1、基于 DCF 光纤混合放大器优化方案研究艾=_萋心!射 圉基于 DCF 光纤混合放大器优化方案研究邓大鹏,李洪顺,廖晓闽,杜皓(西安通信学院光通信实验室,西安 710106)摘要:从混合放大器改善 WDM 系统 0SNR 理论出发,介绍了基于色散补偿光纤(DCF)的混合放大器优化方案,得到了 DCF 的最佳色散补偿效率.根据最佳补偿效率得到 80kmG.652 光纤所需 DCF 的长度,利用这段补偿光纤构成 LFA 与原来的 EDFA 构成混合放大器 ,分别考虑两种不同的混合放大器结构,比较了由于光纤插入位置不同得到 0SNR 的变化,得到了一些对今后线路整改有指导意义的结论.关键词:光网络安
2、全;DCF;EDFA;RFA中图分类号:TN929.1l 文献标识码:A 文章编号:10025561(2008)02000703ResearchontheoptimumschemeofthehybridamplifierbasedonDCFDENGDa-peng,LIHongshun,40Xiao-min,D【,HaO(OpticalCommunicationLaboratory,XianCommunicationInstitute,Xian71O1O6,China)Abstract:BasedontheOSNRimprovedtheory,Theoptimumschemeofthehybri
3、damplifierbasedondis?persioncompensationfiber(DCF)isintroduced.Thebestefficiencyofdispersioncompensationofthefibercableayeachieved.ThecondignlylengthofDCFfor80kmG.652basedonthebestefficiencyofdispersioncompensationischosen.LFAcomposedofthissegmentcompensationfiberisassociatedwithEDFAtoformHFA.Consid
4、eringtwodifferentconfigurations,thechangeofOSNRbecauseofdifferentinseedpositionisachieved.Someconclusionswhichcanbeusedtoimprovethefibercableinexistenceayeachieved.Keywords:thesecurityofopticalnetworks;dispersioncompensationfiber;EDFA;ramanfiberamplifier1 引言光放大器具有对光信号进行实时,在线,高增益,低噪声,低损耗以及波长,速率和调制方式透
5、明的直接放大功能.是新一代光纤通信系统中不可缺少的关键器件.它既解决了衰减对光网络传输距离的限制.又开创了 1550nm 波段的波分复用,从而使超高速,超大容量,超长距离的 DWDM,全光传输,光孤子传输等成为现实.是光纤通信发展史上的一个划时代的里程碑而目前广泛应用的 EDFA 存在两个不容忽视的问题:增益竞争和增益不平坦【l习.恶意用户可以在发送端,线路中或接收端前的某个位置.提高或者降低某一波道传输信号的光功率.实现在光纤中串扰其它波道信号.通过 EDFA 放大时发生增益竞争来剥夺其它波道(尤其是相邻波道) 信号的光功率.导致接收端光信噪比下降,误码率上升,服务质量降低.严重时会出现服务
6、拒绝采用 RFA/EDFA 组成的混合放大器收稿日期:20071016.基金项目:某基金项目资助.作者简介:邓大鹏(1963 一),男,教授,教研室主任.fHFA)t3以有效地抵制这种降质攻击.而对于 HFA 的具体结构研究还不够深入.下面介绍基于 DCF 光纤的HFA 优化方案的研究.2 混合放大器对 WDM 系统 OSNR 的改善相对 EDFA 来说,喇曼放大器 fRFA1 的泵浦效率要低得多.泵浦激光器的成本也比较高.因此在实际使用中通常和 EDFA 组成 HFA 使用 HFA 的增益为=G?;HFA 的噪声指数主要由 RFA 决定,输出功率主要由 EDFA 提供.在相同配置(相同传输信
7、道,相同输入信号)情况下,使用 HFA 与仅使用EDFA 相比,在接收端可以提高的 OSNR 为41:=101gOSNRHvA=l.(1)其中=RFAG,DFA+NE,NE=2ndA 一 1】.3DCF 光纤最优补偿效率仿真下面在 Rsofi 公司的 OptSim 仿真平台上对 WDM光纤传输系统中 DCF 光纤的最佳补偿效率进行仿真.一一一200S2 盛意臻书 0釜譬量久.:j,jI)(玎,E,驯,仿真实验中每信道采用 7 阶伪随机非归零码,信道速率为 lOGb/s.信道的频率为 1550nm.发送功率为0dBm 仿真时未考虑偏振模色散的影响.从色散角度出发.对于一个高速光纤通信系统希望系统
8、有尽可能小的色散量:但色散减小后.由于相位匹配更容易实现从而使非线性效应尤其是四波混频增强.会对系统性能造成影响.从这个角度出发,又需要光纤有合适的局部色散从而有效抑制非线性效应的产生这就要求对色散补偿效率作进一步研究.DCF 最佳补偿效率仿真原理图如图 1 所示ln/-l在仿真过程中,设补偿效率为,-0=ll,I/JG.652,.052I,DG.分别表示 DCF 和 G.652 光纤色散值 ,k,k 分别表示 DCF 光纤和 G.652 光纤的长度,DCF 光纤放置在 G.652 光纤的末端按照国家 WDM 建议标准.建立了三个跨段.单跨段距离为 80km 的仿真系统.因此 DCF 的长度为
9、 16(km),单跨段的损耗为 16+9.6fdB).调节 EDFA 使其增益正好补偿光纤损耗.:0.751.05,利用 OptSim 仿真平台得到接收端 Q 值随补偿效率的变化曲线.仿真结果表明:接收端 O 值在=0.88 处最大,即最佳色散补偿效率 0.88 左右对于目前传输线路上铺设的 G.652 单模光纤.在色散补偿时.DCF 的长度应按照该补偿效率选择.对于单跨距为 80km 的系统.DCF光纤的最佳补偿长度 14.08km作为色散补偿部分的 DCF 光纤本身是重掺杂光纤.在波长 1550nin 处的损耗系数达到 0.6dB/kin,信号G652DCFG652DCFG652DCF20
10、80巷 206建 204图 1DCF 最佳补偿效率仿真原理图07:5OOOO85O90O9:51OO105色散补偿效率图 2 补偿效率与接收端 OSNR 值关系图遣曩如洲.!;光经过 DCF 光纤必然会有很大的损耗另外.当两段光纤彼此通过连接器或接头连接起来时.模场直径fMFD1 和折射率分布的不同将对接续损耗产生影响.由于模场直径制造偏差.即使对同一家产品也会产生熔接损耗.而且当接续不同光纤类型时.损耗的增加将更加显着如果将 DCF 光纤制成光放大器来补偿信号的损耗和对信号进行放大.就可以实现光信号的透明传输改进的方案不仅仅是将 DCF 光纤敷设在原有的光缆线路上.而且可以在 DCF 光纤上
11、安置泵浦源构成 LFA.LFA 与原来系统的 EDFA 构成混合放大器(HFA)来提高系统性能4 两种不同结构的 HFA 性能优化方案按照上述得到的最佳补偿效率.在单跨距 80km放置 14.08km 的 DCF 光纤保持原有线路上的各个参量不变.其中 EDFA 增益不变.使其正好补偿 80kmG.652 光纤的损耗 16dB 仿真中所用 EDFA 为固定增益型:所用 980nm 泵浦源的泵浦功率为 40mW,内部EDF 光纤的长度为 20m 而在 DCF 光纤上安置1450nm 的泵浦源.使其增益正好补偿 DCF 光纤的损耗 8.448dB 为了抑制双瑞利散射(DRB)噪声.喇曼泵浦源采用双
12、向泵浦方式如何设置其位置使系统性能最优,我们从两个方面进行了对比:一种是将 DCF 光纤分为两个部分.寻找能够得到系统最优性能的 EDF光纤插入位置:另一种是将 EDF 光纤分为两个部分.寻找能够得到系统最优性能的 DCF 光纤插入位置4.1EDF 光纤最佳插入位置仿真实验由两段 DCF 光纤组成的 LFA 和一段 EDF 光纤组成的 EDFA 共同构成一个混合放大器仿真模型如图 3所示.将 DCF 光纤分为两个部分.设前面 DCF 光纤长度占 DCF 光纤总长度的比例为.则前面 DCF 光纤的长度为 14.08a(km).而后面 DCF 光纤长度为 l4.08(-)(km1.利用 OptSi
13、m 仿真平台得到接收端 OSNR 值随的变化曲线仿真结果表明:随着 EDF 光纤插入位置的不同.接收端的 OSNR 存在最优值当 EDF 光纤插入 DCF光纤总长度的 1/3 附近时.得到最大的 OSNR.而将图 3 两个 LFA 和一个 EDFA 组成的混合放大器仿真模型固22.O0219蔫+2821602040 占 08前端 DCF 长度占 DCF 总长度的h9,1图 4 接收端 0SNR 随的变化曲线图 5 由两个 EDFA 和一个 LFA 组成的混合放大器仿真模型2o235Z0蒋 23022522oooo204o6o8前端 EDF 长度占 EDF 总长度的比例图 6 接收端 OSNR
14、随的变化曲线EDF 光纤敷设在 DCF 末端时接收端的 OSNR 最差4.2DCF 光纤最佳插入位置仿真实验由两个分离的 EDF 光纤组成的 EDFA 和由一段DCF 光纤组成的喇曼放大器共同组成的混合放大器仿真模型如图 5 所示各个放大器的泵浦功率和泵浦方式保持与图 3相同.将 EDF 光纤分为 2 个部分.设前面 EDF 光纤长度占 EDF 光纤总长度的比例为 b.则前面 DCF 光纤的邓大鹏.等:基于 DCF 光纤混合放大器优化方案研究长度为 20b(km),而后面 EDF 光纤长度为 20(1 一 fl【m】.利用 OptSim 仿真平台得到接收端 OSNR 值随的变化曲线.仿真结果表
15、明:随着 DCF 光纤插入位置的不同.接收端的 OSNR 存在最优值当 DCF 光纤插入 EDF光纤总长度的 114 附近时.得到最大的 OSNR 而将DCF 光纤敷设在 EDF 末端时接收端的 OSNR 最差从图 4 和图 6 接收端 OSNR 与两种光纤插入位置的关系可以看出.随着前端光纤占总光纤长度的比例的增加,OSNR 均是先上升后下降 .中间存在最优值.而后者的 OSNR 都比前者的 OSNR 的高.这是因为由连个 EDFA 和一个 LFA 能得到更为均匀的信号功率分布.所以当采用 HFA 抵制系统的 QoS 时.优先考虑将 DCF 光纤插入 EDF 中来提高系统的系能5 结束语实验
16、结果表明:在同等条件下.用 DCF 光纤插入EDF 光纤构成混合放大器能得到较为平均的信号功率分布,使接收端 OSNR 得到优化 ,这些对今后线路整改提供了依据.参考文献:1】DENGT,sIyBRAMANIAMS.EvaluationofOpticalAmplifierRo?bustnessagainstCovenQoSAttacksinaPoint-to-PointDWDMLink,Op-ticalSocietyofAmerica,2005C】,OpticalSocietyofAmericaPress,2005.2】DENGT,suBRAMANIAMS.Analysisofopticala
17、mplifiergaincorn-petitionattackinapoint-to-pointWDMLinkM,inOpticomm2002,Proc.SPIE.2002:249-261.3Xggz 鹏, 赵峰,解东宏, 等.混合 RFA/EDFA 与 EDFA 的 QoS 性能比较J.光通信技术,2005.29(10):810.41 王四海,范崇澄.复杂条件下分布光纤拉曼放大器噪声特性的解析表达式J】冲国激光,2002,7:635638.5MOYAMOTOT,TSUZAKIT,eta1.Ramanamplificationover100nnl-bandwidthwitlldispersio
18、nanddispersionslopcompensationforcon-ventionalsinglemodefiberJ.0F2oo2.Tuj7:66-68.6ZHANGzxJINSz,L1UT.OptimumDesignandExperimentRe?searchofNegative-dispersionDCFDiscreteFiberRamanAmplifierJ】.SPIE,2002,4905:0277-0786.优秀论文评选活动公告为推动光通信技术的发展,促进技术交流,活跃学术气氛,广开科研思路,加强科技合作,及时刊登本领域的前沿信息,努力开阔广大科研人员的学术和技术视野.从 2006 年第 1 期开始.本刊每期评选一篇优秀论文,获得优秀论文的作者由本刊给予一定额度的奖金.凡被评定为优秀的论文,除在光通信技术杂志上发表外,还将在本刊网站全文刊登,供学习论文写作的读者参考,借鉴.敬请广大作者积极支持我们的工作.踊赐佳作,与我们共同携手把光通信技术办得更好.光通信技术编辑部2008 年第 2 期兜通信拽书
