12/9/2003, 編者按：當前，光纖通信在長途傳送網(wǎng)中的應用已經(jīng)越來越廣泛。隨著傳輸距離的加長，在近距離傳送中一些可以忽略的因素逐漸凸顯出來，對光纖傳送的質(zhì)量造成了一定影響，如色度色散、光纖非線性效應等。而依靠原有技術(shù)解決，又面臨著技術(shù)復雜、成本高的難題。為此，一些廠家針對光纖長途傳送中的碼型調(diào)制技術(shù)進行了改進，推出了一些新的解決方案。華為公司發(fā)明的SuperCRZ方案就是其中之一。該方案的特點在于可支持超長距離的光纖傳送，技術(shù)實現(xiàn)比較簡單，并有效地降低了成本。
碼型調(diào)制技術(shù)
    對于低速、短距離的光纖傳輸系統(tǒng)，非歸零碼（NRZ）型實現(xiàn)簡單，技術(shù)成熟，頻譜效率較高，信號完整性好，因而廣泛應用于目前的商用化長途DWDM傳輸系統(tǒng)中。但是隨著傳輸距離的加長和傳輸速率的提高，OSNR容限、色度色散、PMD、光纖非線性效應等這些在低速短距離傳輸情況下可以忽略的物理效應在此時變得明顯，嚴重阻礙了傳輸業(yè)務的容量和覆蓋范圍提升。鑒于此，近年來又開發(fā)出多種有別于NRZ碼的調(diào)制格式，主要用于降低OSNR容限、增加色散受限距離，克服非線性效應和PMD效應等，這些特殊的調(diào)制格式統(tǒng)稱為碼型技術(shù)。目前，碼型技術(shù)已經(jīng)與FEC、Raman放大和色散補償技術(shù)等，構(gòu)成超長距離DWDM傳輸?shù)年P(guān)鍵技術(shù)。
    碼型技術(shù)一般采用歸零（RZ）光脈沖來承載業(yè)務信號。在RZ碼脈沖序列中，在每個連“1”的過渡區(qū)域電場振幅是歸零的，每個“1”碼的電場振幅具有彼此獨立的時間包絡，這對于接收端的時鐘恢復是非常有利的；而NRZ碼的連“1”則是連為一體的。因此在相同平均接收功率條件下，RZ碼的眼圖張開度更大，誤碼性能更為優(yōu)異，一般能提供3dB的OSNR改善。此外，由于RZ碼的比特圖形相關(guān)效應較弱，對SPM效應也有更好的免疫力，更窄的時域脈沖特性也能減小DWDM信道之間的非線性相互作用和PMD效應。但是RZ碼的缺點是光譜分布較NRZ寬，通道間隔一般限制在100GHz，也不利于色散管理。實際工作中一般采用兩外調(diào)制（RZ幅度和數(shù)據(jù)調(diào)制）來產(chǎn)生RZ碼比特序列，調(diào)制結(jié)構(gòu)較NRZ復雜。
基于進一步提升純RZ碼的傳輸性能，近年來還出現(xiàn)了CS－RZ（載頻抑制RZ）和CRZ（啁啾RZ）碼。在CS－RZ碼中，相鄰碼元的電場振幅的符號相反，從而達到降低光譜寬度的目的，不但增加了色散容限，而且有更強的抵抗SPM和FWM等光纖非線性效應的能力。CRZ碼采用了三級調(diào)制技術(shù)（RZ幅度調(diào)制、相位調(diào)制和數(shù)據(jù)調(diào)制），其相位調(diào)制器在發(fā)射端對RZ脈沖的上升沿和下降沿上加入一定的啁啾量。該啁啾的符號與SPM效應在光脈沖上產(chǎn)生的啁啾相反，因此，抵抗非線性效應的能力非常優(yōu)異。此外，這種啁啾也能用于改善光纖線路上的剩余色散量積累和色散補償失配的問題。這實際上正是CRZ技術(shù)首先用于海底傳輸?shù)脑�因。在跨洋傳輸系統(tǒng)中，DWDM信號的傳輸距離長達9000km，即使采用精細的色散補償措施，大多數(shù)信道仍會有較大的正色散斜率積累。而CRZ脈沖的預啁啾所生成的額外光譜成分可以增加脈沖的色散效果，因此提高了SPM和線路上色散之間的平衡性能。CRZ的缺點是調(diào)制技術(shù)比較復雜，對三級調(diào)制之間的定時和時延要求很高。
    其它碼型技術(shù)還包括：D－RZ（雙二進制RZ碼）、DPSK－RZ（差分相移RZ）、DCS－RZ（雙二進制載頻抑制RZ）等等。D－RZ信號具有窄光譜特性，通道間隔可做到50GHz，這些特點為其應用于高速、超密集DWDM系統(tǒng)提供了優(yōu)勢。其缺點是需要預編碼器，驅(qū)動信號較復雜，且光纖非線性容限較小。DP?SK－RZ碼型在發(fā)射端采用差分編碼和相位調(diào)制，在接收端進行相干檢測，用光脈沖之間的相位變化（而非脈沖的強度變化）來承載業(yè)務比特，在降低OSNR容限和容忍非線性方面也具有優(yōu)異的表現(xiàn)。缺點是需要干涉檢測技術(shù)，進一步增加了收發(fā)設(shè)備的復雜度，光纖線路中信道監(jiān)測也需要專用的DPSK接收機。DPSK－RZ碼型的通道間隔也限制在100GHz。DCS－RZ的帶寬是CS－RZ帶寬的2/3，在抵抗單信道以及信道間的非線性效應方面表現(xiàn)出良好的特性。
SuperCRZ技術(shù)概述
    如前所述，CRZ在抵抗光纖非線性效應和色散補償失配方面具有突出的優(yōu)勢，已經(jīng)成功地用于跨洋光通信領(lǐng)域，傳輸距離接近10000公里，相應的非線性容限為63mW。但是CRZ發(fā)射機的實現(xiàn)技術(shù)比較復雜，它需要三次調(diào)制（即相位調(diào)制、RZ幅度調(diào)制和數(shù)據(jù)調(diào)制），因此將CRZ技術(shù)應用于陸地光傳送從經(jīng)濟的角度來講很困難，先進技術(shù)和成本之間存在阻隔。華為技術(shù)有限公司發(fā)明的SuperCRZ技術(shù)為跨越這一鴻溝提供了很好的橋梁。Su?perCRZ傳輸格式能在一個調(diào)制器上同時實現(xiàn)相位調(diào)制和幅度調(diào)制，實施方式簡單有效。SuperCRZ技術(shù)不但保持了CRZ碼型的所有優(yōu)點，而且其簡單的實施方式使以低成本提供收發(fā)一體模塊成為可能。更少的器件和更低的復雜度也帶來更高的可靠性。目前，SuperCRZ技術(shù)已經(jīng)商用化，用于華為技術(shù)有限公司的OptixBWS1600G傳輸系統(tǒng)中。
SuperCRZ的突出優(yōu)點表現(xiàn)在：
    更低的OSNR容限。與NRZ碼型相比，SuperCRZ具有更低的OSNR容限，這來源于前者所采用的RZ調(diào)制格式。傳統(tǒng)NRZ和SuperCRZ的對比傳輸實驗表明，為獲得10－5的BER，SuperCRZ所需要的OSNR比NRZ要低3dB，在BER為10－10時要低5dB，具有突出的“跨距延伸效應”。目前，商用化4000km的無電中繼超長距離傳輸已得到演示，而在光纖環(huán)路實驗中傳輸距離已經(jīng)達到7600km。
    更強的抵抗光纖非線性效應的能力。SuperCRZ碼型中所攜帶的特殊的相位調(diào)制成分抵抗SPM效應，能有效減緩沿光纖鏈路上SPM效應的積累，從而降低系統(tǒng)的傳輸代價。光脈沖攜帶的相位調(diào)制也能降低信號的峰值光譜密度，這對于SBS、XPM、FWM等非線性效應乃至PDL、PMD等偏振效應也有很好的抑制作用。上述特性使得SuperCRZ的非線性容限達到63mW以上，在4000km以內(nèi)的傳輸范圍內(nèi)基本上處于弱非線性區(qū)，無須引入Raman放大來克服非線性效應和OSNR劣化，僅用常規(guī)的EDFA即可實現(xiàn)4000km的商用化ULH傳輸，這對于提供高性價比的傳輸服務是非常有利的。
    更佳的色散容限。由于SuperCRZ碼型對光纖非線性效應的有效抑制，基本上消除了SPM效應對色散容限窗口的窄化效應，與NRZ相比有很大程度的改善。此外，通過改變SuperCRZ的相位調(diào)制幅度，還可以自適應地調(diào)節(jié)接收端的最佳色散補償條件，從而顯著地提高色散容限，與傳統(tǒng)CRZ相比對色散失配的容忍度更高，因此無需常規(guī)CRZ技術(shù)那樣在端站采用精細的分波長色散補償措施，利用現(xiàn)在的DCF色散補償模塊即可勝任ULH傳輸?shù)纳�散補償。
   突出的性價比優(yōu)勢。SuperCRZ技術(shù)仍然采用了成熟穩(wěn)定的IM－DD（強度調(diào)制－直接檢測）技術(shù)而非復雜的編碼器和相干檢測技術(shù)，對現(xiàn)有DWDM傳輸設(shè)備的沖擊較小，僅須在發(fā)射機部分作有限的修改，而無須更改現(xiàn)有的DCM色散補償措施、EDFA光放大配置、線路性能監(jiān)測設(shè)備和NRZ接收設(shè)備，也無須引入Raman放大技術(shù)，向下兼容程度高，在ULH傳輸中具有突出的優(yōu)點和競爭力。
   總之，在現(xiàn)有的常規(guī)LH傳輸向ULH傳輸?shù)难葑冞M程中，SuperCRZ方案方法簡便，向下兼容性強，無需過多的技術(shù)變更和改動，有利于降低整個傳輸系統(tǒng)的成本、提高運營穩(wěn)定性，是一種有突出競爭力和優(yōu)勢的技術(shù)方案。

(人民郵電報)