40Gbit/s高速光傳輸技術(shù)的應用與挑戰

2.1 適應于大PMD光纖的40Gbit/s傳輸技術(shù)

　　 對于OSNR，色散等40Gbit/s傳輸限制因素的相繼解決，PMD成為目前影響40Gbit/s WDM系統無(wú)電中繼傳輸距離的主要限制因素。普通40Gbit/s信號的PMD容限只有大約2～2.5ps，即使不考慮系統其它光學(xué)元器件帶來(lái)的PMD，也只能在PMD系數優(yōu)于0.1ps/sqrt(km)的光纖中才具有實(shí)用價(jià)值，在PMD系數優(yōu)于0.05ps/sqrt(km)的條件下才能發(fā)揮長(cháng)距離傳輸的優(yōu)勢。這對現網(wǎng)40Gbit/s WDM系統建設的光纖選型要求是非?？量痰?，未來(lái)40Gbit/s WDM傳輸系統面臨的最大技術(shù)挑戰就是如何適用于大PMD光纖。

　　 在提高40Gbit/s WDM系統PMD首限傳輸距離方面，業(yè)界已經(jīng)進(jìn)行了很多努力，提出了各種各樣的解決方案，這些方案可以歸納為以下3種：

　　 (1)PMD補償方式：其思路是沿用色散補償的思路，通過(guò)一定技術(shù)手段跟蹤線(xiàn)路PMD的變化并通過(guò)引入相反的偏振時(shí)延的方式實(shí)現PMD補償;這種方式的思路簡(jiǎn)單明了，但是由于PMD的動(dòng)態(tài)特性，PMD補償技術(shù)的實(shí)現難度遠遠大于色散補償技術(shù)，目前僅僅在一階PMD補償方案取得了一定進(jìn)展，一些廠(chǎng)商號稱(chēng)推出了商用模塊，但是尚無(wú)規模商用部署的報道，而且由于原理性缺陷，目前高階PMD的補償機理尚無(wú)突破;因此，PMD補償方式目前看來(lái)并不成功。

　 　(2)先進(jìn)調制碼型提高信號PMD容限：其思路是通過(guò)復雜的調制碼型，在保證40Gbit/s信號比特率不變的情況下降低信號波特率，從而提高信號自身的PMD容限，目前最常見(jiàn)的具備提高PMD容限功能的調制碼型主要有RZ-DQPSK和DP-QPSK兩種，其中前者僅僅依靠調制碼型，而后者還涉及到第3種方式(電域均衡方式);目前，通過(guò)RZ-DQPSK碼型來(lái)提高40Gbit/s信號PMD容限是最廣為應用的方式，可以將PMD容限從其它碼型的2~2.5ps提升到6～8ps，效果非常明顯。

　　 (3)基于相干接收的電域均衡技術(shù)：其原理是利用相干接收后電信號保留的光域相位信息，分離PMD導致的信號畸變，采用特殊電域均衡算法(硬件上通過(guò)高速ADC和DSP實(shí)現)糾正信號畸變，從而實(shí)現消除PMD影響的目的;北電在業(yè)界最早推出了商用的解決方案，其DP-QPSK碼型40Gbit/s信號的平均PMD容限可以達到25ps，甚至超過(guò)了10Gbit/s信號的水平。

　　 上述3種方式的技術(shù)復雜度和使用范圍都有一定的區別，筆者認為：

　　 ●PMD補償技術(shù)由于存在原理性限制，不太可能成為一種規模商用方案。

　　 ●DQPSK是近期需要重點(diǎn)關(guān)注的一種高PMD容限調制碼型，它以適中的復雜度實(shí)現了6～8ps的平均PMD容限，將40Gbit/s WDM系統對光纖PMD系數要求降低到優(yōu)于0.2ps/sqrt(km)，國內運營(yíng)商的光纜網(wǎng)絡(luò )建設時(shí)間較晚，大多數地區都能找到滿(mǎn)足該要求的光纖光纜。

　　 ●基于相干接收的電域均衡方案具有更好的性能，可以說(shuō)是PMD限制的終極解決方案，筆者認為該方案是100Gbit/s WDM傳輸的解決方案，但是對于40Gbit/s WDM系統來(lái)說(shuō)，還需要根據今后其發(fā)展情況和與現行方案的性?xún)r(jià)比關(guān)系來(lái)判斷。

　　 2.2 持續降低成本的需求

　　 目前，40Gbit/s WDM傳輸系統單位比特×公里的傳輸成本依舊高于10Gbit/s WDM系統，主要有3個(gè)原因：第一，40Gbit/s WDM傳輸技術(shù)自身復雜度較高，研發(fā)成本的分攤較多，元器件的成本也較高;第二，40Gbit/s WDM系統的設備出貨量還遠遠小于10Gbit/s WDM系統，無(wú)法形成較大的規模效應來(lái)有效降低成本;第三，40Gbit/s WDM系統的無(wú)電中繼傳輸距離不如10Gbit/s WDM系統，尤其在一些骨干網(wǎng)超長(cháng)距離應用場(chǎng)景中，更多的OEO再生勢必提高40Gbit/s WDM傳輸系統的建設成本。

　 　因此，持續降低40Gbit/s WDM系統的成本也應該從上述幾個(gè)方面入手。首先，運營(yíng)商需要根據業(yè)務(wù)需求適度超前建設40Gbit/s WDM系統，只有較大的設備采購量才能形成規模效應，降低單位比特×公里建設成本。其次，40Gbit/s WDM傳輸系統的技術(shù)和性能還需要進(jìn)一步提高，特別是在無(wú)電中繼再生距離方面，需要達到甚至超過(guò)10Gbit/s WDM系統的水平;上節分析的PMD受限問(wèn)題也是部分場(chǎng)景40Gbit/s WDM系統成本高的重要原因，PMD問(wèn)題的有效解決也有助于降低40Gbit/s WDM系統的成本。

　　 總之，40Gbit/s傳輸系統在成本方面的挑戰是實(shí)現低于10Gbit/s WDM系統。隨著(zhù)技術(shù)進(jìn)步節約的OEO再生成本和設備出貨量增大帶來(lái)的規模效應，樂(lè )觀(guān)估計，未來(lái)兩年左右，40Gbit/s WDM系統的單位比特×公里傳輸成本接近甚至低于10Gbit/s WDM系統。

　 　2.3 100Gbit/s傳輸技術(shù)發(fā)展的挑戰

　　 雖然40Gbit/s相對于10Gbit/s已經(jīng)是一個(gè)飛躍，但是40Gbit/s遠不是高速傳輸速率的終點(diǎn)。事實(shí)上，由100GE(100Gbit/s以太網(wǎng))技術(shù)標準和接口帶動(dòng)的100Gbit/s高速傳輸技術(shù)已經(jīng)得到了業(yè)界的廣泛關(guān)注，成為高速光傳輸領(lǐng)域新的熱點(diǎn)。

　　 在標準領(lǐng)域，ITU-T，IEEE和OIF分別在100G OTU3，100GE和100G DWDM 3個(gè)領(lǐng)域積極推進(jìn)相關(guān)技術(shù)標準的制定工作，預計在2010年底，3個(gè)組織的主要技術(shù)標準都將完成制定。在設備研發(fā)及應用領(lǐng)域，領(lǐng)先的設備廠(chǎng)商都啟動(dòng)了100Gbit/s WDM傳輸技術(shù)的研究工作，部分廠(chǎng)商發(fā)布了樣機并與一些運營(yíng)商合作(集中在歐洲和北美)進(jìn)行了多次100Gbit/s傳輸的演示。因此，100Gbit/s傳輸技術(shù)的發(fā)展是迅猛的，業(yè)界也出現了一種論點(diǎn)，即40Gbit/s只是過(guò)渡技術(shù)，100Gbit/s才是下一代高速網(wǎng)絡(luò )的標準速率，網(wǎng)絡(luò )速率的提高可以跨越40Gbit/s，從10Gbit/s直接達到100Gbit/s。

　　 支持上述觀(guān)點(diǎn)的一個(gè)佐證就是Ethernet的發(fā)展路線(xiàn)，毫無(wú)疑問(wèn)未來(lái)WDM傳輸系統的主要業(yè)務(wù)就是各種速率Ethernet接口的互聯(lián)互通。從10M Ethernet到100GE，IEEE一直以10倍為單位提高這Ethernet的速率，10倍整數才是Ethernet的主流，40Gbit/s只是作為10Gbit/s與100Gbit/s之間過(guò)渡技術(shù)存在。

　　 根據對路由器40Gbit/s接口應用需求，WDM傳輸的技術(shù)特點(diǎn)，目前100Gbit/s設備發(fā)展現狀以及成本因素的分析，筆者的觀(guān)點(diǎn)是：由于100Gbit/s的迅猛發(fā)展，40Gbit/s WDM傳輸的市場(chǎng)窗口將會(huì )受到一定影響，但是無(wú)法跨越，未來(lái)4~5年內高速網(wǎng)絡(luò )建設依舊以40Gbit/s為主，以后才會(huì )逐漸向100Gbit/s演進(jìn)。理由如下：

　　 (1)從技術(shù)角度：目前100Gbit/s傳輸技術(shù)尚處于實(shí)驗室階段，其成熟程度僅僅相當于2005年前后的40Gbit/s傳輸技術(shù);如果沒(méi)有100Gbit/s傳輸的支持，100GE接口即使出現，也只能用于同機房設備的互通，無(wú)法應用于骨干網(wǎng)絡(luò )。

　　 (2)從產(chǎn)業(yè)鏈角度：100Gbit/s傳輸上下游產(chǎn)業(yè)鏈尚未形成，存在諸如核心芯片、測試儀表等諸多短板，沒(méi)有產(chǎn)業(yè)鏈的支撐很難形成成熟的100Gbit/s傳輸市場(chǎng)。

　　 (3)從預計市場(chǎng)規模角度：越高速率的傳輸技術(shù)，可預期的應用場(chǎng)景越有限，100GE業(yè)務(wù)的傳輸手段相對豐富，特別是未來(lái)WDM傳輸技術(shù)與OTN調度技術(shù)相結合，40Gbit/s甚至10Gbit/s線(xiàn)路速率都可以有效支持100GE業(yè)務(wù)接口，因此100Gbit/s傳輸的整體市場(chǎng)規模存在不確定因素。

　　 (4)從性?xún)r(jià)比角度：40Gbit/s傳輸已經(jīng)實(shí)現了一定的規模應用，將為其帶來(lái)明顯的成本優(yōu)勢，在未來(lái)若干年內，100Gbit/s傳輸的性?xún)r(jià)比尚難以超越40Gbit/s傳輸。

　　 3 高速光傳輸技術(shù)展望

　　 就在筆者撰寫(xiě)本文的時(shí)候，聽(tīng)聞喜訊：被稱(chēng)為“光纖之父”的英籍華人科學(xué)家高錕(Charles C. Kao)博士被宣布授予2009年諾貝爾物理學(xué)獎，高錕成為三位獲獎?wù)咧徊@得二分之一的獎金。這對于光通信行業(yè)內的每個(gè)人來(lái)說(shuō)，都是一個(gè)振奮人心的好消息，光纖通信在信息化過(guò)程中的貢獻是有目共睹的，這種成就完全有資格寫(xiě)入人類(lèi)發(fā)展史。諾貝爾獎只是對歷史的回顧和肯定，作者也希望高博士的獲獎能夠成為一個(gè)象征，光通信技術(shù)和產(chǎn)業(yè)都能在未來(lái)得到更廣大的發(fā)展。

　　 無(wú)論在哪個(gè)階段，高速大容量WDM傳輸都是光通信技術(shù)中最具代表性的一種，從2.5Gbit/s到10Gbit/s再到現在的40Gbit/s，單波速率已經(jīng)提高了16倍;從最初的8×2.5Gbit/s到現在的80×40Gbit/s，系統容量提高了160倍;100Gbit/s WDM傳輸技術(shù)也已經(jīng)走向前臺，成為下一代高速光傳輸技術(shù)的代表。

　　 隨著(zhù)業(yè)務(wù)需求和相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，我們有足夠的理由相信，高速光傳輸技術(shù)還有廣闊的發(fā)展空間：一方面要繼續提高單波速率和系統容量;另一方面需要進(jìn)一步降低成本，提高性?xún)r(jià)比，擴展適用范圍?？傊?，高速光傳輸技術(shù)存在和發(fā)展的惟一價(jià)值就是更好地滿(mǎn)足人們的信息通信需求。