长距离大容量密集波分传输的关键技术

1、 长距离大容量密集波分传输的关键技术0、 引言 随着以IP为代表的数据业务的爆炸增长，以及Internet在全球范围内的迅速发展，网络带宽的需求不断增加。随之出现了所谓的“光纤耗尽”现象和对代表通信容量的带宽的“无限渴求”的现象。以美国为例，从1995年起，几家主要长途电信业务承载商光纤通信系统的负载能力都接近饱和。为了提高通信系统的带宽已成为焦点问题，波分复用技术(WDM)正是解决这一问题的关键技术，它将光波耦合复用到一根光纤中，从而更有效地提供带宽，可以让IP、ATM和同步数字序列/同步光纤网协议下承载的电子邮件、视频、多媒体等数据都通过统一的光纤层传输. 目前超长距离WDM系统传输更是受

2、到制造商、运营商的充分关注.所谓超长距离传输是不采用电再生中继的全光传输，从而大大减少了光/电转换次数，降低传输成本，提高了系统的传输质量和可靠性。实际应用中，无电中继传输距离达到3000km，在实验室已经达到10000km。这也是向全光传输迈出的重要一步。1 、长距离大容量DWDM传输关键技术分析 超长距离DWDM传输面临ASE噪声、光纤色散和非线性损伤积累严重，各路信道之间功率、残余色散的不均衡等许多问题，需要多种技术手段作为支撑. 超长距离DWDM关键技术主要包括编码调制技术、光放大器技术、色散补偿技术、动态均衡技术和纠错编码技术等。1.1 编码调制 编码方式主要有：NRZ码、RZ码、C

3、RZ码和CS-RZ码等。 NRZ(非归零）码的优点使应用简单、成本低、频谱利用率高，使目前SDH和WDM系统中应用最广泛的码型。NRZ码对传输损伤敏感，补适用于高速超长距离光信号传输。 RZ(归零)码的优点使平均光功率较低，抵抗光纤非线性效应、偏振色散(PMD)能力更强，更有利于时钟恢复。在相同平均接收功率条件下，眼图张开度更大，误码性能更优异，一般能提供3dB的OSNR改善。RZ编码调制一般要2个调整器，一个生成脉冲，另一个对脉冲进行编码，不仅增加了成本，还增加了复杂性；在传输距离超过1000km时RZ码更受关注。 CRZ(啁啾RZ)码，对非线性效应的容忍度更高，具有较好的抵抗偏振相关损耗（

4、PDL）和偏振模色散（PMD）的能力，较高的传输稳定性。缺点是对三级调制之间的定时和时延要求很高，调制更复杂，成本更高。 CS-RZ(载频抑制RZ)码，在功率较高情况下，不但增加了色散容限，且有更强的抵抗SPM和FWM等非线性效应的能力。但成本相对较高，目前还处于实验阶段。1.2 光放大器 目前，在DWDM光传输系统中主要使用掺铒光纤放大器（EDFA）和喇曼光纤放大器（FRA）. EDFA采用两级放大，双泵浦源结构，该设计有利于在中间级接入色散补偿单元（DCU）或OADM.此外，EDFA还包含适当的光滤波器、内置可调光衰减器（VOA）等。 EDFA系统采用高波长稳定度激光器，通过EDFA增益平

5、坦滤波（GFF）、内置VOA、自动功率调节（预均衡）、自动功率控制（ALC）和光功率均衡等先进技术来提高放大器系统的增益平坦度和功率稳定度，从而保证优异的系统性能。EDFA的噪声系数决定了系统ASE噪声的积累速度。目前商用化EDFA噪声系数为5-7dB，要解决光信噪比OSNR受限问题，必须降低光放大器的噪声系数。为了克服噪声的积累，在超长距传输环境下，引入了一种特殊的放大器-喇曼放大器，降低了光放大器的噪声系数和噪声累积速度，大大延伸了光电传输距离。FRA的应用主要针对超长跨距光纤传输系统，如跨海通信、陆地长跨距光纤传输等。由于FRA的特殊性，必须充分考虑使用中的安全性、可靠性、合理性。从理论

6、上讲，采用喇曼放大器可以放大任何波长的工作信号。现在应用都是采用传输线路光纤作为工作媒质，而不像EDFA专门用一段掺铒光纤进行放大。在采用RAMAN放大器的WDM系统中，只需要泵浦源，而不再需要特殊的工作媒质。正常EDFA的噪声系数为5-7dB,RAMAN放大器由于是分布式，其等效噪声系数很小，大约在-2-1dB。由于RAMAN放大器在前，RAMAN+EDFA放大器很大程度上决定于RAMAN放大器的噪声系数。一般来说，采用RAMAN放大器后可以减小光放大器噪声系数3dB左右，也就是光放大器噪声从6dB降低到3dB以下，至少延长传输距离1倍，从而延长光电传输距离1200km以上。1.3 色散补偿

7、对于超长距离的传输，各种线性或非线性的积累都比较严重，必须予以补偿。色散是一种主要线性补偿对象。一般采用色散补偿光纤技术。 色散补偿包括色度色散补偿和偏振模色散补偿。色度色散补偿的方式包括色散补偿器件和色散补偿模块（DCM），目前使用最多的使DCM. 在16波DWDM系统中，一般采用常规色散补偿光纤（DCF）补偿。在40波及以上DWDM系统中，必须采用色散斜率补偿光纤来进行补偿。这是因为长波长区间的色散系数大于短波长区间的色散系数，因此必须要采取色散斜率补偿，使整个工作区间内实行色散平坦。尽管如此，这仍使一种粗补偿，对于超长系统传输而言，必须进行精细补偿。 解决这一问题最成熟的做法就是分波带精

8、细补偿。将整个C波段均分称10-20个波带，在每个色散补偿站中对各波带分别进行补偿，以保证其色散积累值的整体一致性。PMD具有随机性，对它的测量、补偿不容易。目前，PMD的补偿尚处于研究、探索阶段。1.4 动态均衡 动态均衡技术主要指动态功率调整。目前，比较完善的动态增益均衡可通过放大器内部增加增益均衡滤波器，或系统周期性的增加自动增益均衡器来实现。前者使通过优化中间级衰减，控制放大器输入功率，维持增益平坦度，属于单板级别；后者使通过软硬件集合来实现的，沿光纤线路周期性的设置增益平坦滤波器，减少增益波动，属于系统级别。通过两者共同配合，可对系统功率进行调节，保证线路基本一致，降低由于线路或系统

9、性能劣化对线路造成的影响。1.5 超强FEC在超长距离WDM系统中，一般在光传送单元(OTU)内配备前向纠错(FEC)功能，这种采用电子电路的复杂性来换取光功率预算的增加，是延长光电再生距离有效手段。目前采用的是G.975规定的海缆Reedsolomon编码方法，虽然使开销增加了7%，但可以使OSNR增益达到5-7dB。为了更大程度地提高功率预算，厂商又采用了新的FEC技术，即采用更多冗余字节进行纠错。一种广泛应用的是交织或级联ReedSolomon编码(多重R-S编码)-RS(255,237)和RS(255,244)级联编码，线路速率为12.502Gbit/s，开销增加25%，可以提高增益7

10、-9dB，比G.975规定的R-S的编码效益高2-3dB，传输距离提高1.5-2倍左右。也有厂商采用BCH-20编码方案，BCH-20编码实施起来比R-S更加复杂，但效率更高，开销增加7%，增益也可以达到9dB左右，也就是说，BCH采用7%开销可以达到R-S编码25%的作用，但物理实现上更加困难。采用超强FEC编码后，光信噪比OSNR的预算要增加2-3dB左右，RAMAN放大器应用提高OSNR预算3dB，两者相加光链路预算增加5-6dB，也就是光传输距离增加到4倍左右，这将使光电传输距离从500km提高到2000km，从而更大程度地减少背对背OTU中继站，减少系统成本。2、结束语WDM技术第一次把复用方式从电信号转移到光信号，在光域上用波长复用(即频率复用)的方式提高传输速率，光信号实现了直接复用和放大，而不再回到电信号上处理，并且各个波长彼此独立，