100G光通信系統研究綜述

莫秋燕+陳亮+吳家隱

【摘要】 光通信的傳輸速率從2.5G到10G，再到現在普遍使用的40G，速率越來越高，但隨著互聯網帶寬的快速增長，40G系統已不能滿足當前的帶寬需求，100G傳輸技術成為公認的解決方案。本論文簡單介紹100G光通信的發展現狀，分析了100G光通信的關鍵技術，并論述了100G光通信傳輸技術的新發展。

【關鍵詞】 100G OSNR 色散 補償

一、100G光通信的發展現狀

當大家的目光還聚焦在40G的商用時，100G以悄然無聲的進入了我們的生活。隨著技術的增進，我們正處于100G時代的開端，以后100G將占據市場的統治地位。在當今這個信息時代，網絡伴隨著人們的生活，各種數據，資料等要在網絡上進行傳遞，對傳輸速率和傳輸精度的要求也與日俱增。

在這兩年中變化最大的莫過于4G網絡的覆蓋，在2015年最起碼在貴州的農村沒有4G網絡，而在第二年就實現了4G網絡村村通。在這樣的形式下，100G技術也會使得中國運營商的高度重視。

二、100G光通信的關鍵技術

100G傳輸系統由于速率的增大，譜寬也增寬，將面臨更高的系統光信噪比（OSNR）、色散容限和非線性效應影響等嚴峻挑戰[1]。

2.1系統OSNR

由于光纖損耗的影響，系統OSNR隨著傳輸距離的增大而減小。通常系統OSNR要大于某閾值，接收機才能有效的區分信號和噪聲，從而減小接收機的誤判，保證通信的質量。

2.2色散

一定譜寬的信號在光纖中傳輸，由于不同頻率成分在光纖中的傳輸速度不一樣，所以到達接收端的時間不一樣，引起信號在時間上發生展寬，導致相鄰之間的脈沖之間出現碼間干擾，產生誤判。100G傳輸速率的光譜譜寬更寬，色散現象更嚴重。根據色散的機理不同，色散可分為色度色散（CD）和偏振模色散（PMD）。CD是由于一定譜線寬度下引起時延差異，PMD是在指相同頻率下偏振模式不同的信號引起的時延差異。隨著傳輸速率的提高，PMD的影響更突出。

2.3光纖非線性效應

入射光功率大到一定程度的時候，會產生各種非線性效應。根據機理不同，光纖的非線性效應可分為兩類，一類是受激散色，包括受激布里淵色散（SBS）和受激拉曼散色（SRS），一類是由于非線性折射引起的，主要有自相位調制（SPM）、交叉相位調制（XPM）和四波混頻（FWM）[2]。信號的傳輸速率越高，對光纖非線性效應忍耐度越低。

三、100G傳輸新技術的發展，有效克服長距離傳輸限制

3.1 光放大技術

由于光纖損耗問題，需用放大器把信號進行放大，延長中繼傳輸距離。常見的延長中繼距離的形式有兩種，一種是光/電/光中繼器，一種是直接在光路上面直接把信號放大。前者設備結構復雜，成本也較高。后者常用摻餌光纖放大器（EDFA）來延長中繼距離，大大簡化系統結構，降低系統成本。

3.2碼型調制技術

常見的編碼調制技術有歸零碼（RZ）和不歸零碼（NRZ），其中RZ編碼比較常見的有CS-RZ、DRZ等。NRZ的調制碼型設計簡單，但功率電平較高，容易受非線性影響，所以一般用在低速傳輸的系統。CS-RZ是一種壓縮頻譜編碼，具有更大的色散容限，因此在100G傳輸系統比較常用。當然還有很多特殊的調制技術編碼，如QPSK、DQPSK、8QAM、16QAM等，這樣的新碼型調制技術擁有更高的色散容限和PMD容限。

3.3 色散補償技術

隨著光信號的速率增大，信號的光譜譜寬變寬，那色散現象就更嚴重，對于100G速率的傳輸系統，面臨了色散容限的嚴峻考驗，所以必須采取補償措施。一般是在光纖后面加色散補償模塊，常見的補償模塊有DCF模塊和FBG模塊，DCF模塊插損比較大，FBG模塊插損小，但其時延有抖動。除了加模塊外，還可以在接收部分做補償，比如在相干檢測技術上利用DSP技術，這樣的技術對色散也有一定的補償作用。

四、總結

由于40G速率的傳輸系統已經滿足不了當前的帶寬需求，使100G傳輸技術成為當前公認的解決方案。但100G速率的傳輸系統面臨著OSNR、色散及非線性效應等各種技術的考驗，需要采取更新的補償技術，如新的碼型調制技術、新的檢測技術及色散補償技術等，才能使100G傳輸技術得到快速的發展。

參 考 文 獻

[1]陶婷.長距離光傳輸限制因素的研究與應用[D].南京：南京郵電大學.，2009.

[2]戚敏.偏振模色散的模擬及其對波分復用系統的影響[D].河南：鄭州大學，2007.endprint