10G DWDM/OTN系统DCM色散补偿

尽管当前主流的DWDM/OTN网络是100G+，通过相干技术，DSP算法的电域补偿，已经完全不需要再考虑色散配置，但实际网络中依然存在不少尚在运行的10G系统，在日常维护及可能的网络扩容时，依然要考虑色散的配置问题。

由于40G的DWDM/OTN产品在实际网络中几乎不存在，本文主要针对10G的OTN系统，使用DCF反色散光纤补偿方式的介绍。

色散基础理论适用于任何DWDM/OTN系统，只是在40G，或10G/100G混传等场景需要增加其他考量。

色散相关知识，我在文章OTN 基础-DWDM 光纤传输原理中有相关介绍。本文也会将色散的基础知识做一些简单介绍。

一、色散补偿的基本原则

• 优先欠补偿，整体必需欠补偿。
• 整体尽量均匀补偿。

二、色散常识

• 是线性的，可预测的，可逆的。

  这是色散能够补偿的根本原因，无论是传统的DCF方式还是100G+的算法补偿。

  正如彩虹现象，白光经过色散作用，变成多彩光，反过相应的多彩光也能在反色散作用下合成一束白光。

• 是累积的

  在经过多个光缆跨段时，色散会线性累积。

• DCF更易产生非线性

  DCF反色散光纤有着更小的截面，意味着更容易产生非线性效应。

  非线性与色散共同作用下，光信号很可能变得不可逆。

• 插损

  色散模块额外引入的一定长度的光纤，以及模块出入接口，会引入较大的光功率损耗，一般为3~10dB。

• 色散入纤功率

  色散入纤功率应当小于0dB,尽量小于-3dB。具体数值不同系统场景可能有所区别，但总之，不能过大。

• 不能置于拉曼放大器泵浦方向

  例如在收端的反向拉曼处，光缆不能先进入色散再进拉曼。应当先进拉曼，色散位于拉曼放大器之后。

三、色散分类

1. 模间色散
   或称作模式色散。主要存在于多模光纤中，因此多模尾纤传输距离很短。DWDM 系统不在多模光纤中工作，无需考虑。
2. 色度色散
   不同频率成分在光纤中传输速度不同导致。这是 DWDM 系统中主要考虑的色散。
3. 偏振模色散（PMD）
   由光纤的几何不对称性和应力引起，两个正交偏振模的到达时间差。在 40Gbit/s 速率系统中，PMD 的影响不容忽视。主要通过生产和施工工艺解决，设备侧仅能依赖FEC纠错技术辅助解决。

四、色散补偿术语

• 预补偿
  在光信号没有进入光缆前，即还没有发生色散时，进行的提前补偿。
• 线路补偿
  在光缆路线中进行的色散补偿。通常是在线路中间的OLA站点，色散模块放置在PA和BA之间。
• 后补偿
  经过光缆传输后的信号，在进入OTM站点时进行的补偿。色散模块通常位于PA之前，如果是PA+BA二级放大，则放置在它们之间。
• 残余色散
  线路经过所有色散补偿后，所剩余的色散量。
• 欠补与过补
  如果补偿色散大于线路实际色散，即残余色散值为负，则称为"过补偿"；如果补偿量小于实际光缆色散量，即残余色散为正，则称为"欠补偿"。

五、色散量的计算

1. 色散系数

   • G.652
     在波长1550nm处，色散系数约为17ps/nm·km。工程中以17ps/nm·km进行计算。
   • G.655
     在波长1550nm处，色散系数约为4.2ps/nm·km。工程中以6ps/nm·km值进行计算。
   • DCF光纤
     DCF是负色散光纤，假设某型号DCF光纤色散系数为-170ps/nm·km,则意味着10km长度的DCF光纤，可补偿100km的G.652光纤或约300公里的G.655光纤。

   即在工程中，G.652的色散值约为G.655的3倍。当工程中使用两种光缆混接时，可以使用这种方法进行便捷计算。也可以使用具体的色散值进行较为精确的计算。

2. 色散容限

   对于光端机或光模块，不同速率，编码方式，型号......，其色散容限不同。具体值需查阅各品牌官方指导说明书。

   例如某光模块色散容限为12800ps/nm，在G.652光缆中，其受限传输距离为12800/20=640km。即在光功率，信噪比能够达标的情况下，无色散补偿最远传输距离为640km。

如果色散容限是800ps/nm，则无补偿最远传输距离为40km。

3. 计算方式

   • 同类型光缆
     方便起见，一般直接使用km进行计算。例如光缆距离110km，配置了100km的色散，我们说欠补了10km。
   • 混传光缆
     混传光缆一般直接使用色散单位ps/nm进行计算。当然你也可以自己转化为距离单位km后与用户交流沟通。

六、色散补偿原则

1. G.652光缆，NRZ编码，10G速率，800ps/nm容限（40km）。

   • 小于800km时。欠补偿10~30km。
   • 大于800km，40波系统，欠补偿30~50km。
   • 大于800km，40波系统，欠补偿10~30km。
   • 大于1200km时，需考虑PMD色散。

2. G.652光缆，NRZ编码，10G速率，400ps/nm容限（20km）。

   • 小于800km时。欠补偿0~20km。
   • 大于800km时，欠补偿10~30km。
   • 大于1200km时，需考虑PMD色散。

3. G.652光缆，NRZ编码，10G速率，800ps/nm容限（133km）。

   • 小于480km时，可使用G.652色散（3倍关系）。
   • 大于480km时，只能使用G.655色散。
   • 欠补90~110km（对应G.652的30-37km）。

4. G.652光缆，NRZ编码，10G速率，400ps/nm容限（66km）。

   • 只能使用G.655色散，欠补40~60km。 对应G.652的13-20km。

5. 混传，NRZ编码，10G速率，800ps/nm容限（40km）。

   • 优先完全补偿G.652的色散，再补偿G.655的色散。
   • 欠补量以G.652为参考。

七、补偿模块分布

单纯的色散是可逆的，即色散补偿可以在任意位置。

在DWDM/OTN系统中，因为非纯性效应存在，理想状态是色散均匀补偿，但受限于站点分布不可控和非线性，只能尽量均匀。

1. 预补偿。不区分光缆。

   • 不使用预均衡功能的合波板时，最多补偿40km。
   • 使用预均衡功能的合波板时，最多补偿20km。（通常，可以只用这一条就行）
   • 超长跨段时，可能大于40km，且尽可能的大。

2. 中间站点OLA

   • 如果过补，小于80km。（推荐）
   • 如果欠补，小于80km。
   • 混传，OLA在G652部分，过补小于80，欠补小于60。
   • 混传，OLA在G655部分，过补小于200，欠补小于133。
   • 方便起见，你可以记忆为，在OLA站点，过补偿小于60km即可。
   • 通常，在使用OLA时意味着光缆距离较长，建议在OLA过补。
   • 如果光缆不长，只是衰耗大而配置OLA，则整体考虑。

八、配置示例

配置前，请关注各品牌厂家可提供的色散模块型号，即公里数，光纤型号，插入损耗等。

例1：G.652光缆，小于10km。

不补偿。如果是多跨段，在其他段把该段色散考虑进去补偿。

例2：G.652光缆，80km。

• 欠补偿（推荐） 。
  补偿方案：10+60。
• 完全补偿（不优先）
  补偿方案：20+80或0+80。
  性能低于欠补。多跨段时，结合实际情况可考虑。
• 过补偿（不推荐）
  补偿方案：10+80。
  除特殊情况，一般不过补。

例3：G.652光缆，70+80km，有OLA。

－ 补偿方案：20+60+60。推荐 。

关键点在于OLA处为色散过补，但整体欠补。具体配置数值可以参考前面说明。

－ 10+60+60，不优先。

－ 10+60+80，完全补偿，不优先，性能低于前面两个。

非特殊情况，整段不过补。

例４（特殊）：G.652超长跨段，230km。

假设光功率能够满足的情况下。

• 方案１：120+80或120+100。推荐。

请注意，此处违反了前面的规定------预补偿必需小于40km。

• 方案２：80+120，60+140......
  不推荐，性能不好，或者完全不通。
  该场景下，发端尽量使用大色散。

九、总结

本文对使用DCF反色散光纤，如何补偿10G DWDM/OTN系统色散做了介绍。色散方案是综合考虑色散，衰耗，非线性三者结合的结果。

如果你对某些色散配置感到疑惑，通常是因为非线性因素导致的配置变化。在某些极端情况下，可能要牺牲一些性能来避免严重的非线性。