专利名称：混合速率系统的在线色散补偿装置和方法
技术领域：
本发明涉及混合速率光的传输，特别是混合速率系统的在线色散补偿装置和方法。本发明用于解决城域网、密集波分复用(DWDM)光传输系统、智能光网络系统中2.5G/10G/40G混合速率光传输的色散补偿。本发明特别适用于光交叉连接系统(OXC)、光分插复用设备(OADM)、光终端复用设备(OTM)之间的光路连接或者光路节点，传输少数几个混合速率业务的环型Metro或者波分复用(WDM)系统。
背景技术：
在光纤通信系统中，混合速率光信号在同一光纤中的传输成为网络构建的热点和难点，而其中色散补偿的解决是实现混合速率光传输的关键技术。不同速率光信号的系统色散容限相差非常大，系统色散容限值和速率值的关系不是线性，而是平方的关系，例如当系统从2.5G升级到10G的话，系统色散容限要求会提高16倍，如表1所示，这给混合速率光传输系统的色散补偿一体化解决带来很大的困难，特别是当40G光信号也加入到光网络的混合传输时，这种要求会更高。
表1 不同速率色散受限的无中继距离理论值
目前在不同速率光传输系统中，其色散补偿方案各不相同。对于2.5G系统，由于其色散容限很大，一般在系统中不用进行色散补偿；对于10G系统，由于其色散容限较小，一般当传输距离超过60km就要考虑进行色散补偿，常用的色散补偿方案有色散补偿光纤(宽带系统)和色散补偿光栅(单信道系统)；对于40G系统，由于其色散容限极小，在系统中要用可调色散补偿器进行精确补偿，由于光纤色散随温度的变化有时还要进行在线动态色散补偿。
在智能光网络、Metro和DWDM中如何对同一光纤中不同速率的光信号进行一体化的色散补偿是我们要解决的问题。
目前城域网、DWDM系统中基本上还没有引入40G业务，当前的2.5G/10G混合传输的色散补偿解决方案一般是采用宽带DCF(色散补偿光纤)逐段进行色散补偿，即采用通用的DCF模块同时对10G和2.5G信号进行补偿，此种方法通常将DCF加在光发射机的发端、光接收机的收端或者是光中继站点上，DCF的工作带宽大，可以实现宽带补偿，器件对温度不敏感，对于工作条件要求比较宽松，技术成熟度高，适用于波数较多的Metro或者DWDM系统。
目前采用DCF进行混合速率色散补偿的缺点和局限性在于1、如果网络中10G业务波长较少，则每信道的色散补偿成本是很高的，当前的DCF全部依靠进口，一个补偿80km的DCF模块价格为7000美元左右，考虑到税率相当于70000￥左右，而相应的DCG(色散补偿光栅)价格低于5000￥，也就是说，只有当网络中的10G业务达到十几个波长以上时采用DCF才是合算的。
2、DCF模块一般规格是DCM20、40、60、80等(DCM20表示补偿20km光纤)，对于实际光纤长度例如35km往往无法精确补偿，这种残余色散的多次累积会引起高速光信号的接收代价。
3、DCF引入的损耗太大，并且对系统引入了较大的非线性效应和偏振模色散。而且，对于2.5G业务来说DCF引入了不必要的色散补偿损耗，从而增加了接收机前预置放大器的开支，并引入了DCF噪声和额外的放大器噪声。
4、如果引入了40G的业务的话，还要另外针对40G进行分合波和可调色散补偿，系统结构必须加以改动。
另一种方案是采用DCG进行色散补偿，通常的方法是将10G信号用分波器分下来，用一个DCG加一个环行器进行色散补偿，如果补偿后的光信号还要继续传输的话再用合波器合到光路中去。DCG一般只能对单波进行补偿，它的插损小，非线性效应不明显，工艺比较成熟，常用在单波的高速(10G以及以上速率)SDH光传输系统中。
当前通用的DCG色散补偿法的缺点是无法对系统中的某个波长进行在线色散补偿，如果要对特定波长进行色散补偿，需要使用光分插复用设备(OADM)或者解复用器(DEMUX)将该波长滤下，送入DCG中进行色散补偿，然后在再通过OADM或者MUX合到传输光纤中，这种波长的上、下路将增加系统的插损和成本，并且如果系统配置改动或者升级，这些分合波器件也要随之改动。
预啁啾和判决反馈的色散补偿技术不够成熟，有较大局限性，另外一种比较昂贵的方法是采用电中继，将信号进行3R再生。
发明内容
本发明的目的是提供一种混合速率系统的在线色散补偿装置和方法，使得不需要经过分合波即可对光纤中不同速率等级的光信号同时进行在线色散补偿，所补偿的各个速率等级的光信号可以是一个或者多个，这可以根据系统需求灵活配置和升级，而且适用于将来进行波导集成制造。
本发明包括至少一个色散补偿器，它还包括至少一个环行器和一个合路器；每一级环形器与一个色散补偿器相连接，所述的色散补偿器与下一级环行器相连接，所有的环行器和最后一级的色散补偿器分别与合路器连接，构成补偿链路。
上述的色散补偿器是色散补偿光栅或可调色散补偿器，可调色散补偿器由啁啾光纤光栅制成。环行器可以用耦合器代替，所述的耦合器是2×2耦合器或1×2耦合器，而所述的合路器可以是耦合器或合波器。
本发明混合速率系统的在线色散补偿装置可以是依据上述的连接方式为独立单元或此独立单元进行叠加构成具有m个环行器、n个色散补偿器的在线色散补偿装置，对宽带信号进行同时的色散补偿。
本发明混合速率系统的在线色散补偿装置的补偿方法是经过下述步骤1)混合速率光信号先进入第一级环形器，经过第一级色散补偿器，完成第一种光信号的色散补偿后，所述速率的光信号经第一级环行器进入合路器，继续经过第一级环形器进入合路器；2)其它速率的光信号透过上一级色散补偿器进入下一级环形器，另一种的光信号经下一级色散补偿器完成色散补偿后经过所述的下一级环形器进入合路器；3)余下的光信号重复步骤2)，直到所有的光信号都完成色散补偿；4)所有光信号经合路器返回光纤中。
上述的色散补偿器是色散补偿光栅或可调色散补偿器，可调色散补偿器由啁啾光纤光栅制成。环行器可以用耦合器代替，所述的耦合器是2×2耦合器或1×2耦合器，而所述的合路器可以是耦合器或合波器。
本发明与DCF色散补偿和简单的DCG上下光路进行色散补偿相比，其特点是1、Metro和WDM系统传送的是不同速率(2.5G、10G、甚至40G)的混合业务，并且高速业务所用的波长不是很多。对于低通道数的混合高速业务的智能光网络、Metro、WDM系统能够提供低成本的在线色散补偿方案，而且引入的插损小，能够补偿的色散量准确，给系统引入的放大器成本、非线性效应、PMD也小的多。也就是说，本发明能够对混合速率系统进行在线色散补偿，不用将光纤中各种速率的信号分下来就可以分别对它们进行色散补偿，减少了光层信号的分波和合波的过程，降低了系统成本。并且该模块可以根据光路中的信号数进行灵活配置，当系统升级时，只用更换模块而不必改动系统配置。
2、对于单信道或者宽带色散补偿无须通过OADM或者MUX/DEMUX滤波即可进行补偿；3、本发明适用于波分复用系统或者集成波导色散补偿结构设计，有高性能、低成本、高集成度的潜在前景。
图1是本发明补偿一个40G信号、一个10G信号和多个2.5G信号的模块基本光路结构示意图。
图2是本发明补偿一个40G信号、n-1个10G信号和多个2.5G信号的模块光路结构示意图。
图3是利用2×2耦合器的40G/10G/2.5G信号的在线色散补偿模块结构示意图。
图4是本发明在智能光网络中的应用示意图。
图5是本发明在WDM中的应用示意图。
具体实施例方式
本发明参照附图，结合实施例详细说明如下如图1所示，所述色散补偿模块的工作流程为混合速率信号从光纤进入环形器1，则转入TDC(可调色散补偿器)，它是由啁啾光纤光栅制成，其中心波长对准40G光信号，40G光信号经色散补偿后反射出来，继续经过环形器1进入耦合器，而其它信号透过TDC进入环形器2。剩下的混合信号中需色散补偿的10G信号经DCG补偿后返回环形器2进入耦合器，剩下的2.5G信号透过DCG进入耦合器，则40G、10G、2.5G信号经过各自的补偿链路后又都进入耦合器最后返回光纤中。
该模块的衰减很小，环形器端口之间的衰减为0.4～0.5dB，TDC、DCG等色散补偿器的衰减小于1dB，耦合器的衰减也小于1dB，则整个模块的衰减约为3dB左右，先补偿的40G信号经过的光路短，衰减小，约为2dB，2.5G信号经过的光路最长，衰减较大，约为4dB。也就是说，不同速率信号的衰减不同，但由于各种速率的信号最终是分开来各自进行检测，所以它们之间的功率不平坦性不会对接收性能产生影响。
该模块可根据要补偿的光路数对结构进行灵活配置，可以补偿多个40G信号、10G信号或者2.5G信号，模块的结构如图2。如图2所示的结构，可补偿一个40G信号、n-1个10G信号，以及多个2.5G信号，如此类推，也可以设计为补偿m个40G信号、n个10G信号，以及p个2.5G信号。但是补偿的总信道数不要太多，一来多级环形器结构会引起衰减增大，二来会引起同一速率信号之间的功率不平坦性，如果接收端采用PD阵列同时接收难免给接收带来影响。同时，根据所补偿的总信道个数，可根据价格、性能方面的考虑将耦合器替换为阵列式波导光栅(AWG)、薄膜滤波器等合波器。
为进一步降低成本，模块中的环形器可以用3dB 2×2耦合器来代替，环形器的价格约为4～500美元，2×2耦合器的价格约为100人民币。结构如图3所示，图3利用2×2耦合器的40G/10G/2.5G信号的在线色散补偿模块结构。
该结构的优点是成本低，缺点是引入的衰减要大大增加。待补偿的反射光路在一个3dB2×2耦合器中一来一回的衰减大概为7dB左右，其余的透过信号的衰减也有3.5dB左右，则对于图3所描述的模块来说，其衰减为9～11dB。如果想利用2×2耦合器实现图2所描述的多信道色散补偿器，方案可以实现，但是模块中低速光信号经过几层2×2耦合器后所引入的衰减对系统来说是难以接受的。所以这种带2×2耦合器的方案比较适用于对单个40G、10G以及多个2.5G信号进行在线色散补偿。
模块中的环形器也可用1×2耦合器代替，效果与2×2耦合器相同。
本技术方案中所用的环形器、DCG、2×2耦合器、1×2耦合器都是通用的成熟器件，价格很低；TDC目前有OFS、Teraxion等厂商提供，其色散补偿量可调的原理是利用温度梯度的变化改变啁啾光纤光栅的色散量，对40G信号的色散精确调节效果很好。
该色散补偿模块可用于当前的Metro系列产品、WDM系列产品以及下一步的智能光网络产品。该色散补偿方案在智能光网络中的使用示例如图4所示的色散补偿模块在智能光网络中的应用，及如图5所示的色散补偿模块在WDM中的应用。
权利要求
1.一种混合速率系统的在线色散补偿装置，包括至少一个色散补偿器，其特征在于它还包括至少一个环行器和一个合路器；每一级环形器与一个色散补偿器相连接，所述色散补偿器与下一级环行器相连接，所有的环行器和最后一级的色散补偿器分别与合路器连接，构成补偿链路。
2.按照权利要求1所述的混合速率系统的在线色散补偿装置，其特征在于所述的合路器可以是耦合器或合波器。
3.按照权利要求1所述的混合速率系统的在线色散补偿装置，其特征在于所述的色散补偿器是色散补偿光栅。
4.按照权利要求1所述的混合速率系统的在线色散补偿装置，其特征在于所述的色散补偿器由啁啾光纤光栅制成。
5.一种混合速率系统的在线色散补偿装置，包括至少一个色散补偿器，其特征在于它还包括至少一个耦合器和一个合路器；每一级耦合器与一个色散补偿器相连接，所述的色散补偿器与下一级耦合器相连接，所有的耦合器和最后一级的色散补偿器分别与合路器连接，构成补偿链路。
6.按照权利要求5所述的混合速率系统的在线色散补偿装置，其特征在于所述的耦合器是2×2耦合器或1×2耦合器。
7.如权利要求1所述装置的补偿方法，其特征在于它是经过下述步骤(1)混合速率光信号先进入第一级环形器，经过第一级色散补偿器，完成第一种光信号的色散补偿后，所述速率的光信号经第一级环行器进入合路器，继续经过第一级环形器进入合路器；(2)其它速率的光信号透过上一级色散补偿器进入下一级环形器，另一种的光信号经下一级色散补偿器完成色散补偿后经过所述的下一级环形器进入合路器；(3)余下的光信号重复步骤(2)，直到所有的光信号都完成色散补偿；(4)所有光信号经合路器返回光纤中。
8.按照权利要求7所述装置的补偿方法，其特征在于所述的完成色散补偿的光信号是40G、10G或2.5G光信号。
9.如权利要求5所述装置的补偿方法，其特征在于它是经过下述步骤(1)混合速率光信号先进入第一级耦合器，经过第一级色散补偿器，完成第一种光信号的色散补偿后，所述速率的光信号经第一级环行器进入合路器，继续经过第一级耦合器进入合路器；(2)其它速率的光信号透过上一级色散补偿器进入下一级耦合器，另一种的光信号经下一级色散补偿器完成色散补偿后经过所述的下一级耦合器进入合路器；(3)余下的光信号重复步骤(2)，直到所有的光信号都完成色散补偿；(4)所有光信号经合路器返回光纤中。
10.按照权利要求9所述装置的补偿方法，其特征在于所述的完成色散补偿的光信号是40G、10G或2.5G光信号。
全文摘要
本发明涉及混合速率光的传输，特别是混合速率系统的在线色散补偿装置和方法。本发明包括至少一个色散补偿器，它还包括至少一个环行器和一个合路器；每一级环形器与一个色散补偿器相连接，所述的色散补偿器与下一级环行器相连接，所有的环行器和最后一级的色散补偿器分别与合路器连接，构成补偿链路。本发明使得不用分合波器件即可对单个或多个不同速率的光信号进行在线色散补偿，可以根据系统需求灵活配置和升级，而且适用于将来进行波导集成制造。本发明特别适用于OXC、OADM、OTM之间的光路连接或者光路节点，传输少数几个混合速率业务的环型Metro或者WDM系统。
文档编号H04J14/02GK1486011SQ0214411
公开日2004年3月31日 申请日期2002年9月28日 优先权日2002年9月28日
发明者张轩, 张 轩 申请人:华为技术有限公司