北電40G領跑新一輪全球帶寬風暴

    1引言

    在寬帶數據業(yè)務的大力驅動下，路由器40G接口已經開始商用，40G波分復用（WDM）技術的難點逐步解決，近期人們討論的技術焦點已經不再是40GWDM是否可商用，而是在考慮實際網絡中應該選擇什么樣的技術來部署40GWDM系統(tǒng)。

    2 40GWDM技術

    目前，全球各個電信設備制造商為實現(xiàn)40GWDM采用了各種各樣的創(chuàng)新技術。其中，最復雜的是編碼/調制技術，包括：

    （1）編碼技術：NRZ（不歸零碼），RZ（歸零碼），CRZ（啁啾RZ），F(xiàn)SRZ（全譜RZ），ODB（光二進制碼），PSBT（相位整形二進制傳輸），DRZ（差分歸零碼），CS-NRZ（載波抑制不歸零碼）等。

    （2）調制技術：IM（強度調制），DPSK（二相位調制），QPSK（四相位調制），DQPSK（差分四相位調制），DP-QPSK（雙極化四相位調制）以及一些編碼和調制技術的組合。

    （3）色散補償技術：DCM＋ADC（AdaptiveDispersionCompensation），基于光纖布拉格光柵技術的可調色散補償器，采用最大可能性序列估計（MLSE）的電域補償（eDCO，eDC40G）。

    （4）PMD補償（管理）技術：PMDC（PMD補償器），eDC（電域PMD補償），采用特殊的調制編碼技術。

    （5）FEC編碼技術：為實現(xiàn)更高編碼的增益，很多廠商采用了自有的FEC編碼技術。

    各個廠商在實現(xiàn)40GWDM時采用了很多新技術，并且大都聲稱自己的技術是更適合40GWDM系統(tǒng)。關于如何評價這些新技術對系統(tǒng)帶來的影響也眾說紛紜。

    但實際上，我們不能僅根據系統(tǒng)采用的某一項新技術來評價一個40G系統(tǒng)的優(yōu)劣，因為一項新技術的引入在改善系統(tǒng)某些方面性能的同時可能使另外一些性能變差，而變差的那部分性能又可以采用另一種新技術來彌補。比較客觀準確的方法應該是將廠商提供的40GWDM系統(tǒng)作為一個整體進行評價。而對40GWDM系統(tǒng)的評價標準最可靠的是使用10GWDM系統(tǒng)做為標桿。因為基于NRZ編碼和IM-DD的10G WDM系統(tǒng)已經是非常成熟的商用系統(tǒng)，大家對它的系統(tǒng)性能和鏈路預算能力比較熟悉且意見比較統(tǒng)一。幾乎所有能提供40G WDM系統(tǒng)的廠商都表示，無論采用何種技術方案，能夠和現(xiàn)有10G WDM系統(tǒng)兼容的才是最重要的。

    3 10GWDM與40G WDM的比較

    （1）支持50GHz間隔

    現(xiàn)有商用的10GLongHaulDWDM系統(tǒng)的波道間隔為100GHz或50GHz，新建的系統(tǒng)幾乎都是50GHz的，如果采用100GHz間隔，一個40G和10G混合的WDM系統(tǒng)所提升的系統(tǒng)容量非常有限，因此100GHz間隔的40G系統(tǒng)不可能成為主流。

    （2）和10G相同的色散容限

    10G系統(tǒng)絕大部分采用在光線路中插入色散補償光纖（DCF）進行色散校正，由于不能精確補償，隨著光復用段的長度增加，殘余色散會逐漸增大。10G系統(tǒng)的色散容限一般都大于±400ps/nm.。40G系統(tǒng)的色散容限應該達到或優(yōu)于這個水平。

    （3）和10G相同PMD容限

    10GWDM對PMD并不敏感，一般在犧牲不大于1dB的OSNR代價就可以容忍15ps以上的平均DGD。但是，40G系統(tǒng)無論采用什么編碼/調制方式都很難達到這個水平，目前絕大多數廠商的解決辦法是挑選PMD性能好的光纖。從長遠看，PMD補償器和電域PMD補償才是突破PMD容限的有效方法。

    （4）和10G相似的OSNR靈敏度

    隨著各種帶外FEC算法的出現(xiàn)，一般10G系統(tǒng)的背靠背OSNR的靈敏度(原始BER=10E-3時)都小于11dB，如果40G的OSNR靈敏度不能達到類似的水平，則和10G混傳時的鏈路預算能力就會大打折扣。

    4北電40G解決方案

    以北電的40G解決方案為例，分析一下40G系統(tǒng)為達到以上4個方面的要求而采用的技術和特點。

    （1）能否支持50GHz間隔主要取決于40G已調光信號的譜寬是否滿足50GHz間隔要求，而已調信號的譜寬和采用的調制方式密切有關。北電40G系統(tǒng)采用DP-QPSK調制技術，其中DP是DualPolarization(雙極化，或雙偏振)，也即偏振復用（PM）。QPSK是四相位調制。其原理是將一束線偏振光通過PBS（PolarizationBeamSplitter）分成兩個正交偏振的光束，然后在兩束光上分別采用QPSK調制，各攜帶20Gbit/s的數字信號，然后用PBC(Polarization Beam Combiner)將這兩束已調光合并成一束光。這束光信號就攜帶了40Gbit/s的數字信號信息。信號的波特率是10Gbaud/s，和10G NRZ相同，只需現(xiàn)有10G系統(tǒng)用的激光器就可以使其信號譜寬和10G信號很接近，可以支持50GHz間隔。

    （2）北電的40GWDM在突破色度色散（CD）和PMD容限方面采用了獨特電子色散和PMD補償（eDC）技術。CD和PMD的電子補償技術是今后高速（40G，100G）WDM系統(tǒng)突破CD和PMD容限的必然方向。所謂電子色散補償是區(qū)別于傳統(tǒng)光學補償方法，在信號發(fā)射端或接收端直接采用數字信號處理技術對電信號進行處理，以便直接對光信號在光纖傳輸過程中產生的扭曲變形做出補償。目前，商用的絕大多數CD電子補償技術的補償能力有限只適合三四百公里的傳輸距離，而PMD的電子補償技術還罕見商用。但是北電的40G系統(tǒng)采用了獨特的補償算法和專用的DSP芯片，它的CD補償能力可達5×105ps/nm，PMD的補償能力達到了25ps的平均DGD。這就使得40G系統(tǒng)在無任何光層色散和PMD補償的情況下的色散和PMD的受限距離突破了2500km。因為不需要在線路上布放DCM模塊，避免了DCM帶來的插損和非線性失真，彌補了相位調制技術抗非線性能力的不足。

    （3）當系統(tǒng)的OSNR劣化到一定程度時，接收端的業(yè)務信號就會出現(xiàn)誤碼，OSNR靈敏度一般是指由于WDM系統(tǒng)的OSNR劣化導致Rn點業(yè)務信號的BER達到特定值（如BER＝10E-15）時系統(tǒng)的OSNR值。系統(tǒng)穩(wěn)定工作時的OSNR和OSNR靈敏度之間的差異稱為系統(tǒng)的OSNR裕度。OSNR裕度是評價一個WDM系統(tǒng)健壯性的重要指標。因為由于EDFA和光纜參數變化（如光纜割接）而導致的光信號的線性和非線性失真都會導致系統(tǒng)OSNR靈敏度變差，如果系統(tǒng)原來的OSNR裕度就小，則系統(tǒng)健壯性就會大大下降。

    5北電的40G系統(tǒng)在提高系統(tǒng)OSNR方面采取的措施

    （1）采用相干光接收機。自20世紀80年代以來，相干光接收機的優(yōu)點幾乎在所有的《光纖通信原理》教科書都可以找到靈敏度高，選擇性好，適用于多種調制方式的特點。但是一直以來由于受到各種技術條件的限制，相干光接收遲遲沒有商用。

（2）超強的FEC算法。無論是10G還是40GWDM系統(tǒng)，通過帶外FEC都可以提高系統(tǒng)的OSNR靈敏度，但是不同的FEC算法所能提高的OSNR靈敏度不同，我們把一種FEC編碼所能提高的OSNR靈敏度稱為這種FEC編碼的編碼增益（CodingGain）。北電專有的FEC算法PFEC的編碼增益為9.2dB。

    單憑某一項新技術很難解決40GWDM系統(tǒng)所面臨的所有技術挑戰(zhàn)，需要綜合利用各項創(chuàng)新技術的優(yōu)勢才能實現(xiàn)。通過采用各項新技術的組合，40GWDM系統(tǒng)的光信號抗線性和非線性失真的能力已經達到或接近10GWDM系統(tǒng)，其鏈路預算能力也基本和10G系統(tǒng)一致。