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

　　關(guān)鍵詞　波分復用(WDM)　喇曼放大器　　色散補償

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信號經(jīng)過400-600km傳輸后，還需要進行電再生中繼。整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜，成本昂貴。如何在實現(xiàn)全光傳輸?shù)那疤嵯�，降低傳輸成本，延長傳輸距離，是一個急需解決的問題。

　　在超長距傳輸環(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，進行波形管理、功率管理、色散管理，以及信號編碼采用RZ編碼和超強FEC等技術(shù)。信號在無電中繼傳輸?shù)木嚯x達到3000km，在實驗室甚至達到了10000km。鑒于國內(nèi)外WDM技術(shù)發(fā)展迅速，1.6Tbit/s與800Gbit/s的WDM設備已經(jīng)有商用化產(chǎn)品，并在干線網(wǎng)絡上有實際應用。為了給研制和運營部門提供技術(shù)依據(jù)，在以往WDM標準基礎上，制定了《光波分復用系統(tǒng)(WDM)技術(shù)要求——1.6Tbit/s部分與800Gbit/s部分》。

二、光波分復用系統(tǒng)(WDM)技術(shù)標準介紹

　　我國于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)在中國大規(guī)模應用的序幕，WDM技術(shù)系列標準的研究和制定也正式開始。1999年，我國第一個針對WDM技術(shù)的標準——《光波分復用系統(tǒng)總體技術(shù)要求暫行規(guī)定》(YDN120--1999)正式發(fā)布，標準中對8*2.5Gbit/sWDM系統(tǒng)及16*2.5Gbit/sWDM系統(tǒng)的技術(shù)要求進行了規(guī)范。2000年，發(fā)布了《光波分復用系統(tǒng)(WDM)技術(shù)要求——32*2.5Tbit/s部分》(YD/T1060--2000)。2000年對于中國WDM技術(shù)發(fā)展和應用是一個新的里程碑。從1997-1999年間，基于2.5Tbit/sSDH系統(tǒng)的地位受到了嚴重挑戰(zhàn)，以中國電信為代表的運營商開始全面轉(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，對基于單波長為10Gbit/s的WDM系統(tǒng)的標準制定開始迅速展開。當時，正逢中國電信對10Gbit/sSDH和320Gbit/sWDM的選擇測試。經(jīng)過對實際設備及系統(tǒng)的測試，以及與各運營商和國內(nèi)外廠家單位進行廣泛的技術(shù)交流，制定出了《光波分復用系統(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》是為了適應超長距WDM系統(tǒng)的應用而制定的，該標準規(guī)定了1.6Tbit/s和800Gbit/s的WDM系統(tǒng)技術(shù)要求。

1.標準的適用范圍

　　該標準給出的具體參數(shù)針對160路與80路的點到點線性WDM系統(tǒng)，承載信號為SDH STM-64系統(tǒng)或10Gbit/s以太網(wǎng)信號，即1.6Tbit/s和800Gbit/s的WDM系統(tǒng)。規(guī)定的參數(shù)包括波長區(qū)劃分、波分復用器件的要求、光接口參數(shù)、波長轉(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，波長間隔最小為50GHz。該標準適用于2000km以內(nèi)的長途傳輸。對于不采用喇曼放大器，采用非NRZ調(diào)制方式達到1000-2000km距離傳輸?shù)南到y(tǒng)不在標準范圍之內(nèi)�！　〈送猓�該標準對于WDM系統(tǒng)應用的新技術(shù)、向前糾錯(帶內(nèi)和帶外)的功能、喇曼放大器的應用、梳狀濾波器及色散補償技術(shù)都作了相應的規(guī)范。

2.1.6Tbit/s和800Gbit/sWDM系統(tǒng)波長分布

　　1.6Tbit/s的WDM系統(tǒng)在C波段的基礎上，啟用新的波長區(qū)段——L波段，C+L波段共160個波長，波段內(nèi)的波長間隔為50GHz。C波段的波長分布范圍為191.80-196.05THz(1529.16-1563.05nm)，該范圍內(nèi)共有86個波長,建議優(yōu)選192.10-196.61nm)這80個波長。L波段的波長分布范圍為186.95-190.90THz(1570.42-1603.57nm)�！　∮捎诓ㄩL數(shù)目增多，相鄰波長的間隔減少。1.6Tbit/sWDM系統(tǒng)對激光器的穩(wěn)定性要求更加嚴格，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)設計壽命終了時，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長距離傳輸時，可以分別采用C波段的40個波長和L波段的40個波長，波段內(nèi)的波長間隔為100GHz。

　　實際應用的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個波長。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基礎波長間隔為100GHz40波復用器交織復用構(gòu)成，也可以直接采用50GHz間隔的復用器件構(gòu)成。

　　采用梳狀濾波器方案，要完成C波段80波的復用，需要2個C波段復用器(其中兩個波段相鄰波長的差別為50GHz)和1個梳狀濾波器(C-Interleaver)。梳狀濾波器是一個3端子器件，兩個輸入端是兩路波長間隔均為100GHz的40波群路信號，輸出端則為波長間隔為50GHz的80波信號。在通過波分復用器或耦合器將C波段的80波和L波段的80波復用為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。目前的復用器／解復用器一般是以40波為基本單位，相鄰通道間隔為100GHz，在技術(shù)實現(xiàn)上較為成熟。當復用通路數(shù)為80個時，相鄰通道間隔為50HGz，這時對復用器件隔離度的要求就更加嚴格了。

3.喇曼放大器的應用

　　超長距WDM系統(tǒng)中的光放大器除了應用傳統(tǒng)意義上的摻鉺光纖放大器外，最主要的是對喇曼放大器的應用。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、泵浦光波長和信號光波長之間的波長差值。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)，每通路光信號的發(fā)送功率較低。而輸出光功率的降低，使得每個通路經(jīng)過線路放大器后，信號得到放大的同時，所引入的非線性損耗降低，這樣使得信號盡可能以線性模式(如準線性模式)傳輸。因此，輸出信號的光信噪比增大，從而保證在沒有電再生中繼設備的條件下，信號可以傳輸更遠的距離。

　　對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長距離間隔)與M(30dB(甚長距離間隔)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，其效果等級于兩極光放大器(EDFA+REMAN)串聯(lián)。由于后一級喇曼放大器具有較小的噪聲系統(tǒng)，其等效噪聲系數(shù)相應減少。

　　在應用喇曼放大器的系統(tǒng)中，為了實現(xiàn)光纖非線性效應，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，必須保證相應連接部分的清潔，這對運行維護提出了很高的要求。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，系統(tǒng)應具有喇曼泵譜源自動關(guān)閉功能，以防止對人體造成傷害。

　　對80/160路WDM系統(tǒng)，當逐路增加承載的通路數(shù)量時，不應影響其它通路的性能。當同時增加多個通路時，系統(tǒng)也應不受影響。當運行中增加或減少承載的通路數(shù)量時，系統(tǒng)的各項參數(shù)應可以進行自動調(diào)整，不需要進行其他任何硬件或軟件的改動。對于光放大器(包括EDFA+喇曼放大器)增益的調(diào)整，可以基于單個光放大器或整個光復用段進行。單個光放大器的增益調(diào)整時間小于50ms，整個光復用段全部光信號調(diào)整完成時間應小于60s，包括各個波長的發(fā)送功率、預均衡和全部光放大器的增益調(diào)整時間。

4.系統(tǒng)分類

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

　　對于亞超長傳輸系統(tǒng)，又可以分為波長間隔100GHz系統(tǒng)與波長間隔為50GHz系統(tǒng)。對于需要亞超長距離傳輸?shù)牟ㄩL并不需要那么多，為了盡可能達到更遠的距離，則對于亞超長距離傳輸WDM系統(tǒng)，允許進行波長間隔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，傳輸距離最遠的系統(tǒng)，定義的是最具有超強FEC與喇曼光放大器的80波WDM系統(tǒng)(100GHz間隔)，傳輸距離為2000km。由于是多波長系統(tǒng)，需要考慮沿途某些站點對波長上下的需求，因此會產(chǎn)生對OADM應用的需求。OADM的出現(xiàn)會減少區(qū)段的數(shù)量，與傳輸距離的遠近無關(guān)。為保證接受機的正常接受，對于采用常規(guī)帶外FEC的WDM系統(tǒng)，在主光通路接收點(MPI-R)，光接口光信噪比為20dB。采用超強帶外FEC的WDM系統(tǒng)，光接口光信噪比為18dB。

5. 色度色散補償

　　對于超長距離的傳輸，色散是一種主要線性補償對象，一般都采用DCF色散補償光纖技術(shù)。目前，采用2個色散補償模塊分別補償C/L波段信號。對于超過1000km的傳輸，為了實現(xiàn)精確補償，不排除采用多個色散斜率補償模塊對每個子波段進行補償。

　　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償光纖主要為負色散的DCM模塊，此模塊在一段距離之后對于不同的波長給予不同的色散補償。色散補償模塊一般用于發(fā)送端功放、線路光放和接收端預放的中間級，其補償原則根據(jù)光功率預算的結(jié)果而定。

　　由于G.652/G.655光纖都有一定斜率，有可能會在一個頻段內(nèi)造成比較大的色散差異。要補償這些斜率，DCF光纖也要有相應的斜率分布。在C/L頻帶內(nèi)，在一個光復用段內(nèi)，補償后剩余色散差別應小于500ps/nm。 6.自動光功率降低(APR)和自動激光關(guān)斷(ALS)進程

　　光纜切斷、設備失效及光連接器拔出等均會導致光功率丟失。出于安全的考慮，在主光通道一個光段內(nèi)光功率丟失的情況下，需要系統(tǒng)實施ALS與APR進程。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，同時考慮實施自動(或人工)重啟動進程。對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進程中對喇曼泵浦也進行光安全進程處理。
三、結(jié)束語

　　在今后的光網(wǎng)絡建設中，必將會面臨大容量、超長距離(1000km以上)的信號傳送問題。<光波分復用系統(tǒng)(WDM)技術(shù)要求——1.6Tbit/s 部分和800Gbit/s部分>的制定，為我國1.6Tbit/s 部分和800Gbit/sWDM系統(tǒng)的研制、生產(chǎn)、工程應用及入網(wǎng)測試給出了統(tǒng)一的技術(shù)依據(jù)，為科研和網(wǎng)絡建設提供了標準和規(guī)范。

摘自《電信網(wǎng)技術(shù)》