1引言
在寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務的大力驅(qū)動下,路由器40G接口已經(jīng)開始商用,40G波分復用(WDM)技術(shù)的難點逐步解決,近期人們討論的技術(shù)焦點已經(jīng)不再是40GWDM是否可商用,而是在考慮實際網(wǎng)絡中應該選擇什么樣的技術(shù)來部署40GWDM系統(tǒng)。
2 40GWDM技術(shù)
目前,全球各個電信設備制造商為實現(xiàn)40GWDM采用了各種各樣的創(chuàng)新技術(shù)。其中,最復雜的是編碼/調(diào)制技術(shù),包括:
(1)編碼技術(shù):NRZ(不歸零碼),RZ(歸零碼),CRZ(啁啾RZ),F(xiàn)SRZ(全譜RZ),ODB(光二進制碼),PSBT(相位整形二進制傳輸),DRZ(差分歸零碼),CS-NRZ(載波抑制不歸零碼)等。
(2)調(diào)制技術(shù):IM(強度調(diào)制),DPSK(二相位調(diào)制),QPSK(四相位調(diào)制),DQPSK(差分四相位調(diào)制),DP-QPSK(雙極化四相位調(diào)制)以及一些編碼和調(diào)制技術(shù)的組合。
(3)色散補償技術(shù):DCM+ADC(AdaptiveDispersionCompensation),基于光纖布拉格光柵技術(shù)的可調(diào)色散補償器,采用最大可能性序列估計(MLSE)的電域補償(eDCO,eDC40G)。
(4)PMD補償(管理)技術(shù):PMDC(PMD補償器),eDC(電域PMD補償),采用特殊的調(diào)制編碼技術(shù)。
(5)FEC編碼技術(shù):為實現(xiàn)更高編碼的增益,很多廠商采用了自有的FEC編碼技術(shù)。
各個廠商在實現(xiàn)40GWDM時采用了很多新技術(shù),并且大都聲稱自己的技術(shù)是更適合40GWDM系統(tǒng)。關(guān)于如何評價這些新技術(shù)對系統(tǒng)帶來的影響也眾說紛紜。
但實際上,我們不能僅根據(jù)系統(tǒng)采用的某一項新技術(shù)來評價一個40G系統(tǒng)的優(yōu)劣,因為一項新技術(shù)的引入在改善系統(tǒng)某些方面性能的同時可能使另外一些性能變差,而變差的那部分性能又可以采用另一種新技術(shù)來彌補。比較客觀準確的方法應該是將廠商提供的40GWDM系統(tǒng)作為一個整體進行評價。而對40GWDM系統(tǒng)的評價標準最可靠的是使用10GWDM系統(tǒng)做為標桿。因為基于NRZ編碼和IM-DD的10G WDM系統(tǒng)已經(jīng)是非常成熟的商用系統(tǒng),大家對它的系統(tǒng)性能和鏈路預算能力比較熟悉且意見比較統(tǒng)一。幾乎所有能提供40G WDM系統(tǒng)的廠商都表示,無論采用何種技術(shù)方案,能夠和現(xiàn)有10G WDM系統(tǒng)兼容的才是最重要的。
3 10GWDM與40G WDM的比較
(1)支持50GHz間隔
現(xiàn)有商用的10GLongHaulDWDM系統(tǒng)的波道間隔為100GHz或50GHz,新建的系統(tǒng)幾乎都是50GHz的,如果采用100GHz間隔,一個40G和10G混合的WDM系統(tǒng)所提升的系統(tǒng)容量非常有限,因此100GHz間隔的40G系統(tǒng)不可能成為主流。
(2)和10G相同的色散容限
10G系統(tǒng)絕大部分采用在光線路中插入色散補償光纖(DCF)進行色散校正,由于不能精確補償,隨著光復用段的長度增加,殘余色散會逐漸增大。10G系統(tǒng)的色散容限一般都大于±400ps/nm.。40G系統(tǒng)的色散容限應該達到或優(yōu)于這個水平。
(3)和10G相同PMD容限
10GWDM對PMD并不敏感,一般在犧牲不大于1dB的OSNR代價就可以容忍15ps以上的平均DGD。但是,40G系統(tǒng)無論采用什么編碼/調(diào)制方式都很難達到這個水平,目前絕大多數(shù)廠商的解決辦法是挑選PMD性能好的光纖。從長遠看,PMD補償器和電域PMD補償才是突破PMD容限的有效方法。
(4)和10G相似的OSNR靈敏度
隨著各種帶外FEC算法的出現(xiàn),一般10G系統(tǒng)的背靠背OSNR的靈敏度(原始BER=10E-3時)都小于11dB,如果40G的OSNR靈敏度不能達到類似的水平,則和10G混傳時的鏈路預算能力就會大打折扣。
4北電40G解決方案
以北電的40G解決方案為例,分析一下40G系統(tǒng)為達到以上4個方面的要求而采用的技術(shù)和特點。
(1)能否支持50GHz間隔主要取決于40G已調(diào)光信號的譜寬是否滿足50GHz間隔要求,而已調(diào)信號的譜寬和采用的調(diào)制方式密切有關(guān)。北電40G系統(tǒng)采用DP-QPSK調(diào)制技術(shù),其中DP是DualPolarization(雙極化,或雙偏振),也即偏振復用(PM)。QPSK是四相位調(diào)制。其原理是將一束線偏振光通過PBS(PolarizationBeamSplitter)分成兩個正交偏振的光束,然后在兩束光上分別采用QPSK調(diào)制,各攜帶20Gbit/s的數(shù)字信號,然后用PBC(Polarization Beam Combiner)將這兩束已調(diào)光合并成一束光。這束光信號就攜帶了40Gbit/s的數(shù)字信號信息。信號的波特率是10Gbaud/s,和10G NRZ相同,只需現(xiàn)有10G系統(tǒng)用的激光器就可以使其信號譜寬和10G信號很接近,可以支持50GHz間隔。
(2)北電的40GWDM在突破色度色散(CD)和PMD容限方面采用了獨特電子色散和PMD補償(eDC)技術(shù)。CD和PMD的電子補償技術(shù)是今后高速(40G,100G)WDM系統(tǒng)突破CD和PMD容限的必然方向。所謂電子色散補償是區(qū)別于傳統(tǒng)光學補償方法,在信號發(fā)射端或接收端直接采用數(shù)字信號處理技術(shù)對電信號進行處理,以便直接對光信號在光纖傳輸過程中產(chǎn)生的扭曲變形做出補償。目前,商用的絕大多數(shù)CD電子補償技術(shù)的補償能力有限只適合三四百公里的傳輸距離,而PMD的電子補償技術(shù)還罕見商用。但是北電的40G系統(tǒng)采用了獨特的補償算法和專用的DSP芯片,它的CD補償能力可達5×105ps/nm,PMD的補償能力達到了25ps的平均DGD。這就使得40G系統(tǒng)在無任何光層色散和PMD補償?shù)那闆r下的色散和PMD的受限距離突破了2500km。因為不需要在線路上布放DCM模塊,避免了DCM帶來的插損和非線性失真,彌補了相位調(diào)制技術(shù)抗非線性能力的不足。
(3)當系統(tǒng)的OSNR劣化到一定程度時,接收端的業(yè)務信號就會出現(xiàn)誤碼,OSNR靈敏度一般是指由于WDM系統(tǒng)的OSNR劣化導致Rn點業(yè)務信號的BER達到特定值(如BER=10E-15)時系統(tǒng)的OSNR值。系統(tǒng)穩(wěn)定工作時的OSNR和OSNR靈敏度之間的差異稱為系統(tǒng)的OSNR裕度。OSNR裕度是評價一個WDM系統(tǒng)健壯性的重要指標。因為由于EDFA和光纜參數(shù)變化(如光纜割接)而導致的光信號的線性和非線性失真都會導致系統(tǒng)OSNR靈敏度變差,如果系統(tǒng)原來的OSNR裕度就小,則系統(tǒng)健壯性就會大大下降。
5北電的40G系統(tǒng)在提高系統(tǒng)OSNR方面采取的措施
(1)采用相干光接收機。自20世紀80年代以來,相干光接收機的優(yōu)點幾乎在所有的《光纖通信原理》教科書都可以找到靈敏度高,選擇性好,適用于多種調(diào)制方式的特點。但是一直以來由于受到各種技術(shù)條件的限制,相干光接收遲遲沒有商用。
(2)超強的FEC算法。無論是10G還是40GWDM系統(tǒng),通過帶外FEC都可以提高系統(tǒng)的OSNR靈敏度,但是不同的FEC算法所能提高的OSNR靈敏度不同,我們把一種FEC編碼所能提高的OSNR靈敏度稱為這種FEC編碼的編碼增益(CodingGain)。北電專有的FEC算法PFEC的編碼增益為9.2dB。
單憑某一項新技術(shù)很難解決40GWDM系統(tǒng)所面臨的所有技術(shù)挑戰(zhàn),需要綜合利用各項創(chuàng)新技術(shù)的優(yōu)勢才能實現(xiàn)。通過采用各項新技術(shù)的組合,40GWDM系統(tǒng)的光信號抗線性和非線性失真的能力已經(jīng)達到或接近10GWDM系統(tǒng),其鏈路預算能力也基本和10G系統(tǒng)一致。
新聞來源:電信網(wǎng)技術(shù)