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40 Gbit/s 光传输系统关键技术及应用方案 2008 年6月 27日 16:33 泰尔网作者:黄成崔强摘要随着互联网业务的迅猛发展,对骨干传输网提出了更高的传输速率需求,在此背景下 40Gbit/s 传输系统逐步进入了历史舞台。首先对 40Gbit/s 系统的应用背景、采用的关键技术和所具备的优势进行论述;然后给出 40G 系统的商用方案,并对方案进行对比分析。 1 、背景自90 年代中期以来, 网络容量一直以每5~6年翻4 倍的速度稳步增长。从 622 M到 , 从 到 10G ,光纤传输速率的每次飞跃过程用“道路曲折,前途光明”来形容最为贴切。近期, 40G 也将面临类似向 10G 演进时的微妙阶段。目前普遍认为,向 40G 迈进的步伐明显落后于容量增加的正常规律[1] ,其中的原因有多方面,包括市场需求迫切程度、大容量 10G 波分复用技术的广泛应用、高速传输带来的技术或成本难题以及电信泡沫的破裂等。同时, 运营商对新技术的应用更趋谨慎, 对网络优化和网络容量的提升采取了亦步亦趋的做法, 网络建设更加理性。光通信市场在经历低谷之后,如今元气已基本得以恢复,并呈现良好的上升势头。互联网业务( 尤其宽带业务) 的迅猛发展极大地拉动了市场对带宽的需求, 加上 3 重播放业务的出现, 使得运营商有必要采用更高速率。因此, 时隔几年, 沉寂了一段时间的 40G 系统再次进入大家的视线,让人们又一次充满期待。 2、 40Gbit/s 传输系统的关键技术 40Gbit/s 系统的实现要广泛应用电子学和光学领域的技术。首先,需要将网络业务低速颗粒复用为 40Gbit/s 信号,将其成帧;其次,选择适合传输的格式进行编码,然后进行驱动和调制; 最后, 将其发送到光纤上传输到最近的光放大站点。完成这些工作需要解决许多关键技术问题, 主要包括: IC 材料技术、调制技术、提高光信噪比( OSNR ) 技术、色散补偿技术、超级 FEC 等。(1) IC 材料技术 40Gbit/s 网络随着脉宽或脉冲间隔的变窄, 信号抖动和码间干扰( ISI ) 对信号的影响也变得更差。为了保证高质量的波形传输, 就必须改善数字和模拟 IC 技术, 以便高速、宽带、低噪声地对光波形进行整形和再定时。另外, IC 功能的改良和功耗的减少是缩减成本的必要途径。在 40Gbit/s 系统中很多芯片需要采用 InP ( 铟磷) 材料, 但是 InP 材料制作比较困难, 同时由于芯片尺寸太小,使得与光纤的耦合变得非常困难,插损大。(2 )调制技术目前主要有 3 种传统光调制器:直接调制分布反馈半导体激光器( DFB-LD )、电吸收外部调制( EAM )、包括集成在 DFB-LD 芯片上的 EAM 和 LiNbO3 马赫- 曾德尔( MachZehnder ) 外部调制。这些调制器的应用领域是由他们各自的带宽、啁啾脉冲和波长相关性所决定的。前两种方式不适合高速系统, LiNbO3 调制可以生成高速、低啁啾的传输信号, 而且特性与波长没有关系,被认为是 40Gbit/sWDM 传输系统的最佳选择。 40G 调制格式的选择是一个难题。目前有多种方式, 例如 NRZ 码、差分相移键控 RZ码、光孤子、伪线性 RZ 、啁啾的 RZ 、全谱 RZ 、双二进制等等。从最新的研究成果分析,差分相移键控 RZ 码( DPSK )显得最有希望,这种调制方式的频谱宽度介于 NRZ 和 RZ 之间,比普通 RZ 码的频谱效率高,可以改进色散容限、非线性容限和 PMD 容限,传输距离比普通 RZ 码长。(3 )提高光信噪比技术同 10Gbit/sWDM 系统相比较, 40Gbit/s WDM 系统有更多与光信噪比( OSNR )、色散、非线性作用、 PMD 等有关的尚待解决的问题。对于 40 Gbit/s 系统,为了要达到与 10 Gbit/ s 系统相近的传输误码率,系统 OSNR 需提高 6~8 dB。(4 )色散补偿技术从理论上看, 色度色散代价和极化模色散代价都随比特率的平方关系增长, 因此 40G 的色散和 PMD 容限比 10G 降低了 16 倍,实现起来非常困难。由于小于 100ps/nm 色散容差很小,对于 40Gbit/s 的系统来说有可能会造成极其严重的限制, 所以, 从系统灵活设计和经济角度考虑, 应采用可变色散补偿器( VDC )进行自动补偿。 40Gbit/s 传输系统的另一个很严重的制约因素是偏振模色散( PMD ),它是由纤心的不对称以及内、外压力( 如光纤的弯曲) 所致。由于引入了双折射, 光纤中的两个传播偏振模经历了群时延的微分( DGD ), 这导致了脉冲的加宽, 即产生码间干扰( ISI ) 并表现为比特误差率的上升。(5 )超级