鄭海波

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基于面向下一代靈活光網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字相干光傳輸技術(shù)分析

鄭海波

廣東達(dá)安項(xiàng)目管理股份有限公司，廣東 廣州 510510

結(jié)合靈活光網(wǎng)絡(luò)的傳輸技術(shù)應(yīng)用情況，對(duì)面向下一代靈活光網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字相干光傳輸技術(shù)展開了分析，從而為關(guān)注這一話題的人們提供參考。

靈活光網(wǎng)絡(luò)；數(shù)字相干光傳輸；調(diào)制技術(shù)

引言

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，越來越多的高帶寬網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)得以產(chǎn)生，對(duì)光纖傳輸系統(tǒng)提出了更高的要求。為滿足這些需求，要盡快完成下一代靈活光網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，以確保網(wǎng)絡(luò)傳輸速率和容量得到不斷提升。加強(qiáng)數(shù)字相干光傳輸技術(shù)的應(yīng)用，能滿足下一代光網(wǎng)絡(luò)建設(shè)要求。因此，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)基于面向下一代靈活光網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字相干光傳輸技術(shù)分析，更好地推動(dòng)光纖通信技術(shù)發(fā)展。

1 下一代靈活光網(wǎng)絡(luò)中數(shù)字相干光傳輸技術(shù)的應(yīng)用

受大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的影響，下一代靈活光網(wǎng)絡(luò)的研究重點(diǎn)在于實(shí)現(xiàn)超100?Gbps數(shù)字相干光傳輸。隨著我國互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)流量的不斷提升，通信行業(yè)對(duì)下一代靈活光網(wǎng)絡(luò)建設(shè)提出了高速大容量傳輸需求。運(yùn)用數(shù)字相干光傳輸技術(shù)，可以通過相干檢測(cè)實(shí)現(xiàn)對(duì)靈活光網(wǎng)絡(luò)中相位、偏振等光信號(hào)各種物理維度的充分利用，為光網(wǎng)絡(luò)傳輸容量和頻譜效率的提升提供較大空間[1]。表1為光纖通信OFC和ECOC會(huì)議提出的Tbit/s以上數(shù)字相干光傳輸實(shí)驗(yàn)結(jié)果。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，采用高階調(diào)制技術(shù)可以提升光傳輸系統(tǒng)單載波調(diào)制速率，提高系統(tǒng)相位噪聲和色散等容忍度，確保光網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量。

表1 Tbit/s 以上數(shù)字相干光傳輸實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2 基于面向下一代靈活光網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字相干光傳輸技術(shù)

2.1 靈活光網(wǎng)絡(luò)數(shù)字相干光傳輸

在靈活光網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)字相干光傳輸時(shí)，需要利用發(fā)射端進(jìn)行數(shù)字相干光信號(hào)發(fā)送，然后利用光纖鏈路實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸，最后利用接收端實(shí)現(xiàn)信號(hào)接收。發(fā)射端由數(shù)字信號(hào)處理器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器等結(jié)構(gòu)構(gòu)成，其中數(shù)字信號(hào)處理器可實(shí)現(xiàn)編碼映射、脈沖整形等功能，可以將離線產(chǎn)生的兩個(gè)偏振方向上的同向和正交分量加載至數(shù)模轉(zhuǎn)換器，以完成數(shù)字域到電域轉(zhuǎn)換。采用該種發(fā)射端，能夠提升網(wǎng)絡(luò)傳輸靈活度和性能。在接收端完成鏈路中信號(hào)接收后，需先利用模數(shù)轉(zhuǎn)換器完成光電轉(zhuǎn)換，然后利用數(shù)字信號(hào)處理器完成前端校正、頻偏糾正、色散補(bǔ)償、恢復(fù)解碼等處理，從而實(shí)現(xiàn)相干光傳輸[2]。在整個(gè)傳輸過程中，信號(hào)編碼調(diào)制和解碼識(shí)別是至關(guān)重要的兩個(gè)環(huán)節(jié)，關(guān)系網(wǎng)絡(luò)信號(hào)傳輸質(zhì)量。

2.2 編碼調(diào)制技術(shù)

在編碼調(diào)制階段，改變編碼速率、調(diào)制碼型等參數(shù)，可對(duì)光網(wǎng)絡(luò)傳輸速率進(jìn)行調(diào)節(jié)。在該方面，M-QAM技術(shù)最早得到了應(yīng)用，比如采用DP-QPSK調(diào)制碼型，能完成100?Gbps傳輸，采用DP-16?QAM可完成200?Gbps傳輸。但采用該技術(shù)，調(diào)制碼型間顆粒度間隔過大，造成光網(wǎng)絡(luò)傳輸靈活性降低。針對(duì)這一問題，引入了多維編碼調(diào)制格式，通過將信號(hào)空間信號(hào)點(diǎn)分解為多個(gè)子集，然后通過引入冗余度完成傳輸速率自適應(yīng)調(diào)節(jié)。但采用該種編碼調(diào)制格式，將導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)傳輸復(fù)雜度增加。采用時(shí)域混合QAM調(diào)制碼型，可在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中進(jìn)行不同M-QAM調(diào)制格式的周期性插入，使調(diào)制碼型各符號(hào)根據(jù)QAM1和QAM2調(diào)制碼型比特?cái)?shù)及排列結(jié)構(gòu)確定攜帶的比特?cái)?shù)，完成傳輸速率的自適應(yīng)調(diào)節(jié)。采用該種調(diào)制編碼方式，可以更加直接地完成調(diào)制碼型部署。但與此同時(shí)，也需要解決調(diào)制碼型功率比的優(yōu)化問題，確保高階調(diào)制碼型受到的非線性效應(yīng)影響得到減少。在實(shí)現(xiàn)時(shí)域混合QAM調(diào)制碼型解映射時(shí)，則要完成相應(yīng)碼型的實(shí)時(shí)追蹤。

2.3 解碼識(shí)別技術(shù)

靈活光網(wǎng)絡(luò)接收端在進(jìn)行信號(hào)接收時(shí)，將根據(jù)信號(hào)調(diào)制碼型實(shí)現(xiàn)判決解碼、載波相位恢復(fù)等功能。但由于光網(wǎng)絡(luò)采用的調(diào)制編碼方式變得多樣化，所以接收端還需完成有效解碼識(shí)別。針對(duì)時(shí)域混合QAM調(diào)制碼型，目前主要采用基于斯托克斯空間和基于接收信號(hào)功率分布的調(diào)制碼型識(shí)別技術(shù)。采用基于斯托克斯空間的調(diào)制碼型識(shí)別技術(shù)，可根據(jù)調(diào)制碼型信號(hào)映射到斯托克斯空間點(diǎn)簇個(gè)數(shù)完成碼型識(shí)別，需利用歸類聚集算法完成空間點(diǎn)簇分類，如k-mesns算法、最大似然算法等，擁有不同識(shí)別度。采用高階統(tǒng)計(jì)量，可實(shí)現(xiàn)M-QAM細(xì)分，并利用四階統(tǒng)計(jì)量區(qū)分QPSK/BPSK。但采用該技術(shù)，在信號(hào)傳輸距離超出2?240?km時(shí)，將無法完成100%的正確識(shí)別。采用基于接收信號(hào)功率分布的解碼識(shí)別技術(shù)，可在傳輸距離達(dá)4?000?km時(shí)獲得100%正確識(shí)別率。采用該技術(shù)，需在載波相位恢復(fù)的BRSK導(dǎo)頻符號(hào)上進(jìn)行調(diào)制碼型信息加載，然后通過解調(diào)BPSK符號(hào)獲得調(diào)制碼型[3]。通過周期性插入相同碼型解調(diào)BPSK符號(hào)，并對(duì)重復(fù)符號(hào)數(shù)進(jìn)行假定編碼，可消除高斯白噪聲的影響。在相干光通信中，也可以將調(diào)制碼型信息加載至發(fā)射端RF-Pilot幅度上，從而結(jié)合接收到的相位和幅度信息完成解調(diào)識(shí)別。

圖1為采用該方法獲得的RF-Pilot相位和幅度信息。

圖1 RF-Pilot相位和幅度信息

3 結(jié)論

通過分析可以發(fā)現(xiàn)，在面向下一代靈活光網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，還應(yīng)加強(qiáng)對(duì)數(shù)字相干光傳輸技術(shù)的應(yīng)用，提高網(wǎng)絡(luò)容量和傳輸速率。就目前來看，實(shí)際應(yīng)用數(shù)字相干光傳輸技術(shù)進(jìn)行光網(wǎng)絡(luò)信號(hào)傳輸時(shí)，還要加強(qiáng)高階調(diào)制技術(shù)的應(yīng)用，解決信號(hào)傳輸過程中的調(diào)制編碼和解調(diào)識(shí)別問題，繼而更好地保證網(wǎng)絡(luò)信號(hào)傳輸質(zhì)量。

[1]王朔，張凱倫.數(shù)字信號(hào)處理算法在相干光通信系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J].電子世界，2014（16）：220-221.

[2]冷丹，郝耀鴻，徐智勇.基于偏分復(fù)用技術(shù)的CO-OFDM系統(tǒng)模型分析[J].光通信研究，2015（3）：5-8.

[3]李波，郝耀鴻.相干光OFDM在高速光傳輸中的應(yīng)用[J].通信技術(shù)，2013，46（1）：3-6.

Analysis of Digital Coherent Optical Transmission Technology Based on Next Generation Flexible Optical Network

Zheng Haibo

Guangdong Daan Project Management Co., Ltd., Guangdong Guangzhou 510610

Combined with the application of transmission technology in flexible optical network, the paper analyzes the digital coherent optical transmission technology for the next generation of flexible optical network, so as to provide reference for those who are interested in this topic.

flexible optical network; digital coherent optical transmission; modulation technology

TN929.1

A

1009-6434（2017）11-0095-02