EDFA特性对WDM系统的影响

摘　要：

关键词：

　　我们分析了WDM系统中的EDFA性能特质。这个仿真系统是基于中国信息网络现状、噪声的影响，和在误码率对EDFA增益平坦性和输出功率的影响以及鳞状网络。噪声的影响表现在不同的串扰上。同时也表明了节点隔离原理在光网络中的应用也是很重要的。。
EDFA 的介绍
　　EDFA通常工作在1530nm～1565nm光纤损耗最低的窗口，增益谱比较平坦的部分是1540nm～1560nm，几乎可以覆盖整个WDM系统1550nm工作波长的范围。它的优点是：增益高，通常为10～35dB，能在较宽的波段内提供较为平坦的增益；噪声系数较低，各个信道间的串扰较小，可级联多个放大器；与线路的耦合损耗小；具有透明性，放大特性与系统比特率、信号格式和编码无关；成本低，与再生电路相比具有较大的成本优势；结构简单，易与传输光纤耦合。目前，EDFA的技术以及相关研究己经相当成熟，在实际中己经被广泛的应用．其缺点是：提供的增益带宽不够宽，增益带宽最多只有80nm左右，目前商用化的通常只有30nm，制约了光纤所容纳的波长信道数；泵浦源寿命不长；存在输出功率的控制和不同波长通道的增益均衡问题。
EDFA的特性
1。增益平坦性
　　增益平坦性的定义是指增益带上的最大增益和最小增益之差，用ΔGF来表示。很明显在WDM系统中ΔGF越小越好。然而，不同通道的增益都是各不相同的。特别的，在多级EDFA中增益差别会得到一个线性的积累。结果，当频段中的最小增益OSNR还没达到要求时，最大增益就已经过载了。因此现在的标准中EDFA的ΔGF就被限制在了1dB以下。
2．噪声
　　当一个信号通过EDFA放大时，在放大的同时，也产生了自发辐射，就产生了噪声。理论分析表明，对于小信号，增大输入功率能够略微地减少噪声，但饱和情况下增加输入功率噪声就会增加。因此，最好这个前置放大器能够配置成980nm并且最好工作在小信号状态下。
3.功率
　　当EDFA的输入功率增加时，激发辐射会加速，就会导致反转数减少，辐射弱化，增益饱和。这样输出功率就会达到稳定。相同的泵谱功率下，后泵谱的输出功率会比前泵谱大。因此，EDFA应该工作在深度饱和及后泵状态下。目前，EDFA的输出功率能已达到19dBm了。由于受到光纤非线性和激光输出功率的限制，EDFA的输出功率要求低于17dBm。
系统模拟
　　中国高速示范信息网（CAINONET)是第一个运用基于WDM网格顶部结构技术的大型全光网络，如图1所示。
　　为了简化，信号在网络中的传输轨道等同于CAINONET中的点对点系统。我们为覆盖轨道最长的信号设计了一个模拟系统（如图）。
　　

　　6路 OXCs和5 路OADMs运用G.665光纤进行跨度80千米的连接，在光纤中有8个频道间隔为200GHZ的频道，每个频道的比特率为2.5Gb/s。外部已调激光器模型被-1的PRBS采用。光纤模型运用分布频谱法解决了描述光纤中线性极化光波传播的非线性NLS方程，考虑了SRS、FWM、SPM、XPM、GVD、二级GVD以及光纤衰减等因素。OADM由PA、DEMUX、一个光开关矩阵、MUX以及一个功率放大器组成。
　　OXC包括一个PA、一个DEMUX、一个光开关矩阵、一个MUX以及一个功率放大器组成。
结果与分析
1. 掺铒光纤放大器噪声系数NF（ɑ）对 误码率BER性能的影响
　　我们模拟在不同开关串扰情况下OXCs和OADM的前置放大器与功率放大器的误码率随噪声系数的变化。由于通道具有随机性，任意通道都具有代表性。这里我们的研究5通道误码率随噪声系数增加的变化是不明显的。由于其他组件的参数理想，当功率放大器的噪声小于9 dB，前置放大器的噪声小于5dB时，系统的误码率能满足通信系统的要求。我们可以看到，根据不同的串扰值，如40dB和50dB，曲线非常的相似而起误码率小于1×；但串扰设置为30dB时，三条曲线相互重叠且误码率为1×，这就远远达不到通信系统的要求。因此节点的隔离度应大于30dB。
ΔGF对误码率的影响
我们假设节点处辅助EDFA的恒定输出功率为12dBm,且EDFA的平坦性是一致的。我们在三种条件下观察信号通过5路OADM和6路OXCS后的误码率。（a）电压不等;(b)开关后电压均等；（c）在开通前电压均等，使用多路复用器后断开功率放大器的电源。
     当ΔGF>0.8dB时，在11节点之后的误码率大于1×，由于电压不均衡的线性积累，误码率迅速增加。当ΔGF=1.0dB时，误码率为1×.误码率同（a）情况下相比有很大改善。由于功率放大器的不平坦性对节点和光纤的影响，ΔGF的影响非常明显。图10所示的误码率是这三种情况中最好的。同（b）情况相比，ΔGF的影响是不明显的，应为受到“节点隔离原则”的制约，不均衡性只被限制在一根光纤及节点之外的范围内。总之，在OXCs和OADM中应采用功率均衡。且EDFA的不平坦性应该限制在1dB以下。在“节点隔离原则”下最好在开通前使功率均等。
输出功率对误码率的影响
     当功率放大器的输出功率从7dB变化到15dB时，最后一个节点的误码率曲线如图11所示。功率放大器的最佳输出功率值为12dBm，当功率在9~12dBm范围内时，误码率变化非常微小。当误码率在14dBm，误码率迅速增大。
结论
1.ΔGF比误码率对系统有更大的影响。
的ΔGF应该设置在1dB以下且功率均衡应在开关阵列之前的节点设置。
3.12dBm是功率放大器最理想的输出功率，许可的功率值为9dBm~13dBm。
参考文献：
[1] 《Influence of EDFA’s Characteristics on Performance of All optical Network》 WANG Tian—zhu，YU Chong—xiu，LIN Ming，LIU Jian—ping  Semiconductor  May 2002.