烽火通信突破T比特傳輸?shù)年P(guān)鍵技術(shù)

　　ICCSZ訊   DWDM光傳輸系統(tǒng)其單通道傳輸速率經(jīng)歷了從2.5Gbit/s->10Gbit/s->40Gbit/s的提升，正在實(shí)現(xiàn)從40Gbit/s->100Gbit/s的跨越，并醞釀下一代的超100Gbit/s光傳輸系統(tǒng)。

　　超100Gbit/s光傳輸旨在可用頻帶資源不變的情況下進(jìn)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。超100Gbit/s光傳輸將繼承100Gbit/s光傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想，采用偏振復(fù)用、多級(jí)調(diào)制提高頻譜效率，采用OFDM技術(shù)規(guī)避目前光電子器件帶寬和開關(guān)速度的限制，采用數(shù)字相干接收提高接收機(jī)靈敏度和信道均衡能力。關(guān)于下一代超100Gbit/s的傳輸速率目前有兩種提法，分別為400Gbit/s和1Tbit/s。

　　烽火通信Tbit傳輸系統(tǒng)工程師馮勇華介紹說：“對(duì)于光傳輸系統(tǒng)而言，光纖損耗窗口所導(dǎo)致的可用帶寬限制和光傳輸通道光器件級(jí)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。光纖色散以及光電器件水平對(duì)光傳輸符號(hào)基帶帶寬亦有限制。這就要求高容量光傳輸系統(tǒng)充分利用光信號(hào)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，采用OFDM技術(shù)提高頻譜利用率并降低符號(hào)傳輸?shù)牟ㄌ芈室砸种粕⒌挠绊?，降低?duì)光、電器件帶寬的要求，采用數(shù)字相干接收技術(shù)提高接收機(jī)的靈敏度和信道均衡能力，采用更高增益的糾錯(cuò)編碼提高系統(tǒng)的健壯性。”

　　多維度調(diào)制技術(shù)

　　多維度、多進(jìn)制調(diào)制技術(shù)可在一個(gè)符號(hào)上承載多個(gè)比特信息，能夠有效提高頻譜效率，降低符號(hào)發(fā)送的波特率，減少基帶帶寬及與之相關(guān)的色度色散和偏振模色散，降低對(duì)傳輸通道和光電器件帶寬的要求。充分利用兩線性正交偏振態(tài)可有效復(fù)用的特性可進(jìn)一步降低數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟ㄌ芈?，提高頻譜效率和通道損傷容忍能力。但多級(jí)調(diào)制會(huì)縮短符號(hào)之間的最小間距，降低OSNR靈敏度以及非線性容忍能力，要求在頻譜效率和接收靈敏度以及OSNR要求之間進(jìn)行權(quán)衡。

　　正交頻分復(fù)用技術(shù)

　　時(shí)間周期為T且中心頻率間隔為1/T整數(shù)倍的脈沖信號(hào)在時(shí)域和頻域具有正交性。將傳統(tǒng)的寬帶光載波通道細(xì)分為多個(gè)相互正交的窄帶子載波分別進(jìn)行編碼調(diào)制后復(fù)用傳輸，以減少和消除寬帶載波調(diào)制所固有的色度色散與偏振模色散，抑制同一載波通道上前后符號(hào)間的干擾。

　　OFDM具有如下優(yōu)勢(shì)：子頻帶割分降低了系統(tǒng)對(duì)光電器件的帶寬要求，增強(qiáng)了光電器件和模塊選擇的靈活性。導(dǎo)頻副載波便于信道和相位估計(jì)。提高了頻譜資源利用率，具有很好的可擴(kuò)展性。

　　數(shù)字相干接收

　　相干檢測(cè)可將光信號(hào)的所有光學(xué)屬性(偏振態(tài)、幅度、相位)映射到電域，可解析任意光調(diào)制格式的信息。

　　數(shù)字相干接收機(jī)采用偏振分集和相位分集方式將光脈沖信號(hào)所承載的數(shù)據(jù)信息映射轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器在時(shí)間和幅度的離散化后通過數(shù)字信號(hào)處理實(shí)現(xiàn)色散(CD、PMD)補(bǔ)償、時(shí)序恢復(fù)、偏振解復(fù)用、載波相位估計(jì)、符號(hào)估計(jì)和線性解碼。數(shù)字相干接收利用廉價(jià)而成熟的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目尚行院涂煽啃?。?shù)字信號(hào)處理的自適應(yīng)算法，可動(dòng)態(tài)補(bǔ)償隨時(shí)間變化的傳輸損傷，并可實(shí)現(xiàn)高效的前向糾錯(cuò)編碼算法。光信號(hào)在完成光電轉(zhuǎn)換、經(jīng)高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣量化為數(shù)字信號(hào)后，可采用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)載波頻率相位估計(jì)和線性相位噪聲的均衡和補(bǔ)償。

　　前向糾錯(cuò)編碼

　　在調(diào)制、檢測(cè)、均衡以及復(fù)用技術(shù)無法滿足系統(tǒng)傳輸性能要求的情況下，可采用線性編碼技術(shù)進(jìn)一步改善系統(tǒng)性能。FEC可有效提高系統(tǒng)傳輸性能，優(yōu)化OSNR要求，提高信號(hào)對(duì)通道損傷的容忍能力。迭代FEC編碼如Turbo、LDPC編碼以其高編碼增益廣受關(guān)注，其中迭代解碼LDPC較Turbo編碼具有更優(yōu)的糾錯(cuò)特性和實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度。

　　除了采用新的編碼算法外，采用軟判決也可以提高FEC編碼增益。軟硬判決的區(qū)別在于其對(duì)信號(hào)量化所采用的比特位數(shù)。硬判決對(duì)信號(hào)量化的比特?cái)?shù)為1位，其判決非“0”即“1”。軟判決則采用多個(gè)比特位對(duì)信號(hào)進(jìn)行量化，并通過Viterbi等估計(jì)算法提高判決的準(zhǔn)確率。當(dāng)FEC編碼開銷為7%和25%時(shí)，理論上軟判決比硬判決的編碼增益分別高出1.1dB和1.3dB，實(shí)際上，軟判決比硬判決的編碼增益分別高出0.5dB和0.9dB。軟判決需多位ADC采樣量化，并通過數(shù)字信號(hào)處理進(jìn)行估計(jì)，其硬件復(fù)雜度以及處理時(shí)延和功耗較大，選用時(shí)需權(quán)衡其性價(jià)比?；谲浥袥Q和加乘算法的迭代式LDPC算法具有逼近香農(nóng)極限的編碼增益，并易于采用并行處理的方式實(shí)現(xiàn)，可用于超100Gbit/s光傳輸系統(tǒng)。

　　由烽火牽頭的國(guó)家973項(xiàng)目“超高速超大容量超長(zhǎng)距離光傳輸基礎(chǔ)研究”(簡(jiǎn)稱“三超”)通過驗(yàn)收，在國(guó)內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)一根頭發(fā)絲般粗細(xì)的普通單模光纖中以超大容量超密集波分復(fù)用傳輸80公里，傳輸總?cè)萘窟_(dá)到100.23Tbit/s，相當(dāng)于12.01億對(duì)人在一根光纖上同時(shí)通話，100000部高清電影1秒鐘下載完畢。

　　“三超”實(shí)驗(yàn)成功刷新了我國(guó)光傳輸最高紀(jì)錄，推動(dòng)我國(guó)光傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)突破，有效解決了“高階調(diào)制，高譜效率實(shí)現(xiàn)，非線性效應(yīng)抑制”等超高速高譜效率超長(zhǎng)距離傳輸系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)問題，為超高速超密集波分復(fù)用超長(zhǎng)距離傳輸?shù)膶?shí)用化奠定了技術(shù)基礎(chǔ)，推動(dòng)我國(guó)邁入傳輸容量突破100T的國(guó)家行列。