推荐传输DWDM波分系统色散补偿原则
色散补偿方法
色散补偿方法一、背景介绍色散是光在介质中传播时，不同频率光的传播速度不同所引起的现象。
在光纤通信中，色散会导致光脉冲扩展，从而限制了信号传输的速率和距离。
为了克服色散对光纤通信系统性能的影响，人们提出了各种色散补偿方法。
二、色散的分类根据色散现象的产生原理，色散可以分为两种类型：色散和相位色散。
色散是由于介质导致光在传播过程中速度的频率依赖性而引起的；相位色散则是由于介质对光的频率的相位响应不同而引起的。
在光纤通信中，我们主要关注两种类型的色散：色散和相位色散。
三、色散补偿方法1. 电子色散补偿电子色散补偿是通过使用光纤通信系统中的电子器件来减小或消除色散效应。
常见的电子色散补偿方法包括预计算和数字后处理两种。
1.1 预计算预计算方法通过事先对传输系统的特性建立模型，利用数值计算方法来评估和补偿色散效应。
它需要在系统设计阶段进行复杂的计算和建模工作，预测色散对光信号的影响，并提前进行补偿。
预计算方法的优点是可以准确地估计和补偿色散效应，但需要大量的计算和建模工作，并且对系统的实时性要求较高。
1.2 数字后处理数字后处理方法是通过对接收到的光信号进行数字信号处理来补偿色散效应。
这种方法在接收端引入了一些算法和电子器件，对接收到的光信号进行补偿。
数字后处理方法的优点是不需要对系统进行复杂的计算和建模，且实时性较好。
然而，它需要更高的计算能力和复杂的信号处理算法，且对噪声和非线性效应敏感。
2. 光纤色散补偿器光纤色散补偿器是一种被动光学元件，通过引入具有逆色散特性的光纤来补偿传输过程中产生的色散效应。
光纤色散补偿器通常包括光纤光栅和光纤光波导等结构。
它能够在光信号传输过程中引入逆色散效应，可以有效地补偿色散引起的脉冲扩展问题。
光纤色散补偿器的优点是结构简单、易于集成和应用，并且具有较好的逆色散特性。
但是，光纤色散补偿器的逆色散效应对频率的补偿范围有限。
3. 相位共轭相位共轭是一种通过光学器件来反转光波的相位特性，从而消除色散效应的方法。
推荐传输DWDM波分系统色散补偿原则
DCM入纤功率要求
DCM入纤功率：必须保证进入DCM的单通 道入纤光功率<-3dBm （0db 亦可） 。
对于复用段长度大于800公里，小于1200公里的800G系统， 系统的残余色散在200ps/nm和400ps/nm之间。在进行色散补 偿时，由于G.652光纤的色散值较大，对系统的影响也较大，所 以，首先考虑将G.652光纤尽可能的完全补偿，然后再进行 G.655光纤的补偿。
对于同时含有LEAF光纤和G.652光纤的ERZ系统，不推荐完 全使用G.652 DCM进行色散补偿。
散补偿原则
G.652 光纤系统的色散补偿原则
色散补偿原则－G.652
对于只使用G.652光纤的系统，残余色散应遵循欠补偿原则，需满 足
① 对于使用G.652光纤,NRZ编码方式
复用段长度小于和等于800公里的400G/800G系统，系统的
残余色散在10公里和30公里之间。
举例：
800km的G.652线路传输，对于800ps/nm.km色散容限的光源， 最少要补偿770km，最多要补偿790km。
色散补偿模块的分布（2）
（2）按照传输方向，
G.652光纤，复用段中任何一个放大站点的入点和出 点的累积色散补偿量（包括预补偿），累积过补偿必 须小于80km，累计欠补偿量必须小于80km；
G.655光纤系统，复用段中任一放大站点的入点和出 点的累积色散补偿量（包括预补偿），累积过补偿必 须小于80km，累计欠补偿量必须小于80km，累计过 补偿配置优先。
产生信号间干扰; 当偏振相关损耗产生的二次效应可能产生PMD与色度色
散之间的耦合从而增加色散的统计分量; 解决办法之一是改进光纤工艺或在系统输入输出端插入
WDM光传输系统中色散补偿技术
０ ． 绪 论
十 ］
则人 射光 脉 冲的形状 如 图 １ 所示 ． 其 中：
１ ． 光 纤 色 散 的 基 本 介 绍
光纤通信 的发展方 向是高速率 、 大容量 。 它从 Ｐ Ｄ Ｈ ８ Ｍ ｂ ／ ｓ ， ３ ４ Ｍ ｂ ／ Ｉ ｖ （ ｏ ｓ ． １ ４ ０ Ｍｂ ／ ｓ ， ５ ６ ５ Ｍ ｂ ／ ｓ 发展到 Ｓ Ｄ Ｈ １ ５ ５ Ｍ ｂ ／ ｓ ． ６ ２ ２ Ｍｂ ／ ｓ ， ２ ． ５ Ｇ ｂ ／ ｓ ， １ ０ Ｇ ｂ ／ ｓ 。 现 第一 步 ：求入 射光脉 冲 的宽 在 又进展 为波分复用 ＷＤ Ｍ、 密集型波分 复用 Ｄ ＷＤ Ｍ。同时 ， 光纤 的结 便于 与展宽后 的脉 冲作 比较 。 构从 Ｇ ６ ５ ２ 、 Ｇ ６ ５ ３ 、 Ｇ ６ ５ ４ ， 发展到 Ｇ ６ ５ ５ ， 以及 Ｇ ６ ５ ２ Ｃ类 。 光纤 的技术指 度 ． １ ． ５ ． １ 半极大值处 的半宽度 标很 多 ． 其中色散是其 主要 的技术指标之一 。
２ ０ １ ４ 年０ ３ 期
科技 置向导
◇ 科技论坛◇
ＷＤ Ｍ 光传输 系统中色散补偿技术
张汶东 （ 中国电信集 团公司沧州市分公司 １ ）
要】 本文叙述 了光通信 系统 中一 个重要的参数一 一色 散， 以及 Ｇ ６ ５ ２ 光纤通信 系统的色散补偿技术 。文章还详 细分析说 明了各种补偿
１ ． １光纤 色散 的基本概念 光纤色散是 指由于光纤所 传送信号 的不同频率成分 或不同模式 成分的群速度不同 ． 而引起 传输信 号畸变 的一种物理现象 。所谓群速 ２ 度就是光能在光纤中的传输速度。 所谓光信号畸变 ， 一般指 脉冲展 宽。 两边取对数 ： １＝ ｌ ｎ ２ 即 ＝ 、 ／ 了 色散是 光纤 的一种 重要 的光学特性 ． 色 散会引起光脉冲 的展宽 、 Ｔ ０ 严重限制了光纤的传输容量及 带宽 所以半极大值 的全 宽度为 Ｔ ｒ ＝ ２ Ｔ Ｉ ＝ ２ 、 ／ ｒ ｏ ＝ １ ． ６ ６ ５ Ｔ ｏ ｌ ＿ ２光纤色散的种类 １ ． ５ ． ２ 入射光脉冲高斯 ｉ ￥ ｉ 数 曲线下 降到 处 的半宽度 由于光纤有不同的种类 ． 产生色散的机理也不尽相 同。光纤 的色 散主要归结为三类 ， 即材料色散 、 波导色散 、 模式色散 。材料色散 和波 导色散也称为模 内色散 ， 模式色散也称为模间色散。 Ｉ ｕ （ ｏ ， ｏ ） １ Ｚ ＝ ｅ ｘ ｐ （ 一 ） ： １， 即 ： １ 。 ｌ ’ ０ ｌ 材料色散是 由于光纤材料的折射率随光源频率 的变化 引起的 ， 不 同光源频率所对应的群速度不同 ． 从而引起脉冲展宽。 所以Ｔ ｚ ＝ Ｔ ｏ ． 所以全宽度为 ２ Ｔ ｏ 波导色散是 由于模传播常数随波长的变化引起 的， 与光纤 波导结 第二步 ： 求光脉冲通过光纤的线性色散后的展宽情况。 构参数有关 ． 它 的大小可 以和材料色散相 比拟 。材料色散 和波导色散 利用光波在色散介质 中传播的麦克斯韦方程 ， 以及 傅里叶 函数把 在单模光纤 和多模光纤 中均存在 模式 色散是 由于不 同传导模 在某一相 同光 源频率下具有 不同 的 群 速度 ， 所引起 的脉 冲展宽 。模式色散主要存在于多模光纤 中。 由公式 可知 ， 即为入射光脉冲的半宽度 ， 上式方 程表明 ， 群速度色散 简而言之 ． 材料 色散和波 导色散是 由于光纤 传输的信号不是单一 展宽了脉冲 ． 其展宽程度 取决于色散长度 Ｌ ｏ 对于给定长度 的光纤 ， 由
色散补偿的原理
色散补偿的原理色散补偿（dispersion compensation）是一种常见的光纤通信技术，它是为了弥补光在光纤内因色散而引起的信号失真而发展出来的一种技术。
色散是光在介质中传输时，由于不同频率的光波速度不同而引起的现象，它会导致光信号在光纤中传输时出现信号失真、色散扩展等问题。
因此，为了保持信号品质、提高光纤通信效率，需要对光信号进行色散补偿。
色散补偿的原理是在光纤通信系统中增加一个补偿器件，使补偿器件能够补偿因色散而引起的信号失真。
如图1所示，信号在传输过程中会因为时间延迟而出现失真。
色散补偿就是在发送端（transmitter）或者接收端（receiver）添加一些器件，减少这种时间延迟的影响，保证信号能够按照原先的信号速率传输，并且在传输距离较远的时候能够保持高质量的传输。
图1：光信号因色散引起的失真为了实现色散补偿，技术人员可以采用一些具体的策略。
比如，在传输端，可以使用预失真技术（pre-emphasis）来强化信号的宽带，从而降低信号的失真和色散；或者可以采用限制带宽的技术，减少信号受到色散的影响；或者选择合适的光纤材质，使纤芯的折射率变化能够与色散的变化呈反向变化，从而实现一定程度的补偿。
在接收端，可以采用时间反激励技术（time-reversal），将补偿器件与光接收器组合在一起，保证信号的补偿效果。
时间反激励技术利用了一个非线性反馈回路，来将通过光传输通道的信号进行恢复，并调整信号的相位、幅度等特征，来改善信号传输的质量。
除此之外，还可以采用其他的补偿技术，比如项链状补偿和光子晶体补偿等，来实现对光信号的补偿。
这些技术都是基于对光信号相位、幅度等特征进行有效调整，能够降低信号失真、提高光纤通信的效率。
综上所述，色散补偿是一种关键的光纤通信技术，它的实现需要引入一定的器件和技术，以解决光信号在传输过程中由于色散而引起的失真问题。
通过合理的方案设计，可以为光纤通信系统提供高性能、高效率的信号传输。
高速光通信系统中的色散补偿解析
高速光通信系统中的色散补偿1．前言随着光传输系统中的传输速率的提高和信号传输带宽的增加，色散问题日益显著。
已经铺设的常规光纤规G.652线路的零色散点位于1310nm，在1550 nm处时则具有较大的色散系数(17ps/nm/km)，光脉冲信号经过长途传输后，由于光纤色散值的积累引起脉冲展宽，导致严重的码间串扰，使得接收端产生误码现象，从而使传输特性变坏。
光纤色散补偿技术的研究，对提高目前已经铺设的常规光纤通信系统的容量具有尤其重要的意义。
色散补偿器对于推动全光网络架构起着决定性作用，发展高速全光网络的一个先决条件是必须做到光层面的色散监控与管理。
色散补偿器件在高速传输系统及下一代智能光网络中有着广泛应用。
2. 技术方案简介目前商用的光学色散补偿模块，包含固定色散补偿和可调色散补偿两大类，分别是基于色散补偿光纤、啁啾光纤光栅、GT标准具这三种技术方案。
2.1 色散补偿光纤色散补偿光纤是利用基模波导来获得高的负色散值，通过改变光纤的芯径、掺杂浓度等结构参数，使零色散波长移至大于1550nm波长的位置，于是在1550nm处得到较大的负色散系数，通常在-50~-200ps/nm/km。
为了得到高的负色散值系数，必须减小光纤芯径，增加相对折射率差，而这种作法往往又会导致光纤的衰耗增加(0. 5~1dB/km)。
为了能在整个波段均匀补偿常规单模光纤的色散，又开发出一种既补偿色散又能补偿色散斜率的补偿光纤。
该光纤的特点是色散斜率之比与常规光纤相同，但符号相反，所以更适合在整个波形内的均衡补偿。
色散补偿光纤已经在全世界的高速通信系统中得到了广泛应用，许多传输系统都是通过DCF+G.652光纤实现的，具有无群时延抖动，全波段连续补偿,能够从100G Hz间隔系统平滑升级到50GHz间隔系统等优点，但存在损耗大、光脉冲延迟高、非线性效应以及模块尺寸大等缺点。
2.2 啁啾光纤光栅啁啾通常是指一种频率变化的现象。
如果光纤光栅的周期沿长度方向发生一定变化，则其频率沿长度方向也会发生一定变化，即发生了啁啾，称这种光栅为啁啾光纤光栅。
色散补偿技术
色散补偿技术介绍光通信使用的G.652标准光纤在1550 nm波长窗口的色散值为17ps/nm.km。
1550nm外调制传输系统光纤链路色散的容差比SDH等数字通信1550nm光链路要小得多，仅为1100 ps 左右，因此，对于1550nm外调制光纤干线/超干线而言，必须尽力解决好色散补偿问题。
目前，光通信系统使用的光纤色散补偿技术大多是针对非载波调制数字光纤系统的，因此，对于HFC有线电视宽带网络1550nm光纤干线/超干线而言，实际可供选用的色散补偿手段较少，限制条件较多，在实际1550nm外调制光纤传输链路中如何用好有关色散补偿技术还存在不少问题。
目前业内几种色散补偿技术介绍：1、色散补偿光纤（DCF）色散补偿光纤（DCF）开发于20世纪90年代中期，它在实现色散补偿任务中扮演了十分重要的角色。
目前，国内99% 以上1550nm外调制光纤干线/超干线仍然使用G.652标准光纤，因此在每个（或几个）光纤段的输入或输出端可以通过放置DCF色散补偿模块（DCM），周期性地使光纤链路上累积的色散接近零，使单信道1550nm外调制光纤干线/超干线传输光纤的色散得到较好的补偿。
但是，一般的1550nm外调制光纤干线/超干线长距离传输系统中所使用光发射机的光波长范围较大，可达20nm。
此外，随着在1550nm外调制光纤干线/超干线长距离传输系统中CWDM或DWDM技术的引入，必须考虑光纤对不同波长信道的色散斜度问题。
以G.652光纤1550 nm窗口为例，光纤的色散明显地随波长而变化，在1530nm处色散系数约为15.5ps/nm.km，在1565nm处约为17.6ps/nm.km，色散斜率（定义为色散系数对波长的微分）约为0.06ps/nm.km。
假设宽带色散补偿器件对所有C－band信号的色散补偿量是一样的，则经多个光纤段传输后，红端信号光（1565nm）所积累的色散将明显大于比蓝端（1530nm），因此，无论对于一般的1550nm外调制光纤干线/超干线长距离传输系统或CWDM/DWDM1550nm外调制光纤干线/超干线长距离传输系统，都必需考虑采用斜率补偿型色散补偿光纤组件，用于补偿光纤的色散斜率，将总色散控制在色散容限窗口内，使1550nm外调制光纤干线/超干线长距离传输系统中色散斜率问题得到较好的解决。
光纤通信系统中偏振模色散效应的补偿设计
光纤通信系统中偏振模色散效应的补偿设计一、引言随着社会的信息化,用户对通信容量的需求日益增加,未来全业务服务中每一用户的容量需求可能超过100 Mb/s。
在这种需求的推动下,作为现代长途干线通信主体的光纤通信一直在朝着高速率、大容量和长距离的方向发展。
在单信道速率不断提升(现已发展到10 Gb/s,正向40 Gb/s甚至160Gb/s发展)的同时,密集波分复用技术(DWDM)也已日趋成熟并商用化。
从技术的角度来看,限制高速率信号长距离传输的因素主要包括光纤衰减、非线性和色散。
掺铒光纤放大器(EDFA)的研制成功,使光纤衰减对系统的传输距离不再起主要限制作用。
而非线性效应和色散对系统传输的影响随着非零色散位移光纤(NZDSF)的引入也逐渐减小和消除。
随着单信道传输速率的提高和模拟信号传输带宽的增加,原来在光纤通信系统中不太被关注的偏振模色散(PMD)问题近来变得十分突出。
与光纤非线性和色散一样,PMD能损害系统的传输性能,限制系统的传输速率和距离,并被认为是限制高速光纤通信系统传输容量和距离的最终因素。
正是由于PMD对高速大容量光纤通信系统有着不可忽视的影响,所以自20世纪90年代以来,已引起业界的广泛关注,并正成为目前国际上光纤通信领域研究的热点。
二、光纤中偏振模色散的定义单模光纤中,基模是由两个相互垂直的偏振模组成的。
两偏振模的群速度由于受到外界一些不稳定因素的影响而产生差异,在传播中两偏振模的迭加使得信号脉冲展宽,从而形成偏振模色散。
PMD是由以下几个方面的因素造成的:光纤所固有的双折射,即光纤在生产过程中产生的几何尺寸不规则和在光纤中残留应力导致折射率分布的各向异性;光缆在铺设使用过程中,由于受到外界的挤压、弯曲、扭转和环境温度变化的影响而产生偏振模耦合效应,从而改变两偏振模各自的传播常数和幅度,导致PMD;另外当光信号通过一些光通信器件如隔离器、耦合器、滤波器时,由于器件结构和材料本身的不完整性,也能导致双折射,产生PMD。
色散补偿原理
色散补偿原理色散补偿是指在光通信系统中，由于光纤的色散效应而引起的信号失真问题，需要采取一定的措施来进行补偿的原理。
色散是指不同波长的光在光纤中传输时由于光速不同而导致的信号传输延迟不同的现象，这会使得信号在传输过程中发生扭曲，影响系统的传输质量。
因此，色散补偿原理是光通信系统中非常重要的一个环节。
首先，我们来看一下色散补偿的原理。
色散补偿的主要方法有预色散补偿和后色散补偿两种。
预色散补偿是在光发射端进行的补偿，通过在光发射端加入特定的色散补偿器件，可以在光信号传输过程中对色散进行补偿，从而减小色散对信号的影响。
而后色散补偿则是在光接收端进行的补偿，通过在光接收端对接收到的信号进行处理，来消除色散引起的失真。
其次，色散补偿的原理是基于对光信号的频率特性进行调整。
由于色散效应导致不同频率的光信号在光纤中传输时产生不同的传输延迟，因此可以通过对光信号的频率特性进行调整来进行色散补偿。
预色散补偿可以通过在光发射端加入特定的色散补偿器件，来对光信号的频率特性进行调整，从而实现对色散的补偿。
后色散补偿则是通过在光接收端对接收到的信号进行数字信号处理，来对光信号的频率特性进行调整，从而消除色散引起的失真。
最后，色散补偿的原理是光通信系统中保证信号传输质量的重要手段。
在光通信系统中，由于光纤的色散效应会对信号的传输质量产生影响，因此需要采取一定的措施来进行色散补偿。
通过预色散补偿和后色散补偿两种方法，可以有效地对光信号的频率特性进行调整，从而减小色散对信号的影响，保证系统的传输质量。
综上所述，色散补偿原理是光通信系统中非常重要的一个环节，通过对光信号的频率特性进行调整，可以有效地消除色散引起的失真，保证系统的传输质量。
在实际应用中，需要根据具体的系统要求选择合适的色散补偿方法，从而实现对色散的有效补偿，保证光通信系统的正常运行。
色散补偿原理
色散补偿原理色散补偿原理是指在光通信系统中，由于光纤对不同波长的光信号传输速度不同而产生的色散效应，通过一定的方法或器件来抵消或补偿这种色散效应，以保证光信号的传输质量和稳定性。
色散补偿技术是光通信系统中非常重要的一部分，对于提高光信号的传输速率、扩大传输距离、提高系统性能都起着至关重要的作用。
光纤通信系统中的色散效应是由于光在光纤中传输时不同波长的光信号由于色散导致传输速度不同而产生的。
一般来说，光纤通信系统中的色散效应主要包括色散的模式，即色散的波长和色散的位相。
在光通信系统中，色散效应会导致光信号的波形失真、频率偏移、相位畸变等问题，从而影响光信号的传输质量和稳定性。
为了解决光纤通信系统中的色散效应，人们提出了多种色散补偿原理和技术。
常见的色散补偿原理包括预补偿原理、后补偿原理、混合补偿原理等。
预补偿原理是指在光信号传输前通过一定的方法对光信号进行预处理，使得光信号在光纤中传输时能够抵消或减小色散效应。
后补偿原理是指在光信号传输后通过一定的方法对光信号进行处理，以抵消或减小色散效应。
混合补偿原理则是指在光信号传输前后均进行补偿处理，以最大程度地减小色散效应。
色散补偿技术主要包括电子补偿技术、光子补偿技术和光纤设计优化等。
电子补偿技术是指通过在光信号传输前后加入特定的电子器件或电路来对光信号进行处理，以抵消或减小色散效应。
光子补偿技术是指通过光学器件或光学方法对光信号进行处理，以减小色散效应。
光纤设计优化则是指通过改变光纤的结构或材料，以减小色散效应。
总的来说，色散补偿原理是光通信系统中非常重要的一部分，对于提高光信号的传输质量和稳定性具有至关重要的作用。
随着光通信技术的不断发展，人们对色散补偿原理和技术也在不断进行研究和改进，以满足日益增长的光通信需求。
希望通过不断的努力和创新，能够更好地解决光纤通信系统中的色散效应，提高光信号的传输速率和质量。
光纤传输色散补偿与色散管理
色散是光纤的一种重要的光学特性，它引起光脉冲的展宽，严重限制了光纤的传输容量。
对于在长途干线上实际使用的单模光纤，起主要作用的是色度色散，在高速传输时偏振模色散也是不可忽视的因素。
随着脉冲在光纤中传输，脉冲的宽度被展宽，劣化的程度随数据速率的平方增大，决定了电中继器之间的距离。
色散补偿是单纯地采用各种手段减小系统最终的残余色散，而色散管理除了考虑色散补偿外，同时还要考虑光纤非线性的影响，即使系统具有较大的本地色散和较小的残余色散。
这是因为光纤非线性的抑制和完全色散补偿是存在矛盾的，例如当光纤具有很低的色散时，则互相位调制和四波混频等非线性的危害就比较严重。
简单的色散补偿只考虑一阶色散补偿，但一阶色散补偿只能补偿零色散波长处附近的几个波长的色散，而对于长距离传输和高速率传输系统则需要考虑高阶色散补偿，即对色散斜率的补偿。
常用的色散补偿器件包括单模和光纤布拉格光栅。
单模色散补偿光纤DCF 是当前使用最广泛、技术最成熟的器件。
它具有特殊设计的折射率分布，因此具有较大的波导色散（表现为负色散），能和具有正色散的G .652、G .655光纤适配，完成色散补偿的功能。
但是DCF 的色散斜率偏小，不能完全补偿单模传输光纤的色散斜率，必要时需要对部分信道进行单独的色散补偿，另外，DCF 的有效面积小，非线性阈值功率低、光纤损耗大，所以在色散管理中需要综合考虑。
为了克服单模色散补偿光纤的缺点，高阶模色散补偿光纤（HOM-DCF ）被开发出来，它的优点是具有较大的负色散，较大的有效面积较大的相对色散斜率，从而能匹配各种NZDSF 。
其缺点是需要分立的模式转换器，既增加了成本又增加了插损，还会引入不同模式之间的多径干涉噪声（应该限制在-40dB 以下）。
高阶模色散补偿光纤的可靠性和实用性还有待进一步的研究，和单模DCF 一样，HOM-DCF 的色散补偿量不可以调节，限制了使用的灵活性。
光纤布拉格光栅的工作原理是利用啁啾光栅对不同波长信号的反射点不同，改变了信号的差分群时延，从而完成色散补偿的功能。
推荐传输DWDM波分系统色散补偿原则31页PPT
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
推荐传输DWDM波分系统色散补偿原 则
6、法律的基础有两个，而且只有两个……公平和实用。——伯克 7、有两种和平的暴力，那就是法律和礼节。——歌德
8、法律就是秩序，有好的法律才有好的秩序。——亚里士多德 9、上帝把法律和公平凑合在一起，可是人类却把它拆开。——查·科尔顿 10、一切法律都是无用的，因为好人用不着它们，而坏人又不会因为它们而变得规矩起来。——德谟耶克斯
光纤通信系统中色散补偿技术
光纤通信系统中色散补偿技术————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：2光纤通信系统中色散补偿技术蒋玉兰(浙江华达集团富阳，31 1400)【摘要】本文叙述了光通信系统中一个重要的参数—色散，以及G65光纤通信系统的色散补偿技术。
文章还详细说明了各种补偿技术原理，并比较其优缺点。
最后强调说明色散补偿就是用来补偿光纤线路色散和非线性失真的技术。
1概述光纤通信的发展方向是高速率、大容量。
它从PDH 8 Mb/s, 34Mb/s,140Mb/s, 565Mb/s 发展到SDH 155Mb/s，622Mb/s，2.5Gb/s，10Gb/s。
现在又进展为波分复用WDM、密集型波分复用DWDM。
同时，光纤的结构从G652、G653、G654，发展到G655，以及G652C 类。
光纤的技术指标很多，其中色散是其主要的技术指标之一。
色散就是指不同颜色(不同频率)的光在光纤中传输时，由于具有不同的传播速度而相互分离。
单模光纤主要色散是群时延色散，即波导色散和材料色散。
这些色散都会导致光脉冲展宽，导致信号传输时的畸变和接收误码率的增大。
对于新建工程新敷设高速率或WDM光缆线路，可以采用非零色散位移光纤（NZ-DCF），ITU一T将这种光纤定名为G655。
G655光纤在1 550 nm处有非零色散，但数值很小（0.1~10.0pb/nm·km）。
其色散值可以是正，也可以是负。
若采用色散管理技术，可以在很长距离上消除色散的积累。
同时，对WDM系统的四波混频现象也可压得很低，有利于抑制非线性效应的影响。
自从光纤通信商用开始，至今20余年，国内外已大量敷设了常规单模光纤(G652)的光缆，这类光缆工作在1550nm波段时，有18ps/nm·km的色散，成为影响中继距离的主要因素。
所以，对高速率长距离的系统必须要考虑色散补偿问题。
光纤色散及补偿方法简述
目录1色散的基本概念 (3)1.1基本概念 (3)1.2光纤中色散的种类 (3)1.3光纤色散表示法 (3)1.4单模光纤的色散系数 (4)1.5光纤色散造成的系统性能损伤 (4)1.6减小色散的技术 (4)1.7偏振模色散（PMD） (6)2非线性问题 (7)关键词：光纤色散色散补偿摘要：本资料介绍了光纤的色散以及色散补偿方法。
缩略语清单：无。
参考资料清单：无。
光纤色散及补偿方法简述当前，光纤通信正向超高速率、超长距离的方向发展。
EDFA的出现为1.55um波长窗口实现大容量、长距离光通信创造了条件，并使光纤通信中衰耗的问题得到了一定的解决。
然而光纤的色散影响仍然是制约因素之一，加之引入光放大器使光信号功率提高之后，光纤的非线性影响又突显出来。
1 色散的基本概念1.1 基本概念光纤色散是由于光纤所传送信号的不同频率成分或不同模式成分的群速度不同，而引起传输信号畸变的一种物理现象。
所谓群速度就是光能在光纤中的传输速度。
所谓光信号畸变，一般指脉冲展宽。
1.2 光纤中色散的种类光纤中的色散可分为材料色散、波导色散、模式色散。
材料色散和波导色散也称为模内色散，模式色散也称为模间色散。
材料色散是由于光纤材料的折射率随光源频率的变化引起的，不同光源频率所所应的群速度不同，引起脉冲展宽。
波导色散是由于模传播常数随波长的变化引起的，与光纤波导结构参数有关，它的大小可以和材料色散相比拟。
材料色散和波导色散在单模光纤和多模光纤中均存在。
模式色散是由于不同传导模在某一相同光源频率下具有不同的群速度，所引起的脉冲展宽。
模式色散主要存在于多模光纤中。
简而言之，材料色散和波导色散是由于光纤传输的信号不是单一频率所引起的，模式色散是由于光纤传输的信号不是单一模式所引起的。
1.3 光纤色散表示法在光纤中，不同速度的信号传过同样的距离会有不同的时延，从而产生时延差，时延差越大，表示色散越严重。
因而，常用时延差来表示色散程度。
时延并不表示色散值，时延差用于表示色散值。
色散补偿光纤的通信原理
色散补偿光纤的通信原理色散是指光信号中不同波长的光在光纤中传播过程中的传输特性差异。
在光纤通信中，色散会使得光信号的频谱变宽，导致不同波长的光在光纤中到达接收端的时间不同，从而降低了信号的传输质量和距离。
为了解决这个问题，引入了色散补偿光纤。
色散补偿光纤的通信原理是通过设计光纤的材料和结构，使得光信号在传输过程中发生色散，但是能够在接收端得到有效的补偿，恢复原始的光信号。
色散补偿光纤的原理可以从以下三个方面进行解释：首先，色散补偿光纤的原理与光纤中的色散现象密切相关。
光纤中的色散分为色散与位移（chromatic dispersion）和色散与波导导引折射率的变化有关的色散（waveguide dispersion）。
形成色散的原因与波长相关。
不同波长的光由于在光纤中传播速度不同，导致到达接收端的时间不同，从而产生色散。
色散补偿光纤利用设计好的材料和结构，使得不同波长的光的传播速度具有相反的色散特性，从而在传输过程中产生的色散能够得到补偿。
其次，色散补偿光纤的原理与光的色散特性有关。
光的色散特性可以通过光纤的色散参数来描述，其中最常用的参量是色散的色散因子（dispersion coefficient）和色散的高阶系数（dispersion slope）。
色散补偿光纤通过调节材料和结构的特性，使得色散参数能够满足特定的要求。
例如，对于单模光纤，我们通常希望在C波段和L波段的光信号能够以正色散的方式传输，而在其他波段以负色散的方式传输。
最后，色散补偿光纤的原理与光纤光学器件的设计和使用有关。
为了实现色散补偿，需要在光纤通信系统中引入色散补偿器件，例如色散补偿模块（dispersion compensator）或者色散补偿纤芯（dispersion compensating fiber core）。
色散补偿器件通常采用光纤光栅（fiber grating）或者特殊的光纤材料来实现。
通过将色散补偿器件与光纤连接，可以在传输过程中实时补偿光信号的色散，从而恢复原始的光信号。
16×40Gbit／SDWDM系统色散补偿和调制方式研究
中 间 色散 补 偿 ） 对 系统 传 输 性 能 的影 响 。仿 真 结果 表 明 ， 当传 输 距 离超 过 １ ５ ０ ０ ｋ ｍ后 ， ＭＤ Ｒ Ｚ码 能 够 很 好 地 抑 制 Ｆ Ｗ Ｍ（ 四 波 混频） 效应 ， 提 高 系统 性 能 ； 中 间 色散 补 偿 方案 比前 置 色散 补 偿 和后 置 色散 补偿 有 更 好 的 补偿 效 果 。 关键词 ： 密集波分复用 ； 载 波抑 制 归 零 ； 双 二 进 制 归零 ； 改 进 的双 二 进 制 归零 中图分类号 ： ＴＮ ９ １ ４ 文献 标 志 码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ５ － ８ ７ ８ ８ （ ２ ０ １ ３ ） ０ １ — ０ ０ ０ １ — ０ ４
２ ０ １ ３年
第 １期
光 通 信 研 究
Ｓ ＴＵＤＹ ０Ｎ ０Ｐ ＴＩ ＣＡＬ ＣＯＭ Ｍ ＵＮＩ ＣＡＴＩ ＯＮＳ
２ Ｏ １ ３ ． Ｏ２
总第 １ ７ ５期
（ Ｓｕ ｍ． ＮＯ ． １ ７ ５ ）
光 通 信 系 统 与 网 络／ Ｓ Ｄ ＷＤ Ｍ 系 统色 散 补 偿 和 调 制 方 式研 究
ａ ｎ ｃ ｅ ｓ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ ．Ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈ ａ ｔ ｗｈ ｅ ｎ ｔ ｈ ｅ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｍｉ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ｄ ｉ ｓ ｔ ａ ｎ ｃ ｅ ｉ Ｓ ｂ ｅ ｙ ｏ ｎ ｄ １ ５ ０ ０ ｋ ｍ，ｔ ｈ ｅ Ｆ ｏ ｕ ｒ － Ｗａ ｖ ｅ Ｍｉ ｘ ｉ ｎ ｇ
Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｏ ｎ ｄ ｉ ｓ ｐｅ ｒ ｓ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｍ ｐｅ ｎｓ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
ａ ｎ ｄ ｍｏ ｄ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｏ ｄ ｅ ｆ ｏ ｒ １ ６ ×４ ０ Ｇｂ ｉ ｔ ／ ｓ ＤＷ Ｄ Ｍ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍｓ
DWDM波分系统设计考虑因素及计算
DWDM 波分系统设计
1、如果是1个通道，由于没有其它通道干扰，只需考虑非线性问题，正常的入纤光功率可以达到16dB，由于EDFA选型为BA16/G12（最大输出16dBm，增益12dB），如果光模块输入EDFA的功率为0dBm（40km 模块），那么EDFA输出为12dBm，如果输入EDFA的功率为+2dBm（80km模块），那么EDFA输出为+14dBm
2、如果是2~8个通道，要考虑通道串扰、非线性等问题，单通道入纤光功率最大要≤10dBm，如果EDFA为BA16/G12(最大输出为16dBm，增益12dB），那么2~4个通道时，EDFA总输出≤16dBm，而每个通道的输出为10dBm；4~8通道时，EDFA最大输出为16dBm，单通道输出为16-10log（4~8）=(7~10)dBm
3、如果是9~16通道，考虑串扰、非线性等问题，单通道入纤光功率应≤6dBm，由于设计传输系统时，要考虑光纤衰减、光色散，非线性、信噪比等问题，我们把单波入纤光功率设定为3~6dBm，因为此数据为传输系统设计考虑各种因素得出的最佳值；
4、单通道入纤光功率越大，非线性影响越大、串扰越大，但是信噪比恰恰相反，单通道入纤光功率月大，信噪比越好，
5、信噪比简易计算：OSNR=58+单通道功率-最大段落衰减-6（EDFA噪声）-10logN（N为传输段落数量）
6、色散补偿原则：总距离—光模块距离（如40km、80km）+10km≤色散总补偿距离≤总距离-10km
作者：关旺振电话：180********。
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混合系统的色散补偿原则
色散补偿原则－混合系统
（1）对于使用NRZ编码方式 复用段长度小于或等于800公里的400G/800G系统，系统的残 余色散在200ps/nm和600ps/nm之间。 对于复用段长度大于800公里，小于1200公里的400G系统。 如果G652光纤长度大于或等于800公里，则系统的残余色散在 600ps/nm和1000ps/nm之间；如果G652光纤小于800公里， 系统的残余色散在200ps/nm和600ps/nm之间。 对于复用段长度大于800公里，小于1200公里的800G系统，系 统的残余色散在200ps/nm和600ps/nm之间。在进行色散补偿 时，由于G.652光纤的色散值较大，对系统的影响也较大，所以， 首先考虑将G.652光纤尽可能的完全补偿，然后再进行G.655光 纤的补偿。 对于同时含有LEAF光纤和G.652光纤的NRZ系统，当LEAF光纤 长度小于200公里时，可以全部采用G.652 DCM进行色散补偿， 补偿后系统的残余色散应满足上述要求。
DCM补偿方案-OADM
OTM OBA OPA+OAD+DCM+OBA OPA OTM
OTM
OBA
OPA+DCM+OAD+OBA
OPA
OTM
OTM
OBA OPA+DCM1+OAD+DCM2+OBA
OPA OTM
在OADM节点配置DCM时要考虑的因素有： （1）下路通道色散必须完全被补偿。 （2）下路通道的光功率在接收机允许范围内。 （3）上路和直通通道的补偿量相当。
色散的种类
由于光纤有不同的种类，产生色散的机理也不尽相同。光纤的色散主 要归结为以下几类： (1)材料色散：材料的折射率是波长的非限性函数，使得光的传播 速度随波长而改变。由此引起的色散叫材料色散。 (2)波导色散：同一模式的相位常数随波长而变，而引起的色散。 (3)模式色散：多模光纤中，即使在同一波长，不同模式的传播速度 也不同，由此引起的色散。又称模式色散。 (4)偏振模色散：单模光纤中实际存在偏振方向相互正交的两个基模。 当光纤存在双折射时，这两个模式的传输速度不同，由此而引G.652
（2）对于使用G.652光纤，ERZ编码方式 复用段长度小于或等于800公里的400G/800G系统， 系统的残余色散在0公里和20公里之间。 举例： 800km的G.652线路传输，最少要补偿780km，最 多要补偿800km。 对于复用段长度大于800公里小于1200公里的系统 400G/800G系统，系统的残余色散在10公里和30公 里之间。 对于超过800公里的复用段，在工程开通时，需要用 服实地测量线路光纤的色散以及PMD实测值。
色散补偿原则－混合系统
（2）对于使用ERZ编码方式： 复用段长度小于或等于800公里的400G/800G系统，系统的 残余色散在200ps/nm和400ps/nm之间。 对于复用段长度大于800公里，小于1200公里的400G系统， 如果G652光纤长度大于或等于800公里，则系统的残余色散在 300ps/nm和500ps/nm之间；如果G652光纤长度小于800公 里，系统的残余色散在200ps/nm和400ps/nm之间。 对于复用段长度大于800公里，小于1200公里的800G系统， 系统的残余色散在200ps/nm和400ps/nm之间。在进行色散补 偿时，由于G.652光纤的色散值较大，对系统的影响也较大，所 以，首先考虑将G.652光纤尽可能的完全补偿，然后再进行 G.655光纤的补偿。 对于同时含有LEAF光纤和G.652光纤的ERZ系统，不推荐完 全使用G.652 DCM进行色散补偿。
脉冲展宽 1/4 比特周期时会引起误码
用色散系数D来描述光纤的色散指标：1nm波长范围（指光源的谱宽 小于1nm）的光通过1KM光纤出现的时延差异，单位为ps/nm.km ,D越 小，则光纤带宽越大.
色散-偏振模色散
PMD 定义 光纤中的光传输可描述成完全是沿X轴振动和完全是沿Y轴振动或一些光在两轴 上的振动。每个轴代表一个偏振“模”两个偏振模的到达时间差－－偏振模色散 PMD PMD 成因
色散补偿模块的分布原则
色散补偿模块的分布（1）
OTM
OTU
OLA
OPA
OTM
（1）一般情况下预补偿量不超过40km; 对于G.652/G.655光纤不使用VMUX的NRZ系统，预补偿量最多 为40公里G.652 / G.655 DCM。如果使用VMUX，则预补偿最 多为20公里G.652/G655 DCM。对于G.652/ G.655光纤ERZ 系统，预补偿最多为20公里G.652/ G.655 DCM。 对于系统中第一个跨段光纤长度较长时，可能会存在累计欠补偿 不满足要求的问题。对于这个跨段，累计欠补偿可以放宽到100公 里。但后续跨段的累计过补偿和欠补偿要严格控制。推荐控制在 60公里以内。对于一些超长跨段，累计欠补偿不能够满足100公 里的要求。此时，可以考虑采用增益较大的OBA或增加一个OPA。
色散补偿技术
• DCF色散补偿光纤技术
• 大带宽（C/L），补偿性能优越； • 插损大，色散补偿数值固定； • 目前应用最为广泛；
• FBG光纤布拉格光栅
• 部分可调谐，损耗低； • 群时延扰动较大，需要环行器；
• Etalon标准具器件
• 体积小，损耗低，可调谐； • 带宽窄；
• 电域技术
• EDC； • 特殊码型调制等；
DCM色散补偿应用
Tx
啁啾 预调制
O
O D
DCM OBA OLA+DCM 色散补 偿模块
M
... U
U
OPA DCM
...
激光器预啁啾技术 宽带色散补偿模块，分布式补偿，合理分配线路补偿、预补偿、后补偿量，实现均匀补偿。 在超长距离传输系统中，色散补偿应向欠补偿方向移动。
术语1－预补偿
G.655系统色散补偿原则
色散补偿原则－G.655
对于只使用G.655光纤的系统，残余色散应遵循欠 补偿原则，需满足 （1）对于使用G.655（LEAF）光纤，NRZ编码方式的 系统： 当复用段长度小于440公里时，可以采用G652 DCM 进行色散补偿。当复用段长度大于或等于440公里时， 则应全部采用G655 DCM进行色散补偿，系统残余 色散在90公里和110公里之间。 （2）对于使用G.655（LEAF）光纤，ERZ编码方式的 系统： 需要采用G655 DCM进行色散补偿，系统残余色散 在40公里和60公里之间。
OBA
OLA
OPA+DCM+OBA OTM
术语4－总色散补偿残余量
总色散补偿残余量：指一个复用段经过色补偿后的剩余色散量， 总色散补偿残余量＝复用段总传输光纤－复用段总色散补偿光纤， 欠补偿: 如果复用段总传输光纤>复用段总色散补偿光纤 过补偿: 如果复用段总传输光纤<复用段总色散补偿光纤
散补偿原则
DCM入纤功率要求
DCM入纤功率：必须保证进入DCM的单通 道入纤光功率<-3dBm （0db 亦可） 。
色散概念
载数字通信系统中，由于信号的各频率成分或各模 式成分的传输速度不同，在光纤中传输一段距离后， 将出现时间上的展宽，脉冲加宽。严重时，前后脉 冲将互相重叠，形成码间干扰，增加误码率，影响 了光纤的带宽，限制了光纤的传输容量。
色散
光功率
单模光纤
光功率
时间 入射光脉冲波形
时间 出射光脉冲波形
从系统的角度来看。光纤色散与光纤的长度呈正比，即光纤色散是具有累 积性质的，因而光通信系统设计上存在着有光纤色散决定的传输距离限制。 对于1.6T长距(LONG HAUL)、超长距（ULTRA LONG HAUL）应用，必 须对色散进行控制和管理。
色散补偿模块的分布（3）
（3）对于含有超过8个以上放大段（包括含有OADM站点的情
况）的复用段，希望尽可能实现均匀补偿，即累积过补偿或者 欠补偿量尽量小一些。 （4）对于存在OADM的复用段，OADM-OTM，OADM-OADM之 间的子复用段的补偿也要满足相关系统残余色散的要求。不推 荐子复用段过补偿的配置
环境因素和工艺缺陷引起的纤芯椭圆及应力是引起PMD的主要因素 PMD与其他色散相比，几乎可以忽略，但是无法完全消除， 只能从光器件上使 之最小化。脉冲宽度越窄的超高速系统中（40G）， PMD的影响越大。 影响程度
PMD 色散的影响
PMD产生机理及解决方法
由光纤的双折射引起,诸如应力、弯曲、扭绞、温度等随 机引入 产生信号间干扰; 当偏振相关损耗产生的二次效应可能产生PMD与色度色 散之间的耦合从而增加色散的统计分量; 解决办法之一是改进光纤工艺或在系统输入输出端插入 偏振控制器。
OTM OBA DCM+OLA OPA
术语3－后补偿
后补偿：在一个DWDM复用段的OTM接收端进行色散 补偿，色散补偿模块通常在OPA之前或者构成OPA 站点的OPA与OBA 之间，功能是对复用段传输防向 的最后一个放大段的传输光纤进行补偿，同时兼有 对整个复用段的色散补偿量进行调整的功能。
OTM
色散－色度色散
脉冲展宽
T
光脉冲信号中的不同频谱成份在光纤中的传输速度不 同，导致脉冲信号传输后展宽甚至离散。
光纤色散效应对传输的影响
1 0 1 0 1 0 1 1 0 1
Input
Time 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1
Output
Time
脉冲展宽 (ps) = D(ps/ nm×km)×S(nm)× L(km)
G.652 光纤系统的色散补偿原则
色散补偿原则－G.652
对于只使用G.652光纤的系统，残余色散应遵循欠补偿原则，需满 足 对于使用G.652光纤,NRZ编码方式 复用段长度小于和等于800公里的400G/800G系统，系统的 残余色散在10公里和30公里之间。 举例： 800km的G.652线路传输，对于800ps/nm.km色散容限的光源， 最少要补偿770km，最多要补偿790km。 对于复用段长度大于800公里，小于1200公里的系统400G系统， 系统的残余色散在30公里和50公里之间； 对于复用段长度大于800公里，小于1200公里的系统800G系统， 系统的残余色散在10公里和30公里之间。 对于超过800公里的复用段，在工程开通时，需要用服实地测量 线路光纤的色散以及PMD实测值。