DWDM传输距离受限的理论分析及计算方法

DWDM 传输距离受限的理论分析及计算方法（下半部分）

-----------色散引起传输距离受限的理论分析

本部用服部

郑洪良

光传输系统的传输距离受两种因素的限制：第一种是光功率受限，即WDM 复用段距离由光源的发送功率、接收机灵敏度和通道的光衰减来决定；第二种是光源的色散受限，即WDM 复用段距离由光源的类型和光通道总色散所限定。设备的最大传输距离必需同时满足上述两个受限条件。我们这里分析色散引起的传输距离受限。

色散受限传输距离理论计算

光纤色散就是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，限制电中继器之间的距离。

色散主要是指集中的光能（例如光脉冲）经过光纤传输后在输出端发生能量分散，导致传输信号畸变。在数字通信系统中，由于信号的各频率成分或各模式成分的传输速度不同，在光纤中传输一段距离后，将互相散开，脉冲加宽。严重时，前后脉冲将互相重叠，形成码间干扰，增加误码率，影响了光纤的带宽，限制了光纤的传输容量。

与光纤色散有关的系统性能损伤有多种因素，主要有码间干扰、模分配噪声和啁啾噪声（chirping）三种。详细资料可以查阅相关光通信理论的资料。

DWDM 色散受限传输距离理论计算公式

对于高比特率的传输系统，光纤色散是限制中继段传输长度的主要因素。色散功率代价随传输距离、光谱宽度和色散系数这些参数值的增加而迅速增加。为了防范由于色散功率代价的迅速增加而导致的系统性能恶化，应该使系统有足够的工

作余度，避开高功率代价区。一般认为 1dB 功率

代价所对应的光通道色散值(D*L)定义为通道最大色散值。

受限距离：假设光源啁啾等为零，无电中继距离

满足以下公式：

B2×D×L<105

式中：

B —为信号带宽，（Gb/s）

L —线路长度，(km)

D —光纤色散系数，G.652 光纤的色散系数

一般取18ps/(nm·km)，G.655 光纤的色散系数

一般取6ps/(nm·km)，实际参数根据具体情况

确定。实际受限距离将比理论值低20%——40%左右。

在工程中，若色散受限距离小于实际需要传输

距离，则要配置色散补偿模块 DCM，进行色散补

偿。

对于 2.5Gb/s 系统：

由公式可以知道，对于 G.652 光纤(D=18ps/nm.km)，B=2.5Gb/s, L<960km；B=10Gb/s, L<60km；对于

G.655 光纤(D=6ps/nm.km)，B=2.5Gb/s,

L<4800km；B=10Gb/s, L<300km。

对于 10Gb/s 系统：

10Gb/s OTU 采主要有两种：其一，M－Z 调制，色散容限 1600ps/nm，带波长锁定，可用于 80 波系统，啁啾系数－0.7；其二，EA 调制，色散容限800ps/nm，不带波长锁定，不能用于 80 波

系统。

补偿原则：对于色散容限小于 800 ps/nm 的复

用段，不进行色散补偿。对于色散容限大于 800 ps/nm 的复用段，需进行色散补偿。 综合考虑色散冗余度和非线性效应等因素，补偿后的残余色散容纳值在 200ps/nm~800ps/nm 之间，最佳值在 450~700ps/nm 之间 ，光放站站点的最佳色散补偿量为前段光纤色散的 94％。

DCM 模块在系统中的位置

光纤的色散工程计算值和实际值如下表 1 所示。

OPA 与 OPA 之间最大允许插损是 10dB 。在OMU32（应为 AWG 型）和 OBA 之间一般配置DCM20，最多不能超过 DCM40。节点放大站中的 OPA 与 OBA 之间，前置节点放大站中的 OPA 与 OPA 之间最大允许插损是 10dB 。

根据上述原则，G.652 的色散大，DCM 插损较大，只能采用分布式补偿的方法，补偿方案有以下 5 种：

1． 置于发送端的 OBA 与 OMU 之间（如图 1），

此时发送端的 OMU 采用介质膜滤波器型。此方案为预补偿，即本节点的 DCM 补偿下一段线路光纤的色散。G.652 光纤系统，这里补偿最大为 DCM40，G.655 光纤系统最大为 DCM100。

表 1 光纤的色散值

我们目前的 10G 光发模块的色散容限为 800ps/nm ，按照工程量计算在 G.652 光纤中能传 40km ，G.655 光纤中能传 130km 。超过这个传输距离，就要用色散补偿光纤进行补偿。原则上，我们都采用 100%补偿的 DCF 。 配置色散补偿的原则有：（为简化计算以下补偿量的单位按 km 算）

1．（总线路光纤长度 – 光源的最大传输距离）

≤ 总补偿量 ≤ 总线路光纤长度

2．进入 DCM 的单通道入纤光功率<-3dBm 。

3．DCM 增加系统损耗，要核算系统接收端的OSNR 满足要求。DCM 增加系统损耗，要核算系统接收端的 OSNR 满足要求。

4．DCM 设置要以增加 OA 数量最少考虑。 5．在 OMU32（应为 AWG 型）和 OBA 之间一般配

置 DCM20，最多不能超过 DCM40。节点放大站中的 OPA 与 OBA 之间，前置节点放大站中的

图 1

DCM 置于发送端的 OBA

2． 在接收端采用 OPA+DCM 进行后补偿（如

图 2）。考虑到接收机的入光功率，G.652 光纤系统这里补偿最大为 DCM40。G.655 光纤系统最大为 DCM60。

图 2

DCM 在接收端采用 OPA+DCM 进

3． 置于线路中，DCM 插在 OLA 放大前面（如

图 3），采用 DCM+OLA 作为放大站。此方案为后补偿，即 DCM 补偿前一段线路光纤的色散。当（线路损耗+DCM 插损）<33dB 并且系统信噪比核算满足要求时，可以采用这种方案。

图 3 DCM 插在 OLA 放大前面

光纤类型

工程计算值 G.652 20ps/（nm.km ） G.655

6ps/（nm.km ）

实际值 17ps/（nm.km ） 4ps/（nm.km ）