基于面向下一代靈活光網絡的數字相干光傳輸技術分析

鄭海波

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基于面向下一代靈活光網絡的數字相干光傳輸技術分析

鄭海波

廣東達安項目管理股份有限公司，廣東 廣州 510510

結合靈活光網絡的傳輸技術應用情況，對面向下一代靈活光網絡的數字相干光傳輸技術展開了分析，從而為關注這一話題的人們提供參考。

靈活光網絡；數字相干光傳輸；調制技術

引言

隨著互聯網技術的發展，越來越多的高帶寬網絡業務得以產生，對光纖傳輸系統提出了更高的要求。為滿足這些需求，要盡快完成下一代靈活光網絡建設，以確保網絡傳輸速率和容量得到不斷提升。加強數字相干光傳輸技術的應用，能滿足下一代光網絡建設要求。因此，應加強對基于面向下一代靈活光網絡的數字相干光傳輸技術分析，更好地推動光纖通信技術發展。

1 下一代靈活光網絡中數字相干光傳輸技術的應用

受大數據、云計算等互聯網業務的影響，下一代靈活光網絡的研究重點在于實現超100?Gbps數字相干光傳輸。隨著我國互聯網業務流量的不斷提升，通信行業對下一代靈活光網絡建設提出了高速大容量傳輸需求。運用數字相干光傳輸技術，可以通過相干檢測實現對靈活光網絡中相位、偏振等光信號各種物理維度的充分利用，為光網絡傳輸容量和頻譜效率的提升提供較大空間[1]。表1為光纖通信OFC和ECOC會議提出的Tbit/s以上數字相干光傳輸實驗結果。從實驗結果來看，采用高階調制技術可以提升光傳輸系統單載波調制速率，提高系統相位噪聲和色散等容忍度，確保光網絡傳輸質量。

表1 Tbit/s 以上數字相干光傳輸實驗結果

2 基于面向下一代靈活光網絡的數字相干光傳輸技術

2.1 靈活光網絡數字相干光傳輸

在靈活光網絡實現數字相干光傳輸時，需要利用發射端進行數字相干光信號發送，然后利用光纖鏈路實現信號傳輸，最后利用接收端實現信號接收。發射端由數字信號處理器、數模轉換器等結構構成，其中數字信號處理器可實現編碼映射、脈沖整形等功能，可以將離線產生的兩個偏振方向上的同向和正交分量加載至數模轉換器，以完成數字域到電域轉換。采用該種發射端，能夠提升網絡傳輸靈活度和性能。在接收端完成鏈路中信號接收后，需先利用模數轉換器完成光電轉換，然后利用數字信號處理器完成前端校正、頻偏糾正、色散補償、恢復解碼等處理，從而實現相干光傳輸[2]。在整個傳輸過程中，信號編碼調制和解碼識別是至關重要的兩個環節，關系網絡信號傳輸質量。

2.2 編碼調制技術

在編碼調制階段，改變編碼速率、調制碼型等參數，可對光網絡傳輸速率進行調節。在該方面，M-QAM技術最早得到了應用，比如采用DP-QPSK調制碼型，能完成100?Gbps傳輸，采用DP-16?QAM可完成200?Gbps傳輸。但采用該技術，調制碼型間顆粒度間隔過大，造成光網絡傳輸靈活性降低。針對這一問題，引入了多維編碼調制格式，通過將信號空間信號點分解為多個子集，然后通過引入冗余度完成傳輸速率自適應調節。但采用該種編碼調制格式，將導致網絡傳輸復雜度增加。采用時域混合QAM調制碼型，可在數據結構中進行不同M-QAM調制格式的周期性插入，使調制碼型各符號根據QAM1和QAM2調制碼型比特數及排列結構確定攜帶的比特數，完成傳輸速率的自適應調節。采用該種調制編碼方式，可以更加直接地完成調制碼型部署。但與此同時，也需要解決調制碼型功率比的優化問題，確保高階調制碼型受到的非線性效應影響得到減少。在實現時域混合QAM調制碼型解映射時，則要完成相應碼型的實時追蹤。

2.3 解碼識別技術

靈活光網絡接收端在進行信號接收時，將根據信號調制碼型實現判決解碼、載波相位恢復等功能。但由于光網絡采用的調制編碼方式變得多樣化，所以接收端還需完成有效解碼識別。針對時域混合QAM調制碼型，目前主要采用基于斯托克斯空間和基于接收信號功率分布的調制碼型識別技術。采用基于斯托克斯空間的調制碼型識別技術，可根據調制碼型信號映射到斯托克斯空間點簇個數完成碼型識別，需利用歸類聚集算法完成空間點簇分類，如k-mesns算法、最大似然算法等，擁有不同識別度。采用高階統計量，可實現M-QAM細分，并利用四階統計量區分QPSK/BPSK。但采用該技術，在信號傳輸距離超出2?240?km時，將無法完成100%的正確識別。采用基于接收信號功率分布的解碼識別技術，可在傳輸距離達4?000?km時獲得100%正確識別率。采用該技術，需在載波相位恢復的BRSK導頻符號上進行調制碼型信息加載，然后通過解調BPSK符號獲得調制碼型[3]。通過周期性插入相同碼型解調BPSK符號，并對重復符號數進行假定編碼，可消除高斯白噪聲的影響。在相干光通信中，也可以將調制碼型信息加載至發射端RF-Pilot幅度上，從而結合接收到的相位和幅度信息完成解調識別。

圖1為采用該方法獲得的RF-Pilot相位和幅度信息。

圖1 RF-Pilot相位和幅度信息

3 結論

通過分析可以發現，在面向下一代靈活光網絡建設中，還應加強對數字相干光傳輸技術的應用，提高網絡容量和傳輸速率。就目前來看，實際應用數字相干光傳輸技術進行光網絡信號傳輸時，還要加強高階調制技術的應用，解決信號傳輸過程中的調制編碼和解調識別問題，繼而更好地保證網絡信號傳輸質量。

[1]王朔，張凱倫.數字信號處理算法在相干光通信系統中的應用研究[J].電子世界，2014（16）：220-221.

[2]冷丹，郝耀鴻，徐智勇.基于偏分復用技術的CO-OFDM系統模型分析[J].光通信研究，2015（3）：5-8.

[3]李波，郝耀鴻.相干光OFDM在高速光傳輸中的應用[J].通信技術，2013，46（1）：3-6.

Analysis of Digital Coherent Optical Transmission Technology Based on Next Generation Flexible Optical Network

Zheng Haibo

Guangdong Daan Project Management Co., Ltd., Guangdong Guangzhou 510610

Combined with the application of transmission technology in flexible optical network, the paper analyzes the digital coherent optical transmission technology for the next generation of flexible optical network, so as to provide reference for those who are interested in this topic.

flexible optical network; digital coherent optical transmission; modulation technology

TN929.1

A

1009-6434（2017）11-0095-02