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邁入100G傳輸時代
朱健
上海貝爾
摘要: 為了應對大容量網(wǎng)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(tǒng)首次商用以來,其容量從剛開始的8個DWDM2.5G波道,發(fā)展到近幾年來開始規(guī)模部署的80個DWDM40G波道。而更高速率的100G傳輸技術也正走向成熟。 但如何才能做到100G傳輸技術所要求的2bit/s/Hz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),選擇合適的信號調制方式和高性能的接收技術是實現(xiàn)100G傳輸?shù)募夹g關鍵。
關鍵詞: 100G 測試 傳輸技術
Abstract:
Key words :

      過去的三年,由于IPTV、HDTV、VOD和移動寬帶業(yè)務的快速發(fā)展,特別是基于Internet的視頻應用和P2P應用的迅猛發(fā)展,使運營商的骨干網(wǎng)絡的業(yè)務流量持續(xù)增長。
         
      為了應對大容量網(wǎng)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(tǒng)首次商用以來,其容量從剛開始的8個DWDM2.5G波道,發(fā)展到近幾年來開始規(guī)模部署的80個DWDM40G波道。而更高速率的100G傳輸技術也正走向成熟。
         
      但如何才能做到100G傳輸技術所要求的2bit/s/Hz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),選擇合適的信號調制方式和高性能的接收技術是實現(xiàn)100G傳輸?shù)募夹g關鍵。
      100G的傳輸技術
         
      調制格式?jīng)Q定了如何將輸入的數(shù)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,40G已在某些地區(qū)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(tǒng),和傳統(tǒng)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(xiàn)長距離的傳輸。但100G的傳輸速率是40G的2.5倍,是傳統(tǒng)10G的10倍,為了在50GHz的頻譜內傳輸信號,更高效的調制方式需要考慮。為了保持合適的傳輸波特率,傳輸100G的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(fā)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(tǒng)設計比較復雜。因此,對于100G的調制方式的選擇,業(yè)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(jīng)被OIF列為標準。
         
      PDM-QPSK的信號在接收側采用相干檢測技術可以實現(xiàn)高性能的信號解調。和直接解調、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(xù)的數(shù)字信號處理補償并進行信號重構,可以還原被傳輸?shù)男盘柕奶匦?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。
         
      相比于其它的100G傳輸方案,如Dual-Sub-Carrier-PDM-QPSK或OFDM技術,PDM-QPSK結合相干檢測提供了最優(yōu)化的解決方案(如圖1),這被大多數(shù)的系統(tǒng)供應商選擇為解決方案。據(jù)相關的測試和研究報告,采用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,當采用Raman光放技術,可以達到2500km,為長距離的骨干傳輸做好準備。

          100G的試驗網(wǎng)
          從2005年開始,阿爾卡特朗訊致力于100G傳輸商用系統(tǒng)的技術研究和開發(fā),并且在進行了大量測試,為100G技術的成熟商用奠定了基礎。
         
      早在2007年,阿爾卡特朗訊在Verizon位于佛羅里達邁阿密的網(wǎng)絡上成功開展100G信號的傳送試驗,在原有的現(xiàn)網(wǎng)的平臺上,在從Tampa到Miami的504km的光纜線路上傳送了107G的信號,攜帶了真實的視頻業(yè)務,調制方式采用RZ-DQPSK。后繼,阿爾卡特朗訊又為多個運營商做了一系列的測試,采用創(chuàng)新的光電解決方案實現(xiàn)40G和100G傳輸,得到了用戶的積極回饋,確立了其在100G領域的領先地位。最新的現(xiàn)網(wǎng)測試發(fā)生在2009年11月,阿爾卡特朗訊在西班牙電信(Telefónica)的Madrid-Sevilla-Merida的現(xiàn)有網(wǎng)絡上成功實現(xiàn)了1088km單波速率為112Gbit/s的DWDM傳輸。這項測試在已有業(yè)務重載(42個10G波道)的現(xiàn)網(wǎng)平臺上,混合了10G(NRZOOK調制)、40G(P-DPSK調制)和100 Gbit/s (PDM-QPSK  調制)波道,不需要對波長間隔進行重新規(guī)劃,并且在無需額外中繼的情況下跨越了包括5個可調ROADM和2個固定OADM的多個節(jié)點,成功進行了24小時誤碼測試和一系列的性能測試。該項傳輸測試從多個方面印證了阿爾卡特朗訊100G商用系統(tǒng)在網(wǎng)絡配置的靈活性和可擴展性方面的能力。歷年的阿爾卡特朗訊100G試驗如表1所示。
         
      除了現(xiàn)網(wǎng)的測試外,阿爾卡特朗訊在實驗室也進行了大量的系統(tǒng)測試研究,并且在每年的ECOC和OFC會議上公布試驗結果和大量的論文,和大家分享100G的研究成果,積極推動技術的發(fā)展。
         
      網(wǎng)絡數(shù)據(jù)業(yè)務的增長正在推動光網(wǎng)絡的傳輸速率不斷提升。在不太遠的未來,一些系統(tǒng)將演進到100Gbit/s的波道速率。2010年,100G的商用系統(tǒng)將會推向市場,2010年中IEEE高速Ethernet的相關規(guī)范和ITU-TOTN的相關規(guī)范也將制定完成,100G傳輸系統(tǒng)將為高速數(shù)據(jù)業(yè)務的承載做好準備,相信真正的規(guī)模部署并不遙遠。
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