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文档分类:通信/电子

40G光模块技术.docx


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40G光模块技术.docx
文档介绍:
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622M到2.5G,从2.5G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FEC技术[2]
    这是一个相对比较古老的技术,从1984年面世,至今才开始形成大规模的应用。随着光速率达到40G,提高光信噪
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