更新時(shí)間：2021-06-15 08:27:03作者：admin2
密集光波分復(fù)用系統(tǒng)的波長測量技術(shù)
摘要：本文闡述密集光波分復(fù)用系統(tǒng)的概況、系統(tǒng)的測試要求，可調(diào)諧光濾器的結(jié)構(gòu)，以及便攜式光譜分析儀的應(yīng)用方式與相關(guān)測量儀表的展望。
信息時(shí)代信息爆炸導(dǎo)致通信帶寬需求或通信網(wǎng)絡(luò)容量爆增。如近期北美骨干網(wǎng)的業(yè)務(wù)量約6-9個(gè)月翻一番，達(dá)到了所謂的“光速經(jīng)濟(jì)”的時(shí)期，它比微電子芯片性能發(fā)展的摩爾法則（約18個(gè)月翻一番）快2-3倍，而且迄今這種發(fā)展勢頭不減。面對這種發(fā)展趨勢，各個(gè)通信發(fā)達(dá)國家都在積極研究設(shè)計(jì)新的寬帶網(wǎng)絡(luò)，如可持續(xù)發(fā)展網(wǎng)絡(luò)CUN、下一代網(wǎng)絡(luò)NGN、新公眾網(wǎng)NPN、一體化網(wǎng)UN等，但其基礎(chǔ)傳輸媒質(zhì)的物理層都是密集光波分復(fù)用（DWDM）的光傳送網(wǎng)OTN。不如此就不可能提供巨大的通信帶寬，高度可靠的傳輸性能，足夠的業(yè)務(wù)承載容量以及低廉的使用費(fèi)用，確保網(wǎng)絡(luò)的可持續(xù)發(fā)展，支持當(dāng)前和未來的任何業(yè)務(wù)信號(hào)的傳送要求。
1 密集光波分復(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(hào)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(hào)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)。
目前商用的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（Wavelength Transponder）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(hào)變換到1550nm窗口中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)光波長信號(hào)，以便在DWDM系統(tǒng)中傳輸。美國的Ciena公司、歐洲的pirelli公司采用這類配置，他們是生產(chǎn)光器件的公司，通常，所生產(chǎn)的光分波合波器有較好的光學(xué)性能參數(shù)。如Ciena公司采用的信道波長間隔為0.8nm，對應(yīng)100GHz的帶寬，在1545.3-1557.4nm波長范圍內(nèi)提供16個(gè)光波信道或光路。但他們沒有SDH傳輸設(shè)備，因此，在系統(tǒng)配置、網(wǎng)絡(luò)管理方面不能統(tǒng)一考慮。此類配置的優(yōu)點(diǎn)是應(yīng)用靈活、通用性強(qiáng)，缺點(diǎn)是增加波長轉(zhuǎn)換器、成本較高。另一類配置是不用波長轉(zhuǎn)換器，將波分復(fù)用、解復(fù)用部分和傳輸系統(tǒng)產(chǎn)品集成在一起，這一類配置是一體的或集成的，這樣簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、降低了成本，而且便于將SDH傳輸設(shè)備和DWDM設(shè)備在同一網(wǎng)管平臺(tái)上進(jìn)行管理操作。這類配置的生產(chǎn)廠家如Lucent、Siemens、Nortel等，他們是SDH傳輸系統(tǒng)設(shè)備供應(yīng)商，有條件這樣做。他們在做4×2.5G32bpsDWDM系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)就考慮與4×10Gbps速率的兼容，考慮增加至8個(gè)波長、16個(gè)波長、基至40個(gè)波長、80個(gè)波長，以及2.5Gbps和10Gbps的混合應(yīng)用，確保系統(tǒng)在線不斷擴(kuò)容，平滑過渡，不影響通信網(wǎng)的業(yè)務(wù)。當(dāng)然，他們也提供開放式配置，或發(fā)送是開放式，接收為一體式的DWDM系統(tǒng)設(shè)備。
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(hào)的同時(shí)也要引入噪聲。它由光子的自發(fā)幅射（Spontaneous Emission）產(chǎn)生。此種噪聲和光信號(hào)在光放大器中一起放大，并逐級(jí)積累形成干擾信號(hào)，即熟知的放大自發(fā)輻射（Amplified Spontaneous Emission，簡寫為ASE）干擾信號(hào)。這種ASE干擾信號(hào)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(hào)進(jìn)行定時(shí)、整形與再生（3R），完成光數(shù)字信號(hào)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。
2 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)出了問題。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)或光譜分析儀才能測出系統(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)整電路和網(wǎng)絡(luò)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，對總的光功率值影響很小。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。