突破四道防線 40G高速上路
訊石光通訊網
2008/7/21 10:43:52
隨著業(yè)務的近一步發(fā)展，特別是數據業(yè)務對骨干網帶寬的拉動， 高速WDM技術慢慢的走入了我們的視野，從2.5G 、10G的普遍商用，到高速40G WDM迅速發(fā)展，預示著傳送網正在跨入了一下新的紀元。在高速40G WDM的發(fā)展過程中，也同樣提出了很多新的問題。那些在低速短距離傳輸可以忽略的因素又開始顯現，而且問題越來越棘手，例如PMD(Polarization Mode Dispersion，偏振模色散)、OSNR( Optical Signal to Noise Ratio，光信噪比)容限、CD(Chromatic dispersion，色度色散)色散等都成為40G發(fā)展的非常重要的技術難題。而選擇不同的編碼方式，會使系統(tǒng)的色度色散、非線性、信噪比、PMD都有不同的表現。因此在應用中編碼方式的選擇顯得尤為重要。
1. 編碼與調制
傳統(tǒng)的WDM應用都是NRZ( non-return-to-zero，非歸零調制 ) 編碼方式，目前已經得到廣泛的商用，NRZ編碼以其實現簡單、技術成熟、成本低廉的特點受到了普遍的歡迎，在2.5G、10G系統(tǒng)里尤其如此，而且在實際的工程中也基本上滿足了應用的需求。然而，速率如果上升到40G是不是NRZ還適合?是不是有新的編碼方式更適合?高速40G WDM的發(fā)展又提出了新的挑戰(zhàn)。
可喜的是，技術進步始終沒有停止，一批批新的編碼與調制技術不斷涌現，來解決傳送過程中遇到的問題，包括ODB (Optical Duobinary，光雙二進制碼調制)、CS-RZ(Carrier suppressed RZ Modulation,載波抑制歸零調制)、DPSK(Differential Phase Shift Keying Modulation,差分移相鍵控調制格式)、RZ-DPSK、DQPSK(Differential Quadrature Phase Shift Keying Modulation,差分正交相移鍵控調制格式)等。各種編碼有其不同的特點，有著不同的應用場景。例如，ODB編碼方式有較好色散容忍性能，較低的成本，但非線性和信噪比容忍性能卻明顯不足，而RZ-DPSK編碼方式具有較好的信噪比容限和非線性容限，但目前成本相對較高。
沒有哪一種技術或碼型具有絕對的優(yōu)勢，在具體的應用當中，需要關注各個方面指標的性能，包括OSNR、成本、PMD、波長間隔、非線性抵抗能力、CD色散容限、等進行綜合考慮，沒有最好地編碼方式，只有更適合的編碼方式。
在40G長距離傳輸系統(tǒng)中，合適的編碼方式可以提高系統(tǒng)的容忍能力，降低對系統(tǒng)的性能要求，但對于長距離40G傳輸系統(tǒng)來說， OSNR劣化仍是其不得不面對的技術難題。
2. OSNR的挑戰(zhàn)
OSNR是光層一個非常重要的指標，特別對于近似模擬系統(tǒng)的波分來講，OSNR很大程度上決定了信號的傳輸質量。高速40G WDM也不例外，OSNR指標同樣對其有著致關重要的影響。相對來說，40G 速率更高，接收機帶寬是10G系統(tǒng)的4倍，理念上要求40G比10G有6dB OSNR的余量。以普遍商用的10G WDM系統(tǒng)為例，當采用NRZ編碼方式下，國標中要求10G速率的WDM系統(tǒng)采用SFEC(Super Forward Error Correction,超強前向糾錯)時，OSNR大于等于18 dB，意味著在40G WDM 系統(tǒng)中，當采用SFEC情況下，至少要求達到24 dB的OSNR。顯然，在網絡中要達到如何高的OSNR要求是比較困難的，特別對于普遍建設的一干系統(tǒng)來講，很多長距離、大跨段10G WDM的OSNR已經在18-20 dB 左右。40G WDM如何大規(guī)模的組網應用成為一個非常重要的難題。烽火通信早在2003年就開展了相關的研究，通過幾年的努力，在大量仿真實驗以及工程經驗的基礎上，目前主要有通過引入新的編碼與調制格式來降低系統(tǒng)的OSNR容限，采用低噪聲放大器提高系統(tǒng)的OSNR等。
另外，WDM傳輸系統(tǒng)除了要考量OSNR值，還要考慮系統(tǒng)色散，在40G高速率傳輸系統(tǒng)中，由于色散容限的降低，使得色散成為制約40G WDM系統(tǒng)長距離傳輸的重要因素。
3. CD色散的挑戰(zhàn)
CD色散也是影響WDM系統(tǒng)的一個非常重要的因素， 在2.5G升級到10G WDM 系統(tǒng)當中，當時色散被認為是主要的技術難題，人們通過增加DCM補償的方式進行解決，而且從近幾年10G WDM系統(tǒng)的商用情況來看，DCM (Dispersion Compensator Module ,色散補償模塊)補償方式非常成熟，實際的運行效果也很好。40G WDM相對于10G WDM系統(tǒng)速率上升了4倍，色度色散再次成為阻礙其發(fā)展的重要因素，單單采用傳輸的DCM補償方式已經很難應用40G WDM的發(fā)展。以NRZ編碼的40G WDM 系統(tǒng)為例，典型的色散容限為60ps/nm.km，如此小的色散容限如何進行長距離傳輸，成為擺在40G WDM發(fā)展的過程中必須克服的難題。目前來看，比較可行方案的主要采用兩級補償的方式，DCM補償和TDCM(Tunable DCM,可調色散補償)補償相結合的方式。第一級粗補償，采用DCM的方式，和10G WDM系統(tǒng)類似，第二級采用TDCM精確補償方式(主要通過光纖光柵實現)。在實際的系統(tǒng)設計當中，通常要求第一級DCM補償之后在整個C波道的各個波長的殘余色散在800PS之內，再次通過TDCM來進行每個波道精確調節(jié)。目前技術的發(fā)展焦點集中在自動色散補償的方式上，烽火通信2005年完成上海-杭州首條40GWDM工程后，一直推動在40G WDM的發(fā)展，包括現在所正在進行的自動可調色散補償功能的開發(fā)，致力于為用戶提供完善的、全面的40G WDM解決方案。該方案在系統(tǒng)接收末端配置可調色散補償器件即TDCM板卡，利用TDC(Tunable Dispersion Compensator,可調色散補償)器件對分段固定光學補償后的殘余色散進行精確管理。帶有FEC功能的OTU板卡都可以進行FEC(Forward Error Correction,前向糾錯)的0糾錯和1糾錯計數，對這兩種糾錯計數的實時統(tǒng)計信息可以通過板卡間CPU接口單元通信告知TDCM板卡，TDCM板卡接收到此信息后可以按照預設的色散調整步進對色散補償量進行調整。接收OTU板卡對線路側O/E轉換后的信號進行FEC解碼，利用解碼芯片提供的糾錯計數可以大致判定當前線路的色散是屬于過補還是欠補，并根據糾錯信息由CPU接口單元控制TDCM單元進行補償調節(jié)，一直到線路側FEC糾錯消失即線路色散補償量與線路色散量達到匹配。
在40G波分系統(tǒng)中，除了信噪比和色度色散等制約因素外，原本在10G系統(tǒng)中并不為人所關注的PMD，由于DGD容限的降低，使得人們不得不重新審視PMD對于WDM系統(tǒng)性能的重要影響。
4. PMD的挑戰(zhàn)
PMD一直被認為是限制通信系統(tǒng)的非常重要的因素，特別是對高速WDM系統(tǒng)一樣，問題顯得很是突出。理論上講，為了保障傳輸系統(tǒng)，PMD容限為脈沖周期的十分之一。
對于40G WDM來講，當采用NRZ編碼是，其平均PMD容限大約為2.5PS。如此小的PMD容限如何適應長距離的傳輸?目前來看，可行的解決方法通常有三種：第一是從源頭上解決問題，采用新的光纖光纜來承建40G WDM系統(tǒng)，一般來說2005年以后鋪設的光纜的PMD值很小，能夠滿足40G WDM系統(tǒng)的對PMD指標要求，特別是G.652D和G.655D光纜;二是采用新的技術來提升系統(tǒng)的PMD容限，包括特殊的編碼與調制技術，如DPSK、RZ-DQPSK等來改善系統(tǒng)對于PMD的隨能力; 三是采用PMD補償技術，目前來看，研究的重點主要集中在光域的PMD補償，電域的PMD補償、光電混合的PMD補償，基本原理是通過檢測輸入信號的PMD狀態(tài)，與理想狀態(tài)相比較的差值作為控制信號來改變PMD控制器的狀態(tài)，從而將輸入信號偏振狀態(tài)調整到正常狀態(tài) 。PMD補償技術多停留在實驗階段，大規(guī)模的工程應用目前看來困難重重。烽火通信一直致力于PMD補償的研發(fā)，目前研究的重點主要集中在一階的PMD補償，從而使系統(tǒng)獲得更遠的傳輸距離以及更大的傳輸容量。
此外，40G WDM技術上還面臨著40G 放大技術、40G 的成幀、FEC/SFEC的實現等，不過隨著技術的進步以及時間的推移，實現的方案越來越成熟。
烽火通信一直致力于大容量 DWDM系統(tǒng)的研究，早在2005年在和中國電信合作，成功開發(fā)出了3.2T(80×40G) DWDM平臺，并在國內首次成功實現了工程應用。充分顯示了烽火通信在光通信領域的技術領先水平，在國內首次采用NRZ碼進行40Gb/s DWDM傳輸;國內首次將喇曼光纖放大器技術成功應用于80×40Gb/s DWDM系統(tǒng)，在40Gb/s DWDM系統(tǒng)精確色散管理、分布式喇曼放大和不等跨距的分布式喇曼放大的OSNR分析軟件等方面具有多項創(chuàng)新，上海至杭州40G WDM工程加載了實際業(yè)務，全線運行穩(wěn)定，填補了國內空白。
目前烽火通信主要對40G WDM高速平臺系統(tǒng)進行完善，包括新型的編碼與調制方式、自動色散補償的實現，隨著國內需求的進一步啟動，基于40Gb/s系統(tǒng)的超高速超大容量光傳輸技術，將大大改善通信網的結構，將使傳輸系統(tǒng)帶寬快速擴展，滿足社會信息傳輸需求，并將產生巨大的社會效益和經濟效益。
新聞來源：通信產業(yè)網