海底光缆通信系统的最新进展
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3 海底光缆系统的最新进展
近期，业界曾使用差分相移键控 （DPSK： Differ） 调制， 进行了 40 Gbit/s WDM ential Phase Shift Keying 中继系统传输试验， 其试验结果由表 4 给出[4]。 另据 2011 年 OFC 会议报道[5]， 采用大芯径光纤 （150μm2 ） 偏 振 复 用 RZ- QPSK （Return to Zero） 调制 / 相 干 接 收 技 Quadrature Phase- Shift Keying 没有进行色散补偿， 术， 只用单级 EDFA 中继放大， 进行了 40 Gbit/s 横跨太平洋距离 （>10 000 km ） 的高 频谱效率的实验室传输研究， 实验结果如表 5 所示。 又据 2011 年 OFC 会议报道[6]， 近期还采用偏振 Polarization Division Multiplexing ） 、 QPSK 复用 （PDM： 调制、 相干接收技术和大芯径光纤 （155μm2 ） 、 23 % 开销的 FEC， 只用 C 波段的 EDFA 中继放大， 没有 100 Gbit/s 进行色散补偿，进行了 96 个 WDM 信道、 速率、 11 680 km 距离的高频谱效率 （2.7 bit/s/Hz ） 的 实验室演示。 下面介绍几个无中继传输系统的进展情况。 3.1 100×10 Gbit/s WDM 无中继传输系统 比较早期的是阿尔卡特 - 朗讯公司 2000 年进
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——中 资建设的第一条通向世界的大容量海底光缆— 日海底光缆系统正式开通。这个系统从上海南汇到 日本宫崎， 全长 1 252 km， 传输速率为 560 Mbit/s。 有 两对光纤， 可提供 7 560 条电路， 相当于原中日海底 电缆的 15 倍， 显著提高了我国的国际通信能力。 自 1993 年至 2008 年的 10 年间， 我国国际海底 （见表 1 ） 。另外还有 光缆总数已达到 17 条 8 个系统 几条在香港登陆的国际海底光缆， 如 1990 年 7 月开 通的香港 - 日本 - 韩国海缆系统 （H- J- K ） ， 1993 年 7 月开通的亚太海缆系统 （APC ） ， 1995 年开通的泰 - 越 - 港海缆系统 （T- V- H ） ， 1997 年 1 月开通的亚 ） 等。这些系统通达世界 30 多个 太海缆网络 （APCN 国家和地区的海底光缆登陆站，形成覆盖全球的高 速数字光通信网络。海底光缆通信技术的最新发展 使构成一个全球通信网络的梦想变为可能。 海底光缆通信容量大 、 可靠性高 、 传输质量好， 承载着世界 80 %以上的长途通信业务， 在世界通信 我国海岸线长、 岛 网络中发挥着越来越重要的作用。 屿多，为了满足人们对信息传输业务不断增长的需 要， 大力开发兴建我国沿海地区海底光缆通信系统， 进而改善我国的通信设施，这对于推动整个国民经 巩固国防具有重大的战略意义。 随着 济信息化进程、 全球通信业务需求量的不断扩大，海底光缆通信发 展应用前景将更加广阔。
由于海底光缆通信质量优于微波和卫星，施工 难度又小于陆上光缆，所以全球海底光缆系统得到 了大量的敷设 （见图 1 ） ， 国际长途通话费用迅速降 低， 从而使海底光缆传输的话务量急骤增长。
图 1 世界海底光缆网络拓扑结构和传输容量
如 1993 年 12 月， 我国与日本、 美国三方共同投
表 1 我国主要的海底光缆系统
摘要：回顾了海底光缆通信系统的发展历程， 介 绍了海底光缆系统技术的最新进展， 特别讨论了 偏振复用相干接收无中继传输试验系统和偏振 复用副载 波 调 制 光 正 交 频 分 复 用 （SCM -CO OFDM ） 相干检测 WDM 系统的构成和实现原理。 关键词： 海底光缆， 波分复用， 偏振复用， 共掺铒 和掺镱光纤放大器， 光频交错， 副载波调制相干 光正交频分复用, 相干检测 Abstra ct： This paper reviewed the development course for undersea fiber cable systems in recent years, and introduced the latest developments of its technologies, as well as briefed specially introduc－ tion of system configurations and implementation schemes for unrepeatered transmission systems us－ ing polarization multiplexing with coherent detec－ tion, and WDM transmission system using coher－ ent-detection -based work on PDM -SCM -CO OFDM. Key Words: undersea fiber cable, WDM, PDM, EYDFA, IL, SCM-CO-OFDM, Coherent Detection
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结构更简单。在这么宽的范围内已实现了密集波分 ） 信号 7 400 km 无电中继传输， 该系统 复用 （DWDM 使用 240 个波长， 波长间距 37.5 GHz， 每个波长携带 12 Gbit/s 的信号。 据报道， 在已铺设的横跨大西洋海底光缆 6 550 进行了 64×40 Gbit/s WDM 系统的现场 km 线路上， 对所有测量的信道， 试验， 频谱效率为 0.8 bits/s/Hz， 前向纠错 （FEC ） 余量还有 3.3 dB 。
上海、 汕头、 日本、 韩国、 香港、 马 4 来西亚 、 新加坡 、 菲律宾 、 台湾 、 1 .9×1 0 北美洲 上海 、 日本 、 韩国 、 中国台湾 、 东 南亚 中国台湾、 韩国、 美国 中国、
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环形网
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环形网 环形网 2008
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表 2 海底光缆系统技术进展情况
光纤、 色散管理和补偿技术 用 +/- 色散值光纤相间配置进行色散管理， 采用大芯径面积的单模光纤或非零色散位移光纤 （N ZD SF ） ； 在相干系统中， 发射机对非线性进行预补偿， 接收机用 D SP 算法对非线性进行补偿 分布式反馈 （D FB ） 激光器发射机输出功率 +3 dBm； PD ） 接收机灵敏度 - 42 dBm （622 M bi t /s ） ， - 34 dBm （2.5 G bi t /s ） ； 雪崩光电二极管 （A 偏振复用 （PM D ） 归零码 （RZ ） 二进制相移键控 （PD M - RZ- BPSK ） 发射机和相干接收机 · 直接调制 D FB 激光器, 500 km(622 M bi t /s); · D FB LD + 电吸收调制器, 500 km(2.5 G bi t /s); · 双波长拉曼放大 + 远泵 +FEC, 350 km(1 00×1 0 G bi t /s); · 3 级拉曼级联泵浦, 525 km(4 ×1 0 G bi t /s); · RZ- D PSK调制 + 双向三级拉曼泵浦 + 超强 FEC 技术, 601 km(1 0 G bi t /s), 574 km(4 ×1 0 G bi t /s ) ; · 超低损耗大芯径纯硅芯光纤 +N RZ- D PSK +FEC 技术 + 发送端和接收端分别使用三级拉曼泵浦 + 线路中间远端 FA , 485 km （4 ×43 G bi t /s ） ； 泵浦 ED · 偏振复用 （PM D ） 归零码 （RZ ） 二进制相移键控 （PD M - RZ- BPSK ） 发射机和相干接收机， 线路中间使用远泵 ED FA ， 在 接收端使用双向三级拉曼泵浦技术和超强 FEC 技术， 440 km （64 ×43 G bi t /s ） 提高接收机灵敏度约 5- 8 dB 可作为接收机前置放大器、 LD功率放大器、 在线中继放大器以及远泵前放和功放； ED FA具有增益自调整能力， 可提高系统的可靠性 发送端和接收端均采用双向 3 级拉曼放大模块， 该模块由拉曼光纤激光器、 两段光纤布拉格光栅组成， 接收端 铒光纤和拉曼分布式放大共提供 39 dB 的增益
环球海缆 （FLA G ） 上海、 亚洲、 中东和欧洲 亚欧海缆 (SEA -M E- W E- 3) 中美海缆 (CH IN A -U S) 亚太 2 号海缆 （CPCN 2 ） C2C 国际海缆 太平洋海缆 （TPECN ） 上海、 汕头、 亚洲、 中东、 欧洲 上海、 汕头、 日本、 韩国、 台湾、 北 美洲
1 海底光缆通信系统的发展历程
采用光纤技术的海底光缆 （Undersea fiber cable ） 系 统自使用至今虽然才 20 多年，但是与以前的模拟同轴 电缆系统和卫星通信系统相比， 在传输容量 、 可靠性和 质量方面， 已使全球通信发生了彻底的变革。 进入 21 世纪， 随着光通信技术， 如先进的光调制技 术、 色散补偿技术、 前向纠错技术、 平面集成波导等技术 的不断进步，海底光缆通信系统的速率也在不断提高， 5 Gbit/s 已提高到 10 Gbit/s、 40 Gbit/s[1]。 甚 从 2.5 Gbit/s、 至有人在 2009 年已进行了 26 个信道、 100 Gbit/s 速率、 401 km 无中继传输试验。 这种基于波分复用 + 掺铒光纤 放大器 + 同步数字序列 （WDM+EDFA+SDH ） 技术的海底 光缆系统， 称为第三代海底光缆系统。 在 C 波段， EDFA 增益带宽通常只有 20- 30 nm。采 用 C+L 波段 66 nm 增益带宽的 EDFA 中继器， 已实现了 采用传输光纤受 海底光缆无电中继器 6 850 km 的传输。 激拉曼散射 （SRS： Stimulated Brillouin scattering ） 放大， 在 1 430- 1 502 nm 波 长 范 围 内 ， 采 用 4 种 泵 浦 源 ， 在 1 536.4- 1 610.4 nm 波长范围内， 信号增益带宽可以达到 74 nm，这种系统比 C+L 波段的 EDFA 放大中继系统的
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M 现代电信科技
ODERN SCIENCE & TECHNOLOGY OF TELECOMMUNICATIONS
海底光缆通信系统的最新进展
原 荣 中国电子科技集团公司 （CETC ） 第三十四研究所研究员
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2 海底光缆系统技术
海底光缆系统技术有中继 / 无中继技术、光调 制技术、 前向纠错技术 、 色散补偿和管理技术 、 光纤 技术、 波分复用技术、 光正交频分复用技术和偏振复 用 / 相干接收技术等，表 2 给出海底光缆系统技术 的进展情况。 成熟的光放大技术已为开发中的长距离、大容 量全光传输系统铺平了道路。无中继海底光缆系统 与中继系统相比具有许多优点， 特别是可靠性高、 升 级容易、 成本低、 维修简单以及与现有的系统兼容 。 因此， 这些系统已得到很大发展， 正在与其他传输系 统， 如本地陆上网络 、 地区无线网 、 卫星线路以及海 底中继线路相竟争。无中继海底光缆传输技术已获 得了突飞猛进的发展。表 3 给出阿尔卡特 - 朗讯无 中继传输系统试验结果，可以看出技术的发展和进 步。 中国电子科技集团公司 （CETC ） 第三十四研究 所， 在接收端和发送端综合使用了远泵前置放大、 本 地功率放大和远泵功率放大 EDFA，并使用传输光 纤作分布式拉曼光放大，加上 FEC 技术，建立了 400 km 无中继传输海底光缆 WDM 通信系统 。
名称 中韩海缆 连接地区 （或城市 ） 青岛和韩国 全长 （km ） 549 3.9×1 04 3.9×1 04 2.6×1 04 传输速率 （G bi t /s ） 0.565 5 2.5 8 波长 （可扩容至 1 6 波长 ） 2.5×8 波长 1 0×64 波长 （4 纤复用段共享保护 ） 1 0×96×8 波长 5.1 2 Tbi t /s W D M 12 39 9 登陆站数 拓扑结构 点对点 分支形 分支形 环形网 光纤对数 2 2 2 4 开通时间 1 996 1 997 1 999 北线 1 999 南线 2001 2001 年 1 60 G bi t /s
3 海底光缆系统的最新进展
近期，业界曾使用差分相移键控 （DPSK： Differ） 调制， 进行了 40 Gbit/s WDM ential Phase Shift Keying 中继系统传输试验， 其试验结果由表 4 给出[4]。 另据 2011 年 OFC 会议报道[5]， 采用大芯径光纤 （150μm2 ） 偏 振 复 用 RZ- QPSK （Return to Zero） 调制 / 相 干 接 收 技 Quadrature Phase- Shift Keying 没有进行色散补偿， 术， 只用单级 EDFA 中继放大， 进行了 40 Gbit/s 横跨太平洋距离 （>10 000 km ） 的高 频谱效率的实验室传输研究， 实验结果如表 5 所示。 又据 2011 年 OFC 会议报道[6]， 近期还采用偏振 Polarization Division Multiplexing ） 、 QPSK 复用 （PDM： 调制、 相干接收技术和大芯径光纤 （155μm2 ） 、 23 % 开销的 FEC， 只用 C 波段的 EDFA 中继放大， 没有 100 Gbit/s 进行色散补偿，进行了 96 个 WDM 信道、 速率、 11 680 km 距离的高频谱效率 （2.7 bit/s/Hz ） 的 实验室演示。 下面介绍几个无中继传输系统的进展情况。 3.1 100×10 Gbit/s WDM 无中继传输系统 比较早期的是阿尔卡特 - 朗讯公司 2000 年进
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——中 资建设的第一条通向世界的大容量海底光缆— 日海底光缆系统正式开通。这个系统从上海南汇到 日本宫崎， 全长 1 252 km， 传输速率为 560 Mbit/s。 有 两对光纤， 可提供 7 560 条电路， 相当于原中日海底 电缆的 15 倍， 显著提高了我国的国际通信能力。 自 1993 年至 2008 年的 10 年间， 我国国际海底 （见表 1 ） 。另外还有 光缆总数已达到 17 条 8 个系统 几条在香港登陆的国际海底光缆， 如 1990 年 7 月开 通的香港 - 日本 - 韩国海缆系统 （H- J- K ） ， 1993 年 7 月开通的亚太海缆系统 （APC ） ， 1995 年开通的泰 - 越 - 港海缆系统 （T- V- H ） ， 1997 年 1 月开通的亚 ） 等。这些系统通达世界 30 多个 太海缆网络 （APCN 国家和地区的海底光缆登陆站，形成覆盖全球的高 速数字光通信网络。海底光缆通信技术的最新发展 使构成一个全球通信网络的梦想变为可能。 海底光缆通信容量大 、 可靠性高 、 传输质量好， 承载着世界 80 %以上的长途通信业务， 在世界通信 我国海岸线长、 岛 网络中发挥着越来越重要的作用。 屿多，为了满足人们对信息传输业务不断增长的需 要， 大力开发兴建我国沿海地区海底光缆通信系统， 进而改善我国的通信设施，这对于推动整个国民经 巩固国防具有重大的战略意义。 随着 济信息化进程、 全球通信业务需求量的不断扩大，海底光缆通信发 展应用前景将更加广阔。
由于海底光缆通信质量优于微波和卫星，施工 难度又小于陆上光缆，所以全球海底光缆系统得到 了大量的敷设 （见图 1 ） ， 国际长途通话费用迅速降 低， 从而使海底光缆传输的话务量急骤增长。
图 1 世界海底光缆网络拓扑结构和传输容量
如 1993 年 12 月， 我国与日本、 美国三方共同投
表 1 我国主要的海底光缆系统
摘要：回顾了海底光缆通信系统的发展历程， 介 绍了海底光缆系统技术的最新进展， 特别讨论了 偏振复用相干接收无中继传输试验系统和偏振 复用副载 波 调 制 光 正 交 频 分 复 用 （SCM -CO OFDM ） 相干检测 WDM 系统的构成和实现原理。 关键词： 海底光缆， 波分复用， 偏振复用， 共掺铒 和掺镱光纤放大器， 光频交错， 副载波调制相干 光正交频分复用, 相干检测 Abstra ct： This paper reviewed the development course for undersea fiber cable systems in recent years, and introduced the latest developments of its technologies, as well as briefed specially introduc－ tion of system configurations and implementation schemes for unrepeatered transmission systems us－ ing polarization multiplexing with coherent detec－ tion, and WDM transmission system using coher－ ent-detection -based work on PDM -SCM -CO OFDM. Key Words: undersea fiber cable, WDM, PDM, EYDFA, IL, SCM-CO-OFDM, Coherent Detection
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结构更简单。在这么宽的范围内已实现了密集波分 ） 信号 7 400 km 无电中继传输， 该系统 复用 （DWDM 使用 240 个波长， 波长间距 37.5 GHz， 每个波长携带 12 Gbit/s 的信号。 据报道， 在已铺设的横跨大西洋海底光缆 6 550 进行了 64×40 Gbit/s WDM 系统的现场 km 线路上， 对所有测量的信道， 试验， 频谱效率为 0.8 bits/s/Hz， 前向纠错 （FEC ） 余量还有 3.3 dB 。
上海、 汕头、 日本、 韩国、 香港、 马 4 来西亚 、 新加坡 、 菲律宾 、 台湾 、 1 .9×1 0 北美洲 上海 、 日本 、 韩国 、 中国台湾 、 东 南亚 中国台湾、 韩国、 美国 中国、
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表 2 海底光缆系统技术进展情况
光纤、 色散管理和补偿技术 用 +/- 色散值光纤相间配置进行色散管理， 采用大芯径面积的单模光纤或非零色散位移光纤 （N ZD SF ） ； 在相干系统中， 发射机对非线性进行预补偿， 接收机用 D SP 算法对非线性进行补偿 分布式反馈 （D FB ） 激光器发射机输出功率 +3 dBm； PD ） 接收机灵敏度 - 42 dBm （622 M bi t /s ） ， - 34 dBm （2.5 G bi t /s ） ； 雪崩光电二极管 （A 偏振复用 （PM D ） 归零码 （RZ ） 二进制相移键控 （PD M - RZ- BPSK ） 发射机和相干接收机 · 直接调制 D FB 激光器, 500 km(622 M bi t /s); · D FB LD + 电吸收调制器, 500 km(2.5 G bi t /s); · 双波长拉曼放大 + 远泵 +FEC, 350 km(1 00×1 0 G bi t /s); · 3 级拉曼级联泵浦, 525 km(4 ×1 0 G bi t /s); · RZ- D PSK调制 + 双向三级拉曼泵浦 + 超强 FEC 技术, 601 km(1 0 G bi t /s), 574 km(4 ×1 0 G bi t /s ) ; · 超低损耗大芯径纯硅芯光纤 +N RZ- D PSK +FEC 技术 + 发送端和接收端分别使用三级拉曼泵浦 + 线路中间远端 FA , 485 km （4 ×43 G bi t /s ） ； 泵浦 ED · 偏振复用 （PM D ） 归零码 （RZ ） 二进制相移键控 （PD M - RZ- BPSK ） 发射机和相干接收机， 线路中间使用远泵 ED FA ， 在 接收端使用双向三级拉曼泵浦技术和超强 FEC 技术， 440 km （64 ×43 G bi t /s ） 提高接收机灵敏度约 5- 8 dB 可作为接收机前置放大器、 LD功率放大器、 在线中继放大器以及远泵前放和功放； ED FA具有增益自调整能力， 可提高系统的可靠性 发送端和接收端均采用双向 3 级拉曼放大模块， 该模块由拉曼光纤激光器、 两段光纤布拉格光栅组成， 接收端 铒光纤和拉曼分布式放大共提供 39 dB 的增益
环球海缆 （FLA G ） 上海、 亚洲、 中东和欧洲 亚欧海缆 (SEA -M E- W E- 3) 中美海缆 (CH IN A -U S) 亚太 2 号海缆 （CPCN 2 ） C2C 国际海缆 太平洋海缆 （TPECN ） 上海、 汕头、 亚洲、 中东、 欧洲 上海、 汕头、 日本、 韩国、 台湾、 北 美洲
1 海底光缆通信系统的发展历程
采用光纤技术的海底光缆 （Undersea fiber cable ） 系 统自使用至今虽然才 20 多年，但是与以前的模拟同轴 电缆系统和卫星通信系统相比， 在传输容量 、 可靠性和 质量方面， 已使全球通信发生了彻底的变革。 进入 21 世纪， 随着光通信技术， 如先进的光调制技 术、 色散补偿技术、 前向纠错技术、 平面集成波导等技术 的不断进步，海底光缆通信系统的速率也在不断提高， 5 Gbit/s 已提高到 10 Gbit/s、 40 Gbit/s[1]。 甚 从 2.5 Gbit/s、 至有人在 2009 年已进行了 26 个信道、 100 Gbit/s 速率、 401 km 无中继传输试验。 这种基于波分复用 + 掺铒光纤 放大器 + 同步数字序列 （WDM+EDFA+SDH ） 技术的海底 光缆系统， 称为第三代海底光缆系统。 在 C 波段， EDFA 增益带宽通常只有 20- 30 nm。采 用 C+L 波段 66 nm 增益带宽的 EDFA 中继器， 已实现了 采用传输光纤受 海底光缆无电中继器 6 850 km 的传输。 激拉曼散射 （SRS： Stimulated Brillouin scattering ） 放大， 在 1 430- 1 502 nm 波 长 范 围 内 ， 采 用 4 种 泵 浦 源 ， 在 1 536.4- 1 610.4 nm 波长范围内， 信号增益带宽可以达到 74 nm，这种系统比 C+L 波段的 EDFA 放大中继系统的
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海底光缆通信系统的最新进展
原 荣 中国电子科技集团公司 （CETC ） 第三十四研究所研究员
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2 海底光缆系统技术
海底光缆系统技术有中继 / 无中继技术、光调 制技术、 前向纠错技术 、 色散补偿和管理技术 、 光纤 技术、 波分复用技术、 光正交频分复用技术和偏振复 用 / 相干接收技术等，表 2 给出海底光缆系统技术 的进展情况。 成熟的光放大技术已为开发中的长距离、大容 量全光传输系统铺平了道路。无中继海底光缆系统 与中继系统相比具有许多优点， 特别是可靠性高、 升 级容易、 成本低、 维修简单以及与现有的系统兼容 。 因此， 这些系统已得到很大发展， 正在与其他传输系 统， 如本地陆上网络 、 地区无线网 、 卫星线路以及海 底中继线路相竟争。无中继海底光缆传输技术已获 得了突飞猛进的发展。表 3 给出阿尔卡特 - 朗讯无 中继传输系统试验结果，可以看出技术的发展和进 步。 中国电子科技集团公司 （CETC ） 第三十四研究 所， 在接收端和发送端综合使用了远泵前置放大、 本 地功率放大和远泵功率放大 EDFA，并使用传输光 纤作分布式拉曼光放大，加上 FEC 技术，建立了 400 km 无中继传输海底光缆 WDM 通信系统 。
名称 中韩海缆 连接地区 （或城市 ） 青岛和韩国 全长 （km ） 549 3.9×1 04 3.9×1 04 2.6×1 04 传输速率 （G bi t /s ） 0.565 5 2.5 8 波长 （可扩容至 1 6 波长 ） 2.5×8 波长 1 0×64 波长 （4 纤复用段共享保护 ） 1 0×96×8 波长 5.1 2 Tbi t /s W D M 12 39 9 登陆站数 拓扑结构 点对点 分支形 分支形 环形网 光纤对数 2 2 2 4 开通时间 1 996 1 997 1 999 北线 1 999 南线 2001 2001 年 1 60 G bi t /s