100G的傳輸技術(shù)
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過(guò)去的三年里面，由于IPTV, HDTV, VoD和移動(dòng)寬帶業(yè)務(wù)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(yíng)商的骨干網(wǎng)絡(luò )的業(yè)務(wù)流量持續增長(cháng)。相關(guān)報告預測到2012年，全球的IP業(yè)務(wù)流量將超過(guò)40exabytes (1018 Bytes)。許多運營(yíng)商預計網(wǎng)絡(luò )業(yè)務(wù)流量年平均增長(cháng)率達到50%以上，按此計算，六年后的網(wǎng)絡(luò )帶寬需求將是當前網(wǎng)絡(luò )的10倍以上。
為了應對大容量網(wǎng)絡(luò )帶寬要求，高速率的WDM傳輸技術(shù)成為解決問(wèn)題的重點(diǎn)。從1995年DWDM系統首次商用以來(lái)，其容量從剛開(kāi)始的8個(gè)DWDM 2.5G波道，發(fā)展到近幾年來(lái)開(kāi)始規模部署的80個(gè)DWDM 40G波道。而更高速率的100G傳輸技術(shù)也正走向成熟。100G bit/s傳輸將意味著(zhù)在9秒鐘之內傳輸2個(gè)小時(shí)的HD電影和在46秒鐘之內全部下載500G字節的硬盤(pán)內容，該技術(shù)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(mǎn)足了運營(yíng)商擴展網(wǎng)絡(luò )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(cháng)距離途傳輸100G高速信號帶來(lái)的挑戰，選擇合適的信號調制方式和高性能的接收技術(shù)是實(shí)現100G傳輸的技術(shù)關(guān)鍵。下面我們將從這方面著(zhù)手，介紹100G傳輸技術(shù)。
100G的傳輸技術(shù)
調制格式?jīng)Q定了如何將輸入的數字信息高效的承載到每個(gè)光載波之上。最早期的40G部署基于雙二進(jìn)制傳輸(PSBT)，一個(gè)簡(jiǎn)單的多電平的調制方式允許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(lái)，它已在某些地區開(kāi)始應用，特別是在美國部署長(cháng)途應用。隨后，相位調制技術(shù)開(kāi)始被應用到40G的傳輸系統，和傳統的幅度調制的技術(shù)相比，多相位調制方式可以更好的抵御非線(xiàn)性光學(xué)效應和噪聲。最廣泛使用的40G的調制方式包括差分接收的兩相調制 (DPSK)和四相調制方式(DQPSK)，可以實(shí)現長(cháng)距離的傳輸。但100G的傳輸速率是40G的2.5倍，是傳統10G的10倍，為了在50GHz的頻譜內的傳輸信號，更高效的調制方式需要考慮。為了保持合適的傳輸波特率，100G的傳輸時(shí)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制的復雜度，從四相調制發(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(xiàn)性容忍性很差，因此無(wú)法滿(mǎn)足長(cháng)距離的傳輸需要，而且系統設計比較復雜。因此，對于100G的調制方式的選擇，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，采用極化模復用的方式，也就是 PDM-QPSK的調制方式，該調制方式已經(jīng)被OIF列為標準。
圖1、選擇合適的100G的調制方式
圖2是PDM-QPSK的信號調制和接收機的功能示意圖。在發(fā)送端，數據分成4路，分別調制兩個(gè)QPSK調制器，再通過(guò)偏振合波器PBC，得到兩個(gè)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(gè)本振激光器經(jīng)過(guò)偏振分束，與偏振分束后的信號光進(jìn)行混頻，每個(gè)90度混頻器輸出一個(gè)偏振態(tài)的兩路信號(I、Q)，兩個(gè)偏振態(tài)共四路信號，經(jīng)過(guò)光電轉換后，再由ADC采樣后采用DSP進(jìn)行數字信號處理。
圖2、PDM-QPSK發(fā)送和接收的功能示意圖
PDM-QPSK的信號在接收側采用相干檢測技術(shù)可以實(shí)現高性能的信號解調。和直接解調和差分解調方式相比，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(lái)處理極化模復用信號，可以通過(guò)后續的數字信號處理補償并進(jìn)行信號重構，可以還原被傳輸的信號的特性(極化模，幅度，相位)，大幅度消除光纖帶來(lái)的傳輸損傷，如PMD容忍度達30ps，無(wú)需線(xiàn)路色散補償就可以容忍幾萬(wàn)ps/nm。
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