40Gb/s傳輸的幾種主流調制碼型應用淺析

　　隨著通信業務的飛速增長，促使網絡對大帶寬調度的需求產生，這是40Gb／s傳輸的根本驅動力。40Gb／s能夠更好地滿足IP寬帶業務流量增長的需求，具有更高的集成度，節省空間、節電、節省運維成本等方面的優勢。然而，40bit／s密集波分復用(DWDM)傳輸與10Gb／s傳輸在同等物理條件下相比，光信噪比(OSNR)劣化4倍(6dB)，色度色散容限降低16倍，偏振模色散(PMD)劣化4倍，非線性效應變得更加明顯。因此，40Gb／sDWDM傳輸系統必須具備：①先進的調制碼型，提升傳輸性能，降低OSNR、PMD、非線性、色散等各方面的限制；②超強型前向糾錯編碼(SFEC)提高克服白噪聲的糾錯能力，降低系統OSNR要求；③新型色散管理技術，提高色散容限，消除色散窗口代價。先進的調制碼型是解決40Gb／sDWDM長距離傳輸的關鍵技術之一。
　　1　差分相移鍵控D(B)PSK
　　光纖傳輸系統中廣泛使用的調制格式為基于幅度的開關鍵控調制(OOK)，采用直接檢測的方式進行接收。基于相位的DPSK調制與傳統的OOK都屬于二進制調制格式，1個二進制符號只能攜帶1個比特的信息。在DPSK調制預編碼中，有兩路信號。一路信號通過一個或非門，另一路信號進過一個異或門以達到使信號延遲一個比特的目的，最后將兩個信號相加就產生了DPSK信號。DPSK信號接收對比特延遲分支信號互相干，在平衡檢測下，接收機的靈敏度提高了3dB，在DWDM傳輸時對噪聲和非線性效應具有更高的容忍度。DPSK信號除了有精確控制1個比特延遲解調接收，還有小于1個比特延遲的P-DPSK解調接收，在50GHz波長間隔的DWDM傳輸系統中具有更優的傳輸性能。
　　2　差分正交相移鍵控DOPSK
　　D(B)PSK屬于二進制調制格式。為提高光譜效率，提出差分正交相移鍵控(DQPSK)調制碼型，每1個符號可以攜帶2比特信息，從而將線路速率減少到20Gbaud，提供比40Gbaud更好的性能。這種調制碼型需要多個調制器、接收延時干涉儀接收機和平衡檢測接收機，接收端光功率要求較高，保證有較高的OSNR。DQPSK調制碼型增加系統的復雜程度換取了優秀的傳輸性能，頻譜寬度與DPSK相比壓縮了1倍，不僅增加了頻譜效率，也使其具有較大的PMD和色度色散(CD)容限。
　　eDQPSK綜合了DQPSK和預啁啾技術的優點，具備了高色散容限、高PMD容限、高頻譜效率、高非線性容限等特點。eDQPSK是在DQPSK的基礎上引入預啁啾(Pre-chirp)技術來改善非線性容限。預啁啾用于抵消脈沖本身因發射和傳播過程中產生的啁啾，達到壓縮脈沖的效果，延長傳輸距離，提升傳輸性能。DQPSK調制碼型有延遲差分接收、相干接收(QPSK)，差分接收性能遜于相干接收。
　　3　雙偏振差分正交相移鍵控DP-QPSK
　　通過偏振復用的DQPSK調制碼型(DP-QPSK)，或稱雙極化QPSK，即用2個正交的偏振態傳輸2路不同信息，盡管頻率相同，但由于它們的極性相差90°，因此不會互相影響，頻譜效率相較于DQPSK提高1倍，變成每1個符號傳輸4個比特，因而可以獲得與傳統10Gb／sNRZ-OOK傳輸系統類似的噪聲特性。
　　通過偏振復用和差分正交相移鍵以將線路速率減少到10Gbaud，電子和電光器件的帶寬要求大大降低，便于實現數字信號處理，在電域實現大范圍色度色散和PMD補償。DP-QPSK調制碼型信號采用偏振分集和數字相干接收技術，使信號光通過一個偏振分束器(PBS)分解成兩個正交偏振信號，每個正交偏振信號都與一個本地光源混頻，該本地光源的載波頻率控制精度為數百KHz。混頻后得到4個極化和相位正交的光信號，分別用平衡檢測接收，經電放大和濾波后由模數A／D電路轉換為4路數字信號，在電域實現偏振分離，消除相位畸變，色散、偏振模色散和非線性效應的補償均衡等一體化處理。影響接收性能是數字信號處理環節，各廠家采用了不同的(專利)算法，算法優劣只有通過實驗、測試結果對比獲得最終實現結果的好壞。
　　DP-QPSK技術復雜度極高，成本高昂，但從長遠來看，DP-QPSK代表了未來高速DWDM傳輸系統發展方向，也是100Gb／sDWDM傳輸系統的主流調制碼型。光互聯網論壇(OIF)的“物理層和數據鏈路層”工作組將DP-QPSK方式定為112～128Gb／s速率的標準方式。
　　4　應用與發展趨勢
　　目前，尚無一種調制碼型能夠適應40Gb／s傳輸的所有網絡應用場合，各種調制碼型都有其最合適的應用場合，綜合考慮系統性能和成本來確定。短距離傳輸可采用傳統的NRZ-OOK碼，城域傳輸采用光二進制編碼(ODB)或P-DPSK調制碼型；長途傳輸采用P-DPSK調制碼型；超長距離或高PMD值的傳輸則需要采用性能更高的DQPSK和DP-QPSK調制碼型。國內主流通信設備廠商華為、烽火、中興均支持主流的調制碼型。華為提供光二進制編碼(ODB)、差分歸零碼(DRZ)、增強型差分相移鍵控歸零碼(eDQPSK)、支持更大的40Gb／sPMD容限的超強型sDQPSK調制碼型。烽火提供應用于不同場合的NRZ、OBD、超強型sDPSK、RZ-DQPSK、DP-QPSK等多種調制碼型。中興支持P-DPSK、DP-QPSK等編碼調制碼型。
　　目前，40Gb／s DWDM傳輸系統已大量部署商用，100Gb／s DWDM傳輸系統已進行運營商測試，采用了雙載波技術的sDQPSK、增強型偏振復用ePDM-QPSK技術。新型的調制碼型還將不斷被開發，獲取更優的傳輸性