100G傳輸系統的關鍵技術應用初探

吳堅

【摘 要】近年來，隨著骨干網絡的業務流量增長迅速，寬帶業務承受著巨大的壓力，為了提高寬帶業務效率，發展100G傳輸技術已成為趨勢，本文對100G傳輸技術的關鍵技術等方面進行探討。

【關鍵詞】1 0 0 G傳輸；關鍵技術；發展

【中圖分類號】S972.7+6【文獻標識碼】A【文章編號】1672-5158（2013）07-0379-02

1.100G傳輸系統關鍵技術

1.1 100G線路傳輸技術

（1）100GE信號反向復用技術

運營商已經鋪設了大量的10G/40G的DWDM網絡。為了保護運營商投資，在現存的10G/40G光網絡上傳輸100GE業務顯得尤為重要，反向復用是滿足這個需求的較好技術。運營商可以完全利用現有的網絡資源，無需重新設計與規劃便可在低速DWDM網絡上承載100GE業務。例如，將100GE業務反向復用到11個10G波長上，反向復用到3個40G波長上；或者反向復用到2個50G波長上并進行WDM傳輸。

（2）串行100G的DWDM傳輸技術

從技術與器件發展、降低運營商OPEX角度看，串行100G的WDM傳輸是未來發展方向，由于100G信號比特率高，為了滿足50 GHz DWDM通道間隔需求，以及與10G/40G低速信號的混合傳輸、平滑升級的需要，在串行100G業務傳輸時需采用更加先進的新技術，以降低線路傳輸的光信號的波特率，提升光纖對信號損傷容限。例如，采用高階編碼調制接收技術、偏振復用解復用技術、光相干接收+電處理技術、超強FEC技術、新型高速光電器件技術等等。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，以支持長距離的DWDM傳輸。

1.2 100G調制技術

對于100G的調制方式，業界選擇的主流技術仍是QPSK，但為了達到4比特/符號，采用了極化模復用方式，也就是PDM-QPSK調制方式，該調制方式已被OIF列為標準。

PDM-QPSK的信號調制：在發送端，數據被分成4路，分別調制2個QPSK 調制器，再通過偏振合波器PBC，得到2個極化偏振態垂直的QPSK信號，即PDM-QPSK信號。在接收端采用相干檢測，用一個本振的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1個偏振態的2路信號（I、Q），2個偏振態共4路信號，經過光電轉換后，再由ADC采樣后采用DSP進行數字信號處理。

PDM-QPSK信號在接收側采用相干檢測的技術可以實現高性能的信號解調。與直接解調、差分解調方式相比，相干檢測所使用的本地激光器功率要遠大于輸入光信號的光功率，所以光信噪比可以被極大地改善。特別是相干檢測技術可以充分利用強大的DSP來處理極化模復用信號，可以通過后續的數字信號處理補償并進行信號的重構，可以還原被傳輸信號的特性（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30ps，無需線路的色散補償就可以容忍幾萬ps/nm。

1.3 100GE映射封裝技術

將100GE適配到OTN有反向復用多波長和單波長傳送2種方案。根據100GE接口具體實現形式，有多種的技術組合。

（1）100GE 串行接口映射到OTU4。采用標準100G OTN（待標準化）的接口進行封裝、映射、傳輸，波長利用率高。

（2）100GE串行接口反向復用與映射。將串行接口反向復用到標準10G或者40G低速OTN的接口進行傳輸。這需要耗費較多的波長資源。

（3）10×10GE/4×25GE的100G復用與映射。將低速并行的以太網信號復用到100GE高速串行信號并映射到100G OTN接口，然后進行傳輸。

1.4 目前，100GE的物理接口主要有以下3種。

（1）10×10GE短距離互聯的LAN接口技術。通常采用并行的10根光纖或者10個C/DWDM傳輸100GE業務。此方案可以利用現有的10GE器件，比較成熟。

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

同時，基于性價比考慮，需要考慮合適的編碼調制技術和WDM技術。

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

2.100G WDM系統解決方案

2.1 100G解決方案要求

期望與現存的10G/40G系統性能相當。

a）100G業務信號一定要在不影響現網業務和網絡拓撲的情況下，可以與10G、40G業務信號混傳。b）無電中繼傳輸距離在1000km以上。c）50 GHz通道間隔，即80波。d）系統色散容限相當或更好（>800ps/nm）。e）系統PMD容限相當或更好（>10ps DGD）。f）穿通ROADM 能力相當或更好（>10個ROADM）

2.2 100G解決方案研究

100G對光纖傳輸提出了更加嚴格的要求，在同等物理條件下與10G DWDM 傳輸系統相比，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）效應劣化更為嚴重。d）非線性效應變得更加明顯。

（1）高效的碼型

100G 碼型技術比較見表1。由表1可知，PDMQPSK調制/Coherent檢測技術被OIF確定為未來100G長距離傳輸的標準碼型，是業界100G主流解決方案。（見表1）

（2） FEC技術

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極限的性能，可望用于100G光傳輸系統。

（3）偏振態復用

兩線性正交偏振態可有效復用，可進一步降低光信號的傳輸波特率，提高頻譜效率和CD、PMD 容忍度，可通過相位分集和偏振態分集將光信號的所有光學屬性映射到電域以解析任意光調制格式的信息。

（4）數字相干接收

數字相干接收機在電域實現偏振解復用和通道損傷補償，可進一步提高對CD和PMD的容忍度，簡化傳輸通道補償技術，減少對低PMD光纖和光色散補償器的依賴。

基于目前的電子技術水平，PM-QPSK 降低了ADC采樣速率的要求，高速ADM和DSP成為數字相干接收實現的關鍵和難點，提高了數字信號處理技術被采用的可行性。

（5）高速ADC 及DSP

在高速相干光接收機中，最主要的核心器件是高速模數轉換（ADC）器件（50 Gsample/s 以上）和高速數字信號處理（DSP）芯片。高速ADC和DSP 對信號的偏振進行解復用，并結合使用電子色散補償（EDC）來抑制偏振模色散的影響。利用DSP 技術在電域均衡色散和PMD 理論上可以獲得無限寬的色散和PMD 容限，考慮到芯片設計復雜度和可實現性，通常色散容限可設計在幾萬ps/nm，PMD 容限可設計在上百ps。

3.100G發展趨勢

100G技術是未來幾年高速傳輸帶寬的主流提供技術。從100G后續發展趨勢來看，2012年是100G長距傳輸的測試驗證年，2013年更是100Gb/ s技術現網試驗年，2014年在體積和功耗進一步降低后，將逐步推動規模商用，而更高速率的400G或1T會重新成為高速傳輸應用技術新的關注焦點。

參考文獻

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[2] 湯瑞，趙文玉，吳慶偉，等. 40G/100G標準化現狀及發展趨勢[J].郵電設計技術，2011（4）