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三大核心技術(shù)撐起40G DWDM發(fā)展脊梁

訊石光通訊網(wǎng)   發(fā)布時(shí)間:2008/6/17 9:11:32   編者:iccsz    
摘要：寬帶業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，催生了核心路由器40G業(yè)務(wù)端口的出現(xiàn)，迫切需要解決40G的傳輸問(wèn)題。在我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的珠三角、長(zhǎng)三角、環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)帶城域網(wǎng)核心節(jié)點(diǎn)之間已經(jīng)采用了并行多個(gè)10G端口的捆綁方式，但這種方式給運(yùn)維、管理帶來(lái)了難度，開(kāi)銷龐大、端口效率不高，電信運(yùn)營(yíng)商的數(shù)據(jù)部門(mén)有較強(qiáng)的配置40G數(shù)據(jù)端口的意愿，40G應(yīng)用已迫在眉睫。而40G傳輸面臨一系列關(guān)鍵技術(shù)的突破以及工程應(yīng)用問(wèn)題的解決。本文點(diǎn)評(píng)了40G的核心技術(shù)，簡(jiǎn)要分析了40G工程應(yīng)用中需要關(guān)注的問(wèn)題。
    寬帶業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，催生了核心路由器40G業(yè)務(wù)端口的出現(xiàn)，迫切需要解決40G的傳輸問(wèn)題。在我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的珠三角、長(zhǎng)三角、環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)帶城域網(wǎng)核心節(jié)點(diǎn)之間已經(jīng)采用了并行多個(gè)10G端口的捆綁方式，但這種方式給運(yùn)維、管理帶來(lái)了難度，開(kāi)銷龐大、端口效率不高，電信運(yùn)營(yíng)商的數(shù)據(jù)部門(mén)有較強(qiáng)的配置40G數(shù)據(jù)端口的意愿，40G應(yīng)用已迫在眉睫。而40G傳輸面臨一系列關(guān)鍵技術(shù)的突破以及工程應(yīng)用問(wèn)題的解決。本文點(diǎn)評(píng)了40G的核心技術(shù)，簡(jiǎn)要分析了40G工程應(yīng)用中需要關(guān)注的問(wèn)題。
 
　　一、40G DWDM關(guān)鍵技術(shù)
 
　　在10G超長(zhǎng)傳輸技術(shù)基礎(chǔ)上，40G要走向?qū)嵱眠€需新的技術(shù)突破，主要有新型光調(diào)制技術(shù)、動(dòng)態(tài)色散補(bǔ)償技術(shù)以及偏振模式色散補(bǔ)償?shù)取?/font>
 
　　1. 碼型調(diào)制技術(shù)
 
　　40G要走向?qū)嵱没?，新型光調(diào)制格式是關(guān)鍵。筆者認(rèn)為目前以及未來(lái)幾年可以預(yù)見(jiàn)并可望實(shí)用的光調(diào)制碼型有：NRZ、ODB、DPSK、DQPSK/RZ-DQPSK以及PM-QPSK。
 
　　非歸零(NRZ)碼型用高光功率表示“1”碼，接近于零的低光功率表示“0”碼，相連的“1”碼之間光功率保持高水平。NRZ可以采用EA或MZ做光調(diào)制器，光發(fā)送和接收單元都比較簡(jiǎn)單。但在40Gbps系統(tǒng)中，NRZ的OSNR容限以及傳輸?shù)姆蔷€性限制了系統(tǒng)的波長(zhǎng)間隔和無(wú)電中繼傳輸距離，其僅適用于作為40G客戶側(cè)接口或100GHz波長(zhǎng)間隔的城域傳輸接口。
 
　　光雙二進(jìn)制(ODB)碼型是三電平光調(diào)制格式，用接近于零的低光功率表示“0”碼，用高光功率表示“1”碼，但相鄰“1”碼相位可能相差π，從而有效壓縮了光譜寬度。ODB有多種實(shí)現(xiàn)方案，業(yè)界關(guān)注較多的有2種：
 
　　相位整形光雙二進(jìn)制(PSBT)碼型，采用5階Bessel低通濾波器實(shí)現(xiàn)2電平到3電平變換，這樣奇數(shù)個(gè)“0”兩邊的“1”相位相差π，偶數(shù)個(gè)“0” 兩邊的“1”相位相同。其優(yōu)勢(shì)為頻譜帶寬窄，色散容限高，能適用于50G波長(zhǎng)間隔的DWDM系統(tǒng)。劣勢(shì)是眼圖不好，OSNR容限接近NRZ碼型。
 
　　傳號(hào)交替反轉(zhuǎn)(AMI)碼型，“0”碼用零電平表示，相鄰“1”碼交替用“+1”和“-1”，即相鄰“1”碼相位相差為π，并且對(duì)“1”進(jìn)行了歸零。優(yōu)勢(shì)是用于100GHz間隔系統(tǒng)可以顯示歸零碼對(duì)OSNR明顯的改善效果，較PSBT會(huì)有2dB左右改善。其劣勢(shì)是光通道帶寬不能太窄，只能用于100GHz間隔以上DWDM系統(tǒng)。
 
　　差分相移鍵控(DPSK)碼型是將數(shù)據(jù)承載于臨近光脈沖的差分相位上，即前后兩個(gè)信號(hào)脈沖的光載波相位相同則表示是數(shù)字碼“1”，相反則表示是數(shù)字碼“0”。DPSK的頻譜能量集中，頻譜效率高，可以改進(jìn)色散容限、非線性容限。DPSK光接收端需要光解調(diào)器，采用平衡檢測(cè)OSNR容限可以比NRZ改進(jìn)約3dB。特別是光解調(diào)器的兩臂設(shè)置合適的延時(shí)量，可以以較小的光通道濾波損傷達(dá)到支持50GHz波長(zhǎng)間隔DWDM系統(tǒng)的能力，因此DPSK是目前技術(shù)成熟、性價(jià)比最好的支持50GHz波長(zhǎng)間隔的骨干網(wǎng)DWDM系統(tǒng)解決方案，用于100GHz波長(zhǎng)間隔系統(tǒng)更有優(yōu)勢(shì)。
 
　　差分正交相移鍵控DQPSK碼型實(shí)際上是兩路DPSK調(diào)制信號(hào)相差半個(gè)時(shí)鐘周期疊加。DQPSK的頻譜帶寬只有DPSK的一半，可以很好地支持50GHz間隔的40Gbps DWDM傳輸，擁有良好的PMD和色散容限。目前研究較多的是RZ-DQPSK，它結(jié)合了RZ和DQPSK的優(yōu)點(diǎn)，具有良好的非線性抑制能力和高的色散與PMD容限。但實(shí)現(xiàn)方案比較復(fù)雜，目前集成度低是其商用的主要障礙，性能上與10G NRZ混傳可能會(huì)受到嚴(yán)重?fù)p傷。
 
　　偏振復(fù)用正交相移鍵控PM-QPSK碼型實(shí)際上是兩路偏振態(tài)正交的QPSK調(diào)制信號(hào)疊加，這樣其單個(gè)調(diào)制信號(hào)的速率就變成了10G bps。因此在性能上是與目前10G DWDM系統(tǒng)最接近的一種40G調(diào)制格式，但其實(shí)現(xiàn)方案在現(xiàn)有技術(shù)水平下過(guò)于復(fù)雜，集成度低，特別是工程中的可用性需要驗(yàn)證。
 
　　2. 動(dòng)態(tài)色散補(bǔ)償(TDC)技術(shù)
 
　　TDC技術(shù)是目前40G較成熟的光調(diào)制格式，色散容限都在±200ps/nm之內(nèi)，考慮到色散補(bǔ)償模塊補(bǔ)償精度及色散斜率補(bǔ)償與光纖的失配、環(huán)境溫度變化對(duì)色散的影響以及線路維護(hù)可能造成色散變化等，40G長(zhǎng)距離傳輸系統(tǒng)動(dòng)態(tài)色散補(bǔ)償是必配的。
 
　　動(dòng)態(tài)色散補(bǔ)償技術(shù)長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)說(shuō)，我們看好電色散補(bǔ)償(EDC)方法。但目前光的色散補(bǔ)償技術(shù)較成熟，主要有光纖啁啾Bragg光柵(FBG)技術(shù)、GT Etlon標(biāo)準(zhǔn)具技術(shù)、虛成像相移陣列技術(shù)等實(shí)現(xiàn)方式，光纖光柵(FBG)相比較而言最成熟。
 
　　動(dòng)態(tài)色散補(bǔ)償應(yīng)自動(dòng)優(yōu)化色散補(bǔ)償量，而整個(gè)鏈路的殘余色散量無(wú)法在線監(jiān)測(cè)，目前基本依據(jù)接收點(diǎn)糾錯(cuò)前的誤碼率來(lái)閉環(huán)調(diào)整，而誤碼引起的原因很多，所以必須采用有效的優(yōu)化控制算法。
 
　　3. 偏振模色散補(bǔ)償(PMD)技術(shù)
 
　　光纖鏈路PMD主要影響因素是光纖、色散補(bǔ)償模塊和光放大器，其他器件數(shù)量少，對(duì)鏈路PMD影響較小。較成熟的40G光調(diào)制格式，如按器件/模塊廠商提供的典型參數(shù)設(shè)計(jì)，無(wú)PMD補(bǔ)償時(shí)傳輸距離500km可能就是一個(gè)坎。
 
　　目前關(guān)于PMD補(bǔ)償系統(tǒng)的研究在光域、電域和光電域結(jié)合等多個(gè)方面同時(shí)展開(kāi)。主要依賴測(cè)得的偏振度(DOP)、電域特定信號(hào)譜功率、電域全部信號(hào)譜功率、誤碼率(BER)、眼圖監(jiān)控信號(hào)以及電域中的橫向?yàn)V波器和閾值電流技術(shù)等來(lái)調(diào)節(jié)PMD補(bǔ)償量。但目前能應(yīng)用于實(shí)際工程的PMD補(bǔ)償器極少，而且效果需要工程檢驗(yàn)。
 
　　二、工程應(yīng)用應(yīng)關(guān)注的問(wèn)題
 
　　40G DWDM系統(tǒng)與10G DWDM系統(tǒng)相比，在工程應(yīng)用中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注以下問(wèn)題：
 
　　1. 系統(tǒng)的PMD問(wèn)題
 
　　40G系統(tǒng)的PMD不但要關(guān)注光纜，還要考慮站點(diǎn)內(nèi)大量的摻鉺光纖放大器(EDFA)和色散補(bǔ)償光纖(DCF)。而光纜的PMD與光纖質(zhì)量、成纜工藝水平、施工維護(hù)水平等密切相關(guān)，必須依賴實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，理論假設(shè)或按標(biāo)準(zhǔn)給的參數(shù)對(duì)工程設(shè)計(jì)沒(méi)有太多實(shí)用意義。
 
　　PMD具有統(tǒng)計(jì)特性，最大群時(shí)延(DGD)超過(guò)容限并不意味著系統(tǒng)就會(huì)癱瘓，只是表示短期(如每年2分鐘)PMD引起的代價(jià)可能會(huì)大于1dB，會(huì)占有系統(tǒng)的裕量。
 
　　2. 40G與10G混傳問(wèn)題
 
　　10G NRZ與40 GDPSK/DQPSK混傳時(shí)，鄰近10G NRZ比特序列導(dǎo)致的幅度隨機(jī)起伏會(huì)引起DPSK、DQPSK的相位隨機(jī)變化，從而對(duì)40Gbps的DPSK、DQPSK帶來(lái)比純40Gbps系統(tǒng)更大的傳輸損傷。由于DPSK是兩相位，DQPSK是四相位，這種XPM導(dǎo)致的相位擾動(dòng)對(duì)DQPSK可能是致命的。所以在工程設(shè)計(jì)中，建議10G與40G波長(zhǎng)最好不要間插配置，建議分別配置在相鄰的波帶。
 
　　3. 40G客戶側(cè)接口問(wèn)題
 
　　目前40G客戶側(cè)接口通常配置1550nm波長(zhǎng)的40G NRZ接口，對(duì)G.652光纖客戶側(cè)色散容限只有2km，對(duì)G.655光纖客戶側(cè)色散容限接近10km，因此數(shù)據(jù)中心與傳輸機(jī)房之間的40G接口必須考慮其色散限制。有以下解決思路：
 
　　(1)配置1310nm波長(zhǎng)的客戶側(cè)接口，ITU-T最新已建議將波長(zhǎng)限制在G.652光纖零色散波長(zhǎng)附近的1307~1317nm，色散受限距離可望達(dá)40km;
 
　　(2)配置1550nm波長(zhǎng)的40G PSBT接口，G.652可達(dá)10km，G.655光纖接近40km。
 
　　4. 40G業(yè)務(wù)保護(hù)問(wèn)題
 
　　40G DWDM系統(tǒng)相比10G系統(tǒng)每個(gè)波長(zhǎng)通道上增加了多個(gè)動(dòng)態(tài)調(diào)整的部件，如動(dòng)態(tài)色散補(bǔ)償、DPSK解調(diào)器的相位鎖定、可能需配置的PMD補(bǔ)償模塊等，這些參數(shù)的調(diào)整需要糾錯(cuò)前的誤碼率，并且會(huì)互相影響，需要多重循環(huán)才能完成一次優(yōu)化，與50ms保護(hù)倒換時(shí)間相差很遠(yuǎn)。目前40G只支持客戶側(cè)的1+1保護(hù)。
內(nèi)容來(lái)自：中興通訊
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關(guān)鍵字: DWDM
文章標(biāo)題:三大核心技術(shù)撐起40G DWDM發(fā)展脊梁
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