Dispersionskompensationsmodul für Langstrecken-DWDM-Systeme

Dispersionskompensationsmodul für Langstrecken-DWDM-Systeme

In den letzten Jahren hat die DWDM-Technologie (Dense Wavelength Division Multiplexing) enorme Fortschritte bei der Übertragungskapazität erzielt, die durch das optische Signalmodulationsverfahren und die Übertragungsbandbreite definiert wird. Da die Übertragungsbandbreite fest ist, sind die zulässigen Dispersionswerte umgekehrt proportional zum Quadrat der Übertragungsgeschwindigkeit. Je schneller die Übertragungsgeschwindigkeit ist, desto wichtiger ist daher die Kompensation der akkumulierten chromatischen Dispersion über die Übertragungsbandbreite. In diesem Artikel werden zwei Arten von Dispersionen vorgestellt und Dispersionskompensationsmodullösungen für Langstrecken-DWDM-Systeme erläutert.

Dispersion im optischen DWDM-Übertragungssystem

Bevor wir uns mit dem Dispersionskompensationsmodul befassen, werden wir zunächst die Dispersionstypen in optischen Übertragungssystemen veranschaulichen. Dispersion wird als Verbreiterung von Lichtimpulsen bezeichnet und ist eine Folge der physikalischen Eigenschaften des Übertragungsmediums. Wenn optische Signale über optische Verbindungen übertragen werden, erfahren unterschiedliche Wellenlängenkomponenten der optischen Signale im Allgemeinen unterschiedliche Ausbreitungszeiten aufgrund der Tatsache, dass eine optische Faser unterschiedliche effektive Brechungsindizes für unterschiedliche Wellenlängen aufweist, was zu einer Impulsverzerrung und -verbreiterung führt. Dieses Phänomen wird als Dispersion bezeichnet. Die Streuung verringert die effektive Bandbreite und eskaliert die Fehlerrate aufgrund einer zunehmenden Intersymbolinterferenz, die zu einem kritischen Faktor geworden ist, der die Qualität der Signalübertragung über optische Verbindungen einschränkt. Es gibt hauptsächlich zwei Arten der Dispersion in der faseroptischen Übertragung, die Polarisationsmodendispersion (PMD) und die chromatische Dispersion (CD).

Chromatische Dispersionsbasis

Die Polarisationsmodendispersion (PMD) ist eine Form der Dispersion, bei der optische Impulse gestreut werden, weil optische Signale mit unterschiedlichem Phasenzustand aufgrund der zufälligen Doppelbrechung von Lichtleitfasern mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten übertragen werden. Während die chromatische Dispersion (CD) eine Form der Dispersion ist, bei der optische Impulse gestreut werden, weil unterschiedliche Wellenlängen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten in optischen Fasern übertragen werden und die Perioden für unterschiedliche Wellenlängen, um dieselbe Entfernung zu durchqueren, unterschiedlich sind. Die chromatische Dispersion ist die bedeutendste Beeinträchtigung, die in Faserübertragungssystemen berücksichtigt werden sollte. Es gibt zwei physikalische Probleme, die für die chromatische Dispersion in optischen Fasern verantwortlich sind: Materialdispersion und Wellenleiterdispersion.

Materialdispersion - Die Materialdispersion erfolgt aufgrund der Tatsache, dass der Kern und der Mantel der Fasern aus dispersiven Materialien bestehen und dies bedeutet, dass der Brechungsindex frequenzabhängig ist. Die Materialdispersion ist der Hauptbestandteil der chromatischen Dispersion für die meisten Fasern.

Wellenleiterdispersion - Die Wellenleiterdispersion wird durch die physikalische Struktur des Wellenleiters verursacht und ist wellenlängenabhängig. Je größer die Wellenlänge ist, desto stärker breitet sich die Grundschwingung vom Kern in den Mantel aus. Die Wellenleiterdispersion ist wichtig bei Wellenleitern mit kleinen effektiven Modenbereichen, wie beispielsweise optischen Einmodenfasern.

DCM - Lösungen für die chromatische Dispersionskompensation

Heutzutage gibt es verschiedene Verfahren, die eine Dispersionskompensation in Lichtwellenleitern ermöglichen, wie z. B. ein Dispersionskompensationsmodul (DCM), eine Dispersionskompensationsfaser (DCF), einen typischen Bragg-Gitter-Betrieb und ein gechirptes Faser-Bragg-Gitter usw. Für Lichtwellenleiter mit hoher Bitrate (z. B. Das Dispersionskompensationsmodul für 10G- oder 40G-Bit / s-Fernübertragungssysteme ist einer der wichtigsten Punkte für die chromatische Dispersionskompensation. Das Dispersionskompensationsmodul kompensiert die kumulative Dispersion in einer Einmodenfaser und ein Dispersionskoeffizient wird verwendet, um den Dispersionswert zu charakterisieren. Der Wert für normale Singlemode-Fasern liegt bei +16 bis 17 ps / (nm * km) bei 1550 nm. Um dies richtig zu handhaben, wird das DCM mithilfe einer speziellen dispersionskompensierenden Faser im Modul hergestellt, die einen negativen Dispersionskoeffizienten zwischen -30 und -300 ps / (nm * km) aufweist.

Anwendungsfallstudie für das Dispersionskompensationsmodul

Zum Beispiel beträgt die kumulative Dispersion für eine Faserlänge von 10 km + 160-170 ps / nm. Um diese Dispersion zu kompensieren, wird der Verbindung ein DCM-Modul mit einer bestimmten und berechneten Faserlänge hinzugefügt zielte darauf ab, die Gesamtdispersion nahe 0 ps / (nm * km) zu reduzieren.

Wie unten zu sehen ist, beginnt sich das Signal zu zerstreuen, sobald es die Quelle verlässt, was bedeutet, dass es auf der Empfängerseite nicht erkannt werden kann. Mit einem DCM-Modul können die verlorenen Signale jedoch kompensiert werden, bevor der Empfänger die Glasfaserdispersion wirksam neutralisieren kann, was schließlich den normalen Betrieb gewährleistet und eine zuverlässige Langstreckenübertragung gewährleistet.

Anwendungsfall des Dispersionskompensationsmoduls

Abbildung 1: Anwendungsfall von DCM

Typischerweise liefert ein DCM-Modul eine feste Menge an Dispersion (z. B. normale Dispersion im 1,6 & mgr; m-Spektralbereich), obwohl auch abstimmbare Dispersionsmodule verfügbar sind. Ein Modul kann einfach in eine Glasfaserverbindung eingefügt werden, da es über Glasfaseranschlüsse für den Ein- und Ausgang verfügt. Die Einfügungsverluste können mit einem Faserverstärker (z. B. einem EDFA in einem 1,5-μm-Telekommunikationssystem) kompensiert werden. Ein Dispersionskompensationsmodul wird häufig zwischen zwei Faserverstärkern in einem Langstrecken-DWDM-System angeordnet.

Passive DCM-Lösung auf FOCC DCF-Basis

Die Dispersionskompensationsmodule sind Bausteine des optischen FOCC-CWDM- und DWDM-Transportsystems und dienen an optischen Kommunikationsknoten zur Bereitstellung einer negativen chromatischen Dispersion, die als Impulsausbreitungsphänomen bekannt ist und die hohe Bitrate und maximale Übertragungsentfernung von Lichtwellenleitern begrenzt.

Abbildung 2: DCF-basiertes passives DCM

Die oben gezeigten passiven Dispersionskompensationsmodule auf FOCC-DCF-Basis bieten individuelle Kompensationsstufen, einen niedrigen Polarisationsmodus und eine Breitband-Dispersionskompensation. Sie sind in allen Arten von 10-Gbit / s-DWDM-Systemen weit verbreitet. Wir bieten auch Dispersionskompensationsmodule für die 19-Zoll-Rackmontage mit 1U an, mit denen die chromatische Dispersion von Datenraten von 10 Mbit / s bis 40 Gbit / s in kohärenten Netzen wie SDH / SONET, CATV und DWDM-Systemen kompensiert wird. Diese Module erreichen Dispersionswerte von -10 bis -2100 ps / nm bei einer Wellenlänge von 1550 nm und bieten eine hochgradige Kompensation für Standard-Single-Mode-Fasern (SMF28 - G.652-Fasern) über das gesamte C-Band hinweg, während sie extrem niedrig und flach bleiben Einfügedämpfung sowie geringe Latenz. In Kombination mit EDFA und OEO bietet DCM eine einfache, zuverlässige und kostengünstige Lösung für den Langstreckentransport, mit der Signale ohne Regeneration weitergeleitet werden können.