更新時間：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個月翻一番，達到了所謂的“光速經(jīng)濟”的時期，它比微電子芯片性能發(fā)展的摩爾法則（約18個月翻一番）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，各個通信發(fā)達國家都在積極研究設(shè)計新的寬帶網(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用，確保網(wǎng)絡(luò)的可持續(xù)發(fā)展，支持當前和未來的任何業(yè)務(wù)信號的傳送要求。
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的作用是由比信號波長低的高能量光泵源將能量輻射進一段摻鉺光纖中，當載有凈負荷的光波通過此段光纖一起傳播時，完成光能量的轉(zhuǎn)移，使在1530-1565m波長范圍內(nèi)各個光波承載的凈負荷信號全都得到放大，彌補了光纖線路的能量損失。這樣，當用EDFA代替?zhèn)鹘y(tǒng)的光通信鏈路中的中繼段設(shè)備時，就能以最少的費用直接通過增加波長數(shù)增大傳輸容量，使整個光通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和設(shè)計都大大簡化，并便于施工維護。
EDFA在DWDM系統(tǒng)中實際應(yīng)用時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。
目前商用的DWDM系統(tǒng)的每個波長的數(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)送與光接收機模塊；波長轉(zhuǎn)換器將這些非標準的光波長信號變換到1550nm窗口中規(guī)定的標準光波長信號，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)點是應(yīng)用靈活、通用性強，缺點是增加波長轉(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)管平臺上進行管理操作。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)計時就考慮與4×10Gbps速率的兼容，考慮增加至8個波長、16個波長、基至40個波長、80個波長，以及2.5Gbps和10Gbps的混合應(yīng)用，確保系統(tǒng)在線不斷擴容，平滑過渡，不影響通信網(wǎng)的業(yè)務(wù)。當然，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，則最少可實現(xiàn)16個波長，乃至32個波長的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（Amplified Spontaneous Emission，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行定時、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)計作光功率預(yù)算時，哪個因素要求最嚴格來確定。
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)置光功率計到一個特定的波長值，例如是1310nm還是1550nm，僅用作不同波長區(qū)光系統(tǒng)光源發(fā)光功率測試的較準與修正，因為對寬光譜的功率計而言，光源波長差幾十nm時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)中每個光路的波長值與光功率大小，才能共發(fā)判斷出是哪個波長，哪個光路系統(tǒng)出了問題。由于各個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，即波長計或光譜分析儀才能測出系統(tǒng)的各個光路的波長值和光功率的大小，因此，用一般的光功率計測出系統(tǒng)的總光功率值是不解決問題。其次，為了平滑地增加波長、擴大DWDM系統(tǒng)容量，或為了靈活地調(diào)度、調(diào)整電路和網(wǎng)絡(luò)的容量，需要減少某個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，總的輸出光功率基本穩(wěn)定。這樣，當有某個光路、某個凈負荷載體，即光波長或光載頻失效時，又用普通光功率計測量總光功率值是無法發(fā)現(xiàn)問題的，因為一兩個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，必須對各個光載頻的功率進行選擇性測量，不僅測出光功率電平值，而且還準確地測出具體的波長數(shù)值后，才能確切知道是哪個波長哪條光路出了問題。這不僅在判斷光路故障時非常必要，而且在系統(tǒng)安裝、調(diào)測和日常維護時也很重要。
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，也必須測量出各光路的波長值和光功率值。