)在經(jīng)過(guò)色散補(bǔ)償模塊后插入損耗很大，對(duì)信號(hào)衰減影響很大，故在APCN2海纜DWDM系統(tǒng)中，光纖每通過(guò)一次DCM色散補(bǔ)償就需要通過(guò)放大器進(jìn)行光功率補(bǔ)償。見圖5.1 圖6.1 光放大器的應(yīng)用本章小結(jié)：本章對(duì)色散補(bǔ)償對(duì)系統(tǒng)光衰減所帶來(lái)的影響進(jìn)行描述，指出使用EDFA放大器可對(duì)線路光功率衰減進(jìn)行有效的補(bǔ)償。海底光纜技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 1高系