光通信系統(tǒng)技術(shù)趨勢之三:超越100G，單通道傳輸速率繼續(xù)提升

　　ICCSZ訊   隨著社會信息化進程的不斷推進，以視頻、云計算、物聯(lián)網(wǎng)為代表的新興業(yè)務(wù)對帶寬需求劇增，現(xiàn)有的骨干光傳輸系統(tǒng)無法滿足日益增長的互連容量需求，迫切要求進一步提升傳輸容量。

　　實際上，隨著網(wǎng)絡(luò)傳輸容量需求的激增，光傳輸系統(tǒng)其單通道傳輸速率在經(jīng)歷了從2.5Gbit/s->10Gbit/s->40Gbit/s->100Gbit/s的提升，正在醞釀下一代的超100G光傳輸系統(tǒng)。光傳輸復(fù)用維度也從單純的時分復(fù)發(fā)展到時間、波長、頻率、偏振態(tài)、傳輸模式的多維復(fù)用、多管齊下。面向未來網(wǎng)絡(luò)容量需求的光傳輸，Pbit多芯空分復(fù)用以及光子軌道角動量復(fù)用已成為業(yè)界研究熱點。在具體實現(xiàn)上，高級正交幅度調(diào)制、相干接收、數(shù)字信號處理、多載波技術(shù)和光電集成工藝等新技術(shù)逐步引入并持續(xù)優(yōu)化，不斷提升光傳輸性能，降低光傳輸成本。

　　基于成本和兼容性等方面的考慮，充分利用已鋪設(shè)的光纖光纜，在現(xiàn)有光傳輸系統(tǒng)上通過升級和改造光收發(fā)單元以提高單個波長通道傳輸數(shù)據(jù)率的方式來提升系統(tǒng)容量，具有最優(yōu)的性價比和可行性。超100G光傳輸將繼承100G光傳輸系統(tǒng)的設(shè)計思想，采用偏振復(fù)用、多級調(diào)制提高頻譜效率，采用數(shù)字相干接收提高接收機靈敏度和信道均衡能力。

　　超100G光傳輸意在可用頻帶資源不變的情況下進一步提升單根光纖的傳輸容量，其關(guān)鍵在于提高頻譜資源的利用率和頻譜效率。對于光傳輸系統(tǒng)而言，光纖損耗窗口所導致的可用帶寬限制和光傳輸通道光器件級聯(lián)所引起的窄帶濾波效應(yīng)要求光傳輸?shù)念l譜效率最大化;光傳輸通道的非線性效應(yīng)要求光傳輸功率的效率最大化。此外，光電器件水平對光傳輸符號基帶帶寬亦有限制。

　　針對上述超100G光傳輸挑戰(zhàn)，業(yè)界從以下方面入手解決：①充分利用光信號可調(diào)制維度(幅度、相位、偏振態(tài))來承載數(shù)據(jù)以提高頻譜效率;②采用多載波和正交頻分復(fù)用技術(shù)提高頻譜利用率并降低符號傳輸?shù)牟ㄌ芈室砸种粕⒌挠绊?、減小對光、電器件帶寬的要求;③采用數(shù)字相干接收技術(shù)提高接收機的靈敏度和信道均衡能力，采用更高增益的糾錯編碼提高系統(tǒng)的健壯性。④采用先進的光電集成技術(shù)減小體積，降低功耗，提高系統(tǒng)可靠性。

　　需要注意的是，盡管多維度多級調(diào)制可以有效提高頻譜效率，減小對傳輸通道和光電器件帶寬的要求，但多級調(diào)制會減小星座圖上符號之間的最小間距，降低OSNR靈敏度以及傳輸損傷容忍能力。因此，選擇更高級別的QAM調(diào)制可以提高超100G的頻譜效率和傳輸速率，但由于強度噪聲和相位噪聲容忍能力減弱，其傳輸距離可能遠低于目前100G系統(tǒng)。

　　光電器件集成技術(shù)是超100G光傳輸實現(xiàn)的基礎(chǔ)。盡管多載波傳輸級數(shù)可以降低了系統(tǒng)對光、電器件的帶寬要求，將器件功耗由平方增長降低為線性增長，但其帶寬和功耗要求仍然驚人。光電器件集成工藝是影響超100G光傳輸設(shè)計方案可行性和系統(tǒng)性能的關(guān)鍵因素。

　　鑒于目前的客戶業(yè)務(wù)需求和光電器件工藝水平，400Gbit/s光傳輸速率是最具可行性和性價比的解決方案?；陟`活柵格的雙子載波偏振復(fù)用16級正交幅度調(diào)制(2SC-PM-16-QAM)的400G光傳輸是業(yè)界普遍看好的方案之一。該方案每一個傳輸通道占用75GHz帶寬，其頻譜效率可以達到5.3bit/s/Hz，較100Gbit/s光傳輸2bit/s/Hz的頻譜效率可以有較大提高。由于采用了較為密集的16QAM調(diào)制，400G傳輸損傷容忍能力(傳輸距離)較100G光傳輸系統(tǒng)有所下降，預(yù)計會在城域及數(shù)據(jù)中心互聯(lián)場合率先應(yīng)用。