长距离大容量DWDM传输关键技术——毕业论文

某某学院毕业设计（论文） 某某学院某某学院 毕毕 业业 设设 计计( (论论 文文) ) 题目：题目： 长距离大容量 DWDM 传输关键技术 系部系部 信息工程系信息工程系 专业专业 网络系统管理 姓名姓名 学号学号 指导教师：指导教师： 2017 年 4 月 25 日 某某学院毕业设计（论文） 长距离大容量 DWDM 传输关键技术 摘要 本文主要介绍了随着宽带网走入我们的生活，现已建成的 SDH 骨干网正承 受巨大的负荷，在不久的将来，将必然难以满足日益增长的通信需求。为此只 有建立起一套具有高带宽、大容量、低时延、拓扑结构灵活的传输系统才能够 解决上述问题，这便引入了我们所研究的课题即长距离大容量 DWDM 传输系统。 为了制作此次课题，我们在导师的指导下了解了 DWDM 系统的基本原理，并 且通过对网络搜索的利用以及相关图书的查阅整理了有关密集型光波分复用即 DWDM 传输系统的理论资料。 本篇论文主要介绍了 3 个有关 DWDM 传输系统的基本知识点，分别是基本的 WDM 技术介绍、基本的 DWDM 技术介绍和 DWDM 系统在传输过程中所运用到的关键 技术介绍。通过本次论文的制作目的是为了展示出长距离大容量 DWDM 传输系统 在现代宽带通信中的特点以及其能够在日常生产中被应用的可行性。 关键字： DWDM 长距离 大容量 传输 关键技术 某某学院毕业设计（论文） 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 某某学院毕业设计（论文） 目目 录录 第一章绪论 5 第二章WDM 技术.7 2.1 WDM 概述 .7 2.2 WDM 系统基本结构与应用 .8 2.2.1 WDM 基本组成及原理 8 2.2.2 WDM 系统的特点 9 第三章 DWDM 技术 11 3.1 DWDM 概述 .11 3.1.1 DWDM 技术产生背景 11 3.1.2 DWDM 的分类 11 3.2 DWDM 系统基本结构与应用 .13 3.1.1 DWDM 基本原理 13 3.1.2 DWDM 系统特点 14 第四章 DWDM 传输关键技术 15 4.1 光放大技术.15 4.2 色散控制技术.16 4.3 光合波与分波技术.17 4.4 信号调制与接收处理技术 .18 4.5 节点技术.19 4.6 纠错编码技术 .20 4.7 新型光纤技术.21 第五章 总结与展望.22 5.1 总结.22 5.2 展望.22 致谢23 参考文献24 某某学院毕业设计（论文） 5 第一章 绪论 随着通信技术的发展和计算机的普及，宽带网时代正在走入我们的生活， 以 IP 数据包和 ATM 信元为主的数据和图像信息正在取代传统的话音信息占据 各个传送网的主导地位，现已建成的 SDH 骨干网正承受巨大的负荷，在不久的 将来，将难以满足日益增长的通信需求。为此具有高带宽、大容量、低时延、 拓扑结构灵活的 DWDM 技术迎来了大发展的时机。 对于超长距离传输，理想的光纤特性应该是具有很小的衰减、宽而平坦的 光谱、适当的色散、较大的有效面积、很低的 PMD、理想的弯曲特性、存在可 做色散补偿的色散互逆单元等等，实际中光纤很难同时满足这些要求，但总可 以满足部分要求以期望能够改善信号传输质量。例如加大非零色散位移光纤能 够提供适当色散既减小色散本身的影响，又利用一定的色散克服光纤非线性的 影响，并保持原 G.652 光纤的大部分好的特性；减小色散斜率的非零色散位移 光纤克服了通常非零色散位移光纤色散斜率较大的缺点，能够与 DCF 更好地匹 配；增大有效面积非零色散位移光纤能提供较大的有效面积以减小光线非线性 的影响；水峰消除光纤把 1380nm 处的 OH-吸收峰消除掉以提供更宽的光谱范 围等等，这些新型光纤为超长距离传输铺平了道路，从而使得大容量超长距离 DWDM 传输系统有了用武之地并且应用规模日益扩大。 高速光传送网作为信息的骨干传输平台被推上了历史舞台，它给相关领域 和技术带来了机遇与挑战。仅就最低层次的克服传输距离限制的点到点传输系 统，便有许多问题需要解决，例如低成本的 WDM 光源阵列问题、提高频谱效 率和性能优良的信号调制格式问题、理想性能的光纤设计与制造问题、PMD 补 偿问题、先进的光子信息处理与电信号处理问题、系统性能的在线监测与评估 问题、为了优化性能参数需要对控制参量进行动态调节到自适应调节问题等等。 这些问题的解决给现有的器件生产、设备制造、系统开发都带来了机遇和挑战。 随着光网络向近期的面向连接波长交换光网络的演进以及向远期的无连接光分 组交换网络演进，新的技术如快速大容量光开关技术、光交换技术、光缓存技 术、全光波长变换技术、光信息识别技术、网络管理与控制技术都将成为有发 展潜力和前景广阔的技术。 某某学院毕业设计（论文） 6 同时随着通信业务特别是数据业务的迅猛发展，加之运营商对网络建设成 本的关注，大容量长距离 DWDM 传输系统可以简化骨干传输网结构，减少昂 贵的光电再生器件的使用，同时提供大容量带宽，从而减少网络投资，降低运 营维护费用。正是由于上述特点，大容量长距离 DWDM 传输系统在干线 DWDM 领域占据的份额越来越大。 某某学院毕业设计（论文） 7 第二章 WDM 技术 2.1 WDM 概述 所谓 WDM 就是在一根光纤中传输多个波长光信号的技术。根据每一信道 光波的频率(或波长)不同可以将光纤的低损耗窗口划分成若干个信道，把光波 作为信号的载波，在发送端利用合波器将不同波长的信号光载波合并起来送入 一根光纤进行传输，在接收端再利用分波器将这些不同波长承载不同信号的光 载波分开的复用方式。 WDM 技术在光纤通信兴起之初便出现了。但在当时的条件下，只能实现 在光纤的 1 310nm 和 1 550nm 两个低损耗窗口各传送一路光信号，即 1310nml 550nm 两波长的 WDM 系统，又称为 WWDM。 从 1995 年开始，随着 1 550nm 窗口的 EDFA 的商用化，WDM 系统的应用 进入了快车道。EDFA 的工作在 1 550nm 窗 121，因此人们不再使用 1 310nm 窗口，而只在 1 550nm 窗口传送多路光信号。由于这些 WDM 系统的相邻波长 间隔比较窄，只有 082nm，甚至小于 08nm，且工作在一个窗口内共享 EDFA，为了与传统的 1 310nm1 550nm 两波长的 WDM 系统相区别，人们称 这种在 l 550nm 窗口内，波长间隔更紧密的 WDM 系统为密集波分复用(DWDM)系 统。 WDM 技术发展迅速的主要原因在于光电器件的迅速发展，特别是 EDFA 的成熟和商用化。此外，由于 TDM 方式已日益接近硅和砷化镓技术的极限， 已没有更大的潜力，而且光纤色散也限制了 TDM 方式速率的提高，因此人们 将兴趣从电复用转移到光复用，试图用光域上的各种复用方式来提高传输效率， 而 WDM 是目前能商用的最简单的光复用技术。 理论上，WDM 技术可以利用的光纤带宽达到 25THz，即使按照波长间隔 为 08nm(100GHz)计算，也可以开通 200 多个波长的 WDM 系统。目前光纤 的带宽远远没有被充分利用，WDM 技术的出现正是为了充分利用光纤的带宽， 而光纤本身的宽带宽、低损耗特性也为 WDM 系统的应用和发展提供了可能。 某某学院毕业设计（论文） 8 2.2 WDM 系统基本结构与应用 2.2.1 WDM 基本组成及原理 一般来说， WDM 系统主要由于下五部分组成：光发射机，光中继放大， 光接收机，光监控信道和网络管理系统。 图 2-1 WDM 系统组成图 WDM 本质上是光域上的频分复用 FDM 技术，每个波长通路通过频域的分 割实现，因为我们都知道波长 和频率 的关系是=/，其中 v 是光的速度， 在真空中取 v=c，对波长的分割实际上也是对频率的分割。 光发射机是 WDM 系统的核心，除了对 WDM 系统中发射激光器的中心波 长又特殊的要求外，还需要根据 WDM 系统的不同应用(主要是传输光纤中的类 型和无电中继传输的距离)来选择具有一定色度色散容限的发射机。在发送端首 先将终端设备送来的光信号，利用光波长转换器(OUT)把非特定波长的光信号 转换成具有稳定的特定波长的光信号；利用合波器多通路光信号合成一路；然 后通过光功率放大器放大输出，注入光纤线路。 经过长距离光纤传输后(180120KM)，需要对光信号进行光中继放大，目 前使用的光放大器多数为 EDFA，在 WDM 系统中，必须采用增益平坦技术， 使 EDFA 对不同的波长的光信号具有相同的放大增益，同时，还要考虑到不同 数量的光信道同时工作的各种情况，能够保证光信道的增益竞争不影响传输性 能。在应用同时，根据 EDFA 的放置位置，可将 EDFA 用依“中继放大或线路 放大(LA)”， “后置功率放大(BA)”和“前置功率放大(PA)”。 某某学院毕业设计（论文） 9 在接收端，光前置放大器(PA)放大径传输而衰减的主信道光信号后，利用 分波器从主信道光信号中分出特定波长的光信号送入各终端设备，接收机不但 要满足一般接收机对光信号灵敏度，过载功率等功率参数的要求，还要能承受 一定光噪声的信号，要有足够的电带宽性能。 光监控信道主要功能使监控系统内各信道的传输情况，在发送端，插入本 节点产生的波长 s(1510nm)的光监控信号，与主信道的光信号合波输出；在接 收端，将接收到的光信号分波，输出 s(1510nm)波长的光监控信号和业务信道 光信号。帧同步字节，公务字节和网管所用的开销字节等都是通过光监控信道 来传递的。 网络管理系统通过光监控信道物理层传送开销字节到其他节点或接收来自 其他节点的开销字节。WDM 系统进行管理，实现配置管理，故障管理，性能 管理，安全管理等功能，并与上层管理系统相连。 2.2.2 WDM 系统的特点 波分复用技术有以下主要特点： （1）可以充分利用光纤的巨大带宽潜力，使一根光纤上的传输容量比单波 长传输增加几十至上万倍。 （2）N 波长复用以后在一根光纤中传输，在大容量长途传输时可以节约大 量的光纤。 （3）波分复用通道对传输信号是完全透明的，即对传输码率、数据格式及 调制方式均具有透明性，可同时提供多种协议的业务，不受限制地提供端到端 的业务。 （4）可扩展性好。加入新的网络节点时，不影响原有的网络结构和设备， 降低成本，具有网络可扩展性。 （5）降低器件的超高速要求。前面已经提到随着传输信号速率的提高，光 由器件的响应速度讲成为速率提高的“瓶颈”，采用波分复用技术后，可降低单 路信道的速率要求，同而降低一些器件在性能上的极高要求，同时还那能达到 大容量传输。 某某学院毕业设计（论文） 10 因此，WDM 技术对网络的扩容升级、发展宽带业务、充分挖掘光纤带宽 潜力，实现超高速通信等具有十分重要的意义，尤其是 WDM 加上掺铒光纤放 大器(EDFA)更是对现代网络具有强大的吸引力。 某某学院毕业设计（论文） 11 第三章 DWDM 技术 本节主要介绍 DWDM 的原理，关键技术和实现方式，传输媒质的种类和 特性，以及 DWDM 系统组成。 3.1 DWDM 概述 3.1.1 DWDM 技术产生背景 随着语音业务的飞速增长和各种新业务的不断涌现，特别是 IP 技术的日新 月异，网络容量必将会受到严重的挑战。传统的传输网络扩容方法采用空分多 路复用（SDM）和时分多路复用（TDM）两种方式。 不管是采用空分复用还是时分复用的扩容方式，基本的传输网络均采用传 统的 PDH 和 SDH 技术，即采用单一波长的光信号传输。这种传输方式是对光 纤容量的一种极大的浪费，因为光纤的带宽相对于目前我们利用的单波长信道 来讲几乎是无限的。我们一方面在为网络的拥挤不堪而忧心忡忡，另一面却让 大量网络资源的白浪费。 DWDM 技术就是在这样的背景下应运而生的，它不仅大幅度地增加了网络 的容量，而且还充分利用了光纤的带宽资源，减少了网络资源的浪费。 3.1.2 DWDM 的分类 （1）DWDM 按工作方式有双纤单向传输和单纤双向传输 双纤单向传输 双纤单向传输指一根光纤只完成一个方向光信号的传输，反向光信号的传 输由另一根光纤来完成，因此，同一波长在两个方向上可以重复利用。 单纤双向传输 单纤双向传输指在一根光纤中实现两个方向光信号的同时传输，两个方向 的光信号应安排在不同的波长上。 （2）DWDM 按应用形式有开放式 DWDM 和集成式 DWDM，如图 3-1。 开放式 DWDM 系统(如图 3-1(a)的特点是对复用终端光接口没有特别的要 求，只要求这些接口符合 ITU-TG.975 建议的光接口标准。DWDM 系统采用波 长转换技术，将复用终端的光信号转换成指定的波长，不同终端设备的光信号 转换成不同的符合 ITU-T 建议的波长，然后进行合波。 某某学院毕业设计（论文） 12 集成式 DWDM 系统(如图 3-1(b)没有采用波长转换技术，它要求复用终端 的光信号波长符合 DWDM 系统的规范。不同的复用终端设备发送不同的符合 ITU-T 建议的波长，这样他们在接入合波器时就能占据不同的通道，从而完成 合波。 根据工程的需要可以选送不同的应用形式，在实际应用中，开放式 DWDM 和集成式 DWDM 可以混合使用。 图 3-1 DWDM 系统的组成 3.2 DWDM 系统基本结构与应用 3.1.1 DWDM 基本原理 DWDM 设备一般按照用途可分为光终端复用器（OTM） 、光线路放大器 （OLA） 、光分插复用器（OADM）和点中继器（REG） 。下面以华为公司的波 分 320G 设备为例讲述各种网络单元类型在网络中所起的作用。 某某学院毕业设计（论文） 13 图 3-2 波分复用系统原理 （1）光终端复用器（OTM） 在发送方向，OTM 把波长为 1-6（或 12）上网 STM-16 信号经合波 器复用成 DWDM 主信道，然后对其进行光放大，并附加上波长为 5 的光监 控信道。 在接受方向，TOM 先把光监控信道取出，然后对 DWDM 主信道进行光放 大，经分波器解复用成 16（或 32）波长的 STM-16 信号。 （2）光放大器（OLA） 每个传输方向的 OLA 先取出光监控信道（OSC）并进行处理，再将主信道 进行放大，然后将主信道与光监控信道合路并送入光纤线路。 它每个方向都采用一对 WPA+WBA 的方式来进行光线路放大，也可用单 一波长前置放大器（WPA）或波长功率放大器（WBA）的方式来进行单向的光 线路放大。 （3）光分插复用器（OADM） OADM 设备接收线路的光信号后，光提取监控信道，再用 WPA 将主光通 道预放大，通过 MR2 单元把含有 16 或 32 路 STM-16 的光信号与按波长取下一 定数量后送出设备，要插入的波长经 MR2 单元直接插入主信道，在经功率放大 后插入本地光监控信道。 3.1.2 DWDM 系统特点 DWDM 技术具有如下特点： （1）超大容量 某某学院毕业设计（论文） 14 目前使用的普通光纤可传输的带宽是很浪费的，但其利用率还很低，使用 DWDM 技术可以使一根光纤的传输容量比单波长传输容量增加几倍，几十倍乃 至几百倍。 （2）对数据“透明” 由于 DWDM 系统按光波长的不通进行复用和解复用，而与信号的速率的 电调制方式无关，及对数据是“透明”的，因此可以传输特性完全不同的信号， 完成各种电信号的综合和分离，包括数字信号和模拟信号，以及 PDH 信号和 SDH 信号的综合与分离。 （3）系统升级能最大限度地保护已有投资 在网络扩充和发展中，无需对光缆线路进行改造，只需要更换光发射机和 光接收机即可实现，是理想的扩容手段，也是引入带宽业务的方便手段，而且 利用增加一个附加波长即可引入任意想要的新业务或新容量。 （4）高度的组网灵活性，经济性和可靠性 利用 DWDM 技术构成的新型通信网络比用传输的电时分复用技术组成的 网络要大大简化，而且网络层次分明，各种业务的调度只需要调整相应光信号 的波长即可实现。由于网络结构简化，层次分明以及业务调度方便，由而带来 的网络的灵活性，经济性和可靠性是现而易见的。 （5）可兼容全光交换 可以预见，在未来可望实现的全光网络中，各种电信业务的上/下交叉连接 等都是在光路上通过光信号波长的改变和调整来实现的。因此，动物冬眠技术 将来都是实现全光网的关键技术之一，而且 DWDM 系统的基础上实现透明的， 具有高度生存性的全光网络。 某某学院毕业设计（论文） 15 第四章 DWDM 传输关键技术 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 1000km3000km 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。 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。 目前，超长距离 DWDM 光传输系统正沿着增大传输容量和延长传输距离 这两个方向发展。每一次传输容量和传输距离的大幅度提升，都与市场需求和 关键技术的突破这两方面紧密相关。回顾光传输系统的历史发展轨迹可以明显 地看出，无电中继传输距离的每一次较大规模提升，总是基于新技术的采用和 关键问题的克服而实现的，同时又伴随着对传输距离的新限制因素的出现。这 些物理限制因素包括放大自发射辐射噪声积累、色度色散、非线性效应和偏振 模色散等。在单信道 10Gbps 的 ULH DWDM 光传输中，又以前三种物理效应 最为明显，而偏振模色散(PMD)效应主要在更高速率如 40G 传输系统中才明显 起作用。为了应对这些技术挑战，超长距离 DWDM 系统诞生了多种关键技术 主要包括光放大技术、色散控制技术、光合波及光分波技术、信号调制与接收 处理技术、光节点技术、纠错编码技术、新型光纤技术等。 4.1 光放大技术 目前比较引人注目的光纤喇曼放大器(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喇曼增益谱 宽之内，则此信号可被光纤放大。喇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。但受激喇曼效应的泵浦阈值较高，实现喇曼放 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 某某学院毕业设计（论文） 16 求，才使用喇曼放大器，当然为满足 L 波段放大的要求，也可以使用喇曼放大 器，但一般长距系统应尽量避免使用。 图 4-1 掺铒光纤放大器装置 光放大技术主要集中在以下几个方面： （1）DRA（分布式 Raman 放大器） DRA 是利用光纤的受激 Raman 效应实现信号光的放大，即一个弱信号与 一个强泵浦光的 Raman 光纤放大器的等效噪声系数小于 0dB，而普通的 EDFA 的典型噪声系数为 5-7dB，这就意味着对于同样的光信噪比要求，采用 Raman 放大器可以实现更长距离的传输。不过，由于泵浦激光器成本和泵浦效率的限 制，分布式 Raman 放大器的开关增益一般在 10-13dB 左右，目前 DRA 普遍是 与常规 EDFA 混合使用以降低节点等效噪声系数，增加信号传输距离。 实际使用的 DRA 通常使用多波长泵浦源，通过不同泵浦波长产生增益谱 的叠加和调整来获得平坦的增益谱。 （2）大功率 EDFA 大功率 EDFA 的输出功率高于普通 EDFA，输出功率一般在 24-26dBm，也 可能更高。光功率的提升将会增加非线性效应导致的功率代价，因而大功率 EDFA 在网络中的使用受到一定的限制。 （3）ROPA ROPA 是采用大功率泵浦源远程泵浦一段距离以外的饵纤，以延长放大段 距离。根据泵浦光传输方向的不同，可以分为同向泵浦和反向泵浦。 4.2 色散控制技术 色散补偿光纤技术为了扩大光纤线路中继距离把其中存在的色散降低到最 低程度，同时兼顾到插入损耗合理的技术措施，其中包括专用补偿光纤和光学 某某学院毕业设计（论文） 17 元器件，输入端的光信号设计，使输出端的光信号足以保证系统性能，诸如跨 距、速率、误码率等实现。 色散补偿对 G.652 光纤线路转入 1550nm 窗口和非零色散光纤线路都是必 要的。在我国，前一种更为现实和必要。色散补偿光纤技术有采用由色散补偿 光纤（DCFDispersion Compensation Fiber）制成的圈插入光纤线路中，该光 纤的色散带负号，与线路光纤符号相反，但消耗光功率，仍须进一步优化。另 一种技术方法是用色散管理光纤，即 DMF（Dispersion Managed Fiber） 。这种 光纤有带正、负色散区段，如同线路光纤延展敷设，不至于造成 DCF 那样无谓 的光损失。还有技术方法诸如预啁啾和双模光纤补偿以及光谱反转等，啁啾类 同于电路预失真，传入光脉冲的啁啾与线路光纤色散引起的啁啾相互抵消。双 模光纤法基于运用高阶模在截止波长附近产生较大的波导色散（带负号）与线 路光纤中带正号的单色散相抵消。 图 4-2 色散补偿示意图 4.3 光合波与分波技术 光合波与光分波技术是为了充分利用光纤的带宽而必须不断充分利用光纤 的波长资源,目前在我国大量采用的 DWDM 系统大多利用光纤的 C 波段即 1528nm1565nm 约 37nm 的通带范围,若波长间隔为 0.8nm 约可容纳 40 波光信 号,如须进一步增加传输容量必须扩大通带范围并同时减小光信号间的间隔,则必 须研制更加高效的光放大器。 某某学院毕业设计（论文） 18 光合波技术和分波技术分别是通过光复用器和光分解器来完成。光复用器 将不同波长的发送信号混合在一条单独的光纤上，而分解器则将混合信号分解 为接收器的分支波长。 光复用器和光分解器在超高速、大容量波分复用系统中起着关键作用，其 性能的优劣对系统的传输质量有决定性影响。DWDM 系统对其要求是：损耗 及其偏差小；信道间的串扰小；低的偏差相关性。 4.4 信号调制与接收处理技术 近年来对信号调制格式的研究备受人们的关注，这是因为不同的线路码型 抗光纤信道中噪声、色散、非线性影响的程度不同，选择合适的码型能够在不 增加其他设施的条件下延长最大传输距离。研究表明传统的 NRZ 码型并非超长 距离传输的理想码型，从抗噪声的角度来看 DPSK 码和 RZ 码要优于 NRZ 码， 从抗色散影响的角度看 RZ、RZ_DPSK、PSBT、多进制调制都优于 NRZ 码， 从抗非线性影响的角度看 CSRZ、DPSK 要优于 NRZ，从频谱效率的角度看 VSB、PSBT 和多进制调制也优于 NRZ，在不同的系统条件下各种码型具有各 自优势，也有自己的劣势，需要权衡考虑。目前多数 40Gbit/s 试验系统多采用 CSRZ 和 RZ_DPSK，实验证实这些码型比 NRZ 码更适合于超长距离 DWDM 传输，当然新的调制码型也增加了调制器和接收机的成本和复杂度。 今后信号调制将向着频谱效率更高的多进制调制和编码调制方向发展，其 中的关键是如何以低成本实现高可靠性的调制解调器，预计光电混合集成电路 和光子晶体光纤是最为看好的技术。 图 4-3 通信信号调制方式识别流程图 信号的接收处理包括很多内容，例如滤波、均衡、整形、再生、似然接收 等。接收机前的光滤波器能有效地抑制进入接收机的噪声功率，但同时对接收 波形也有很大影响，接收机内的电滤波器也有类似的作用，所以针对某种码型 存在最优的滤波器带宽，既能够有效抑制噪声，又不至于造成严重的 ISI。而电 某某学院毕业设计（论文） 19 均衡技术能够以较低的成本有效地消除由于色散和 PMD 引起的 ISI，同时还能 减小光纤非线性的影响，因此近年来备受关注，特别是随着高速集成电路技术 的成熟，已经可以实现 40Gbit/s 信号的电域自适应均衡，并能够对误码进行监 测和对 Q 因子进行估计。光域内的整形和再生能有效地减小噪声积累和非线性 损伤，延长总的传输距离，由于无需光电变换设备，降低了成本，克服了电子 器件速率的瓶颈限制。目前虽然光整形和再生还没有达到实用，但已有很多的 研究，随着光子技术的不断发展和成熟，将来一定能够有用武之地。 4.5 节点技术 WDM 光传送网中的节点分为光交叉连接（OXC）节点、光分插复用 （OADM）节点和混合节点（同时具有 OXC 和 OADM 功能的节点） 。 OXC 节点的功能类似于网络中的数字交叉连接设备（DXC） ，只不 过是以光波信号为操作对象在光域上实现的，无需进行光电转换和电信号处 理。OXC 在未来的全光通信网络中，起着十分重要的作用，当光缆中断或节点 失效时，OXC 能自动完成故障隔离、重选路由、重新配置网络节点等功能，当 业务发展需要对网络结构进行调整时，OXC 可以简单迅速地完成网络的调度和 升级。 图 4-4 两种基本 OXC 结构 某某学院毕业设计（论文） 20 OADM 节点的功能类似于 SDH 网络中的数字分插复用设备（ADM） ，它 可以直接以光波信号为操作对象，利用光波分复用技术在光域上实现波长信道 的上下。 图 4-5 OADM 结构示意图 4.6 纠错编码技术 纠错编码是超长距离传输中有效增加系统余量的一项关键技术，它通过在 信号中加入少量的冗余信息来发现并剔除传输过程中由噪声引起的误码，以较 低的成本和较小的带宽损失换取高质量的传输。例如标准的 RS（255、239）编 码方案具有 5dB 以上的编码增益而冗余度仅仅为 7%，这等效于提高了 12dB 的 OSNR，在不增加其他额外设施条件下进一步增加了传输距离。由于纠错编 码只需要在收发端增加相应的编译码器，无需增加和改动线路设备，具有成本 低、灵活便捷、效果明显的优势，所以备受青睐。 随着超长距离传输系统发展的要求，人们需要具有更强纠错能力的超强纠 错编码。考虑到目前高速集成电路的复杂性和工艺水平问题，当前所采用的超 强纠错编码多采用级联码方案，即编码由内码和外码两套不同的纠错码交织级 联而成，以便更好地纠正多个连续错误，例如与标准 RS(255、239)码相比，级 联的 RS(255、239)+RS(255、239)能多获得 1.4dB 的编码增益得到 10-13 的 BER，而 RS(255、239)+RS(255、223)可使增益增加到 1.9dB。当高速集成电路 技术更加成熟后，有望实现第三代纠错编码，即 Turbo 乘积码（TPC） ，它对码 块的行和列分别进行编码，而且在译码过程中采用软判决和迭代译码技术，能 进一步提高编码增益。有报道说，采用基于 BCH 的 TPC（BCH（128、113、6）BCH（256、239、6） ，码率为 0.82）可以取得 10.1dB 的编码增益。 某某学院毕业设计（论文） 21 图 4-6 级联编码原理框图 目前人们在 FEC 方面的主要工作是继续寻找简单高效的纠错编码方案，例 如低密度极性校验码（LDPC）以及纠错编码方案的高速集成电路实现等等。 4.7 新型光纤技术 光纤是最主要的传输媒质，其性能对传输信号的影响最大，可以说以上提 到的各种关键技术都是针对光纤特性对信号的影响展开来的，所以设计和采用 特性优良的光纤是提高传输性能最有效的手段。 对于超长距离传输，理想的光纤特性应该是具有很小的衰减、宽而平坦的 光谱、适当的色散、较大的有效面积、很低的 PMD、理想的弯曲特性、存在可 做色散补偿的色散互逆单元等等。实际中光纤很难同时满足这些要求，但总可 以满足部分要求以期望能够改善信号传输质量。例如加大非零色散位移光纤能 够提供适当色散既减小色散本身的影响，又利用一定的色散克服光纤非线性的 影响，并保持原 G.652 光纤的大部分好的特性；减小色散斜率的非零色散位移 光纤克服了通常非零色散位移光纤色散斜率较大的缺点，能够与 DCF 更好地匹 配；大有效面积非零色散位移光纤能提供较大的有效面积以减小光线非线性的 影响；水峰消除光纤把 1380nm 处的 OH-吸收峰消除掉以