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光纤时分复用与波分复用

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编者按:本文主要从光纤的种类;增加光纤传输容量的途径;关于正确选择光纤的建议,对光纤时分复用与波分复用进行讲述。其中,主要包括:多模光纤多模光纤是指可以传输多个光传导模的光纤、单模光纤单模光纤是指只传输一个光传导模(基模)的光纤、G.652光纤G.652光纤即常规光纤,它同时具有1310nm和1550nm两个窗口、G.653光纤G.653光纤即色散位移光纤,又称1550nm窗口性能最佳光纤、G.655光纤G.655光纤即非零色散位移光纤,它是为了解决G.653光纤中严重的四波混频效应,对G.653光纤的零色散点进行了移动,使1540~1565nm区间的色散系数保持在1.0~4.0ps/(nm.km),避开了零色散区,维持了一个起码的色散值,从而可以比较方便地开通多波长WDM系统、光纤选择原则:①短距离的中继光缆和接入网光缆因为距离短,采用较多纤芯所增加的投资不大,因此一般应选择G.652常规光纤,等。具体材料详见:

摘要:WDM(波分复用)技术已经进入了实用化阶段,是传输干线进行扩容的有效手段。通过对G.652,G.653,G.655光纤的特性介绍和对复用技术的分析,提出了关于合理使用和正确选择光纤的建议。本文根据最新光纤技术标准,着重讨论在光缆网络建设中,必须考虑的最关键的光纤技术及选型问题。

关键词:光纤时分复用波分复用选择

1光纤的种类

1.1多模光纤多模光纤是指可以传输多个光传导模的光纤。在光纤通信初期,就是使用的就是多模光纤(G.651光纤),其工作波长在850nm或1300nm,衰减常数分别为<4dB/km和<3dB/km,色散系数分别为<120ps/(nm.km)和<6ps/(nm.km)。由于它的衰耗和色散大,故只能用于短距离通信。但它芯径大,对于接头和连接器的要求都不高,使用起来比单模光纤要方便,目前多用于计算机局域网内。

1.2单模光纤单模光纤是指只传输一个光传导模(基模)的光纤。其主要优点是衰减较小,传输距离长,传输容量大,在长途骨干网、城域网、接入网等场合均有广泛应用。单模光纤由于只能传输基模,它不存在模间时延差,具有比多模光纤大得多的带宽,单模光纤的带宽可达几十GHz以上。所以单模光纤特别适合用于长距离、大容量的通信系统。随着光纤制造技术和通信技术的不断发展,单模光纤的种类也在发展。

常用的单模光纤有以下几种:

1.2.1G.652光纤G.652光纤即常规光纤,它同时具有1310nm和1550nm两个窗口。零色散点位于1310nm窗口,而最小衰减位于1550nm窗口。这两个窗口的的典型值为:1310nm窗口的衰减为0.3~0.4dB/km,色散系数为0~3.5ps/(nm.km),1550nm窗口的衰减为0.19~0.25dB/km,色散系数为15~20ps/(nm.km)。

1.2.2G.653光纤G.653光纤即色散位移光纤,又称1550nm窗口性能最佳光纤。人们通过设计光纤折射剖面,使零色散点移到1550nm窗口,从而与光纤的最小衰减窗口获得匹配,使1550nm窗口同时具有最小色散和最小衰减。它在1550nm窗口的典型值为:衰减系数为0.19~0.25dB/km,零色散点在1525~1575nm波长区,且在此区间色散系数<3.5ps/(nm.km)。这种光纤在1550nm窗口所具有的良好特性使之成为单波长、大容量、超长距离传输的最佳选择。如果纯粹沿着时分复用TDM方式进行系统扩容的话,可以直接开通20Gbit/s系统而不需要任何色散补偿措施。G.653光纤的重要缺陷是四波混频现象限制了波分复用(WDM)的使用。所谓四波混频现象是由于光纤的非线性引起的,当不同的波长同时在一根光纤中传输时,由于相互作用,会产生新的和、差波分量。

1.2.3G.655光纤G.655光纤即非零色散位移光纤,它是为了解决G.653光纤中严重的四波混频效应,对G.653光纤的零色散点进行了移动,使1540~1565nm区间的色散系数保持在1.0~4.0ps/(nm.km),避开了零色散区,维持了一个起码的色散值,从而可以比较方便地开通多波长WDM系统。在G.655光纤的特性中,除了对零色散点进行搬移以外,其他各项特性与G.653都相同。它在1550nm窗口具有最小衰减系数和色散系数。虽然它的色散系数值稍大于G.653光纤,但相对于G.652光纤,已大大缓解了色散受限距离。它成功地解决了在1550nm波长区G.652光纤的色散受限和G.653光纤难以进行波分复用的缺点,同时具有这两种光纤的优点。它既可开通高速率的10Gbit/s、20Gbit/s的TDM系统,又可以进行WDM方式的扩容。

2增加光纤传输容量的途径

在理论上,增加光纤传输容量可有以下几种方式:空分复用(SDM)、电的时分复用(TDM)、波分复用(WDM)、光的频分复用(OFDM)、光的时分复用(OTDM)和光孤子技术(Soliton)。基于实用性,只对TDM和WDM两种扩容方式作简要介绍。

2.1时分复用技术(TDM)TDM技术是一种对信号进行时分复用的技术,是一种传统的扩容方式。PDH的34,140,565Mbit/s以及SDH的155,622,2488,9952Mbit/s都是在电信号上进行复用。据统计,在215Gbit/s以下,系统每升级一次每比特的传输价格可下降30%左右。正因为如此,在过去的升级中,人们首先采用的是TDM技术。随着复用速率的提高,例如达到10Gbit/s时已接近硅和砷化技术的极限,没有太多的潜力可挖,光纤色散的影响也更加严重,要对光纤提出更高的要求。转2.2波分复用技术(WDM)所谓波分复用技术就是为了充分利用单模光纤低损耗区所具有的巨大带宽资源(约有25THz),采用波分复用器(合波器)在发送端将不同规定波长的信号光载波合并起来并送入一根光纤进行传输。在接收端再由一个波分复用器(分波器)将这些不同波长承载不同信号的光载波分开来。

波分复用技术的主要特点有:①可以充分利用光纤的巨大带宽资源,使一根光纤的传输容量比单波长传输增加几倍至几十倍。②使N个波长复用起来在单模光纤中传输,在大容量长途传输时可以大量节约光纤。③由于同一光纤中传输的信号波长彼此独立,因而可以传输特性完全不同的信号,完成各种业务信号的综合和分离,包括数字信号和模拟信号,PDH信号和SDH信号的综合与分离。④波分复用通道对于数据格式是透明的,即与信号速率及电调制方式无关,是网络扩充和发展中的理想手段。⑤利用WDM技术选路来实现网络交换和恢复,从而可能实现未来透明的、具有高度生存性的光网络。

3关于正确选择光纤的建议

选择光纤种类的必须考虑三个关键的参数:①最大无中继传输距离②每个波长的最大比特率③每根光纤的波长数。当然,以上参数都应考虑光纤终期的要求,而不是初期的要求。根据以上参数,如果最大无中继传输距离在50~100km(取决于激光器的种类),那么G.652常规光纤则因其价格低是较为合适的选择。如果距离更长,而且每个波长的最大比特率小于10Gbit/s,那么还是应该首选常规光纤.如果距离长,但只需要单波长高速率(10Gbit/s以上),则可选用G.653色散位移光纤。如果距离长,而且需要多波长承载10Gbit/s或更高速率,那么G.655非零色散位移光纤是最佳的选择。

由此可以提出如下的光纤选择原则:①短距离的中继光缆和接入网光缆因为距离短,采用较多纤芯所增加的投资不大,因此一般应选择G.652常规光纤。②长途光缆因为传输距离长,采用较多纤芯时投资增加多,所以必须采用高速率和多波长的波分复用技术,应优先考虑采用G.655色散位移光纤。

据报道,近年来北美正在掀起新一轮的光纤敷设高潮,但在干线上已经停止使用G.652光纤,而是全部采用G.655非零色散位移光纤。这一动向值得引起重视。

无论是选用G.652光纤还是G.655光纤,除了对光纤的衰耗和色散等常规指标提出要求外,一般可以按传输10Gbit/s速率的要求提出PMD指标要求,这样就为以后利用波分复用手段迅速扩大传输系统的容量创造了条件。

参考文献:

[1]冯伯儒.光纤选择的实际考虑[J].光通信技术.1985.3.

[2]陆茂丰.谈谈光纤的合理使用和正确选择[J].江苏通信技术.1999.4. 新晨范文网

光纤时分复用与波分复用责任编辑:刘老师    阅读:人次
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