100G的傳輸技術(shù)

　　100G傳輸的驅(qū)動(dòng)力

　　過去的三年里面，由于IPTV, HDTV, VoD和移動(dòng)寬帶業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，特別是基于Internet的視頻應(yīng)用和P2P應(yīng)用的迅猛發(fā)展，使運(yùn)營(yíng)商的骨干網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)流量持續(xù)增長(zhǎng)。相關(guān)報(bào)告預(yù)測(cè)到2012年，全球的IP業(yè)務(wù)流量將超過40exabytes (1018 Bytes)。許多運(yùn)營(yíng)商預(yù)計(jì)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)流量年平均增長(zhǎng)率達(dá)到50%以上，按此計(jì)算，六年后的網(wǎng)絡(luò)帶寬需求將是當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的10倍以上。

　　為了應(yīng)對(duì)大容量網(wǎng)絡(luò)帶寬要求，高速率的WDM傳輸技術(shù)成為解決問題的重點(diǎn)。從1995年DWDM系統(tǒng)首次商用以來，其容量從剛開始的8個(gè)DWDM 2.5G波道，發(fā)展到近幾年來開始規(guī)模部署的80個(gè)DWDM 40G波道。而更高速率的100G傳輸技術(shù)也正走向成熟。100G bit/s傳輸將意味著在9秒鐘之內(nèi)傳輸2個(gè)小時(shí)的HD電影和在46秒鐘之內(nèi)全部下載500G字節(jié)的硬盤內(nèi)容，該技術(shù)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(yùn)營(yíng)商擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)容量的需求。

　　但如何才能做到頻譜效率達(dá)到2 bit/s/Hz，并且克服光纖對(duì)于長(zhǎng)距離途傳輸100G高速信號(hào)帶來的挑戰(zhàn)，選擇合適的信號(hào)調(diào)制方式和高性能的接收技術(shù)是實(shí)現(xiàn)100G傳輸?shù)募夹g(shù)關(guān)鍵。下面我們將從這方面著手，介紹100G傳輸技術(shù)。

　　100G的傳輸技術(shù)

　　調(diào)制格式?jīng)Q定了如何將輸入的數(shù)字信息高效的承載到每個(gè)光載波之上。最早期的40G部署基于雙二進(jìn)制傳輸(PSBT)，一個(gè)簡(jiǎn)單的多電平的調(diào)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(dá)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(yīng)用，特別是在美國(guó)部署長(zhǎng)途應(yīng)用。隨后，相位調(diào)制技術(shù)開始被應(yīng)用到40G的傳輸系統(tǒng)，和傳統(tǒng)的幅度調(diào)制的技術(shù)相比，多相位調(diào)制方式可以更好的抵御非線性光學(xué)效應(yīng)和噪聲。最廣泛使用的40G的調(diào)制方式包括差分接收的兩相調(diào)制 (DPSK)和四相調(diào)制方式(DQPSK)，可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)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(nèi)的傳輸信號(hào)，更高效的調(diào)制方式需要考慮。為了保持合適的傳輸波特率，100G的傳輸時(shí)候每信元符號(hào)需要攜帶更多的比特信息(4比特/符號(hào))，因此如果單純考慮增加相位調(diào)制的復(fù)雜度，從四相調(diào)制發(fā)展到16QAM (4比特/符號(hào))，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(zhǎng)距離的傳輸需要，而且系統(tǒng)設(shè)計(jì)比較復(fù)雜。因此，對(duì)于100G的調(diào)制方式的選擇，業(yè)界選擇的主流技術(shù)仍然是QPSK，但為了達(dá)到4比特/符號(hào)，采用極化模復(fù)用的方式，也就是 PDM-QPSK的調(diào)制方式，該調(diào)制方式已經(jīng)被OIF列為標(biāo)準(zhǔn)。

　　圖1、選擇合適的100G的調(diào)制方式

　　圖2是PDM-QPSK的信號(hào)調(diào)制和接收機(jī)的功能示意圖。在發(fā)送端，數(shù)據(jù)分成4路，分別調(diào)制兩個(gè)QPSK調(diào)制器，再通過偏振合波器PBC，得到兩個(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)本振激光器經(jīng)過偏振分束，與偏振分束后的信號(hào)光進(jìn)行混頻，每個(gè)90度混頻器輸出一個(gè)偏振態(tài)的兩路信號(hào)(I、Q)，兩個(gè)偏振態(tài)共四路信號(hào)，經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換后，再由ADC采樣后采用DSP進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理。

　　圖2、PDM-QPSK發(fā)送和接收的功能示意圖

　　PDM-QPSK的信號(hào)在接收側(cè)采用相干檢測(cè)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)高性能的信號(hào)解調(diào)。和直接解調(diào)和差分解調(diào)方式相比，相干檢測(cè)所使用的本地激光器的功率要遠(yuǎn)大于輸入光信號(hào)的光功率，所以光信噪比可以極大地改善。特別是相干檢測(cè)技術(shù)充分利用強(qiáng)大的DSP來處理極化模復(fù)用信號(hào)，可以通過后續(xù)的數(shù)字信號(hào)處理補(bǔ)償并進(jìn)行信號(hào)重構(gòu)，可以還原被傳輸?shù)男盘?hào)的特性(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(dá)30ps，無需線路色散補(bǔ)償就可以容忍幾萬ps/nm。

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