- 相關(guān)推薦
密集光波分復(fù)用系統(tǒng)的波長(zhǎng)測(cè)量技術(shù)
摘要：本文闡述密集光波分復(fù)用系統(tǒng)的概況、系統(tǒng)的測(cè)試要求，可調(diào)諧光濾器的結(jié)構(gòu)，以及便攜式光譜分析儀的應(yīng)用方式與相關(guān)測(cè)量?jī)x表的展望。
信息時(shí)代信息爆炸導(dǎo)致通信帶寬需求或通信網(wǎng)絡(luò)容量爆增。如近期北美骨干網(wǎng)的業(yè)務(wù)量約6-9個(gè)月翻一番，達(dá)到了所謂的“光速經(jīng)濟(jì)”的時(shí)期，它比微電子芯片性能發(fā)展的摩爾法則（約18個(gè)月翻一番）快2-3倍，而且迄今這種發(fā)展勢(shì)頭不減。面對(duì)這種發(fā)展趨勢(shì)，各個(gè)通信發(fā)達(dá)國(guó)家都在積極研究設(shè)計(jì)新的寬帶網(wǎng)絡(luò)，如可持續(xù)發(fā)展網(wǎng)絡(luò)CUN、下一代網(wǎng)絡(luò)NGN、新公眾網(wǎng)NPN、一體化網(wǎng)UN等，但其基礎(chǔ)傳輸媒質(zhì)的物理層都是密集光波分復(fù)用（DWDM）的光傳送網(wǎng)OTN。不如此就不可能提供巨大的通信帶寬，高度可靠的傳輸性能，足夠的業(yè)務(wù)承載容量以及低廉的使用費(fèi)用，確保網(wǎng)絡(luò)的可持續(xù)發(fā)展，支持當(dāng)前和未來(lái)的任何業(yè)務(wù)信號(hào)的傳送要求。
1 密集光波分復(fù)用（DWDM）系統(tǒng)
DWDM系統(tǒng)主要由光合波器、光分波器和摻鉺光纖放大器（EDFA）組成。其中EDFA的作用是由比信號(hào)波長(zhǎng)低的高能量光泵源將能量輻射進(jìn)一段摻鉺光纖中，當(dāng)載有凈負(fù)荷的光波通過(guò)此段光纖一起傳播時(shí)，完成光能量的轉(zhuǎn)移，使在1530-1565m波長(zhǎng)范圍內(nèi)各個(gè)光波承載的凈負(fù)荷信號(hào)全都得到放大，彌補(bǔ)了光纖線路的能量損失。這樣，當(dāng)用EDFA代替?zhèn)鹘y(tǒng)的光通信鏈路中的中繼段設(shè)備時(shí)，就能以最少的費(fèi)用直接通過(guò)增加波長(zhǎng)數(shù)增大傳輸容量，使整個(gè)光通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)都大大簡(jiǎn)化，并便于施工維護(hù)。
EDFA在DWDM系統(tǒng)中實(shí)際應(yīng)用時(shí)又分為功放或后置放大器（BA），預(yù)放或前置放大器（PA）和線路放大器（LA）3種，但有的公司為了簡(jiǎn)化，盡量減少設(shè)備品種，統(tǒng)一為OA，以便于維護(hù)。
目前商用的DWDM系統(tǒng)的每個(gè)波長(zhǎng)的數(shù)據(jù)速率是2.5Gbps，或10Gbps，波長(zhǎng)數(shù)為4、8、16、32等；40、80甚至132個(gè)波長(zhǎng)的DWDM系統(tǒng)也已有產(chǎn)品。常用的有兩類配置。一類是在光合波器前與在光分波器后設(shè)置波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器（Wavelength Transponder）OTU。這一類配置是開(kāi)放式的，采用這種可以使用現(xiàn)有的1310nm和1550nm波長(zhǎng)區(qū)的任一廠家的光發(fā)送與光接收機(jī)模塊；波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器將這些非標(biāo)準(zhǔn)的光波長(zhǎng)信號(hào)變換到1550nm窗口中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)光波長(zhǎng)信號(hào)，以便在DWDM系統(tǒng)中傳輸。美國(guó)的Ciena公司、歐洲的pirelli公司采用這類配置，他們是生產(chǎn)光器件的公司，通常，所生產(chǎn)的光分波合波器有較好的光學(xué)性能參數(shù)。如Ciena公司采用的信道波長(zhǎng)間隔為0.8nm，對(duì)應(yīng)100GHz的帶寬，在1545.3-1557.4nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)提供16個(gè)光波信道或光路。但他們沒(méi)有SDH傳輸設(shè)備，因此，在系統(tǒng)配置、網(wǎng)絡(luò)管理方面不能統(tǒng)一考慮。此類配置的優(yōu)點(diǎn)是應(yīng)用靈活、通用性強(qiáng)，缺點(diǎn)是增加波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器、成本較高。另一類配置是不用波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器，將波分復(fù)用、解復(fù)用部分和傳輸系統(tǒng)產(chǎn)品集成在一起，這一類配置是一體的或集成的，這樣簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、降低了成本，而且便于將SDH傳輸設(shè)備和DWDM設(shè)備在同一網(wǎng)管平臺(tái)上進(jìn)行管理操作。這類配置的生產(chǎn)廠家如Lucent、Siemens、Nort el等，他們是SDH傳輸系統(tǒng)設(shè)備供應(yīng)商，有條件這樣做。他們?cè)谧?×2.5G32bpsDWDM系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)就考慮與4×10Gbps速率的兼容，考慮增加至8個(gè)波長(zhǎng)、16個(gè)波長(zhǎng)、基至40個(gè)波長(zhǎng)、80個(gè)波長(zhǎng)，以及2.5Gbps和10Gbps的混合應(yīng)用，確保系統(tǒng)在線不斷擴(kuò)容，平滑過(guò)渡，不影響通信網(wǎng)的業(yè)務(wù)。當(dāng)然，他們也提供開(kāi)放式配置，或發(fā)送是開(kāi)放式，接收為一體式的DWDM系統(tǒng)設(shè)備。
由于初期商用的EDFA帶寬平坦范圍在1540-1560nm，故早期使用的DWDM系統(tǒng)的復(fù)用光波長(zhǎng)多在1550nm附近。后來(lái)實(shí)際EDFA的增益譜寬為35nm，約4.2THz，其中增益起伏小于1dB的譜寬在1539-1565nm之間，若以1.6nm（對(duì)應(yīng)200GHz）的波長(zhǎng)間隔，則最少可實(shí)現(xiàn)8波長(zhǎng)，乃至16波長(zhǎng)的同步放大；若以0.8nm（對(duì)應(yīng)100GHz）的波長(zhǎng)間隔，則最少可實(shí)現(xiàn)16個(gè)波長(zhǎng)，乃至32個(gè)波長(zhǎng)的DWDM系統(tǒng)，再加上EDFA約40dB的高增益，大于100mW的高輸出功率，以及4-5dB的低噪聲值等優(yōu)越性能，故極大地促進(jìn)了DWDM系統(tǒng)的快速發(fā)展。
正如電放大器那樣，光放大器在放大光信號(hào)的同時(shí)也要引入噪聲。它由光子的自發(fā)幅射（Spontaneous Emission）產(chǎn)生。此種噪聲和光信號(hào)在光放大器中一起放大，并逐級(jí)積累形成干擾信號(hào)，即熟知的放大自發(fā)輻射（Amplified Spontaneous Emission，簡(jiǎn)寫(xiě)為ASE）干擾信號(hào)。這種ASE干擾信號(hào)經(jīng)多經(jīng)光放積累的功率會(huì)大到1-2mW，其頻譜分布與波長(zhǎng)增益譜對(duì)應(yīng)。
這就是為什么經(jīng)過(guò)若干個(gè)OLA放大后必須經(jīng)過(guò)光電變換，分別取出各波長(zhǎng)光路的電信號(hào)進(jìn)行定時(shí)、整形與再生（3R），完成光數(shù)字信號(hào)處理的主要原因，它決定了電中繼段或復(fù)用段的最大距離或最大光中繼段數(shù)。當(dāng)然，其他因素例如允許的總的色散值也決定此電中繼段的最大距離，這要由系統(tǒng)設(shè)計(jì)作光功率預(yù)算時(shí)，哪個(gè)因素要求最嚴(yán)格來(lái)確定。
2 DWDM系統(tǒng)的測(cè)試要求
以SDH終端設(shè)備為基礎(chǔ)的多波長(zhǎng)密集光波分復(fù)用系統(tǒng)和單波長(zhǎng)SDH系統(tǒng)的測(cè)試要求差別很大。首先，單波長(zhǎng)光通信系統(tǒng)的精確波長(zhǎng)測(cè)試是不重要的，只需用普通的光功率計(jì)測(cè)量了光功率值就可判斷光系統(tǒng)是否正常了。設(shè)置光功率計(jì)到一個(gè)特定的波長(zhǎng)值，例如是1310nm還是1550nm，僅用作不同波長(zhǎng)區(qū)光系統(tǒng)光源發(fā)光功率測(cè)試的較準(zhǔn)與修正，因?yàn)閷?duì)寬光譜的功率計(jì)而言，光源波長(zhǎng)差幾十nm時(shí)測(cè)出的光功率值的差別也不大。可是，對(duì)DWDM系統(tǒng)就完全不同了，系統(tǒng)有很多波長(zhǎng)，很多光路，要分別測(cè)出系統(tǒng)中每個(gè)光路的波長(zhǎng)值與光功率大小，才能共發(fā)判斷出是哪個(gè)波長(zhǎng)，哪個(gè)光路系統(tǒng)出了問(wèn)題。由于各個(gè)光路的波長(zhǎng)間隔通常是1.6nm（200GHz）、0.8nm（GHz），甚至0.4nm（50GHz），故必須有波長(zhǎng)選擇性的光功率計(jì)，即波長(zhǎng)計(jì)或光譜分析儀才能測(cè)出系統(tǒng)的各個(gè)光路的波長(zhǎng)值和光功率的大小，因此，用一般的光功率計(jì)測(cè)出系統(tǒng)的總光功率值是不解決問(wèn)題。其次，為了平滑地增加波長(zhǎng)、擴(kuò)大DWDM系統(tǒng)容量，或?yàn)榱遂`活地調(diào)度、調(diào)整電路和網(wǎng)絡(luò)的容量，需要減少某個(gè)DWDM系統(tǒng)的波長(zhǎng)數(shù)，即要求DWDM系統(tǒng)在增加或減少波長(zhǎng)數(shù)時(shí)，總的輸出光功率基本穩(wěn)定。這樣，當(dāng)有某個(gè)光路、某個(gè)凈負(fù)荷載體，即光波長(zhǎng)或光載頻失效時(shí)，又用普通光功率計(jì)測(cè)量總光功率值是無(wú)? ǚ⑾治侍獾模?蛭?渙礁齬庠仄倒β蝕蟠蠼檔突蚴?В?宰艿墓夤β手滌跋旌芐�。绰柋�?匭攵愿鞲齬庠仄檔墓β式?醒≡裥圓飭浚?喚霾獬齬夤β實(shí)縉街擔(dān)??一棺既返夭獬鼉嚀宓牟ǔな?島螅?拍莧非兄?朗悄母霾ǔつ奶豕飴煩雋宋侍�。这矄诀|諗卸瞎飴飯收鮮狽淺１匾???以諳
低嘲滄�、淀^夂腿粘Ｎ?な幣埠苤匾??nbsp;
此外，為了測(cè)量光放大器增益光譜特性，尤其是增益平坦度，需找出各波長(zhǎng)或各光路的功率電平差值時(shí)，也必須測(cè)量出各光路的波長(zhǎng)值和光功率值。
為便于查尋光線路放大器的故障，除測(cè)量各個(gè)光路的波長(zhǎng)值和光功率外，還要測(cè)量出各個(gè)光路的信噪比（OSNR）。這里，在測(cè)量OSNR時(shí)要注意測(cè)量?jī)x表的噪聲帶寬。例如用HP70952B光譜分析儀（噪聲帶寬1nm）測(cè)量的OSNR要比用Agilent 86121A WDM光路分析儀（噪聲帶寬0.1nm）測(cè)量出的OSNR低約10dB；這是因?yàn)榍罢呷〕龅脑肼暪β适呛笳呷〕龅脑肼暪β实?0倍，自然，前者測(cè)出的OSNR要低約10db（因光信號(hào)功率測(cè)量有差別）。
由于DWDM系統(tǒng)有n個(gè)波長(zhǎng)，n個(gè)光路，等效于n個(gè)虛SDH光通信系統(tǒng)，故在系統(tǒng)的重要測(cè)量點(diǎn)必須有光分路器（分光器），以避免在做波長(zhǎng)和功率測(cè)量時(shí)中斷系統(tǒng)，造成大量業(yè)務(wù)丟失。
為便于比較對(duì)照，將OSP-102/OMS-100組合測(cè)試儀和一個(gè)典型的實(shí)驗(yàn)室用光譜分析儀OSA的技術(shù)規(guī)范列在一起。
3 可調(diào)諧光濾波器
為使具有光譜分析儀功能的儀表適合現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，需要有輕便靈巧的可調(diào)諧光濾波器選擇光波長(zhǎng)。它是一個(gè)可調(diào)法布里-泊羅（Fabry-Perot）濾波腔體，它的基本結(jié)構(gòu)是由兩塊部分鍍銀的板構(gòu)成反射平面，兩塊板相對(duì)分開(kāi)的距離是可普的。其濾波原理是：對(duì)某個(gè)波長(zhǎng)的光，當(dāng)調(diào)節(jié)兩塊板之間的距離，使在兩塊板之間反射引起的部分射線在相位上完全重疊時(shí)，濾波器對(duì)該波長(zhǎng)的光是直通的，而對(duì)其他波長(zhǎng)的光會(huì)引入很大的衰減。
這種可調(diào)諧光濾波器與光分度計(jì)或旋轉(zhuǎn)干涉濾波器相比有很多優(yōu)點(diǎn)。它沒(méi)有軸承、軸、馬達(dá)等，不存在由于連續(xù)持久的操作引起磨損、破裂等問(wèn)題；結(jié)構(gòu)非常堅(jiān)實(shí)，對(duì)振動(dòng)不敏感。它是不可逆的光器件，無(wú)論是衰減，還是通常波長(zhǎng)均與輸入光波的射線極化無(wú)關(guān)；這一優(yōu)點(diǎn)在有幾個(gè)波長(zhǎng)激光器都調(diào)整到有相同輸出光功率時(shí)尤其重要。
4 便攜式光譜分析儀
適用于DWSM系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)測(cè)與日常維護(hù)的便攜式光譜分析儀，除去前已介紹的HP 70952B,Agilent 86121A外，現(xiàn)舉OSP-102插件和OMS-100主機(jī)配合專用于DWDM系統(tǒng)測(cè)試的便攜式光譜分析儀為例，說(shuō)明采用可調(diào)諧光濾波器一方面使成本顯著降低，一方面使重量減輕。體積縮小，有利于便攜。為便于使用，還增加了下述分立的應(yīng)用方式。
�。�1）光譜分析儀方式
用可調(diào)諧光濾波器沿著要選測(cè)的波長(zhǎng)范圍調(diào)整移動(dòng)，將以圖形方式顯示測(cè)量結(jié)果，可用游標(biāo)定位估計(jì)波長(zhǎng)、功率數(shù)值，以及各波長(zhǎng)和功率差值的測(cè)試數(shù)據(jù)。還可用存儲(chǔ)器存儲(chǔ)兩個(gè)光譜的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。
�。�2）光纖系統(tǒng)方式
用表列出直到16個(gè)光路或波信道的被測(cè)試的波長(zhǎng)、功率和S/N。這種應(yīng)用方式對(duì)光纖通信系統(tǒng)的日常維護(hù)測(cè)試特別有用。因?yàn)樵贒WDM系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中，通常不希望光載頻信號(hào)的功率超過(guò)規(guī)定的容限。
�。�3）光功率計(jì)方式
可調(diào)諧光濾波器固定調(diào)整到所選的波長(zhǎng)，以數(shù)字顯示該波長(zhǎng)的光功率，就可以用來(lái)檢測(cè)該光路或信道光載頻功率隨時(shí)間的變化，即穩(wěn)定程度。這一方式在檢測(cè)中斷故障時(shí)尤其有用。
（4）監(jiān)視器輸出方式
將被濾出的光信號(hào)的一部分送到監(jiān)視器輸出，就能在不影響其他光路或波信道業(yè)務(wù)的條件下對(duì)DWDM系統(tǒng)的某指定波信道進(jìn)行比特誤碼率測(cè)試，也可具體檢測(cè)出哪一個(gè)波信道傳輸有問(wèn)題。
5 展望
為了持續(xù)增加通信網(wǎng)絡(luò)容量與通信帶寬，光纖通信中電時(shí)分復(fù)用與光波分復(fù)用這兩種主要擴(kuò)容手段已結(jié)合，基礎(chǔ)速率為2.5Gbps/10Gbps的8波、16波、32波、40波乃至80波的密集波分復(fù)用系統(tǒng)已經(jīng)商用，所有的波長(zhǎng)都落在常規(guī)的C帶（波段）內(nèi)（1530-1565nm）；它又可分為藍(lán)帶和紅帶。光路間隔已從100GHz（0.8nm）縮小到50GHz（0.4nm）。進(jìn)一步增加波長(zhǎng)數(shù)，例如增加到160波以上時(shí)將要應(yīng)用L帶（1565-1625nm），即所謂的第4代WDM光通信系統(tǒng)。為了適應(yīng)波長(zhǎng)數(shù)不斷增加的DWDM系統(tǒng)迅速發(fā)展的形勢(shì)，測(cè)量?jī)x表和測(cè)量技術(shù)也在迎頭趕上。例如Ando Electric公司最近推出一系列針對(duì)DWDM市場(chǎng)的解決方案。其中有AQ4321A/AQ4321D可調(diào)激光源，它不僅光輸出功率高，而且波長(zhǎng)測(cè)量精度高，在1520nm時(shí)可達(dá)到±0.01nm的測(cè)量精度。AQ6317B是測(cè)量DWDM系統(tǒng)和部件的高精度、高分辨率的光譜分析儀，它有大的動(dòng)態(tài)范圍，并同50GHz光路間隔的L帶DWDM系統(tǒng)兼容。還有AQ8423Z光放大器分析儀，它覆蓋C帶和L帶波長(zhǎng)，能與AQ6317系統(tǒng)光譜分析儀配套。它可精確地測(cè)量噪聲指數(shù)NF和光鏈路中光放大器的增益，分隔ASE光噪聲和經(jīng)過(guò)光放大器放大的光信號(hào)，并能達(dá)到最小光路間隔25GHz的最佳效果。當(dāng)將AQ8423Z與AQ6317B聯(lián)合使用時(shí)可測(cè)量多達(dá)200個(gè)光路的N F圖形。最近又推出新的多波長(zhǎng)測(cè)量?jī)x，一次可完成多達(dá)256條光路的波長(zhǎng)測(cè)量�？傊�，DWDM系統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)和測(cè)試儀表正向著更多波長(zhǎng)、更好的波長(zhǎng)測(cè)量精度和可分辨出更小的光路間隔，即向著能滿足未來(lái)更高波分密度、更巨大的網(wǎng)絡(luò)容量的傳輸設(shè)備的要求發(fā)展。
【密集光波分復(fù)用系統(tǒng)的波長(zhǎng)測(cè)量技術(shù)】相關(guān)文章：
正交頻分復(fù)用技術(shù)及其應(yīng)用08-06
波長(zhǎng)、頻率和波速08-17
帶有電網(wǎng)諧波分析功能的智能多電源監(jiān)控系統(tǒng)08-06
非多路復(fù)用與多路復(fù)用總線轉(zhuǎn)換橋的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)08-06
數(shù)字節(jié)目歸檔與復(fù)用的研究與應(yīng)用08-06
測(cè)量技術(shù)個(gè)人總結(jié)03-02