2DWDM色散补偿和光功率调试24P.docx
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2DWDM色散补偿和光功率调试24P
02DWDM色散补偿和光功率调试
课程目标:
●色散产生及色散对DWDM系统的影响
●色散补偿原则和色散补偿方法介绍
●工程设计中色散补偿配置合理性检查
●DWDW系统对光功率的要求
●ZXMPM800光功率调试方法
●ZXWMM900光功率调试方法
●CWDMM600光功率调试方法
参考资料:
●《M900长距离WDM传输系统调试指导》
●《DWDM系统中光功率均衡简介》
第一章DWDM系统色散补偿
&知识点
●色散定义、色散产生及影响
●DWDM系统对色散的要求
●色散补偿原则
●工程设计中的色散补偿合理性检查
一.1色散介绍
一.1.1色散定义
图色散现象
如图所示,光脉冲信号进入光纤后经过长距离传输,在光纤输出端,光信号波形发生了时间上的展宽,产生码间干扰,这种现象称为色散。
DWDM系统主要使用单模光纤来传输业务,单模光纤的色散主要有以下两种:
1.色度色散
图色度色散
如图所示,光脉冲信号中的不同频谱成份在光纤中的传输速度不同,导致脉冲信号传输后展宽甚至离散。
DWDM系统的业务信号通过不同频率的光载波进行传输,随着传输距离的增加,色度色散对系统性能的影响会越来越严重。
2.偏振模色散PMD
如图所示,光脉冲信号在光纤中传输可描述成完全是沿X轴振动和完全是沿Y轴振动,每个轴代表一个偏振模,我们把两个偏振模到达的时间差称为偏振模色散PMD。
图偏振模色散
偏振模色散具有随机性,与具有确定性的色度色散不同,其值与光纤制作工艺、材料、传输线路长度和应用环境等因素密切相关。
一.1.2色散对DWDM系统的影响
图色度色散的影响
图偏振模色散的影响
光纤的色散现象对光纤通信极为不利。
图和图表示了色度色散和偏振模色散对光脉冲信号的影响。
数字信号的频谱在传输中的脉冲展宽,导致了脉冲与脉冲相重叠现象,即产生了码间干扰。
为避免误码出现,就要拉长脉冲间距,减少传输复用波道数,从而限制了系统的通信容量。
另一方面,光脉冲的展宽程度随着传输距离的增长而增加。
为了避免出现误码,光纤的传输距离会受到限制。
光模块本身在设计时对色散都有一定的容限范围,系统色散如果超出该范围,业务就会产生误码。
一.2DWDM系统对色散的要求
光纤的色散用色散系数来衡量,色散系数的单位为pass/nm/km,表列举了不同类型单模光纤的色散系数。
色度色散大小与系统速率的平方成正比,并且具有累积性。
对于光纤来说,如果采用800ps/nm的光模块,10Gbit/s信号的色散受限距离约为40km,而40Gbit/s信号的色散受限距离仅有不到10km;2.5G速率的光模块色散容限值比较大,传输距离往往比较远,一般不需要进行色散补偿,以12800ps/nm的光模块来说,s系统允许超长无电中继的传输距离可以达到640km。
10G速率以上的光模块色散容限值都比较小,必须在信号传输一段距离后进行色散补偿。
PMD色散是一个随机量,系统本身无法通过什么方法来减少或者消除其影响。
PMD色散对信号速率低于10G的系统影响不大,超过10G的系统在开局时必须对PMD色散进行测量。
表色散系数
光纤类型
色散系数推荐值(ps/nm·km)
@1530nm
@1550nm
@1560nm
17
(LEAF)
一.3DWDM色散补偿原则
色散补偿必须根据光纤类型、传输距离等精确配置。
从光传输原理来看,允许系统存在一定色散可以有效防止四波混频现象,因此,系统色散补偿要求是欠补偿。
以下是不同类型光纤、不同类型光模块(NRZ和RZ)系统对色散补偿的要求:
系统色散:
系统
NRZ码:
最佳欠补长度约10~30km
RZ码:
最佳欠补长度约0~20km
系统:
NRZ码:
最佳欠补长度约90km~110km
RZ码:
最佳欠补长度约40km~60km
局部色散
系统:
NRZ码:
尽可能不超过100km
RZ码:
不超过50km为宜
系统:
NRZ码:
尽可能不超过400km
RZ码:
不超过200km为宜
传输距离超过800km的系统建议用色散仪重新确认一下系统的色散情况。
色散补偿按照以下原则进行配置:
1.单站点DCM个数尽量越少越好。
2.系统补偿一般是欠补偿。
3.必须保证进入DCM的单通道入纤光功率不能太强,参数见表。
4.链路中的色散分布随传输链路分布应尽可能平均,局部色散不宜过大,对于NRZ码的系统来说,局部色散分布尽可能不超过100km,而对RZ码的系统以不超过50km为宜。
5.链路中的色散分布随传输链路分布以围绕0ps/nm上下分布为宜,且最好做到上下均匀分布。
6.在必要的时候可以考虑预补偿,建议预补偿一般不要超过30km。
表DWDM系统单波入纤光功率
光纤入纤功率
DCM入纤功率
40波
4dBm/通道
0dBm/通道
80波
1dBm/通道
-3dBm/通道
受非线性影响,进入光缆的单波光功率不能太高,DWDM系统对入纤光功率要求详见表。
对于距离比较长的跨段,为了保证光信噪比符合要求,往往会采用饱和输出光功率比较高的光放板,这种情况下,入纤功率可在表基础上适当提高一些。
例如在采用HOBA2424时,单波入纤光功率可允许达到5dBm。
不管采用何种型号的OA单板,DCM的单波入纤功率必须严格控制,这是因为DCM光纤的有效面积更小,非线性效应更大。
以某工程的配置为例,看一下系统的色散补偿:
图波分工程配置举例
图发送端DCM配置(承德路发涟水米厂方向)
图接收端DCM配置(涟水米厂收承德路方向)
●该工程配置为40×10G系统,采用类型的光纤传输,业务单板群路口光模块采用NRZ编码。
对照色散补偿原则,系统最佳欠补长度约10~30km。
单个跨段的距离最远为承德路-涟水米厂之间,而这一段的色散补偿为70km(DCM10+DCM20+DCM40)。
●在满足色散补偿要求的情况下,DCM个数越少越好。
如果没有合适的DCM模块和跨段距离相匹配,可以允许两个不同型号的DCM级联在一起使用,但是级联的DCM数量一定不能太多。
如图所示,用DCM(20)+DCM(40)来替换DCM(60)。
距离比较远时一般采用色散预补偿+线路补偿的方式,如图在承德路预补偿了一块DCM(10),在涟水米厂采用DCM(20)+DCM(40)进行线路补偿。
●DCM的单波入纤光功率<-3dBm。
在业务发送端,进入DCM的单波入纤光功率一般都在-8dBm以下,本身就是满足要求的。
在业务接收端,如果为一级放大,DCM放置在OA之前,经过光缆的损耗,单波光功率往往会比较低,是否低于-3dBm,需要实际测量一下;如果为二级放大,DCM放在LAC和二级OA之间,调整LAC控制好二级OA输出光功率的同时,进入DCM的单波光功率也会低于-3dBm。
●现在可以将各个站点的色散补偿情况绘制成表格,用色散距离来代表色散值,看看整个系统的色散分布情况是否合理。
图中统计的是A向顺时针的色散补偿情况,从图中可以看到色散还是比较均匀的分布于0km上下,局部色散控制在80km以下,系统色散最终控制在欠补偿6.33km。
图系统色散补偿统计图
色散问题是影响密集波分系统的一个很重要的因素,特别是在高速率大容量的系统中,这种影响往往会成倍增长。
为了解决传输距离受限问题,往往需要进行色散补偿;色散补偿不合理会造成波分系统出现误码,影响业务的正常开通。
思考题:
1.色散的定义?
单模光纤的色散分哪两种?
会对DWDM系统造成什么影响?
DWDM系统如何解决光纤色散大的问题?
2.光纤对系统色散和局部色散在补偿时有什么要求?
3.色散补偿的原则有那些?
答案:
1.色散是指光脉冲信号进入光纤中经过长距离传输,在光纤输出端,光脉冲波形发生了时间上的展宽,从而引起码间干扰。
单模光纤主要存在色度色散和偏振模色散。
色度色散主要是因为不同频率的光脉冲的传输速率不同引起,波分系统的业务通道就是按照波长来区分的,色度色散的影响是非常明显的,工程中可以采用色散补偿措施(色散补偿模块DCM、色散补偿光纤DCF)对其进行控制;偏振模色散指光脉冲信号沿X轴和Y轴两个方向的偏振模在接收机接收时出现了时间差,偏振模色散往往与光纤的制作工艺、自然因素等有关,是一个随机值,我们无法对它的产生和影响进行预见和控制。
2.光纤是目前国内大规模铺设的单模光纤,按照光器件编码模式不同,对系统的色散补偿值也有不同的要求,总的补偿原则就是系统欠补偿,因为留有一定的系统色散可以有效防止系统的非线性效应,比如四波混频现象。
对于光纤来说,NRZ编码时要求系统欠补偿10KM-30KM,RZ编码要求欠补偿0KM-20KM;局部色散补偿时,NRZ编码要求补偿最多不超过100KM,RZ编码要求最多不超过50KM。
3.色散补偿的原则主要有以下几个方面:
4.DCM个数尽量少,单节点个数不超过2个;系统补偿一般是欠补;必须保证进入DCM的单通道入纤光功率不能太强;链路中的色散分布随传输链路分布应尽可能平均,局部色散不宜过大;链路中的色散分布随传输链路分布以围绕0ps/nm上下分布为宜,且最好能尽可能做到上下均匀分布;在必要的时候可以考虑预补偿,即信号经过OMU后先补偿一定的DCM,然再经OBA进入光纤中传输。
建议预补偿一般不要超过30km。
第二章DWDM系统光功率调试
&知识点
●DWDM系统对光功率的要求
●DWDM系统光功率调试方法
二.1DWDM系统对光功率的要求:
如图系统基本构成,包括光发送机OTUT、合分波单元、OA光放单元、光接收机OTUR,同时还应包括监控单元和网管系统。
为了便于理解和描述,图中只画出了单方向的业务流,反方向的业务流向定义也是一样的。
图DWDM系统构成
先介绍一下DWDM系统功率控制点的定义:
1.S点为光发送机OTUT输入光连接器前的光纤上的参考点;
S1…Sn点分别为通道1…n的发送端OTU和作再生器用的OTU输入光连接器前的光纤上的参考点;
2.RM1…RMn点分别为通道1…n在OM/BA输入光连接器前的光纤上的参考点;
3.MPI-S点为OM/OBA输出光连接器后的光纤上的参考点;
4.R’点为线路光纤放大器输入光连接器前的光纤上的参考;
5.S’点为线路光纤放大器输出光连接器后的光纤上的参考点;
6.MPI-R点为PA/OD输入光连接器前的光纤上的参考点;
7.SD1…SDn点为PA/OD输出光连接器处的参考点;
8.R点为输入接收端OTU前的光纤上的参考点。
R1…Rn点为输入接收端OTU和作再生器用OTU前的光纤上的参考点。
二.1.1光功率方面的要求:
●系统增益配置要能够满足线路衰减的要求,并留有适当的余量;
●对发送端来说,激光器输出光功率要稳定且符合指标要求;
●对接收端来说,光模块接收的光功率要控制在一个比较理想的范围,不能出现强光、弱光或输入无光告警;
●对于OA单板,需要将光功率控制在理想值,保证系统运行正常。
OA的理想值需要按照OA单板的型号和系统波道情况来计算,如果控制不好,很可能造成接收端业务单板OCH侧输入光功率及信噪比出现不合理的情况,影响业务。
同时,OA单板的输出光功率控制偏高会影响后期的系统扩容。
二.1.2功率平坦度要求:
多个单波信号由合波板复用成主光发送到对端的过程中,由于信号经过的合分波单板的通道插损不同、OA增益不平坦导致的多级OA级联效应、尾纤质量以及光缆非线性等因素的影响,导致MPI-R点接收光功率不平坦。
如果通道功率差异太大,可能影响到业务。
因此,工程开局时必须对功率平坦度进行严格控制。
功率均衡目标如下:
●保证MPI-R和MPI-S点的通道平坦度,指标如表所示;
●保证MPI-S点上路功率和直通功率的平坦度,指标如表所示;
●保证R点光功率在最佳指标范围,指标如表所示。
表平坦度指标
测试点
功率差异要求
MPI-S
<4dB
MPI-R
<6dB
表光接收模块光功率指标
速率
模块类型
10G
PIN
0~-18dBm
0-~14dBm
APD
-9~-28dBm
-9~-21dBm
二.2DWDM系统功率控制方法介绍:
基本原则:
从业务集中的站点开始,沿着顺时针方向依次控制各个站点的通道光功率实现均衡,OA单板的输出光功率控制在理想值,最终回到第一个站点。
然后逆时针方向再调试一遍。
二.2.1M800城域波分系统光功率控制
城域波分系统站点之间光缆长度较短,OA单板级联数目相对较少,可以先将发送端MPI-S光功率的平坦度控制好。
由于受光缆非线性及OA增益不平坦的累积因素影响比较小,接收端MPI-R的光功率平坦度也是符合要求的。
二.2.22.2.1.1OTM站点端到端开通业务:
图画出了OTM站点常见的组网类型,环上节点两两之间对开业务,站点内无直通波。
此类站点的光功率调试比较简单,只需要控制好网元A、B侧发送端MPI-S平坦度和OBA的输出达到理想值,并控制好接收端OPA的输出也在理想值即可。
图OTM站点端到端信号流示意图
1.发送端业务单板的输出光功率调试
发送端业务单板的输出光功率会有一定的差异,通常在-3dBm左右,我们一般以-3dBm为参考点调试业务单板的输出光功率,可以容忍的输出功率范围在-3±内。
高出上限的可以在业务单板的群路输出口添加光衰减器,低于下限的可以试着对单板群路口砝兰、单板内纤接头进行清洁,如果确认激光器本身或者内纤存在问题,可以考虑更换单板来解决。
2.合波板OMU的调试
OMU的功能主要是将各个业务单板输出的单波信号进行合波。
在单站测试时需要对OMU的通道插损进行测试,要求其通道插损最大差异小于3dB。
可以用下列公式估算出OMU的输出光功率。
输出光功率=单波输入光功率+10㏒N-OMU通道插损
现在以40波系统开通3波业务为例,OMU的通道插损按6dB计算,OMU的输出光功率:
P(OUT)=-3+10log3-6=
3.功率放大板OBA的光功率调试
光信号进入功率放大器OBA进行功率放大后,可以大规模提高单波信号的光功率和信噪比,从而使信号经过线路损耗、非线性影响以后,到达接收端业务单板的光功率、信噪比指标符合要求。
每块OBA单板都有一个型号标识,例如OBA2220,22表示OBA的标称增益为22dB,20表示OBA的饱和输出光功率为20dBm。
开局时通道配置数目比较少,往往不会达到满配置,此时必须对OBA的输入光功率加以控制,保证OBA的输出光功率控制在理想值。
如果这一步工作做好了,后期系统扩波后,OBA的输出光功率会随着波道数增加而增加。
当系统的波道数达到满配置时,OBA的输出光功率刚好增加到20dBm左右。
OA单板光功率的计算公式为:
P(OUT)=P(单波输出)+10㏒N(N为在用波道数)
P(单波输出)=OA饱和输出光功率-10logM(M为系统波道数)
继续以40波系统开3波业务为例,OBA型号为2220,OBA的输入和输出光功率应该控制在多少?
P(单波输出)=OA饱和输出光功率-10log(40)
=20-10log(40)
=20-16
=4dBm
P(OUT)=P(单波输出)+10log(3)
=4+10log(3)
=
P(IN)=P(OUT)-OA增益==
以3波计算出来的OMU的输出是,此时OBA2220的输入应该控制在左右,这时就需要加适当光衰减器来进行控制。
OBA的光功率控制完成后,发送端的光功率调试基本完成,此时还应重点监测MPI-S功率平坦度。
平坦度的测量可以使用光谱分析仪,也可使用我司的OPM单板。
平坦度指标要求如表所示,测试时可以使用MPI-S的主光信号,也可从OBA的MON口接入仪表来测量。
4.前置放大板OPA的光功率调试
业务信号经过光缆长距离传输以后,到达MPI-R的光功率已经变得很低。
为了保证接收端业务单板正常接收业务信号,需要配置前置放大板OPA来补充业务信号的能量衰减。
OPA的功率控制方法和OBA相同,此处不作累述。
5.分波板ODU的光功率调试
ODU的功能是进行分波,将不同波长的单波信号输送给对应的业务单板来接收。
ODU除了通道插损以外,还需要关注它的通道隔离度,性能好的ODU应该具有插损小、隔离度高的特点。
ODU各端口的功率关系满足下面的公式:
P(IN)-10logN-通道插损=P(单波输出)
以40波系统开通3波业务为例,前置放大器OPA的型号为2217,ODU的插损按照6dB来计算。
OPA2217输出光功率控制在理想值以后,此时ODU的输入应该就在左右(暂不考虑尾纤插损),按照上面的计算公式:
P(单波输出)=P(IN)-10㏒N-ODU通道插损
=
=-5dBm
如果MPI-R的平坦度指标符合要求,ODU的通道插损基本一致,经ODU分波后的单波光功率基本上就会在-5dBm左右,接收端OTU的输入光功率也就在-5dBm左右。
接收端OTUR的输入光功率
接收端OTU用于线路侧信号的接入以及客户侧信号的发送。
接收端OTU的输入部分用于线路信号的光电转换,主要的器件是光电转换器。
业务单板OCH侧光接收机最常见的有PIN管和APD管,需要根据不同的接收机类型,将来自ODU的单波信号光功率控制在指标范围,不能出现无光、弱光或者光功率过载。
二.2.32.2.1.2OADM站点上下波与直通波的功率均衡控制
图OADM站点结构
从图看到,该站点既有2波业务直通,又有1波业务上下。
OADM站点的功率控制就是使直通波与本地上路波道实现功率均衡。
以40波系统为例,OMU、ODU的通道插损都按6dB计算。
OPA2217的单波输出为1dBm,直通波经过ODU、OMU通道插损后的到达A点的光功率为-11dBm,OTUT发送光功率一般控制在-3dBm,经过OMU的通道插损后到A点的光功率为-9dBm。
直通波道比本地上路波道光功率整体低了2dB,这时可在OTUT单板的OUT口加2dB衰耗器,保证上路波道和直通波道实现功率均衡。
下路通道的光功率要看OUTR接收机的类型,必要时可在OTUR的IN口加衰减器,将OTUR接收光功率控制在最佳值。
中兴工程规范要求将PIN管输入光功率控制在-7dBm,将APD管的输入光功率控制在-14dBm。
二.2.42.2.1.3OADM站点配置保护通道和未配置保护通道的光功率均衡
图OADM配置保护单板
从图看到,该站点除了有2波直通业务,B侧还有两波上路业务,其中一波配置了OPCS保护。
以40波系统为例,OMU、ODU的通道插损按照6dB来计算,OPCS单板的上路插损按照3dB计算。
站点A侧OPA2217的单波输出为1dBm,直通波道经ODU、OMU插损后到A点的光功率为-11dBm。
OTUT的输出一般控制在-3dBm。
在站点B侧,配置有OPCS保护的OTUT经过OPCS、OMU的插损,到达A点的光功率为-12dBm,而未配置OPCS保护的OTUT经过OMU的插损,到达A点的光功率为-9dBm。
此时在A点这4波的光功率明显变的不均衡。
为了使B侧MPI-S点的光功率均衡,可以在未配置保护的OTUT的OUT口加3dB的衰减器,此时在A点的通道光功率基本上被控制在-11dBm至-12dBm之间,MPI-S光功率平坦度符合表要求。
下路通道的光功率要看OUTR接收机的类型,必要时可在OTUR的IN口加衰减器,将OTUR接收光功率控制在最佳值。
中兴工程规范要求将PIN管输入光功率控制在-7dBm,将APD管的输入光功率控制在-14dBm。
工程开局时可能会碰到这种情况,新开波道均未配置保护,此时在进行光功率调试时,就需要按照上述方法来进行分析,把保护因素考虑进来,为日后系统扩容做好准备,这点十分重要。
工程开局时,我司工程规范要求在所有未配置OP/OPCS保护的OTUT的OUT口加3dB的衰减器。
二.2.52.2.1.4OAD单板的功率均衡
OAD单板为分插复用板,可以实现固定波长的上下,同时将其他波道整体进行光口的直通,常用于OADM站点。
M800/M900中常见的OAD单板有OAD4和OAD8等,具体需要实现哪些波道的业务上下可以由用户来选配。
图OAD单板
OAD单板的插入损耗如下:
4路上下:
●下路插损(IN-DROP):
≤4dB
●上路插损(ADD-OUT):
≤4dB
●直通(IN-OUT):
≤
8路上下:
●下路插损(IN-DROP):
≤6dB
●上路插损(ADD-OUT):
≤6dB
●直通(IN-OUT):
≤
图OADM站点配置OAD单板
OAD板内部的插损是不均匀的,波道均衡主要是将直通波道和本地上路波道的光功率调平。
如图所示,一块OAD单板分别接收和发送来自上下游站点的业务,同时实现其他业务通道的直通。
以40波系统为例,前置放大器为OPA1717,这时OPA的单波输出为1dBm。
直通波道经过OAD4单板内部以及M1和M2间的尾纤损耗,到达A光功率为-2dBm左右,OTUT发送光功率一般控制在-3dBm,经OAD4单板自身的上路插损到A点的光功率为-7dBm,此时A点的通道功率差为5dB。
为了实现A点的通道功率均衡,就需要在OAD4单板的M1和M2之间加5dB的衰减器。
下路通道的光功率要看OUTR接收机的类型,必要时可在OTUR的IN口加衰减器,将OTUR接收光功率控制在最佳值。
中兴工程规范要求将PIN管输入光功率控制在-7dBm,将APD管的输入光功率控制在-14dBm。
图OADM站点配置OAD单板
OADM站点的OAD单板也可配置为图的情况,两块OAD单板分别收发两个不同方向的业务。
实现功率均衡的控制方法和图类似,控制好直通波道和本地上路通道的功率实现均衡即可。
二.2.6M900干线波分系统光功率控制
M900干线波分系统光功率控制方法和M800的基本相同。
调试时也是先控制好发端的光功率和平坦度,然后再去控制收端。
M900干线波分系统因为跨段距离相对较远,站点之间往往配置多个OLA站点,OA单板级联数目比较多。
如果此时MPI-S通道光功率已经控制均衡,受光缆非线性效应以及OA增益不平坦的累积效应等的影响,MPI-R站点的光功率很可能不满足平坦度要求。
此时需要在接收端用光谱仪测试通道平坦度,对不平坦的通道在发端站点进行控制。
这种情况的发生一般都是因为光缆质量太差造成,可以通过更换纤芯解决。
二.2.7M600粗波分系统光功率控制
M600的应用场所主要是在小区、楼宇和乡镇,站点之间光缆距离最长不超过70km,系统本身不提供光放大功能。
鉴于M600站点之间距离比较近,非线性影响非常小,系统通道频率间隔较大等原因,开局调试时对功率平坦度不作要求,重点需关注业务单板的接收光功率,不能出现光功率过载、弱光和无光现象。
工程中M600配置为2.5G系统,业务单板群路口光模块类型为APD,接受灵敏度和过载点如表所示。
M600的开局工作比较简单,在保证所有连纤准确的情况下,重点做好单板指标测试、尾纤测试以及系统指标测试即可。
思考题:
1.常见光接收机的类型有哪两种?
接受光功率范围是多少?
2.OPA1717表示什么意思?
40波系统开3波业务时输出光功率应该控制在多少?
3.简单描述一下光功率调试的步骤。
答案:
1.接收机分两种:
PIN和APD,接收光功率指标范围为:
2.PIN管的工作范围:
:
0~-18dBm10G:
0~-14dBm
3.APD管的工作范围:
:
-9~-28dBm10G:
-9~-21dBm
4.前置放大
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