突破四道防線 40G高速上路

訊石光通訊網(wǎng) 2008/7/21 10:43:52
　　隨著業(yè)務(wù)的近一步發(fā)展，特別是數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)對(duì)骨干網(wǎng)帶寬的拉動(dòng)， 高速WDM技術(shù)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(yù)示著傳送網(wǎng)正在跨入了一下新的紀(jì)元。在高速40G WDM的發(fā)展過(guò)程中，也同樣提出了很多新的問(wèn)題。那些在低速短距離傳輸可以忽略的因素又開(kāi)始顯現(xiàn)，而且問(wèn)題越來(lái)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(shù)難題。而選擇不同的編碼方式，會(huì)使系統(tǒng)的色度色散、非線性、信噪比、PMD都有不同的表現(xiàn)。因此在應(yīng)用中編碼方式的選擇顯得尤為重要。
 
　　1. 編碼與調(diào)制
 
　　傳統(tǒng)的WDM應(yīng)用都是NRZ( non-return-to-zero，非歸零調(diào)制 ) 編碼方式，目前已經(jīng)得到廣泛的商用，NRZ編碼以其實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟、成本低廉的特點(diǎn)受到了普遍的歡迎，在2.5G、10G系統(tǒng)里尤其如此，而且在實(shí)際的工程中也基本上滿足了應(yīng)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(shù)進(jìn)步始終沒(méi)有停止，一批批新的編碼與調(diào)制技術(shù)不斷涌現(xiàn)，來(lái)解決傳送過(guò)程中遇到的問(wèn)題，包括ODB (Optical Duobinary，光雙二進(jìn)制碼調(diào)制)、CS-RZ(Carrier suppressed RZ Modulation,載波抑制歸零調(diào)制)、DPSK(Differential Phase Shift Keying Modulation,差分移相鍵控調(diào)制格式)、RZ-DPSK、DQPSK(Differential Quadrature Phase Shift Keying Modulation,差分正交相移鍵控調(diào)制格式)等。各種編碼有其不同的特點(diǎn)，有著不同的應(yīng)用場(chǎng)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(duì)較高。
 
　　沒(méi)有哪一種技術(shù)或碼型具有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，在具體的應(yīng)用當(dāng)中，需要關(guān)注各個(gè)方面指標(biāo)的性能，包括OSNR、成本、PMD、波長(zhǎng)間隔、非線性抵抗能力、CD色散容限、等進(jìn)行綜合考慮，沒(méi)有最好地編碼方式，只有更適合的編碼方式。
 
　　在40G長(zhǎng)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(duì)系統(tǒng)的性能要求，但對(duì)于長(zhǎng)距離40G傳輸系統(tǒng)來(lái)說(shuō)， OSNR劣化仍是其不得不面對(duì)的技術(shù)難題。
 
　　2. OSNR的挑戰(zhàn)
 
　　OSNR是光層一個(gè)非常重要的指標(biāo)，特別對(duì)于近似模擬系統(tǒng)的波分來(lái)講，OSNR很大程度上決定了信號(hào)的傳輸質(zhì)量。高速40G WDM也不例外，OSNR指標(biāo)同樣對(duì)其有著致關(guān)重要的影響。相對(duì)來(lái)說(shuō)，40G 速率更高，接收機(jī)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(dāng)采用NRZ編碼方式下，國(guó)標(biāo)中要求10G速率的WDM系統(tǒng)采用SFEC(Super Forward Error Correction,超強(qiáng)前向糾錯(cuò))時(shí)，OSNR大于等于18 dB，意味著在40G WDM 系統(tǒng)中，當(dāng)采用SFEC情況下，至少要求達(dá)到24 dB的OSNR。顯然，在網(wǎng)絡(luò)中要達(dá)到如何高的OSNR要求是比較困難的，特別對(duì)于普遍建設(shè)的一干系統(tǒng)來(lái)講，很多長(zhǎng)距離、大跨段10G WDM的OSNR已經(jīng)在18-20 dB 左右。40G WDM如何大規(guī)模的組網(wǎng)應(yīng)用成為一個(gè)非常重要的難題。烽火通信早在2003年就開(kāi)展了相關(guān)的研究，通過(guò)幾年的努力，在大量仿真實(shí)驗(yàn)以及工程經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，目前主要有通過(guò)引入新的編碼與調(diào)制格式來(lái)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(zhǎng)距離傳輸?shù)闹匾蛩亍?/font>
 
　　3. CD色散的挑戰(zhàn)
 
　　CD色散也是影響WDM系統(tǒng)的一個(gè)非常重要的因素， 在2.5G升級(jí)到10G WDM 系統(tǒng)當(dāng)中，當(dāng)時(shí)色散被認(rèn)為是主要的技術(shù)難題，人們通過(guò)增加DCM補(bǔ)償?shù)姆绞竭M(jìn)行解決，而且從近幾年10G WDM系統(tǒng)的商用情況來(lái)看，DCM (Dispersion Compensator Module ,色散補(bǔ)償模塊)補(bǔ)償方式非常成熟，實(shí)際的運(yùn)行效果也很好。40G WDM相對(duì)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?shù)腄CM補(bǔ)償方式已經(jīng)很難應(yīng)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(jìn)行長(zhǎng)距離傳輸，成為擺在40G WDM發(fā)展的過(guò)程中必須克服的難題。目前來(lái)看，比較可行方案的主要采用兩級(jí)補(bǔ)償?shù)姆绞剑珼CM補(bǔ)償和TDCM(Tunable DCM,可調(diào)色散補(bǔ)償)補(bǔ)償相結(jié)合的方式。第一級(jí)粗補(bǔ)償，采用DCM的方式，和10G WDM系統(tǒng)類(lèi)似，第二級(jí)采用TDCM精確補(bǔ)償方式(主要通過(guò)光纖光柵實(shí)現(xiàn))。在實(shí)際的系統(tǒng)設(shè)計(jì)當(dāng)中，通常要求第一級(jí)DCM補(bǔ)償之后在整個(gè)C波道的各個(gè)波長(zhǎng)的殘余色散在800PS之內(nèi)，再次通過(guò)TDCM來(lái)進(jìn)行每個(gè)波道精確調(diào)節(jié)。目前技術(shù)的發(fā)展焦點(diǎn)集中在自動(dòng)色散補(bǔ)償?shù)姆绞缴?，烽火通?005年完成上海-杭州首條40GWDM工程后，一直推動(dòng)在40G WDM的發(fā)展，包括現(xiàn)在所正在進(jìn)行的自動(dòng)可調(diào)色散補(bǔ)償功能的開(kāi)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(diào)色散補(bǔ)償器件即TDCM板卡，利用TDC(Tunable Dispersion Compensator,可調(diào)色散補(bǔ)償)器件對(duì)分段固定光學(xué)補(bǔ)償后的殘余色散進(jìn)行精確管理。帶有FEC功能的OTU板卡都可以進(jìn)行FEC(Forward Error Correction,前向糾錯(cuò))的0糾錯(cuò)和1糾錯(cuò)計(jì)數(shù)，對(duì)這兩種糾錯(cuò)計(jì)數(shù)的實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)信息可以通過(guò)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(yù)設(shè)的色散調(diào)整步進(jìn)對(duì)色散補(bǔ)償量進(jìn)行調(diào)整。接收OTU板卡對(duì)線路側(cè)O/E轉(zhuǎn)換后的信號(hào)進(jìn)行FEC解碼，利用解碼芯片提供的糾錯(cuò)計(jì)數(shù)可以大致判定當(dāng)前線路的色散是屬于過(guò)補(bǔ)還是欠補(bǔ)，并根據(jù)糾錯(cuò)信息由CPU接口單元控制TDCM單元進(jìn)行補(bǔ)償調(diào)節(jié)，一直到線路側(cè)FEC糾錯(cuò)消失即線路色散補(bǔ)償量與線路色散量達(dá)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(guān)注的PMD，由于DGD容限的降低，使得人們不得不重新審視PMD對(duì)于WDM系統(tǒng)性能的重要影響。
 
　　4. PMD的挑戰(zhàn)
 
　　PMD一直被認(rèn)為是限制通信系統(tǒng)的非常重要的因素，特別是對(duì)高速WDM系統(tǒng)一樣，問(wèn)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(duì)于40G WDM來(lái)講，當(dāng)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(yīng)長(zhǎng)距離的傳輸?目前來(lái)看，可行的解決方法通常有三種：第一是從源頭上解決問(wèn)題，采用新的光纖光纜來(lái)承建40G WDM系統(tǒng)，一般來(lái)說(shuō)2005年以后鋪設(shè)的光纜的PMD值很小，能夠滿足40G WDM系統(tǒng)的對(duì)PMD指標(biāo)要求，特別是G.652D和G.655D光纜;二是采用新的技術(shù)來(lái)提升系統(tǒng)的PMD容限，包括特殊的編碼與調(diào)制技術(shù)，如DPSK、RZ-DQPSK等來(lái)改善系統(tǒng)對(duì)于PMD的隨能力; 三是采用PMD補(bǔ)償技術(shù)，目前來(lái)看，研究的重點(diǎn)主要集中在光域的PMD補(bǔ)償，電域的PMD補(bǔ)償、光電混合的PMD補(bǔ)償，基本原理是通過(guò)檢測(cè)輸入信號(hào)的PMD狀態(tài)，與理想狀態(tài)相比較的差值作為控制信號(hào)來(lái)改變PMD控制器的狀態(tài)，從而將輸入信號(hào)偏振狀態(tài)調(diào)整到正常狀態(tài) 。PMD補(bǔ)償技術(shù)多停留在實(shí)驗(yàn)階段，大規(guī)模的工程應(yīng)用目前看來(lái)困難重重。烽火通信一直致力于PMD補(bǔ)償?shù)难邪l(fā)，目前研究的重點(diǎn)主要集中在一階的PMD補(bǔ)償，從而使系統(tǒng)獲得更遠(yuǎn)的傳輸距離以及更大的傳輸容量。
 
　　此外，40G WDM技術(shù)上還面臨著40G 放大技術(shù)、40G 的成幀、FEC/SFEC的實(shí)現(xiàn)等，不過(guò)隨著技術(shù)的進(jìn)步以及時(shí)間的推移，實(shí)現(xiàn)的方案越來(lái)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(guó)電信合作，成功開(kāi)發(fā)出了3.2T(80×40G) DWDM平臺(tái)，并在國(guó)內(nèi)首次成功實(shí)現(xiàn)了工程應(yīng)用。充分顯示了烽火通信在光通信領(lǐng)域的技術(shù)領(lǐng)先水平，在國(guó)內(nèi)首次采用NRZ碼進(jìn)行40Gb/s DWDM傳輸;國(guó)內(nèi)首次將喇曼光纖放大器技術(shù)成功應(yīng)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(xiàng)創(chuàng)新，上海至杭州40G WDM工程加載了實(shí)際業(yè)務(wù)，全線運(yùn)行穩(wěn)定，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白。
 
　　目前烽火通信主要對(duì)40G WDM高速平臺(tái)系統(tǒng)進(jìn)行完善，包括新型的編碼與調(diào)制方式、自動(dòng)色散補(bǔ)償?shù)膶?shí)現(xiàn)，隨著國(guó)內(nèi)需求的進(jìn)一步啟動(dòng)，基于40Gb/s系統(tǒng)的超高速超大容量光傳輸技術(shù)，將大大改善通信網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，將使傳輸系統(tǒng)帶寬快速擴(kuò)展，滿足社會(huì)信息傳輸需求，并將產(chǎn)生巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

新聞來(lái)源：通信產(chǎn)業(yè)網(wǎng)