40G DWDM技術及應用 關注四大問題

    寬帶業(yè)務的快速發(fā)展，催生了核心路由器40G業(yè)務端口的出現，迫切需要解決40G的傳輸問題。在我國經濟發(fā)達的珠三角、長三角、環(huán)渤海經濟帶城域網核心節(jié)點之間已經采用了并行多個10G端口的捆綁方式，但這種方式給運維、管理帶來了難度，開銷龐大、端口效率不高，電信運營商的數據部門有較強的配置40G數據端口的意愿，40G應用已迫在眉睫。而40G傳輸面臨一系列關鍵技術的突破以及工程應用問題的解決。本文點評了40G的核心技術，簡要分析了40G工程應用中需要關注的問題。

　　一、40G DWDM關鍵技術

　　在10G超長傳輸技術基礎上，40G要走向實用還需新的技術突破，主要有新型光調制技術、動態(tài)色散補償技術以及偏振模式色散補償等。

　　1. 碼型調制技術

　　40G要走向實用化，新型光調制格式是關鍵。筆者認為目前以及未來幾年可以預見并可望實用的光調制碼型有：NRZ、ODB、DPSK、DQPSK/RZ-DQPSK以及PM-QPSK。

　　非歸零(NRZ)碼型用高光功率表示“1”碼，接近于零的低光功率表示“0”碼，相連的“1”碼之間光功率保持高水平。NRZ可以采用EA或MZ做光調制器，光發(fā)送和接收單元都比較簡單。但在40Gbps系統(tǒng)中，NRZ的OSNR容限以及傳輸的非線性限制了系統(tǒng)的波長間隔和無電中繼傳輸距離，其僅適用于作為40G客戶側接口或100GHz波長間隔的城域傳輸接口。

　　光雙二進制(ODB)碼型是三電平光調制格式，用接近于零的低光功率表示“0”碼，用高光功率表示“1”碼，但相鄰“1”碼相位可能相差π，從而有效壓縮了光譜寬度。ODB有多種實現方案，業(yè)界關注較多的有2種：

　　相位整形光雙二進制(PSBT)碼型，采用5階Bessel低通濾波器實現2電平到3電平變換，這樣奇數個“0”兩邊的“1”相位相差π，偶數個“0” 兩邊的“1”相位相同。其優(yōu)勢為頻譜帶寬窄，色散容限高，能適用于50G波長間隔的DWDM系統(tǒng)。劣勢是眼圖不好，OSNR容限接近NRZ碼型。

　　傳號交替反轉(AMI)碼型，“0”碼用零電平表示，相鄰“1”碼交替用“+1”和“-1”，即相鄰“1”碼相位相差為π，并且對“1”進行了歸零。優(yōu)勢是用于100GHz間隔系統(tǒng)可以顯示歸零碼對OSNR明顯的改善效果，較PSBT會有2dB左右改善。其劣勢是光通道帶寬不能太窄，只能用于100GHz間隔以上DWDM系統(tǒng)。

　　差分相移鍵控(DPSK)碼型是將數據承載于臨近光脈沖的差分相位上，即前后兩個信號脈沖的光載波相位相同則表示是數字碼“1”，相反則表示是數字碼“0”。DPSK的頻譜能量集中，頻譜效率高，可以改進色散容限、非線性容限。DPSK光接收端需要光解調器，采用平衡檢測OSNR容限可以比NRZ改進約3dB。特別是光解調器的兩臂設置合適的延時量，可以以較小的光通道濾波損傷達到支持50GHz波長間隔DWDM系統(tǒng)的能力，因此DPSK是目前技術成熟、性價比最好的支持50GHz波長間隔的骨干網DWDM系統(tǒng)解決方案，用于100GHz波長間隔系統(tǒng)更有優(yōu)勢。

　　差分正交相移鍵控DQPSK碼型實際上是兩路DPSK調制信號相差半個時鐘周期疊加。DQPSK的頻譜帶寬只有DPSK的一半，可以很好地支持50GHz間隔的40Gbps DWDM傳輸，擁有良好的PMD和色散容限。目前研究較多的是RZ-DQPSK，它結合了RZ和DQPSK的優(yōu)點，具有良好的非線性抑制能力和高的色散與PMD容限。但實現方案比較復雜，目前集成度低是其商用的主要障礙，性能上與10G NRZ混傳可能會受到嚴重損傷。

　　偏振復用正交相移鍵控PM-QPSK碼型實際上是兩路偏振態(tài)正交的QPSK調制信號疊加，這樣其單個調制信號的速率就變成了10G bps。因此在性能上是與目前10G DWDM系統(tǒng)最接近的一種40G調制格式，但其實現方案在現有技術水平下過于復雜，集成度低，特別是工程中的可用性需要驗證。

　　2. 動態(tài)色散補償(TDC)技術

　　TDC技術是目前40G較成熟的光調制格式，色散容限都在±200ps/nm之內，考慮到色散補償模塊補償精度及色散斜率補償與光纖的失配、環(huán)境溫度變化對色散的影響以及線路維護可能造成色散變化等，40G長距離傳輸系統(tǒng)動態(tài)色散補償是必配的。

　　動態(tài)色散補償技術長遠來說，我們看好電色散補償(EDC)方法。但目前光的色散補償技術較成熟，主要有光纖啁啾Bragg光柵(FBG)技術、GT Etlon標準具技術、虛成像相移陣列技術等實現方式，光纖光柵(FBG)相比較而言最成熟。

　　動態(tài)色散補償應自動優(yōu)化色散補償量，而整個鏈路的殘余色散量無法在線監(jiān)測，目前基本依據接收點糾錯前的誤碼率來閉環(huán)調整，而誤碼引起的原因很多，所以必須采用有效的優(yōu)化控制算法。

　　3. 偏振模色散補償(PMD)技術

　　光纖鏈路PMD主要影響因素是光纖、色散補償模塊和光放大器，其他器件數量少，對鏈路PMD影響較小。較成熟的40G光調制格式，如按器件/模塊廠商提供的典型參數設計，無PMD補償時傳輸距離500km可能就是一個坎。

　　目前關于PMD補償系統(tǒng)的研究在光域、電域和光電域結合等多個方面同時展開。主要依賴測得的偏振度(DOP)、電域特定信號譜功率、電域全部信號譜功率、誤碼率(BER)、眼圖監(jiān)控信號以及電域中的橫向濾波器和閾值電流技術等來調節(jié)PMD補償量。但目前能應用于實際工程的PMD補償器極少，而且效果需要工程檢驗。

　　二、工程應用應關注的問題

　　40G DWDM系統(tǒng)與10G DWDM系統(tǒng)相比，在工程應用中應重點關注以下問題：

　　1. 系統(tǒng)的PMD問題

　　40G系統(tǒng)的PMD不但要關注光纜，還要考慮站點內大量的摻鉺光纖放大器(EDFA)和色散補償光纖(DCF)。而光纜的PMD與光纖質量、成纜工藝水平、施工維護水平等密切相關，必須依賴實測數據，理論假設或按標準給的參數對工程設計沒有太多實用意義。

　　PMD具有統(tǒng)計特性，最大群時延(DGD)超過容限并不意味著系統(tǒng)就會癱瘓，只是表示短期(如每年2分鐘)PMD引起的代價可能會大于1dB，會占有系統(tǒng)的裕量。

　　2. 40G與10G混傳問題

　　10G NRZ與40 GDPSK/DQPSK混傳時，鄰近10G NRZ比特序列導致的幅度隨機起伏會引起DPSK、DQPSK的相位隨機變化，從而對40Gbps的DPSK、DQPSK帶來比純40Gbps系統(tǒng)更大的傳輸損傷。由于DPSK是兩相位，DQPSK是四相位，這種XPM導致的相位擾動對DQPSK可能是致命的。所以在工程設計中，建議10G與40G波長最好不要間插配置，建議分別配置在相鄰的波帶。

　　3. 40G客戶側接口問題

　　目前40G客戶側接口通常配置1550nm波長的40G NRZ接口，對G.652光纖客戶側色散容限只有2km，對G.655光纖客戶側色散容限接近10km，因此數據中心與傳輸機房之間的40G接口必須考慮其色散限制。有以下解決思路：

　　(1)配置1310nm波長的客戶側接口，ITU-T最新已建議將波長限制在G.652光纖零色散波長附近的1307~1317nm，色散受限距離可望達40km;

　　(2)配置1550nm波長的40G PSBT接口，G.652可達10km，G.655光纖接近40km。

　　4. 40G業(yè)務保護問題

　　40G DWDM系統(tǒng)相比10G系統(tǒng)每個波長通道上增加了多個動態(tài)調整的部件，如動態(tài)色散補償、DPSK解調器的相位鎖定、可能需配置的PMD補償模塊等，這些參數的調整需要糾錯前的誤碼率，并且會互相影響，需要多重循環(huán)才能完成一次優(yōu)化，與50ms保護倒換時間相差很遠。目前40G只支持客戶側的1+1保護