一、超長距離傳輸?shù)念愋秃蛻?yīng)用環(huán)境
近年來，波分復(fù)用技術(shù)主要朝超長距離和大容量傳輸兩個(gè)方向發(fā)展，鑒于超長距離傳輸?shù)氖袌鲂枨蠛途W(wǎng)絡(luò)趨勢，本文將重點(diǎn)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(zhuǎn)換的點(diǎn)對點(diǎn)傳輸，后者則是100km~300km 的無有源放大或者無中繼點(diǎn)對點(diǎn)傳輸，如圖1所示。從技術(shù)實(shí)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(yīng)（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(guān)注OSNR和非線性效應(yīng)（NL）。從網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用角度看，前者應(yīng)用于常規(guī)環(huán)境下，可減少無業(yè)務(wù)上下的電中繼接點(diǎn)數(shù)量，大大減輕維護(hù)工作量；后者則主要應(yīng)用于海島之間、沙漠、無人區(qū)等受天然障礙制約無法設(shè)置有源設(shè)備或不便維護(hù)的地區(qū)。
圖2 動態(tài)光網(wǎng)絡(luò)的路由變化
當(dāng)然，多跨（放大）段的長距離無電中繼傳輸還有一個(gè)非常重要的應(yīng)用場景，就是動態(tài)光網(wǎng)絡(luò)?；赗OADM（可重構(gòu)光分插復(fù)用器）系統(tǒng)，PXC（光交叉）系統(tǒng)的動態(tài)光網(wǎng)絡(luò)的光通道狀態(tài)可能會經(jīng)常發(fā)生變化。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)連接因?yàn)檎{(diào)度、保護(hù)和恢復(fù)等原因，使得光通道的路由長度和連接關(guān)系發(fā)生變化時(shí)，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(bǔ)償?shù)热绾潍@得動態(tài)滿足的問題。
如果能夠?qū)崿F(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(guān)注的重要原因。
二、超長距離傳輸相關(guān)技術(shù)
超長距離傳輸受到色散效應(yīng)、非線性效應(yīng)等物理障礙的限制。為了完成超遠(yuǎn)距離傳輸，必須在終端和線路兩個(gè)方面采取相應(yīng)技術(shù)進(jìn)行處理。
1．長距離傳輸?shù)奈锢硐拗?/font>
光信號在光纖中進(jìn)行傳輸，遇到的物理障礙包括非線性效應(yīng)（NL）、色散效應(yīng)（CD）、偏振模色散（PMD）和光信噪比（OSNR）限制。其中，非線性效應(yīng)又包括自相位調(diào)制（SPM）、互相位調(diào)制（XPM）、四波混頻（FWM）、受激拉曼（SRS）和受激布里淵（SBS）等效應(yīng)。
色散效應(yīng)（CD）可以通過增加終端發(fā)射單元的色散容限、線路色散補(bǔ)償以及在接收端進(jìn)行后補(bǔ)償?shù)确椒右钥朔?。而對于偏振模色散（PMD），尚沒有好的商用補(bǔ)償手段，只能采用偏振模色散（PMD）指標(biāo)好（小于0.1ps/km1/2）的光纖實(shí)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(yīng)主要是自相位調(diào)制（SPM），而自相位調(diào)制（SPM）的影響是通過與光纖色散效應(yīng)（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(guān)，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(shí)變窄。
圖3 色散圖譜
2．長距離傳輸?shù)慕K端調(diào)制技術(shù)
按照信息承載方式，有3種物理參量可用于加載信息：強(qiáng)度、相位和偏振態(tài)，進(jìn)而產(chǎn)生了3種調(diào)制格式：強(qiáng)度調(diào)制、相位（或頻率）調(diào)制和偏振調(diào)制。
在現(xiàn)代高速光纖通信中，強(qiáng)度調(diào)制得到了廣泛應(yīng)用。利用差分接收，可以將相位信息轉(zhuǎn)化為強(qiáng)度調(diào)制接收，解決了相干接收難以實(shí)現(xiàn)的難題，相位調(diào)制也受到高度關(guān)注。而偏振調(diào)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(jī)變化，增加了接收端的復(fù)雜性。正是因?yàn)槠裣到y(tǒng)的復(fù)雜性和與波長有關(guān)的隨機(jī)偏振旋轉(zhuǎn)，使得偏振調(diào)制技術(shù)難以應(yīng)用于商用光通信系統(tǒng)當(dāng)中。
按照脈沖調(diào)制方式，還可將調(diào)制技術(shù)分為歸零碼（RZ）和非歸零碼（NRZ）兩種調(diào)制方式。RZ碼因?yàn)檎伎毡刃?，信號能量在時(shí)域上更加集中，具備更好的OSNR容限。同時(shí)，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(diào)制技術(shù)分為二進(jìn)制調(diào)制和多（M）進(jìn)制數(shù)字調(diào)制方式。M進(jìn)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(shí)也提高了OSNR門限。如果采用多電平調(diào)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(guān)性，以達(dá)到頻譜整型和容忍度改進(jìn)，則此種調(diào)制被稱為偽多電平調(diào)制。CSRZ、DB和AMI調(diào)制等都屬于該種偽電平調(diào)制方式。
表1以普通的NRZ調(diào)制方式為參照，對常用的各種調(diào)制方式進(jìn)行了性能比較。OSNR門限采用相對差值方式表達(dá)，色散容限和DGD容限則采用相對倍數(shù)的表達(dá)方式。
從表1可以看出，對于長距離傳輸來說，RZ DPSK調(diào)制方式具有最低的OSNR門限，可以實(shí)現(xiàn)最遠(yuǎn)距離的無電中繼傳輸。DB調(diào)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(yīng)用模式下非常有用。而RZ DQPSK調(diào)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(shí)際應(yīng)用過程中，可根據(jù)不同的應(yīng)用場合來選擇與之對應(yīng)的合適的調(diào)制技術(shù)。
3．長距離傳輸電域處理技術(shù)
當(dāng)動態(tài)光路由要求與長距離傳輸要求同時(shí)出現(xiàn)時(shí)，僅僅依靠終端調(diào)制技術(shù)來提高色散容限有時(shí)仍不能解決問題。此時(shí)，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(bǔ)償是將光域DCM模塊色散補(bǔ)償?shù)墓δ苻D(zhuǎn)移到電域來處理，通過采用有限沖擊響應(yīng)濾波器（FIR）等技術(shù)，把在光纖中遠(yuǎn)距離傳輸?shù)墓庑盘柦?jīng)光電轉(zhuǎn)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(bǔ)償?shù)奶幚矸椒ㄓ星跋蚓饧夹g(shù)（FFE）、后向均衡技術(shù)（DFE）、最大似然序列估計(jì)（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(bǔ)償方法中，以MLSE技術(shù)對色散補(bǔ)償?shù)男Ч詈?。MLSE可以補(bǔ)償G652光纖100km左右的距離。而預(yù)離散（Pre distortion）技術(shù)，更可實(shí)現(xiàn)幾千公里距離的色散補(bǔ)償。其實(shí)現(xiàn)方法是在進(jìn)行初始配置時(shí)，接收端進(jìn)行色散掃描，通過反饋，在發(fā)送端可進(jìn)行相應(yīng)的信號預(yù)調(diào)制，以使傳輸后獲得最佳接收信號。預(yù)離散（Pre distortion）技術(shù)的本質(zhì)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(yù)離散技術(shù)可用于靜態(tài)長距離傳輸，但其實(shí)時(shí)性較差。
4．長距離傳輸線路技術(shù)
圖4 RPOA結(jié)構(gòu)示意圖
為實(shí)現(xiàn)長距離傳輸，除了在傳輸段的源宿點(diǎn)采取技術(shù)手段外，還可在線路中采用技術(shù)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(shù)。RPOA的實(shí)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(jìn)行遠(yuǎn)端泵浦。該技術(shù)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(yīng)用
綜上所述，超長距離傳輸解決方案包括終端技術(shù)和線路技術(shù)，前者采用調(diào)制技術(shù)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(shù)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(diào)制技術(shù)和電域處理方式相結(jié)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(nèi)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)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(lǐng)域，中興通訊可以提供包括調(diào)制技術(shù)、電域信號處理、線路技術(shù)和傳輸性能等在內(nèi)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(nèi)新疆和國際橫跨東西歐的干線DWDM工程中得到了應(yīng)用，實(shí)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(luò)的應(yīng)用需求，更將順應(yīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢，不斷結(jié)合新的長距離傳輸技術(shù)，提供更遠(yuǎn)距離、更高質(zhì)量的傳輸服務(wù)。
