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1.1主要性能和光接口参数1.1.1主要性能一、色散受限距离色度色散是由发送光源的光谱特性和光纤色度色散所导致的制约传输距离的一个支配性因素。1.传输限制对于几十至数百公里长的系统来说，色度色散的影响可忽略不计。但由于光纤通信系统传输速率不断提高，以及系统中光放大器地多级级联使整个传输链路的总色散及其相应色散代价变得很大而必须认真对待。色散限制已经成为目前决定许多系统再生中继距离的决定因素。在单模光纤中，色散以材料色散和波导色散为主，使信号中不同频率分量经光纤传输后到达光接收机的时延不同，在时域上造成光脉冲的展宽，引起光脉冲相互间的串扰，使得眼图恶化，最终导致系统误码性能下降。2.减少影响的方法在一些光放大的子系统中，无源色散补偿装置可同光放大器组合在一起，构成一个放大子系统。该子系统会给系统附加有限的色度色散，其色散系数与系统光纤相反，这就会使系统总的色度色散减小。EDFA与该装置装在一起，用以弥补其带来的光功率损耗。另外，采用G.655光纤和G.653光纤对减少色度色散是有利的。3.网络设计时的考虑在进行DWDM网络设计时，一般先将整个网络划分为若干个再生中继距离段，使每个再生中继段距离都小于光源的色散受限距离，这样，整个网络的性能基本可以容忍色散的影响。如果超出色散的受限距离，就需要进行色散补偿。二、功率受限光信号的长距离传输要求信号功率足以抵消光纤的衰耗，G.652光纤在1550nm窗口的衰耗系数一般为0.25dB/km左右，考虑到光接头、光纤冗余度等因素，综合的光纤衰耗系数一般小于0.275dB/km。具体计算时，一般只对传输网络中相邻的两个设备进行功率预算，而不对整个网络进行统一的功率预算。将传输网络中相邻的两个设备间的距离（衰耗）称作中继距离（衰耗）。ABSRLPPoutin站站图5.32中继衰耗原理图如图5.32所示，A站点发送参考点为S，B站点接收参考点为R，S点与R点间传输距离为L，则：中继距离=（Pout-Pin）/a(式5.1)Pout：为S点单信道的输出功率（单位为dBm），S点的光功率与A站点的配置相关。Pin：为R点的单信道最小允许输入功率（单位为dBm）。a：为光缆每公里衰耗（dB/km）（根据ITU－T建议，取0.275dB/km，0.275dB/km已包含接头、富余度等各种因素的影响）。当整个网络经过色散受限计算，划分为若干个再生中继距离段后，再通过功率受限预算确定每个再生中继段中的中继距离段。三、噪声（详见5.8.1节）四、非线性及其它影响以上三种为组网设计时主要考虑的因素，除此之外还有很多非线性因素对系统组网都有影响，例如受激布里渊散射SBS（StimulatedBrillouinScattering）、受激拉曼散射SRS（StimulatedRamanScattering）、自相位调制SPM（SelfPhaseModulation）、互相位调制XPM（CrossPhaseModulation）、四波混频FWM（Four-WaveMixing）。偏振模色散PMD（PolarizationModeDispersion）和偏振相关损耗PDL（PolarizationDependentLoss）等也对系统性能有一定的影响，但是他们对系统的影响一般不是很大，这里就不详细介绍了。1.1.2前向纠错编码(FEC)光波长转换单元采用前向纠错技术，从而：降低系统对接收端光信噪比的要求，延长各放大段或再生段间传送距离；降低线路传输产生的误码率，提高DWDM传输网络的通讯质量。增强型的前向纠错EFEC（EnhancedFEC）技术采用了两级编码方式，增加编码增益，均分突发错误，纠错能力比FEC更强。FEC技术通过在传输码列中加入冗余纠错码，可降低接收端的OSNR容限，从而达到改善系统性能、降低系统成本的目的。FEC所贡献的传输系统OSNR容限的降低可以称为“FEC编码增益”，编码增益越强，纠错性能越高。标准的ITU-TG.975FEC可提供6dB的编码增益，在10Gbps系统中利用G.975FEC技术可将8×10-5的原始BER纠错至10-15，前者对应的OSNR大约是14-15dB。因此，单信道10Gbps的DWDM传输（带FEC、色散补偿）性能与单信道2.5Gbps的DWDM系统几乎相同，OSNR容限都是20dB（已考虑6dB系统余量）。在0dBm入纤光功率情况下，两者的OSNR受限传输距离都可达到8×80公里。在单信道2.5Gbps的DWDM系统中使用G.975FEC技术，前者的OSNR容限可降低至14dB（含6dB系统余量）。目前业界提出的用于SDH/DWDM的实用化FEC技术主要有以下三种：一、带内FEC带内FEC利用SDH帧中的一部分开销字节装载FEC码的监督码元。这种方法的缺点是帧开销中可利用的字节数和帧长度有限，编码增益较小（3-4dB）。带内FEC常采用BCH3格式编解码，由ITU-TG.707标准支持。二、带外FEC带外FEC由ITU-TG.975/709标准支持。ITU-TG.975标准规定利用RS（255，239）码交织编解码，在帧尾插入校验字，编码冗余度7%。ITU-TG.709标准规定使用RS（255，238）编码，编码冗余度更大，开销也有一定的灵活性。带外FEC的编码冗余度大，纠错能力强，编码增益较高（5-6dB），并可方便地插入FEC开销而不受SDH帧格式的限制，具有较强的灵活性。缺点是插入的开销会增加线路速率，需对相应的设备进行一定的改动。由于受到设备厂商的广泛支持，目前带外FEC已经成为事实上的FEC编码标准。三、增强型FEC（EFEC）随着软/硬件技术的发展，光通信系统逐步引入了级联信道编码等大增益编码技术，进行增强型FEC的研制，主要应用于时延要求不严、编码增益要求特别高的光通信系统。涉及的码型包括RS级联码、分组Turbo码和Goppa码等。级联码不仅具有极强的纠正突发错误、随机错误的能力，提供更大的编码增益，而且更重要的是可以利用其构造方法，达到信道编码定理所给出的码限（Shannon）。虽然EFEC的编解码过程比较复杂，目前还较少应用，但由于其性能优势，必将发展成为一项实用技术，并成为下一代带外FEC的主流。总体来讲，若对编码增益要求不太高，不想对现有系统进行大的调整，带内FEC是一种最佳方案，方便平滑升级。带外FEC具有灵活的开销，可用于需要更大的编码增益的通信系统，但由于会改变调制速率，需要根据码率对整个发送/接收设备作一定的更换。1.1.3波道均衡一、自动功率控制（ALC）在DWDM系统应用中，光纤老化、光连接器老化或人为因素都可能引入线路的异常衰减。对于光放大器仅为增益控制模式的系统，当某一段线路衰减增加时，下游所有光放大器的输入和输出功率都将下降，系统的OSNR将变差，同时接收机接收到的光功率也会下降，这将极大影响接收性能。而且发生衰减增大的线路越靠近发送端对OSNR的影响就越大。对于采用ALC模式的系统，当某一段线路衰减增加时，只会引起该段放大器的输入功率下降，输出功率和下游其他放大器的输入、输出功率都不会改变，因此对OSNR的影响相对小得多，并且接收机接收到的光功率不会发生变化。图5.33和图5.34分别表示光纤线路发生异常衰减时增益控制模式和功率控制模式下系统各光线路放大中继站的功率变化情况。图5.33线路异常衰减时增益控制模式下系统的功率变化图5.34线路异常衰减时功率控制模式下系统的功率变化在正常工作时引起光放大器输入功率变化的因素有两个：一是通道数量的增加或减少（可能多个通道同时上下），为不影响其它通道的正常工作，需要系统快速响应其变化，这时系统工作于增益控制模式。二是线路的异常衰减，这时是自动增益控制AGC首先起作用，输出功率也发生变化，ALC通过获知的通道数量和输出功率决定可变光衰减器的调节。ALC的整个调整周期一般在分钟量级。考虑到线路的异常衰减发生周期也较长，并且系统的冗余设计也允许线路发生异常衰减，因此只要衰减量在系统的设计范围内，分钟量级的调整周期能够保证系统的正常工作。ALC功能有两种实现方式，分别为波数检测方式和功率参考方式。1.波数检测方式前提：需要在ALC链路上配置一块光谱分析单元MCA。实现：光放大器工作于自动增益控制模式（AGC），和MCA共同实现ALC功能。多通道光谱分析单元MCA分析系统中的工作通道数量，光放大器单元根据输出端功率和MCA提供的通道数决定工作状态，调节衰减量，使输出的功率保持稳定（单通道功率不变）。2.功率参考方式前提：以ALC链路中首节点的输出光功率为参考基准值。实现：光放大器工作于自动增益控制模式，通过触发首站光放大器输出光功率检查来决定是否正式下发ALC调节命令。如果光功率检查的结果与启动ALC调节命令前系统上报的异常信息一致，则正式下发ALC调节命令。调节衰减量，使输出的功率保持稳定（单通道功率不变）。二、智能光功率调节（IPA）当主光信道上的一段或多段光中继段上光功率信号丢失时，系统就能探测到链路上丢失了光信号，及时降低上游一个和下游再生段内的所有光放大器的输出光功率到达一个安全的阈值。当系统的光信号恢复正常时，又能恢复光放大器的正常工作。这种光信号的丢失可能是由于光缆被切断，设备劣化或连接器未插上等原因而引起的。三、自动光功率均衡（APE）系统提供的APE功能，可自动调节各通道的发送端光功率，使接收端信噪比得到优化。APE功能主要由MCA、V40、SCC和SC1单板配合完成，组网如图5.35所示。APE调节站点APE检测站点OTUV40OAUMCASC1图5.35APE功能组网图APE功能需要业务单板与主控SCC单板的配合，在用户的参与下完成。根据接收端MCA板测得的各通道光功率，通过发送端的V40调节发送端对应通道的光功率，从而达到接收端各通道光信噪比的均衡和优化。APE功能的应用，使波分系统开局中的系统调测及后续的网络维护更方便。APE调节可设定为需要用户参与，以方便用户根据网络状况，确定是否需要光功率调节。1.2WDM的关键部件1.2.1光源光源的作用是产生激光或荧光，它是组成光纤通信系统的重要器件。目前应用于光纤通信的光源半导体激光器LD（LaserDiode）和半导体发光二极管LED（LightEmittingDiode），都属于半导体器件。共同特点是：体积小、重量轻、耗电量小。LD和LED相比，其主要区别在于，前者发出的是激光，后者发出的是荧光，因此，LED的谱线宽度较宽，调制效率低，与光纤的耦合效率也低；但它的输出特性曲线线性好，使用寿命长，成本低，适用于短距离、小容量的传输系统。而LD一般适用于长距离、大容量的传输系统，在高速率的PDH和SDH设备上被广泛采用。高速光纤通信系统中使用的光源分为多纵模（MLM）激光器和单纵模（SLM）激光器两类。从性能上讲，这两类半导体激光器的主要区别在于它们发射频谱的差异。MLM激光器的发射频谱的线宽较宽，为nm量级，而且可以观察到多个谐振峰的存在。SLM激光器发射频谱的线宽，为0.1nm量级，而且只能观察到单个谐振峰。SLM激光器比MLM激光器的单色性更好。DWDM系统的工作波长较为密集，一般波长间隔为几个纳米到零点几个纳米，这就要求激光器工作在一个标准波长上，并且具有很好的稳定性；另一方面，DWDM系统的无电再生中继长度从单个SDH系统传输50~60km增加到500~600km，在延长传输系统的色散受限距离的同时，为了克服光纤的非线性效应｛如受激布里渊散射效应（SBS）、受激拉曼散射效应（SRS）、自相位调制效应（SPM）、交叉相位调制效应（XPM）、调制的不稳定性以及四波混频（FWM）效应等｝，要求DWDM系统的光源使用技术更为先进、性能更为优越的激光器。总之，DWDM系统的光源的两个突出的特点是：比较大的色散容纳值标准而稳定的波长一、激光器的调制方式目前广泛使用的光纤通信系统均为强度调制——直接检波系统，对光源进行强度调制的方法有两类，即直接调制和间接调制。1.直接调制直接调制：又称为内调制，即直接对光