一种静态波长交叉色散补偿方法及链路与流程

本发明涉及光通信领域，尤其是一种长距离光纤波长色散的无源补偿技术。

背景技术：

光纤色散是指不同颜色(不同频率)的光在光纤中传输时，由于具有不同的传播速度而相互分离。这些色散都会导致光脉冲展宽，使信号在传输时产生畸变和增大信号误码率。

单模光纤的色散主要是群时延色散，即波导色散和材料色散。材料色散是指由于频率的变化导致介质折射率变化而造成的传输常数或群速度变化的现象；波导色散是指由于频率的变化导致波导参数变化而造成的传输常数或群速度变化的现象。所谓群速度就是光能在光纤中的传输速度。在光纤中，不同速度的信号传输同样的距离会有不同的时延，从而产生时延差，时延差可由信号各频率成分的传输速度不同所引起。时延差越大，表示色散越严重。因而，常用时延差来表示色散程度。单模光纤中的总色散由材料色散、波导色散等组成，它们都与波长有关，所以单模光纤的总色散也称波长色散。单模光纤的色散主要用色散系数表示，色散系数就是两个波长间隔为1nm的两个光波传输1km长度光纤到达时间之差，单位为ps/(nm·km)。

自从光纤通信商用开始，至今20余年，国内外已大量敷设了常规单模光纤(g.652)的光缆，这类光缆工作在1550nm波段时，有(16.5ps/nm.km)的色散，成为影响中继距离的主要因素。所以，对高速率长距离的光纤传输系统必须要考虑色散补偿问题。

g.652光纤的色散系数如表1所示，g.652光纤色散斜率在0.020ps/(nm².km)～0.090ps/(nm².km)之间变化，存在一定的非线性。

表1、g.652光纤色散系数非线性举例

过高的色散导致光纤数字传输系统的误码及误码率的增加，导致模拟系统信号的失真和信噪比的降低。因此，当光纤的衰减问题得到解决以后，色散受限就变成了决定光纤传输系统传输距离的一个主要问题。

解决光信号色散引起群时延差的方法就是色散补偿技术。采用色散补偿光纤(dcf)对传输线路的色散性能进行补偿是一项比较成熟的技术。色散补偿光纤(dcf)是一种特制的光纤，其色度色散为负值，恰好与g.652光纤相反，可以抵消g.652常规色散的影响，其色散系数典型值为-90ps/(nm·km)，因而色散补偿光纤只需在总线路长度上占g.652光纤的长度的1/5，即可使总光纤链路的色散值接近于零。但是色散补偿光纤的衰耗大(约为0.5db/km)，需要使用光放大器(edfa)来补偿，且对强光产生严重的非线性效应。因此，采用色散补偿光纤(dcf)的负色散光纤补偿技术具有以下特点：采用无源器件，技术成熟，应用和维护方便。但是成本高，插入衰减大，对非线性影响大。

此外，还有其他类型的色散补偿器，例如采用啁啾光纤光栅(cfbg)做色散补偿，以及利用非线性光学效应压缩色散，即利用kerr效应之一的自相位调制(spm)特性作色散补偿。光波经过光栅后起到色散均衡的作用，从而实现色散补偿。色散补偿啁啾光纤光栅的优点是结构小巧，很容易接入光纤通信系统。但是也存在一些急需克服的缺陷，例如带宽过窄、群时延非线性、额外的介入损耗及需要解决制作过程的实用化，如制作过程的可重复性、封装、 温度补偿等。

目前发展最成熟的技术主要是色散补偿光纤(dcf-dispersioncompensationfiber)和啁啾光纤光栅(cfbg-chirpedfiberbragggrating)色散补偿。现有的光纤色散补偿方法和补偿器件除了存在上述不足之外，还会额外增加经济成本。最为重要的是，对于超长距离(≥2000km)的光纤传输，采用现有的光纤色散补偿技术难以实现对光纤色散的有效补偿，也无法满足高精度时间频率基准信号超长距离光纤传递时，对减小和消除色散和色散累积的要求。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种低成本的适用于超长距离光纤传输系统的波长色散的无源补偿方法及链路。

本发明提供的光纤链路包括第一通信点、第二通信点、n段同型号光纤及n+1个波长转换器；n为非零偶数；

n根光纤布设于第一通信点与第二通信点之间，且两根相邻光纤之间通过一个波长转换器连接；

且第1段光纤的长度与第2段光纤的长度相等，第3段光纤长度与第4段光纤的长度相等，以此类推，第n-1段光纤长度与第n段光纤长度相等。

进一步，第一通信点与第二通信点之间为单纤双向光通信；

在光信号上行方向上：第一通信点用于发送波长为λ1的光信号；第1段光纤上传输的光信号波长为λ1，第2段光纤上传输的光信号波长为λ2；第3段光纤上传输的光信号波长为λ3，第4段光纤上传输的光信号波长为λ4；以此类推，第n-1段光纤上传输的光信号波长为λn-1，第n段光纤上传输的光信号波长为λn；第二通信点用于接收波长为λn的光信号；

在光信号下行方向上，第二通信点用于发送波长为λn-1的光信号；第n段光纤上传输的光信号波长为λn-1，第n-1段光纤上传输的光信号波长为λn；第n-2段光纤上传输的光信号波长为λn-3，第n-3段光纤上传输的光信号波长 为λn-2；以此类推，第3段光纤上传输的光信号波长为λ4，第4段光纤上传输的光信号波长为λ3；第1段光纤上传输的光信号波长为λ2，第2段光纤上传输的光信号波长为λ1；第一通信点用于接收波长为λ2的光信号；

其中，λ1与λ2互为色散互补波长对，λ3与λ4互为色散互补波长对，λ5与λ6互为色散互补波长对，以此类推，λn-1与λn互为色散互补波长对；波长互为色散互补波长对的光信号在一定长度的同型号光纤中传输的色散系数大小基本相等，符号相反。

进一步，第一通信点与第二通信点之间为双纤双向光通信；

在光信号上行光纤中：第一通信点用于发送波长为λ1的光信号；第1段光纤上传输的光信号波长为λ1，第2段光纤上传输的光信号波长为λ2；第3段光纤上传输的光信号波长为λ3，第4段光纤上传输的光信号波长为λ4；以此类推，第n-1段光纤上传输的光信号波长为λn-1，第n段光纤上传输的光信号波长为λn；第二通信点用于接收波长为λn的光信号；

在光信号下行光纤中，第二通信点用于发送波长为λn-1的光信号；第n段光纤上传输的光信号波长为λn-1，第n-1段光纤上传输的光信号波长为λn；第n-2段光纤上传输的光信号波长为λn-3，第n-3段光纤上传输的光信号波长为λn-2；以此类推，第3段光纤上传输的光信号波长为λ4，第4段光纤上传输的光信号波长为λ3；第1段光纤上传输的光信号波长为λ2，第2段光纤上传输的光信号波长为λ1；第一通信点用于接收波长为λ2的光信号；

其中，λ1与λ2互为色散互补波长对，λ3与λ4互为色散互补波长对，λ5与λ6互为色散互补波长对，以此类推，λn-1与λn互为色散互补波长对；波长互为色散互补波长对的光信号在一定长度的同型号光纤中传输的色散系数大小基本相等，符号相反。

进一步，所述波长转换器用于接收其一侧光纤传来的光信号，将光信号转换为另一波长的光信号并将转换波长后的光信号传输到该波长转换器另一侧的光纤上；

所述波长转换器还接收所述另一侧光纤传来的光信号，将光信号转换为另 一波长的光信号并将转换波长后的光信号传输到所述一侧光纤上。

进一步，光纤长度的典型值为100km或80km或50km或40km或25km或20km。

进一步，当光纤色散波谱特性曲线上的两个色散系数的斜率差值小于或等于[0.001ps/(nm².km)，0.005ps/(nm².km)]时，认为两个色散系数基本相等。

本发明提供的静态波长交叉的色散补偿方法包括两种。其中一种是针对两个通信点之间通过光纤进行单纤双向通信的情形，具体包括以下步骤：

在两个通信点之间布设n段等长的同型号光纤，n为非零偶数；

在光信号上行方向上：第1段光纤上传输的光信号波长为λ1，第2段光纤上传输的光信号波长为λ2；第3段光纤上传输的光信号波长为λ3，第4段光纤上传输的光信号波长为λ4；以此类推，第n-1段光纤上传输的光信号波长为λn-1，第n段光纤上传输的光信号波长为λn；

在光信号下行方向上，第n段光纤上传输的光信号波长为λn-1，第n-1段光纤上传输的光信号波长为λn；第n-2段光纤上传输的光信号波长为λn-3，第n-3段光纤上传输的光信号波长为λn-2；以此类推，第3段光纤上传输的光信号波长为λ4，第4段光纤上传输的光信号波长为λ3；第1段光纤上传输的光信号波长为λ2，第2段光纤上传输的光信号波长为λ1；

其中，λ1与λ2互为色散互补波长对，λ3与λ4互为色散互补波长对，λ5与λ6互为色散互补波长对，以此类推，λn-1与λn互为色散互补波长对；波长互为色散互补波长对的光信号在一定长度的同型号光纤中传输的色散系数大小基本相等，符号相反。

另一种是针对两个通信点之间通过光纤进行双纤双向通信的情形，也就是说在一根光纤中只传输上行的信号，另一根光纤中只传输下行的信号。具体包括以下步骤：

在两个通信点之间布设n段等长的同型号光纤，n为非零偶数；

在光信号上行光纤中：第1段光纤上传输的光信号波长为λ1，第2段光纤上传输的光信号波长为λ2；第3段光纤上传输的光信号波长为λ3，第4段光 纤上传输的光信号波长为λ4；以此类推，第n-1段光纤上传输的光信号波长为λn-1，第n段光纤上传输的光信号波长为λn；

在光信号下行光纤中，第n段光纤上传输的光信号波长为λn-1，第n-1段光纤上传输的光信号波长为λn；第n-2段光纤上传输的光信号波长为λn-3，第n-3段光纤上传输的光信号波长为λn-2；以此类推，第3段光纤上传输的光信号波长为λ4，第4段光纤上传输的光信号波长为λ3；第1段光纤上传输的光信号波长为λ2，第2段光纤上传输的光信号波长为λ1；

其中，λ1与λ2互为色散互补波长对，λ3与λ4互为色散互补波长对，λ5与λ6互为色散互补波长对，以此类推，λn-1与λn互为色散互补波长对；波长互为色散互补波长对的光信号在一定长度的同型号光纤中传输的色散系数大小基本相等，符号相反。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

采用本发明提出的静态波长交叉色散补偿方法无需使用任何色散补偿器，成本较低；可以使每段光纤中上行光信号传输时延与下行光信号传输时延基本抵消，且上行方向或下行方向上的各段光纤的时延也相互抵消，2000km光纤传输的时延不对称差值≈0，能够满足超长距离传输和高速率、大容量的光纤传输系统，尤其能适应高精度时间频率基准信号的传输。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1为型号为g.652光纤色散波谱特性曲线图。

图2为多种型号光纤的色散波谱特性曲线图。

图3为本发明中光纤传输200km的静态波长交叉色散补偿方法原理图。

图4为本发明中光纤传输600km的静态波长交叉色散补偿方法原理图。

图5为本发明波长色散无源补偿的光纤链路实施例的结构图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

在介绍本发明原理之前需要先阐述光纤色散波谱特性。

图1展示的是型号为g.652的光纤色散波谱特性。我国已经建设的光缆网络中95﹪为g.652光纤。

产生色散的原因有多种，其中主要是材料色散与波导色散，总色散是多种导致色散产生的因素的叠加。从图中可以看出，波长为1310nm的光在g.652光纤中传输时，总色散为0，我们将1310nm称为g.652光纤的零色散波长λ0。λ＞λ0的区域为反常色散区域，λ＜λ0的区域为正常色散区域。

以零色散波长为中心以基本相等的偏移量向反常色散区域、正常色散区域搜寻，必然可以找到一对波长λ+、λ-，波长为λ+的光信号在一定长度此类光纤中的色散系数与波长为λ-的光信号在同样长度此类光纤中的色散系数大小相当，符号相反，我们将这样一对波长称为色散互补波长对。当光纤色散波谱特性曲线上的两个色散系数的斜率差值小于或等于[0.001ps/(nm².km)，0.005ps/(nm².km)]时，认为两个色散系数基本相等。

对于g.652光纤来说，λ+＝λ0+20nm＝1330nm，λ-＝λ0-20nm＝1290nm。反常色散区色散系数d(λ+)＝d(1330nm)＝+2.005ps/(nm.km)；正常色散区色散系数d(λ-)＝d(1290nm)＝-2.004ps/(nm.km)。

这样的波长对还存在于其他波段中，例如对于g.652光纤来说，s波段 (1450nm～1530nm)的中心标称基准参考波长λto1，或c波段(1530nm～1560nm)的中心标称基准参考波长λto2，或l波段(1565nm～1624nm)的中心标称基准参考波长λto3等。色散互补波长对是相对称于所述中心标称基准参考波长的等时延差值(即两者的时延差值＜50ps/100km)的光波对。本实施例选用的色散互补波长对都是位于800nm～1620nm波段范围内的。(λto1、λto2……λton中心标称其基准参考波长又称精密时间间隔导频，专用于每根光纤时实在线监测和自动锁定及均衡补偿控制)

如图3所示，在通信a点与通信b点之间布设有两根长度均为100km的g.652光纤。两根光纤通过波长转换器c连接。通信点a和通信点b之间采用单纤双向方式进行通信。上行光信号与下行光信号通过波分复用的方式存在于同一根光纤中。波分复用可以是粗波分复用(cwdm)，也可以是密度波分复用(dwdm)。

通信a点发送波长为1330nm的光信号，波长转换器c将其转换为1290nm的光信号后发送至通信b点。

同时通信b点发送波长为1330nm的光信号，波长转换器c将其转换为1290nm的光信号后发送至通信a点。

为了说明本发明提出的静态波长交叉色散补偿方法能够实现色散自动抵消，现通过参数计算进行证明：

反常色散区色散系数d(λ+)＝d(1330nm)＝+2.005ps/(nm.km)；

正常色散区色散系数d(λ-)＝d(1290nm)＝-2.004ps/(nm.km)；

光纤传输距离l＝200km。

那么

100km反常色散τ(λ+)＝τ(1330nm)＝d(λ+)×100km＝+200.5ps/nm(1)；

100km正常色散τ(λ-)＝τ(1290nm)＝d(λ-)×100km＝-200.4ps/nm(2)；

τ(λ+)+τ(λ-)＝+200.5ps/nm-200.4ps/nm＝0.1ps/nm(3)。

在200kmg.652光纤中，先采用波长λ＝1330nm的光信号传递100km后，再采用波长λ＝1290nm的光信号传递100km，那么200km光纤传递的色散积累为0.1ps。可以认为光路时延差值几乎为0，(注：其他光波对信号的色散积累可能大于0.1ps)。如果光路不存在时延差值，那么可以认为也不存在色散积累。因此，两段100km的光传输通道的色散积累近似为零。

如果是长度为600km的光纤传递，那么可以分为2段100km的光纤和2段200km的光纤，分别采用两对色散补偿波长对的光信号交叉传递，如图4所示。在该例中，通信点a和通信点b之间采用双纤双向传输的方式进行通信。在信号上行光纤中，第1段100km光纤中传输波长λ1的光信号，第2段100km光纤中传输波长为λ2的光信号，第3段200km光纤中传输波长为λ3光信号，第4段200km光纤中传输波长为λ4光信号，从而实现了信号上行方向上长度600km的光纤传递的色散累积的自动抵消。

在信号下行光纤中，第1段100km光纤中传输波长λ2的光信号，第2段100km光纤中传输波长为λ1的光信号，第3段200km光纤中传输波长为λ4光信号，第4段200km光纤中传输波长为λ3光信号，从而实现了信号下行方向上长度600km的光纤传递的色散累积的自动抵消。

波长λ1与波长λ2互为色散互补波长对，波长λ3与波长λ4互为色散互补波长对。这样，即可实现色散累积的自动抵消，光信号在上行方向及下行方向上的时延差相互抵消，这种色散抵消的方法称为静态波长交叉的色散补偿方法。

在其他实施例中，每段光纤的长度并不一定设为100km，根据实际情况进行调整，但是要保证第1段光纤与第2段光纤尽可能等长，第3段光纤与第4 段光纤尽可能等长，以此类推，第n-1段光纤与第n段光纤尽可能等长。光纤的长度可以设为任意值，经典值为80km或50km或40km或25km或20km均可。

图5是基于静态波长交叉的色散补偿方法的一条具体的光纤链路：包括通信点a、通信点b、6段等长的同型号光纤及5个波长转换器。通信点a和通信点b之间采用单纤双向波分复用的传输方式进行通信。

6段光纤布设于通信点a与通信点b之间，且两根相邻光纤之间通过一个波长转换器连接。

波长转换器用于接收其一侧光纤传来的光信号，按照前述规律将光信号转换为另一波长的光信号并将转换波长后的光信号传输到该波长转换器另一侧的光纤上。

所述波长转换器还接收所述另一侧光纤传来的光信号，按照前述规律将光信号转换为另一波长的光信号并将转换波长后的光信号传输到所述一侧光纤上。

在其他实施例中，光纤的数量不限于6段，波长转换器的数量也不限于5台。可以根据光纤总长度进行调整，只要能够满足光纤数量为n段，波长转换器数量为n+1台即可。

本发明同样适用于型号为g.653、g.655的光纤，参见图2，光纤g.653及光纤g.655的色散波谱曲线形状与g.652类似，都存在一个零色散波长，以及反常色散区及正常色散区。也就是说，不论哪种光纤不论是单纤双向传输还是双纤上行或下行，总可以找到色散互补波长对。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明可以扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。