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光通信革命100G波分传输技术发展【今日信息】

发布时间:2019-03-14 00:36:59 阅读: 来源:健康秤厂家

市场需求驱动

互联网数据业务的爆炸式增长是高速波分传输发展的主要推动力,根据调研和预测,骨干网传输带宽以每年50%以上的速度增长,目前骨干传输网要求支持100G传输的呼声越来越强烈。100G波分传输的工程应用需求总结如下。

● 传输距离:长途骨干网要求传输距离至少达1000~1500 km,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;

● 传输容量:通道间隔为50GHz,与现有10G波分系统相同;

● 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;

● 成本:100G波分系统相比10G在成本/速率/距离上应有优势;

● 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。

要完全实现以上需求,必须采用相干通信技术,加强系统消除传输损伤的能力。100G信号速率对目前电芯片来说仍然太高,可通过多电平调制、偏振复用、多波并行传输等技术组合将100Gbps信号速率降为25G波特率或更低。

标准及产业链现状

为推动100G光通信产业链的发展,多个光通信国际标准组织积极制定100G相关标准,涵盖100G器件、光模块、OTN开销处理、系统设备等领域。IEEE于2010年6月发布了40G/100G以太网接口标准802.3ba,由多个光模块厂商组成的CFP多源协议联盟也发布了客户侧可热插拔光模块硬件和软件接口协议,为100G客户侧接口制定了接口规范;ITU-T于2009年12月更新了OTN接口建议G.709,定义了支持100GE接入的OTU4帧结构及映射协议,规范了100G单板中成帧处理要求;OIF负责制定100G波分侧光模块电气机械接口、软件管理接口、集成式发射机和接收机组件、前向纠错技术的协议规范,有力地推动了波分侧接口设计标准化。

100G波分传输已从实验室研究进入工程测试和初期应用阶段。各大系统设备厂家客户侧100GE接口严格符合标准802.3ba规范的4路并行传输,波分侧采用各具特色的传输技术。截至2010年7月,大部分光器件达到可商用程度,但相干接收技术中关键芯片ADC和DSP的量产商用还需一段时间。ADC和DSP是近年来阻碍100G波分传输商用的最大拦路石,目前有多个芯片厂家正在积极研发集成ADC和DSP功能的ASIC芯片。

中兴通讯解决方案

中兴通讯提供两种解决方案,一种是实现简单的“PDM-DQPSK+直接接收”解决方案,另一种是高性能的“PDM-DQPSK+相干接收”解决方案。

PDM-DQPSK+直接接收

发射单元采用PDM-DQPSK调制,接收单元采用直接接收技术。PDM-DQPSK即偏振复用-差分正交相移键控调制,激光通过偏振分束器分成2路正交偏振态光,每路进行DQPSK调制(DQPSK调制技术在40G波分传输系统中已成熟应用),然后再用偏振合束器合成一束光,传输速率为111.8Gbps。相位调制信号的直接接收即采用延迟干涉和平衡接收实现信号检测,因输入信号为2路偏振态信号,还需采用光学偏振跟踪技术分离出2路偏振正交的DQPSK信号。

该方案中光学偏振跟踪速度快,可满足工程现场应用需求,通道间隔最小为50GHz。系统中仍需配置色散补偿,PMD容限有限,OSNR(光信噪比)性能较差,属于100G波分传输初期解决方案。

PDM-DQPSK+相干接收

发射单元采用PDM-DQPSK调制,接收单元采用相干接收技术,该方案符合OIF(光互联论坛)100G接口规范,其功能框图如图1所示。

图1 相干接收PDM-DQPSK原理框图

发射单元为PDM-DQPSK调制,差分编码解决相位模糊问题。

接收单元由本振激光、光电解调、ASIC芯片组成。本振激光采用大功率窄线宽可调谐激光器,双路混频器、4路光电转换完成光电解调,实现任意偏振态、任意相位信号的相干接收,其中4路光电转换采用双PIN平衡接收,相比单PIN接收有更大的输入光功率动态范围。ASIC芯片集成ADC和DSP功能,消除传输损伤和恢复信号。采用CMOS技术的低功耗ASIC芯片,DSP算法类似软件无线电技术,包括如下功能模块:重采样、色散补偿、自适应滤波、频率补偿、相位恢复、SD-FEC解码。

相干接收PDM-DQPSK可实现50GHz间隔波分复用,滤波特性好;OSNR性能好,目标传输距离达1500 km以上;DSP算法跟踪速度快,可实现光层快速保护倒换;色散补偿和偏振模块色散补偿均在接收机中完成,可降低系统整体配置成本,但如果配置光学色散补偿,会加重系统非线性损伤。考虑到发射端可能重新定义帧格式以兼容SD-FEC,接收端DSP算法各有差异,因此很难实现波分侧互联互通。

其他解决方案

虽然“PDM-DQPSK+相干接收”是被业界认可的100G标准化解决方案,但有些设备制造商采用了其他解决方案。

(1)发射端采用双波或3波DQPSK信号进行合波,子载波频率间隔为50GHz,接收端采用光滤波器分离出2路或3路DQPSK信号,然后再采用延迟干涉和平衡接收实现信号检测。该方案又叫反向复用技术,通道间隔最小为100GHz或150GHz,传输容量小,OSNR性能较差,属于100G波分传输早期解决方案。

(2)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。该方案最早实现100G波分传输工程应用。

(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。

以数字信号处理技术为核心的100G相干接收技术是光通信发展史上具有里程碑意义的革命性突破,其重要性不亚于推动波分复用系统大规模应用的掺铒光纤放大器。随着带宽需求的持续增长和100G相干接收相关器件的成熟,尤其是100G所用光器件及芯片的小型化和低功耗趋势,100G波分传输必将完全取代现有10G波分传输,并会挤压40G波分传输的应用空间。

作者:沈百林 来源:中兴通讯技术 (简讯)——第9期 总第264期 声明:除非本站原创文章,其它转载和投稿的文章版权均归原作者所有,且不代表本站赞同其观点和看法。如版权人或相关方存在异议,请联系网站编辑:wanglq@

=光通信革命:100G波分传输技术发展

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