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FBG色散赔偿手艺刷新镌汰年夜器的设计和应用

宣布时间:2010年08月10日 14:08    宣布者:lavida
要害词: FBG , 镌汰年夜器 , 色散赔偿
降低光传输资源是通讯系统供应商和群集运营商合营的目的。行业外部强烈的竞争一直是把资源推向更低的主要驱动力。不外,比来为了证实10G到40G的过渡是业界必经的趋势,资源效果越发遭到关注。  

本文中我们将简介一下光纤布拉格光栅(FBG)色散赔偿手艺若何支持新型低资源镌汰年夜器设计和新的应用要领,从而向求之不得的降资源的目的迈出一年夜步。  

FBG和色散赔偿光纤  

应用FBG反射阻拦色散赔偿和应用色散赔偿光纤(DCF)阻拦赔偿的传统要领有本质的差异。经由历程FBG阻拦色散治理的基泉源基础理是应用一个准确啁啾光纤光栅对不合的波长引入不合的时延。可以专门制造光栅以便模拟光纤或许某个跨度上的色散特点。(见图1)  



图1. 光栅针对不合波长引入不应时延,准确啁啾光栅用来模拟被赔偿光纤的色散特点。  

接纳FBG阻拦色散赔偿和传统的DCF要领相比,有许多显着的优势。不外本文主要形貌FBG直接招致新的镌汰年夜器设计和架构的几个特点。  

FBG色散赔偿模块(FBG-DCM)最广为人知的显着优势是拔出消耗小。浅易情形120km的FBG-DCM拔出消耗在3到4dB,而不合的DCF的拔出消耗则年夜约是10dB,以致更高。而且FBG-DCM的插损和传输跨度简直有关,而DCF-DCM的插损则随着光纤和传输跨度的增添而增添。  

这个距离有关性除带来更好的模块封装形式外,还引出FBG-DCM和DCF-DCM相比的此外一个主要的优势,那就是迟滞时间,也就是光旌旗暗记收支一个器件组成的时延。对自动色散赔偿器件来讲迟滞时间和器件中的光路长度成正比。  

对DCF-DCM来讲100毫秒的迟滞时间都是有数的,而FBG-DCM的迟滞时间则小三个数目级,在年夜部门的现实应用中是可以忽视的。  

FBG-DCM另外一个显着优于DCF-DCM的特点是它在年夜光功率输入时不会发生非线性效应,虽然DCF-DCM由于非线性效应发生的光功率不年夜,浅易每通道在-2dBm以下,然则FBG-DCM手艺在现行任何光群集的最高功率上都不会引入非线性效应。  

拔出消耗小,迟滞时间小到可以忽视,高功率时没有非线性效应,加上封装小这些FBG-DCM主要的特点不只使镌汰年夜器的结构取得刷新,而且对系统全体资源的降低起到了显着作用。  

中央接入EDFA设计  

好好应用FBG-DCM的特点,传统的EDFA可以经由历程许多种要领阻拦优化。不只性能,好比噪声系数,可以取得很年夜刷新,而且尺寸、资源和结构结实性都邑年夜幅前进。  

让我们首先考察一下FBG-DCM和距离有关的低插损可以带来哪些利益。  

传统的中央接入镌汰年夜器(MSA)是专门为了赔偿DCF 10dB的插损而加入的。值得一提的是,着实,现实应用中从预放到赞助镌汰年夜器,之间的消耗有12dB,由于须要加入光隔离器防止后向散射。中央接入的10dB消耗预留出来是为了支持DCF,对100"120千米的单模光纤阻拦色散赔偿。  

而异常的插损,假定应用FBG-DCM则可以对400千米的距离阻拦色散赔偿,假定对单通道赔偿,则距离可以更远。FBG-DCM内置环形器的特点更在镌汰年夜器中央接入模块中去除隔离器这个消耗因素。  

FBG-DCM的低插损特点凭证群集不合的拓扑、不合的链路结构和消耗容限,起到的作用年夜小也不合。该特点可以用来简化MSA结构,在一些FBG供应的在线色散赔偿才干充盈的情形下,以致可以把MSA去掉落落。前面这类情形下去掉落落MSA增添的资源可以占到所有传输跨度上资源的40%。  

传统的中央接入镌汰年夜器  

传统的MSA(如图2)设计的目的是赔偿DCF-DCM的插损。好比图2就应用了三级双泵浦的设计措施(或允许以算作是二级预放加上一个赞助镌汰年夜器)。  

这个结构中主要部门是二级可变增益预镌汰年夜器和中央接入之前一个另加的可变光增益衰减器。预镌汰年夜器的两级之间的可变光增益衰减器为所有MSA供应可变增益(所有增益区域内有平展的增益)。在中央接入前另加的可变光衰减器是为了支持不合跨度惹起的DCF的不合的消耗而设计的。

  

图2. 色散赔偿光纤使中段镌汰年夜器的设计中加入一些低效因素。  

原理上,两个可变增益衰减器可以合并,从而很年夜水平上简化了却构。然则这个结构必须要很年夜水平地降低预放的光功率,以阻拦预放输入功率太高(高泵浦功率)。再加上中央接入的年夜宵耗,使所有MSA系统的噪声系数显着降低。  

然则,纵然应用两级预放,MSA的噪声系数照样要被此外一个因素限制:为了使DCF发生的非线性效应最小,DCF的输入功率浅易须要限制在每通道-2dBm以内。这个请求又进一步限制了预放的增益,也就使噪音系数进一步遭到影响。  

假定把DCF-DCM换成FBG-DCM,那么其和传输跨度有关的低插损便可使镌汰年夜器的两个可变增益衰减器剖析一个,也不会影响到噪声系数,另外简化后的结构少了许多无源光器件(好比光隔离器、泵浦旌旗暗记剖析器、毗连器),进一步降低了噪声系数。最后由于中央的输入功率不再受非线性效应影响,噪声系数又进一步降低。由于中央插损减小而取得的噪声系数性能的刷新情形参见图3。图中MSA的可变增益区域为10到28dB。  

不合中央消耗时噪声系数和增益的关系  

另外,更低的中央消耗和所有消耗,和镌汰年夜器的简化结构都使泵浦光功率的需求总量降低。泵浦功率需求降低,所有MSA就有能够只用一个泵浦源。不外为了增添一个泵浦源,还要知足一些条件,这就引出了中央接入迟滞时间和瞬态效应榨取效果。  

瞬态效应在所有的光群集中都存在,主若是由于浅易的群集操作,好比曲折波长信道惹起的,意外的光纤折断、群集重新路由和重装备等也会惹起瞬态效应。瞬态效应须要适当治理以阻拦误码率突增,以致严重的时间破损吸收机。  

通常瞬态效应会有上升和降低时间,浅易在毫秒量级,这个时间通常比尺度的DCF-DCM的现实回声时间要短。以是,要把瞬态效应的影响降到最小,每级的镌汰年夜器都须要在瞬态效应进入该级镌汰年夜器的时间自力地做出回声,以是每级都须要自力的泵浦和控制环路。  

FBG-DCM的回声时间简直不存在,这个特点让MSA设计者可以应用一个控制环路便可以控制所有镌汰年夜器。  



图3. 增添中央消耗便可显着刷新中央接入镌汰年夜器的结构。  



图4. 应用FBG-DCM,中央接入镌汰年夜器可以简化成很少的器件和很质朴的电路。  

综合上述推敲,图4是应用FBG阻拦色散治理的优化MSA。这款设计的优势在于器件数目显着增添(单泵浦、单可变光衰减器、增添了探测器和无源光器件)、电路显着简化(单控制环路取代两个分立的控制环路)。这将降低30%的资源。和传统的MSA结构相比,管脚数目增添50%。假定把FBG的环行器集成到镌汰年夜器中,还能进一步降低资源。如图5所示。  

管脚的增添可以年夜幅降低系统资源,由于现在一块单板上可以集成更多的器件了。例如,MSA和FBG-DCM可以集成在统一个线卡上或许两个镌汰年夜器可以集成在统一个封装外面,然后装在一个线卡上。这在ROADM系统中特殊有用,由于ROADM系统请求镌汰年夜器的各级东、西脱离。




图5. 把FBG-DCM的环行器集成到镌汰年夜器中,中央接入镌汰年夜器可以进一步刷新。  



图6是两个尺度的ROADM系统,一个应用FBG-DCM,此外一个应用DCF-DCM,可以看出接纳了FBG-DCM只须要两块镌汰年夜器线卡,而应用DCF-DCM则须要四块线卡。  

通用构架战略  

经由历程应用基于FBG的色散赔偿,除前面议论辩说的FBG-DCM优化的MSA外尚有几种要领前进光传输的经济性。关于一个给定的光传输链路,若何降低资源和拓扑有关,不外有一些质朴和直不雅不雅的例子可使经济性的前进急速突现出来。  

应用低插损的特点,几百千米的单模光纤色散赔偿可以在一个节点完成,从而使点到点群集的经济性取得很年夜前进。  

图6. 应用FBG-DCM使ROADM的线卡数目增添一半。  

低消耗和允许年夜功率让群集设计者可以把赔偿器直接放在转发器侧的合波器以后或许赞助镌汰年夜器以后。而关于DCF-DCM,假定靠转发器太近,消耗太高会限制色散赔偿才干,假定直接放在赞助镌汰年夜器前面又会引入非线性效益。  

关于须要漫衍式色散赔偿的群集,好比最尺度的例子是当每个节点对旌旗暗记的保真度都请求很高的时间,通常会应用MSA或许针对节点的DCM。如前面所说,MSA数目标增添在有些群集中是节俭资源的最有吸引力的战略。假定这个战略在群集中普遍应用,和镌汰年夜器相关的用度可以节俭高达40%。  

纵然在没有应用MSA的群集,插损相关的资源节俭也是很可不雅不雅的。光是应用输入功率较小的镌汰年夜器,对尺度的80km传输距离来讲,资源的差价便可以到达20%。  

基于FBG的色散治理手艺为通讯行业群集资源和性能的优化供应了绝后的时机。在资源效果,特殊是未来的40G和100G群集的资源效果日趋遭到关注的明天,人们的眼光曾经被这项希奇而开创性的手艺所吸引。天下各地正在部署的上千个不合类型的群集都可证实这一点。
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