为何要测试色度色散和偏振模色散

色度色散

色度色散（CD）成为众所周知的事实已近十年之久，但没有一直在OC-192/STM-64上对其进行测试。这可能会导致严重问题，尤其是在今天，因为核心网内的光纤距离达到了前所未见的长度，而在城域网环境中又出现了网状网络拓扑。但现在，随着40 Gbit/s，或OC-768/STM-256的深入，CD正成为一个日益严重的问题。

大多数系统提供商都找到了在某种程度上处理CD的创新方法，但却无法完全减轻这个挑战。例如，原生的OC-192/STM-64传输格式是一种不归零（NRZ）传输（NRZ）格式。如果用于OC-768/STM-256，CD容限会是很高，以至于在6-7 km的G.652单模光纤后会要求进行补偿，而这不是一种可行的解决方案。另一方面，没有标准来规定应如何实施40 Gbit/s，因此每个系统提供商都有自己的秘诀，但它们的成本和CD容限水平差别很大。下面的图表显示了其中的一些差异：

调制格式		On-Off NRZ	双二进制	DQPSK
符号速率	Gbaud	43.018	43.018	21.509
2 dB OSNR代价的CD容限	ps/nm	±65	±100	±125
1 dB OSNR代价的最大平均PMD	ps	2.5	2.5	7

因此，即使是容限最高的OC-768/STM-256（40 Gbit/s），也只能容许一小部分OC-192/STM-64（10 Gbit/s）可接受的色散，约为1100 ps/nm。

在此之前，色散通过简单的色散补偿模块（DCM）进行补偿，这些模块由系统厂商自动部署和安装。此外，没有一直要求进行其它的部署前或部署后测试，也很少进行此类测试。原则上，虽然DCM包括删除光纤段色散的功能，但由于若干原因使得这么做不够精确，且必须考虑残余的色散：

• 对于发射光纤与补偿模块来说，它们色散随波长的变化情况经常有些不同。这意味着如果光纤的色散与DWDM中间某个通道完全匹配，那么就会与边上的通道不匹配，这会导致在一端出现正的残余色散，在另一端出现负的残余色散。

• 虽然光纤色散有相当严格的限制，但由于光纤的变化情况，单个波长单位长度上的实际色散会有所不同。例如，对于G.652光纤，1550 nm的色散系数可能从16.9到18.2 ps/nm/km不等。同样，各个DCM模块之间也存在差异。

• DCM通常只有一组值可供选择，这些值之间的步长不连续。与此相反，安装限制因素（如位置和通行权）意味着实际系统中的光纤段长度经常与标称值不同，导致在所有通道波长上都会出现残余色散。

• 在网状城域网中，两个特点端点间有不只一条可能的路由，光通道可能会被切换到另一个替代路由上。在这种情况下，虽然贯穿网络的主路径的残余色散也许可以接受，但必须检查可能需要的任何替代路由的残余色散，因为它可能会大不相同。

长距离和城域网中安装的大多数光纤都是ITU-T G.652所定义的标准单模光纤。这种光纤的CD可能会不同，如：

通道波长 （nm）	最小值 （ps/nm/km）	最大值 （ps/nm/km）
1531.12	非常敏感	敏感
1546.92	非常敏感	非常敏感
1562.23	敏感	敏感

此外，上述的DCM还有自己固有的不确定度和可变性。以下是一个80 km DCM的例子：

通道波长 （nm）	80 km DCM
	最小值 （ps/nm）	最大值 （ps/nm）
1531.12	-1278	-1215
1546.92	-1355	-1288
1562.23	-1431	-1361

如上所述，DCM通常只有一组值可供选择，这些值之间的步长不连续——不是以千米为单位。选择最接近总距离的单位来进行补偿。

因此，对于495 km的长距离光纤路由来说，DCM会适用于500 km。为此，我们需要增加所有网元的色散，无论是掺饵光纤放大器（EDFA）、固定或可重构光分插复用器（ROADM）等。这种网元的典型每通道CD在±30 ps/nm范围内。

计算495 km光纤的值,加上六个80 km DCM和一个20 km DCM，然后再加上四个网元(EDFA），得到的结果如下：

• 1531.12 nm最小残余色散 = 15.69 * 495 + 6.25 × –1278 + 4 × –30 = –341 ps/nm
• 1531.12 nm最大残余色散 = 17.10 * 495 + 6.25 × –1215 + 4 × 30 = 990.75 ps/nm

下表归纳了这些结果和其它波长的结果：

最大和最小的端到端残余色散值（最差情况）

通道波长（nm）	最小值 （ps/nm）	最大值 （ps/nm）
1531.12	-341	991
1546.92	-342	994
1562.23	-361	974

这些值非常接近10 Gbit/s传输可接受的限值。可以采用稍微不同的参数（网状网中增加几个ROADM、增加长距离网络中的链路长度等）轻松地重新计算，结果超过10 Gbit/s传输可接受的限值。

但对于40 Gbit/s，取决于实施方案，典型的可接受CD通常小于125 ps/nm，使得残余的CD对于40 Gbit/s传输来说过高，即使每段80 km的光纤段可能在容限的范围内也是如此。

更长光纤链路的到来以及网状网络的出现使补偿较差的剩余CD非常接近10 Gbit/s传输的危险区域，并超出40 Gbit/s传输的可接受限值。另一方面，如果精确测试这个参数，就可以对补偿的每个阶段进行微调，并进行端到端的补偿调整（如果需要），以消除多余的残余色散。

偏振模色散

偏振模色散（PMD）是光纤某些特定物理性质的造成后果，这些物理性质会造成光脉冲出现畸变。这些畸变导致光脉冲出现色散以及峰值功率降低。虽然PMD造成的畸变所导致的后果类似于CD，但它不会呈线性累积，而是会随机增加。这意味着不能从一刻预测它在下一刻的值，但却可以预测它的分布（出现在可预测的范围内）。

使其值更加无法预测的因素包括光纤上的温度变化、架空光纤上的风荷载和湍流以及造成架空光纤上应力变化的冰载荷。与在光纤上鉴定并测量PMD相关的另一个重要限制因素是光纤的制造日期。事实上，大约在1994年前制造出来的光纤，其设计可能没有考虑到如何减少PMD。

因为PMD带有一些随机性，且因为许多传统网络采用了1994年前制造的光纤，所以了解它造成的信令劣化并降低其影响非常重要。简而言之，PMD不稳定，且在制造光纤时不能根据任何已知的物理特性进行预测。必须在原地，如在安装后对其进行测量。

许多传输设备制造商正在研究新方法和技术来最大限度地降低PMD对各种光纤上传输的数字信号所造成的影响。主要的调查方向集中在调制方法上。厂商小心选择调制和解调方法，希望以此来降低PMD对其数字传输造成的影响。

虽然调制格式和方法方面的努力仍在继续，但必须将这些通用阈值应用到有关光纤链路是否适用于特定调制速率的决策流程。

比特率 （Gbit/s）	最大PMD （ps）	PMD系数 （ps/(sqrt(km)）
2.5	40	<2.0
10	10（无FEC）	<0.5
20	5	<0.25
40	2.5	<0.125

决策矩阵

决定是否应该鉴定光纤链路或路由的色散（CD和PMD）会迅速成为一项具有挑战性的任务。在面临采取捷径来节省时间和资金的巨大压力时，会出现进退两难的局面。然而，我们必须考虑以下因素：目前支持10 Gbit/s数据速率的DWDM路由或环路可能会在将来增加一个或多个40 Gbit/s波长。这时，要暂时从服务中去掉数十个在用波长以鉴定承载它们的光纤几乎不可能。这个因素应该促使运营商在可能的时候全面鉴定自己的光纤链路。否则，他们可能会发现在不久的将来很难这么做，且无法在其光纤链路上增加带宽。

鉴于在选择测试光纤的色散前，必须考虑若干因素，因此这个矩阵会对决策流程有所帮助。

条件	<30 km	>30 km
将带宽提高至40 Gbit/s	始终支持	始终支持
将带宽提高至10 Gbit/s	建议	始终支持
网络包含1994年前制造的光纤	始终支持	始终支持
WDM网络设计实现每个波长10 Gbit/s的传输速率，但未来可能升级到在一个或多个波长上实现40 Gbit/s的传输速率	始终支持	始终支持

人们常说，对于短链路，光纤网的鉴定是一件可有可无的事情。事实上，如果不知道链路的其它特性，如链路损耗和光回损，可能并且经常会导致无法充分利用光纤里数量惊人的可用带宽。因此，鉴于要求测试色散以及必须评估其它物理参数，为谨慎起见，运营商需要在所有光纤链路的正常生命周期内尽早地测试并全面鉴定它们。