ＷＤＭ光纤通信系统的若干设计原则

随着通信容量的爆炸性增长，在一根光纤中传送多个波长光信号的波分复用（ＷＤＭ）技术已经成为光纤干线系统的主流技术。这类系统主要包括若干对波长满足Ｉ-ＴＵ－Ｔ Ｇ．６９２建议的光发射机和光接收机、光复接器（用于光合波）、光分接器（用于光分波）、级联的掺铒放大器——ＥＤＦＡ（用以抵消光纤段的损耗）等等。系统设计时，在光接收机输入端保持：（１）各信道的光信噪比（ＯＳＮＲ）均高于某低限；（２）各信道光脉冲波形由于光纤色散和非线性效应等及其相互作用造成的畸变均低于某高限，这是极为重要的指导原则。以下分别加以讨论。

１ 光信噪比考虑

     接收机端某信道ＯＳＮＲ定义为：ＯＳＮＲ＝Ｐｓｉｇ／Ｐａｓｅ

其中，Ｐｓｉｇ是信道平均光功率，Ｐａｓｅ＝Ｆ（Ｇ－１）ｈνＢ０（Ｎ＋１）是ＥＤＦＡ内部被放大的自发辐射（ＡＳＥ）通过Ｎ个光纤段即Ｎ＋１级级联ＥＤＦＡ后，在光滤波器带宽Ｂ０内的噪声功率，Ｆ和Ｇ分别是ＥＤＦＡ的噪声系数和放大倍数。每个ＥＤＦＡ的增益正好抵消光纤段的损耗。通常定义Ｂ０＝０．１ｎｍ（对１．５５μｍ波段相当于１２．６ＧＨｚ）。由于Ｐａｓｅ随光纤段的长度指数增长，而随放大器的级数线性增长，可知系统总长度一定时，低增益、多级数比高增益、少级数方案有高得多的ＯＳＮＲ。以分贝表示时，１０ｌｏｇ（ｈｖＢ０）＝－５８ｄＢｍ，且近似有：

ＯＳＮＲ(ｄＢ)≈Ｐｓｉｇ(ｄＢｍ)－(Ｆ)ｄＢ〗

                   ＋Ｇ(ｄＢ)＋１０ｌｏｇ（ｈνＢ０）

                   ＋１０ｌｏｇ（Ｎ＋１）〗    （１）

    对于带有ＥＤＦＡ前置放大器的系统而言，接收机内电噪声的主要来源是信号与ＡＳＥ的拍频噪声。如果只考虑“１”码时的信号Ｓ１和噪声Ｎ１，而忽略“０”码时的残存信号与噪声（信号的消光比为∞），且判决电平为最佳时，可以得到系统Ｑ值和误码率ＢＥＲ为：

    其中，Ｂｅ是接收机电滤波器带宽。由式（１）、（２）可见，ＯＳＮＲ·Ｂ０与Ｂ０无关。这就是Ｂ０可以根据实测方便定义的原因。必需指出，虽然Ｑ＝７．９４即对应于ＢＥＲ＝１０－１５，但考虑到实际情况与以上推导过程中假设的诸多不同，实际上是取Ｑ＝２０～４０。如果取Ｂｅ＝０．８Ｂ（Ｂ是数据率），则可求得ＯＳＮＲ应满足的数值为：

    换言之，数据率每提高４倍，对光信噪比的要求就增加６ｄＢ。

    对于一个有Ｍ个信道的ＷＤＭ系统而言，由式（１）和（３）可求得ＥＤＦＡ应达到的总输出功率为

    其中，ΔＰ为各种因素（如ＥＤＦＡ及光路中各元件增益／损耗的波长特性、光纤中的受激拉曼散射等）引起的信道功率差。在进一步讨论式（４）的意义之前，先通过两个实例说明各项的作用。注意在各种情况下，实际上能达到的光纤段数还取决于脉冲畸变（分析见后）。

    式（４）中，当ＥＤＦＡ总输出功率为１７ｄＢｍ（相当于５０ｍＷ，为ＩＴＵ－Ｔ建议的３Ａ级辐射安全上限）时，信道数Ｍ和光纤段数Ｎ的综合考虑情况分析如下。令Ｆ＝５ｄＢ（量子极限为３ｄＢ），结果如表１所示。其中，Ｇ＝２２ｄＢ和３３ｄＢ也是ＩＴＵ－Ｔ的建议，分别对应于光纤段距离为８０ｋｍ和１２０ｋｍ，ＯＳＮＲ则分别比最低值高４ｄＢ。

    可见，当光纤段损耗为３３ｄＢ时，无论Ｂ＝２．５Ｇｂｉｔ／ｓ还是Ｂ＝１０Ｇｂｉｔ／ｓ都很难甚至无法容纳１６或更多个信道；当光纤段损耗为２２ｄＢ时，由于１０Ｇｂｉｔ／ｓ比２．５Ｇｂｉｔ／ｓ的ＯＳ-ＮＲ高６ｄＢ，其所允许的光纤段数将大大减少。

    以下再分析信道数Ｍ和光纤段数Ｎ的最大实际限制。ＯＳＮＲ取下限１８ｄＢ和２４ｄＢ。由光纤接头光损伤决定的ＥＤＦＡ总输出功率上限约为２５ｄＢｍ（３００ｍＷ）。由于功率很大，信道数很多，取Ｆ＝６ｄＢ，ΔＰ＝３ｄＢ。按Ｇ＝２２ｄＢ、２５ｄＢ和３３ｄＢ，计算结果如表２。

    同样可见，在如此大的功率下，Ｇ＝３３ｄＢ依然成为多信道数下传输距离的限制因素。

由式（１）～（４）和上述实例知：

    .为保证系统的误码特性，光接收机入端的光信噪比应高于一个正比于数据率的数值：对于２．５Ｇｂｉｔ／ｓ和１０Ｇｂｉｔ／ｓ系统，该值分别为１８～２４ｄＢ和２４～３０ｄＢ。为此，必须在信道数、光纤段数及其损耗之间进行综合选择。

    .Ｐａｓｅ随放大器的级数线性增长，而随放大器级间损耗（增益）指数增长。系统总长度一定时，低增益、多级数比高增益、少级数方案有高得多的ＯＳＮＲ。

.    光纤段损耗（或ＥＤＦＡ增益）是最敏感的因素。选择３３ｄＢ将大大限制传输的信道数和／或光纤段数。在１０Ｇｂｉｔ／ｓ速率下，其作用更加明显。在系统成本允许的条件下，选择较低的光纤段损耗不仅容易实现，还给系统在每信道数据率、信道数和传输距离方面的升级提供了广阔的空间。

.    其它条件一定时，信道数Ｍ和光纤段数Ｎ有“互补”作用，可以用减少光纤段数的方法增加信道；反之亦然。

    .提高ＥＤＦＡ总输出功率是改善光信噪比和／或增加光纤段长度的有效方法。

由上述讨论可见，如果能降低对ＯＳＮＲ的要求，就可以有效增加系统的光信道数和／或光纤段长度。为此应努力提高光发射机的消光比。另一种十分有效的方法是采用前向纠错码（ＦＥＣ）技术：或增加码率（约７％），或在ＳＤＨ开销中加特殊码，或两者同时采用，一般可以改善５～６ｄＢ。在极限情况下能起决定性作用，代价是在系统的通用性及兼容性等方面可能出现问题。

    随着信道数的增加，在工作波长范围内保持ＥＤＦＡ增益的平坦度变得愈加重要，主要方法有：

.    降低信道间隔：由２００ＧＨｚ减为１００ＧＨｚ甚至５０ＧＨｚ。

.采用特殊的光放大器结构，使总带宽由通常的１２ｎｍ（１ ５４９～１ ５６１

ｎｍ）增至３２ｎｍ（１ ５３０～１ ５６２ｎｍ），甚至８０ｎｍ以上。

.在ＥＤＦＡ内部采用光滤波器，改善增益平坦度。

.    有效控制ＥＤＦＡ的工作点，使粒子反转度沿掺铒光纤长度的平均值为最佳（其它条件一定时，该值决定了ＥＤＦＡ的增益谱形状）。

    .在信道数增减时能保持上述平均值不变的特殊措施有：调整ＥＤＦＡ的泵浦功率；在ＥＤＦＡ内部加可变光衰减器；用另一束可调激光来维持ＥＤＦＡ的输入光功率不变。

    在实际工程应用中的系统，其各光纤段长度通常不相等，此时必需根据具体情况进行核算。例如，对于按３×３ｄＢ系统设计的光放大器，笼统地认为以它组成的级联ＥＤＦＡ系统中的任一光纤段损耗都不能超过３３ｄＢ，或是系统总损耗无论如何不能超过９９ｄＢ都是不正确的。其理由是：当某一光纤段的损耗超过３３ｄＢ时，若其它各段的损耗足够低，则完全可能使ＯＳＮＲ满足要求。与此相似，如果增加光纤段数而降低每一光纤段的损耗，也可使系统总损耗超过９９ｄＢ，而ＯＳＮＲ仍能满足要求。相应配套的软件包是进行此项工作的必备条件。

２ 光纤色散本身引起的脉冲波形畸变

    这里讨论的是包括光源线宽、光源啁啾、信号谱宽等因素通过光纤色散导致的脉冲畸变。在忽略光源线宽和光源啁啾的最简单情形下，认为色散限制决定的传输距离Ｌ对应于谱宽为Δλ、数据率为Ｂ的光脉冲展宽了一个码元周期，则有Ｂ－１＝ＤＬΔλ。其中Ｄ是光纤色散参数，对于使用外调制器的窄带光源（如多量子阱分布反馈激光器——ＭＱＷ ＤＦＢ－ＬＤ），非归零码（ＮＲＺ）的带宽Δｆ约为１．２Ｂ，或Δλ＝１．２Ｂλ２／ｃ，其中λ为工作波长，ｃ为真空中的光速。在１．５５μｍ波段，这相当于：

Ｂ ２ (Ｇｂｉｔ／ｓ)·Ｌ (ｌｋｍ )·｜Ｄ(眼ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ )｜(１０ ５   （５）

    它不仅揭示了色散限制下，传输距离与数据率的平方成反比这一重要规律，在定量上也基本准确。

    而对于带有瞬时啁啾（啁啾系数α）的高斯脉冲，可以得到：

系数γ取决于α和眼图恶化量Ｘ?眼ｄＢ?演等因素，参见图２。图中实心圆点即为式（５）的解。由式（６）和图２可见：

.    其它参数一定时，Ｂ２Ｌ＝常数，与式（５）相同。Ｂ增至４倍时，Ｌ缩短为１／１６。

.    当α?莛０时，γ只有单一解，说明脉冲在传播过程中单调展宽。对于Ｇ．６５２光纤（Ｄ约为１６ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ），有Ｂ２Ｌ约为６×１０３(Ｇｂｉｔ／ｓ(演２)眼ｋｍ=：Ｂ＝２．５Ｇｂｉｔ／ｓ时传输距离的色散限制约为９６０ｋｍ，在绝大多数的应用中可不加考虑；而当Ｂ增至１０Ｇｂｉｔ／ｓ时，传输距离的色散限制仅为６０～７０ｋｍ?选此时如采用小色散光纤（例如Ｇ．６５５，Ｄ＝４ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ），则传输距离又可增至２５０～３００ｋｍ。进一步增加传输距离，则必须采用色散补偿技术。在系统总体设计时，这是一个非常重要的考虑因素。

.    当α＜０时，γ有双值解，说明脉冲在传播过程中先压缩后展宽。对于Ｘ＝１ｄＢ，当α＝－０．７时，γ取最大值１．５８，与α＝０的情况相比，此时的传输距离约可增加一倍。这就是１０Ｇｂｉｔ／ｓ系统光发射机中的铌酸锂外调制器有意识地将工作点调整在α≈－０．７的原因。必须指出：此时虽然Ｌ＝１００ｋｍ的眼图恶化量约为０ｄＢ，但“眼”形明显变尖（见图３），顶冲大，判决电平明显偏移，抖动容限小，对系统工作不利。

.    当其它参数不变，但Ｄ＜０时，上图只要将α轴反向即可。一般而言，α与Ｄ同号（α·ｓｇｎ（Ｄ）＞０）时，γ有单值解；二者反号时，γ有双值解。

（１）降低光纤色散的方法

    忽略光纤中的非线性效应时，色散本身是一种线性效应，只要系统中光纤的总色散量（Ｄ对长度的积分）小于式（６）所限定的数值即可。为此可以使用各种形式的色散补偿器。常用的方法有：

.    采用色散位移光纤（ＩＴＵ－Ｔ Ｇ．６５３）。其零色散波长即在

１ ５５０ｎｍ附近。其主要缺点是在波分复用系统中很易产生四波混频效应。随着波分复用技术的日益普及，在干线光纤通信系统中基本上已不敷设此种光纤。

.    采用小色散光纤（ＩＴＵ－Ｔ Ｇ．６５５）。其零色散波长在ＥＤＦＡ工作波段（１ ５３０～１ ５７０ｎｍ）之外，在该工作波段内的色散｜Ｄ｜＝１～５ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ。在１０Ｇｂｉｔ／ｓ下的传输距离可达４００ｋｍ以上。为减小其非线性效应，研制成了大（芯区）有效面积光纤。其折射率分布的特点是：中心有明显凹陷并有外环，以使中心部分的场更平、更向外延，且不致产生大的弯曲辐射损耗。

.    采用常规单模光纤（ＩＴＵ－Ｔ Ｇ．６５２）与色散补偿元件。其优点是可以充分利用已敷设的光纤。色散补偿元件可以是：——色散补偿光纤（ＤＣＦ）：在１．５５μｍ波段的Ｄ＝－（８０～１５０）ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ，可以按１：５～１：１０的比例进行色散补偿。其缺点是体积大、损耗Ａ大（约为０．５ｄＢ／ｋｍ）。此外，ＤＣＦ的色散斜率通常也取正号，因而只能在某一频带范围内实现补偿。在考虑ＤＣＦ的非线性效应（通常比Ｇ．６５２光纤严重得多）时，应同时具有小损耗和强色散，以减小其长度，削弱其非线性影响。

    ——负色散及负色散斜率光纤：Ｇ．６５２、Ｇ．６５３、Ｇ．６５５和ＤＣＦ的色散斜率ｄＤ／ｄλ皆为正值，因此只能在一个波长下得到完全补偿。而本光纤的Ｄ和ｄＤ／ｄλ均为负值，可以在相当宽的波长范围内有效补偿，使系统总色散小于给定值，缺点是光纤制造难度大。

    ——光环行器加反射啁啾光栅，使光脉冲不同时，频率分量具有不同的反射延时，从而抵消光纤色散。在级联ＥＤＦＡ系统中，也可以插入在线ＥＤＦＡ的两级之间。

    除了光纤本身外，还可以用其它方式进行色散补偿。最后指出，在一个实际的带有级联ＥＤＦＡ的高速ＷＤＭ系统中，色散补偿应结合（抑制或利用）光纤非线性效应综合考虑，通常称为色散管理。

（２）偏振色散

    光纤中的色散除上述由不同频率分量造成外，还可能由于两正交偏振态的传播速度不同导致偏振色散。作为一个统计量，它与光纤长度的平方根成正比，且在Ｂ＝１０Ｇｂｉｔ／ｓ时可能造成相当大的眼图恶化。防止的主要方法是严格控制光缆的偏振色散指标：如果偏振色散量为０．５ｐｓ／ｋｍ１／２，则传输４００ｋｍ后的脉冲展宽为１０ｐｓ，仅为１０Ｇｂｉｔ／ｓ码元周期的１／１０，这是可以接受的。

３ 光纤中影响传输系统

       特性的主要非线性效应由于光纤中的有效导光面积只有５０～８０μｍ２，不大的光功率即可能通过长长的光纤产生明显的非线性效应。它们主要包括受激散射效应（受激拉曼散射——ＳＲＳ、受激布里渊散射——ＳＢＳ）和光学克尔效应（四波混频——ＦＷＭ、自相位调制——ＳＰＳ、互相位调制——ＸＰＳ等）。作为非线性效应，它们造成的码间干扰原则上不能被“抵消”，而只能被尽量削弱，故被称为传输系统性能的“最终”限制。它们的共同特点是：非线性效应正变于光功率Ｐ、光纤的非线性系数γ＝（２π／λ）（ｎ２／Ａｅｆｆ）和光纤段有效长度Ｌｅｆｆ的乘积，其中ｎ２和Ａｅｆｆ分别是光纤的非线性折射率和有效面积（Ｇ．６５２光纤的ｎ２＝２．３６×１０－２０ｍ２／Ｗ，Ａｅｆｆ约为８０μｍ２）。Ｌｅｆｆ约为４．３４Ａ－１，Ａ?眼ｄＢ／ｋｍ?演为光纤损耗系数。Ａ约为０．２ｄＢ／ｋｍ时，Ｌｅｆｆ约为２０ｋｍ。可见，增大光纤的有效面积是减弱各种非线性的有效手段。这些效应的仔细分析通常相当复杂，甚至必需经过数值模拟，此处只加以简单讨论。

  （１）受激拉曼散射（ＳＲＳ）

    其作用机制是将短波长信道的能量转移至长波长信道，从而造成信道间的串扰与信道功率不平均。为使它引起的恶化量不大于１ｄＢ，对Ｇ．６５２光纤应有：

Ｐｔｏｔ(Ｗ )·∑ＢＷ(ｎｍ )·∑Ｌ ｅｆｆ(ｋｍ)

４０～８０     （７）

    其中，Ｐｔｏｔ是各信道的总功率，ΣＢＷ是各信道占用的总带宽，ΣＬｅｆｆ则是各光纤段有效应长度Ｌｅｆｆ的总和。一般情况下，它不导致严重的影响，但当Ｐｔｏｔ＝０．０５Ｗ，ΣＢＷ＝１２ｎｍ，ΣＬｅｆｆ＝１６０ｋｍ（８个光纤段）时，其乘积即已超过阈值，应采取措施。

  （２）受激布里渊散射（ＳＢＳ）

    当信道功率超过某阈值时，ＳＢＳ使部分光功率反射，且前向功率有很强的噪声。虽然在窄线宽连续波条件下，其阈值仅数个毫瓦，但适当展宽光源线宽，可将此阈值提高１个数量级，从而忽略其影响。事实上，光源采用集成的电吸收调制器时，其残余反射即可使该阈值提高到５０ｍＷ以上。

   （３）自相位调制（ＳＰＭ）

    自相位调制是最重要的非线性效应之一。传输光纤材料的折射率ｎ与沿光纤传播的功率密度有关。它在光脉冲内引起的附加相移正比于γＰＬｅｆｆ。这一效应使脉冲中部的折射率变大，速度较慢，因此脉冲前沿将产生红移，而脉冲后沿则将产生兰移。这一频域上的展宽在光纤色散的作用下导致脉冲畸变：光纤Ｄ＞０时，脉冲在时域中压缩；而光纤Ｄ＜０时，脉冲在时域中展宽。ＳＰＭ对光纤通信系统的影响是：

     ＳＰＭ效应必须通过光纤色散才能转化为脉冲畸变。如果光纤中处处Ｄ＝０，则脉冲不会产生变形。在ｚ＝ｚ→ｚ＋ｄｚ内发生的非线性作用包括两部分：ｚ＝０至ｚ＝ｚ的累积非线性与ｄｚ内的色散相互作用以及ｄｚ内新产生的ＳＰＭ与色散的相互作用。可见处于系统末端的光纤，其色散对ＳＰＭ效应的贡献比处于系统始端的光纤更大。在实际系统中，此段光纤长度更应仔细考虑。

    定量分析表明：对于均匀光纤，脉冲的非线性展宽正比于－Ｂ２ＤγＰＬｅｆｆ。光纤色散Ｄ＝０时，此项为零；当Ｄ＞０时，此项为负，脉冲受到压缩，这与定性分析一致。当数据率Ｂ提高至４倍时，由于信道功率亦需增至４倍以维持系统Ｑ值不变，非线性展宽将增至６４倍?选可见，同时具有小色散和低非线性的光纤（Ｇ．６５５）对于超高速光纤通信系统的重要性。此种光纤的设计原则是在保证小色散（１．５５μｍ下约为４ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ）的前提下尽量降低光纤的非线性。初期设计的问题是：色散降低的代价是Ａｅｆｆ仅有约为５０μｍ２，改进后的折射率分布在芯区中部有所凹陷以增大有效面积Ａｅｆｆ（大于７０μｍ２），同时在半径较大处有一高折射率环，以改善弯曲损耗特性。光纤设计中的另一难点是如何实现低损耗，否则光功率的增加又使非线性效应变大。

由于ＳＰＭ是非线性效应，由多段色散Ｄ≠０的光纤段组成的系统中即使总色散为零，ＳＰＭ导致的脉冲畸变也不为零。这可以理解为：如果脉冲先展宽再压缩，则由于展宽了的脉冲导致的ＳＰＭ效应较弱，总效果是光纤输出端的脉冲会有残余展宽；反之有残余压缩。

    在一个多信道的ＷＤＭ系统中，当信道数明显减少时，剩余信道的功率可能大到引起明显的ＳＰＭ效应。为克服这一现象，可以调整ＥＤＦＡ的工作点，也可以向ＥＤＦＡ中注入另一激光，其功率可调，以保持剩余信道的功率基本不变。

在需要色散补偿的系统中，为尽量减弱ＳＰＭ，一种比较好的方案是：总残余色散略大于零，ＳＰＭ与色散使脉冲有所压缩，而Ｄ＜０的光纤在前，使脉冲的残余压缩较小。在这一方案下，当光源啁啾α＞０时，它与色散的作用使脉冲又稍有展宽。必须指出，在有ＳＰＭ和色散的情况下，即使脉冲的均方根宽度不变，由于脉冲形状的变化还会对系统特性产生相当的影响。此外，实际系统更复杂得多，例如Ｄ＜０的色散补偿光纤的典型值γ＝５．０Ｗ／ｋｍ，比Ｄ＞０的Ｇ．６５２光纤的γ大很多；又如为减小色散补偿光纤的损耗对系统的影响，常将其置于在线ＥＤＦＡ的两级之间，会有相当的非线性效应。总之，针对具体系统如何配置光纤需要仔细考虑，称为“色散管理”。显然，它是指光源啁啾、光纤色散以及光纤非线性等的综合优化。

  （４）互相位调制（ＸＰＭ）效应

    其它信道的功率涨落引起的本信道非线性相移在一个多信道密集波分复用系统中可能比ＳＰＭ更重要。值得注意的是：一方面，像ＳＰＭ一样，必须通过光纤色散才能把脉冲的频域展宽转化为其时域展宽；另一方面，大色散又使不同信道的脉冲很快相互“走离”，减弱了脉冲展宽。根据同样的理由，ＸＰＭ主要发生在光纤的初始部分，而且随着距离的增加，“走离”使ＸＰＭ的脉冲展宽效应减弱。

  （５）四波混频（ＦＷＭ）效应

    ３个信道ｉ、ｊ、ｋ（功率Ｐ相同，频率分别为ｆｉ、ｆｊ、ｆｋ）通过非线性相互作用能产生新频率分量ｆｉ＋ｆｊ－ｆｋ。其功率正比于（γＰＬｅｆｆ）２，而信道数为Ｍ时，ＦＷＭ分量的个数为（Ｎ３－Ｎ２）／２。其它条件相同时，数据率由２．５Ｇｂｉｔ／ｓ增至１０Ｇｂｉｔ／ｓ时，ＦＷＭ功率将增至１６倍。

.     它们不仅消耗了信道功率，更重要的是对信道的相干性干扰：如果某一ＦＷＭ分量恰好与某信道频率相同，则其功率为信道功率１％时，引起的信道功率变化即达±１ｄＢ。

     .ＦＷＭ效应随光纤有效面积Ａｅｆｆ、色散Ｄ、色散斜率ｄＤ／ｄλ和信道间隔Δλ的增大而急剧减小。但应注意，大色散光纤的ＳＰＭ效应将明显增强，需综合考虑。此外，有人提出用不等间隔信道的方法，可以使各ＦＷＭ分量均落在信道以外。但由于它使信道总带宽变大，且必须准确控制各信道波长，不易实用。

４ 结束语

    掺铒光纤放大器的出现，使大容量、长距离密集波分复用光纤通信系统成为可能，从而大大促进了光纤通信技术的发展。然而，在这类系统中，为了在多信道条件下维持足够高的光信噪比，光放大器的输出功率可达１０～１０２ｍＷ，其工作带宽则应达到数十纳米。加之系统长度可达数百公里以上，使得光纤中色散和非线性及其相互作用变得异常复杂，有的非线性作用与数据率的平方甚至立方成正比。某些条件下，甚至使用新型光纤仍需进行必要的色散管理。凡此种种，说明ＷＤＭ系统虽然在原则上可以在信道数、每信道数据率和光纤段数方面进行升级，但如不在系统设计时通盘考虑，则会在光信噪比、光纤色散和非线性等方面带来很大困难，甚至无法实现。这也是在成本、运行与维护、可升级性等方面综合平衡所必需。此外，相应的数值模拟软件成为必不可少的有力工具，是大容量、长距离密集波分复用光纤通信系统的重点研究课题之一。

（收稿日期：１９９８－１１－０８）

[摘要] 本文从光信噪比和脉冲畸变（包括色散和非线性）两方面讨论了波分复用光纤通信系统的设计和升级原则，特别是单信道数据率为２．５Ｇｂｉｔ／ｓ和１０Ｇｂｉｔ／ｓ时，系统特性将有很大变化，在设计时必须充分注意。

[关键词] 光纤通信 波分复用 信噪比 非线性

[Abstract] Ｆｒｏｍ ｔｗｏ ａｓｐｅｃｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｓｉｇｎａｌ－ｔｏ－ｎｏｉｓｅ ｒａｔｉｏ ａｎｄ ｉｍｐｕｌｓｅ ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｃｈｒｏｍａｔｉｃ ｄｉｓ-ｐｅｒｓｉｏｎ ａｎｄ ｎｏｎ－ｌｉｎｅａｒｉｔｙ），ｔｈｅ ｐａ-ｐｅｒ ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｕｐ-ｇｒａｄｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｆｏｒ ＷＤＭ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｅｒ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍｓ．Ｉｔ ｓｔｒｅｓｓｅｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｐｅｒｆｏｒ-ｍａｎｃｅ ｗｉｌｌ ｈａｖｅ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｃｈａｎｇｅｓ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｓｉｎｇｌｅ ｃｈａｎｎｅｌ ｄａｔａ ｒａｔｅ ｉｓ ２．５Ｇｂｉｔ／ｓ ｏｒ １０Ｇｂｉｔ／ｓ ，ｗｈｉｃｈ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｔａｋｅｎ ｉｎｔｏ ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ．

[Keywords] Ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｅｒ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｗａｖｅ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ Ｓｉｇｎａｌ－ｔｏ－ｎｏｉｓｅ ｒａｔｉｏ Ｎｏｎ－ｌｉｎｅａｒｉｔｙ