長距離大容量DWDM傳輸關(guān)鍵技術(shù)

某某學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 某某學(xué)院某某學(xué)院 畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計計( (論論 文文) ) 題目：題目： 長距離大容量 DWDM 傳輸關(guān)鍵技術(shù) 系部系部 信息工程系信息工程系 專業(yè)專業(yè) 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)管理 姓名姓名 學(xué)號學(xué)號 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： 20XX 年 4 月 25 日 某某學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 長距離大容量 DWDM 傳輸關(guān)鍵技術(shù) 摘要 本文主要介紹了隨著寬帶網(wǎng)走入我們的生活，現(xiàn)已建成的 SDH 骨干網(wǎng)正承 受巨大的負荷，在不久的將來，將必然難以滿足日益增長的通信需求。為此只 有建立起一套具有高帶寬、大容量、低時延、拓撲結(jié)構(gòu)靈活的傳輸系統(tǒng)才能夠 解決上述問題，這便引入了我們所研究的課題即長距離大容量 DWDM 傳輸系統(tǒng)。 為了制作此次課題，我們在導(dǎo)師的指導(dǎo)下了解了 DWDM 系統(tǒng)的基本原理，并 且通過對網(wǎng)絡(luò)搜索的利用以及相關(guān)圖書的查閱整理了有關(guān)密集型光波分復(fù)用即 DWDM 傳輸系統(tǒng)的理論資料。 本篇論文主要介紹了 3 個有關(guān) DWDM 傳輸系統(tǒng)的基本知識點，分別是基本的 WDM 技術(shù)介紹、基本的 DWDM 技術(shù)介紹和 DWDM 系統(tǒng)在傳輸過程中所運用到的關(guān)鍵 技術(shù)介紹。通過本次論文的制作目的是為了展示出長距離大容量 DWDM 傳輸系統(tǒng) 在現(xiàn)代寬帶通信中的特點以及其能夠在日常生產(chǎn)中被應(yīng)用的可行性。 關(guān)鍵字： DWDM 長距離 大容量 傳輸 關(guān)鍵技術(shù) 某某學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） Long-distance high-capacity DWDM transport key technologies Abstract This paper describes the network as broadband into our lives, has now completed the SDH backbone network is under heavy load, in the near future, will inevitably be difficult to meet the growing communications needs. This is only to establish a set of high bandwidth, large capacity, low latency, flexible transmission system topology in order to solve these problems, which have introduced the subject of our study that long-distance high-capacity DWDM transmission system. To make this topic under the guidance of our instructors understand the basic principle of DWDM systems, and through the use of Web search and related access to order books about the intensive optical wavelength division multiplexing DWDM transmission system that is the theory of information. This paper introduces three DWDM transmission system on the basics of points, respectively, the WDM technology is a basic introduction, the basic technology introduction and DWDM DWDM transmission system used in the introduction to the key technology. Produced by the purpose of this paper is to demonstrate the long-distance high-capacity DWDM transmission system in the modern characteristics of broadband communications and it can be applied in daily production feasibility. Keywords: DWDM long distance and large capacity transmission key technologies 某某學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 目目 錄錄 第一章緒論 5 第二章WDM 技術(shù).7 2.1 WDM 概述 .7 2.2 WDM 系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)與應(yīng)用 .8 2.2.1 WDM 基本組成及原理 8 2.2.2 WDM 系統(tǒng)的特點 9 第三章 DWDM 技術(shù) 11 3.1 DWDM 概述 .11 3.1.1 DWDM 技術(shù)產(chǎn)生背景 11 3.1.2 DWDM 的分類 11 3.2 DWDM 系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)與應(yīng)用 .13 3.1.1 DWDM 基本原理 13 3.1.2 DWDM 系統(tǒng)特點 14 第四章 DWDM 傳輸關(guān)鍵技術(shù) 15 4.1 光放大技術(shù).15 4.2 色散控制技術(shù).16 4.3 光合波與分波技術(shù).17 4.4 信號調(diào)制與接收處理技術(shù) .18 4.5 節(jié)點技術(shù).19 4.6 糾錯編碼技術(shù) .20 4.7 新型光纖技術(shù).21 第五章 總結(jié)與展望.22 5.1 總結(jié).22 5.2 展望.22 致謝23 參考文獻24 某某學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 第一章 緒論 隨著通信技術(shù)的發(fā)展和計算機的普及，寬帶網(wǎng)時代正在走入我們的生活， 以 IP 數(shù)據(jù)包和 ATM 信元為主的數(shù)據(jù)和圖像信息正在取代傳統(tǒng)的話音信息占據(jù) 各個傳送網(wǎng)的主導(dǎo)地位，現(xiàn)已建成的 SDH 骨干網(wǎng)正承受巨大的負荷，在不久的 將來，將難以滿足日益增長的通信需求。為此具有高帶寬、大容量、低時延、 拓撲結(jié)構(gòu)靈活的 DWDM 技術(shù)迎來了大發(fā)展的時機。 對于超長距離傳輸，理想的光纖特性應(yīng)該是具有很小的衰減、寬而平坦的 光譜、適當(dāng)?shù)纳ⅰ⑤^大的有效面積、很低的 PMD、理想的彎曲特性、存在可 做色散補償?shù)纳⒒ツ鎲卧鹊?，實際中光纖很難同時滿足這些要求，但總可 以滿足部分要求以期望能夠改善信號傳輸質(zhì)量。例如加大非零色散位移光纖能 夠提供適當(dāng)色散既減小色散本身的影響，又利用一定的色散克服光纖非線性的 影響，并保持原 G.652 光纖的大部分好的特性；減小色散斜率的非零色散位移 光纖克服了通常非零色散位移光纖色散斜率較大的缺點，能夠與 DCF 更好地匹 配；增大有效面積非零色散位移光纖能提供較大的有效面積以減小光線非線性 的影響；水峰消除光纖把 1380nm 處的 OH-吸收峰消除掉以提供更寬的光譜范 圍等等，這些新型光纖為超長距離傳輸鋪平了道路，從而使得大容量超長距離 DWDM 傳輸系統(tǒng)有了用武之地并且應(yīng)用規(guī)模日益擴大。 高速光傳送網(wǎng)作為信息的骨干傳輸平臺被推上了歷史舞臺，它給相關(guān)領(lǐng)域 和技術(shù)帶來了機遇與挑戰(zhàn)。僅就最低層次的克服傳輸距離限制的點到點傳輸系 統(tǒng)，便有許多問題需要解決，例如低成本的 WDM 光源陣列問題、提高頻譜效 率和性能優(yōu)良的信號調(diào)制格式問題、理想性能的光纖設(shè)計與制造問題、PMD 補 償問題、先進的光子信息處理與電信號處理問題、系統(tǒng)性能的在線監(jiān)測與評估 問題、為了優(yōu)化性能參數(shù)需要對控制參量進行動態(tài)調(diào)節(jié)到自適應(yīng)調(diào)節(jié)問題等等。 這些問題的解決給現(xiàn)有的器件生產(chǎn)、設(shè)備制造、系統(tǒng)開發(fā)都帶來了機遇和挑戰(zhàn)。 隨著光網(wǎng)絡(luò)向近期的面向連接波長交換光網(wǎng)絡(luò)的演進以及向遠期的無連接光分 組交換網(wǎng)絡(luò)演進，新的技術(shù)如快速大容量光開關(guān)技術(shù)、光交換技術(shù)、光緩存技 術(shù)、全光波長變換技術(shù)、光信息識別技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)管理與控制技術(shù)都將成為有發(fā) 展?jié)摿颓熬皬V闊的技術(shù)。 某某學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 同時隨著通信業(yè)務(wù)特別是數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的迅猛發(fā)展，加之運營商對網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成 本的關(guān)注，大容量長距離 DWDM 傳輸系統(tǒng)可以簡化骨干傳輸網(wǎng)結(jié)構(gòu)，減少昂 貴的光電再生器件的使用，同時提供大容量帶寬，從而減少網(wǎng)絡(luò)投資，降低運 營維護費用。正是由于上述特點，大容量長距離 DWDM 傳輸系統(tǒng)在干線 DWDM 領(lǐng)域占據(jù)的份額越來越大。 某某學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 第二章 WDM 技術(shù) 2.1 WDM 概述 所謂 WDM 就是在一根光纖中傳輸多個波長光信號的技術(shù)。根據(jù)每一信道 光波的頻率(或波長)不同可以將光纖的低損耗窗口劃分成若干個信道，把光波 作為信號的載波，在發(fā)送端利用合波器將不同波長的信號光載波合并起來送入 一根光纖進行傳輸，在接收端再利用分波器將這些不同波長承載不同信號的光 載波分開的復(fù)用方式。 WDM 技術(shù)在光纖通信興起之初便出現(xiàn)了。但在當(dāng)時的條件下，只能實現(xiàn) 在光纖的 1 310nm 和 1 550nm 兩個低損耗窗口各傳送一路光信號，即 1310nml 550nm 兩波長的 WDM 系統(tǒng)，又稱為 WWDM。 從 1995 年開始，隨著 1 550nm 窗口的 EDFA 的商用化，WDM 系統(tǒng)的應(yīng)用 進入了快車道。EDFA 的工作在 1 550nm 窗 121，因此人們不再使用 1 310nm 窗口，而只在 1 550nm 窗口傳送多路光信號。由于這些 WDM 系統(tǒng)的相鄰波長 間隔比較窄，只有 082nm，甚至小于 08nm，且工作在一個窗口內(nèi)共享 EDFA，為了與傳統(tǒng)的 1 310nm1 550nm 兩波長的 WDM 系統(tǒng)相區(qū)別，人們稱 這種在 l 550nm 窗口內(nèi)，波長間隔更緊密的 WDM 系統(tǒng)為密集波分復(fù)用(DWDM)系 統(tǒng)。 WDM 技術(shù)發(fā)展迅速的主要原因在于光電器件的迅速發(fā)展，特別是 EDFA 的成熟和商用化。此外，由于 TDM 方式已日益接近硅和砷化鎵技術(shù)的極限， 已沒有更大的潛力，而且光纖色散也限制了 TDM 方式速率的提高，因此人們 將興趣從電復(fù)用轉(zhuǎn)移到光復(fù)用，試圖用光域上的各種復(fù)用方式來提高傳輸效率， 而 WDM 是目前能商用的最簡單的光復(fù)用技術(shù)。 理論上，WDM 技術(shù)可以利用的光纖帶寬達到 25THz，即使按照波長間隔 為 08nm(100GHz)計算，也可以開通 200 多個波長的 WDM 系統(tǒng)。目前光纖 的帶寬遠遠沒有被充分利用，WDM 技術(shù)的出現(xiàn)正是為了充分利用光纖的帶寬， 而光纖本身的寬帶寬、低損耗特性也為 WDM 系統(tǒng)的應(yīng)用和發(fā)展提供了可能。 某某學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 2.2 WDM 系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)與應(yīng)用 2.2.1 WDM 基本組成及原理 一般來說， WDM 系統(tǒng)主要由于下五部分組成：光發(fā)射機，光中繼放大， 光接收機，光監(jiān)控信道和網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)。 圖 2-1 WDM 系統(tǒng)組成圖 WDM 本質(zhì)上是光域上的頻分復(fù)用 FDM 技術(shù)，每個波長通路通過頻域的分 割實現(xiàn)，因為我們都知道波長 和頻率 的關(guān)系是=/，其中 v 是光的速度， 在真空中取 v=c，對波長的分割實際上也是對頻率的分割。 光發(fā)射機是 WDM 系統(tǒng)的核心，除了對 WDM 系統(tǒng)中發(fā)射激光器的中心波 長又特殊的要求外，還需要根據(jù) WDM 系統(tǒng)的不同應(yīng)用(主要是傳輸光纖中的類 型和無電中繼傳輸?shù)木嚯x)來選擇具有一定色度色散容限的發(fā)射機。在發(fā)送端首 先將終端設(shè)備送來的光信號，利用光波長轉(zhuǎn)換器(OUT)把非特定波長的光信號 轉(zhuǎn)換成具有穩(wěn)定的特定波長的光信號；利用合波器多通路光信號合成一路；然 后通過光功率放大器放大輸出，注入光纖線路。 經(jīng)過長距離光纖傳輸后(180120KM)，需要對光信號進行光中繼放大，目 前使用的光放大器多數(shù)為 EDFA，在 WDM 系統(tǒng)中，必須采用增益平坦技術(shù)， 使 EDFA 對不同的波長的光信號具有相同的放大增益，同時，還要考慮到不同 數(shù)量的光信道同時工作的各種情況，能夠保證光信道的增益競爭不影響傳輸性 能。在應(yīng)用同時，根據(jù) EDFA 的放置位置，可將 EDFA 用依“中繼放大或線路 放大(LA)”， “后置功率放大(BA)”和“前置功率放大(PA)”。 某某學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 在接收端，光前置放大器(PA)放大徑傳輸而衰減的主信道光信號后，利用 分波器從主信道光信號中分出特定波長的光信號送入各終端設(shè)備，接收機不但 要滿足一般接收機對光信號靈敏度，過載功率等功率參數(shù)的要求，還要能承受 一定光噪聲的信號，要有足夠的電帶寬性能。 光監(jiān)控信道主要功能使監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)各信道的傳輸情況，在發(fā)送端，插入本 節(jié)點產(chǎn)生的波長 s(1510nm)的光監(jiān)控信號，與主信道的光信號合波輸出；在接 收端，將接收到的光信號分波，輸出 s(1510nm)波長的光監(jiān)控信號和業(yè)務(wù)信道 光信號。幀同步字節(jié)，公務(wù)字節(jié)和網(wǎng)管所用的開銷字節(jié)等都是通過光監(jiān)控信道 來傳遞的。 網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)通過光監(jiān)控信道物理層傳送開銷字節(jié)到其他節(jié)點或接收來自 其他節(jié)點的開銷字節(jié)。WDM 系統(tǒng)進行管理，實現(xiàn)配置管理，故障管理，性能 管理，安全管理等功能，并與上層管理系統(tǒng)相連。 2.2.2 WDM 系統(tǒng)的特點 波分復(fù)用技術(shù)有以下主要特點： （1）可以充分利用光纖的巨大帶寬潛力，使一根光纖上的傳輸容量比單波 長傳輸增加幾十至上萬倍。 （2）N 波長復(fù)用以后在一根光纖中傳輸，在大容量長途傳輸時可以節(jié)約大 量的光纖。 （3）波分復(fù)用通道對傳輸信號是完全透明的，即對傳輸碼率、數(shù)據(jù)格式及 調(diào)制方式均具有透明性，可同時提供多種協(xié)議的業(yè)務(wù)，不受限制地提供端到端 的業(yè)務(wù)。 （4）可擴展性好。加入新的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點時，不影響原有的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和設(shè)備， 降低成本，具有網(wǎng)絡(luò)可擴展性。 （5）降低器件的超高速要求。前面已經(jīng)提到隨著傳輸信號速率的提高，光 由器件的響應(yīng)速度講成為速率提高的“瓶頸”，采用波分復(fù)用技術(shù)后，可降低單 路信道的速率要求，同而降低一些器件在性能上的極高要求，同時還那能達到 大容量傳輸。 某某學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 因此，WDM 技術(shù)對網(wǎng)絡(luò)的擴容升級、發(fā)展寬帶業(yè)務(wù)、充分挖掘光纖帶寬 潛力，實現(xiàn)超高速通信等具有十分重要的意義，尤其是 WDM 加上摻鉺光纖放 大器(EDFA)更是對現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)具有強大的吸引力。 某某學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 第三章 DWDM 技術(shù) 本節(jié)主要介紹 DWDM 的原理，關(guān)鍵技術(shù)和實現(xiàn)方式，傳輸媒質(zhì)的種類和 特性，以及 DWDM 系統(tǒng)組成。 3.1 DWDM 概述 3.1.1 DWDM 技術(shù)產(chǎn)生背景 隨著語音業(yè)務(wù)的飛速增長和各種新業(yè)務(wù)的不斷涌現(xiàn)，特別是 IP 技術(shù)的日新 月異，網(wǎng)絡(luò)容量必將會受到嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的傳輸網(wǎng)絡(luò)擴容方法采用空分多 路復(fù)用（SDM）和時分多路復(fù)用（TDM）兩種方式。 不管是采用空分復(fù)用還是時分復(fù)用的擴容方式，基本的傳輸網(wǎng)絡(luò)均采用傳 統(tǒng)的 PDH 和 SDH 技術(shù)，即采用單一波長的光信號傳輸。這種傳輸方式是對光 纖容量的一種極大的浪費，因為光纖的帶寬相對于目前我們利用的單波長信道 來講幾乎是無限的。我們一方面在為網(wǎng)絡(luò)的擁擠不堪而憂心忡忡，另一面卻讓 大量網(wǎng)絡(luò)資源的白浪費。 DWDM 技術(shù)就是在這樣的背景下應(yīng)運而生的，它不僅大幅度地增加了網(wǎng)絡(luò) 的容量，而且還充分利用了光纖的帶寬資源，減少了網(wǎng)絡(luò)資源的浪費。 3.1.2 DWDM 的分類 （1）DWDM 按工作方式有雙纖單向傳輸和單纖雙向傳輸 雙纖單向傳輸 雙纖單向傳輸指一根光纖只完成一個方向光信號的傳輸，反向光信號的傳 輸由另一根光纖來完成，因此，同一波長在兩個方向上可以重復(fù)利用。 單纖雙向傳輸 單纖雙向傳輸指在一根光纖中實現(xiàn)兩個方向光信號的同時傳輸，兩個方向 的光信號應(yīng)安排在不同的波長上。 （2）DWDM 按應(yīng)用形式有開放式 DWDM 和集成式 DWDM，如圖 3-1。 開放式 DWDM 系統(tǒng)(如圖 3-1(a)的特點是對復(fù)用終端光接口沒有特別的要 求，只要求這些接口符合 ITU-TG.975 建議的光接口標(biāo)準(zhǔn)。DWDM 系統(tǒng)采用波 長轉(zhuǎn)換技術(shù)，將復(fù)用終端的光信號轉(zhuǎn)換成指定的波長，不同終端設(shè)備的光信號 轉(zhuǎn)換成不同的符合 ITU-T 建議的波長，然后進行合波。 某某學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 集成式 DWDM 系統(tǒng)(如圖 3-1(b)沒有采用波長轉(zhuǎn)換技術(shù)，它要求復(fù)用終端 的光信號波長符合 DWDM 系統(tǒng)的規(guī)范。不同的復(fù)用終端設(shè)備發(fā)送不同的符合 ITU-T 建議的波長，這樣他們在接入合波器時就能占據(jù)不同的通道，從而完成 合波。 根據(jù)工程的需要可以選送不同的應(yīng)用形式，在實際應(yīng)用中，開放式 DWDM 和集成式 DWDM 可以混合使用。 圖 3-1 DWDM 系統(tǒng)的組成 3.2 DWDM 系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)與應(yīng)用 3.1.1 DWDM 基本原理 DWDM 設(shè)備一般按照用途可分為光終端復(fù)用器（OTM） 、光線路放大器 （OLA） 、光分插復(fù)用器（OADM）和點中繼器（REG） 。下面以華為公司的波 分 320G 設(shè)備為例講述各種網(wǎng)絡(luò)單元類型在網(wǎng)絡(luò)中所起的作用。 某某學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 圖 3-2 波分復(fù)用系統(tǒng)原理 （1）光終端復(fù)用器（OTM） 在發(fā)送方向，OTM 把波長為 1-6（或 12）上網(wǎng) STM-16 信號經(jīng)合波 器復(fù)用成 DWDM 主信道，然后對其進行光放大，并附加上波長為 5 的光監(jiān) 控信道。 在接受方向，TOM 先把光監(jiān)控信道取出，然后對 DWDM 主信道進行光放 大，經(jīng)分波器解復(fù)用成 16（或 32）波長的 STM-16 信號。 （2）光放大器（OLA） 每個傳輸方向的 OLA 先取出光監(jiān)控信道（OSC）并進行處理，再將主信道 進行放大，然后將主信道與光監(jiān)控信道合路并送入光纖線路。 它每個方向都采用一對 WPA+WBA 的方式來進行光線路放大，也可用單 一波長前置放大器（WPA）或波長功率放大器（WBA）的方式來進行單向的光 線路放大。 （3）光分插復(fù)用器（OADM） OADM 設(shè)備接收線路的光信號后，光提取監(jiān)控信道，再用 WPA 將主光通 道預(yù)放大，通過 MR2 單元把含有 16 或 32 路 STM-16 的光信號與按波長取下一 定數(shù)量后送出設(shè)備，要插入的波長經(jīng) MR2 單元直接插入主信道，在經(jīng)功率放大 后插入本地光監(jiān)控信道。 3.1.2 DWDM 系統(tǒng)特點 DWDM 技術(shù)具有如下特點： （1）超大容量 某某學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 目前使用的普通光纖可傳輸?shù)膸捠呛芾速M的，但其利用率還很低，使用 DWDM 技術(shù)可以使一根光纖的傳輸容量比單波長傳輸容量增加幾倍，幾十倍乃 至幾百倍。 （2）對數(shù)據(jù)“透明” 由于 DWDM 系統(tǒng)按光波長的不通進行復(fù)用和解復(fù)用，而與信號的速率的 電調(diào)制方式無關(guān)，及對數(shù)據(jù)是“透明”的，因此可以傳輸特性完全不同的信號， 完成各種電信號的綜合和分離，包括數(shù)字信號和模擬信號，以及 PDH 信號和 SDH 信號的綜合與分離。 （3）系統(tǒng)升級能最大限度地保護已有投資 在網(wǎng)絡(luò)擴充和發(fā)展中，無需對光纜線路進行改造，只需要更換光發(fā)射機和 光接收機即可實現(xiàn)，是理想的擴容手段，也是引入帶寬業(yè)務(wù)的方便手段，而且 利用增加一個附加波長即可引入任意想要的新業(yè)務(wù)或新容量。 （4）高度的組網(wǎng)靈活性，經(jīng)濟性和可靠性 利用 DWDM 技術(shù)構(gòu)成的新型通信網(wǎng)絡(luò)比用傳輸?shù)碾姇r分復(fù)用技術(shù)組成的 網(wǎng)絡(luò)要大大簡化，而且網(wǎng)絡(luò)層次分明，各種業(yè)務(wù)的調(diào)度只需要調(diào)整相應(yīng)光信號 的波長即可實現(xiàn)。由于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡化，層次分明以及業(yè)務(wù)調(diào)度方便，由而帶來 的網(wǎng)絡(luò)的靈活性，經(jīng)濟性和可靠性是現(xiàn)而易見的。 （5）可兼容全光交換 可以預(yù)見，在未來可望實現(xiàn)的全光網(wǎng)絡(luò)中，各種電信業(yè)務(wù)的上/下交叉連接 等都是在光路上通過光信號波長的改變和調(diào)整來實現(xiàn)的。因此，動物冬眠技術(shù) 將來都是實現(xiàn)全光網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，而且 DWDM 系統(tǒng)的基礎(chǔ)上實現(xiàn)透明的， 具有高度生存性的全光網(wǎng)絡(luò)。 某某學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 第四章 DWDM 傳輸關(guān)鍵技術(shù) 在這樣的系統(tǒng)中，需要大量的光/電轉(zhuǎn)換，在系統(tǒng)容量逐漸增加的情況下， 成本迅速提高。為了降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和運營成本，新一代的骨干 DWDM 系統(tǒng)應(yīng) 運而生，它的一個重要特點就是長距離無電中繼技術(shù)，即在 1000km3000km 范圍內(nèi)的傳輸端之間不再增加電再生中繼站，而是在業(yè)務(wù)上下的中間節(jié)點使用 光分插復(fù)用器(OADM)，只對上下波長進行光/電轉(zhuǎn)換，其余波長在光域直通。 采用這種結(jié)構(gòu)，可以大大減少光/電轉(zhuǎn)換次數(shù)，節(jié)省了大量的光電轉(zhuǎn)換模塊 (OTU)，并且使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)清晰，為日后在 DWDM 層面組網(wǎng)奠定基礎(chǔ)。 目前，超長距離 DWDM 光傳輸系統(tǒng)正沿著增大傳輸容量和延長傳輸距離 這兩個方向發(fā)展。每一次傳輸容量和傳輸距離的大幅度提升，都與市場需求和 關(guān)鍵技術(shù)的突破這兩方面緊密相關(guān)?；仡櫣鈧鬏斚到y(tǒng)的歷史發(fā)展軌跡可以明顯 地看出，無電中繼傳輸距離的每一次較大規(guī)模提升，總是基于新技術(shù)的采用和 關(guān)鍵問題的克服而實現(xiàn)的，同時又伴隨著對傳輸距離的新限制因素的出現(xiàn)。這 些物理限制因素包括放大自發(fā)射輻射噪聲積累、色度色散、非線性效應(yīng)和偏振 模色散等。在單信道 10Gbps 的 ULH DWDM 光傳輸中，又以前三種物理效應(yīng) 最為明顯，而偏振模色散(PMD)效應(yīng)主要在更高速率如 40G 傳輸系統(tǒng)中才明顯 起作用。為了應(yīng)對這些技術(shù)挑戰(zhàn)，超長距離 DWDM 系統(tǒng)誕生了多種關(guān)鍵技術(shù) 主要包括光放大技術(shù)、色散控制技術(shù)、光合波及光分波技術(shù)、信號調(diào)制與接收 處理技術(shù)、光節(jié)點技術(shù)、糾錯編碼技術(shù)、新型光纖技術(shù)等。 4.1 光放大技術(shù) 目前比較引人注目的光纖喇曼放大器(RAMAN)，利用了光纖中的 SRS 效 應(yīng)，使信號與一個強泵浦波同時傳輸，并且其頻率差位于泵浦波的喇曼增益譜 寬之內(nèi)，則此信號可被光纖放大。喇曼放大器的一個特性是有很寬的帶寬，可 以在任何波長處提供增益，只要能得到所需的泵浦波長，并且增益介質(zhì)是光纖， 可以制成分立式或分布式的放大器，另外一個顯著優(yōu)點是噪聲低，可以滿足在 小信號放大時對 OSNR 的要求。但受激喇曼效應(yīng)的泵浦閾值較高，實現(xiàn)喇曼放 大器的關(guān)鍵是高功率泵浦，例如，泵浦波長為 1450nm，要獲得 20dB 的峰值增 益，泵浦功率需要 400mW(G.655 光纖)或 620mW(G.652 光纖)。所以一般建議 在超過 2000km 的超長距系統(tǒng)或單跨段距離超過 100km 時，為滿足 OSNR 的要 某某學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 求，才使用喇曼放大器，當(dāng)然為滿足 L 波段放大的要求，也可以使用喇曼放大 器，但一般長距系統(tǒng)應(yīng)盡量避免使用。 圖 4-1 摻鉺光纖放大器裝置 光放大技術(shù)主要集中在以下幾個方面： （1）DRA（分布式 Raman 放大器） DRA 是利用光纖的受激 Raman 效應(yīng)實現(xiàn)信號光的放大，即一個弱信號與 一個強泵浦光的 Raman 光纖放大器的等效噪聲系數(shù)小于 0dB，而普通的 EDFA 的典型噪聲系數(shù)為 5-7dB，這就意味著對于同樣的光信噪比要求，采用 Raman 放大器可以實現(xiàn)更長距離的傳輸。不過，由于泵浦激光器成本和泵浦效率的限 制，分布式 Raman 放大器的開關(guān)增益一般在 10-13dB 左右，目前 DRA 普遍是 與常規(guī) EDFA 混合使用以降低節(jié)點等效噪聲系數(shù)，增加信號傳輸距離。 實際使用的 DRA 通常使用多波長泵浦源，通過不同泵浦波長產(chǎn)生增益譜 的疊加和調(diào)整來獲得平坦的增益譜。 （2）大功率 EDFA 大功率 EDFA 的輸出功率高于普通 EDFA，輸出功率一般在 24-26dBm，也 可能更高。光功率的提升將會增加非線性效應(yīng)導(dǎo)致的功率代價，因而大功率 EDFA 在網(wǎng)絡(luò)中的使用受到一定的限制。 （3）ROPA ROPA 是采用大功率泵浦源遠程泵浦一段距離以外的餌纖，以延長放大段 距離。根據(jù)泵浦光傳輸方向的不同，可以分為同向泵浦和反向泵浦。 4.2 色散控制技術(shù) 色散補償光纖技術(shù)為了擴大光纖線路中繼距離把其中存在的色散降低到最 低程度，同時兼顧到插入損耗合理的技術(shù)措施，其中包括專用補償光纖和光學(xué) 某某學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 元器件，輸入端的光信號設(shè)計，使輸出端的光信號足以保證系統(tǒng)性能，諸如跨 距、速率、誤碼率等實現(xiàn)。 色散補償對 G.652 光纖線路轉(zhuǎn)入 1550nm 窗口和非零色散光纖線路都是必 要的。在我國，前一種更為現(xiàn)實和必要。色散補償光纖技術(shù)有采用由色散補償 光纖（DCFDispersion Compensation Fiber）制成的圈插入光纖線路中，該光 纖的色散帶負號，與線路光纖符號相反，但消耗光功率，仍須進一步優(yōu)化。另 一種技術(shù)方法是用色散管理光纖，即 DMF（Dispersion Managed Fiber） 。這種 光纖有帶正、負色散區(qū)段，如同線路光纖延展敷設(shè)，不至于造成 DCF 那樣無謂 的光損失。還有技術(shù)方法諸如預(yù)啁啾和雙模光纖補償以及光譜反轉(zhuǎn)等，啁啾類 同于電路預(yù)失真，傳入光脈沖的啁啾與線路光纖色散引起的啁啾相互抵消。雙 模光纖法基于運用高階模在截止波長附近產(chǎn)生較大的波導(dǎo)色散（帶負號）與線 路光纖中帶正號的單色散相抵消。 圖 4-2 色散補償示意圖 4.3 光合波與分波技術(shù) 光合波與光分波技術(shù)是為了充分利用光纖的帶寬而必須不斷充分利用光纖 的波長資源,目前在我國大量采用的 DWDM 系統(tǒng)大多利用光纖的 C 波段即 1528nm1565nm 約 37nm 的通帶范圍,若波長間隔為 0.8nm 約可容納 40 波光信 號,如須進一步增加傳輸容量必須擴大通帶范圍并同時減小光信號間的間隔,則必 須研制更加高效的光放大器。 某某學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 光合波技術(shù)和分波技術(shù)分別是通過光復(fù)用器和光分解器來完成。光復(fù)用器 將不同波長的發(fā)送信號混合在一條單獨的光纖上，而分解器則將混合信號分解 為接收器的分支波長。 光復(fù)用器和光分解器在超高速、大容量波分復(fù)用系統(tǒng)中起著關(guān)鍵作用，其 性能的優(yōu)劣對系統(tǒng)的傳輸質(zhì)量有決定性影響。DWDM 系統(tǒng)對其要求是：損耗 及其偏差??；信道間的串?dāng)_小；低的偏差相關(guān)性。 4.4 信號調(diào)制與接收處理技術(shù) 近年來對信號調(diào)制格式的研究備受人們的關(guān)注，這是因為不同的線路碼型 抗光纖信道中噪聲、色散、非線性影響的程度不同，選擇合適的碼型能夠在不 增加其他設(shè)施的條件下延長最大傳輸距離。研究表明傳統(tǒng)的 NRZ 碼型并非超長 距離傳輸?shù)睦硐氪a型，從抗噪聲的角度來看 DPSK 碼和 RZ 碼要優(yōu)于 NRZ 碼， 從抗色散影響的角度看 RZ、RZ_DPSK、PSBT、多進制調(diào)制都優(yōu)于 NRZ 碼， 從抗非線性影響的角度看 CSRZ、DPSK 要優(yōu)于 NRZ，從頻譜效率的角度看 VSB、PSBT 和多進制調(diào)制也優(yōu)于 NRZ，在不同的系統(tǒng)條件下各種碼型具有各 自優(yōu)勢，也有自己的劣勢，需要權(quán)衡考慮。目前多數(shù) 40Gbit/s 試驗系統(tǒng)多采用 CSRZ 和 RZ_DPSK，實驗證實這些碼型比 NRZ 碼更適合于超長距離 DWDM 傳輸，當(dāng)然新的調(diào)制碼型也增加了調(diào)制器和接收機的成本和復(fù)雜度。 今后信號調(diào)制將向著頻譜效率更高的多進制調(diào)制和編碼調(diào)制方向發(fā)展，其 中的關(guān)鍵是如何以低成本實現(xiàn)高可靠性的調(diào)制解調(diào)器，預(yù)計光電混合集成電路 和光子晶體光纖是最為看好的技術(shù)。 圖 4-3 通信信號調(diào)制方式識別流程圖 信號的接收處理包括很多內(nèi)容，例如濾波、均衡、整形、再生、似然接收 等。接收機前的光濾波器能有效地抑制進入接收機的噪聲功率，但同時對接收 波形也有很大影響，接收機內(nèi)的電濾波器也有類似的作用，所以針對某種碼型 存在最優(yōu)的濾波器帶寬，既能夠有效抑制噪聲，又不至于造成嚴(yán)重的 ISI。而電 某某學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 均衡技術(shù)能夠以較低的成本有效地消除由于色散和 PMD 引起的 ISI，同時還能 減小光纖非線性的影響，因此近年來備受關(guān)注，特別是隨著高速集成電路技術(shù) 的成熟，已經(jīng)可以實現(xiàn) 40Gbit/s 信號的電域自適應(yīng)均衡，并能夠?qū)φ`碼進行監(jiān) 測和對 Q 因子進行估計。光域內(nèi)的整形和再生能有效地減小噪聲積累和非線性 損傷，延長總的傳輸距離，由于無需光電變換設(shè)備，降低了成本，克服了電子 器件速率的瓶頸限制。目前雖然光整形和再生還沒有達到實用，但已有很多的 研究，隨著光子技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，將來一定能夠有用武之地。 4.5 節(jié)點技術(shù) WDM 光傳送網(wǎng)中的節(jié)點分為光交叉連接（OXC）節(jié)點、光分插復(fù)用 （OADM）節(jié)點和混合節(jié)點（同時具有 OXC 和 OADM 功能的節(jié)點） 。 OXC 節(jié)點的功能類似于網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)字交叉連接設(shè)備（DXC） ，只不 過是以光波信號為操作對象在光域上實現(xiàn)的，無需進行光電轉(zhuǎn)換和電信號處 理。OXC 在未來的全光通信網(wǎng)絡(luò)中，起著十分重要的作用，當(dāng)光纜中斷或節(jié)點 失效時，OXC 能自動完成故障隔離、重選路由、重新配置網(wǎng)絡(luò)節(jié)點等功能，當(dāng) 業(yè)務(wù)發(fā)展需要對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進行調(diào)整時，OXC 可以簡單迅速地完成網(wǎng)絡(luò)的調(diào)度和 升級。 圖 4-4 兩種基本 OXC 結(jié)構(gòu) 某某學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 OADM 節(jié)點的功能類似于 SDH 網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)字分插復(fù)用設(shè)備（ADM） ，它 可以直接以光波信號為操作對象，利用光波分復(fù)用技術(shù)在光域上實現(xiàn)波長信道 的上下。 圖 4-5 OADM 結(jié)構(gòu)示意圖 4.6 糾錯編碼技術(shù) 糾錯編碼是超長距離傳輸中有效增加系統(tǒng)余量的一項關(guān)鍵技術(shù)，它通過在 信號中加入少量的冗余信息來發(fā)現(xiàn)并剔除傳輸過程中由噪聲引起的誤碼，以較 低的成本和較小的帶寬損失換取高質(zhì)量的傳輸。例如標(biāo)準(zhǔn)的 RS（255、239）編 碼方案具有 5dB 以上的編碼增益而冗余度僅僅為 7%，這等效于提高了 12dB 的 OSNR，在不增加其他額外設(shè)施條件下進一步增加了傳輸距離。由于糾錯編 碼只需要在收發(fā)端增加相應(yīng)的編譯碼器，無需增加和改動線路設(shè)備，具有成本 低、靈活便捷、效果明顯的優(yōu)勢，所以備受青睞。 隨著超長距離傳輸系統(tǒng)發(fā)展的要求，人們需要具有更強糾錯能力的超強糾 錯編碼?？紤]到目前高速集成電路的復(fù)雜性和工藝水平問題，當(dāng)前所采用的超 強糾錯編碼多采用級聯(lián)碼方案，即編碼由內(nèi)碼和外碼兩套不同的糾錯碼交織級 聯(lián)而成，以便更好地糾正多個連續(xù)錯誤，例如與標(biāo)準(zhǔn) RS(255、239)碼相比，級 聯(lián)的 RS(255、239)+RS(255、239)能多獲得 1.4dB 的編碼增益得到 10-13 的 BER，而 RS(255、239)+RS(255、223)可使增益增加到 1.9dB。當(dāng)高速集成電路 技術(shù)更加成熟后，有望實現(xiàn)第三代糾錯編碼，即 Turbo 乘積碼（TPC） ，它對碼 塊的行和列分別進行編碼，而且在譯碼過程中采用軟判決和迭代譯碼技術(shù)，能 進一步提高編碼增益。有報道說，采用基于 BCH 的 TPC（BCH（128、113、6）BCH（256、239、6） ，碼率為 0.82）可以取得 10.1dB 的編碼增益。 某某學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 圖 4-6 級聯(lián)編碼原理框圖 目前人們在 FEC 方面的主要工作是繼續(xù)尋找簡單高效的糾錯編碼方案，例 如低密度極性校驗碼（LDPC）以及糾錯編碼方案的高速集成電路實現(xiàn)等等。 4.7 新型光纖技術(shù) 光纖是最主要的傳輸媒質(zhì)，其性能對傳輸信號的影響最大，可以說以上提 到的各種關(guān)鍵技術(shù)都是針對光纖特性對信號的影響展開來的，所以設(shè)計和采用 特性優(yōu)良的光纖是提高傳輸性能最有效的手段。 對于超長距離傳輸，理想的光纖特性應(yīng)該是具有很小的衰減、寬而平坦的 光譜、適當(dāng)?shù)纳?、較大的有效面積、很低的 PMD、理想的彎曲特性、存在可 做色散補償?shù)纳⒒ツ鎲卧鹊?。實際中光纖很難同時滿足這些要求，但總可 以滿足部分要求以期望能夠改善信號傳輸質(zhì)量。例如加大非零色散位移光纖能 夠提供適當(dāng)色散既減小色散本身的影響，又利用一定的色散克服光纖非線性的 影響，并保持原 G.652 光纖的大部分好的特性；減小色散斜率的非零色散位移 光纖克服了通常非零色散位移光纖色散斜率較大的缺點，能夠與 DCF 更好地匹 配；大有效面積非零色散位移光纖能提供較大的有效面積以減小光線非線性的 影響；水峰消除光纖把 1380nm 處的 OH-吸收峰消除掉以