江蘇省郵電建設(shè)工程有限公司 朱洪俊

長距離大容量DWDM傳輸關(guān)鍵技術(shù)

江蘇省郵電建設(shè)工程有限公司 朱洪俊

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)。本篇論文主要介紹了DWDM傳輸系統(tǒng)的基本知識點和DWDM系統(tǒng)在傳輸過程中所運用到的關(guān)鍵技術(shù)介紹。通過本文的闡述旨在說明長距離大容量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。

DWDM；長距離；大容量；傳輸；關(guān)鍵技術(shù)

1.DWDM概述

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。

2.DWDM系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

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。

（1）光終端復(fù)用器（OTM）

在發(fā)送方向，OTM把波長為λ1-λ6（或λ12）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λ5的光監(jiān)控信道。

圖2-1 波分復(fù)用系統(tǒng)(Wave division multiplexing system)

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.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1000km～3000km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)。

3.1 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。

3.2 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)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（DCF＝Dispersion 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。

3.3 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1528nm～1565nm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。

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：①損耗及其偏差??；②信道間的串?dāng)_?。虎鄣偷钠钕嚓P(guān)性。

3.4 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)。

3.5 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SDH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。

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。

3.6 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1～2dB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。考慮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。

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.總結(jié)與展望

4.1 總結(jié)

光纖以其巨大的帶寬資源成為骨干傳輸媒質(zhì)的必然選擇，而DWDM技術(shù)是在現(xiàn)有技術(shù)條件下充分利用光纖帶寬資源的有效手段，由于不采用電再生中繼，超長距離DWDM傳輸能降低系統(tǒng)成本并提高系統(tǒng)的可靠性，所以備受人們青睞。對此各國正紛紛展開有關(guān)研究和實驗，我國也把超長距離DWDM傳輸列入國家863計劃之中。截止到目前，超長距離DWDM傳輸已有了重大發(fā)展，實驗報道的最大單纖傳輸容量達到10.92Tbit/s，傳輸距離300km，而一般容量為3-4Tbit/s的陸地傳輸距離可達4000km以上，而跨洋系統(tǒng)傳輸距離可達上10000km。我國在自己的努力下，也成功地實現(xiàn)了1.6Tbit/s3000km超長距離試驗傳輸。

4.2 展望

隨著超大容量DWDM系統(tǒng)在長途網(wǎng)中的大規(guī)模建設(shè)，用戶接入及局域網(wǎng)的寬帶化技術(shù)的普及，網(wǎng)絡(luò)的瓶頸逐漸轉(zhuǎn)移到了城域網(wǎng)。原先以承載話音為主的城域傳輸網(wǎng)絡(luò)，已無法適應(yīng)城域數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的快速增長。因此目前全世界大部分運營商的競爭重點正在從長途網(wǎng)轉(zhuǎn)向城域網(wǎng)，建立高效經(jīng)濟的支持多業(yè)務(wù)的城域網(wǎng)已經(jīng)成為各運營公司的共同目標(biāo)。相信隨著技術(shù)的進一步發(fā)展，如何科學(xué)地選擇光纖類型、如何抑制光纖非線性效應(yīng)對傳輸?shù)陌l(fā)展會越來越明確，未來傳輸網(wǎng)的建設(shè)也會為我們的生活帶來更多的方便與快捷。

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Long-distance high-capacity DWDM transport key technologies

Hongjun Zhu
（JSTCC，NanJing JiangSu，，CHINA 210012）

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 diff i cult to meet the growing communications needs.This is only to establish a set of high bandwidth，large capacity，low latency，f l exible 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.

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.

DWDM long distance and large capacity transmission key technologies

朱洪俊（1963—），江蘇溧陽人，大學(xué)本科，主要研究方向：移動通信網(wǎng)絡(luò)、傳輸網(wǎng)。