12/9/2003, 編者按：當(dāng)前，光纖通信在長途傳送網(wǎng)中的應(yīng)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(duì)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(yīng)等。而依靠原有技術(shù)解決，又面臨著技術(shù)復(fù)雜、成本高的難題。為此，一些廠家針對(duì)光纖長途傳送中的碼型調(diào)制技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)，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(diǎn)在于可支持超長距離的光纖傳送，技術(shù)實(shí)現(xiàn)比較簡單，并有效地降低了成本。
碼型調(diào)制技術(shù)
    對(duì)于低速、短距離的光纖傳輸系統(tǒng)，非歸零碼（NRZ）型實(shí)現(xiàn)簡單，技術(shù)成熟，頻譜效率較高，信號(hào)完整性好，因而廣泛應(yīng)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(yīng)等這些在低速短距離傳輸情況下可以忽略的物理效應(yīng)在此時(shí)變得明顯，嚴(yán)重阻礙了傳輸業(yè)務(wù)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(yīng)和PMD效應(yīng)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(bǔ)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(wù)信號(hào)。在RZ碼脈沖序列中，在每個(gè)連“1”的過渡區(qū)域電場振幅是歸零的，每個(gè)“1”碼的電場振幅具有彼此獨(dú)立的時(shí)間包絡(luò)，這對(duì)于接收端的時(shí)鐘恢復(fù)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(yīng)較弱，對(duì)SPM效應(yīng)也有更好的免疫力，更窄的時(shí)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(yīng)。但是RZ碼的缺點(diǎn)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(shí)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(fù)雜。
基于進(jìn)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(hào)相反，從而達(dá)到降低光譜寬度的目的，不但增加了色散容限，而且有更強(qiáng)的抵抗SPM和FWM等光纖非線性效應(yīng)的能力。CRZ碼采用了三級(jí)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(duì)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(hào)與SPM效應(yīng)在光脈沖上產(chǎn)生的啁啾相反，因此，抵抗非線性效應(yīng)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(bǔ)償失配的問題。這實(shí)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(hào)的傳輸距離長達(dá)9000km，即使采用精細(xì)的色散補(bǔ)償措施，大多數(shù)信道仍會(huì)有較大的正色散斜率積累。而CRZ脈沖的預(yù)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(diǎn)是調(diào)制技術(shù)比較復(fù)雜，對(duì)三級(jí)調(diào)制之間的定時(shí)和時(shí)延要求很高。
    其它碼型技術(shù)還包括：D－RZ（雙二進(jìn)制RZ碼）、DPSK－RZ（差分相移RZ）、DCS－RZ（雙二進(jìn)制載頻抑制RZ）等等。D－RZ信號(hào)具有窄光譜特性，通道間隔可做到50GHz，這些特點(diǎn)為其應(yīng)用于高速、超密集DWDM系統(tǒng)提供了優(yōu)勢。其缺點(diǎn)是需要預(yù)編碼器，驅(qū)動(dòng)信號(hào)較復(fù)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(jìn)行相干檢測，用光脈沖之間的相位變化（而非脈沖的強(qiáng)度變化）來承載業(yè)務(wù)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(diǎn)是需要干涉檢測技術(shù)，進(jìn)一步增加了收發(fā)設(shè)備的復(fù)雜度，光纖線路中信道監(jiān)測也需要專用的DPSK接收機(jī)。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(yīng)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(yīng)和色散補(bǔ)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(yīng)的非線性容限為63mW。但是CRZ發(fā)射機(jī)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)比較復(fù)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(yīng)用于陸地光傳送從經(jīng)濟(jì)的角度來講很困難，先進(jìn)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(gè)調(diào)制器上同時(shí)實(shí)現(xiàn)相位調(diào)制和幅度調(diào)制，實(shí)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(diǎn)，而且其簡單的實(shí)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(fù)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(diǎn)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(duì)比傳輸實(shí)驗(yàn)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(shí)要低5dB，具有突出的“跨距延伸效應(yīng)”。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(shí)驗(yàn)中傳輸距離已經(jīng)達(dá)到7600km。
    更強(qiáng)的抵抗光纖非線性效應(yīng)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(yīng)，能有效減緩沿光纖鏈路上SPM效應(yīng)的積累，從而降低系統(tǒng)的傳輸代價(jià)。光脈沖攜帶的相位調(diào)制也能降低信號(hào)的峰值光譜密度，這對(duì)于SBS、XPM、FWM等非線性效應(yīng)乃至PDL、PMD等偏振效應(yīng)也有很好的抑制作用。上述特性使得SuperCRZ的非線性容限達(dá)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(yīng)和OSNR劣化，僅用常規(guī)的EDFA即可實(shí)現(xiàn)4000km的商用化ULH傳輸，這對(duì)于提供高性價(jià)比的傳輸服務(wù)是非常有利的。
    更佳的色散容限。由于SuperCRZ碼型對(duì)光纖非線性效應(yīng)的有效抑制，基本上消除了SPM效應(yīng)對(duì)色散容限窗口的窄化效應(yīng)，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(yīng)地調(diào)節(jié)接收端的最佳色散補(bǔ)償條件，從而顯著地提高色散容限，與傳統(tǒng)CRZ相比對(duì)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(xì)的分波長色散補(bǔ)償措施，利用現(xiàn)在的DCF色散補(bǔ)償模塊即可勝任ULH傳輸?shù)纳�散補(bǔ)償。
   突出的性價(jià)比優(yōu)勢。SuperCRZ技術(shù)仍然采用了成熟穩(wěn)定的IM－DD（強(qiáng)度調(diào)制－直接檢測）技術(shù)而非復(fù)雜的編碼器和相干檢測技術(shù)，對(duì)現(xiàn)有DWDM傳輸設(shè)備的沖擊較小，僅須在發(fā)射機(jī)部分作有限的修改，而無須更改現(xiàn)有的DCM色散補(bǔ)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(diǎn)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(jìn)程中，SuperCRZ方案方法簡便，向下兼容性強(qiáng)，無需過多的技術(shù)變更和改動(dòng)，有利于降低整個(gè)傳輸系統(tǒng)的成本、提高運(yùn)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(bào))