对100g波分复用传输系统关键技术运用的探讨


对100100100100GGGG波 分复 用传 输系 统关 键技 术运 用的 探讨 丘 志方 中 国电 信股 份有 限公 司梅 州分 公司 摘要:本文主要是对目前国内100G波分传输系统的迫切需求以及针对100G波分复用传输 系统的运用面临的问题进行分析,结合自己的实践工作经验,对100G波分传输系统相关关 键 技术 的运 用进 行分 析与 探讨 。 关 键词 : 100G; 传输 系统 ;关 键技 术 中 图分 类号 : TN91 文 献标 识码 : A 文 章编 号: 引言 当前宽带需求快速发展,各运营商光纤宽带竞争加剧,随着宽带业务的持续发展,承载 网 骨干 层面 临着 越来 越大 的带 宽压 力。 同时 ,路 由器 100GE端 口需 求开 始出 现, 10G/40G 传 送承 载网 已经 不能 满足 超宽 带和 100GE端 口的 需求 ,在 骨干 层实 现 100G传 输将 已经 是网 络 建设 的主 流。 1111. 当前 传输 系统 的迫 切需 求 (1)传 输距 离 :长 途骨 干网 要求 传输 距离 至少 达 1000~1500km,包含6个ROADM(可 重构 型 光分 插复 用设 备 ); 城域 网要 求包 含 20 个ROADM; (2)传 输容 量: 通道 间隔 为 50GHz, 与现 有 10G波 分系 统相 同; (3)应 用场 景: 可在 现有 光纤 通信 系统 上进 行升 级, 无需 更换 新型 光纤 或光 放大 器; (4)成 本: 100G波 分系 统相 比 10G在 成本 /速率/距 离上 应有 优势 ; (5)功 耗: 100G波 分系 统相 比 10G在 功耗 /速 率以 及设 备集 成度 上应 有优 势。 2222. 影响 100100100100GGGG传 输发 展凸 显因 素 2.1 系统OSNR 光 信噪 比 是 在光 有效 带宽 为 0.1nm 内 光信 号功 率和 噪声 功率 的比 值。 波分 传输 系统 采用 光放大器来克服光纤损耗,延长无电中继传输距离,光放大器在对光信号进行功率放大的同 时也引入了噪声信号,另外,在波特率提升时,光接收机的带宽也需要随之而线性增加,而 更 宽的 接收 机带 宽将 使得 更高 功率 的噪 声进 入接 收机 的判 决电 路 ,从 而会 造成 误码 率的 增加 ,这 样就 必须 要求 OSNR 容 限提 升。 2.2 色 散容 限 光纤中光信号传输,其脉冲的前沿和后沿存在红移和蓝移,导致脉冲前后沿的传输速度 不一样,从而导致经过长距离传输后信号展宽直至无法判决甚至无法恢复,致使相邻光脉冲 之间的码间干扰,从而产生误码。传输光信号的色散容限与光信号的光谱宽度成反比,同时 和光信号的时域宽度(脉冲周期)成正比。对于100G信号,由于其光信号的波特率提升, 其光谱宽度会相应提升,其时域波形周期也会随之降低,如果100G同样采用传统的 OOK/ASK 调制方法(二进制振幅键控),则其色散容限将非常小,现有的DCM 补偿方式已 经完全不能满足要求。对于100G传输,色散容限问题已经成为严重的问题,而传统的光学 色散补偿的方法已经不能克服色散容限降低带来的危害,必须采用更新的补偿措施,才能使 100G传 输成 为可 能。 2.3PMD 容限 同 色度 色散 ( CD) 一样 ,偏 振模 色散 ( PMD) 也同 样限 制着 高速 波分 系统 的传 输能 力 。 偏振模色散(PMD)是指对相同频率的光,只要其偏振模式不同,光纤也会导致其传播速度 不 同, 偏振 模色 散会 导致 光纤 传输 系统 的码 间干 扰( ISI), 进而 引起 误码 和系 统代 价。 如果100G同 样采 用传 统的 OOK/ASK 调 制方 法 (二 进制 振幅 键控 ),其PMD 容 限不 足 1ps,无法达到工程预算要求。在100G传输系统中,PMD 容限也被认为是一个非常严重的 问 题, 常规 的强 度调 制 -直 接检 测( IM-DD) 码型 调制 及接 收方 式无 法满 足系 统设 计要 求, 在 技 术上 必须 寻找 新的 解决 方案 。 2.4 光 纤非 线性 效应 光纤非线性效应的强弱与入纤光功率、光信号的光谱宽度、调制码型特性、光纤色散系 数以及跨段数目均有关系,光信号的调制速率越高,对光纤非线性效应的忍耐程度越低。而 一 些特 殊的 码型 调制 技术 技术 ,如 相位 调制 、RZ码 型调 制等 ,有 利于 增强 传输 码型 对光 纤非 线 性效 应的 抵抗 能力 。100G传 输系 统 ,如 果要 克服 由于 调制 速率 提升 而带 来的 更差 的非 线性 忍 耐度 ,就 必须 从调 制技 术上 寻找 新突 破。 3333. 实现 100100100100GGGG传 输系 的关 键技 术 3.1 采用PDM-QPSK 调 制技 术, 降低 光信 号的 波特 率 光信号的光谱带宽是由波特率决定的,波特率越大,光信号的光谱就越宽,两者之间呈 现出线性关系。光信号的光谱不能大于WDM 信道之间的频率间隔,否则各个WDM 信道的 光谱会相互交叠,导致各个WDM 信道所承载的业务码流之间发生干扰,从而产生误码和系统 代价 。当 波特 率提 高到 100Gbaud/s时,普 通调 制码 型的 光谱 宽度 已经 超过 50GHz,更加 无 法实 现 50GHz 间 隔传 输。 在100G系统中,为了能同样达到50GHZ 间隔传输,就必须采用偏振复用技术,使得 一 个光 信道 内部 存在 多个 二进 制信 道, 在保 持线 路比 特率 不变 的基 础上 降低 传输 的波 特率 。 100GPDM-QPSK 调 制的 本质 是通 过在 光场 相位 上选 取 4个 可能 的取 值, 使得 在不 降低 线路速率的基础上,将光信号的波特率降低一半。这种复用方式可以将光信号的光谱带宽降 低 一半 ,同 时又 提出 了 “偏 振复 用 (PDM)”的 方案 ,将100G数 据首 先通 过复 用到 光波 长的 两 个偏 振态 上, 进一 步将 传输 光信 号的 波特 率再 降低 一半 。 图1:100G相干ePDM-QPSK 原理 与 传统 得二 进制 调制 不同 ,PDM-QPSK 采 用恒 定幅 度四 级相 位调 制和 正交 偏振 复用 相结 合得方式将传输符号的波特率降低为二进制调制的四分之一,即100G传输中,采用 PDM-QPSK 技 术之 后, 实际 线路 上的 波特 率仍 然是 25G速 率。 偏振复用也有可能带来一些问题,由于在两个偏振上分别独立加载了业务信息,在光纤 传 输过 程中 ,不 同偏 振上 的光 信号 会互 相耦 合 ,并 在光 纤 PMD 效 应作 用下 产生 误码 。因 此采 用 偏振 复用 ,一 个首 先要 克服 的障 碍是 要在 接收 端进 行偏 振分 离, 并解 决 PMD 代 价的 问题 。 这 就需 要通 过相 干接 收和 数字 信号 处理 来实 现的 。 3.2 相 干接 收技 术与 光数 字处 理技 术( oDSP) 发射端采用双波相干接收PDM-DQPSK,其中子载波频率间隔为20GHz,接收端间隔 20GHz 的 两个 本振 激光 分别 对输 入信 号进 行相 干检 测 ,之 后分 别用 低通 电滤 波器 抑制 另一 子 载 波信 号串 扰 ,ADC 采 样后 再利 用 DSP 算 法消 除传 输损 伤和 恢复 数据 。该 方案 通道 间隔 最小 为50GHz,OSNR 性 能好 ,虽 然克 服了 当前 ADC 器 件采 样速 率瓶 颈, 但是 器件 较多 ,功 耗 较 大, 方案 集成 度较 差, 系统 非线 性性 能相 对较 差。 色 散和 PMD 效 应均 是在 光电 场的 相位 或偏 振上 引入 的线 性调 制或 畸变 ,如 果能 探测 出光 信 号的 电场 ,则 可以 采用 线性 补偿 的方 法 ,在 光场 上抵 消色 度色 散和 PMD 效应,这 就是 光 学 DSP 处 理的 核心 。 在100GPDM-QPSK 传输中,主要就是利用光数字信号处理技术(ODSP)在电域实现 偏 振解 复用 和通 道线 性损 伤 (CD、PMD)补偿,即 通过 数字 化算 法 ,在 电域 进行 色度 色散 补 偿 以及 偏振 态色 散补 偿, 以此 减少 和消 除对 光色 散补 偿器 和低 PMD 光 纤的 依赖 。 采用这种基于电域的oDSP 技术,在100G系统上可实现高达60000ps/nm 的色散容 限和90ps 的DGD 容限。在 做波 分设 计时 ,传 输线 路上 将不 再放 置 DCM 模块,PMD 效 应也 不 再成 为限 制系 统传 输距 离的 因素 ,使 得 100G系 统具 备长 距离 传输 的能 力。 3.3 采 用更 多电 平的 高级 调制 码型 例如PDM-64QAM,波特率为信号速率的1/12,此外OFDM 研究也比较热门,这类调 制码型均采用相干接收技术,但发射和接收实现相对较复杂,在现有器件技术水平下还不适 合100G工 程应 用, 目前 仍处 于实 验室 研究 阶段 ,有 可能 应用 于未 来的 400G波 分传 输。 4444. 结语 2008 年,基于40Gbps 速率的WDM 系统已经规模商用,许多运营商和设备商都把眼 光投向100GWDM 系统。其中随着100GE路由器接口标准化的完成,100G的长途传输也 进入了议事日程。当以10G传输技术为基础的承载网带宽耗尽时,网络平滑升级至 40G/100G是 最经 济的 提升 网络 容量 的方 法。 因此 ,在 承载 网的 核心 层及 骨干 层实 现 100G 传 输将 成为 必然 。 参 考文 献 : [1] IEEE 802.3ba-2010.40Gb/s and 100Gb/s Ethernet [S].2010. [2] 赵文玉,张海懿,汤瑞,等.OTN 关键技术及应用策略探讨[J].电信网技 术,2010(11):50-54. [3]张 海懿 .100G光 传送 时代 渐行 渐近 [N].人 民邮 电报 ,2010-11-26.对100G波分复用传输系统关键技术运用的探讨 作者: 丘志方 作者单位: 中国电信股份有限公司梅州分公司 刊名: 城市建设理论研究(电子版) 英文刊名: ChengShi Jianshe LiLun Yan Jiu 年,卷(期): 2013(6) 本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_csjsllyj201306566.aspx
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