2 DWDM色散补偿和光功率调试(24P).doc

02 DWDM色散补偿和光功率调试课程目标：l 色散产生及色散对DWDM系统的影响l 色散补偿原则和色散补偿方法介绍l 工程设计中色散补偿配置合理性检查l DWDW系统对光功率的要求l ZXMP M800光功率调试方法l ZXWM M900 光功率调试方法l CWDM M600 光功率调试方法参考资料：l M900长距离WDM传输系统调试指导l DWDM系统中光功率均衡简介第2章 DWDM系统光功率调试目 录第1章 DWDM系统色散补偿31.1 色散介绍31.1.1 色散定义31.1.2 色散对DWDM系统的影响41.2 DWDM系统对色散的要求51.3 DWDM 色散补偿原则6第2章 DWDM系统光功率调试112.1 DWDM系统对光功率的要求：112.1.1 光功率方面的要求：122.1.2 功率平坦度要求：122.2 DWDM系统功率控制方法介绍：132.2.1 M800城域波分系统光功率控制132.2.1.1 OTM站点端到端开通业务：132.2.1.2 OADM站点上下波与直通波的功率均衡控制172.2.1.3 OADM站点配置保护通道和未配置保护通道的光功率均衡182.2.1.4 OAD单板的功率均衡192.2.2 M900干线波分系统光功率控制212.2.3 M600粗波分系统光功率控制2118第1章 DWDM系统色散补偿& 知识点l 色散定义、色散产生及影响l DWDM系统对色散的要求l 色散补偿原则l 工程设计中的色散补偿合理性检查1.1 色散介绍1.1.1 色散定义图1.1-1 色散现象如图1.1-1所示，光脉冲信号进入光纤后经过长距离传输，在光纤输出端，光信号波形发生了时间上的展宽，产生码间干扰，这种现象称为色散。DWDM系统主要使用单模光纤来传输业务，单模光纤的色散主要有以下两种：1.色度色散图1.1-2 色度色散如图1.1-2所示，光脉冲信号中的不同频谱成份在光纤中的传输速度不同，导致脉冲信号传输后展宽甚至离散。DWDM系统的业务信号通过不同频率的光载波进行传输，随着传输距离的增加，色度色散对系统性能的影响会越来越严重。2.偏振模色散PMD如图1.1-3所示，光脉冲信号在光纤中传输可描述成完全是沿X轴振动和完全是沿Y轴振动，每个轴代表一个偏振模，我们把两个偏振模到达的时间差称为偏振模色散PMD。图1.1-3 偏振模色散偏振模色散具有随机性，与具有确定性的色度色散不同，其值与光纤制作工艺、材料、传输线路长度和应用环境等因素密切相关。1.1.2 色散对DWDM系统的影响图1.1-4 色度色散的影响图1.1-5 偏振模色散的影响光纤的色散现象对光纤通信极为不利。图1.1-4和图1.1-5表示了色度色散和偏振模色散对光脉冲信号的影响。数字信号的频谱在传输中的脉冲展宽，导致了脉冲与脉冲相重叠现象，即产生了码间干扰。为避免误码出现，就要拉长脉冲间距，减少传输复用波道数，从而限制了系统的通信容量。另一方面，光脉冲的展宽程度随着传输距离的增长而增加。为了避免出现误码，光纤的传输距离会受到限制。光模块本身在设计时对色散都有一定的容限范围，系统色散如果超出该范围，业务就会产生误码。1.2 DWDM系统对色散的要求光纤的色散用色散系数来衡量，色散系数的单位为pass/nm/km，表1.2-1列举了不同类型单模光纤的色散系数。色度色散大小与系统速率的平方成正比，并且具有累积性。对于G.652光纤来说，如果采用800ps/nm的光模块，10Gbit/s信号的色散受限距离约为40km，而40Gbit/s信号的色散受限距离仅有不到10km；2.5G速率的光模块色散容限值比较大，传输距离往往比较远，一般不需要进行色散补偿，以12800ps/nm的光模块来说，2.5Gbit/s系统允许超长无电中继的传输距离可以达到640km。10G速率以上的光模块色散容限值都比较小，必须在信号传输一段距离后进行色散补偿。PMD色散是一个随机量，系统本身无法通过什么方法来减少或者消除其影响。PMD色散对信号速率低于10G的系统影响不大，超过10G的系统在开局时必须对PMD色散进行测量。表1.2-1 色散系数光纤类型色散系数推荐值（ps/nmkm）1530nm1550nm1560nmG.65215.91717.6G.655（LEAF)2.54.25.11.3 DWDM 色散补偿原则色散补偿必须根据光纤类型、传输距离等精确配置。从光传输原理来看，允许系统存在一定色散可以有效防止四波混频现象，因此，系统色散补偿要求是欠补偿。以下是不同类型光纤、不同类型光模块（NRZ和RZ)系统对色散补偿的要求：系统色散：G.652系统NRZ码：最佳欠补长度约1030kmRZ码：最佳欠补长度约020kmG.655系统：NRZ码：最佳欠补长度约90km110kmRZ码：最佳欠补长度约40km60km局部色散G.652系统：NRZ码：尽可能不超过100kmRZ码：不超过50km为宜G.655系统：NRZ码：尽可能不超过400kmRZ码：不超过200km为宜传输距离超过800km的系统建议用色散仪重新确认一下系统的色散情况。色散补偿按照以下原则进行配置：1.单站点DCM个数尽量越少越好。2.系统补偿一般是欠补偿。3.必须保证进入DCM的单通道入纤光功率不能太强，参数见表1.3-1。4.链路中的色散分布随传输链路分布应尽可能平均，局部色散不宜过大，对于NRZ码的系统来说，局部色散分布尽可能不超过100km，而对RZ码的系统以不超过50km为宜。5.链路中的色散分布随传输链路分布以围绕0ps/nm上下分布为宜，且最好做到上下均匀分布。6.在必要的时候可以考虑预补偿，建议预补偿一般不要超过30km。表1.3-1 DWDM系统单波入纤光功率G.652光纤入纤功率DCM入纤功率40波4dBm/通道0dBm/通道80波1dBm/通道-3dBm/通道受非线性影响，进入光缆的单波光功率不能太高，DWDM系统对入纤光功率要求详见表1.3-1。对于距离比较长的跨段，为了保证光信噪比符合要求，往往会采用饱和输出光功率比较高的光放板，这种情况下，入纤功率可在表1.3-1基础上适当提高一些。例如在采用HOBA2424时，单波入纤光功率可允许达到5dBm。不管采用何种型号的OA单板，DCM的单波入纤功率必须严格控制，这是因为DCM光纤的有效面积更小，非线性效应更大。以某工程的配置为例，看一下系统的色散补偿：图1.3-1 波分工程配置举例图1.3-2 发送端DCM配置（承德路发涟水米厂方向）图1.3-3 接收端DCM配置（涟水米厂收承德路方向）l 该工程配置为4010G系统，采用G.652类型的光纤传输，业务单板群路口光模块采用NRZ编码。对照色散补偿原则，系统最佳欠补长度约1030km。单个跨段的距离最远为承德路-涟水米厂之间，而这一段的色散补偿为70km（DCM10+DCM20+DCM40）。l 在满足色散补偿要求的情况下，DCM个数越少越好。如果没有合适的DCM模块和跨段距离相匹配，可以允许两个不同型号的DCM级联在一起使用，但是级联的DCM数量一定不能太多。如图1.3-3所示，用DCM（20）+DCM（40）来替换DCM（60）。距离比较远时一般采用色散预补偿+线路补偿的方式，如图1.3-2在承德路预补偿了一块DCM（10），在涟水米厂采用DCM（20）+DCM（40）进行线路补偿。l DCM的单波入纤光功率-3dBm。在业务发送端，进入DCM的单波入纤光功率一般都在-8dBm以下，本身就是满足要求的。在业务接收端，如果为一级放大，DCM放置在OA之前，经过光缆的损耗，单波光功率往往会比较低，是否低于-3dBm，需要实际测量一下；如果为二级放大，DCM放在LAC和二级OA之间，调整LAC控制好二级OA输出光功率的同时，进入DCM的单波光功率也会低于-3dBm。l 现在可以将各个站点的色散补偿情况绘制成表格，用色散距离来代表色散值，看看整个系统的色散分布情况是否合理。图中统计的是A向顺时针的色散补偿情况，从图中可以看到色散还是比较均匀的分布于0km上下，局部色散控制在80km以下，系统色散最终控制在欠补偿6.33km。图1.3-4 系统色散补偿统计图色散问题是影响密集波分系统的一个很重要的因素，特别是在高速率大容量的系统中，这种影响往往会成倍增长。为了解决传输距离受限问题，往往需要进行色散补偿；色散补偿不合理会造成波分系统出现误码，影响业务的正常开通。思考题：1 色散的定义？单模光纤的色散分哪两种？会对DWDM系统造成什么影响？DWDM系统如何解决G.652光纤色散大的问题？2 G.652光纤对系统色散和局部色散在补偿时有什么要求？3 色散补偿的原则有那些？答案：1 色散是指光脉冲信号进入光纤中经过长距离传输，在光纤输出端，光脉冲波形发生了时间上的展宽，从而引起码间干扰。单模光纤主要存在色度色散和偏振模色散。色度色散主要是因为不同频率的光脉冲的传输速率不同引起，波分系统的业务通道就是按照波长来区分的，色度色散的影响是非常明显的，工程中可以采用色散补偿措施（色散补偿模块DCM、色散补偿光纤DCF）对其进行控制；偏振模色散指光脉冲信号沿X轴和Y轴两个方向的偏振模在接收机接收时出现了时间差，偏振模色散往往与光纤的制作工艺、自然因素等有关，是一个随机值，我们无法对它的产生和影响进行预见和控制。2 G.652光纤是目前国内大规模铺设的单模光纤，按照光器件编码模式不同，对系统的色散补偿值也有不同的要求，总的补偿原则就是系统欠补偿，因为留有一定的系统色散可以有效防止系统的非线性效应，比如四波混频现象。对于G.652光纤来说，NRZ编码时要求系统欠补偿10KM-30KM，RZ编码要求欠补偿0KM-20KM；局部色散补偿时，NRZ编码要求补偿最多不超过100KM，RZ编码要求最多不超过50KM。3 色散补偿的原则主要有以下几个方面：4 DCM个数尽量少，单节点个数不超过2个；系统补偿一般是欠补；必须保证进入DCM的单通道入纤光功率不能太强；链路中的色散分布随传输链路分布应尽可能平均，局部色散不宜过大；链路中的色散分布随传输链路分布以围绕0ps/nm上下分布为宜，且最好能尽可能做到上下均匀分布；在必要的时候可以考虑预补偿，即信号经过OMU后先补偿一定的DCM，然再经OBA进入光纤中传输。建议预补偿一般不要超过30km。第2章 DWDM系统光功率调试& 知识点l DWDM系统对光功率的要求l DWDM系统光功率调试方法2.1 DWDM系统对光功率的要求：如图2.1-1DWDM系统基本构成，包括光发送机OTUT、合分波单元、OA光放单元、光接收机OTUR，同时还应包括监控单元和网管系统。为了便于理解和描述，图中只画出了单方向的业务流，反方向的业务流向定义也是一样的。图2.1-1 DWDM系统构成先介绍一下DWDM系统功率控制点的定义：1.S点为光发送机OTUT输入光连接器前的光纤上的参考点；S1Sn点分别为通道1n的发送端OTU和作再生器用的OTU输入光连接器前的光纤上的参考点；2.RM1RMn点分别为通道1n在OM/BA输入光连接器前的光纤上的参考点；3.MPI-S点为OM/OBA输出光连接器后的光纤上的参考点；4.R点为线路光纤放大器输入光连接器前的光纤上的参考；5.S点为线路光纤放大器输出光连接器后的光纤上的参考点；6.MPI-R点为PA/OD输入光连接器前的光纤上的参考点；7.SD1SDn点为PA/OD输出光连接器处的参考点；8.R点为输入接收端OTU前的光纤上的参考点。R1Rn点为输入接收端OTU和作再生器用OTU前的光纤上的参考点。2.1.1 光功率方面的要求：l 系统增益配置要能够满足线路衰减的要求，并留有适当的余量；l 对发送端来说，激光器输出光功率要稳定且符合指标要求；l 对接收端来说，光模块接收的光功率要控制在一个比较理想的范围，不能出现强光、弱光或输入无光告警；l 对于OA单板，需要将光功率控制在理想值，保证系统运行正常。OA的理想值需要按照OA单板的型号和系统波道情况来计算，如果控制不好，很可能造成接收端业务单板OCH侧输入光功率及信噪比出现不合理的情况，影响业务。同时，OA单板的输出光功率控制偏高会影响后期的系统扩容。2.1.2 功率平坦度要求：多个单波信号由合波板复用成主光发送到对端的过程中，由于信号经过的合分波单板的通道插损不同、OA增益不平坦导致的多级OA级联效应、尾纤质量以及光缆非线性等因素的影响，导致MPI-R点接收光功率不平坦。如果通道功率差异太大，可能影响到业务。因此，工程开局时必须对功率平坦度进行严格控制。功率均衡目标如下：l 保证MPI-R和MPI-S点的通道平坦度，指标如表2.1-1所示；l 保证MPI-S点上路功率和直通功率的平坦度，指标如表2.1-1所示；l 保证R点光功率在最佳指标范围，指标如表2.1-2所示。表2.1-1 平坦度指标测试点功率差异要求MPI-S4dBMPI-R6dB表2.1-2 光接收模块光功率指标速率模块类型2.5G10GPIN0-18dBm0-14dBmAPD-9-28dBm-9-21dBm2.2 DWDM系统功率控制方法介绍：基本原则：从业务集中的站点开始，沿着顺时针方向依次控制各个站点的通道光功率实现均衡，OA单板的输出光功率控制在理想值，最终回到第一个站点。然后逆时针方向再调试一遍。2.2.1 M800城域波分系统光功率控制城域波分系统站点之间光缆长度较短，OA单板级联数目相对较少，可以先将发送端MPI-S光功率的平坦度控制好。由于受光缆非线性及OA增益不平坦的累积因素影响比较小，接收端MPI-R的光功率平坦度也是符合要求的。2.2.2 2.2.1.1 OTM站点端到端开通业务：图2.1-2 画出了OTM站点常见的组网类型，环上节点两两之间对开业务，站点内无直通波。此类站点的光功率调试比较简单，只需要控制好网元A、B侧发送端MPI-S平坦度和OBA的输出达到理想值，并控制好接收端OPA的输出也在理想值即可。图2.1-2 OTM站点端到端信号流示意图1. 发送端业务单板的输出光功率调试发送端业务单板的输出光功率会有一定的差异，通常在3dBm左右，我们一般以3dBm为参考点调试业务单板的输出光功率，可以容忍的输出功率范围在31.5dBm内。高出上限的可以在业务单板的群路输出口添加光衰减器，低于下限的可以试着对单板群路口砝兰、单板内纤接头进行清洁，如果确认激光器本身或者内纤存在问题，可以考虑更换单板来解决。2. 合波板OMU的调试OMU的功能主要是将各个业务单板输出的单波信号进行合波。在单站测试时需要对OMU的通道插损进行测试，要求其通道插损最大差异小于3dB。可以用下列公式估算出OMU的输出光功率。输出光功率单波输入光功率10NOMU通道插损现在以40波系统开通3波业务为例，OMU的通道插损按6dB计算，OMU的输出光功率：P（OUT)=-3+10log3-6=-4.3dBm3. 功率放大板OBA的光功率调试光信号进入功率放大器OBA进行功率放大后，可以大规模提高单波信号的光功率和信噪比，从而使信号经过线路损耗、非线性影响以后，到达接收端业务单板的光功率、信噪比指标符合要求。每块OBA单板都有一个型号标识，例如OBA2220，22表示OBA的标称增益为22dB，20表示OBA的饱和输出光功率为20dBm。开局时通道配置数目比较少，往往不会达到满配置，此时必须对OBA的输入光功率加以控制，保证OBA的输出光功率控制在理想值。如果这一步工作做好了，后期系统扩波后，OBA的输出光功率会随着波道数增加而增加。当系统的波道数达到满配置时，OBA的输出光功率刚好增加到20dBm左右。OA单板光功率的计算公式为：P（OUT）P（单波输出）10N（N为在用波道数）P（单波输出）=OA饱和输出光功率-10logM（M为系统波道数）继续以40波系统开3波业务为例，OBA型号为2220，OBA的输入和输出光功率应该控制在多少？P（单波输出）=OA饱和输出光功率-10log（40）=20-10log（40）=20-16=4dBmP（OUT）=P（单波输出）+10log（3）=4+10log（3)=8.7dBmP（IN）=P（OUT）-OA增益=8.7-22=-13.3dBm以3波计算出来的OMU的输出是-4.3dBm，此时OBA2220的输入应该控制在-13.3dBm左右，这时就需要加适当光衰减器来进行控制。OBA的光功率控制完成后，发送端的光功率调试基本完成，此时还应重点监测MPI-S功率平坦度。平坦度的测量可以使用光谱分析仪，也可使用我司的OPM单板。平坦度指标要求如表2.1-1所示，测试时可以使用MPI-S的主光信号，也可从OBA的MON口接入仪表来测量。4. 前置放大板OPA的光功率调试业务信号经过光缆长距离传输以后，到达MPI-R的光功率已经变得很低。为了保证接收端业务单板正常接收业务信号，需要配置前置放大板OPA来补充业务信号的能量衰减。OPA的功率控制方法和OBA相同，此处不作累述。5. 分波板ODU的光功率调试ODU的功能是进行分波，将不同波长的单波信号输送给对应的业务单板来接收。ODU除了通道插损以外，还需要关注它的通道隔离度，性能好的ODU应该具有插损小、隔离度高的特点。ODU各端口的功率关系满足下面的公式：P（IN）10logN通道插损P（单波输出）以40波系统开通3波业务为例，前置放大器OPA的型号为2217，ODU的插损按照6dB来计算。OPA2217输出光功率控制在理想值以后，此时ODU的输入应该就在5.7dBm左右（暂不考虑尾纤插损），按照上面的计算公式：P（单波输出）P（IN）10NODU通道插损 5.7-10log3-6-5dBm如果MPI-R的平坦度指标符合要求，ODU的通道插损基本一致，经ODU分波后的单波光功率基本上就会在-5dBm左右，接收端OTU的输入光功率也就在-5dBm左右。接收端OTUR的输入光功率接收端OTU用于线路侧信号的接入以及客户侧信号的发送。接收端OTU的输入部分用于线路信号的光电转换，主要的器件是光电转换器。业务单板OCH侧光接收机最常见的有PIN管和APD管，需要根据不同的接收机类型，将来自ODU的单波信号光功率控制在指标范围，不能出现无光、弱光或者光功率过载。2.2.3 2.2.1.2 OADM站点上下波与直通波的功率均衡控制图2.2-3 OADM站点结构从图2.2-3看到，该站点既有2波业务直通，又有1波业务上下。OADM站点的功率控制就是使直通波与本地上路波道实现功率均衡。以40波系统为例，OMU、ODU的通道插损都按6dB计算。OPA2217的单波输出为1dBm，直通波经过ODU、OMU通道插损后的到达A点的光功率为-11dBm，OTUT发送光功率一般控制在-3dBm，经过OMU的通道插损后到A点的光功率为-9dBm。直通波道比本地上路波道光功率整体低了2dB，这时可在OTUT单板的OUT口加2dB衰耗器，保证上路波道和直通波道实现功率均衡。下路通道的光功率要看OUTR接收机的类型，必要时可在OTUR的IN口加衰减器，将OTUR接收光功率控制在最佳值。中兴工程规范要求将PIN管输入光功率控制在-7dBm，将APD管的输入光功率控制在-14dBm。2.2.4 2.2.1.3 OADM站点配置保护通道和未配置保护通道的光功率均衡图2.2-4 OADM配置保护单板从图2.2-4看到，该站点除了有2波直通业务，B侧还有两波上路业务，其中一波配置了OPCS保护。以40波系统为例，OMU、ODU的通道插损按照6dB来计算， OPCS单板的上路插损按照3dB计算。站点A侧OPA2217的单波输出为1dBm，直通波道经ODU、OMU插损后到A点的光功率为-11dBm。OTUT的输出一般控制在-3dBm。在站点B侧，配置有OPCS保护的OTUT经过OPCS、OMU的插损，到达A点的光功率为-12dBm，而未配置OPCS保护的OTUT经过OMU的插损，到达A点的光功率为-9dBm。此时在A点这4波的光功率明显变的不均衡。为了使B侧MPI-S点的光功率均衡，可以在未配置保护的OTUT的OUT口加3dB的衰减器，此时在A点的通道光功率基本上被控制在-11dBm至-12dBm之间，MPI-S光功率平坦度符合表2.2-1要求。下路通道的光功率要看OUTR接收机的类型，必要时可在OTUR的IN口加衰减器，将OTUR接收光功率控制在最佳值。中兴工程规范要求将PIN管输入光功率控制在-7dBm，将APD管的输入光功率控制在-14dBm。工程开局时可能会碰到这种情况，新开波道均未配置保护，此时在进行光功率调试时，就需要按照上述方法来进行分析，把保护因素考虑进来，为日后系统扩容做好准备，这点十分重要。工程开局时，我司工程规范要求在所有未配置OP/OPCS保护的OTUT的OUT口加3dB的衰减器。2.2.5 2.2.1.4 OAD单板的功率均衡OAD单板为分插复用板，可以实现固定波长的上下，同时将其他波道整体进行光口的直通，常用于OADM站点。M800/M900中常见的OAD单板有OAD4和OAD8等，具体需要实现哪些波道的业务上下可以由用户来选配。图2.2-5 OAD单板OAD单板的插入损耗如下：4路上下：l 下路插损（IN-DROP）：4dBl 上路插损（ADD-OUT）：4dBl 直通（IN-OUT）：2.4dB8路上下：l 下路插损（IN-DROP）：6dBl 上路插损（ADD-OUT）：6dBl 直通（IN-OUT）：6.5dB图2.2-6 OADM站点配置OAD单板OAD板内部的插损是不均匀的，波道均衡主要是将直通波道和本地上路波道的光功率调平。如图2.2-6所示，一块OAD单板分别接收和发送来自上下游站点的业务，同时实现其他业务通道的直通。以40波系统为例，前置放大器为OPA1717，这时OPA的单波输出为1dBm。直通波道经过OAD4单板内部以及M1和M2间的尾纤损耗，到达A光功率为-2dBm左右，OTUT发送光功率一般控制在-3dBm，经OAD4单板自身的上路插损到A点的光功率为-7dBm，此时A点的通道功率差为5dB。为了实现A点的通道功率均衡，就需要在OAD4单板的M1和M2之间加5dB的衰减器。下路通道的光功率要看OUTR接收机的类型，必要时可在OTUR的IN口加衰减器，将OTUR接收光功率控制在最佳值。中兴工程规范要