100G傳輸?shù)尿?qū)動力

　　過去的三年里面，由于IPTV, HDTV, VoD和移動寬帶業(yè)務的快速發(fā)展，特別是基于Internet的視頻應用和P2P應用的迅猛發(fā)展，使運營商的骨干網(wǎng)絡的業(yè)務流量持續(xù)增長。相關報告預測到2012年，全球的IP業(yè)務流量將超過40exabytes (1018 Bytes)。許多運營商預計網(wǎng)絡業(yè)務流量年平均增長率達到50%以上，按此計算，六年后的網(wǎng)絡帶寬需求將是當前網(wǎng)絡的10倍以上。

　　為了應對大容量網(wǎng)絡帶寬要求，高速率的WDM傳輸技術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DWDM 2.5G波道，發(fā)展到近幾年來開始規(guī)模部署的80個DWDM 40G波道。而更高速率的100G傳輸技術也正走向成熟。100G bit/s傳輸將意味著在9秒鐘之內(nèi)傳輸2個小時的HD電影和在46秒鐘之內(nèi)全部下載500G字節(jié)的硬盤內(nèi)容，該技術的使用將使單波道的頻譜效率從40G 的0.8 bit/s/Hz提升到2 bit/s/Hz，滿足了運營商擴展網(wǎng)絡容量的需求。

　　但如何才能做到頻譜效率達到2 bit/s/Hz，并且克服光纖對于長距離途傳輸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是實現(xiàn)100G傳輸?shù)募夹g關鍵。下面我們將從這方面著手，介紹100G傳輸技術。

　　100G的傳輸技術

　　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，它已在某些地區(qū)開始應用，特別是在美國部署長途應用。隨后，相位調(diào)制技術開始被應用到40G的傳輸系統(tǒng)，和傳統(tǒng)的幅度調(diào)制的技術相比，多相位調(diào)制方式可以更好的抵御非線性光學效應和噪聲。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)的傳輸信號，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，100G的傳輸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)設計比較復雜。因此，對于100G的調(diào)制方式的選擇，業(yè)界選擇的主流技術仍然是QPSK，但為了達到4比特/符號，采用極化模復用的方式，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。

　　圖1、選擇合適的100G的調(diào)制方式

　　圖2是PDM-QPSK的信號調(diào)制和接收機的功能示意圖。在發(fā)送端，數(shù)據(jù)分成4路，分別調(diào)制兩個QPSK調(diào)制器，再通過偏振合波器PBC，得到兩個極化偏振態(tài)垂直的QPSK信號，即PDM-QPSK信號。

　　在接收端，采用相干檢測，用一個本振激光器經(jīng)過偏振分束，與偏振分束后的信號光進行混頻，每個90度混頻器輸出一個偏振態(tài)的兩路信號(I、Q)，兩個偏振態(tài)共四路信號，經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換后，再由ADC采樣后采用DSP進行數(shù)字信號處理。

　　圖2、PDM-QPSK發(fā)送和接收的功能示意圖

　　PDM-QPSK的信號在接收側(cè)采用相干檢測技術可以實現(xiàn)高性能的信號解調(diào)。和直接解調(diào)和差分解調(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充分利用強大的DSP來處理極化模復用信號，可以通過后續(xù)的數(shù)字信號處理補償并進行信號重構，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。

　　圖3、PDM-QPSK相干檢測的數(shù)字信號處理過程

　　圖3是PDM-QPSK相干檢測數(shù)字信號處理的功能示意圖。從上圖中可以形象的看到接收到的信號，經(jīng)過ADC，高速采樣，色散補償，極化模解復用和均衡，頻率和相位的恢復等一系列的數(shù)字信號處理過程，最終在信號判決的時候可以清晰的檢測到相關的信號。

　　相比于其它的100G傳輸方案，如Dual-Sub-Carrier-PDM-QPSK 或OFDM技術，PDM-QPSK結合相干檢測提供了最優(yōu)化的解決方案。事實上已被大多數(shù)的系統(tǒng)供應商選擇為解決方案。據(jù)相關的測試和研究報告，采用PDM-QPSK調(diào)制和相干檢測技術的100G傳輸系統(tǒng)，可以支持1500Km的傳輸距離，當采用Raman光放技術，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)的技術研究和開發(fā)，并且在進行了許多的測試，為100G技術的成熟商用奠定了基礎。

　　早在2007年，阿爾卡特朗訊在Verizon網(wǎng)絡中，在佛羅里達邁阿密成功開展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504公里的光纜線路上傳送了107G的信號，攜帶了真實的視頻業(yè)務，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)40和100G傳輸，得到了用戶的積極回饋，確立了其在100G領域的領先地位。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)絡上成功實現(xiàn)了1088公里單波速率為112 Gbit/s的DWDM傳輸。這項測試在已有業(yè)務重載(42個10G波道)的現(xiàn)網(wǎng)平臺上，混合了10G( NRZ OOK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)絡配置的靈活性和可擴展性方面的能力。

　　圖4、阿爾卡特朗訊的100G試驗

　　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會議上公布試驗結果和大量的論文，和大家分享 100G的研究成果，積極推動技術的發(fā)展。圖4是阿爾卡特朗訊在2005年到2009年期間在ECOC和OFC上發(fā)布的100G相關測試的記錄。

　　小結

　　網(wǎng)絡數(shù)據(jù)業(yè)務的增長正在推動光網(wǎng)絡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。以上我們簡單的介紹了100G傳輸?shù)年P鍵技術信號調(diào)制方式和相干檢測。并且介紹了100G的相關的現(xiàn)網(wǎng)試驗和實驗室的試驗成果。這些技術將確保運營商建設大容量的長距離傳輸網(wǎng)絡，兼容現(xiàn)有的10G和40G的波道。 2010年，100G的商用系統(tǒng)將會推向市場，2010年中IEEE高速Ethernet的相關規(guī)范和ITU-T OTN的相關規(guī)范也將制定完成，100G傳輸系統(tǒng)將為高速數(shù)據(jù)業(yè)務的承載做好準備，相信真正的規(guī)模部署并不遙遠。