相干系统中的色散测试

相干系统中的色散测试对增加带宽的需求是持续的，为了避免在新系统中投入大量资金，大多数运营商（如果不是所有运营商）都在寻求重新使用现有的光纤基础设施。然而，这带来了一个问题，因为“1”和“0”的标准序列，称为开关键控（OOK），在大多数安装的底座上根本无法进一步推动。为了解决这个问题，系统供应商已经引入了更高比特率的符号调制格式。其中最流行的是DP-QPSK：双极化正交相移键控。不幸的是，与OOK一起使用的直接检测不适用于这种调制格式。因此，这些DP-QPSK通常被称为相干检测系统，这是一种在光纤物理损伤（如全色色散和偏振模色散）的情况下检索信息的方法。虽然这些系统确实对这些损伤有更大的耐受性，但它们也不能免疫。例如，PMD平均耐受性的典型营销规范是25 ps。虽然理论上这是真的，但对于现实世界的系统来说，这并不意味着什么，因为这样的系统可能在10 ps时就已经出现了问题；与10 Gbit/s完全相同的限制值。问题是，在NRZ，这个更高的临时PMD值只会导致一些比特错误，在许多情况下，这些错误可以通过FEC进行补偿。在相干系统中，这个高PMD可能会导致整个DSP发生故障，这将导致完整的服务中断，可能只持续几秒钟或需要完全重新启动。尽管它并不完美，但一个连贯的系统要稳健可靠得多，而且随着服务提供商希望升级到100 GigE，这是获得显著带宽的具有成本效益的方法。由于它们确实提供了坚固性和可靠性，并且可以承受更大的物理损伤，因此相干系统部署在更长的路线上，通常是主干或核心光纤跨度。然而，这意味着需要额外的放大。为了将基础设施中这些新系统的升级保持在最低限度，并确保在财务上可行的解决方案，须考虑一些限制。DP-QPSK和相干检测的主要限制是光信噪比。这些系统升级将需要更高的OSNR。由于这些光纤跨度将非常长，并且信号将需要被放大或泵浦以传播额外的距离，因此需要在现有光纤的基础上进行低噪声放大来获得信号增强。因此，拉曼放大在大多数相干系统中非常流行，因为拉曼的目标是增加EDFA输入处的光功率，以提高OSNR，无论是绿场还是棕场。拉曼增益EDFA使用特殊掺杂的光纤作为放大介质，拉曼增益分布在传输光纤本身。ARaman泵浦可以是共传播的（即，连接到Tx端口并直接增强Tx端口的信号），也可以是反向传播的（如，连接到Rx端口，泵浦的能量耦合到业务的上游），从而在信号减弱时放大信号。OSNR可以提高多达11dB，这对相干信号部署至关重要。图1.拉曼放大可以是共传播的，也可以是反向传播的由于拉曼使用传输光纤作为放大介质，因此光纤质量是主要考虑因素。增益性能在很大程度上取决于光纤设备，包括损耗。在工程阶段考虑了拼接损耗、菲涅耳反射和光纤衰减。较差的拼接损耗和接线板质量会降低进入光纤的拉曼功率，从而影响可实现的增益。接线板区域的大弯曲也引起了人们的关注。由于拉曼泵浦的高功率，脏污的或接触不良的连接器也被证明是个问题。需要清洁。增益也是光纤有效面积的函数。由于eRaman使用传输光纤作为放大介质，所以纤芯尺寸是产生增益的一个因素。较小的纤芯将转化为更高的功率密度，从而获得更高的增益，就像较大的纤芯尺寸将转化为更低的功率密度从而获得更低的增益一样。因此，我们可以得出结论，一个成功的拉曼设计应该包括光纤的有效面积，这可以通过了解光纤类型（SMF-28（G.652）、LEAF、TrueWave）来确定。相同量的泵浦功率提供不同类型光纤的不同增益。在设计和安装拉曼泵时，了解光纤类型（即有效光纤）是一种常见的程序。这样可以相应地调整泵浦（见图2）。图2.光纤类型的拉曼增益来源：Cisco了解有效面积如上所述，适当拉曼增益调整的关键，即适当的增益，主要取决于光纤类型。光纤类型须在设计水平上已知（拉曼增益）。在绿场情况下，这通常不是一个问题，因为工程师通常知道他们安装了什么。然而，在棕场应用程序中，相关问题将由许多技术人员处理，通过合并或收购增加，在没有适当文件的情况下重新路由，或者其历史可能已经消失。在工程阶段，设置工具要求光纤类型作为泵浦之间每个跨度的输入。当光纤类型未知时，设计假设光纤类型为SMF-28，G.652。不知道光纤中的有效面积有什么影响？拉曼增益的设计可能不正确。如前所述，相同量的泵浦功率在不同的光纤类型中提供不同的增益。拉曼应用包括长途、多跨系统。该设置要求从Tx信号产生的节点开始依次配置跨度，然后沿着跨度从泵浦到泵浦。这将包括dB损耗、光纤长度和光纤类型。如果跨度是双向的，拉曼泵浦将在一个方向上被编写脚本，直到信号到达末端，然后在相反的方向上编写脚本。如果由于缺乏或没有文件记录，或者假设泵浦站之间的光纤类型错误，导致特定光纤类型的设计不正确，则可能会关闭开启；意味着额外的工程时间。在短时间的维护窗口内，大多数系统的启动都需要许多技术人员在泵现场进行。重复truck滚动可能既昂贵又耗时。在某些情况下，可以使用多种光纤类型来连接网络中的Tx和Rx。这也需要考虑，因为设计工具目前不允许混合光纤类型输入，但需要在前50公里内识别主要光纤类型。色散测试如本文开头所述，相干系统对色散的容忍度非常高，因此不一定需要补偿。然而，色散（CD）测试可以提供更多的见解，尤其是单端测试，它还可以测量光纤长度。色散分析仪测量光纤的总色散作为波长的函数，其中还包括CD斜率。有了这些参数，CD测试集计算出λ零点——没有色散发生的波长。此外，每种光纤类型都有一个特征，包括CD系数、CD斜率和λ零点。CD系数是以长度为单位的CD，单位为千米。这意味着确切的光纤长度是已知的。当CD是单端的时，反射计可以用来测量长度，从而获得系数。以下是光纤特征的示例：一旦操作员测试了色散的光纤跨度，相干信号可能不需要总ps/nm。然而，总ps/nm可以与单端色散分析仪确定的光纤长度一起使用，以计算1550nm处的ps/nm/km。它也可以与色散斜率和λ零点一起使用，以确定光纤类型。例如，部署100个GigE相干检测信号的大型服务提供商，包括一个反向传播拉曼泵，必须测试40公里跨度的损耗、ORL和色散。CD测量结果为4.48ps/nm/km，λ零点为1500.27nm。根据上图，这40公里的跨度很可能是康宁E-LEAF光纤，设计工具中的数据建议打开拉曼泵。如果光纤类型未知，则泵浦的设计工具将假设为标准单模光纤，并且存在比预期更高的增益，可能导致四波混频（FWM）或其他非线性效应。结论今天的DWDM网络中有很大一部分包含拉曼泵浦。拉曼泵浦要求在系统设计和优化阶段已知光纤类型，以便能够确定适当的增益。一种非常有效的方法是在每个跨度的基础上测量光纤的色散参数。单端测试仪的优点有两个：它们可以自动测量光纤长度和CD系数。这消除了使用OTDR拍摄或依赖（潜在的）数据的需要。此外，由于必须对远距离的多跨段进行表征，因此使用端到端测试集进行这项工作需要付出更多的努力：不仅需要两名技术人员，还需要两名需要旅行并同步其存在的技术人员。在使用传统光纤设计系统时，包括色散在内的全光纤特性仍是一个重要步骤。它在基于相干检测的系统设计中同样重要，但有着全新的原因。从测试中收集的数据可以帮助节省工作日，缩短实现收入的时间，并显著降低运营费用。