波分超長距離傳輸解決方案

    一、超長距離傳輸?shù)念愋秃蛻�用環(huán)境

    近年來，波分復用技術主要朝超長距離和大容量傳輸兩個方向發(fā)展，鑒于超長距離傳輸?shù)氖袌鲂枨蠛途W(wǎng)絡趨勢，本文將重點集中在長距離傳輸方面，探討超長距離傳輸?shù)慕鉀Q方案。

    圖1 長距離傳輸?shù)膬煞N類型

    超長距離傳輸包括多跨（放大）段的長距離無電中繼傳輸和單跨（放大）段傳輸兩種。從形態(tài)特征角度看，前者通常指1000km~3000km無光電轉換的點對點傳輸，后者則是100km~300km的無有源放大或者無中繼點對點傳輸，如圖1所示。從技術實現(xiàn)角度看，多跨段長距離無電中繼傳輸需解決光信噪比（OSNR）、色散（CD）、偏振模色散（PMD）、非線性效應（NL）以及功率均衡等一系列問題；而單跨段傳輸所需解決的問題相對要少很多，一般僅關注OSNR和非線性效應（NL）。從網(wǎng)絡應用角度看，前者應用于常規(guī)環(huán)境下，可減少無業(yè)務上下的電中繼接點數(shù)量，大大減輕維護工作量；后者則主要應用于海島之間、沙漠、無人區(qū)等受天然障礙制約無法設置有源設備或不便維護的地區(qū)。

    圖2 動態(tài)光網(wǎng)絡的路由變化

    當然，多跨（放大）段的長距離無電中繼傳輸還有一個非常重要的應用場景，就是動態(tài)光網(wǎng)絡。基于ROADM（可重構光分插復用器）系統(tǒng)，PXC（光交叉）系統(tǒng)的動態(tài)光網(wǎng)絡的光通道狀態(tài)可能會經(jīng)常發(fā)生變化。當網(wǎng)絡連接因為調度、保護和恢復等原因，使得光通道的路由長度和連接關系發(fā)生變化時，就可能發(fā)生圖2所示的例子，路由經(jīng)歷從A→D→F→I的變化，面臨著光路由的物理限制OSNR、色散補償?shù)热绾潍@得動態(tài)滿足的問題。

    如果能夠實現(xiàn)長距離無電中繼傳輸，動態(tài)路由的物理限制問題就可以迎刃而解，這也是長距離無電中繼傳輸受到越來越多關注的重要原因。

    二、超長距離傳輸相關技術

    超長距離傳輸受到色散效應、非線性效應等物理障礙的限制。為了完成超遠距離傳輸，必須在終端和線路兩個方面采取相應技術進行處理。

    1．長距離傳輸?shù)奈锢硐拗?/P>

    光信號在光纖中進行傳輸，遇到的物理障礙包括非線性效應（NL）、色散效應（CD）、偏振模色散（PMD）和光信噪比（OSNR）限制。其中，非線性效應又包括自相位調制（SPM）、互相位調制（XPM）、四波混頻（FWM）、受激拉曼（SRS）和受激布里淵（SBS）等效應。

    色散效應（CD）可以通過增加終端發(fā)射單元的色散容限、線路色散補償以及在接收端進行后補償?shù)确椒�加以克服。而對于偏振模色散（PMD），尚沒有好的商用補償手段，只能采用偏振模色散（PMD）指標好（小于0.1ps/km1/2）的光纖實現(xiàn)長距離傳輸。光信噪比（OSNR）的限制，可以通過降低發(fā)射單元的OSNR門限加以解決。

    影響長距離傳輸性能的非線性效應主要是自相位調制（SPM），而自相位調制（SPM）的影響是通過與光纖色散效應（CD）相互作用來體現(xiàn)的，即所謂色散圖譜問題。如圖3所示，色散圖譜的變化與傳輸距離有關，隨著傳輸距離的延長，殘余色散曲線向正色散方向移動，色散窗口也同時變窄。

    圖3 色散圖譜

    2．長距離傳輸?shù)慕K端調制技術

    按照信息承載方式，有3種物理參量可用于加載信息：強度、相位和偏振態(tài)，進而產(chǎn)生了3種調制格式：強度調制、相位（或頻率）調制和偏振調制。

    在現(xiàn)代高速光纖通信中，強度調制得到了廣泛應用。利用差分接收，可以將相位信息轉化為強度調制接收，解決了相干接收難以實現(xiàn)的難題，相位調制也受到高度關注。而偏振調制則需穩(wěn)定可靠的偏振管理，在光纖傳輸中，由于偏振態(tài)的隨機變化，增加了接收端的復雜性。正是因為偏振系統(tǒng)的復雜性和與波長有關的隨機偏振旋轉，使得偏振調制技術難以應用于商用光通信系統(tǒng)當中。

    按照脈沖調制方式，還可將調制技術分為歸零碼（RZ）和非歸零碼（NRZ）兩種調制方式。RZ碼因為占空比小，信號能量在時域上更加集中，具備更好的OSNR容限。同時，對非線性傳輸失真和PMD等具有良好的容忍性。

    按照信道頻帶利用方式，可將調制技術分為二進制調制和多（M）進制數(shù)字調制方式。M進制多電平信號提高頻譜利用效率，在降低碼速率，減少CD、PMD對信號的影響等方面具有優(yōu)勢，但同時也提高了OSNR門限。如果采用多電平調制方式的目的不是為了提高頻譜利用率，而是引入碼元間的相關性，以達到頻譜整型和容忍度改進，則此種調制被稱為偽多電平調制。CSRZ、DB和AMI調制等都屬于該種偽電平調制方式。

    表1以普通的NRZ調制方式為參照，對常用的各種調制方式進行了性能比較。OSNR門限采用相對差值方式表達，色散容限和DGD容限則采用相對倍數(shù)的表達方式。

    從表1可以看出，對于長距離傳輸來說，RZDPSK調制方式具有最低的OSNR門限，可以實現(xiàn)最遠距離的無電中繼傳輸。DB調制方式則具有高色散容限，在長距離傳輸?shù)膭討B(tài)光路由應用模式下非常有用。而RZDQPSK調制方式具備最大的DGD容限，對基于40Gbps速率的長距離傳輸來說十分重要。在實際應用過程中，可根據(jù)不同的應用場合來選擇與之對應的合適的調制技術。

    3．長距離傳輸電域處理技術

    當動態(tài)光路由要求與長距離傳輸要求同時出現(xiàn)時，僅僅依靠終端調制技術來提高色散容限有時仍不能解決問題。此時，可以考慮采用電域處理方式，輔助提高系統(tǒng)的色散容限。

    電色散補償是將光域DCM模塊色散補償?shù)墓δ苻D移到電域來處理，通過采用有限沖擊響應濾波器（FIR）等技術，把在光纖中遠距離傳輸?shù)墓庑盘柦?jīng)光電轉換成電信號后作均衡處理的一種新方法。目前，已知的電域色散補償?shù)奶幚矸椒ㄓ星跋蚓�衡技術（FFE）、后向均衡技術（DFE）、最大似然序列估計（MLSE），F(xiàn)FE與DFE也可以級聯(lián)起來使用。

    在DFE、FFE以及MLSE等電色散補償方法中，以MLSE技術對色散補償?shù)男Ч�最好。MLSE可以補償G652光纖100km左右的距離。而預離散（Predistortion）技術，更可實現(xiàn)幾千公里距離的色散補償。其實現(xiàn)方法是在進行初始配置時，接收端進行色散掃描，通過反饋，在發(fā)送端可進行相應的信號預調制，以使傳輸后獲得最佳接收信號。預離散（Predistortion）技術的本質就是找到光信號在光纖中傳輸傳遞函數(shù)的“反函數(shù)”，從而最大限度地將由色散引起的碼間干擾消除。預離散技術可用于靜態(tài)長距離傳輸，但其實時性較差。

    4．長距離傳輸線路技術

    圖4 RPOA結構示意圖

    為實現(xiàn)長距離傳輸，除了在傳輸段的源宿點采取技術手段外，還可在線路中采用技術方法延長放大段距離。如遙泵（RPOA）、分布式拉曼放大（DRA）等線路技術。RPOA的實現(xiàn)原理如圖4所示，就是將無源的增益鉺纖放置在線路中，泵浦激光器放置在端站，進行遠端泵浦。該技術可將放大段傳輸距離有效延長100km左右。

    三、中興通訊超長距傳輸解決方案應用

    綜上所述，超長距離傳輸解決方案包括終端技術和線路技術，前者采用調制技術以降低OSNR門限要求，后者則是提高信號經(jīng)過長距離線路傳輸后的OSNR值，兩種技術可以組合使用。對于動態(tài)長距離傳輸，有更高色散容限要求的，可以采用調制技術和電域處理方式相結合的方法予以解決。

    中興通訊長距離DWDM傳輸系統(tǒng)在全球范圍內已經(jīng)得到廣泛應用，2003—2006年市場增長率連續(xù)3年位居前列。在超長無電中繼傳輸領域，中興通訊可以提供包括調制技術、電域信號處理、線路技術和傳輸性能等在內的綜合解決方案。中興通訊超長距離傳輸解決方案已在國內新疆和國際橫跨東西歐的干線DWDM工程中得到了應用，實現(xiàn)了超過1000km的無電中繼傳輸。中興通訊成熟、完善的超長距離DWDM傳輸解決方案，不但能滿足目前網(wǎng)絡的應用需求，更將順應網(wǎng)絡發(fā)展趨勢，不斷結合新的長距離傳輸技術，提供更遠距離、更高質量的傳輸服務。