100G傳輸系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用初探

吳堅(jiān)

【摘 要】近年來(lái)，隨著骨干網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)流量增長(zhǎng)迅速，寬帶業(yè)務(wù)承受著巨大的壓力，為了提高寬帶業(yè)務(wù)效率，發(fā)展100G傳輸技術(shù)已成為趨勢(shì)，本文對(duì)100G傳輸技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)等方面進(jìn)行探討。

【關(guān)鍵詞】1 0 0 G傳輸；關(guān)鍵技術(shù)；發(fā)展

【中圖分類(lèi)號(hào)】S972.7+6【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A【文章編號(hào)】1672-5158（2013）07-0379-02

1.100G傳輸系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

1.1 100G線路傳輸技術(shù)

（1）100GE信號(hào)反向復(fù)用技術(shù)

運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)鋪設(shè)了大量的10G/40G的DWDM網(wǎng)絡(luò)。為了保護(hù)運(yùn)營(yíng)商投資，在現(xiàn)存的10G/40G光網(wǎng)絡(luò)上傳輸100GE業(yè)務(wù)顯得尤為重要，反向復(fù)用是滿(mǎn)足這個(gè)需求的較好技術(shù)。運(yùn)營(yíng)商可以完全利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)資源，無(wú)需重新設(shè)計(jì)與規(guī)劃便可在低速DWDM網(wǎng)絡(luò)上承載100GE業(yè)務(wù)。例如，將100GE業(yè)務(wù)反向復(fù)用到11個(gè)10G波長(zhǎng)上，反向復(fù)用到3個(gè)40G波長(zhǎng)上；或者反向復(fù)用到2個(gè)50G波長(zhǎng)上并進(jìn)行WDM傳輸。

（2）串行100G的DWDM傳輸技術(shù)

從技術(shù)與器件發(fā)展、降低運(yùn)營(yíng)商O(píng)PEX角度看，串行100G的WDM傳輸是未來(lái)發(fā)展方向，由于100G信號(hào)比特率高，為了滿(mǎn)足50 GHz DWDM通道間隔需求，以及與10G/40G低速信號(hào)的混合傳輸、平滑升級(jí)的需要，在串行100G業(yè)務(wù)傳輸時(shí)需采用更加先進(jìn)的新技術(shù)，以降低線路傳輸?shù)墓庑盘?hào)的波特率，提升光纖對(duì)信號(hào)損傷容限。例如，采用高階編碼調(diào)制接收技術(shù)、偏振復(fù)用解復(fù)用技術(shù)、光相干接收+電處理技術(shù)、超強(qiáng)FEC技術(shù)、新型高速光電器件技術(shù)等等。在傳輸線路中，需要采用低噪聲放大器和非線性抑制與色散管理技術(shù)，以支持長(zhǎng)距離的DWDM傳輸。

1.2 100G調(diào)制技術(shù)

對(duì)于100G的調(diào)制方式，業(yè)界選擇的主流技術(shù)仍是QPSK，但為了達(dá)到4比特/符號(hào)，采用了極化模復(fù)用方式，也就是PDM-QPSK調(diào)制方式，該調(diào)制方式已被OIF列為標(biāo)準(zhǔn)。

PDM-QPSK的信號(hào)調(diào)制：在發(fā)送端，數(shù)據(jù)被分成4路，分別調(diào)制2個(gè)QPSK 調(diào)制器，再通過(guò)偏振合波器PBC，得到2個(gè)極化偏振態(tài)垂直的QPSK信號(hào)，即PDM-QPSK信號(hào)。在接收端采用相干檢測(cè)，用一個(gè)本振的激光器經(jīng)過(guò)偏振分束，與偏振分束后的信號(hào)光進(jìn)行混頻，每個(gè)90度混頻器輸出1個(gè)偏振態(tài)的2路信號(hào)（I、Q），2個(gè)偏振態(tài)共4路信號(hào)，經(jīng)過(guò)光電轉(zhuǎn)換后，再由ADC采樣后采用DSP進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理。

PDM-QPSK信號(hào)在接收側(cè)采用相干檢測(cè)的技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)高性能的信號(hào)解調(diào)。與直接解調(diào)、差分解調(diào)方式相比，相干檢測(cè)所使用的本地激光器功率要遠(yuǎn)大于輸入光信號(hào)的光功率，所以光信噪比可以被極大地改善。特別是相干檢測(cè)技術(shù)可以充分利用強(qiáng)大的DSP來(lái)處理極化模復(fù)用信號(hào)，可以通過(guò)后續(xù)的數(shù)字信號(hào)處理補(bǔ)償并進(jìn)行信號(hào)的重構(gòu)，可以還原被傳輸信號(hào)的特性（極化模、幅度、相位），大幅度消除光纖帶來(lái)的傳輸損傷，如PMD容忍度達(dá)30ps，無(wú)需線路的色散補(bǔ)償就可以容忍幾萬(wàn)ps/nm。

1.3 100GE映射封裝技術(shù)

將100GE適配到OTN有反向復(fù)用多波長(zhǎng)和單波長(zhǎng)傳送2種方案。根據(jù)100GE接口具體實(shí)現(xiàn)形式，有多種的技術(shù)組合。

（1）100GE 串行接口映射到OTU4。采用標(biāo)準(zhǔn)100G OTN（待標(biāo)準(zhǔn)化）的接口進(jìn)行封裝、映射、傳輸，波長(zhǎng)利用率高。

（2）100GE串行接口反向復(fù)用與映射。將串行接口反向復(fù)用到標(biāo)準(zhǔn)10G或者40G低速OTN的接口進(jìn)行傳輸。這需要耗費(fèi)較多的波長(zhǎng)資源。

（3）10×10GE/4×25GE的100G復(fù)用與映射。將低速并行的以太網(wǎng)信號(hào)復(fù)用到100GE高速串行信號(hào)并映射到100G OTN接口，然后進(jìn)行傳輸。

1.4 目前，100GE的物理接口主要有以下3種。

（1）10×10GE短距離互聯(lián)的LAN接口技術(shù)。通常采用并行的10根光纖或者10個(gè)C/DWDM傳輸100GE業(yè)務(wù)。此方案可以利用現(xiàn)有的10GE器件，比較成熟。

（2）4×25GE中短距離互聯(lián)的LAN 接口技術(shù)。采用4波DWDM方式在同一根光纖上進(jìn)行傳輸。此接口涉及的物理層技術(shù)無(wú)法利用現(xiàn)有器件和模塊，不成熟。

同時(shí)，基于性?xún)r(jià)比考慮，需要考慮合適的編碼調(diào)制技術(shù)和WDM技術(shù)。

（3）10 m的銅線銅纜接口和1 m的系統(tǒng)背板互聯(lián)技術(shù)：主要用于電接口的短距離互聯(lián)與內(nèi)部互聯(lián)，采用10×10GE的互聯(lián)方式。

2.100G WDM系統(tǒng)解決方案

2.1 100G解決方案要求

期望與現(xiàn)存的10G/40G系統(tǒng)性能相當(dāng)。

a）100G業(yè)務(wù)信號(hào)一定要在不影響現(xiàn)網(wǎng)業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞那闆r下，可以與10G、40G業(yè)務(wù)信號(hào)混傳。b）無(wú)電中繼傳輸距離在1000km以上。c）50 GHz通道間隔，即80波。d）系統(tǒng)色散容限相當(dāng)或更好（>800ps/nm）。e）系統(tǒng)PMD容限相當(dāng)或更好（>10ps DGD）。f）穿通ROADM 能力相當(dāng)或更好（>10個(gè)ROADM）

2.2 100G解決方案研究

100G對(duì)光纖傳輸提出了更加嚴(yán)格的要求，在同等物理?xiàng)l件下與10G DWDM 傳輸系統(tǒng)相比，100GDWDM有如下限制。

a）光信躁比劣化10 dB。b）色度色散容限降低為1/100（約為10 ps/nm）。c）偏振模色散（PMD）效應(yīng)劣化更為嚴(yán)重。d）非線性效應(yīng)變得更加明顯。

（1）高效的碼型

100G 碼型技術(shù)比較見(jiàn)表1。由表1可知，PDMQPSK調(diào)制/Coherent檢測(cè)技術(shù)被OIF確定為未來(lái)100G長(zhǎng)距離傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)碼型，是業(yè)界100G主流解決方案。（見(jiàn)表1）

（2） FEC技術(shù)

相干接收比直接接收改善OSNR近3 dB，還需要更高凈編碼增益（NCG）的FEC；OIF建議采用軟判決FEC（SD-FEC），基于軟判決加乘算法的迭代LDPC解碼可獲得逼近香農(nóng)極限的性能，可望用于100G光傳輸系統(tǒng)。

（3）偏振態(tài)復(fù)用

兩線性正交偏振態(tài)可有效復(fù)用，可進(jìn)一步降低光信號(hào)的傳輸波特率，提高頻譜效率和CD、PMD 容忍度，可通過(guò)相位分集和偏振態(tài)分集將光信號(hào)的所有光學(xué)屬性映射到電域以解析任意光調(diào)制格式的信息。

（4）數(shù)字相干接收

數(shù)字相干接收機(jī)在電域?qū)崿F(xiàn)偏振解復(fù)用和通道損傷補(bǔ)償，可進(jìn)一步提高對(duì)CD和PMD的容忍度，簡(jiǎn)化傳輸通道補(bǔ)償技術(shù)，減少對(duì)低PMD光纖和光色散補(bǔ)償器的依賴(lài)。

基于目前的電子技術(shù)水平，PM-QPSK 降低了ADC采樣速率的要求，高速ADM和DSP成為數(shù)字相干接收實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵和難點(diǎn)，提高了數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)被采用的可行性。

（5）高速ADC 及DSP

在高速相干光接收機(jī)中，最主要的核心器件是高速模數(shù)轉(zhuǎn)換（ADC）器件（50 Gsample/s 以上）和高速數(shù)字信號(hào)處理（DSP）芯片。高速ADC和DSP 對(duì)信號(hào)的偏振進(jìn)行解復(fù)用，并結(jié)合使用電子色散補(bǔ)償（EDC）來(lái)抑制偏振模色散的影響。利用DSP 技術(shù)在電域均衡色散和PMD 理論上可以獲得無(wú)限寬的色散和PMD 容限，考慮到芯片設(shè)計(jì)復(fù)雜度和可實(shí)現(xiàn)性，通常色散容限可設(shè)計(jì)在幾萬(wàn)ps/nm，PMD 容限可設(shè)計(jì)在上百ps。

3.100G發(fā)展趨勢(shì)

100G技術(shù)是未來(lái)幾年高速傳輸帶寬的主流提供技術(shù)。從100G后續(xù)發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，2012年是100G長(zhǎng)距傳輸?shù)臏y(cè)試驗(yàn)證年，2013年更是100Gb/ s技術(shù)現(xiàn)網(wǎng)試驗(yàn)?zāi)辏?014年在體積和功耗進(jìn)一步降低后，將逐步推動(dòng)規(guī)模商用，而更高速率的400G或1T會(huì)重新成為高速傳輸應(yīng)用技術(shù)新的關(guān)注焦點(diǎn)。

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