40Gb/s傳輸?shù)膸追N主流調(diào)制碼型應(yīng)用淺析

　　隨著通信業(yè)務(wù)的飛速增長，促使網(wǎng)絡(luò)對大帶寬調(diào)度的需求產(chǎn)生，這是40Gb／s傳輸?shù)母掘?qū)動力。40Gb／s能夠更好地滿足IP寬帶業(yè)務(wù)流量增長的需求，具有更高的集成度，節(jié)省空間、節(jié)電、節(jié)省運維成本等方面的優(yōu)勢。然而，40bit／s密集波分復(fù)用(DWDM)傳輸與10Gb／s傳輸在同等物理條件下相比，光信噪比(OSNR)劣化4倍(6dB)，色度色散容限降低16倍，偏振模色散(PMD)劣化4倍，非線性效應(yīng)變得更加明顯。因此，40Gb／sDWDM傳輸系統(tǒng)必須具備：①先進(jìn)的調(diào)制碼型，提升傳輸性能，降低OSNR、PMD、非線性、色散等各方面的限制；②超強(qiáng)型前向糾錯編碼(SFEC)提高克服白噪聲的糾錯能力，降低系統(tǒng)OSNR要求；③新型色散管理技術(shù)，提高色散容限，消除色散窗口代價。先進(jìn)的調(diào)制碼型是解決40Gb／sDWDM長距離傳輸?shù)年P(guān)鍵技術(shù)之一。
　　1　差分相移鍵控D(B)PSK
　　光纖傳輸系統(tǒng)中廣泛使用的調(diào)制格式為基于幅度的開關(guān)鍵控調(diào)制(OOK)，采用直接檢測的方式進(jìn)行接收。基于相位的DPSK調(diào)制與傳統(tǒng)的OOK都屬于二進(jìn)制調(diào)制格式，1個二進(jìn)制符號只能攜帶1個比特的信息。在DPSK調(diào)制預(yù)編碼中，有兩路信號。一路信號通過一個或非門，另一路信號進(jìn)過一個異或門以達(dá)到使信號延遲一個比特的目的，最后將兩個信號相加就產(chǎn)生了DPSK信號。DPSK信號接收對比特延遲分支信號互相干，在平衡檢測下，接收機(jī)的靈敏度提高了3dB，在DWDM傳輸時對噪聲和非線性效應(yīng)具有更高的容忍度。DPSK信號除了有精確控制1個比特延遲解調(diào)接收，還有小于1個比特延遲的P-DPSK解調(diào)接收，在50GHz波長間隔的DWDM傳輸系統(tǒng)中具有更優(yōu)的傳輸性能。
　　2　差分正交相移鍵控DOPSK
　　D(B)PSK屬于二進(jìn)制調(diào)制格式。為提高光譜效率，提出差分正交相移鍵控(DQPSK)調(diào)制碼型，每1個符號可以攜帶2比特信息，從而將線路速率減少到20Gbaud，提供比40Gbaud更好的性能。這種調(diào)制碼型需要多個調(diào)制器、接收延時干涉儀接收機(jī)和平衡檢測接收機(jī)，接收端光功率要求較高，保證有較高的OSNR。DQPSK調(diào)制碼型增加系統(tǒng)的復(fù)雜程度換取了優(yōu)秀的傳輸性能，頻譜寬度與DPSK相比壓縮了1倍，不僅增加了頻譜效率，也使其具有較大的PMD和色度色散(CD)容限。
　　eDQPSK綜合了DQPSK和預(yù)啁啾技術(shù)的優(yōu)點，具備了高色散容限、高PMD容限、高頻譜效率、高非線性容限等特點。eDQPSK是在DQPSK的基礎(chǔ)上引入預(yù)啁啾(Pre-chirp)技術(shù)來改善非線性容限。預(yù)啁啾用于抵消脈沖本身因發(fā)射和傳播過程中產(chǎn)生的啁啾，達(dá)到壓縮脈沖的效果，延長傳輸距離，提升傳輸性能。DQPSK調(diào)制碼型有延遲差分接收、相干接收(QPSK)，差分接收性能遜于相干接收。
　　3　雙偏振差分正交相移鍵控DP-QPSK
　　通過偏振復(fù)用的DQPSK調(diào)制碼型(DP-QPSK)，或稱雙極化QPSK，即用2個正交的偏振態(tài)傳輸2路不同信息，盡管頻率相同，但由于它們的極性相差90°，因此不會互相影響，頻譜效率相較于DQPSK提高1倍，變成每1個符號傳輸4個比特，因而可以獲得與傳統(tǒng)10Gb／sNRZ-OOK傳輸系統(tǒng)類似的噪聲特性。
　　通過偏振復(fù)用和差分正交相移鍵以將線路速率減少到10Gbaud，電子和電光器件的帶寬要求大大降低，便于實現(xiàn)數(shù)字信號處理，在電域?qū)崿F(xiàn)大范圍色度色散和PMD補(bǔ)償。DP-QPSK調(diào)制碼型信號采用偏振分集和數(shù)字相干接收技術(shù)，使信號光通過一個偏振分束器(PBS)分解成兩個正交偏振信號，每個正交偏振信號都與一個本地光源混頻，該本地光源的載波頻率控制精度為數(shù)百KHz?；祛l后得到4個極化和相位正交的光信號，分別用平衡檢測接收，經(jīng)電放大和濾波后由模數(shù)A／D電路轉(zhuǎn)換為4路數(shù)字信號，在電域?qū)崿F(xiàn)偏振分離，消除相位畸變，色散、偏振模色散和非線性效應(yīng)的補(bǔ)償均衡等一體化處理。影響接收性能是數(shù)字信號處理環(huán)節(jié)，各廠家采用了不同的(專利)算法，算法優(yōu)劣只有通過實驗、測試結(jié)果對比獲得最終實現(xiàn)結(jié)果的好壞。
　　DP-QPSK技術(shù)復(fù)雜度極高，成本高昂，但從長遠(yuǎn)來看，DP-QPSK代表了未來高速DWDM傳輸系統(tǒng)發(fā)展方向，也是100Gb／sDWDM傳輸系統(tǒng)的主流調(diào)制碼型。光互聯(lián)網(wǎng)論壇(OIF)的“物理層和數(shù)據(jù)鏈路層”工作組將DP-QPSK方式定為112～128Gb／s速率的標(biāo)準(zhǔn)方式。
　　4　應(yīng)用與發(fā)展趨勢
　　目前，尚無一種調(diào)制碼型能夠適應(yīng)40Gb／s傳輸?shù)乃芯W(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場合，各種調(diào)制碼型都有其最合適的應(yīng)用場合，綜合考慮系統(tǒng)性能和成本來確定。短距離傳輸可采用傳統(tǒng)的NRZ-OOK碼，城域傳輸采用光二進(jìn)制編碼(ODB)或P-DPSK調(diào)制碼型；長途傳輸采用P-DPSK調(diào)制碼型；超長距離或高PMD值的傳輸則需要采用性能更高的DQPSK和DP-QPSK調(diào)制碼型。國內(nèi)主流通信設(shè)備廠商華為、烽火、中興均支持主流的調(diào)制碼型。華為提供光二進(jìn)制編碼(ODB)、差分歸零碼(DRZ)、增強(qiáng)型差分相移鍵控歸零碼(eDQPSK)、支持更大的40Gb／sPMD容限的超強(qiáng)型sDQPSK調(diào)制碼型。烽火提供應(yīng)用于不同場合的NRZ、OBD、超強(qiáng)型sDPSK、RZ-DQPSK、DP-QPSK等多種調(diào)制碼型。中興支持P-DPSK、DP-QPSK等編碼調(diào)制碼型。
　　目前，40Gb／s DWDM傳輸系統(tǒng)已大量部署商用，100Gb／s DWDM傳輸系統(tǒng)已進(jìn)行運營商測試，采用了雙載波技術(shù)的sDQPSK、增強(qiáng)型偏振復(fù)用ePDM-QPSK技術(shù)。新型的調(diào)制碼型還將不斷被開發(fā)，獲取更優(yōu)的傳輸性