100G的三大關鍵要素

| 朱健

PDM-QPSK調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，同時在同一平臺上，100G和40G、10G信號可以鄰道部署，同時傳送，無需設置保護波帶。

為應對網絡帶寬增長要求，有效降低每比特每公里的承載成本和功耗，超高速率WDM傳輸技術成為業(yè)界的關注重點。從1995年DWDM系統(tǒng)首次商用以來，短短15年時間內，單個WDM系統(tǒng)的容量就從20G迅速地發(fā)展到3.2T，平均每年增長40%。然而面對年50%以上的業(yè)務量增速，研制和商業(yè)化更高速率的傳輸技術已不可避免。今天技術創(chuàng)新已使80波100G WDM系統(tǒng)的商業(yè)應用成為現(xiàn)實, 意味著單一系統(tǒng)可在0.1秒內傳輸2個小時無任何壓縮的1080P高清視頻，即每秒可傳送20部家用高清網絡電影。

怎樣才能將今天的40Gbit/s傳輸速率, 0.8bit/s/Hz的頻譜效率提高到人們所希望的100Gbit/s傳輸速率和2bit/s/Hz的頻譜效率，并且克服光纖對于長距離傳輸100G高速信號帶來的挑戰(zhàn)呢？選擇合適的信號調制方式和高性能的接收技術是關鍵。

100G調制首選PDM-QPSK

要將100G的信息流通過50GHz間隔的信道傳輸，必須將頻譜利用率從40G傳輸的0.8bit/Hz提高到2bit/Hz。要實現(xiàn)這個跨越，選擇合適的調制格式是關鍵。

簡單地沿用10G和40G的幅度調制和兩相位(BPSK)和四相位(QPSK)調制格式，在100G速率下已無法實現(xiàn)在50GHz信道中的有效傳送。因為即便使用QPSK其波特率也在50G，有效帶寬將超出50GHz，將它放在50GHz信道內，信號功率將損耗太大。必須考慮更高效率的調制方式。

為了維持合適的傳輸波特率，100G傳輸每信元符號需要攜帶更多的比特信息(如4比特/符號)，如圖1所示可以通過二條途徑實現(xiàn)。

其一，采用多相位調制和相位結合幅度調制的格式, 如8PSK和16QAM，但隨著這種調制復雜度的增加，信元之間的最小歐氏距離減小，能容忍的相位和幅度噪聲也隨之減小，造成抗非線性容忍性變差，因此無法滿足長距離的傳輸需要，而且系統(tǒng)設計和制作相對復雜。

其二，利用光的正交偏振模的物理特性，采用偏振模復用的辦法，將信息流分別調制在同一頻率兩個互相獨立的偏振態(tài)上，實現(xiàn)將波特率減半。

基于以上的考慮，阿爾卡特朗訊最先選擇了PDM-QPSK作為100G的調制格式，既采用相對成熟的QPSK技術，又通過偏振復用將波特率減半至25~28G，實現(xiàn)2bit/Hz的幾無損傷的傳輸。PDMQPSK作為100G傳輸的優(yōu)選調制格式，得到了業(yè)界的廣泛認可，目前已被OIF列為標準。

相干光接收技術的優(yōu)勢

常用的光接收機采用差分接收方式，將前后碼元的相位差轉化為幅度信號，通過光電轉換再將對應光功率轉為幅度調制的電信號。在這個解調過程無法對經過長距離傳輸而引入的色度色散和偏振色散進行補償，補償必須于解調前在光域內完成。

采用光學色散補償DCM通常必須分段實施，為了對每個波長做到精確補償，還需要使用可調諧的DCM，設計復雜、實施困難；光學偏振色散補償必須針對每一個信道波長實施，代價大。這些都會造成對光域上大范圍實施靈活路由、保護和恢復帶來極大的不便，從而阻礙大容量睿智彈性光網絡的實現(xiàn)。掃除這一障礙的一個可行的辦法是引入相干光接收，配以高速的采樣、模數轉換和數字信號處理。

與普通差分光接收不同，相干檢測(圖2)使用一個高穩(wěn)定度的本地振蕩激光器經過偏振分束與偏振分束后經過傳輸的輸入光信號光進行混頻，90度混頻器輸出一個偏振態(tài)的兩路信號（I、Q），分別對應該偏振態(tài)光場的實部和虛部，經過光電轉換后，再由ADC采樣獲得對應的數字電信號。兩個偏振態(tài)共四路信號。這四路電信號完整地保留了光信號的偏振態(tài)、幅度和相位信息，而不像普通的檢測那樣只保留光功率信息，因此為在電域補償光域所引入的色度和偏振色散創(chuàng)造了條件。

高速數字信號處理的作用

經過相干檢測后得到的四路電信號完整重構了兩個偏振態(tài)上光信號電磁場的實部和虛部，或者說光場的幅度和相位，使得在電域上采用先進的高速數字信號處理對光信號在傳輸過程中引入的損傷進行補償成為了可能。

由于光頻的微小差別造成在光纖中傳輸速率不同而引發(fā)的色度色散，其頻譜函數是確定可知的?，F(xiàn)在可以通過設計一個與色度色散頻譜函數相反的數字有限脈沖響應(FIR)濾波器，讓在光纖中傳播速度快的頻譜在通過FIR數字濾波器時相應地多一點延遲；而讓傳播速度慢的頻譜相應地少一點延遲。這樣通過FIR數字濾波器后，所有信號的頻譜在進行最終判決前在時間上又重新拉平，也就是說色度色散得到了有效的補償。

采用PDM-QPSK相干檢測的100G傳輸系統(tǒng)可以大幅度消除光纖帶來的傳輸損傷，其PMD的容忍度可高達30ps，色度色散的容忍度可達幾萬ps/nm。實驗研究表明，PDM-QPSK調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，同時在同一平臺上，100G和40G、10G信號可以鄰道部署，同時傳送，無需設置保護波帶，大大提高網絡頻譜的使用效率和配置靈活度，為構建未來的彈性光網絡奠定了基礎。

憑借深厚的技術積累和持續(xù)的研發(fā)投入，阿爾卡特朗訊在100G的產品商用化方面走在了業(yè)界的前列。2010年6月阿爾卡特朗訊發(fā)布了其在100G光網絡領域持續(xù)創(chuàng)新的最新成果，公司創(chuàng)新性地采用新興下一代相干技術，推出了第一個可在單波長上承載單載波100G傳輸的商用解決方案。隨著這一商用解決方案的推出，阿爾卡特朗訊正引領市場走進100G下一代相干技術商用部署的時代。