波長測量論文
一、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的作用是由比信號波長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波長范圍內(nèi)各個(gè)光波承載的凈負(fù)荷信號全都得到放大，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)用直接通過增加波長數(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，但有的公司為了簡化，盡量減少設(shè)備品種，統(tǒng)一為OA，以便于維護(hù)。
商用的DWDM系統(tǒng)的每個(gè)波長的數(shù)據(jù)速率是2．5Gbps，或10Gbps，波長數(shù)為4、8、16、32等；40、80甚至132個(gè)波長的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)置波長轉(zhuǎn)換器(WavelengthTransponder)OTU。這一類配置是開放式的，采用這種可以使用現(xiàn)有的1310nm和1550nm波長區(qū)的任一廠家的光發(fā)送與光接收機(jī)模塊；波長轉(zhuǎn)換器將這些非標(biāo)準(zhǔn)的光波長信號變換到1550nm窗口中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)光波長信號，以便在DWDM系統(tǒng)中傳輸。
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)用光波長多在1550nm附近。后來實(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(對應(yīng)200GHz)的波長間隔，則最少可實(shí)現(xiàn)8波長，乃至16波長的同步放大；若以0．8nm(對應(yīng)100GHz)的波長間隔，則最少可實(shí)現(xiàn)16個(gè)波長，乃至32個(gè)波長的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的同時(shí)也要引入噪聲。它由光子的自發(fā)幅射(SpontaneousEmission)產(chǎn)生。此種噪聲和光信號在光放大器中一起放大，并逐級積累形成干擾信號，即熟知的放大自發(fā)輻射(AmplifiedSpontaneousEmission，簡寫為ASE)干擾信號。這種ASE干擾信號經(jīng)多經(jīng)光放積累的功率會(huì)大到1—2mW，其頻譜分布與波長增益譜對應(yīng)。
這就是為什么經(jīng)過若干個(gè)OLA放大后必須經(jīng)過光電變換，分別取出各波長光路的電信號進(jìn)行定時(shí)、整形與再生(3R)，完成光數(shù)字信號處理的主要原因，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)格來確定。
二、DWDM系統(tǒng)的測試要求
以SDH終端設(shè)備為基礎(chǔ)的多波長密集光波分復(fù)用系統(tǒng)和單波長SDH系統(tǒng)的測試要求差別很大。首先，單波長光通信系統(tǒng)的精確波長測試是不重要的，只需用普通的光功率計(jì)測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)特定的波長值，例如是1310nm還是1550nm，僅用作不同波長區(qū)光系統(tǒng)光源發(fā)光功率測試的較準(zhǔn)與修正，因?yàn)閷捁庾V的功率計(jì)而言，光源波長差幾十nm時(shí)測出的光功率值的差別也不大。
可是，對DWDM系統(tǒng)就完全不同了，系統(tǒng)有很多波長，很多光路，要分別測出系統(tǒng)中每個(gè)光路的波長值與光功率大小，才能共發(fā)判斷出是哪個(gè)波長，哪個(gè)光路系統(tǒng)出了。由于各個(gè)光路的波長間隔通常是1．6nm(200GHz)、0．8nm(GHz)，甚至0．4nm(50GHz)，故必須有波長選擇性的光功率計(jì)，即波長計(jì)或光譜儀才能測出系統(tǒng)的各個(gè)光路的波長值和光功率的大小，因此，用一般的光功率計(jì)測出系統(tǒng)的總光功率值是不解決問題。其次，為了平滑地增加波長、擴(kuò)大DWDM系統(tǒng)容量，或?yàn)榱遂`活地調(diào)度、調(diào)整電路和的容量，需要減少某個(gè)DWDM系統(tǒng)的波長數(shù)，即要求DWDM系統(tǒng)在增加或減少波長數(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，即光波長或光載頻失效時(shí)，又用普通光功率計(jì)測量總光功率值是無法發(fā)現(xiàn)問題的，因?yàn)橐粌蓚�(gè)光載頻功率大大降低或失效，對總的光功率值很小。此時(shí)，必須對各個(gè)光載頻的功率進(jìn)行選擇性測量，不僅測出光功率電平值，而且還準(zhǔn)確地測出具體的波長數(shù)值后，才能確切知道是哪個(gè)波長哪條光路出了問題。這不僅在判斷光路故障時(shí)非常必要，而且在系統(tǒng)安裝、調(diào)測和日常維護(hù)時(shí)也很重要。
此外，為了測量光放大器增益光譜特性，尤其是增益平坦度，需找出各波長或各光路的功率電平差值時(shí)，也必須測量出各光路的波長值和光功率值。
由于DWDM系統(tǒng)有n個(gè)波長，n個(gè)光路，等效于n個(gè)虛SDH光通信系統(tǒng)，故在系統(tǒng)的重要測量點(diǎn)必須有光分路器(分光器)，以避免在做波長和功率測量時(shí)中斷系統(tǒng)，造成大量業(yè)務(wù)丟失。ト、便攜式光譜儀
適用于DWSM系統(tǒng)現(xiàn)場安裝調(diào)測與日常維護(hù)的便攜式光譜分析儀，除去前已介紹的HP70952B，Agilent86121A外，現(xiàn)舉OSP－102插件和OMS－100主機(jī)配合專用于DWDM系統(tǒng)測試的便攜式光譜分析儀為例，說明采用可調(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方式。
(1)光譜分析儀方式
用可調(diào)諧光濾波器沿著要選測的波長范圍調(diào)整移動(dòng)，將以圖形方式顯示測量結(jié)果，可用游標(biāo)定位估計(jì)波長、功率數(shù)值，以及各波長和功率差值的測試數(shù)據(jù)。還可用存儲(chǔ)器存儲(chǔ)兩個(gè)光譜的測試數(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試的波長、功率和S/N。這種應(yīng)用方式對光纖通信系統(tǒng)的日常維護(hù)測試特別有用。因?yàn)樵贒WDM系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，通常不希望光載頻信號的功率超過規(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，以數(shù)字顯示該波長的光功率，就可以用來檢測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
將被濾出的光信號的一部分送到監(jiān)視器輸出，就能在不其他光路或波信道業(yè)務(wù)的條件下對DWDM系統(tǒng)的某指定波信道進(jìn)行比特誤碼率測試，也可具體檢測出哪一個(gè)波信道傳輸。
總之，DWDM系統(tǒng)的測量技術(shù)和測試儀表正向著更多波長、更好的波長測量精度和可分辨出更小的光路間隔，即向著能滿足未來更高波分密度、更巨大的網(wǎng)絡(luò)容量的傳輸設(shè)備的要求發(fā)展。
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