楊欣宇

摘要：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)。

關(guān)鍵詞：編碼技術(shù)；相干技術(shù)；FEC；傳輸距離1概述

WDM遠(yuǎn)距離傳輸技術(shù)產(chǎn)生以來(lái)，始終向著大容量、更遠(yuǎn)距、更低比特傳輸成本的方向發(fā)展。與單波10G速率向40G速率發(fā)展相比，單波40G速率演進(jìn)到100G速率面臨著更為嚴(yán)格的限制因素，需要更先進(jìn)的編碼技術(shù)和接收技術(shù)。而且從保護(hù)投資、降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本和運(yùn)維成本角度考慮，100G傳輸技術(shù)也有可平滑升級(jí)的需求。本文將從編碼技術(shù)、新型接收技術(shù)和FEC技術(shù)三個(gè)方面，介紹近期100G線路傳輸解決方案的最新進(jìn)展。

2100G系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 編碼技術(shù)

從10G速率超長(zhǎng)距離傳輸開始，編碼技術(shù)始終是WDM的研究重點(diǎn)。隨著比特率的增大和傳輸距離的延長(zhǎng)，WDM的長(zhǎng)距傳輸受限于4項(xiàng)物理?xiàng)l件：光信噪比、色度色散、非線性效應(yīng)、偏振模色散。這些均與傳輸?shù)牟ㄌ芈氏嚓P(guān)。如：如果碼型不變當(dāng)波特率從10G提高到40G，OSNR的要求將提升6dB，色散容限將降低到前者的1/16，PMD容限將降低到前者的1/4，光纖非線性危害程度也隨之增加。為了提升線路，速率通常采用新型的編碼技術(shù)避免以上這些物理效應(yīng)的危害以上述關(guān)系增加，通常采用新型的編碼技術(shù)，主要措施包括相位調(diào)制格式、多進(jìn)制調(diào)制、RZ技術(shù)。

因?yàn)镼PSK在40G系統(tǒng)中應(yīng)用較為廣泛，所以成為100G調(diào)制方式的首選。但是100G直接采用QPSK調(diào)制，其信號(hào)譜寬會(huì)超出50GHz，無(wú)法實(shí)現(xiàn)50GHz的波道間隔，所以采用偏振復(fù)用方案，PDM-QPSK采用恒定幅度四級(jí)相位調(diào)制和正交偏振復(fù)用相結(jié)合得方式將傳輸符號(hào)的波特率降低為二進(jìn)制調(diào)制的四分之一，即100G傳輸中，采用PDM QPSK技術(shù)之后，實(shí)際線路上的波特率仍然是25G速率，這樣就實(shí)現(xiàn)了50Hz的波道間隔。

2.2 相干接收和DSP技術(shù)

采用PDM-QPSK的調(diào)制方式雖然降低了100G傳輸中光信號(hào)的波特率，因而降低傳輸碼型的譜寬，實(shí)現(xiàn)了50GHZ波道間隔，但是由于在兩個(gè)偏振上分別獨(dú)立加載了業(yè)務(wù)信息，業(yè)務(wù)信息在在光纖傳輸過(guò)程中，不同偏振上的光信號(hào)會(huì)互相耦合，并在光纖PMD效應(yīng)作用下產(chǎn)生誤碼。因此采用偏振復(fù)用，首先要在接收端進(jìn)行偏振分離，并解決PMD代價(jià)的問(wèn)題。這就需要通過(guò)相干接收和數(shù)字信號(hào)處理來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

色散效應(yīng)是頻域光電場(chǎng)的相位產(chǎn)生了畸變，PMD效應(yīng)是在兩個(gè)偏振的時(shí)域光電場(chǎng)的相位上產(chǎn)生了不同時(shí)延。在傳輸系統(tǒng)的收端的強(qiáng)度接收或者自相干接收過(guò)程中，這些相位上的畸變和時(shí)延均會(huì)轉(zhuǎn)化為接收眼圖的畸變和碼間干擾，而造成信號(hào)損傷。如果能探測(cè)出光信號(hào)的電場(chǎng)，則可以采用線性補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ诠鈭?chǎng)上抵消色度色散和PMD效應(yīng)，這就是光學(xué)DSP處理的核心。由于色散和PMD效應(yīng)均是在光電場(chǎng)的相位或偏振上引入調(diào)制或畸變，而光相干檢測(cè)則可探測(cè)并同時(shí)獲知光場(chǎng)的偏振、幅度和相位信息。進(jìn)而采用數(shù)字信號(hào)處理的方法，可以消除色散和PMD導(dǎo)致的眼圖畸變和碼間干擾，重新恢復(fù)碼元信息。采用這種方法，在100G系統(tǒng)上可實(shí)現(xiàn)高達(dá)60000ps/nm的色散容限及25-30ps的PMD容限。那么在傳輸系統(tǒng)線路側(cè)上不再放置色散補(bǔ)償模塊，PMD效應(yīng)也不會(huì)成為限制系統(tǒng)傳送距離的因素，系統(tǒng)組網(wǎng)能力和靈活性將得到極大的提高。目前，PDM-QPSK、相干接收、DSP技術(shù)的配合使用，已經(jīng)成為100G傳輸系統(tǒng)主流的技術(shù)配置方案，并且目前PDM-QPSK與相干接收部分已形成模塊化，產(chǎn)業(yè)鏈成熟，各廠商相差不大，但DSP部分因?yàn)樯婕暗剿惴ǎ茈y用語(yǔ)言區(qū)分，只能從系統(tǒng)指標(biāo)進(jìn)行區(qū)分。

2.3 SD-FEC技術(shù)

前向糾錯(cuò)始終是光傳送技術(shù)中降低OSNR要求主要手段，在線路速率不斷提升的驅(qū)動(dòng)下，經(jīng)歷了三代的發(fā)展。第一代FEC采用硬判決分組碼，以RS（255，239）為代表的代數(shù)碼技術(shù)，采用6.69％的開銷，主要用于2.5G系統(tǒng)和早期的10G系統(tǒng)，RS（255，239）已經(jīng)被寫入ITU-T G.709和ITU-T G.975標(biāo)準(zhǔn)，在光通信領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。后來(lái)隨著10G和40G系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，出現(xiàn)了糾錯(cuò)能力更強(qiáng)、增益更高的第二代FEC技術(shù)，其采用硬判決級(jí)聯(lián)編碼技術(shù)，ITU-T G.975.1標(biāo)準(zhǔn)收錄了8種第二代FEC算法，碼字開銷仍以6.69%為主，當(dāng)輸出BER=1E-15時(shí)，其中大部分FEC算法的凈編碼增益在8dB以上，可支持10G和40G的系統(tǒng)長(zhǎng)距離傳輸需求。到了100G的時(shí)代，在相干電處理技術(shù)的驅(qū)動(dòng)下，借力高速IC技術(shù)的發(fā)展，目前又誕生了基于軟判決第三代FEC技術(shù)。

軟硬判決主要區(qū)別在其對(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，其判決不是0就是1。軟判決則采用多個(gè)比特位對(duì)信號(hào)進(jìn)行量化，采用“00”、“01”、“10”、“11”判決，通過(guò)各種估計(jì)算法提高判決的準(zhǔn)確率，軟判決可提供約11.5dB的凈編碼增益。第三代FEC需要更大的運(yùn)算規(guī)模（1千萬(wàn)門以上乃至數(shù)千萬(wàn)門的ASIC），目前基于65nm工藝的ASIC技術(shù)難以為繼，需要40nm工藝的ASIC才能實(shí)現(xiàn)其高運(yùn)算量和低功耗目標(biāo)。此外，SD-FEC的另一個(gè)特點(diǎn)是開銷更高，可高達(dá)20％（OIF建議SD-FEC的開銷不超過(guò)20％），使得100G的線路速率達(dá)到128Gbps，這有可能在非線性和濾波效應(yīng)方面對(duì)傳輸性能造成影響。

3結(jié)束語(yǔ)

基于數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)流量以接近兩年翻一番的速度迅速膨脹，100G波分技術(shù)成熟和商用的步伐將進(jìn)一步加快。以偏振復(fù)用、正交四相位調(diào)制、相干接收和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)為核心的100G PDM-QPSK相干技術(shù)的誕生和成熟，標(biāo)志著波分系統(tǒng)由傳統(tǒng)的模擬光傳輸系統(tǒng)向數(shù)字化光傳輸系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變，已成為未來(lái)發(fā)展的必然趨勢(shì)。