DWDM超长距离传输技术后劲凸现

中国电信北京研究院 王岚

　　目前，在我国的DWDM骨干传送网中，采用的基本都是80km左右一个跨度进行EDFA光放大，500km～600km左右进行3R或2R电中继再生，有业务上下的节点也采用背靠背方式，利用电层的ADM设备对业务进行上下处理。

　　在这样的系统中，需要大量的光/电转换，在系统容量逐渐增加的情况下，成本迅速提高。为了降低网络建设和运营成本，新一代的骨干DWDM系统应运而生，它的一个重要特点就是长距离无电中继技术，即在1000km～3000km范围内的传输端之间不再增加电再生中继站，而是在业务上下的中间节点使用光分插复用器(OADM)，只对上下波长进行光/电转换，其余波长在光域直通，见图2。采用这种结构，可以大大减少光/电转换次数，节省了大量的光电转换模块(OTU)，并且使网络结构清晰，为日后在DWDM层面组网奠定基础。

　　超长距离DWDM系统的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、前向纠错技术、孤子技术、可配置OADM技术等。

　　编码调制技术

　　新型的编码方式主要有：RZ码、CS-RZ码、Super NRZ码等。RZ码的优点是平均功率低，对非线性容限能力有了提高，相对于NRZ码，接收端的OSNR可以提高1-2dB。且随着调制技术的成熟，成本不会增加很多。新型的CS-RZ码，其频谱宽度介于RZ和NRZ之间，可在增加功率的同时，保持其非线性容限性能，但其成本相对较高，目前还处于实验阶段。Super NRZ码是在NRZ码上发展的又一种新的编码技术，它一方面展宽了NRZ码的频谱降低谱功率密度，另一方面还补偿了非线性效应产生的相位变化，从而抵消了非线性带来的信号幅度波形的变化，而且时域脉冲的变窄也增强了抗码间干扰的能力，相对于NRZ码，接收端的OSNR可以提高3dB以上，技术成熟以后，在高速超长距离光信号的传输中将是一种很有竞争力的编码方式。

　　光放大器技术

　　目前比较引人注目的光纤拉曼放大器(RAMAN)，利用了光纤中的SRS效应，使信号与一个强泵浦波同时传输，并且其频率差位于泵浦波的拉曼增益谱宽之内，则此信号可被光纤放大。拉曼放大器的一个特性是有很宽的带宽，可以在任何波长处提供增益，只要能得到所需的泵浦波长，并且增益介质是光纤，可以制成分立式或分布式的放大器，另外一个显著优点是噪声低，可以满足在小信号放大时对OSNR的要求。但受激拉曼效应的泵浦阈值较高，实现拉曼放大器的关键是高功率泵浦，例如，泵浦波长为1450nm，要获得20dB的峰值增益，泵浦功率需要400mW(G.655光纤)或620mW(G.652光纤)。所以一般建议在超过2000km的超长距系统或单跨段距离超过100km时，为满足OSNR的要求，才使用拉曼放大器，当然为满足L波段放大的要求，也可以使用拉曼放大器，但一般长距系统应尽量避免使用。

　　色散补偿技术

　　在10G以上的高速系统中，必须考虑色散补偿问题。最常用的色散补偿的方法是使用色散补偿光纤(DCF)，它在1550nm波段有很大的负色散，可以补偿常规光纤的色散，但DCF的色散斜率与常规光纤不能完全匹配，导致不能在多个波长上同时精确地补偿色散效应，有残余的色散，尤其对于G.655光纤，色散斜率的补偿比较困难。目前比较先进的方法是针对光谱优化的色散补偿，可以通过子波带的精细补偿，来补偿色散斜率。另外一种色散补偿的方法是使用啁啾光纤光栅，这种方法器件紧凑、插入损耗小，其色散斜率可以控制为与传输光纤相同，但目前制作的啁啾光纤光栅相位特性还不是很平滑，技术还不很成熟。

　　动态均衡技术

　　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以通过放大器内部增加增益均衡滤波器和系统周期性的增加自动增益均衡器来实现。前者是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。后者是通过软硬件结合实现的，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，保证线路功率基本一致，减低由于线路或系统性能劣化对线路造成的影响。

　　前向纠错技术

　　对于高速率长距离系统，除了在光域上提高OSNR，还可以在电域上进行编码纠错。目前比较流行的办法是采用前向纠错FEC，能在接收端光信噪比OSNR较低的情况下依然获得较佳的误码性能指标。

　　新版G.707建议中利用SDH的段开销SOH中空余字节P1、Q1以BCH-3码方式增加了FEC选项，应用到高速SDH系统上预期可获得2dB的误码性能改善。如希望得到更多的改善，则可使用带外FEC，例如super FEC和enhanced FEC，最高可以获得8dB误码性能改善。但到目前为止ITU-T尚未确定何种纠错码适用于系统的带外FEC，各厂家都是按照自己的方式进行ASIC和系统设计，在互通方面存在着极大的障碍，并且在接收功率临界状态对连续误码的纠错能力不能保证。

　　孤子技术

　　近几年来，随着色散补偿和色散管理的实施，色散管理孤子(Dispersion Management Solition)的出现，大大克服了传统光孤子传输系统中的主要问题，简化了系统，使其向实用化又迈进了一大步。色散管理孤子是一种非严格意义上的光孤子，它使用归零码技术，通过对光脉冲的精心设计，利用传输光纤的周期性色散补偿，使脉冲的时域波形和频谱形状沿着链路获得周期性恢复。理论上讲，色散管理孤子比NRZ码有8dB的性能提升，但由于实际操作中每一跨段的精确色散补偿有很大的难度，对性能有了一定限制。

　　可配置OADM技术

　　OADM是新一代超长距离DWDM系统中的重要器件，根据上下波长的数目及要求不同，OADM可分为串行、并行、串并结合三种类型。串行结构在节点上只对需要上下路的波长进行处理，对通过波长不做光层的复用和解复用处理；并行结构对上下路波长、通过波长都进行复用和解复用处理；串并行混合结构先通过子波带滤波器将在本节点上下路的1个或多个子波带进行滤波，然后对子波带内的每个波长进行复用和解复用处理，而其它子波带在经过子波带滤波/合波器的处理后直通。在器件实现中，已研制出的OADM有波分复用器和解复用器的组合型、Mach-Zehnder结构中的光纤光栅型；将光波导、Mach-Zehnder结构及干涉滤光片集成在一起的平面集成型，它们都以固定波长工作。现在国内的绝大部分厂家的OADM都是采用介质薄膜干涉滤波器作为合/分波器，采用并行结构，固定的上下某几个波长。比较新的技术是使用了子波带滤波的方式，属于串并混合结构，还有的厂家通过光开关实现下路波长指配的功能，但是距离全波可配置的OADM还有一定距离。国外的全波可配置的OADM也正在开发之中，并且取得了很大的进展。

　　随着超长距离传输技术的不断成熟，新建设的骨干DWDM网络采用这些新的技术必将在网络建设成本、运营维护成本、网络质量、可升级能力、灵活配置等方面带来巨大的优势，对上层业务的支持能力也会更上一个台阶。

----《通信产业报》