色散补偿技术--超长距离波分传输的关键技术及增值服务
色散补偿和色散斜率补偿技术
第一代DWDM系统的每个信道的传输速率是2.5Gbps，由于OSNR容量的限制，传输距离一般是640km（8×80km），且不对光纤进行色散补偿。对于最常用的G.652光纤，在1550nm传输波长附近的色散系数约为17ps/nm/km。所以640km光纤所累积色散量约为11000ps/nm，这基本上达到了2.5Gbps传输速率的色散容限。当单信道速率提升至10Gbps，外调制10Gbps光信号的色散容限典型值约为1000ps/nm。因此对于无色散补偿的G.652光纤，色散受限距离是60km，这远小于20dBOSNR容限所允许的640km的传输距离，表明此时传输是色散受限的，必须进行色散补偿。20世纪90年代中期开发的色散补偿光纤（DCF）在完成该项任务中扮演了主要角色。目前，基于10Gbps的LHDWDM链路都须进行色散补偿，即在每个（或几个）光纤跨段的输出端放置用DCF制成的色散补偿模块（DCM），周期性地使光纤链路上累积的色散接近零，因此对于单信道10Gbps的短距离SDH或WDM传输，光纤的色散效应不再成为问题。此外，在长距离传输中还必须考虑到光纤对不同信道的色散存在斜度这一问题。在常用的光纤通信窗口内，光纤的色度色散明显地随波长而变化，以G.652光纤为例，在1530nm处色散系数约为15.5ps/nm/km，在1565nm处约为17.6ps/nm/km，色散斜率（定义为色散系数对波长的微分）约为0.06ps/nm2/km。对于LEAF光纤，其色散斜率为0.085ps/nm2/km。假设宽带色散补偿器件对所有C－band信号的色散补偿量是一样的，则经10段80公里G.652光纤段传输后，红端信号光（1565nm）所积累的色散将比蓝端（1530nm）多1700ps/nm，导致边缘信道处于色散容限的边缘。所幸的是，目前开发出了多种斜率补偿型色散补偿光纤（DCF），可用于补偿G.652光纤和其他数种新型非零色散位移光纤（NZ－DSF）的色散斜率。若采用60％斜率补偿，则经过800公里G.652光纤段传输后，C－band的红端和蓝端之间的色散差异可降低到680ps/nm，进而将总色散控制在前面提到的色散容限窗口内。理想情况下，采用100％斜率补偿可以使C－band的红端和蓝端之间的色散差异基本消失，假若如此，即使是非常长的ULHDWDM传输，色散斜率也不再成为问题。
另一方面，由于制造误差、色散斜率与波长相关等多种因素，DCM的色散斜率指标总是存在10％的误差，即使100％斜率补偿型DCM也是如此。以此数据估算，经过30×80km的G.652光纤跨段传输后，即使采用100％斜率补偿DCM，C－band内不同信道的积累色散量之间的差异将达到500ps/nm，这必然为边缘信道带来额外的系统代价。
当然，不是所有的DCM的色散斜率失配都可以如同上述计算那样简单地线性累加起来，特别是当光纤链路有很多跨段和DCM时，一些色散失配量会相互抵消。但上述估计足以说明：
（1）在ULH传输中DCM和传输光纤之间色散斜率匹配是非常重要的；（2）100％斜率补偿亦有局限性；（3）在接收端保持大的色散容限是至关重要的。 非线性效应对色散补偿的影响 前面谈到外调制10Gbps系统的色散容限约为1000ps/nm，这实际上是无啁啾非归零码（NRZ）在背靠背情况下的色散容限数据，经过ULH传输后，NRZ码的色散容限将大大降低，这主要是由于光纤非线性效应特别是自相位调制（SPM）造成的。
对于NRZ信号，背靠背情况下引起2dBOSNR代价的色散容限为2400ps/nm。经每段都为100％色散补偿的30段80公里G.652光纤传输后，色散容限减至600ps/nm，色散容限窗口的中心也移至600ps/nm处。如果进一步增大入纤光功率或增加光纤跨段数目，色散容限窗口会变得更窄，并进一步向积累色散增加的方向移动。根据理论数据并考虑DCM的色散斜率指标的10％误差可以推断出，即使C－band中心信道处被精确地补偿到色散容限窗口的中心位置，边缘信道仍会引起1.5dB的OSNR代价，在LEAF中则将引起3dB的OSNR代价。实际情况中由于光放大器的增益波动、Raman倾斜和其他工程问题，每信道的入纤光功率是无法严格控制的，色散容限窗口的中心会随着入纤光功率的变化而左右平移，进一步使可用的色散容限窗口变窄。再者光纤的色散也随着时间和环境的变化而变化，这些因素导致了最佳色散补偿点（即色散容限窗口的中心）总是在一个范围内漂移，使得ULH传输的色散补偿变成一项极其艰难的工作。此外，如果线路上的色散补偿不精确，SPM会导致更大的信号失真，并且该失真无法完全地被纠正回来。
综上所述，NRZ码型并不适合用于ULH传输。要克服上述SPM效应积累对色散容限和传输距离的影响，可行方案之一就是采用特殊的码型调制技术，以减缓SPM效应的积累并改善传输后的色散容限。
其他色散补偿器件和方案 斜率补偿DCF目前已获广泛应用，并通过网上应用验证，因此是实现色散补偿的优选方案。斜率补偿DCF的优点是带宽不受限制，易于获得，稳定性高。但缺点是非线性效应较明显，输入光功率不能过高，此外插损也较大。因此，在应用于G.652光纤时，一般需要两个EDFA实现两级放大，而将斜率补偿DCF置于两个EDFA中间，这增加了光放大器的成本。 不但如此，利用DCF制成的DCM的色散量不可调。不同类型的光纤也需要不同类型的DCF，而且不是所有的DCF都能实现100％的斜率补偿。即使100％斜率补偿的DCF能方便地获得，在接收端或传输线路中的OADM节点，仍需要色散补偿措施有一定的灵活性，比如色散补偿量能自动调整或自动优化等。 鉴于基于DCF的色散补偿方案的缺点，人们在研制色散可调DCM方面进行了大量的尝试。下面两种技术具有比较好的经济效益。
--基于标准具的可调色散补偿方案。利用GT干涉仪，使光信号中不同的光谱分量所传输的光程不同，产生周期性的色散效果。当该色散周期与信道间隔匹配时，该方案可同时补偿所有WDM信道的色散。从原理上讲，调整路径长度和微分路径长度即可实现色散补偿量及斜率的调节。但是该方案利用了较高的多重衍射级次，因此插损很高；带内色散比较大，这也是个问题；此外色散斜率的调节也比较困难。
--啁啾布拉格光栅（FBG）。FBG也是一种干涉型器件。与标准具可调色散补偿方案不同，FBG是一种窄带器件，需要多个FBG器件才能使色散补偿范围覆盖整个C波带。温度调节和应力调节都可实现色散调节。 尽管呼声甚高，上述两种方案还未开发出成功的商用化产品，目前尚不能取代DCF付诸应用。此外，除了色散可调DCM技术外，分别或联合应用以下两种技术的，也可以实现色散补偿的灵活性或色散容限的提高。
>在发射侧
--选用光谱效率高的调制格式如双二进制码等，这些码型具有更大的色散容限。但是用于ULH传输时，这些码型是否具有减缓SPM及其他非线性效应的能力也是要纳入考虑的重点问题，因为经光纤传输后色散容限与SPM等非线性效应有关。
>在接收侧
--以各种非线性均衡方案为基础的电色散补偿（EDC）可提供对单通道的色散补偿。研究结果表明，当用于ULH传输时，EDC可在接收侧将色散容限提高40％？80％。 斜率补偿是ULH传输的色散补偿中非常重要的组成部分，对G.652、LEAF和TWRS等广泛采用的传输光纤目前都有相应的100％斜率补偿DCF，使得ULH传输的色散管理成为可能。传输光纤非线性效应积累会对色散容限造成危害，可以采用特殊码型调制技术来克服上述问题。目前我们正在考虑采用EDC等新兴技术以使ULH传输的色散补偿更具灵活性。
