色散管理技术优化方案

海底光缆通信系统使用海底光中继放大器进行级联放大实现长距离传输，需要进行色散补偿。色散补偿分为完全色散补偿、欠补偿和过补偿。对整个系统进行色散补偿方案设计，叫作色散管理。群速度色散（GVD）和沿色散补偿光纤（DCF）线路功率的变化与DCF和光放大器的相对位置有关，为此，需要进行色散管理。所谓色散管理就是在光纤线路上混合使用正负GVD光纤，这样不仅减少了所有信道的总色散，而且非线性影响也最小。发射机使用差分相移键控（DPSK）技术可使接收机灵敏度改善3dB，可容忍更大的色散累积。适当的色散管理，可减轻非线性噪声和交叉相位调制的影响。

1.完全色散补偿

对于一个传输线路使用G.655非零色散移位光纤（NZ-DSF）的高比特率系统来说，光纤色散为负值，虽然很小，但当传输光纤很长时，色散在传输路径上的累积也很大，将使信号光脉冲发生畸变。为了补偿（抵消）这种光纤非线性畸变的累积，周期性地插入一段正色散光纤（如G.652标准光纤），这段光纤的正色散值正好与线路光纤的负色散值相等，从而达到补偿的目的。图3-7所示为理想的色散补偿图，传输线路使用色散移位光纤，平均色散为D=-0.2ps/nm·km，每1000km插入10km的标准光纤（+20ps/nm·km）进行补偿。

理论研究表明，当系统中G.652光纤和DCF的色散系数和长度满足完全补偿条件时，可取得最佳的色散补偿效果。对单信道系统而言，采用DCF色散补偿时，在忽略非线性效应的条件下，只需使信道工作波长上DCF和G.652光纤的总色散绝对值相等。即完全补偿条件为

图3-7 色散管理图

DL+D_CL_C=0 （3-4）

式中，D_C，L_C分别为DCF的色散系数和长度，其单位分别为ps/nm·km和km；D，L分别为G.652光纤的色散系数和长度，其单位分别为ps/nm·km和km。当工作波长上DCF总色散绝对值小于G.652光纤的总色散值时系统处于色散欠补偿状态；当工作波长上DCF总色散绝对值大于G.652光纤的总色散值时系统处于色散过补偿状态。(www.xing528.com)

对于WDM系统而言，由于G.652光纤和DCF的色散系数均为波长的函数，因此若要使系统中各信道都满足完全补偿条件的话，除了要使其中某一信道满足式（3-4）的条件外，还需满足色散斜率匹配条件，即

SL+S_CL_C=0 （3-5）

式中，S_C和S分别为DCF和G.652光纤在某一波长上的色散斜率ps/nm²·km。

2.欠补偿和过补偿

在满足完全补偿条件的DCF长度附近的一定范围内，都能取得较好的色散补偿效果；当DCF长度小于或大于某一值时，DCF长度的变化，光功率代价急剧增加，色散补偿效果变差。由于DCF长度小于完全色散补偿时对应的系统总色散为正，为欠补偿状态；而大于完全色散补偿时对应的系统总色散为负，为过补偿状态，因此在较大的欠补偿状态或过补偿状态下，色散补偿效果较差。此外，可以看出，相对于欠补偿，过补偿时系统光功率代价略大，但这种变化是细微的。

为了减少累积色散，分别在发送端和接收端进行预色散补偿和后色散补偿。利用这种技术，最大累积色散减小了一半。尽管如此，即使已进行了前色散补偿和后色散补偿，累积色散也不能忽略，对于使用宽带光放大器的超长距离系统，复用波段两端信道波长的色散损伤也是显著的。

为了解决这一问题，光纤供应商已经开发了新型光纤，称为反色散光纤（Reverse Dispersion Fiber，RDF），其二阶和三阶色散值与G.652非零色散移位光纤（NDSF）的色散值相反。在每个中继段，混合使用反色散光纤（RDF）和非色散移位光纤（NDSF），就可以同时抵消所有波长的累积色散。这种混合使用的光纤，称为色散管理光纤（Dispersion Managed Fiber，DMF）。