一种波分复用光传输系统中精确调整色散补偿的方法

摘要

本发明涉及一种波分复用光传输系统中精确调整色散补偿的方法，发送端OTU单元对需要传送到线路上的数字电信号进行FEC编码，经过WDM线路传输后，接收端OTU单元内FEC解码芯片对接收到的数字信号进行FEC解码，所述解码芯片对错误码字进行实时统计，确定在当前一较短时间段内产生的0纠错和1纠错的数量。位于接收端OTU单元之前的TDC器件负责对线路传输中的色散进行补偿，FEC解码芯片向TDC反馈纠错计数，TDC的CPU根据误码纠错的统计信息可以实现对线路色散补偿量的动态控制。

说明书

技术领域

本发明涉及一种波分复用光传输系统中精确调整色散补偿的方法，以改善现有波分系统中色散补偿无法自动适应线路变化的状况。

背景技术

目前，DWDM(Dense Wavelength-Division Multiplexing密集波分复用)设备已经广泛应用于各级传输网络的建设，从骨干网络到本地及城域核心网络DWDM通信平台所占比重越来越大，越过SDH(Synchronous Digital Hierarchy同步数字体系)层，直接实现IP业务在WDM(Wavelength-Division Multiplexing波分复用)网络上传输的呼声越来越高。超长距离WDM设备的大量商用以及80×40Gbit/s波分系统的面世基本上解决了大容量、高速率、长距离的应用需求，而ROADM(Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexer可重构光分插复用器)设备的出现也使WDM设备组网从简单的点对点拓扑过渡到环网拓扑、两环相交拓扑以及更复杂的格形组网，最终将实现网状网拓扑。ROADM设备应用中，网络变化更加频繁，对每个波道而言，一旦发生起止节点的变化，影响通信质量的例如损耗、色散等物理量也会产生较大差异，因此，对于ROADM设备组成的网络，势必要有更加机动灵活的色散补偿的解决方案。此外，尤其40Gbit/s信号对于色散补偿的精确度提出了更高的要求，线路的轻微色散变化都可能造成接收信号误码甚至中断。

光纤的色散可分为模式色散、材料色散、波导色散和偏振模色散。对于WDM系统而言，由于不同波长的光脉冲在光纤中具有不同的传播速度，各个波长的色散受限距离会存在差异。目前2.5Gbit/s信号在G.652光纤中色散受限距离可达640KM，基本上不需考虑色散的补偿，10Gbit/s光源的色散容纳值约1600ps/nm，相当于G.652光纤80km的传输距离，40Gbit/s光源的色散容纳值约60ps/nm，相当于G.652光纤3km的传输距离，超过色散受限传输距离时必须对光纤中的色散进行补偿。

目前，对色度色散的补偿技术主要有段内固定色散光学补偿、电域色散补偿、自适应色散补偿等，其中段内固定色散光学补偿时补偿元件主要有DCF(DispersionCompensation Fiber色散补偿光纤)和FBG(Fiber Bragg Grating光纤布拉格光栅)补偿元件。补偿元件通常具有很大的负色散系数，可以达到100ps/nm/km。现在DCF已经得到大量商用。DCF技术相对成熟、简单，适合长距离补偿，具有可控色散补偿量、较强的升级潜力、足够大的带宽、对传输格式和比特率透明、与WDM兼容、性能稳定等优点，因而采用DCF进行色散补偿具有明显优势，得到广泛运用。针对G.652和G.655等不同型号的光纤，分别有不同的色散补偿光纤与之对应。但在实际应用中，这种补偿方案也存在着一定的问题，即补偿元件的色散值是固定的，而各段光纤的色散很难在本段内得到精确补偿，同时，光纤的实际色散也随着时间不断变化例如温度的变化而改变色散量(光纤零色散波长随温度变化的漂移量为0.03nm/℃)。此外，传输段内也会存在信号倒纤的操作，即使光信号仍然在同一光缆中但不同纤芯中传输也会有色散差异，所有这些因素都将影响这种固定色散补偿方案的效果，特别是对于40Gbit/s信号。因此，现在对高速率长途传输系统特别是40Gbit/s传输系统进行动态色散补偿即可调谐色散补偿(TDC)非常有必要。

可调色散补偿器件可以进行很精确的色散补偿，目前该产品商用化程度较好，可以完全实现80km以内的各类光纤的色散补偿。通过对发送端的脉冲信号处理，也能改善光脉冲的啁啾和色散性能，从而增加无色散补偿的光传输距离，满足城域网的传输要求，该方法不需另外增加色散补偿器件，可以节约成本和简化系统结构。目前有多种实现技术，基本上都可以做到较大的色散补偿量和灵活的补偿控制。

在利用TDC等可调色散补偿元件进行精确色散补偿时，往往是先利用色散测试仪表测量线路的实际残余色散量，然后人工控制TDC器件调整色散补偿量进行精确色散补偿，这对于解决40Gbit/s信号静态情况下的色散补偿非常有效，但是在线路发生变化时，例如由ROADM产生波长调度而传输路径发生变化，倒纤，不同路由的保护倒换，甚至长时间光缆老化产生色散系数变化，这时无法做到实时响应这些变化从而在第一时间保障业务可靠性，而必须依赖人工通过对线路色散量进行再次测试后对色散补偿光纤或TDC器件进行控制调整来适应这些变化。现在对业务可靠性的要求越来越高，类似这样的色散补偿解决方案已经不能快速响应线路变化，无法保障业务的可靠传输，必须采取相应措施进行改善。

在FEC(Forward error correction前向纠错)技术普遍应用的情况下，利用FEC的特性来实现对色散的自动补偿是一种非常经济和易于实现的方式。

FEC技术的原理是在发射端编码时加入检验字节，根据比特相关性，在接收端通过对校验比特进行一定的计算以纠正码流中的错误，从而达到改善系统误码性能的目的。前向纠错(FEC)技术作为超长距离光传输系统的关键技术之一，正被广泛用于现网光传输系统中，在10Gbit/s信号以及更高速率的40Gbit/s信号长距离传输中，FEC功能都已经成为必选项。

FEC技术对信号传输过程中引起的小误码可以进行纠错，如果一个码字“1”在接收时误判为“0”，通过FEC解码可以将其还原为“1”并将对其纠错数目进行统计，将FEC纠错0比特计数值相应加一，同样，如果码字“0”在接收端被FEC解码从“1”纠正回“0”，则FEC纠错1比特计数值对应加一。

在采用FEC技术后，系统接收时能够承受更低的OSNR，对于线路传输过程中因为色散或其他因素造成的线路小误码通过纠错技术进行纠正从而保证业务的正常传输。

发明内容

本发明目的在于提供一种波分复用光传输系统中精确调整色散补偿的方法，该方法基于FEC解码纠错计数结果，更为精确地自动调整WDM传输系统中的光色散补偿。

在信号传输过程中，色散将导致数字信号脉宽变宽，这样对于OSNR(Optical SignalNoise Ratio光信噪比)编码的数字序列而言，过多的色散可能导致“1”脉冲展宽造成其旁边的“0”码字被误判为“1”，从FEC技术对接收信号的解码统计来看，接收信号色散补偿不到位(欠补)时产生的1纠错计数比0纠错计数多，而在补偿过度(过补)时产生的0纠错计数比1纠错计数多。利用FEC纠错的这种特性我们可以大致判断当前接收信号是处于欠补还是过补状态，从而根据这个信息自动控制TDC调整其色散补偿量来适应线路色散的变化。

在利用FEC进行色散补偿调整的WDM传输系统中，发送端OTU(光传输单元)单元对需要传送到线路上的数字电信号进行FEC编码(具体内容见G.709标准)，经过WDM线路传输后，接收端OTU单元内FEC解码芯片对接收到的数字信号进行FEC解码，因为解码芯片能够对传输信号中的错误码字进行实时统计，可以很方便地确定在当前一较短时间段内产生的0纠错和1纠错的数量。位于接收端OTU单元之前的TDC器件负责对线路传输中的色散进行补偿，在线路初配时有一固定补偿量，可以由TDC的CPU来调整其补偿量。而OTU单元的误码纠错统计信息可以由CPU接口单元与TDC的CPU接口单元建立通信连接，TDC的CPU根据误码纠错的统计信息可以实现对线路色散补偿量的动态控制。

基于上述系统，提出一种波分复用光传输系统中精确调整色散补偿的方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤A：FEC解码模块开始进行纠错计数，统计一预定时间段FEC解码的0纠错和1纠错计数值；

步骤B：预定时间段统计结束后，判断当前统计时间段内是否存在FEC纠错，如果没有，则转步骤A重新开始下一次的统计，否则，转步骤C；

步骤C：比较1纠错计数与0纠错计数，如果1纠错计数大于0纠错计数，则判断当前信号色散处于欠补状态，转步骤D，否则，判断当前信号色散处于过补状态，转步骤E；

步骤D：通知TDC模块按设定的色散增加步进值增加色散补偿量；然后转入步骤A重新开始下一次的统计；

步骤E：通知TDC模块按设定的色散减少步进值减少色散补偿量；然后转入步骤A重新开始下一次的统计。

其中，所述步骤A中统计计数值为对应于该TDC单元的所有OTU单元的FEC解码模块在该时间段内解码总的1纠错计数与总的0纠错计数。

当对单波长信号进行TDC色散补偿时，OTU单元与所述TDC单元一一对应。

当对线路复用波长信号进行TDC色散补偿时，一个TDC单元对应于多个OTU单元。

采用这种自动色散补偿控制技术后，设备能够通过FEC的纠错计数很灵敏的得知当前色散补偿是处于欠补还是过补状态并控制TDC器件自动调整色散补偿量使业务传输可靠性得到保证，避免人工干预，缩短色散补偿调整时间。

附图说明

图1为系统实测的色散量与FEC解码纠错计数之间的关系；

图2为WDM信号的传输示意图；

图3为对单波长信号进行TDC色散补偿时的系统收端配置情况；

图4为对线路复用波长信号进行TDC色散补偿时的系统收端配置情况；

图5为OTU单元的纠错计数反馈控制TDC调整补偿量的方式；

图6为FEC纠错计数控制TDC色散补偿调整的流程图。

具体实施方式

以下结合附图，将对本发明所涉及的方法的具体实施例进行更为详细的说明。

本发明所涉及的方法主要基于的系统实测的色散量与FEC解码纠错计数之间存在的关系。在信号传输过程中，色散将导致数字信号脉宽变宽，这样对于OSNR编码的数字序列而言，过多的色散可能导致“1”脉冲展宽造成其旁边的“0”码字被误判为“1”，从FEC技术对接收信号的解码统计来看，接收信号色散补偿不到位(欠补)时产生的1纠错计数比0纠错计数多，而在补偿过度(过补)时产生的0纠错计数比1纠错计数多。利用FEC纠错的这种特性我们可以大致判断当前接收信号是处于欠补还是过补状态，从而根据这个信息自动控制TDC调整其色散补偿量来适应线路色散的变化。其中，系统实测统计的色散量与FEC解码纠错计数之间的关系如图1所示。

在200Km长的G652光纤加40Km色散补偿光纤时线路色散欠补偿160Km，200Km长的G652光纤加80Km色散补偿光纤时线路色散欠补偿120Km，无光纤和色散补偿光纤时色散不欠补也不过补，此时不会有FEC解码纠错计数，只加40Km色散补偿光纤时色散过补40Km。所有线路配置情况下接收OTU的OSNR均在22dB以上，在开FEC情况下OSNR容限可以达到15dB以下。测试误码统计时间为5分钟。所取统计时间段长度可以根据实际需要进行调整。

本发明所基于的WDM传输系统如图2所示，在信号发端，WDM设备OTU单元的业务接口接收需要传送的业务信号，在OTU单元内完成对业务信号的性能监测、复用或映射等处理，然后，OTU单元利用其内置的FEC编码芯片对线路信号进行编码，编码方式遵循G.709建议内容，并在上线路传送之前进行E/O转换，变成特定的波长信号由WDM设备进行波分复用后进入线路传输。在经过光纤线路传输后，接收端通过TDC单元对线路色散量进行补偿，补偿后的信号由各OTU单元接收，因为发端有FEC编码模块，所以收端相应也有FEC解码模块，WDM系统利用FEC编解码来提高传输系统的OSNR冗余度。FEC芯片能够对解码时的0纠错和1纠错分别进行实时计数并上报CPU接口单元。

其中，对于图2所示的WDM传输系统，在针对不同类型的光信号进行TDC色散补偿时，线路配置是不同的。

对单波长信号进行TDC色散补偿时的系统收端配置情况如图3所示；线路中的各波长经DMUX(波长分路器)分路后先进入TDC模块进行色散补偿然后由OTU单元接收，通常用于线路色散斜率较大导致收端可能有些波长欠补有些波长过补的情况或者40Gbit/s及以上的高速率信号。

对线路复用波长信号进行TDC色散补偿时的系统收端配置情况如图4所示，线路中的所有波长信号先经过TDC进行色散补偿后由DMUX分路进入OTU单元接收，这种应用成本相对低的多，主要用于收端色散斜率不太大没有造成既有过补又有欠补的情况。

以上具体说明了本发明所涉及的波分复用光传输系统中精确调整色散补偿的方法的理论基础以及基于的WDM传输系统结构，下面说明该方法的具体步骤。

由于FEC纠错0、1纠错计数与TDC色散补偿是否过补存在如上所述关系。因为线路光纤的色散不能由各段的色散补偿光纤或模块完全精确的进行补偿，位于接收端OTU单元之前的TDC器件负责对线路传输中的色散进行补偿，在线路初配时有一固定补偿量，可以由TDC的CPU来调整其补偿量。在接收OTU单元对线路侧O/E转换后的信号进行FEC解码，带有FEC功能的OTU单元都可以进行FEC的0纠错和1纠错计数，利用FEC解码芯片提供的纠错计数可以很容易判定当前线路的色散是属于过补还是欠补，对这两种纠错计数的实时统计信息可以通过如图5所示的盘间CPU接口单元通信告知TDC单元，而OTU单元的误码纠错统计信息可以由CPU接口与TDC的CPU接口建立通信连接，TDC的CPU根据误码纠错的统计信息可以实现对线路色散补偿量的动态控制。图5说明由OTU单元的纠错计数反馈控制TDC调整补偿量的方式。TDC单元接收到此信息后可以按照预设的色散调整步进对色散补偿量进行调整并根据纠错信息由CPU接口控制TDCM进行补偿调节一直到线路侧FEC纠错消失即线路色散补偿量与线路色散量达到匹配。整个调整方法步骤如图6所示。

步骤501：FEC解码模块开始进行纠错计数，统计一预定时间段FEC解码的0纠错和1纠错计数值；

步骤502：预定时间段统计结束后，判断当前统计时间段内是否存在FEC纠错出现，如果没有，则转步骤501重新开始下一次的统计，否则，转步骤503；

步骤503：判断纠错计数中，1纠错计数是否多于0纠错计数，如果1纠错计数多于0纠错计数，则判断当前信号色散处于欠补状态，转步骤504，否则，判断当前信号色散处于过补状态，转步骤505；

步骤504：通知TDC模块按设定的色散增加步进值增加色散补偿量；然后转入步骤501重新开始下一次的统计；

步骤505：通知TDC模块按设定的色散减少步进值减少色散补偿量；然后转入步骤501重新开始下一次的统计。

对于图6所述的方法步骤，统计所述FEC纠错计数的方式根据如图3、图4所示具体线路配置的不同而有所不同。

对于图3的线路配置方式，统计信息来自特定的单个OTU单元，对于图4中的反馈方式，统计信息来自收端的所有OTU单元。也就是说，相对于图3，图4中线路配置在使用FEC模块向TDC反馈纠错信息时，区别在于需要由收端所有OTU单元对自身FEC纠错信息进行统计，TDC对这些统计信息汇总后调节色散补偿量。

采用上述自动色散补偿控制方法后，设备能够通过FEC的纠错计数很灵敏的得知当前色散补偿是处于欠补还是过补状态并控制TDC器件自动调整色散补偿量使业务传输可靠性得到保证，避免人工干预，缩短色散补偿调整时间。

以上所述仅为说明本发明的具体实施方式，并不用于限定本发明，凡在本发明的精神原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。