100G传输系统的关键技术应用初探

吴坚

【摘 要】近年来，随着骨干网络的业务流量增长迅速，宽带业务承受着巨大的压力，为了提高宽带业务效率，发展100G传输技术已成为趋势，本文对100G传输技术的关键技术等方面进行探讨。

【关键词】1 0 0 G传输；关键技术；发展

【中图分类号】S972.7+6【文献标识码】A【文章编号】1672-5158（2013）07-0379-02

1.100G传输系统关键技术

1.1 100G线路传输技术

（1）100GE信号反向复用技术

运营商已经铺设了大量的10G/40G的DWDM网络。为了保护运营商投资，在现存的10G/40G光网络上传输100GE业务显得尤为重要，反向复用是满足这个需求的较好技术。运营商可以完全利用现有的网络资源，无需重新设计与规划便可在低速DWDM网络上承载100GE业务。例如，将100GE业务反向复用到11个10G波长上，反向复用到3个40G波长上；或者反向复用到2个50G波长上并进行WDM传输。

（2）串行100G的DWDM传输技术

从技术与器件发展、降低运营商OPEX角度看，串行100G的WDM传输是未来发展方向，由于100G信号比特率高，为了满足50 GHz DWDM通道间隔需求，以及与10G/40G低速信号的混合传输、平滑升级的需要，在串行100G业务传输时需采用更加先进的新技术，以降低线路传输的光信号的波特率，提升光纤对信号损伤容限。例如，采用高阶编码调制接收技术、偏振复用解复用技术、光相干接收+电处理技术、超强FEC技术、新型高速光电器件技术等等。在传输线路中，需要采用低噪声放大器和非线性抑制与色散管理技术，以支持长距离的DWDM传输。

1.2 100G调制技术

对于100G的调制方式，业界选择的主流技术仍是QPSK，但为了达到4比特/符号，采用了极化模复用方式，也就是PDM-QPSK调制方式，该调制方式已被OIF列为标准。

PDM-QPSK的信号调制：在发送端，数据被分成4路，分别调制2个QPSK 调制器，再通过偏振合波器PBC，得到2个极化偏振态垂直的QPSK信号，即PDM-QPSK信号。在接收端采用相干检测，用一个本振的激光器经过偏振分束，与偏振分束后的信号光进行混频，每个90度混频器输出1个偏振态的2路信号（I、Q），2个偏振态共4路信号，经过光电转换后，再由ADC采样后采用DSP进行数字信号处理。

PDM-QPSK信号在接收侧采用相干检测的技术可以实现高性能的信号解调。与直接解调、差分解调方式相比，相干检测所使用的本地激光器功率要远大于输入光信号的光功率，所以光信噪比可以被极大地改善。特别是相干检测技术可以充分利用强大的DSP来处理极化模复用信号，可以通过后续的数字信号处理补偿并进行信号的重构，可以还原被传输信号的特性（极化模、幅度、相位），大幅度消除光纤带来的传输损伤，如PMD容忍度达30ps，无需线路的色散补偿就可以容忍几万ps/nm。

1.3 100GE映射封装技术

将100GE适配到OTN有反向复用多波长和单波长传送2种方案。根据100GE接口具体实现形式，有多种的技术组合。

（1）100GE 串行接口映射到OTU4。采用标准100G OTN（待标准化）的接口进行封装、映射、传输，波长利用率高。

（2）100GE串行接口反向复用与映射。将串行接口反向复用到标准10G或者40G低速OTN的接口进行传输。这需要耗费较多的波长资源。

（3）10×10GE/4×25GE的100G复用与映射。将低速并行的以太网信号复用到100GE高速串行信号并映射到100G OTN接口，然后进行传输。

1.4 目前，100GE的物理接口主要有以下3种。

（1）10×10GE短距离互联的LAN接口技术。通常采用并行的10根光纤或者10个C/DWDM传输100GE业务。此方案可以利用现有的10GE器件，比较成熟。

（2）4×25GE中短距离互联的LAN 接口技术。采用4波DWDM方式在同一根光纤上进行传输。此接口涉及的物理层技术无法利用现有器件和模块，不成熟。

同时，基于性价比考虑，需要考虑合适的编码调制技术和WDM技术。

（3）10 m的铜线铜缆接口和1 m的系统背板互联技术：主要用于电接口的短距离互联与内部互联，采用10×10GE的互联方式。

2.100G WDM系统解决方案

2.1 100G解决方案要求

期望与现存的10G/40G系统性能相当。

a）100G业务信号一定要在不影响现网业务和网络拓扑的情况下，可以与10G、40G业务信号混传。b）无电中继传输距离在1000km以上。c）50 GHz通道间隔，即80波。d）系统色散容限相当或更好（>800ps/nm）。e）系统PMD容限相当或更好（>10ps DGD）。f）穿通ROADM 能力相当或更好（>10个ROADM）

2.2 100G解决方案研究

100G对光纤传输提出了更加严格的要求，在同等物理条件下与10G DWDM 传输系统相比，100GDWDM有如下限制。

a）光信躁比劣化10 dB。b）色度色散容限降低为1/100（约为10 ps/nm）。c）偏振模色散（PMD）效应劣化更为严重。d）非线性效应变得更加明显。

（1）高效的码型

100G 码型技术比较见表1。由表1可知，PDMQPSK调制/Coherent检测技术被OIF确定为未来100G长距离传输的标准码型，是业界100G主流解决方案。（见表1）

（2） FEC技术

相干接收比直接接收改善OSNR近3 dB，还需要更高净编码增益（NCG）的FEC；OIF建议采用软判决FEC（SD-FEC），基于软判决加乘算法的迭代LDPC解码可获得逼近香农极限的性能，可望用于100G光传输系统。

（3）偏振态复用

两线性正交偏振态可有效复用，可进一步降低光信号的传输波特率，提高频谱效率和CD、PMD 容忍度，可通过相位分集和偏振态分集将光信号的所有光学属性映射到电域以解析任意光调制格式的信息。

（4）数字相干接收

数字相干接收机在电域实现偏振解复用和通道损伤补偿，可进一步提高对CD和PMD的容忍度，简化传输通道补偿技术，减少对低PMD光纤和光色散补偿器的依赖。

基于目前的电子技术水平，PM-QPSK 降低了ADC采样速率的要求，高速ADM和DSP成为数字相干接收实现的关键和难点，提高了数字信号处理技术被采用的可行性。

（5）高速ADC 及DSP

在高速相干光接收机中，最主要的核心器件是高速模数转换（ADC）器件（50 Gsample/s 以上）和高速数字信号处理（DSP）芯片。高速ADC和DSP 对信号的偏振进行解复用，并结合使用电子色散补偿（EDC）来抑制偏振模色散的影响。利用DSP 技术在电域均衡色散和PMD 理论上可以获得无限宽的色散和PMD 容限，考虑到芯片设计复杂度和可实现性，通常色散容限可设计在几万ps/nm，PMD 容限可设计在上百ps。

3.100G发展趋势

100G技术是未来几年高速传输带宽的主流提供技术。从100G后续发展趋势来看，2012年是100G长距传输的测试验证年，2013年更是100Gb/ s技术现网试验年，2014年在体积和功耗进一步降低后，将逐步推动规模商用，而更高速率的400G或1T会重新成为高速传输应用技术新的关注焦点。

参考文献

[1] YDT 1991-2009 N×40 Gbit/s光波分复用（WDM）系统技术要求[S/OL]

[2] 汤瑞，赵文玉，吴庆伟，等. 40G/100G标准化现状及发展趋势[J].邮电设计技术，2011（4）