100G OTN大容量傳輸技術(shù)淺析

李純丹

摘 要：100G OTN是近年來(lái)新的傳輸技術(shù)，現(xiàn)已在全國(guó)一干、二干和大型本地網(wǎng)開始規(guī)模部署。對(duì)100G OTN的關(guān)鍵技術(shù)和100 Gbit/s PM-QPSK技術(shù)的特性進(jìn)行了具體分析，希望能夠?qū)?00G OTN的發(fā)展提供幫助。

關(guān)鍵詞：100G OTN；大容量；傳輸技術(shù)；互聯(lián)網(wǎng)

中圖分類號(hào)：TN919.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）11-0133-02

近年來(lái)，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)入了快速發(fā)展階段，互聯(lián)網(wǎng)的用戶數(shù)量、寬帶需求和應(yīng)用種類也隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展而快速增長(zhǎng)。在我國(guó)，干線傳輸網(wǎng)的流量以每年50%的速率增長(zhǎng)，骨干傳輸網(wǎng)的寬帶也提高到約200 Tbit/s。隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、IPTV和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等寬帶技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)大容量傳送網(wǎng)絡(luò)的需求也越來(lái)越多。雖然40G波分規(guī)模部署的時(shí)間不到5年，但卻已面臨著100G的強(qiáng)大沖擊和挑戰(zhàn)。

1 100G OTN的關(guān)鍵技術(shù)

由于單信道速率的提升，100G系統(tǒng)對(duì)OSNR的要求相比10G系統(tǒng)提高了10 dB；色散容限與傳輸速率的平方成反比下降。因此，為了實(shí)現(xiàn)100G的高速光傳輸，必須降低系統(tǒng)對(duì)OSNR和色散容限的要求，克服非線性效應(yīng)的影響。100G波分系統(tǒng)采用PM-QPSK，并輔以四相位相干檢測(cè)技術(shù)，

100G PM-QPSK波分系統(tǒng)通過(guò)偏振復(fù)用、新型編碼調(diào)制、高效FEC、相干檢測(cè)、高速數(shù)模轉(zhuǎn)換及DSP等關(guān)鍵技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)OSNR約10 dB的提升，使其OSNR容限與10G系統(tǒng)相當(dāng)。關(guān)鍵技術(shù)中，100Gbit/s PM-QPSK技術(shù)是100G的核心。

2 100Gbit/s PM-QPSK技術(shù)的特性

2.1 改善OSNR性能

相干檢測(cè)最主要的優(yōu)勢(shì)是能夠充分利用電子色散補(bǔ)償能力，用較小的代價(jià)實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)失真的恢復(fù)。從OSNR容限提升的貢獻(xiàn)上看，偏振復(fù)用能夠提供3 dB的增益，QPSK提供3 dB的增益，F(xiàn)EC提供約3 dB的編碼增益，相干接收也能夠提供2～3 dB的增益，因此100G波分的OSNR容限可以達(dá)到10G的水平。也就是說(shuō)，100G在進(jìn)行應(yīng)用時(shí)，能夠有和10G系統(tǒng)相同的傳輸距離。

改善OSNR物理層的性能影響如圖2所示。

2.2 色度色散和偏振模色散容限

調(diào)制解調(diào)器的芯片具備電子色散補(bǔ)償?shù)墓δ?，因此外部不需要可調(diào)諧色散補(bǔ)償器。芯片的色散補(bǔ)償總量與有限脈沖響應(yīng)自適濾波器中的兩個(gè)因素有密切的關(guān)系，即拍點(diǎn)延時(shí)量和拍點(diǎn)數(shù)量。對(duì)PMD進(jìn)行補(bǔ)償?shù)年P(guān)鍵就是要能夠快速地對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的高速偏振動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行跟蹤。在電域上，利用ADC和DSP技術(shù)實(shí)現(xiàn)色散補(bǔ)償，理論上可以獲得無(wú)限寬的色散容限，而考慮到芯片設(shè)計(jì)的復(fù)雜度和可實(shí)現(xiàn)性，通常CD容限設(shè)計(jì)在幾萬(wàn) ps/nm，PMD容限設(shè)計(jì)在幾百 ps。

2.3 相位調(diào)制

QPSK技術(shù)可以使光載波增加被攜帶的信息量，而與偏振復(fù)用的有效結(jié)合，能夠使100G信號(hào)的波特率降低到約25 Gbaud/s，所以在間隔為50 GHz的OTN系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用。此外，信號(hào)對(duì)光纖非線性的容忍能力要求也得到了有效的降低。

2.4 偏振復(fù)用

光信號(hào)不同的偏振態(tài)具有正交特性，對(duì)其充分應(yīng)用能使光載波同時(shí)攜帶兩路信息，這使信號(hào)碼元速率下降1/2.對(duì)發(fā)射機(jī)來(lái)說(shuō)，想要實(shí)現(xiàn)偏振復(fù)用，就要運(yùn)用一些簡(jiǎn)單的無(wú)源器件，接收機(jī)解偏的部分是難點(diǎn)。目前，相干檢測(cè)技術(shù)越來(lái)越成熟，在電域中應(yīng)用高速ADC和DSP技術(shù)，可以非常容易地處理偏振復(fù)用。

3 100G OTN的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

100G波分的建網(wǎng)模式，從技術(shù)上來(lái)說(shuō)有純100G傳輸模式和10G/40G/100G混傳模式兩種可行方案?；靷髂Ｊ街胁煌俾手g的波道會(huì)因相互影響而導(dǎo)致傳輸損傷，同時(shí)隨著100G的性價(jià)比逐漸超越10G和40G，純100G將成為建網(wǎng)的主流模式。

采用PM-QPSK的100G波分系統(tǒng)，能夠很好地滿足高速路由器的傳輸需求。在系統(tǒng)組網(wǎng)中，它不需要進(jìn)行色散補(bǔ)償，可以簡(jiǎn)化鏈路上放大器的數(shù)量，能夠有效地簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，并節(jié)約建網(wǎng)成本；在城域中組網(wǎng)，它無(wú)需考慮路由長(zhǎng)短造成的色散變化，可以穿通多個(gè)ROADM節(jié)點(diǎn)，使得組網(wǎng)更加靈活、高效。

100G波分系統(tǒng)是為高速率傳輸誕生的，這決定了其將主要建設(shè)在一干和二干層面，其次是大型本地網(wǎng)層面。100G OTN強(qiáng)大的交叉能力，使其可以提升帶寬的利用率和組網(wǎng)的靈活性。尤其是在大型本地網(wǎng)的核心網(wǎng)組網(wǎng)中，引入ROADM和智能控制平面WASON，可以進(jìn)一步提高OTN的智能特性，能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信息的自動(dòng)維護(hù)和更新，降低運(yùn)維難度和成本投入，更高效地實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)端到端的配置和智能調(diào)度。當(dāng)具有MESH的拓?fù)鋾r(shí)，還可以提供多等級(jí)服務(wù)，具備多次斷纖保護(hù)，能夠大幅提高網(wǎng)絡(luò)的安全性。

由于40G波分技術(shù)除受到衰耗的限制外，還會(huì)受到PMD和CD的限制，尤其是PMD無(wú)法在40G系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行抑制和補(bǔ)償，其先天不足決定了其短命的結(jié)局。而100G波分技術(shù)能夠從系統(tǒng)設(shè)計(jì)上克服PMD和CD的限制，因此，從開始推廣就受到業(yè)界的廣泛關(guān)注。隨著其產(chǎn)業(yè)鏈的逐漸成熟，它的價(jià)格優(yōu)勢(shì)已逐漸體現(xiàn)出來(lái)。目前，網(wǎng)主流廠家10G波道造價(jià)約10萬(wàn)元/波，而100G波道造價(jià)約50萬(wàn)元/波，可以看出100G系統(tǒng)已逐漸呈現(xiàn)出更高的性價(jià)比，再加上其16 T的大帶寬容量，在很大程度上減少了配套光纜的建設(shè)需求。因此，100G將是未來(lái)多年干線傳輸?shù)闹饕ㄔO(shè)內(nèi)容，而100G OTN也將成為本地網(wǎng)建設(shè)的重點(diǎn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著100G的規(guī)模部署，400G也逐漸步入人們的視野。通過(guò)對(duì)4個(gè)基于100Gbit/s PM-QPSK調(diào)制的子載波使用OFDM技術(shù)，便構(gòu)成了一個(gè)400G的超級(jí)通道。隨著下一代軟判決、超高速數(shù)模轉(zhuǎn)換和波長(zhǎng)整型等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的成熟，400G系統(tǒng)將逐漸發(fā)展起來(lái)?？v觀當(dāng)今信息時(shí)代，人們對(duì)通信寬帶的需求是無(wú)止境的，未來(lái)1T技術(shù)也將嶄露頭角。

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〔編輯：李玨〕endprint