TC000003 DWDM原理 ISSUE2.0

第4章 DWDM组网设计

G.653 和G.655建议所规范的光纤差别不大。对于几十至数百公里长的系统来说，该色散影响可忽略不计。 2. 传输限制

随着光纤通信系统中传输速率的不断提高和由于光放大器极大地延长了无电中继的光传输距离，因而整个传输链路的总色散及其相应色散代价将可能变得很大而必须认真对待，色散限制已经成为目前决定许多系统再生中继距离的决定因素。在单模光纤中，色散以材料色散和波导色散为主，使信号中不同频率分量经光纤传输后到达光接收机的时延不同。在时域上造成光脉冲的展宽，引起光脉冲相互间的串扰，使得眼图恶化，最终导致系统误码性能下降。

信号中不同频率分量来源于激光源的光谱特性，它们包括波长、光谱宽度、激光器啁啾声等。目前对1550nm区域的SLM 激光器的 -20dB光谱宽度已可达到0.05nm ，这种情况下，限制再生中继距离的决定因素的是激光器啁啾声。

3. 减少影响的方法

光纤放大器的存在并不影响系统中的色度色散效应，因而不要求规范把这些效应减小到最低限度的特定方法。然而，使长距离无再生中继系统成为可能的EDFA却会使这种系统中的色度色散导致的系统损伤变得很严重。 在一些光放大的子系统中，一种无源色散补偿装置可同光放大器组合在一起，构成一个放大子系统，该子系统会给系统附加有限的色度色散，其色散系数与系统光纤相反。这就会使系统的色度色散减小 。该装置可同EDFA装设在一起，用以弥补与无源色散补偿功能相关的损耗。另外，采用G.655光纤和G.653光纤对减少色度色散是有利的。如全面考虑非线性损伤，则长途传输中G.655光纤的综合性能是最佳的。 4. 网络设计时的考虑

在进行DWDM网络设计时，一般先将整个网络划分为若干个再生中继距离段，使每个再生中继段距离都小于光源的色散受限距离，这样，整个网络的性能基本可以容忍色散的影响。 ? 诀窍：

在DWDM组网设计中计算色散时，由于我国采用的光纤基本都是G.652尾纤，在1550nm窗口中典型色散系数为17ps/nm.km，但工程设计时按照20ps/nm.km来预算。

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4.3.2 功率

光信号的长距离传输要求信号功率足以抵消光纤的衰耗，G.652光纤在1550nm窗口的衰耗系数一般为0.25dB/km左右，考虑到光接头、光纤冗余度等因素，综合的光纤衰耗系数一般小于0.275dB/km。

具体计算时，一般只对传输网络中相邻的两个设备作功率预算，而不对整个网络进行统一的功率预算。将传输网络中相邻的两个设备间的距离（衰耗）称作中继距离（衰耗）。

SA站RLP outP inB站 图4-13 中继衰耗原理图

如上图所示，A站点发送参考点为S，B站点接收参考点为R，S点与R点间传输距离为L，则： 中继距离=（Pout - Pin）/a

Pout：为S点单信道的输出功率（单位为dBm），S点的光功率与A站点的配置相关，

Pin：为R点的单信道最小允许输入功率（单位为dBm）。

a：为光缆每公里衰耗（dB/km）（根据ITU－T建议，取0.275dB/km，0.275dB/km已包含接头、富裕度等各种因素的影响)。

4.3.3 光信噪比

1. 噪声产生原理

光放大器围绕着信号波长产生光，即所谓放大的自发射（ASE）。在具有若干级联EDFA的传输系统中，光放大器的ASE噪声将同信号光一样重复一个衰减和放大周期。因为进来的ASE噪声在每个光放大器中均经过放大，并且叠加在那个光放大器所产生的ASE上，所以总ASE噪声功率就随光放大器数目的增多而大致按比例增大，而信号功率则随之减小。噪声功率可能超过信号功率。

ASE噪声频谱分布也是沿系统长度展开的。当来自第一个光放大器的ASE噪声被送入第二个光放大器时，第二个光放大器的增益分布就会因增益饱和

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效应导致ASE噪声而发生变化，同样，第三个光放大器的有效增益分布会也会发生变化。这种效应会向下游传递给下一个光放大器。即使在每个光放大器处使用窄带滤波器，ASE噪声也会积累起来，这是因为噪声存在于包含着信号频段之内的缘故。 光信噪比（OSNR）定义为：

OSNR=每信道的信号光功率/每信道的噪声光功率 2. 传输限制

ASE噪声积累对系统的SNR有影响，因为接收信号SNR劣化主要是与ASE有关的差拍噪声有关。这种差拍噪声随光放大器的数目的增加而线性增加。因此，误码率随光放大器数目的增加而劣化。此外，噪声是随放大器的增益幅度以指数形式积累的。

作为光放大器增益的一个结果，积累了许多个光放大器之后的ASE噪声频谱会有一个自发射效应导致的波长尖峰。特别要指出的是，如果考虑采用闭合全光环路的网络体制，那么若级联数目无限的光放大器，则ASE噪声就会无限积累起来。虽然有滤波器的系统中的ASE积累会因有滤波器而明显减小，但带内ASE仍会随光放大器的增多而增大。因此，SNR会随光放大器的增多而劣化。 3. 减小ASE噪声的方法

ASE噪声积累可能因光放大器间隔的缩小而减小（当保持总增益等于总传输通道损耗时），因为ASE是随放大器增益幅度的增大而以指数形式积累的。下面滤波技术中的一种可进一步减小非期待ASE噪声：即采用ASE噪声滤波器或利用自滤波效应（自滤波方法）。

自滤波方法适用于装设几十或更多个光放大器的系统。这种方法是把信号波长调整到自滤波波长上，从而使检测器接收到的ASE噪声减小，如同使用窄带滤波器一样。当采取缩短光放大器间隔和低增益光放大器的手段来减小初始ASE噪声时，这是最有效的。

如果考虑采用全光DWDM闭合环路网，那么自滤波方法就不适用。事实上，在光放大器整个增益频谱中形成的峰值可能对系统性能造成严重影响。在这种情况下，采用ASE滤波法可最大限度减小ASE噪声的积累。这是通过对未送往网络节点的DWDM信道在倒换出节点之前进行滤波的手段达到的。

对于装有很少几个光放大器的系统，自滤波法不如ASE滤波法有效。ASE滤波法可灵活地选择信号波长，并具有其它的优点。必须谨慎地选择滤波器

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的特性，因为级联滤波器的通带比信号滤波器的通带窄（除非是有一个矩形的频带）。

4. DWDM网络设计时对光信噪比的考虑(注：这一部分内容如果你觉得比较深奥的话，完全可以跳过阅读后面的章节）

对不同的网络应用，OSNR的要求不太相同。如对2.5Gb/s的系统组网和基于10Gb/s的系统组网在信噪比要求方面有一定的区别。

光信噪比是影响DWDM系统误码性能最重要因素之一。对于多个级联线路光放大器的DWDM系统，噪声的光功率主要由放大的自发辐射噪声所支配。

(1) 级联线路光放大器自发辐射噪声累积

多个级联线路光放大器自发辐射噪声累积的数学模型可由图4-14说明。

G1L1G2L2GN-1LN-1GNEDFA1EDFA2EDFAN-1EDFAN

图4-14 自发辐射噪声累积的数学模型

图4-14中GN为EDFAN的增益（以线性单位表示）；LN为第N中继段光缆衰耗（以线性单位表示）。

则总的自发辐射噪声功率=EDFAN产生的自发辐射噪声功率 +（EDFAN-1产生的自发辐射噪声功率×LN-1 ×GN） ??

（EDFA2产生的自发辐射噪声功率×L2 ×G3 ×??×GN-1 ×LN-1 ×GN） （EDFA1产生的自发辐射噪声功率×L1 ×G2 ×??×GN-1 ×LN-1 ×GN(式4-1)

(2) 单个EDFA产生的噪声

一个光放大器在单位频率间隔内产生的放大的自发辐射噪声功率PASE： PASE=2NSP（G-1）hν

(式4-2)

式中：NSP是EDFA的自发噪声系数； G是EDFA的内部增益；

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