前言：我們對ULHWDM傳輸的發展、優勢和應用領域已經在之前進行了介紹，這里將重點論述ULH傳輸所面臨的技術挑戰以及相應的要害技術。

    限制光信號傳輸距離的因素有幾個，包括放大自發輻射噪聲（ASE）、色度色散、非線性效應和偏振效應。本文主要介紹ASE噪聲對波分傳輸系統的影響以及為克服OSNR劣化以實現ULH傳輸所誕生的要害技術。

    ASE與傳輸系統性能ASE噪聲是光纖鏈路中光放大器生成的光噪聲。所有放大器都會帶來額外的噪聲，光放大器也一樣。在EDFA中，鉺離子四周的電子從基態被泵浦到激發態。在光信號穿過摻鉺光纖（典型的長度大約為5至10米）時，前者從受激發的電子中抽取能量，信號隨之得以放大。可是電子可以自發地回落到基態，同時隨機地輻射出光子。摻鉺光纖的前端隨機輻射生成的光子可以在光纖的后部分獲得放大，其放大機理與輸入光信號的一樣。該額外噪聲可以由噪聲指數（NF）描述。該參數說明了光放大器的放大特性有多“嘈雜”。理論上EDFA的最小噪聲指數是3dB。但實際應用中EDFA的典型噪聲指數是6dB。由于光放大器不但能對輸入的光信號和ASE噪聲進行相同增益的放大，而且會額外增加一部分ASE噪聲功率，因此ASE噪聲會沿著傳輸光纖路徑積累起來，這一效應可利用“光信噪比（OSNR）”這一概念來定量衡量。OSNR定義為某信道的光功率和該信道波長上的ASE光功率之間的比值。顯然，沿著傳輸光纖路徑上OSNR數值是逐步降低（劣化）的。

    對于一個帶光放大的傳輸鏈路，作為衡量系統性能最終手段的接收比特誤碼率（BER）直接與接收器的OSNR有關。其他條件不變，OSNR越大，則BER越低。以2．5Gbps接收機為例，在背靠背（無傳輸）配置下接收10dB消光比的光信號，為獲得10？12的BER所要求的最小OSNR的典型值為14dB？15dB，因此2．5Gbps傳輸系統的接收機處的OSNR必須大于這一數值。相應這一OSNR數值稱為該傳輸系統的“OSNR容限”。在WDM傳輸系統中“OSNR容限”是衡量系統性能的最重要的光學指標之一。其他條件不變，傳輸系統的OSNR容限越低，接收具有某一OSNR的信號光所獲得的BER就越低，系統性能也就越優異。

    顯然，OSNR最終也會對傳輸距離造成限制。利用一個簡單公式可以估計典型的帶光放大的傳輸鏈路的OSNR。假設每段光纖的損耗相同，每段光纖使用的光放大器的增益和噪聲指數也相同，則經過N段光纖傳輸后，光信號的OSNR為：OSNRdB＝58dB＋入纖光功率－NF－每跨段損耗－10log（跨段數目）取單信道的入纖光功率為0dBm，每個放大器的噪聲指數為6dB，每個80km光纖跨段損耗為22dB，一個8跨段光放大傳輸鏈路給出的接收端OSNR約為21dB。考慮到2．5Gbps收發機在背靠背配置中的典型OSNR容限為14dB？15dB。因此，在不計入傳輸代價時上例中的傳輸系統具有大于6dB的系統余量。

    10Gbps接收器的帶寬較大，不但輕易受光噪聲的影響，而且輕易受電噪聲的影響，因此對于10Gbps傳輸很難獲得良好的原始BER，OSNR要達到25dB才能得到10？15的BER。在0dBm入纖光功率情況下，上述OSNR對應3個80km跨段的光放大傳輸。因此須采用適當的措施延伸傳輸距離。

    可以看出，為使傳輸距離更長的同時又保持足夠的OS？NR，可以增加入纖光功率，入纖光功率增加3dB可以將傳輸距離延長一倍。然而入纖光功率的一味提高會引發較大的光纖非線性效應，反而不利于實現超長距離傳輸。切實可行的方法主要集中在如下兩方面：降低OSNR容限，如采用前向糾錯（FEC）技術、碼型技術等；采用低噪聲光放大器，延緩OSNR的劣化，如喇曼放大技術等。

    前向誤碼校驗技術FEC技術通過在傳輸碼列中加入冗余糾錯碼，可降低接收端的OSNR容限，從而達到改善系統性能、降低系統成本的目的。FEC所貢獻的傳輸系統OSNR容限的降低可以稱為“FEC編碼增益”，編碼增益越強，則糾錯性能越高。在10Gbps系統中利用G．975FEC技術可以將8×10－5的原始BER糾錯至10？15，前者對應的OSNR大約是14dB？15dB。因此單信道10Gbps的DWDM傳輸（帶FEC和色散補償）性能與單信道2．5Gbps的DWDM系統幾乎相同。在0dBm入纖光功率情況下，兩者的OSNR受限傳輸距離都可達到8×80km。而在單信道2．5Gbps的DWDM系統使用G．975FEC技術，前者的OSNR容限可降低至14dB左右（含6dB系統余量）。

    從編碼角度來說，交織碼和級聯碼都可以用于FEC技術。前者包括BCH碼、RS碼、Goppa碼等，具有算法簡單、編碼效率高、糾錯能力強等優點，是用于糾突發錯誤的一種簡潔有效方法，現在大多數FEC技術都采用了這種技術。后者包括RS級聯碼、分組Turbo碼（BCH乘積碼）等。

    目前業界提出的用于SDH／DWDM的實用化FEC主要有以下三種：

    帶內FEC。帶內FEC利用SDH幀中的一部分開銷字節裝載FEC碼的監督碼元。缺點是受限于幀開銷中可利用的字節數和幀本身的長度，編碼增益較小，一般為3dB？4dB。帶內FEC常采用BCH3碼編解碼，有現行標準I？TU－TG．707支持。

    帶外FEC。帶外FEC由ITU－TG．975／709標準支持。ITU－TG．975標準規定利用RS（255、239）碼交織編解碼，在幀尾插入校驗字，編碼冗余度為7％。ITU－TG．709標準規定使用RS（255、238）編碼，編碼冗余度更大，且開銷有一定靈活性。帶外FEC的編碼冗余度大，糾錯能力強，編碼增益較高（5dB？6dB），并且可以很方便地插入FEC開銷而不受SDH幀格式的限制，具有較強的靈活性。缺點是插入的開銷會增加線路速率，不能無縫升級，須對相應的設備做一定的改動。由于各設備廠商的廣泛支持和應用，目前帶外FEC基本上已成為事實上的FEC編碼標準，也解決了初期由于FEC編碼不同引起的不同公司設備不能互通的問題。

    超級FEC（SFEC）。隨著軟件和硬件技術的發展，在光通信系統中也逐步引入級聯信道編碼技術及其他具有更強增益的編碼技術，進行超級FEC的研制。SFEC主要應用于時延要求不嚴、編碼增益要求非凡高的光通信系統。涉及的碼型包括RS級聯碼、分組Tur？bo碼、Goppa碼等。級聯碼不僅有極強的糾正突發錯誤、隨機錯誤的能力，提供更大的編碼增益，而且更重要的是可以利用其構造方法，達到信道編碼定理所給出的碼限（Shannon碼）。超級FEC可用于帶外FEC系統里，因此開銷靈活，便于用戶根據實際情況自行定義。超級FEC因其編解碼過程比較復雜，目前還很少應用，但由于其性能優勢，以后很可能會發展成為一項實用技術，并成為下一代的帶外FEC的主流。

    總的來講，若對編碼增益要求不太高、不想對現有的系統進行大的調整，帶內FEC則是一種最佳方案，可方便實現平滑升級。帶外FEC具有靈活的開銷，可用于需更大的編碼增益的通信系統，但由于會改變調制速率，須根據碼率對整個發送／接收設備作一定的更換。