波分系统中的色散专题-20110905-B

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。 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 出误码率变大。
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色 散 普纤 通 单 模 光
波 长 O
斜C D ） 率（ 统 补D 偿W D F M 系
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色散补偿光纤的优点和不足
色散补偿光纤（DCF）的优势在于：
其补偿带宽宽，能同时对多个WDM信道进行色散补偿 而且是无源全光纤设备 成本相对较低 安装简单，无需调测
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色散容限

群速色散对比特率的影响可利用不产生相邻脉冲重叠的准则：B*△T＜1 B为比特率，△ T为群速色散造成的脉冲展宽 。 传输速率越高，为保证信号正确传输，色散的影响必须越小，即色散越敏感。
△T =D*L* δλ
L--传输距离，D--色散系数，δλ为光源的均方根谱宽，-20dB谱宽δλ-20， δλ=δλ-20 /6.07 调制码型越宽，为保证信号正确传输，色散的影响必须越小，即色散越敏感。 色散容限：定义为传输链路中由于色散所引起的功率代价为1dB时系统所能 容忍的最大色散。 ITU-T G.957和G.691所定义的由色散所引起的通路代价，对于低色散系统 为1dB，对于高色散系统为2dB.
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色散补偿光栅
色散补偿光栅（DCG，Dispersion Compensation Grating）是一种 啁啾光纤光栅（CFG，Chirped Fiber Grating），光纤内折射率呈周期 性的变化。 色散补偿光栅的基本原理：长波长的分量在光栅的前端耦合到反向传 播模，而短波长的分量在光纤光栅的后端耦合到反向传输模。使之与光 纤传输所产生的时延大小相等、方向相反，起到降低色散的作用。
材料色散和波导色散也称为模内色散，又称为色度色散 模式色散也称为模间色散
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色散的基本概念-3
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 。 C为真空中的光速。L为传输距离，n 为光纤折射率，为信号光波长 材料色散：不同频率不同折射率 波导色散由于导波模的不同而导致的群时延，当一个光脉冲进入光纤后，它 的能量被分散到许多导波模上，这些不同的模式以各自的群时延在不同的时刻 到达光纤的另一端，从而使光脉冲发生展宽，波导色散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。 波导色散：不同频率不同模场分布
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内容介绍

光纤和色散的基本概念


色散对波分信号的影响
色散的补偿原理


波分系统色散补偿规则
典型案例
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色散控制常见办法
在长距离光纤段中必须采用某种形式的色散补偿技术。色散补偿，又可称 为光均衡，其基本原理是当光脉冲信号经长距离光纤传输后，由于色散效 应而产生脉冲展宽或畸变，采用一些办法来控制和降低色散，目的是消除 脉冲展宽或畸变。
为了衡量两个正交偏振态之间相位相差的大小，采用了Differential Group Delay来描述，即DGD。
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色散在眼图中的表现
经过未补偿光纤 发生色散的信号
初始脉冲
带色散脉冲
经过未补偿光纤 发生色散的信号
PS（OMS段）=PS（OTS1）+PS(OTS2)+……+PS(OTSn)

OTS段的PMD色散大小
Y ( ps ) X ( ps km ) L ( km )
km ) 则需要光源和PMD分析模块配合测得
其中光缆距离L可以用OTDR测得,色散系数 X ( ps

单个OMS段的PMD色散大小
Y OMS ( ps )

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内容介绍

光纤和色散的基本概念


色散对波分信号的影响
色散的补偿原理


波分系统色散补偿规则
典型案例
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光纤类型 G.652 G.653
D1550 (ps/(nm〃 km) 17 0
G.655A G.655B
G.655C G.655D G.655E
3.7 4.2
4.4 8 -2.3
d
材料色散（Dm）、波导色散（Dw）和总的色度色散（Dtotal）
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内容介绍

光纤和色散的基本概念


色散对波分信号的影响
色散的补偿原理


波分系统色散补偿规则
典型案例
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色散的定义和表示单位
在光纤中，不同波长/频率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。
色散大小通常用PS来表示，为时延差大小的绝对值。 色散系数 D就是两个波长间隔为1nm的两个光波传输1 km长度光纤到达 时间之差，单位为[ ps/（nm〃km）] km PMD系数的单位： ps 由于DGD主要描述的是相位之间的时间差，因此不难理解下面的量纲定 义： DGD的单位： PS dD 色散斜率 S （ps/nm^2/km）定义为D随波长的斜率： S

光在单模光纤中的传播轨迹，简单地讲是以平行于光纤中心轴线的形式以直线方式
传播，如图

ITU-T的建议规范四种单模光纤，即G.652 、G.653、 G.654、 G.655。
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色散的基本概念-1
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色散对波分系统的影响

信号畸变形成码间干扰


模分配噪声
与非线性效应相互作用
系统传输距离受限 可能导致出现误码 单波传输速率受限
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同时也有自己的缺点：
其色散补偿能力是固定的； 其有效面积只有19μm2，比标准单模光纤的85μm2小得多，从而导致更敏感 的非线性效应； 需要的DCF 光纤的长度长，达要补偿的SMF 长度的五分之一，从而增大了传 输损耗，需要光放进行补偿 并且体积大，重量重
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光脉冲中的不同频率或模式在光纤中的群速度不同，因而这些频率成分和模式到 达光纤终端有先有后，使得光脉冲发生展宽，传输信号发生畸变，这就是光纤的 色散。 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。
pulse
Fiber cladding
pulse
f1 f2 f3 ...
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色散大小的计算和表示

OTS段的色度色散大小
PS=L (OTS跨段光缆的长度)x D（OTS跨段光缆的色散系数） 其中光缆距离和色散系数可以用OTDR测得

OMS段的色度色散大小
=L1 x D1+L2 x D2+……+Ln x Dn
控制色散的办常见法 压缩光源的谱宽：通过激光器本身调制信号的特点来控制色散效应 选用合适的光纤：目前G.655是比较适合DWDM长途传输的光纤 色散补偿技术： 色散补偿光纤/色散补偿光栅
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光纤的衰减/色散特性曲线
G.652光纤，也称标准单模光纤（SMF），是指色散零点（即色散为零的波长）在1310nm附近的光纤。 G.653光纤，也称色散位移光纤（DSF），是指色散零点在1550nm附近的光纤，它相对于标准单模光纤 （G.652），色散零点发生了移动，所以叫色散位移光纤。 对于密集波分复用（Dense Wavelength Division Multiplexing－DWDM）系统很容易引起四波混频效应，因此DWDM系统一般尽量不使用色散位 移光纤。 G.654光纤，光纤是截止波长移位的单模光纤。G.654光纤的设计重点是降低1550nm的衰减，其零色散 点仍然在1310nm附近，因而1550nm窗口的色散较高，可达18ps/(nm.km)。G.654光纤主要应用于需要 很长再生段距离的海底光纤通信。 G.655光纤，为了避免四波混频效应，将色散零点的位臵从1550nm附近移开一定波长数，使色散零点不 在1550nm附近的DWDM工作波长范围内。这种光纤就是非零色散位移光纤（NZDSF）
色散补偿光纤的补偿原理
色散补偿光纤（DCF）是一种特制的光纤，其色度色散为负值，恰好与传 输光纤相反，可以抵消传输光纤的常规色散影响
传输光纤
DCF
DCF特性：主要特性是色散特性和传输 损耗特 （1）特殊设计折射率分布和芯径，强化 波导色散，实现负D和S（ S 为色散斜率， D为色散系数）； （2）小芯径，大色散系数，短光纤；较 大非线性系数 （3）D和S尽量与传输光纤匹配。
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光纤基础知识

光是一种频率极高的电磁波。 当光在光纤中传播时，如果光纤纤芯的几何尺寸远大于光波波长时，光在光纤中会
以几十种乃至几百种传播模式进行传播。 这样的光纤称为多模光纤。

当光纤的几何尺寸(主要是芯径d1)较小，与光波长在同一数量级，如芯径d1在5~10 微米范围，这时，光纤只允许一种模式(基模)在其中传播，其余的高次模全部截止， 这样的光纤称为单模光纤。
2013-1-17
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色散专题
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内容信息 文档名称 目标受众 色散专题 华为公司网络产品线技术服务工程师、工程项目经理、培训工程师等 版本信息 版本 /日期 V1.0_20110520 第一版 变更描述 作者/工号 谢冰/35413 责任部门 网络产品服务部
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。 模式色散：不同模式不同传输速度
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色散的基本概念-4
偏振膜色散由于光纤本身的非圆对称性进而导致两个正交偏振态沿光纤传输 而发生偏离导致的情况，称为Polarization Mode Dispersion，即PMD。它表 现为一种随机微扰。 偏振模色散：不同偏振态不同传输速度
Fiber core
Fiber cladding
色散的图象表示
f1 f2 f3 ...
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色散的基本概念-2
光纤中的色散可分为材料色散、波导色散、模式色散以及偏振膜色散。 光纤 单模光纤：材料色散、波导色散、偏振模色散 多模光纤：材料色散、波导色散、偏振模色散、模式色散
Y
OTS
( ps ) Y OTS 2 ( ps ) ... Y OTSn ( ps ) 1
2 2
2

Y OMSn
( ps )
2

多个OMS段的PMD色散大小
Y OMS
级联
( ps )
Y
OMS1
( ps )
2

Y OMS
Fra Baidu bibliotek
2
( ps )
2
...