100G光通信系統(tǒng)研究綜述

莫秋燕+陳亮+吳家隱

【摘要】 光通信的傳輸速率從2.5G到10G，再到現(xiàn)在普遍使用的40G，速率越來越高，但隨著互聯(lián)網(wǎng)帶寬的快速增長(zhǎng)，40G系統(tǒng)已不能滿足當(dāng)前的帶寬需求，100G傳輸技術(shù)成為公認(rèn)的解決方案。本論文簡(jiǎn)單介紹100G光通信的發(fā)展現(xiàn)狀，分析了100G光通信的關(guān)鍵技術(shù)，并論述了100G光通信傳輸技術(shù)的新發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】 100G OSNR 色散 補(bǔ)償

一、100G光通信的發(fā)展現(xiàn)狀

當(dāng)大家的目光還聚焦在40G的商用時(shí)，100G以悄然無聲的進(jìn)入了我們的生活。隨著技術(shù)的增進(jìn)，我們正處于100G時(shí)代的開端，以后100G將占據(jù)市場(chǎng)的統(tǒng)治地位。在當(dāng)今這個(gè)信息時(shí)代，網(wǎng)絡(luò)伴隨著人們的生活，各種數(shù)據(jù)，資料等要在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行傳遞，對(duì)傳輸速率和傳輸精度的要求也與日俱增。

在這兩年中變化最大的莫過于4G網(wǎng)絡(luò)的覆蓋，在2015年最起碼在貴州的農(nóng)村沒有4G網(wǎng)絡(luò)，而在第二年就實(shí)現(xiàn)了4G網(wǎng)絡(luò)村村通。在這樣的形式下，100G技術(shù)也會(huì)使得中國(guó)運(yùn)營(yíng)商的高度重視。

二、100G光通信的關(guān)鍵技術(shù)

100G傳輸系統(tǒng)由于速率的增大，譜寬也增寬，將面臨更高的系統(tǒng)光信噪比（OSNR）、色散容限和非線性效應(yīng)影響等嚴(yán)峻挑戰(zhàn)[1]。

2.1系統(tǒng)OSNR

由于光纖損耗的影響，系統(tǒng)OSNR隨著傳輸距離的增大而減小。通常系統(tǒng)OSNR要大于某閾值，接收機(jī)才能有效的區(qū)分信號(hào)和噪聲，從而減小接收機(jī)的誤判，保證通信的質(zhì)量。

2.2色散

一定譜寬的信號(hào)在光纖中傳輸，由于不同頻率成分在光纖中的傳輸速度不一樣，所以到達(dá)接收端的時(shí)間不一樣，引起信號(hào)在時(shí)間上發(fā)生展寬，導(dǎo)致相鄰之間的脈沖之間出現(xiàn)碼間干擾，產(chǎn)生誤判。100G傳輸速率的光譜譜寬更寬，色散現(xiàn)象更嚴(yán)重。根據(jù)色散的機(jī)理不同，色散可分為色度色散（CD）和偏振模色散（PMD）。CD是由于一定譜線寬度下引起時(shí)延差異，PMD是在指相同頻率下偏振模式不同的信號(hào)引起的時(shí)延差異。隨著傳輸速率的提高，PMD的影響更突出。

2.3光纖非線性效應(yīng)

入射光功率大到一定程度的時(shí)候，會(huì)產(chǎn)生各種非線性效應(yīng)。根據(jù)機(jī)理不同，光纖的非線性效應(yīng)可分為兩類，一類是受激散色，包括受激布里淵色散（SBS）和受激拉曼散色（SRS），一類是由于非線性折射引起的，主要有自相位調(diào)制（SPM）、交叉相位調(diào)制（XPM）和四波混頻（FWM）[2]。信號(hào)的傳輸速率越高，對(duì)光纖非線性效應(yīng)忍耐度越低。

三、100G傳輸新技術(shù)的發(fā)展，有效克服長(zhǎng)距離傳輸限制

3.1 光放大技術(shù)

由于光纖損耗問題，需用放大器把信號(hào)進(jìn)行放大，延長(zhǎng)中繼傳輸距離。常見的延長(zhǎng)中繼距離的形式有兩種，一種是光/電/光中繼器，一種是直接在光路上面直接把信號(hào)放大。前者設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本也較高。后者常用摻餌光纖放大器（EDFA）來延長(zhǎng)中繼距離，大大簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低系統(tǒng)成本。

3.2碼型調(diào)制技術(shù)

常見的編碼調(diào)制技術(shù)有歸零碼（RZ）和不歸零碼（NRZ），其中RZ編碼比較常見的有CS-RZ、DRZ等。NRZ的調(diào)制碼型設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，但功率電平較高，容易受非線性影響，所以一般用在低速傳輸?shù)南到y(tǒng)。CS-RZ是一種壓縮頻譜編碼，具有更大的色散容限，因此在100G傳輸系統(tǒng)比較常用。當(dāng)然還有很多特殊的調(diào)制技術(shù)編碼，如QPSK、DQPSK、8QAM、16QAM等，這樣的新碼型調(diào)制技術(shù)擁有更高的色散容限和PMD容限。

3.3 色散補(bǔ)償技術(shù)

隨著光信號(hào)的速率增大，信號(hào)的光譜譜寬變寬，那色散現(xiàn)象就更嚴(yán)重，對(duì)于100G速率的傳輸系統(tǒng)，面臨了色散容限的嚴(yán)峻考驗(yàn)，所以必須采取補(bǔ)償措施。一般是在光纖后面加色散補(bǔ)償模塊，常見的補(bǔ)償模塊有DCF模塊和FBG模塊，DCF模塊插損比較大，F(xiàn)BG模塊插損小，但其時(shí)延有抖動(dòng)。除了加模塊外，還可以在接收部分做補(bǔ)償，比如在相干檢測(cè)技術(shù)上利用DSP技術(shù)，這樣的技術(shù)對(duì)色散也有一定的補(bǔ)償作用。

四、總結(jié)

由于40G速率的傳輸系統(tǒng)已經(jīng)滿足不了當(dāng)前的帶寬需求，使100G傳輸技術(shù)成為當(dāng)前公認(rèn)的解決方案。但100G速率的傳輸系統(tǒng)面臨著OSNR、色散及非線性效應(yīng)等各種技術(shù)的考驗(yàn)，需要采取更新的補(bǔ)償技術(shù)，如新的碼型調(diào)制技術(shù)、新的檢測(cè)技術(shù)及色散補(bǔ)償技術(shù)等，才能使100G傳輸技術(shù)得到快速的發(fā)展。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]陶婷.長(zhǎng)距離光傳輸限制因素的研究與應(yīng)用[D].南京：南京郵電大學(xué).，2009.

[2]戚敏.偏振模色散的模擬及其對(duì)波分復(fù)用系統(tǒng)的影響[D].河南：鄭州大學(xué)，2007.endprint