第八章高速光纖通信技術(shù)

第八章高速光纖通信技術(shù)第一頁，共71頁。8.1高速光纖通信系統(tǒng)的概念

人們很早就意識到光波是最理想的信號載體，因為與射頻和微波相比，光波具有更高的頻率，也就是具有更大的可利用帶寬。通信方式載波載頻（Hz）可利用帶寬（Hz）潛在通信容量（bit/s）話路數(shù)電纜通信射頻電波1×109（1GHz）100M200M3000微波通信微波1×1011（3mm）10G20G30萬光纖通信光波2×1014（1.5μm）20000G40000G6億表8.1三種信號載波的比較第二頁，共71頁。光傳輸系統(tǒng)在提高傳輸速率的途徑有哪些？提高單信道傳輸速率使用密集波分復(fù)用（DWDM）技術(shù)第三頁，共71頁。提高DWDM系統(tǒng)傳輸速率的途徑第四頁，共71頁。高速光纖系統(tǒng)的定義

所謂“高速”是指光線通信傳輸?shù)臄?shù)據(jù)速率高，究竟多高的數(shù)據(jù)速率才算高速，ITU-T并沒有明確的規(guī)范意見。事實上，在光線通信的不同發(fā)展階段，高速的含義是不同的。目前通常把STM-16等級以上的系統(tǒng)統(tǒng)稱為高速光纖通信系統(tǒng)，也有人稱之為超高速光纖通信系統(tǒng)。第五頁，共71頁。8.1高速光纖通信系統(tǒng)的概念

8.2高速光纖通信系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)8.3高速光纖通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)8.4高速光纖通信系統(tǒng)的應(yīng)用舉例第八章高速光纖通信技術(shù)第六頁，共71頁。8.2高速光纖通信系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)目前影響高速光纖通信系統(tǒng)的不利因素不利因素光信噪比（OSNR)劣化：主要是光放大器的放大自發(fā)輻射噪聲色散效應(yīng)群速度色散（GVD)偏振模色散(PMD)光纖非線性效應(yīng)受激拉曼散射（SRS）受激布里淵散射（SBS）自相位調(diào)制（SPM）交叉相位調(diào)制（XPM）四波混頻（FWM）第七頁，共71頁。在光纖通信系統(tǒng)中，特別是WDM系統(tǒng)中，OSNR是目前衡量高速光纖通信系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)之一，OSNR的大小決定了光信號質(zhì)量的優(yōu)劣。定義：OSNR定義為光信號功率與噪聲功率的比值（用dB表示）。一般對于10Gbit/s光纖通信系統(tǒng)，在接收端要求OSNR在25dB以上（沒有前向糾錯編碼FEC技術(shù)時）。在WDM系統(tǒng)發(fā)送端的OSNR一般有35～40dB左右。1光信噪比（OSNR）第八頁，共71頁。在WDM系統(tǒng)中，噪聲的主要來源是光纖放大器。對于EDFA來說，噪聲的主要來源是ASE噪聲。EDFA在對信號光進(jìn)行放大的同時，還會伴隨著對自發(fā)輻射光的放大，它不僅會消耗大量反轉(zhuǎn)粒子數(shù)，限制了放大器的增益，而且構(gòu)成了EDFA的附加噪聲源。EDFA的附加噪聲由噪聲指數(shù)（NF）來描述，實際應(yīng)用中EDFA的噪聲指數(shù)一般是6dB。第九頁，共71頁。衡量系統(tǒng)性能的接收誤比特率（BER）與光接收機(jī)的OSNR有關(guān)，在其他條件不變的情況下，OSNR越大，則BER越低，系統(tǒng)性能越好，相反，OSNR越小，則BER越高，系統(tǒng)性能越差。在WDM傳輸系統(tǒng)中，“OSNR容限”是衡量系統(tǒng)性能的最重要的光學(xué)指標(biāo)之一，在其他條件不變的情況下，傳輸系統(tǒng)的OSNR容限越低，系統(tǒng)性能就越優(yōu)異。第十頁，共71頁。對于帶光放大器的光纖傳輸鏈路，假設(shè)每段光纖的損耗相同，每段光纖使用的光放大器增益和噪聲指數(shù)也相同，則在經(jīng)過N段光纖傳輸后，光信號的OSNR可以利用一個簡單的公式來估計：OSNR=58dB+入纖光功率-NF-每跨段損耗-10lg（跨段數(shù)目）第十一頁，共71頁。

OSNR=58dB+入纖光功率-NF-每跨段損耗-10lg（跨段數(shù)目）例：假設(shè)單信道入纖光功率為0dBm，每個放大器的噪聲指數(shù)NF為6dB，每個80km光纖跨段損耗為22dB，則根據(jù)公式可以估計出一個8跨段光放大傳輸鏈路給出的接收端OSNR約為21dB?？紤]到2.5Gbit/s收發(fā)機(jī)在背靠背配置中的典型OSNR容限為14～15dB。因此，在不計入傳輸代價時，該傳輸系統(tǒng)具有大于6dB的系統(tǒng)余量。第十二頁，共71頁。

2色散

在任何非真空介質(zhì)及波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中，不同頻率的電磁波的傳輸速率不同，這就是色散的本質(zhì)。1、色散的概念進(jìn)入光纖的窄脈沖隨著傳輸距離的增加會逐漸變形展寬，當(dāng)脈沖展寬到與相鄰的脈沖發(fā)生重疊時，就會導(dǎo)致信號之間的相互干擾，結(jié)果增加了通信系統(tǒng)的誤碼率，這種現(xiàn)象稱為色散。第十三頁，共71頁。2、發(fā)生色散會有什么樣的結(jié)果？色散最終限制了給定長度光纖中的比特傳輸速率。如果色散很大的話，多個信號之間就會出現(xiàn)重疊情況，從而導(dǎo)致在接收機(jī)處難以提取正常的信號。圖8.2.1光纖色散導(dǎo)致的信號失真第十四頁，共71頁。3.色散的種類：模間色散：多模光纖（MMF）中不同模式的傳輸速率不同而引起的。偏振模色散：光纖的不對稱性造成兩偏振傳輸軸上的等效折射率隨機(jī)不等，導(dǎo)致傳輸速率不同。色度色散：光源光譜中不同波長在光纖中的群時延差所引起的光脈沖展寬現(xiàn)象。第十五頁，共71頁。3非線性效應(yīng)1、引起非線性效應(yīng)的原因

在高比特率系統(tǒng)中，為了增加中繼距離而提高發(fā)送光功率，當(dāng)光纖中傳輸?shù)墓鈴?qiáng)密度超過光纖的閾值時，則會出現(xiàn)非線性效應(yīng)，從而限制系統(tǒng)容量和中繼距離的進(jìn)一步增大。

在光系統(tǒng)中只要使用的光功率足夠低，就可以假設(shè)這個光系統(tǒng)是線性的。第十六頁，共71頁。受激散射引起的效應(yīng)受激拉曼散射（SRS）受激布里淵散射（SBS）非線性折射率引起的效應(yīng)自相位調(diào)制（SPM）交叉相位調(diào)制（XPM）和四波混頻（FWM）

2.非線性效應(yīng)的分類

第十七頁，共71頁。1、概念

(1)受激拉曼散射（SRS）

由光纖中光信號和光纖材料中的分子振動相互作用引起的非線性效應(yīng)。第十八頁，共71頁。當(dāng)一定強(qiáng)度的光入射光纖時會引起光纖中的分子振動，進(jìn)而調(diào)制入射光強(qiáng)，產(chǎn)生間隔為分子振動頻率的邊帶，低頻邊帶稱為斯托克斯線，高頻邊帶稱為反斯托克斯線。當(dāng)兩個斯托克斯頻率的光波入射到光纖時，低頻波獲得增益而高頻波被衰減，即較短波長信號的一部分功率轉(zhuǎn)移到較長波長的信號中。圖8.2.2受激拉曼散射第十九頁，共71頁。2、受激拉曼散射可能引起信噪比性能的劣化當(dāng)光功率大到一定程度后才出現(xiàn)受激拉曼散射光，即SRS存在閾值特性。對單信道系統(tǒng)來說，SRS的閾值約為1W，即SRS對單信道系統(tǒng)沒什么影響。對于高密集的波分復(fù)用系統(tǒng)來說，SRS將成為限制光信道數(shù)的主要因素之一。

第二十頁，共71頁。(2)受激布里淵散射（SBS）1、概念

受激布里淵散射（SBS）是一種由光纖中的光信號和聲波的相互作用引起的非線性效應(yīng)。SBS會使部分前向傳輸光向后散射，消耗了信號功率，如圖所示：圖8.2.3受激布里淵散射第二十一頁，共71頁。SBS效應(yīng)不僅會給系統(tǒng)帶來噪聲，而且會造成信號的一種非線性損耗，限制入纖功率的提高，并降低系統(tǒng)的光信噪比，嚴(yán)重限制傳輸系統(tǒng)性能的提高。2、解決方法設(shè)置光源線寬明顯大于布里淵帶寬或者信號功率低于SBS門限功率。

由于SBS閾值隨著光源線寬的加寬而升高，用窄而低頻的正弦信號調(diào)制光源很容易提高SBS閾值。因此，雖然SBS是最容易產(chǎn)生的非線性效應(yīng)，但也最容易消除的非線性效應(yīng)。第二十二頁，共71頁。(3)自相位調(diào)制（SPM）信號光功率的波動引起信號本身相位的調(diào)制。光強(qiáng)度變化導(dǎo)致相位變化時，所有的頻率成分都將產(chǎn)生頻移，但較高頻率成分的絕對頻移比較低頻率成分的要大，SPM效應(yīng)將逐漸展寬光信號的頻譜。正常色散區(qū)中，由于色度色散效應(yīng)，一旦SPM效應(yīng)引起頻譜展寬，沿著光纖傳輸?shù)男盘枌⒔?jīng)歷較大的展寬。異常色散區(qū)，光纖的色度色散效應(yīng)和自相位調(diào)制效應(yīng)可能會互相補(bǔ)償，從而使信號的展寬會小一些。第二十三頁，共71頁。(4)交叉相位調(diào)制（XPM）WDM系統(tǒng)中，由于相鄰波長之間存在相互作用，某個波長的信號場強(qiáng)如果大到一定的程度，就會引起相鄰波長信號頻譜的離散化，對其他信道的相位產(chǎn)生調(diào)制作用。XPM效應(yīng)一旦造成相鄰信道信號頻譜的交迭，就會引起鄰道信號之間的串?dāng)_，導(dǎo)致脈沖波形畸變。減小XPM信號串?dāng)_的辦法：控制信道間隔，信道間隔越大，相鄰信道信號的頻譜交迭就越不容易發(fā)生；實行色散補(bǔ)償，色散補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)果可以使光纖的色散系數(shù)最小化，減弱信號頻譜的離散程度。第二十四頁，共71頁。(5)四波混頻（FWM）四波混頻是指兩個或三個不同波長的光波相互作用而導(dǎo)致在其他波長上產(chǎn)生混頻成分的效應(yīng)。當(dāng)這些混頻產(chǎn)物落在信道內(nèi)時，將會引起信道間的串?dāng)_，導(dǎo)致信噪比降低；當(dāng)混頻產(chǎn)物落在信道外時，也會給系統(tǒng)帶來噪聲。第二十五頁，共71頁。

對于光纖非線性效應(yīng)，一般可以通過降低入纖光功率、采用新型大孔徑光纖、拉曼放大器等方法加以抑制。特殊的碼型調(diào)制技術(shù)也可以有效地提高光脈沖抵抗非線性效應(yīng)的能力，增加非線性受限傳輸距離。第二十六頁，共71頁。

第八章高速光纖通信技術(shù)8.1高速光纖通信系統(tǒng)的概念8.2高速光纖通信系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)8.3高速光纖通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)8.4高速光纖通信系統(tǒng)的應(yīng)用舉例第二十七頁，共71頁。8.3高速光纖通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)新型光纖技術(shù)拉曼（Raman）放大器前向糾錯編碼（FEC）技術(shù)歸零（RZ）碼或其他調(diào)制格式色散補(bǔ)償技術(shù)第二十八頁，共71頁。8.3.1高速光纖技術(shù)

光纖是光信號的物理傳輸媒質(zhì)，其特性直接影響光纖傳輸系統(tǒng)的帶寬和傳輸距離，采用新型光纖是得到高容量傳輸最有效的途徑之一。為克服光纖帶來的色散限制和非線性效應(yīng)問題，要求新一代光纖應(yīng)具有所需的色散值和低色散斜率、大有效面積、低的偏振模色散。G.655光纖大有效面積G.655型光纖低色散斜率G.655型光纖全波光纖第二十九頁，共71頁。1、G.655光纖

G.655光纖是非零色散位移光纖（NZ-DSF），主要特點是在1550nm的色散值接近零，但不是零，是一種改進(jìn)的色散位移光纖，以抑制自相位調(diào)制、交叉相位調(diào)制和四波混頻等非線性效應(yīng)。

正色散系數(shù)G.655型光纖

負(fù)色散系數(shù)G.655型光纖類型正色散G.655光纖負(fù)色散G.655光纖優(yōu)點色散系數(shù)較小不存在調(diào)制不穩(wěn)定性問題缺點有可能存在調(diào)制不穩(wěn)定性問題1310nm窗口色散較大，色散受限距離短，不利于與電信現(xiàn)有光傳輸設(shè)備兼容，產(chǎn)生四波混頻問題第三十頁，共71頁。2、大有效面積光纖

NZ-DSF光纖大大地改善了光纖的色散特性，但是NZ-DSF光纖的模場直徑變小，有效面積也減小，光纖更容易產(chǎn)生非線性。

大有效面積光纖（LEAF，Larger

EffectiveAreaFiber）是一種改進(jìn)型G.655光纖。與普通G.655光纖一樣，它也對光纖的零色散點進(jìn)行了移動，零色散點處于1510nm左右，當(dāng)色散為正值，避開了零色散區(qū)，維持了一個起碼的色散值。其彎曲性能、極化模色散和衰減性能均可達(dá)到常規(guī)G.655光纖的水平，但色散系數(shù)規(guī)范已大為改進(jìn)，提高了下限值。

第三十一頁，共71頁。LEAF光纖的特殊之處在于大大增加了光纖的模場直徑，從普通G.655光纖的8.4μm增長到LEAF光纖的9.6μm，從而增加了光纖的有效面積，即從55μm2增加到72μm2。在相同的入纖功率時，降低了光纖中傳播的功率密度，減少了光纖的非線性效應(yīng)。在相同的中繼距離時，減少了非線性干擾，可以得到更好的OSNR，改善了系統(tǒng)的光信噪比，延長了光放大器距離，增加了密集波分復(fù)用的信道數(shù)。第三十二頁，共71頁。由于LEAF光纖具有較高的額定最高功率，在系統(tǒng)要求相同的信噪比和相同的非線性作用的條件下，有效面積越大，放大器間隔就越長。LEAF光纖可以減輕色散的線性和高功率的非線性影響，提高入纖功率，增加波分復(fù)用數(shù)目。但是LEAF光纖的有效面積變大后導(dǎo)致其色散斜率比常規(guī)光纖偏大，大約為0.1ps/(nm2?km)。當(dāng)我們采用許多波長的超高密度WDM系統(tǒng)時，有可能給處于高端L波段的通道帶來較大的色散。第三十三頁，共71頁。3低色散斜率光纖

所謂色散斜率指光纖的色散隨波長變化的速率，又稱為高階色散。色散對光脈沖信號傳輸?shù)闹庇^影響是導(dǎo)致光脈沖信號的展寬。由于色散的積累，每一信道（波長）的色散都會隨著傳輸距離的延長而增大，由于色散斜率的作用，各信道的色散積累量是不同的。第三十四頁，共71頁。圖8.3.1低色散斜率NZDF光纖在C波段和L波段都具有很好的色散特性第三十五頁，共71頁。由上圖可知，其中位于兩側(cè)的邊緣信道之間的色散積累量差別最大。當(dāng)傳輸距離超過一定值后，具有較大色散積累量的信道的色散值將會超標(biāo)，從而限制了整個WDM系統(tǒng)的傳輸距離。WDM系統(tǒng)的應(yīng)用范圍已經(jīng)從C波段擴(kuò)展到L波段，全部可用頻帶可以從1530～1565nm擴(kuò)展到1530～1625nm。在這種情況下，如果色散斜率仍維持原來的數(shù)值（大約0.07～0.10ps/(nm2?km)），長距離傳輸時短波長和長波長之間的色散差異將隨距離增長而增加，勢必造成L波段高端過大的色散系數(shù)，需要利用代價較高的色散補(bǔ)償措施，而低波段的色散又太小，多波長傳輸時不足以壓制四波混合和交叉相位調(diào)制的非線性影響。因此，開發(fā)了低色散斜率的G.655光纖。

第三十六頁，共71頁。4全波光纖城域網(wǎng)面臨更加復(fù)雜多變的業(yè)務(wù)環(huán)境，開發(fā)具有盡可能寬的可用波段的光纖成為關(guān)鍵。目前影響可用波段的主要因素是1385nm附近的氫氧根離子（OH?）吸收峰，造成了光功率的嚴(yán)重?fù)p失，因而若能設(shè)法消除這一水峰，則光纖的可用頻譜可望大大擴(kuò)展，全波光纖就是在這種形勢下誕生的。

全波光纖（也稱作無水峰光纖）基本消除了常規(guī)光纖在1385nm附近由于OH?造成的損耗峰，將損耗從原來的2dB/km降到0.3dB/km，這使光纖的損耗在1310～1600nm范圍內(nèi)都趨于平坦。其主要方法是采用了一種全新的光纖制造工藝，基本消除了光纖制造過程中引入的水份，幾乎可以完全消除由水峰引起的衰減。第三十七頁，共71頁。

除了沒有水峰以外，全波光纖與普通的標(biāo)準(zhǔn)G.652匹配包層光纖一樣。然而，由于沒有了水峰，光纖可以開放第5個低損窗口，從而帶來一系列好處：

（1）光纖的可用波長范圍增加100nm，相當(dāng)于增加125個波長通道（100GHz通道間隔），使光纖的全部可用波長范圍從大約200nm增加到300nm，可復(fù)用的波長數(shù)大大增加；第三十八頁，共71頁。（2）由于在1400nm附近波長范圍內(nèi)，光纖的色散僅為1550nm波長區(qū)的一半，因而，容易實現(xiàn)高比特率長距離傳輸；全波光纖1400nm波段的無色散補(bǔ)償傳輸距離將比傳統(tǒng)的1550nm波段的無色散補(bǔ)償傳輸距離增加1倍。

（3）可以分配不同的業(yè)務(wù)給最適合這種業(yè)務(wù)的波長傳輸，改進(jìn)網(wǎng)絡(luò)管理；

（4）當(dāng)有效工作波長范圍大大擴(kuò)展后，有利于通過增大波長通道之間的間距來降低對光器件的要求，可以使用波長間隔較寬、波長精度和穩(wěn)定度要求較低的光源、合波器、分波器和其他元件，使元器件特別是無源器件的成本大幅度下降，這就降低了整個通信系統(tǒng)的成本，同時可以通過加大波分復(fù)用的密度，實現(xiàn)光纖通信系統(tǒng)的超大容量傳輸。第三十九頁，共71頁。8.3.2高速光器件技術(shù)

隨著光纖通信系統(tǒng)容量的急劇擴(kuò)大，對波分復(fù)用器件和光放大器的性能指標(biāo)提出了更加嚴(yán)格的要求。下面主要介紹高速超長距離WDM系統(tǒng)對波分復(fù)用器件的新要求以及新的寬帶拉曼光纖放大器。1．波分復(fù)用器

波分復(fù)用系統(tǒng)的核心器件之一就是波分復(fù)用器件，其特性好壞在很大程度上決定了整個系統(tǒng)的性能。通常要求波分復(fù)用器件的插入損耗低且各通道的損耗偏差小，通帶內(nèi)損耗平坦，通路間的隔離度高，偏振相關(guān)性小，溫度穩(wěn)定性好。第四十頁，共71頁。

目前波分復(fù)用主要采用多層介質(zhì)膜技術(shù)?？梢詽M足系統(tǒng)在信道帶寬、隔離度、偏振敏感性和插損方面的要求，特別是在少于32波的系統(tǒng)中有比較好的表現(xiàn)。但在信道數(shù)特別多的系統(tǒng)中，成本會比較高，而且性能也不能完全滿足用戶的要求。

陣列波導(dǎo)光柵（AWG）波分復(fù)用/解復(fù)用器和光交叉波分復(fù)用/解復(fù)用器（Interleaver）器件可以在信道數(shù)大于32時滿足系統(tǒng)的要求。

第四十一頁，共71頁。

AWG可以比較方便地實現(xiàn)40波以上的復(fù)用/解復(fù)用功能，插損、隔離度與多層介質(zhì)膜的器件相比也基本一樣，而且使用可以更為靈活方便。目前存在的問題主要是AWG的溫度敏感特性，不過通過良好的溫控電路，可以使AWG的溫度特性穩(wěn)定在20GHz的偏差左右。而Interleaver的推出可以說是密集波分復(fù)用系統(tǒng)中復(fù)用器/解復(fù)用器技術(shù)的一個重大突破。

光交叉波分復(fù)用/解復(fù)用器件的原理如圖8.3.2所示，通過該器件可以將原有的2N個波長信號間插成兩個N個信號的復(fù)用，或?qū)蓚€各為N個交錯波長的端口復(fù)用成一個2N個波長信號的端口。利用Interleaver器件可以使復(fù)用器/解復(fù)用器的端口密度減小一半，大大減少了系統(tǒng)成本，降低了系統(tǒng)研發(fā)難度。第四十二頁，共71頁。圖8.3.2Interleaver使用原理第四十三頁，共71頁。在傳統(tǒng)的32/40波DWDM系統(tǒng)中基本采用100GHz間隔的光支路信號，而波分復(fù)用/解復(fù)用器件大多采用AWG技術(shù)，在160波DWDM系統(tǒng)中各支路采用了50GHz間隔的光信號，但要利用單個器件對160波長的光信號進(jìn)行波分復(fù)用/解復(fù)用，對器件設(shè)計的壓力相當(dāng)大。為此在160波DWDM系統(tǒng)中可采用多級復(fù)用的結(jié)構(gòu)，以C波段為例，利用8個10波長的波分復(fù)用/解復(fù)用，再通過3級間插復(fù)用器可實現(xiàn)C波段80波的波分復(fù)用/解復(fù)用，L波段80波長的復(fù)用方式與此類似。第四十四頁，共71頁。目前應(yīng)用的1.6Tbits/s系統(tǒng)C波段和L波段是完全分開的，兩個波段復(fù)用/解復(fù)用是通過波分復(fù)用器或耦合器實現(xiàn)的。其中基礎(chǔ)的復(fù)用/解復(fù)用器為40波。在1.6Tbits/s光傳輸系統(tǒng)中，由于波長間隔是50GHz，而原來光復(fù)用器/解復(fù)用器都是對間隔為100GHz的波長進(jìn)行復(fù)用（解復(fù)用），要實現(xiàn)50GHz間隔的波長復(fù)用，可以采用Interleaver來實現(xiàn)。第四十五頁，共71頁。Interleaver濾波器是一個三端子器件，兩個輸入端是兩路波長間隔均為100GHz的N個波的群路信號，輸出端則為波長間隔為50GHz的2N個波的信號。Interleaver濾波器將兩群路信號復(fù)用/解復(fù)用，圖8.3.3所示為160波的復(fù)用和放大框圖。第四十六頁，共71頁。圖8.3.3160波系統(tǒng)的Interleaver復(fù)用器工作原理第四十七頁，共71頁。

要完成80波的復(fù)用，需要2個C波段復(fù)（波長間隔為50GHz）和1個Interleaver濾波器。160波的復(fù)用則需要2個C波段復(fù)用器（其中波長間隔為50GHz）、1個C波段Interleaver濾波器、2個L波段復(fù)用器（其中波長差別為50GHz）、1個L波段Interleaver濾波器，以及一個C/L濾波器。80/160波解復(fù)用與此過程相反，如圖8.3.4所示。第四十八頁，共71頁。圖8.3.4Interleaver解復(fù)用器工作原理第四十九頁，共71頁。

2、拉曼光纖放大器

隨著高速光纖傳輸系統(tǒng)所利用的頻段不斷的擴(kuò)大和波長數(shù)的不斷增加，需要研究新的寬帶光放大器。

SRS是一種三階非線性效應(yīng)，是光子與聲子（分子振動模）之間的非彈性散射，把短波長泵浦光的能量轉(zhuǎn)化為長波長信號光的能量，當(dāng)合適波長的泵浦光注入到光纖中，拉曼頻移處的光信號將得到放大，實現(xiàn)對信號光的放大，基于這種原理的放大器稱之為拉曼光纖放大器（RFA）。第五十頁，共71頁。與摻鉺光纖放大器（EDFA）和半導(dǎo)體光放大器（SOA）相比，拉曼光纖放大器具有如下明顯的優(yōu)勢：1）可實現(xiàn)全波放大。2）RFA的增益介質(zhì)就是傳輸光纖本身，可以對光信號進(jìn)行在線放大，構(gòu)成分布式放大，實現(xiàn)長距離的無中繼傳輸和遠(yuǎn)程泵浦，同時與光纖系統(tǒng)具有良好的兼容性；可降低非線性效應(yīng)特別是四波混頻（FWM）效應(yīng)的干擾。3）RFA的放大增益高，信號間差拍噪聲小，噪聲指數(shù)低。第五十一頁，共71頁。拉曼放大器主要分為兩大類分立式拉曼放大器分布式拉曼放大器第五十二頁，共71頁。分立式拉曼放大器分立式拉曼放大器是指用一個集中的單元來提供增益，所有的泵浦功率都被限制在一個由隔離器作為邊界的集中單元中，基本沒有泵浦功率進(jìn)入到外部傳輸線路中。分立式拉曼放大器采用的增益光纖較短，光纖長度一般為幾千米，通常使用拉曼增益系數(shù)較高的特種光纖。拉曼放大器的整個放大波段可以是1280nm～1530nm，而這么寬的放大帶寬對EDFA來說是不可能做到的。主要用于要求高增益，高功率以及EDFA無法放大的波段。

第五十三頁，共71頁。分布式拉曼放大器分布式的拉曼放大器（DRA）是一種可以對傳輸光纖進(jìn)行泵浦放大的一種光放大器。分布式拉曼放大器所采用的增益光纖比較長，一般為幾十千米，泵浦源的光功率可降低到幾百毫瓦，主要輔助EDFA用于提高DWDM通信系統(tǒng)的性能，抑制非線性效應(yīng)，提高信噪比。

第五十四頁，共71頁。使用分布式拉曼放大器有很多的優(yōu)勢：（1）能夠改善放大器的噪聲指數(shù)。這樣就可以使用較低的信號入射光功率，同時還可以使系統(tǒng)容忍高的損耗或者可以延長再生中繼器之間的傳輸距離。（2）在整個光纖譜內(nèi)具有較為平坦的增益。這樣可以改善光信噪比，降低非線性效應(yīng)的影響。這種特性對于高速以及光孤子傳輸是相當(dāng)有利的。（3）當(dāng)DRA和EDFA共同使用時，在光纖線路上的復(fù)雜性就可以全部承載在EDFA上，即DRA只充當(dāng)?shù)驮肼暤那爸梅糯笃?，而關(guān)于增益均衡、增益校正、上/下路復(fù)用器和色散補(bǔ)充等就都可以由中間的EDFA來完成。第五十五頁，共71頁。8.3.3前向糾錯編碼（FEC）技術(shù)FEC技術(shù)很早就應(yīng)用于電通信系統(tǒng)中，它是數(shù)字通信系統(tǒng)中提高通信可靠性、降低誤碼率的關(guān)鍵技術(shù)。FEC在光纖通信系統(tǒng)中的應(yīng)用是近幾年才提出來的，主要原因在于：首先，光纖本身就具有較強(qiáng)的抗干擾性能；其次，在光纖通信初期，傳輸速率不高，一條光纖只需傳一個波長，而且傳輸業(yè)務(wù)主要是語音，語音對誤碼不太敏感。

第五十六頁，共71頁。隨著光纖通信的快速發(fā)展，在長距離、大容量DWDM光纖通信系統(tǒng)中，由于光纖損耗、色散以及非線性效應(yīng)等因素的影響，引起信號衰減、信道噪聲以及信道間的串?dāng)_，使系統(tǒng)性能大大降低。因此在光纖傳輸線路中大約每隔80km就需要進(jìn)行光中繼放大，每隔400km必須進(jìn)行電信號的再生，致使建網(wǎng)運營成本急劇增大。為解決上述問題，提高系統(tǒng)傳輸效率，在光纖通信系統(tǒng)中引入了前向糾錯編碼FEC技術(shù)，達(dá)到改善系統(tǒng)誤碼率的目的。

第五十七頁，共71頁。FEC技術(shù)的出發(fā)點是在發(fā)射機(jī)編碼時往信號中加入某些校驗比特，這樣在已經(jīng)產(chǎn)生了誤碼的接收端數(shù)字碼流中通過對校驗比特進(jìn)行一定計算（解碼）以發(fā)現(xiàn)并糾正在傳輸過程中由噪聲引起的誤碼，以較低的成本和較小的帶寬損失換取高質(zhì)量的傳輸，達(dá)到改善系統(tǒng)誤碼率的目的。

FEC在高速光傳輸系統(tǒng)中主要有以下優(yōu)點：1）延長光信號傳輸距離2）降低光發(fā)射機(jī)發(fā)射功率3）降低鏈路中線性或非線性因素對系統(tǒng)性能的影響第五十八頁，共71頁。在WDM光傳輸系統(tǒng)中，F(xiàn)EC的實現(xiàn)方式主要有三種帶內(nèi)FEC（In-bandFEC）帶外FEC（Out-of-bandFEC）超強(qiáng)FEC（Super-FEC）第五十九頁，共71頁。帶內(nèi)FEC（In-bandFEC）是指利用信道本身未使用的傳輸開銷字節(jié)，作為FEC糾錯編碼字節(jié)，實施FEC編碼后，信道碼速不變。這種方法的缺點是幀開銷中可利用的字節(jié)數(shù)和幀長度有限，編碼增益較小，糾錯容限不高，一般為3dB左右。

帶內(nèi)FEC采用的是能夠糾正3個比特誤碼的二進(jìn)制BCH（n，k）系統(tǒng)碼，典型的應(yīng)用為BCH（8191，8152）系統(tǒng)碼的子碼，即縮短的BCH（4359，4320）碼。

第六十頁，共71頁。帶外FEC（Out-of-bandFEC）是指把FEC糾錯冗余字節(jié)加入傳輸信道，實施FEC編碼后，信道碼速增加，能夠較大地改善系統(tǒng)性能。帶外FEC的增益遠(yuǎn)高于帶內(nèi)FEC，具有較高的糾錯能力，可以靈活地選擇糾錯容限以滿足系統(tǒng)的需要，因此超長距離系統(tǒng)均采用帶外FEC編碼。由于會改變調(diào)制速率，需要根據(jù)碼率對整個發(fā)送/接收設(shè)備作一定的更換。第六十一頁，共71頁。帶外FEC采用RS（n，k）碼，單個分組中最大糾錯突發(fā)誤碼為r=(n?k)/2，編/解碼實現(xiàn)較為簡單，編碼結(jié)構(gòu)和二進(jìn)制兼容。ITU-TG.975標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定利用RS（255，239）碼交織編解碼，簡稱RS-8，即k=239個數(shù)據(jù)比特加上n?k=16個校驗比特為一個分組，分組碼長度為n=255，可改正最大突發(fā)錯誤碼為r=8，線路速率增加7.14%。ITU-TG.709標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定使用RS（255，238）編碼，編碼冗余度更大，開銷也有一定的靈活性。帶外FEC的編碼冗余度大，糾錯能力強(qiáng)，編碼增益較高（5～6dB），并可方便地插入FEC開銷而不受SDH幀格式的限制，具有較強(qiáng)的靈活性。缺點是插入的開銷會增加線路速率，需對相應(yīng)的設(shè)備進(jìn)行一定的改動。由于受到設(shè)備廠商的廣泛支