光传输系统中色散补偿问题的探讨

光传输系统中色散补偿问题的探讨

赵怀罡

【摘要】文章通过对光纤色散的产生及其对传输系统影响的介绍,引出了色散补偿技术.在多种色散补偿方法中,侧重探讨了应用比较普遍的色散补偿光纤(DCF)技术,

并在此基础上,联系实际工程,具体阐述了光纤色散补偿模块大小在工程中如何计算、如何配备、如何放置等,获得了一些对实际色散补偿系统有参考价值的结论.

【期刊名称】《光通信研究》

【年(卷),期】2007(000)003

【总页数】3页(P10-12)

【关键词】光纤色散;色散补偿模块;色散补偿光纤

【作者】赵怀罡

【作者单位】中国联通,网络建设部,北京,100032

【正文语种】中文

【中图分类】TN915

近年来，随着电信业务的发展和需求的不断增长，需要传输系统提供更高的容量，目前普遍采用波分复用(WDM)技术或提高传输速率来增加系统的容量。我们知道，影响光纤通信系统的两个主要问题是光纤的衰减和色散。随着掺铒光纤放大器(EDFA)的实用化，光纤损耗不再是限制系统性能提高的主要因素。在光放大器实

现对光纤的衰减补偿之后，色散成为限制密集波分复用(DWDM)和10 Gbit/s及

以上速率传输系统传统距离的主要因素之一。传输距离增加，色散量也随之增大；另外现有G.652和G.655单模光纤中存在色散斜率，使得传输同样距离的不同波长信号光具有不同的色散量；这些最终导致通信质量劣化，严重时会使系统无法正常工作。因此需对通信链路实行色散补偿，以使各波长信号的色散量限制在系统容限内。

1 光纤色散及其分类

色散是指因为光脉冲中的不同频率或模式在光纤中的传播速度不同，使得这些频率成分或模式到达光纤终端有先有后，从而产生信号传播过程中的光脉冲的展宽。色散一般用时延差来表示，所谓时延差，是指不同频率的信号成分传输同样的距离所需要的时间之差。衡量光纤中色散的大小是用色散系数，它的定义是波长相距1 nm(频率间隔为124.3 GHz)的两个光信号传输1 km距离的时延差，单位是

ps/(nm·km)。而色散系数对波长曲线的斜率称为色散斜率，它反映色散系数随波长变化的情况。不同厂家不同型号的光纤具有不同的色散特性。而色散补偿就是通过各种手段抵消上述信号不同频率或模式成分到达终端的时延差。

光纤色散从产生的机理来分有材料色散、波导色散和模式色散。材料色散和波导色散一起称为色度色散。材料色散是由于材料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，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。单模光纤中只存在色度色散，而多模光纤中存在色度色散和模式色散。在此，我们只讨论单模光纤中的色度色散对系统的影响。

2 色散对系统的影响

色散对系统性能的影响首先表现在引起脉冲展宽，从而导致两个相邻的脉冲发生串扰，产生判决错误。色散对脉冲的这种影响可以从眼图中看出来：从发送端出来的初始脉冲比较规整，眼张开度大，经过一定长度有色散的光纤传输以后，眼图会呈现出色散的图样，眼张开度变小，脉冲形状变坏，在误码测试仪上表现为误码率变大。

色散对系统性能的影响还表现在和光纤中非线性效应的相互作用。一方面色散加剧自相位调制(SPM)等非线性效应所产生的脉冲形状畸变，使其放大展宽；另一方面色散在波分复用系统中也可以抑制交叉相位调制(XPM)、四波混频(FWM)等非线性效应。关于色散和非线性效应间的相互作用，在系统设计时要予以综合考虑，整体把握，以实现更好的传输性能。

3 色散补偿技术

为了提高系统的整体性能，尽可能地减小光纤色散对传输指标的影响，人们提出了多种色散补偿技术。色散补偿的基本原理是使用一个或多个大的负色散器件对光纤的正色散实施抵消，对光纤中的色散累积进行补偿，从而使系统的总色散量减小。目前，色散补偿的方法有：啁啾光纤光栅、色散补偿光纤、色散管理、谱反转技术和高阶模色散补偿光纤等。

目前业界的大部分设备提供商采用色散补偿模块(DCM)对光纤中的色散累积进行补偿。DCM主要有两种方式，一种是色散补偿光纤(DCF)法，另一种是色散补偿光栅法，即啁啾光纤光栅(DCG)法。当前，DCF法是高速率DWDM系统中实现色散补偿的主要方法。

在联通长途传输骨干网络中，10 Gbit/s WDM系统设备的提供厂家均主要采用DCF方法来对线路中的色度色散进行补偿。DCF是一段具有和待补偿光纤相反色度色散系数的光纤，与待补偿光纤混用可抵消色度色散引起的时延差。色散补偿光

纤技术是为了扩大光纤线路中继距离而把其中存在的色散降低到最低程度，同时兼顾到插入损耗的技术措施，其中包括专用补偿光纤和光学元器件，使输出端的光信号足以保证系统性能，诸如跨距、速率和误码率等的实现。

DCF的放置要尽量减少非线性效应和通道衰减，这是因为DCM具有一定的插损。大跨距系统色散补偿尽量分段进行，以免集中补偿功率代价过大。而DCF本身也

会引起色散，只是它引起的色散和待补偿光纤的色散可以互相抵消，但是DCF用

量过大也引起相反方向的色散，结果可能适得其反，这就是我们常说的过补偿。另外，色散量也不是完全补偿为零就正好的，因为这样使得不同波长传输时相位匹配会比较好，容易引起四波混频、XPM等非线性效应。

通常情况下,光源本身在不用DCM时也能传输一段距离，而我们的补偿量一般要

保证一定的欠补，也就是使系统接收端仍然存在一定量的正色散(过补就是在接收

端有一定负色散)，这样可以减少非线性效应的影响。理论研究和实验结果都表明，适当过补和欠补都能减少非线性效应的影响，但是由于欠补可以减少DCF的用量，从而降低成本，所以厂家在做系统设置时一般采用欠补。

有些厂家为了工程上的方便,在进行色散补偿计算挑选补偿模块时,简化为根据线路

传输距离、光源色散受限距离和工程余量来计算，而不是通过色散量来计算。具体计算方法为

式中，色散补偿距离为超过受限距离被补偿的传输距离(km)，根据该距离选择相

对应的DCF/DCM；传输距离为整个复用段链路的长度(km)；光源色散受限距离

为激光器的色散容限与传输光纤色散系数之比(km)，也就是“无补偿情况下的最

大传输距离”。这里要特别说明的是为什么要加上工程余量，一方面是为了使系统适应后期的线路割接等变化所预留的余量；另一方面是厂家在做系统设计时，为了节约成本，本身就是欠补，担心欠补过多，总要根据工程经验为系统选择色散稍大