100G的傳輸技術

　　100G傳輸的驅動力

　　過去的三年里面，由于IPTV, HDTV, VoD和移動寬帶業(yè)務的快速發(fā)展，特別是基于Internet的視頻應用和P2P應用的迅猛發(fā)展，使運營商的骨干網絡的業(yè)務流量持續(xù)增長。相關報告預測到2012年，全球的IP業(yè)務流量將超過40exabytes (1018 Bytes)。許多運營商預計網絡業(yè)務流量年平均增長率達到50%以上，按此計算，六年后的網絡帶寬需求將是當前網絡的10倍以上。

　　為了應對大容量網絡帶寬要求，高速率的WDM傳輸技術成為解決問題的重點。從1995年DWDM系統(tǒng)首次商用以來，其容量從剛開始的8個DWDM 2.5G波道，發(fā)展到近幾年來開始規(guī)模部署的80個DWDM 40G波道。而更高速率的100G傳輸技術也正走向成熟。100G bit/s傳輸將意味著在9秒鐘之內傳輸2個小時的HD電影和在46秒鐘之內全部下載500G字節(jié)的硬盤內容，該技術的使用將使單波道的頻譜效率從40G 的0.8 bit/s/Hz提升到2 bit/s/Hz，滿足了運營商擴展網絡容量的需求。

　　但如何才能做到頻譜效率達到2 bit/s/Hz，并且克服光纖對于長距離途傳輸100G高速信號帶來的挑戰(zhàn)，選擇合適的信號調制方式和高性能的接收技術是實現(xiàn)100G傳輸?shù)募夹g關鍵。下面我們將從這方面著手，介紹100G傳輸技術。

　　100G的傳輸技術

　　調制格式決定了如何將輸入的數(shù)字信息高效的承載到每個光載波之上。最早期的40G部署基于雙二進制傳輸(PSBT)，一個簡單的多電平的調制方式允許50GHz的波道間隔和濾波操作。它具有良好的成本與性能比，但只達到中等距離的傳輸水平(8x22dB)。自2005年以來，它已在某些地區(qū)開始應用，特別是在美國部署長途應用。隨后，相位調制技術開始被應用到40G的傳輸系統(tǒng)，和傳統(tǒng)的幅度調制的技術相比，多相位調制方式可以更好的抵御非線性光學效應和噪聲。最廣泛使用的40G的調制方式包括差分接收的兩相調制 (DPSK)和四相調制方式(DQPSK)，可以實現(xiàn)長距離的傳輸。但100G的傳輸速率是40G的2.5倍，是傳統(tǒng)10G的10倍，為了在50GHz的頻譜內的傳輸信號，更高效的調制方式需要考慮。為了保持合適的傳輸波特率，100G的傳輸時候每信元符號需要攜帶更多的比特信息(4比特/符號)，因此如果單純考慮增加相位調制的復雜度，從四相調制發(fā)展到16QAM (4比特/符號)，但由于16QAM的最小歐氏距離很小，能容忍的相位和幅度噪聲也很小，所以其非線性容忍性很差，因此無法滿足長距離的傳輸需要，而且系統(tǒng)設計比較復雜。因此，對于100G的調制方式的選擇，業(yè)界選擇的主流技術仍然是QPSK，但為了達到4比特/符號，采用極化模復用的方式，也就是 PDM-QPSK的調制方式，該調制方式已經被OIF列為標準。

　　圖1、選擇合適的100G的調制方式

　　圖2是PDM-QPSK的信號調制和接收機的功能示意圖。在發(fā)送端，數(shù)據(jù)分成4路，分別調制兩個QPSK調制器，再通過偏振合波器PBC，得到兩個極化偏振態(tài)垂直的QPSK信號，即PDM-QPSK信號。

　　在接收端，采用相干檢測，用一個本振激光器經過偏振分束，與偏振分束后的信號光進行混頻，每個90度混頻器輸出一個偏振態(tài)的兩路信號(I、Q)，兩個偏振態(tài)共四路信號，經過光電轉換后，再由ADC采樣后采用DSP進行數(shù)字信號處理。

　　圖2、PDM-QPSK發(fā)送和接收的功能示意圖

　　PDM-QPSK的信號在接收側采用相干檢測技術可以實現(xiàn)高性能的信號解調。和直接解調和差分解調方式相比，相干檢測所使用的本地激光器的功率要遠大于輸入光信號的光功率，所以光信噪比可以極大地改善。特別是相干檢測技術充分利用強大的DSP來處理極化模復用信號，可以通過后續(xù)的數(shù)字信號處理補償并進行信號重構，可以還原被傳輸?shù)男盘柕奶匦?極化模，幅度，相位)，大幅度消除光纖帶來的傳輸損傷，如PMD容忍度達30ps，無需線路色散補償就可以容忍幾萬ps/nm。

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