7/8/2013，伴隨著40G網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模部署，以互聯(lián)網(wǎng)為代表的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的爆炸式增長(zhǎng)，以及寬帶業(yè)務(wù)和帶寬饑渴型應(yīng)用的增加，使得骨干網(wǎng)數(shù)據(jù)量以每5年接近8倍的速度增長(zhǎng)，骨干傳輸網(wǎng)要求支持100G傳輸?shù)暮袈曉絹?lái)越強(qiáng)烈。

    和40Gb/s技術(shù)類似，除了支持現(xiàn)有通路間隔(如100GHz、50GHz)和盡量提高頻譜利用率之外，100Gb/s的關(guān)鍵技術(shù)主要體現(xiàn)在調(diào)制編碼與復(fù)用、接收技術(shù)、FEC、等多個(gè)方面。本文將將從這三個(gè)方面，介紹近期100G線路傳輸解決方案的最新進(jìn)展與技術(shù)。

100G調(diào)制技術(shù)[/b\

    調(diào)制技術(shù)一直是WDM的研究熱點(diǎn)。隨著比特率的增加和傳輸距離的延長(zhǎng)，WDM的長(zhǎng)距傳輸受4項(xiàng)物理?xiàng)l件限制： OSNR(光信噪比)、色散、非線性效應(yīng)、PMD(偏振模色散)。這些物理因素受調(diào)制速率影響，調(diào)制速率越高，影響越明顯。

    目前，QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)是100G調(diào)制方式的最佳選擇，比特率是112Gbps或者更高。如果直接采用QPSK調(diào)制，會(huì)對(duì)系統(tǒng)的光/電器件質(zhì)量提出非常高的要求，所以業(yè)界提出了偏振復(fù)用(Polarization Multiplexed)方案。偏振復(fù)用采用兩路獨(dú)立的光偏振態(tài)來(lái)承載56GHz業(yè)務(wù)。每路偏振態(tài)都采用QPSK調(diào)制方式，可以將100G信號(hào)速率降低到28Gbps。降低光/電器件的帶寬需求，在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的初期階段就可以降低功耗和成本。OIF(光互聯(lián)論壇)也建議采用PM-QPSK作為100G的長(zhǎng)距傳輸調(diào)制方式。

    在發(fā)射端，原始的100G信號(hào)被分為4路低速信號(hào)，由于FEC和OTN開銷，每路信號(hào)為28Gbps。激光器發(fā)出的信號(hào)分為垂直和水平兩個(gè)偏振態(tài)。用兩個(gè)頻率相同的偏振態(tài)來(lái)承載信號(hào)，可以使速率降低一半，降低帶寬，適應(yīng)更緊湊的通道間隔。QPSK采用4個(gè)傳輸相位調(diào)制每個(gè)偏振態(tài)的光信號(hào)(見圖2)。在發(fā)射端，兩個(gè)偏振態(tài)的QPSK調(diào)制信號(hào)會(huì)被合在一起在線路側(cè)傳送。偏振復(fù)用和QPSK的使用，可以將調(diào)制速率降為1/4，使100G系統(tǒng)能使用成本更低的技術(shù)。同時(shí)更低的調(diào)制速率可以降低光信號(hào)傳輸參數(shù)的靈敏度，相比10G系統(tǒng)，100G在CD(色度色散)和PMD上擁有更好的容限。

                    [b]PM-QPSK光發(fā)射機(jī)模塊框圖

相干接收和DSP技術(shù)

PM-QPSK調(diào)試方式可以滿足100G傳輸OSNR的要求，但是，這種調(diào)制方式下的色散和PMD容限還是太低。相同光調(diào)制方式下100G跟10G相比，OSNR容限要差10dB，PMD容限會(huì)降低10倍，CD容限降低100倍，因此必須采用先進(jìn)的技術(shù)手段保證100G的實(shí)用性。選擇相干光、平衡光接收技術(shù)，相比NRZ(不歸零碼)直接接收提升OSNR容限近6dB。其接收原理框圖如圖3所示。

相干接收不但可以提高接收信號(hào)的信噪比，而且可以補(bǔ)償一些信號(hào)在傳輸中產(chǎn)生的損傷。相干接收可以保存光信號(hào)的相位信息，這樣可以用電處理的方式來(lái)還原出兩路偏振態(tài)并且補(bǔ)償信號(hào)由于長(zhǎng)距傳輸造成的一些損傷。業(yè)界現(xiàn)在普遍看好采用高速電信號(hào)處理(DSP)技術(shù)來(lái)去掉由于CD和PMD所帶來(lái)眼圖上的失真和碼間干擾�；�于電處理DSP技術(shù)的100G傳輸系統(tǒng)，色散容限可以達(dá)到40000~60000ps/nm，PMD容限可以達(dá)到25~30ps。線路中將不再需要色散補(bǔ)償模塊，PMD也不再是傳輸距離的限制因素，網(wǎng)絡(luò)的部署和靈活性會(huì)大大提高。


                相干接收DSP原理框圖

SD-FEC

    除了調(diào)制和接收技術(shù)，前向糾錯(cuò)技術(shù)(Forward Error Correction)在確保信號(hào)的長(zhǎng)距可靠傳輸方面也起著非常重要的作用。相比于10G系統(tǒng)，100G的OSNR需要提高10倍，這需要多種技術(shù)的組合應(yīng)用才能實(shí)現(xiàn)，其中就包括FEC。

    在硬判決FEC中，解碼器判斷信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)是在二進(jìn)制的0和1之間選擇，這種編碼模式丟棄了信號(hào)的一些統(tǒng)計(jì)特性。軟判決可以最大限度使用信號(hào)中包含的信息，精細(xì)化分信號(hào)的判斷標(biāo)準(zhǔn)，然后應(yīng)用這些豐富的信息來(lái)判斷接收到的信號(hào)是“1”還是“0”。使用這種采樣信息，解碼器可以提供更高的解碼準(zhǔn)確率從而提高系統(tǒng)性能。在相同的速率下，軟判決FEC比硬判決FEC的凈編碼增益高2dB。

    軟判決可以有效提高系統(tǒng)的傳輸性能，但是必須要有高速ADC做硬件支持來(lái)采樣和對(duì)信號(hào)處理。而且65nm工藝的ASIC技術(shù)不能夠支持SD-FEC，需要基于40nmASIC來(lái)支持大量運(yùn)算并保持較低的功耗。

來(lái)源：51CTO