摘要
阐述了海缆引入40G波分技术的必要性，在同等物理条件下40G相比10G波分的主要技术限制：一、偏振模色散（PMD）劣化4倍；二、光信噪比(OSNR)劣化4倍；三、色度色散容限降低16倍；四、非线性效应变的非常明显。随后，以APCN2（亚太II号）海缆为例，介绍实际运用中海缆采用的新技术：一、调制编码技术（RZ-DQPSK）用于降低光信噪比(OSNR)，偏振模色散（PMD），非线性，色散的限制。二、动态色散补偿技术用于提高色散容限，消除色散窗口代价。三、带外EFEC技术用于克服自身白噪声的纠错能力提高OSNR。四、1段G.652常规光纤(SMF)加7段大有效面积光纤（LEAF）的组合和终端设备中通过使用色散补偿模块（DCM）来进行色散整体（BATCH）补偿、波段（BLOCK）补偿，单波（INDIVIDUAL）补偿的方式使得DWDM中各个波长均获得各自理想的色散补偿值，用于提高系统的PMD容限。简要概述由于色散补偿给系统所带来的光功率衰减可以通过掺饵光纤放大器（EDFA）予以消除，使得传输效果达到最佳。最后对于海缆系统单波从40Gb/s向100Gb/s的发展可能碰到的技术限制以及解决方案予以展望。
关键词：色散，非线性效应，动态色散补偿，调制编码
缩写与术语：
DWDM: dense wave division multiplex 密集波分复用 DCF : dispersion compensation fiber 色散补偿光纤 DCM : dispersion compensation module 色散补偿模块 PMD : polarization mode dispersion 偏振模色散 SMF： single mode fiber 单模光纤 DSF: dispersion shift fiber 色散位移光纤 LEAF: large effective area fiber 大有效面积光纤 APCN2: Asia－pacific cable network2 亚太II号网络 EDFA：Er-dropped fiber amplifier 掺饵光纤放大器 FEC：Forward Error Correction 前向纠错 OSNR：Optical Signal Noise Ratio 光信噪比 OOK：On-Off Keying 闭启键控 DPSK：Differential Phase Shift Keying 差分相移键控
DQPSK：Differential Quadrature Reference Phase Shift Keying
四相相对相移键控
40G波分技术在海缆系统上的应用
第一章 概述
引言：
自从1985年世界上第一条海底光缆问世以来，海底光缆的建设在全世界的得到了蓬勃的发展。海底光缆以其大容量、高可靠性、优异的传输质量等优势，在通信领域，尤其是国际通信中起到重要的作用。由于海底光缆系统是应用于特殊的物理环境中的光通信系统，与陆地光缆系统相比相应的系统设计更加复杂，面临的技术难题更多。另外，由于海底光缆系统设计容量大、建设期长，其技术发展比同期陆地光缆系统相比一直保持领先。近年来Internet业务和全球通信的迅速发展，必须不断提高光纤通信系统的传输容量才能满足信息传送量增长的需要。随着路由器有了10G的端口，传送网应该比路由器接口速率高4倍，这样组网效率较高，在这样的前提下迫使传输设备走向40G。
第二章 40G传输技术的技术难点
40G WDM系统主要需解决光传输性能和高速电信号处理的问题。与已实用的10G WDM系统相比，40G WDM系统对光传输性能的要求更高。
§2.1色散：
色散是光纤的基本属性之一，在光纤数字通信中，由于光纤的信号并不是单色光而是由不同的频率成分和不同的模式成分来携带的，这些不同频率成分和不同模式成分的传输速率不同，经过光纤传输到达光纤终端有先有后，从而会发生脉冲畸变，它表现为脉冲展宽现象（如图2.1），随着传输距离的延长，脉冲的宽度越来越宽。一个冲激光脉冲在光纤中的脉冲展宽称为光纤的脉冲色散或脉冲分散。由于色散效应，光脉冲在传输的过程中会变形、展宽和失真，最终限制了系统的总体性能。色散的单位是ps/(nm.km)，脉冲越短，波长越宽，光纤越长都会
线性的增加色散。脉冲越短则对色散的容忍度越小，只要有较小的色散就有可能造成两个相邻的脉冲互相重叠。比特率的增加会自然的缩短脉冲、增加带宽，因此色散会非线性（平方）的增加，从10G向40G演化，比特率增加到4倍，色散相应的增加到16倍。
原始脉冲图2.1色散影响后的脉冲
§2.2偏振模色散（PMD）
偏振模色散与波长色散发生的机制不同，但是对系统性能具有同样的影响。也有人将偏振模色散称为单模光纤中的“多模色散”。偏振是与光的振动方向有关的光性能。光纤中的光传输可描述为完全是沿X轴振动和完全是沿Y轴上的振动或一些光在两个轴上的振动，每个轴代表一个偏振模，两个偏振模的到达时间差称为偏振模色散PMD，光纤的PMD系数表示的单位为ps/km.造成单模光纤中的PMD的内在原因是纤芯的椭圆度和残余内应力。它们改变了光纤折射率的分布，引起相互垂直的本征偏振以不同的速度传输，进而造成脉冲展宽；外因则是成缆和敷设时的各种作用力，即压力、弯曲、扭转及光缆连接等都会引起PMD。为使PMD功率代价小于1dB，ITU-T提出光路的PMD不能超过1/10比特周期。转换成最大PMD为10ps来支持10Gbit/s信道速率, 2.5ps来支持40Gbit/s信道速率。
§2.3光信噪比（OSNR）
系统中光放大器产生的放大自发辐射（ASE）噪声是限制传输性能的主要因素。系统中ASE用OSNR来衡量，即通道内的信号功率与0.1nm内的噪声功率的比值。
40G波分系统传输性能的评估优先考虑OSNR，而不是以往的通道功率代价。我们假设都使用传统的NRZ码型，为达到相同的误码率40Gbit/s信号的光信噪
比要求比10Gbit/s信号高6～8dB，提高单波入纤光功率可以有效提高系统接收端的OSNR，但是由于非线性效应的影响，入纤功率又要低1～2dB，必须权衡考虑非线性效应引起的OSNR代价。传输距离越长，系统的OSNR代价越大。
§2.4非线性效应
波分系统解中常见的非线性效应包括自相位调制（SPM）、交叉相位调制（XTM）、四波混频（FWM）、受激喇曼散射（SRS）、受激布里渊散射（SBS）。对40G系统传输而言，影响最严重的是通道内四波混频（IFWM）和通道内交叉相位调制（IXTM）。在10G系统长途传输中，SPM效应在一定程度上相当于色散补偿；但40G系统的SPM效应并不明显，信号脉冲的迅速相互交叠是由光纤色散导致的。G.652光纤40G波分系统，IFWM起主导作用；G.655光纤40G波分系统，IXPM起主导作用。
第三章 新技术在APCN2海缆上的实际应用
§3.1 APCN2海缆概述
图3.1
横跨东南亚的APCN2(亚太II号)海缆（如图3.1）为采用DWDM波分复用技术每对光纤可承载66个信道其中64个信道为业务信道，2个信道为监测波，业