100G的傳輸技術

　　100G傳輸的驅動力

　　過去的三年里面，由于IPTV, HDTV, VoD和移動寬帶業務的快速發展，特別是基于Internet的視頻應用和P2P應用的迅猛發展，使運營商的骨干網絡的業務流量持續增長。相關報告預測到2012年，全球的IP業務流量將超過40exabytes (1018 Bytes)。許多運營商預計網絡業務流量年平均增長率達到50%以上，按此計算，六年后的網絡帶寬需求將是當前網絡的10倍以上。

　　為了應對大容量網絡帶寬要求，高速率的WDM傳輸技術成為解決問題的重點。從1995年DWDM系統首次商用以來，其容量從剛開始的8個DWDM 2.5G波道，發展到近幾年來開始規模部署的80個DWDM 40G波道。而更高速率的100G傳輸技術也正走向成熟。100G bit/s傳輸將意味著在9秒鐘之內傳輸2個小時的HD電影和在46秒鐘之內全部下載500G字節的硬盤內容，該技術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，滿足了運營商擴展網絡容量的需求。

　　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距離途傳輸100G高速信號帶來的挑戰，選擇合適的信號調制方式和高性能的接收技術是實現100G傳輸的技術關鍵。下面我們將從這方面著手，介紹100G傳輸技術。

　　100G的傳輸技術

　　調制格式決定了如何將輸入的數字信息高效的承載到每個光載波之上。最早期的40G部署基于雙二進制傳輸(PSBT)，一個簡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，它已在某些地區開始應用，特別是在美國部署長途應用。隨后，相位調制技術開始被應用到40G的傳輸系統，和傳統的幅度調制的技術相比，多相位調制方式可以更好的抵御非線性光學效應和噪聲。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)，可以實現長距離的傳輸。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，所以其非線性容忍性很差，因此無法滿足長距離的傳輸需要，而且系統設計比較復雜。因此，對于100G的調制方式的選擇，業界選擇的主流技術仍然是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。在發送端，數據分成4路，分別調制兩個QPSK調制器，再通過偏振合波器PBC，得到兩個極化偏振態垂直的QPSK信號，即PDM-QPSK信號。

　　在接收端，采用相干檢測，用一個本振激光器經過偏振分束，與偏振分束后的信號光進行混頻，每個90度混頻器輸出一個偏振態的兩路信號(I、Q)，兩個偏振態共四路信號，經過光電轉換后，再由ADC采樣后采用DSP進行數字信號處理。

　　圖2、PDM-QPSK發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可以實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充分利用強大的DSP來處理極化模復用信號，可以通過后續的數字信號處理補償并進行信號重構，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的傳輸損傷，如PMD容忍度達30ps，無需線路色散補償就可以容忍幾萬ps/nm。

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