华为码型调制技术和技术和SuperCRZ技术

12/9/2003, 编者按：当前，光纤通信在长途传送网中的应用已经越来越广泛。随着传输距离的加长，在近距离传送中一些可以忽略的因素逐渐凸显出来，对光纤传送的质量造成了一定影响，如色度色散、光纤非线性效应等。而依靠原有技术解决，又面临着技术复杂、成本高的难题。为此，一些厂家针对光纤长途传送中的码型调制技术进行了改进，推出了一些新的解决方案。华为公司发明的SuperCRZ方案就是其中之一。该方案的特点在于可支持超长距离的光纤传送，技术实现比较简单，并有效地降低了成本。
码型调制技术
    对于低速、短距离的光纤传输系统，非归零码（NRZ）型实现简单，技术成熟，频谱效率较高，信号完整性好，因而广泛应用于目前的商用化长途DWDM传输系统中。但是随着传输距离的加长和传输速率的提高，OSNR容限、色度色散、PMD、光纤非线性效应等这些在低速短距离传输情况下可以忽略的物理效应在此时变得明显，严重阻碍了传输业务的容量和覆盖范围提升。鉴于此，近年来又开发出多种有别于NRZ码的调制格式，主要用于降低OSNR容限、增加色散受限距离，克服非线性效应和PMD效应等，这些特殊的调制格式统称为码型技术。目前，码型技术已经与FEC、Raman放大和色散补偿技术等，构成超长距离DWDM传输的关键技术。
    码型技术一般采用归零（RZ）光脉冲来承载业务信号。在RZ码脉冲序列中，在每个连“1”的过渡区域电场振幅是归零的，每个“1”码的电场振幅具有彼此独立的时间包络，这对于接收端的时钟恢复是非常有利的；而NRZ码的连“1”则是连为一体的。因此在相同平均接收功率条件下，RZ码的眼图张开度更大，误码性能更为优异，一般能提供3dB的OSNR改善。此外，由于RZ码的比特图形相关效应较弱，对SPM效应也有更好的免疫力，更窄的时域脉冲特性也能减小DWDM信道之间的非线性相互作用和PMD效应。但是RZ码的缺点是光谱分布较NRZ宽，通道间隔一般限制在100GHz，也不利于色散管理。实际工作中一般采用两外调制（RZ幅度和数据调制）来产生RZ码比特序列，调制结构较NRZ复杂。
基于进一步提升纯RZ码的传输性能，近年来还出现了CS－RZ（载频抑制RZ）和CRZ（啁啾RZ）码。在CS－RZ码中，相邻码元的电场振幅的符号相反，从而达到降低光谱宽度的目的，不但增加了色散容限，而且有更强的抵抗SPM和FWM等光纤非线性效应的能力。CRZ码采用了三级调制技术（RZ幅度调制、相位调制和数据调制），其相位调制器在发射端对RZ脉冲的上升沿和下降沿上加入一定的啁啾量。该啁啾的符号与SPM效应在光脉冲上产生的啁啾相反，因此，抵抗非线性效应的能力非常优异。此外，这种啁啾也能用于改善光纤线路上的剩余色散量积累和色散补偿失配的问题。这实际上正是CRZ技术首先用于海底传输的原因。在跨洋传输系统中，DWDM信号的传输距离长达9000km，即使采用精细的色散补偿措施，大多数信道仍会有较大的正色散斜率积累。而CRZ脉冲的预啁啾所生成的额外光谱成分可以增加脉冲的色散效果，因此提高了SPM和线路上色散之间的平衡性能。CRZ的缺点是调制技术比较复杂，对三级调制之间的定时和时延要求很高。
    其它码型技术还包括：D－RZ（双二进制RZ码）、DPSK－RZ（差分相移RZ）、DCS－RZ（双二进制载频抑制RZ）等等。D－RZ信号具有窄光谱特性，通道间隔可做到50GHz，这些特点为其应用于高速、超密集DWDM系统提供了优势。其缺点是需要预编码器，驱动信号较复杂，且光纤非线性容限较小。DP?SK－RZ码型在发射端采用差分编码和相位调制，在接收端进行相干检测，用光脉冲之间的相位变化（而非脉冲的强度变化）来承载业务比特，在降低OSNR容限和容忍非线性方面也具有优异的表现。缺点是需要干涉检测技术，进一步增加了收发设备的复杂度，光纤线路中信道监测也需要专用的DPSK接收机。DPSK－RZ码型的通道间隔也限制在100GHz。DCS－RZ的带宽是CS－RZ带宽的2/3，在抵抗单信道以及信道间的非线性效应方面表现出良好的特性。
SuperCRZ技术概述
    如前所述，CRZ在抵抗光纤非线性效应和色散补偿失配方面具有突出的优势，已经成功地用于跨洋光通信领域，传输距离接近10000公里，相应的非线性容限为63mW。但是CRZ发射机的实现技术比较复杂，它需要三次调制（即相位调制、RZ幅度调制和数据调制），因此将CRZ技术应用于陆地光传送从经济的角度来讲很困难，先进技术和成本之间存在阻隔。华为技术有限公司发明的SuperCRZ技术为跨越这一鸿沟提供了很好的桥梁。Su?perCRZ传输格式能在一个调制器上同时实现相位调制和幅度调制，实施方式简单有效。SuperCRZ技术不但保持了CRZ码型的所有优点，而且其简单的实施方式使以低成本提供收发一体模块成为可能。更少的器件和更低的复杂度也带来更高的可靠性。目前，SuperCRZ技术已经商用化，用于华为技术有限公司的OptixBWS1600G传输系统中。
SuperCRZ的突出优点表现在：
    更低的OSNR容限。与NRZ码型相比，SuperCRZ具有更低的OSNR容限，这来源于前者所采用的RZ调制格式。传统NRZ和SuperCRZ的对比传输实验表明，为获得10－5的BER，SuperCRZ所需要的OSNR比NRZ要低3dB，在BER为10－10时要低5dB，具有突出的“跨距延伸效应”。目前，商用化4000km的无电中继超长距离传输已得到演示，而在光纤环路实验中传输距离已经达到7600km。
    更强的抵抗光纤非线性效应的能力。SuperCRZ码型中所携带的特殊的相位调制成分抵抗SPM效应，能有效减缓沿光纤链路上SPM效应的积累，从而降低系统的传输代价。光脉冲携带的相位调制也能降低信号的峰值光谱密度，这对于SBS、XPM、FWM等非线性效应乃至PDL、PMD等偏振效应也有很好的抑制作用。上述特性使得SuperCRZ的非线性容限达到63mW以上，在4000km以内的传输范围内基本上处于弱非线性区，无须引入Raman放大来克服非线性效应和OSNR劣化，仅用常规的EDFA即可实现4000km的商用化ULH传输，这对于提供高性价比的传输服务是非常有利的。
    更佳的色散容限。由于SuperCRZ码型对光纤非线性效应的有效抑制，基本上消除了SPM效应对色散容限窗口的窄化效应，与NRZ相比有很大程度的改善。此外，通过改变SuperCRZ的相位调制幅度，还可以自适应地调节接收端的最佳色散补偿条件，从而显著地提高色散容限，与传统CRZ相比对色散失配的容忍度更高，因此无需常规CRZ技术那样在端站采用精细的分波长色散补偿措施，利用现在的DCF色散补偿模块即可胜任ULH传输的色散补偿。
   突出的性价比优势。SuperCRZ技术仍然采用了成熟稳定的IM－DD（强度调制－直接检测）技术而非复杂的编码器和相干检测技术，对现有DWDM传输设备的冲击较小，仅须在发射机部分作有限的修改，而无须更改现有的DCM色散补偿措施、EDFA光放大配置、线路性能监测设备和NRZ接收设备，也无须引入Raman放大技术，向下兼容程度高，在ULH传输中具有突出的优点和竞争力。
   总之，在现有的常规LH传输向ULH传输的演变进程中，SuperCRZ方案方法简便，向下兼容性强，无需过多的技术变更和改动，有利于降低整个传输系统的成本、提高运营稳定性，是一种有突出竞争力和优势的技术方案。

(人民邮电报)