邁入100G傳輸時代
[導(dǎo)讀]如何才能做到100G傳輸技術(shù)所要求的2bit/s/Hz頻譜效率，并且克服光纖對于長距離傳輸100G高速信號帶來的挑戰(zhàn)，選擇合適的信號調(diào)制方式和高性能的接收技術(shù)是實現(xiàn)100G傳輸?shù)募夹g(shù)關(guān)鍵。
過去的三年，由于IPTV、HDTV、VOD和移動寬帶業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，特別是基于Internet的視頻應(yīng)用和P2P應(yīng)用的迅猛發(fā)展，使運營商的骨干網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)流量持續(xù)增長。
為了應(yīng)對大容量網(wǎng)絡(luò)帶寬要求，高速率的WDM傳輸技術(shù)成為解決問題的重點。從1995年DWDM系統(tǒng)首次商用以來，其容量從剛開始的8個DWDM2.5G波道，發(fā)展到近幾年來開始規(guī)模部署的80個DWDM40G波道。而更高速率的100G傳輸技術(shù)也正走向成熟。
但如何才能做到100G傳輸技術(shù)所要求的2bit/s/Hz頻譜效率，并且克服光纖對于長距離傳輸100G高速信號帶來的挑戰(zhàn)，選擇合適的信號調(diào)制方式和高性能的接收技術(shù)是實現(xiàn)100G傳輸?shù)募夹g(shù)關(guān)鍵。
100G的傳輸技術(shù)
調(diào)制格式?jīng)Q定了如何將輸入的數(shù)字信息高效的承載到每個光載波之上。最早期的40G部署基于雙二進制傳輸（PSBT），一個簡單的多電平的調(diào)制方式允許50GHz的波道間隔和濾波操作,它具有良好的成本與性能比，但只達到中等距離的傳輸水平(8x22dB）。自2005年以來，40G已在某些地區(qū)開始應(yīng)用，特別是在美國部署長途應(yīng)用。隨后，相位調(diào)制技術(shù)開始被應(yīng)用到40G的傳輸系統(tǒng)，和傳統(tǒng)的幅度調(diào)制的技術(shù)相比，多相位調(diào)制方式可以更好的抵御非線性光學效應(yīng)和噪聲。最廣泛使用的40G的調(diào)制方式包括差分接收的兩相調(diào)制(DPSK)和四相調(diào)制方式(DQPSK)，可以實現(xiàn)長距離的傳輸。但100G的傳輸速率是40G的2.5倍，是傳統(tǒng)10G的10倍，為了在50GHz的頻譜內(nèi)傳輸信號，更高效的調(diào)制方式需要考慮。為了保持合適的傳輸波特率，傳輸100G的時候每信元符號需要攜帶更多的比特信息(4比特/符號)，因此如果單純考慮增加相位調(diào)制的復(fù)雜度，從四相調(diào)制發(fā)展到16QAM(4比特/符號)，但由于16QAM的最小歐氏距離很小，能容忍的相位和幅度噪聲也很小，所以其非線性容忍性很差，因此無法滿足長距離的傳輸需要，而且系統(tǒng)設(shè)計比較復(fù)雜。因此，對于100G的調(diào)制方式的選擇，業(yè)界選擇的主流技術(shù)仍然是QPSK，但為了達到４比特/符號，采用極化模復(fù)用的方式，也就是PDM-QPSK的調(diào)制方式，該調(diào)制方式已經(jīng)被OIF列為標準。
PDM-QPSK的信號在接收側(cè)采用相干檢測技術(shù)可以實現(xiàn)高性能的信號解調(diào)。和直接解調(diào)、差分解調(diào)方式相比，相干檢測所使用的本地激光器的功率要遠大于輸入光信號的光功率，所以光信噪比可以極大地改善。特別是相干檢測技術(shù)充分利用強大的DSP來處理極化模復(fù)用信號，可以通過后續(xù)的數(shù)字信號處理補償并進行信號重構(gòu)，可以還原被傳輸?shù)男盘柕奶匦?極化模，幅度，相位)，大幅度消除光纖帶來的傳輸損傷，如PMD容忍度達30ps，無需線路色散補償就可以容忍幾萬ps/nm。
相比于其它的100G傳輸方案，如Dual-Sub-Carrier-PDM-QPSK或OFDM技術(shù)，PDM-QPSK結(jié)合相干檢測提供了最優(yōu)化的解決方案（如圖1），這被大多數(shù)的系統(tǒng)供應(yīng)商選擇為解決方案。據(jù)相關(guān)的測試和研究報告，采用PDM-QPSK調(diào)制和相干檢測技術(shù)的100G傳輸系統(tǒng)，可以支持1500km的傳輸距離，當采用Raman光放技術(shù)，可以達到2500km，為長距離的骨干傳輸做好準備。
除了現(xiàn)網(wǎng)的測試外，阿爾卡特朗訊在實驗室也進行了大量的系統(tǒng)測試研究，并且在每年的ECOC和OFC會議上公布試驗結(jié)果和大量的論文，和大家分享100G的研究成果，積極推動技術(shù)的發(fā)展。
網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的增長正在推動光網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率不斷提升。在不太遠的未來，一些系統(tǒng)將演進到100Gbit/s的波道速率。2010年，100G的商用系統(tǒng)將會推向市場，2010年中IEEE高速Ethernet的相關(guān)規(guī)范和ITU-TOTN的相關(guān)規(guī)范也將制定完成，100G傳輸系統(tǒng)將為高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的承載做好準備，相信真正的規(guī)模部署并不遙遠。
為了應(yīng)對大容量網(wǎng)絡(luò)帶寬要求，高速率的WDM傳輸技術(shù)成為解決問題的重點。從1995年DWDM系統(tǒng)首次商用以來，其容量從剛開始的8個DWDM2.5G波道，發(fā)展到近幾年來開始規(guī)模部署的80個DWDM40G波道。而更高速率的100G傳輸技術(shù)也正走向成熟。
但如何才能做到100G傳輸技術(shù)所要求的2bit/s/Hz頻譜效率，并且克服光纖對于長距離傳輸100G高速信號帶來的挑戰(zhàn)，選擇合適的信號調(diào)制方式和高性能的接收技術(shù)是實現(xiàn)100G傳輸?shù)募夹g(shù)關(guān)鍵。
100G的傳輸技術(shù)
調(diào)制格式?jīng)Q定了如何將輸入的數(shù)字信息高效的承載到每個光載波之上。最早期的40G部署基于雙二進制傳輸（PSBT），一個簡單的多電平的調(diào)制方式允許50GHz的波道間隔和濾波操作,它具有良好的成本與性能比，但只達到中等距離的傳輸水平(8x22dB）。自2005年以來，40G已在某些地區(qū)開始應(yīng)用，特別是在美國部署長途應(yīng)用。隨后，相位調(diào)制技術(shù)開始被應(yīng)用到40G的傳輸系統(tǒng)，和傳統(tǒng)的幅度調(diào)制的技術(shù)相比，多相位調(diào)制方式可以更好的抵御非線性光學效應(yīng)和噪聲。最廣泛使用的40G的調(diào)制方式包括差分接收的兩相調(diào)制(DPSK)和四相調(diào)制方式(DQPSK)，可以實現(xiàn)長距離的傳輸。但100G的傳輸速率是40G的2.5倍，是傳統(tǒng)10G的10倍，為了在50GHz的頻譜內(nèi)傳輸信號，更高效的調(diào)制方式需要考慮。為了保持合適的傳輸波特率，傳輸100G的時候每信元符號需要攜帶更多的比特信息(4比特/符號)，因此如果單純考慮增加相位調(diào)制的復(fù)雜度，從四相調(diào)制發(fā)展到16QAM(4比特/符號)，但由于16QAM的最小歐氏距離很小，能容忍的相位和幅度噪聲也很小，所以其非線性容忍性很差，因此無法滿足長距離的傳輸需要，而且系統(tǒng)設(shè)計比較復(fù)雜。因此，對于100G的調(diào)制方式的選擇，業(yè)界選擇的主流技術(shù)仍然是QPSK，但為了達到４比特/符號，采用極化模復(fù)用的方式，也就是PDM-QPSK的調(diào)制方式，該調(diào)制方式已經(jīng)被OIF列為標準。
PDM-QPSK的信號在接收側(cè)采用相干檢測技術(shù)可以實現(xiàn)高性能的信號解調(diào)。和直接解調(diào)、差分解調(diào)方式相比，相干檢測所使用的本地激光器的功率要遠大于輸入光信號的光功率，所以光信噪比可以極大地改善。特別是相干檢測技術(shù)充分利用強大的DSP來處理極化模復(fù)用信號，可以通過后續(xù)的數(shù)字信號處理補償并進行信號重構(gòu)，可以還原被傳輸?shù)男盘柕奶匦?極化模，幅度，相位)，大幅度消除光纖帶來的傳輸損傷，如PMD容忍度達30ps，無需線路色散補償就可以容忍幾萬ps/nm。
相比于其它的100G傳輸方案，如Dual-Sub-Carrier-PDM-QPSK或OFDM技術(shù)，PDM-QPSK結(jié)合相干檢測提供了最優(yōu)化的解決方案（如圖1），這被大多數(shù)的系統(tǒng)供應(yīng)商選擇為解決方案。據(jù)相關(guān)的測試和研究報告，采用PDM-QPSK調(diào)制和相干檢測技術(shù)的100G傳輸系統(tǒng)，可以支持1500km的傳輸距離，當采用Raman光放技術(shù)，可以達到2500km，為長距離的骨干傳輸做好準備。
100G的試驗網(wǎng)
從2005年開始，阿爾卡特朗訊致力于100G傳輸商用系統(tǒng)的技術(shù)研究和開發(fā)，并且在進行了大量測試，為100G技術(shù)的成熟商用奠定了基礎(chǔ)。
早在2007年，阿爾卡特朗訊在Verizon位于佛羅里達邁阿密的網(wǎng)絡(luò)上成功開展100G信號的傳送試驗，在原有的現(xiàn)網(wǎng)的平臺上，在從Tampa到Miami的504km的光纜線路上傳送了107G的信號，攜帶了真實的視頻業(yè)務(wù)，調(diào)制方式采用RZ-DQPSK。后繼，阿爾卡特朗訊又為多個運營商做了一系列的測試，采用創(chuàng)新的光電解決方案實現(xiàn)40G和100G傳輸，得到了用戶的積極回饋，確立了其在100G領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。最新的現(xiàn)網(wǎng)測試發(fā)生在2009年11月，阿爾卡特朗訊在西班牙電信（Telefónica）的Madrid-Sevilla-Merida的現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)上成功實現(xiàn)了1088km單波速率為112Gbit/s的DWDM傳輸。這項測試在已有業(yè)務(wù)重載（42個10G波道）的現(xiàn)網(wǎng)平臺上，混合了10G（NRZOOK調(diào)制）、40G（P-DPSK調(diào)制）和100 Gbit/s (PDM-QPSK 調(diào)制)波道，不需要對波長間隔進行重新規(guī)劃，并且在無需額外中繼的情況下跨越了包括5個可調(diào)ROADM和2個固定OADM的多個節(jié)點，成功進行了24小時誤碼測試和一系列的性能測試。該項傳輸測試從多個方面印證了阿爾卡特朗訊100G商用系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)配置的靈活性和可擴展性方面的能力。歷年的阿爾卡特朗訊100G試驗如表1所示。
從2005年開始，阿爾卡特朗訊致力于100G傳輸商用系統(tǒng)的技術(shù)研究和開發(fā)，并且在進行了大量測試，為100G技術(shù)的成熟商用奠定了基礎(chǔ)。
早在2007年，阿爾卡特朗訊在Verizon位于佛羅里達邁阿密的網(wǎng)絡(luò)上成功開展100G信號的傳送試驗，在原有的現(xiàn)網(wǎng)的平臺上，在從Tampa到Miami的504km的光纜線路上傳送了107G的信號，攜帶了真實的視頻業(yè)務(wù)，調(diào)制方式采用RZ-DQPSK。后繼，阿爾卡特朗訊又為多個運營商做了一系列的測試，采用創(chuàng)新的光電解決方案實現(xiàn)40G和100G傳輸，得到了用戶的積極回饋，確立了其在100G領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。最新的現(xiàn)網(wǎng)測試發(fā)生在2009年11月，阿爾卡特朗訊在西班牙電信（Telefónica）的Madrid-Sevilla-Merida的現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)上成功實現(xiàn)了1088km單波速率為112Gbit/s的DWDM傳輸。這項測試在已有業(yè)務(wù)重載（42個10G波道）的現(xiàn)網(wǎng)平臺上，混合了10G（NRZOOK調(diào)制）、40G（P-DPSK調(diào)制）和100 Gbit/s (PDM-QPSK 調(diào)制)波道，不需要對波長間隔進行重新規(guī)劃，并且在無需額外中繼的情況下跨越了包括5個可調(diào)ROADM和2個固定OADM的多個節(jié)點，成功進行了24小時誤碼測試和一系列的性能測試。該項傳輸測試從多個方面印證了阿爾卡特朗訊100G商用系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)配置的靈活性和可擴展性方面的能力。歷年的阿爾卡特朗訊100G試驗如表1所示。
除了現(xiàn)網(wǎng)的測試外，阿爾卡特朗訊在實驗室也進行了大量的系統(tǒng)測試研究，并且在每年的ECOC和OFC會議上公布試驗結(jié)果和大量的論文，和大家分享100G的研究成果，積極推動技術(shù)的發(fā)展。
網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的增長正在推動光網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率不斷提升。在不太遠的未來，一些系統(tǒng)將演進到100Gbit/s的波道速率。2010年，100G的商用系統(tǒng)將會推向市場，2010年中IEEE高速Ethernet的相關(guān)規(guī)范和ITU-TOTN的相關(guān)規(guī)范也將制定完成，100G傳輸系統(tǒng)將為高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的承載做好準備，相信真正的規(guī)模部署并不遙遠。
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