100G傳輸系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)與運用分析

周浩

【摘要】 隨著各種寬帶技術(shù)的發(fā)展，用戶帶寬需求激增，各區(qū)域的承載網(wǎng)、骨干層面臨著越來越大的帶寬供需壓力。本文就結(jié)合自己的實踐工作經(jīng)驗，對實現(xiàn)100G波分傳輸系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)進行分析與探討。

【關(guān)鍵詞】 100G 傳輸系統(tǒng) 影響因素 關(guān)鍵技術(shù)

隨著寬帶需求爆發(fā)式增長，各區(qū)域的承載網(wǎng)、骨干層面臨著越來越大的帶寬供給壓力。同時，高端100GE路由器的出現(xiàn)，10G/40G的傳送網(wǎng)已經(jīng)不能滿足超寬帶業(yè)務和100GE端口的需求，在骨干層實現(xiàn)100G或超100G的傳輸網(wǎng)將已經(jīng)是各運營商網(wǎng)絡建設(shè)的主流之選。

一、100G系統(tǒng)簡介

根據(jù)定義，由光傳送設(shè)備承載的100G傳送數(shù)據(jù)包能夠迅速完成任何類型100G數(shù)據(jù)的傳輸，其封裝格式是OTN或者以太網(wǎng)。總流量分布在城域、局域以及長途密集波分復用（DWDM）網(wǎng)絡上。這能夠滿足越來越高的帶寬需求，降低系統(tǒng)復雜度，減少了用于管理的波長，提高了頻譜總效率，最終降低了成本。

二、影響傳輸發(fā)展的主要因素

隨著光學器件以及波分設(shè)備等日益成熟，WDM+EDFA技術(shù)已經(jīng)逐漸從骨干網(wǎng)向城域網(wǎng)、接入網(wǎng)下移和參透。另外，光分插復用設(shè)備和光交叉設(shè)備的開發(fā)，點到點的WDM系統(tǒng)正在向復雜光的網(wǎng)絡傳輸不同波長信道和面向客戶提供光路由的光網(wǎng)絡邁進。但要建成實用型的超高速、大容量的全光網(wǎng)絡，還需要處理好3個方面的問題：（1）光纖的色散累積和非線性效應，光學器件引起的光信號在光纖中的噪聲累積和串擾等問題；（2）WDM設(shè)備中的高穩(wěn)定光源和波長可調(diào)的探測器等問題，OXC、OADM設(shè)備波長變換器和可調(diào)光諧濾波器，以及光交叉連接矩陣等問題；（3）設(shè)備的標準化程度、互通性和網(wǎng)管等問題。

三、實現(xiàn)100G傳輸系的關(guān)鍵技術(shù)

1、高級正交幅度調(diào)制技術(shù)。目前40G的調(diào)制方式采用兩相調(diào)制（DPSK）和四相調(diào)制（DQPSK），可實現(xiàn)遠距離傳輸。但100G的傳輸速率分別是40G和 10G的2.5和10倍，為能在50GHz的頻譜內(nèi)的傳輸信號，需考慮更有效的調(diào)制方式。為保持相應的傳輸波特率，100G在傳輸時，每信元符號都需要攜帶更多的比特信息，因此如果單純考慮增加相位調(diào)制的復雜度，就必須從四相調(diào)制發(fā)展到16QAM，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傳輸，且系統(tǒng)設(shè)計復雜。

2、前向糾錯編碼。100G系統(tǒng)相對于40G和10G系統(tǒng)需要更高的FEC編碼增益，而級聯(lián)各種基本FEC編碼算法可獲得更大的編碼增益，能夠有效應對隨機誤碼和突發(fā)誤碼。迭代FEC編碼如Turbo、LDPC編碼以其高編碼增益廣受關(guān)注，其中，迭代編碼LDPC較Turbo編碼具有更優(yōu)的糾錯特性和更低的實現(xiàn)復雜度。基于軟判決和加乘算法的迭代式LDPC算法，其編碼增益逼近香農(nóng)極限，并易于采用并行處理的方式實現(xiàn)。

3、電域色散補償。100G的色散補償模塊要求低損耗、非線性效應小、頻帶寬、體積小、重量輕、低功耗、低成本，而EDC技術(shù)在光電轉(zhuǎn)換后通過信號處理技術(shù)恢復數(shù)據(jù)，通過高集成度的處理芯片運用先進的FFE、DFE、Viterbi（MLSE）等算法來進行電域的色散補償，其具備成本低、尺寸小、自適應能力強等特點，可以滿足100G系統(tǒng)的色散補償需要。

4、并行模數(shù)轉(zhuǎn)換。由于速率的提升單個模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊將不足以完成高速的AD轉(zhuǎn)換，因此可以使用并行模數(shù)轉(zhuǎn)換方式，將每個周期分成若干時隙或子頻帶，每個ADC只負責1個時隙或頻帶然后用DSP恢復整個周期，這樣就可以有效的實現(xiàn)高速信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換。

5、正交頻分復用。正交頻分復用技術(shù)是將傳統(tǒng)的寬帶光載波通道細分為多個相互正交的窄帶子載波分別進行編碼調(diào)制后復用傳輸，減少子信道之間的相互干擾，CD和PMD容限較大，頻譜效率大為提高。

6、軟判決SD/硬判決HD技術(shù)。在100G系統(tǒng)里，目前引進了基于軟判決（SD）的第三代FEC編碼技術(shù)。軟硬判決的區(qū)別在于其對信號量化所采用的比特位數(shù)。硬判決對信號量化的比特數(shù)為1位，其判決非“0”即“1”，沒有回旋余地。軟判決則采用多個比特位對信號進行量化，采用“00”、“01”、”10“、”11“判決，通過Viterbi等估計算法提高判決的準確率，軟判決也讓FEC的凈編碼增益達到11.5dB左右，大大提升了100G系統(tǒng)的傳輸能力。

四、總結(jié)

隨著高帶寬傳輸系統(tǒng)的商用部署，10G/40G傳送承載網(wǎng)已經(jīng)不能滿足超寬帶和100GE路由器端口的需求，100G光纖傳輸技術(shù)逐漸成為了光通信領(lǐng)域新的研究熱點，因此，在承載網(wǎng)的核心層及骨干層實現(xiàn)100G傳輸將成為必然。

參 考 文 獻

[1] 覃文林，趙坤. 超100G光傳輸系統(tǒng). C114中國通信網(wǎng)，2012年2月

[2] 趙文玉等. OTN關(guān)鍵技術(shù)及應用策略探討[J]. 電信網(wǎng)技術(shù)，2010（11）：50-54