光波分復(fù)用系統(tǒng)(WDM)技術(shù)要求  
 2003-5-27  
李允博　　張成良
　　摘要　對(duì)1.6Tbit/s與800Gbit/s光波分復(fù)用系統(tǒng)進(jìn)行了概括和描述，介紹了該系統(tǒng)波長(zhǎng)分布范圍、波分復(fù)用器件的要求、系統(tǒng)分類以及光安全進(jìn)程要求。同時(shí)，對(duì)系統(tǒng)所應(yīng)用的新技術(shù)，如喇曼放大器、色散補(bǔ)償技術(shù)等做了描述。

　　關(guān)鍵詞　波分復(fù)用(WDM)　喇曼放大器　　色散補(bǔ)償

一、引言

　　在過去幾年中，WDM技術(shù)使得光纖豐富的帶寬資源得以開發(fā)利用。然而，2.5Gbit/s或10Gbit/s的WDM信號(hào)經(jīng)過400-600km傳輸后，還需要進(jìn)行電再生中繼。整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本昂貴。如何在實(shí)現(xiàn)全光傳輸?shù)那疤嵯�，降低傳輸成本，延長(zhǎng)傳輸距離，是一個(gè)急需解決的問題。

　　在超長(zhǎng)距傳輸環(huán)境下，引入了許多新的技術(shù)，如采用喇曼放大器。在傳輸過程中，進(jìn)行波形管理、功率管理、色散管理，以及信號(hào)編碼采用RZ編碼和超強(qiáng)FEC等技術(shù)。信號(hào)在無電中繼傳輸?shù)木嚯x達(dá)到3000km，在實(shí)驗(yàn)室甚至達(dá)到了10000km。鑒于國(guó)內(nèi)外WDM技術(shù)發(fā)展迅速，1.6Tbit/s與800Gbit/s的WDM設(shè)備已經(jīng)有商用化產(chǎn)品，并在干線網(wǎng)絡(luò)上有實(shí)際應(yīng)用。為了給研制和運(yùn)營(yíng)部門提供技術(shù)依據(jù)，在以往WDM標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，制定了《光波分復(fù)用系統(tǒng)(WDM)技術(shù)要求——1.6Tbit/s部分與800Gbit/s部分》。

二、光波分復(fù)用系統(tǒng)(WDM)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)介紹

　　我國(guó)于1997年在省際干線(西安－武漢)引入第一條WDM系統(tǒng)(Lucent公司的8*2.5Gbit/s系統(tǒng)),從此揭開了WDM系統(tǒng)在中國(guó)大規(guī)模應(yīng)用的序幕，WDM技術(shù)系列標(biāo)準(zhǔn)的研究和制定也正式開始。1999年，我國(guó)第一個(gè)針對(duì)WDM技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)——《光波分復(fù)用系統(tǒng)總體技術(shù)要求暫行規(guī)定》(YDN120--1999)正式發(fā)布，標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)8*2.5Gbit/sWDM系統(tǒng)及16*2.5Gbit/sWDM系統(tǒng)的技術(shù)要求進(jìn)行了規(guī)范。2000年，發(fā)布了《光波分復(fù)用系統(tǒng)(WDM)技術(shù)要求——32*2.5Tbit/s部分》(YD/T1060--2000)。2000年對(duì)于中國(guó)WDM技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用是一個(gè)新的里程碑。從1997-1999年間，基于2.5Tbit/sSDH系統(tǒng)的地位受到了嚴(yán)重挑戰(zhàn)，以中國(guó)電信為代表的運(yùn)營(yíng)商開始全面轉(zhuǎn)向SDH10Gbit/s與WDM320Gbit/s系統(tǒng)，基于10Gbit/sWDM系統(tǒng)開始成為傳輸系統(tǒng)的主流。從2000年開始，對(duì)基于單波長(zhǎng)為10Gbit/s的WDM系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)制定開始迅速展開。當(dāng)時(shí)，正逢中國(guó)電信對(duì)10Gbit/sSDH和320Gbit/sWDM的選擇測(cè)試。經(jīng)過對(duì)實(shí)際設(shè)備及系統(tǒng)的測(cè)試，以及與各運(yùn)營(yíng)商和國(guó)內(nèi)外廠家單位進(jìn)行廣泛的技術(shù)交流，制定出了《光波分復(fù)用系統(tǒng)(WDM)技術(shù)要求——1.6Tbit/s部分與800Gbit/s部分》(YD/T1143-2001)。

　　《光波分復(fù)用系統(tǒng)(WDM)技術(shù)要求——1.6Tbit/s部分與800Gbit/s部分》是為了適應(yīng)超長(zhǎng)距WDM系統(tǒng)的應(yīng)用而制定的，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了1.6Tbit/s和800Gbit/s的WDM系統(tǒng)技術(shù)要求。

1.標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍

　　該標(biāo)準(zhǔn)給出的具體參數(shù)針對(duì)160路與80路的點(diǎn)到點(diǎn)線性WDM系統(tǒng)，承載信號(hào)為SDH STM-64系統(tǒng)或10Gbit/s以太網(wǎng)信號(hào)，即1.6Tbit/s和800Gbit/s的WDM系統(tǒng)。規(guī)定的參數(shù)包括波長(zhǎng)區(qū)劃分、波分復(fù)用器件的要求、光接口參數(shù)、波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器(OTU)的要求、OADM要求及網(wǎng)管要求等。光放大器和主光通道的參數(shù)適用于單方向使用增益范圍為192.1-196.1THz和186.95-190.90THz的光放大器，波長(zhǎng)間隔最小為50GHz。該標(biāo)準(zhǔn)適用于2000km以內(nèi)的長(zhǎng)途傳輸。對(duì)于不采用喇曼放大器，采用非NRZ調(diào)制方式達(dá)到1000-2000km距離傳輸?shù)南到y(tǒng)不在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)�！　〈送�，該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于WDM系統(tǒng)應(yīng)用的新技術(shù)、向前糾錯(cuò)(帶內(nèi)和帶外)的功能、喇曼放大器的應(yīng)用、梳狀濾波器及色散補(bǔ)償技術(shù)都作了相應(yīng)的規(guī)范。

2.1.6Tbit/s和800Gbit/sWDM系統(tǒng)波長(zhǎng)分布

　　1.6Tbit/s的WDM系統(tǒng)在C波段的基礎(chǔ)上，啟用新的波長(zhǎng)區(qū)段——L波段，C+L波段共160個(gè)波長(zhǎng)，波段內(nèi)的波長(zhǎng)間隔為50GHz。C波段的波長(zhǎng)分布范圍為191.80-196.05THz(1529.16-1563.05nm)，該范圍內(nèi)共有86個(gè)波長(zhǎng),建議優(yōu)選192.10-196.61nm)這80個(gè)波長(zhǎng)。L波段的波長(zhǎng)分布范圍為186.95-190.90THz(1570.42-1603.57nm)。　　由于波長(zhǎng)數(shù)目增多，相鄰波長(zhǎng)的間隔減少。1.6Tbit/sWDM系統(tǒng)對(duì)激光器的穩(wěn)定性要求更加嚴(yán)格，規(guī)定最大中心頻率偏移為GHz(約為0.04nm)，而320Gbit/sWDM系統(tǒng)的要求為2.5GHz(約為0.1nm)。最大中心頻率偏移為壽命終了值，即在系統(tǒng)設(shè)計(jì)壽命終了時(shí)，考慮了溫度、濕度等各種因素仍能滿足數(shù)值。

　　基于C+L波段80通路的WDM系統(tǒng)，用于超過1500km長(zhǎng)距離傳輸時(shí)，可以分別采用C波段的40個(gè)波長(zhǎng)和L波段的40個(gè)波長(zhǎng)，波段內(nèi)的波長(zhǎng)間隔為100GHz。

　　實(shí)際應(yīng)用的1.6Tbit/s系統(tǒng)中，C波段和L波段是完全分開的，其中C波段和L波段各具80個(gè)波長(zhǎng)。而C波段和L波段內(nèi)80波的，可以通過梳狀濾波器將兩個(gè)基礎(chǔ)波長(zhǎng)間隔為100GHz40波復(fù)用器交織復(fù)用構(gòu)成，也可以直接采用50GHz間隔的復(fù)用器件構(gòu)成。

　　采用梳狀濾波器方案，要完成C波段80波的復(fù)用，需要2個(gè)C波段復(fù)用器(其中兩個(gè)波段相鄰波長(zhǎng)的差別為50GHz)和1個(gè)梳狀濾波器(C-Interleaver)。梳狀濾波器是一個(gè)3端子器件，兩個(gè)輸入端是兩路波長(zhǎng)間隔均為100GHz的40波群路信號(hào)，輸出端則為波長(zhǎng)間隔為50GHz的80波信號(hào)。在通過波分復(fù)用器或耦合器將C波段的80波和L波段的80波復(fù)用為160波的系統(tǒng)。

　　為了確保大容量WDM系統(tǒng)的性能，要求波分復(fù)用器件插入損耗小，間隔度大，帶內(nèi)平坦，帶外插入損耗變化陡峭，溫度穩(wěn)定性好，尺寸小等。目前的復(fù)用器／解復(fù)用器一般是以40波為基本單位，相鄰?fù)ǖ篱g隔為100GHz，在技術(shù)實(shí)現(xiàn)上較為成熟。當(dāng)復(fù)用通路數(shù)為80個(gè)時(shí)，相鄰?fù)ǖ篱g隔為50HGz，這時(shí)對(duì)復(fù)用器件隔離度的要求就更加嚴(yán)格了。

3.喇曼放大器的應(yīng)用

　　超長(zhǎng)距WDM系統(tǒng)中的光放大器除了應(yīng)用傳統(tǒng)意義上的摻鉺光纖放大器外，最主要的是對(duì)喇曼放大器的應(yīng)用。摻鉺放大器的增益取決于摻雜元素的濃度，而喇曼增益取決于泵浦光功率、泵浦光波長(zhǎng)和信號(hào)光波長(zhǎng)之間的波長(zhǎng)差值。喇曼放大器就地取材，利用干線光纖作為工作的媒質(zhì)。其增益特性還取決于光纖的性能，如對(duì)泵浦光的吸收能力、光纖有效面積等。

　　采用喇曼放大器的系統(tǒng)，每通路光信號(hào)的發(fā)送功率較低。而輸出光功率的降低，使得每個(gè)通路經(jīng)過線路放大器后，信號(hào)得到放大的同時(shí)，所引入的非線性損耗降低，這樣使得信號(hào)盡可能以線性模式(如準(zhǔn)線性模式)傳輸。因此，輸出信號(hào)的光信噪比增大，從而保證在沒有電再生中繼設(shè)備的條件下，信號(hào)可以傳輸更遠(yuǎn)的距離。

　　對(duì)于采用喇曼放大器的800Gbit/s和1.6Tbit/sWDM系統(tǒng)，其光接口參數(shù)有N(22dB長(zhǎng)距離間隔)與M(30dB(甚長(zhǎng)距離間隔)兩種。由于喇曼放大器有一定的增益，線路損耗由EDFA和喇曼光放大器共同承擔(dān)，其效果等級(jí)于兩極光放大器(EDFA+REMAN)串聯(lián)。由于后一級(jí)喇曼放大器具有較小的噪聲系統(tǒng)，其等效噪聲系數(shù)相應(yīng)減少。

　　在應(yīng)用喇曼放大器的系統(tǒng)中，為了實(shí)現(xiàn)光纖非線性效應(yīng)，喇曼泵譜源輸出功率必須很高，處于安全考慮，其總輸出功率必須小于+29dBm(800mw)。由于喇曼泵譜源的高功率，必須保證相應(yīng)連接部分的清潔，這對(duì)運(yùn)行維護(hù)提出了很高的要求。不能讓喇曼放大器的泵譜源功率輸出裸露在空間，光纖切斷時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)具有喇曼泵譜源自動(dòng)關(guān)閉功能，以防止對(duì)人體造成傷害。

　　對(duì)80/160路WDM系統(tǒng)，當(dāng)逐路增加承載的通路數(shù)量時(shí)，不應(yīng)影響其它通路的性能。當(dāng)同時(shí)增加多個(gè)通路時(shí)，系統(tǒng)也應(yīng)不受影響。當(dāng)運(yùn)行中增加或減少承載的通路數(shù)量時(shí)，系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)應(yīng)可以進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，不需要進(jìn)行其他任何硬件或軟件的改動(dòng)。對(duì)于光放大器(包括EDFA+喇曼放大器)增益的調(diào)整，可以基于單個(gè)光放大器或整個(gè)光復(fù)用段進(jìn)行。單個(gè)光放大器的增益調(diào)整時(shí)間小于50ms，整個(gè)光復(fù)用段全部光信號(hào)調(diào)整完成時(shí)間應(yīng)小于60s，包括各個(gè)波長(zhǎng)的發(fā)送功率、預(yù)均衡和全部光放大器的增益調(diào)整時(shí)間。

4.系統(tǒng)分類

　　由于喇曼光放大器在WDM系統(tǒng)的應(yīng)用和超強(qiáng)FEC的應(yīng)用，1.6Tbit/s與800Gbit/s系統(tǒng)的分類和應(yīng)用代碼增加，超長(zhǎng)距傳輸系統(tǒng)分為常規(guī)LH(Long haul)長(zhǎng)距離傳輸系統(tǒng)、亞超長(zhǎng)傳輸系統(tǒng)ELH(Enhanced long haul)和超長(zhǎng)傳輸系統(tǒng)ULH(Ultra-long haul)。對(duì)于傳輸距離小于1000kmWDM系統(tǒng)稱為常規(guī)長(zhǎng)距離傳輸系統(tǒng)，傳輸距離在1000-2000km系統(tǒng)稱為亞超長(zhǎng)傳輸系統(tǒng)，傳輸距離大于2000kmWDM系統(tǒng)成為超長(zhǎng)傳輸距離系統(tǒng)。

　　對(duì)于亞超長(zhǎng)傳輸系統(tǒng)，又可以分為波長(zhǎng)間隔100GHz系統(tǒng)與波長(zhǎng)間隔為50GHz系統(tǒng)。對(duì)于需要亞超長(zhǎng)距離傳輸?shù)牟ㄩL(zhǎng)并不需要那么多，為了盡可能達(dá)到更遠(yuǎn)的距離，則對(duì)于亞超長(zhǎng)距離傳輸WDM系統(tǒng)，允許進(jìn)行波長(zhǎng)間隔100GHz的傳輸。

　　800Gbit/s和1.6Tbit/s的系統(tǒng)分類如下：

(1)沒有喇曼放大器，只有常規(guī)帶外FEC的80/160波WDM系統(tǒng)，定義有8*22dB和3*30dB兩種光接口。

(2)具有常規(guī)FEC與喇曼光放大器的80/160波WDM系統(tǒng)(50GHz間隔)，定義有14*22dB與6*30dB兩種光接口。

(3)具有常規(guī)FEC與喇曼光放大器的80波WDM系統(tǒng)(100GHz間隔)，定義有20*22dB與8*30dB兩種光接口。

(4)具有超強(qiáng)FEC與喇曼光放大器的80/160波WDM系統(tǒng)(50GHz間隔)，定義有18*22dB與7*30dB兩種光接口。

(5)具有超強(qiáng)FEC與喇曼光放大器的80波WDM系統(tǒng)(100GHz間隔)，定義有25*22dB與9*30dB兩種光接口。

　　在這里，傳輸距離最遠(yuǎn)的系統(tǒng)，定義的是最具有超強(qiáng)FEC與喇曼光放大器的80波WDM系統(tǒng)(100GHz間隔)，傳輸距離為2000km。由于是多波長(zhǎng)系統(tǒng)，需要考慮沿途某些站點(diǎn)對(duì)波長(zhǎng)上下的需求，因此會(huì)產(chǎn)生對(duì)OADM應(yīng)用的需求。OADM的出現(xiàn)會(huì)減少區(qū)段的數(shù)量，與傳輸距離的遠(yuǎn)近無關(guān)。為保證接受機(jī)的正常接受，對(duì)于采用常規(guī)帶外FEC的WDM系統(tǒng)，在主光通路接收點(diǎn)(MPI-R)，光接口光信噪比為20dB。采用超強(qiáng)帶外FEC的WDM系統(tǒng)，光接口光信噪比為18dB。

5. 色度色散補(bǔ)償

　　對(duì)于超長(zhǎng)距離的傳輸，色散是一種主要線性補(bǔ)償對(duì)象，一般都采用DCF色散補(bǔ)償光纖技術(shù)。目前，采用2個(gè)色散補(bǔ)償模塊分別補(bǔ)償C/L波段信號(hào)。對(duì)于超過1000km的傳輸，為了實(shí)現(xiàn)精確補(bǔ)償，不排除采用多個(gè)色散斜率補(bǔ)償模塊對(duì)每個(gè)子波段進(jìn)行補(bǔ)償。

　　由于G.652光纖和G.655光纖在1550nm窗口是正色散，因此WDM系統(tǒng)在此光纖上使用的色散補(bǔ)償光纖主要為負(fù)色散的DCM模塊，此模塊在一段距離之后對(duì)于不同的波長(zhǎng)給予不同的色散補(bǔ)償。色散補(bǔ)償模塊一般用于發(fā)送端功放、線路光放和接收端預(yù)放的中間級(jí)，其補(bǔ)償原則根據(jù)光功率預(yù)算的結(jié)果而定。

　　由于G.652/G.655光纖都有一定斜率，有可能會(huì)在一個(gè)頻段內(nèi)造成比較大的色散差異。要補(bǔ)償這些斜率，DCF光纖也要有相應(yīng)的斜率分布。在C/L頻帶內(nèi)，在一個(gè)光復(fù)用段內(nèi)，補(bǔ)償后剩余色散差別應(yīng)小于500ps/nm。 6.自動(dòng)光功率降低(APR)和自動(dòng)激光關(guān)斷(ALS)進(jìn)程

　　光纜切斷、設(shè)備失效及光連接器拔出等均會(huì)導(dǎo)致光功率丟失。出于安全的考慮，在主光通道一個(gè)光段內(nèi)光功率丟失的情況下，需要系統(tǒng)實(shí)施ALS與APR進(jìn)程。功率減少后，剩余的所有通道的功率(包括由光監(jiān)控通路OSC來的功率)減少10dBm水平以內(nèi)，不排除光放大器的完全關(guān)閉。為便于在鏈路重新連接好后系統(tǒng)能容易的恢復(fù)，同時(shí)考慮實(shí)施自動(dòng)(或人工)重啟動(dòng)進(jìn)程。對(duì)于帶喇曼增益型的光放大器，WDM系統(tǒng)也必須滿足同樣的光安全要求，并必須保證在APR進(jìn)程中對(duì)喇曼泵浦也進(jìn)行光安全進(jìn)程處理。
三、結(jié)束語(yǔ)

　　在今后的光網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，必將會(huì)面臨大容量、超長(zhǎng)距離(1000km以上)的信號(hào)傳送問題。<光波分復(fù)用系統(tǒng)(WDM)技術(shù)要求——1.6Tbit/s 部分和800Gbit/s部分>的制定，為我國(guó)1.6Tbit/s 部分和800Gbit/sWDM系統(tǒng)的研制、生產(chǎn)、工程應(yīng)用及入網(wǎng)測(cè)試給出了統(tǒng)一的技術(shù)依據(jù)，為科研和網(wǎng)絡(luò)建設(shè)提供了標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。

摘自《電信網(wǎng)技術(shù)》