40G光传输系统关键技术.doc

40G光传播系统核心技术
    摘要：
随着互联网业务迅猛发展，对骨干传播网提出了更高传播速率需求，在此背景下40Gbit/s传播系统逐渐进入了历史舞台。一方面对40Gbit/s系统应用背景、采用核心技术和所具备优势进行阐述；然后给出40G系统商用方案，并对方案进行对比分析。
    1、背景
    自90年代中期以来，网络容量始终以每5～6年翻4倍速度稳步增长。，，光纤传播速率每次奔腾过程用“道路曲折，前程光明”来形容最为贴切。近期，40G也将面临类似向10G演进时微妙阶段。当前普遍以为，向40G迈进步伐明显落后于容量增长正常规律[1]，其中因素有多方面，涉及市场需求迫切限度、大容量10G波分复用技术广泛应用、高速传播带来技术或成本难题以及电信泡沫破裂等。同步，运营商对新技术应用更趋谨慎，对网络优化和网络容量提高采用了亦步亦趋做法，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，并呈现良好上升势头。互联网业务（特别宽带业务）迅猛发展极大地拉动了市场对带宽需求，加上3重播放业务浮现，使得运营商有必要采用更高速率。因而，时隔几年，沉寂了一段时间40G系统再次进入人们视线，让人们又一次布满期待。
    2、40Gbit/s传播系统核心技术
    40Gbit/s系统实现要广泛应用电子学和光学领域技术。一方面，需要将网络业务低速颗粒复用为40Gbit/s信号，将其成帧；另一方面，选取适合传播格式进行编码，然后进行驱动和调制；最后，将其发送到光纤上传播到近来光放大站点。完毕这些工作需要解决许多核心技术问题，重要涉及：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变窄，信号抖动和码间干扰（ISI）对信号影响也变得更差。为了保证高质量波形传播，就必要改进数字和模仿IC技术，以便高速、宽带、低噪声地对光波形进行整形和再定期。此外，IC功能改良和功耗减少是缩减成本必要途径。
    在40Gbit/s系统中诸多芯片需要采用InP（铟磷）材料，但是InP材料制作比较困难，同步由于芯片尺寸太小，使得与光纤耦合变得非常困难，插损大。
    （2）调制技术
    当前重要有3种老式光调制器：直接调制分布反馈半导体激光器（DFB-LD）、电吸取外部调制（EAM）、涉及集成在DFB-LD芯片上EAM和LiNbO3马赫-曾德尔（MachZehnder）外部调制。这些调制器应用领域是由她们各自带宽、啁啾脉冲和波长有关性所决定。前两种方式不适合高速系统，LiNbO3调制可以生成高速、低啁啾传播信号，并且特性与波长没关于系，被以为是40Gbit/sWDM传播系统最佳选取。
    40G调制格式选取是一种难题。当前有各种方式，例如NRZ码、差分相移键控RZ码、光孤子、伪线性RZ、啁啾RZ、全谱RZ、双二进制等等。从最新研究成果分析，差分相移键控RZ码（DPSK）显得最有但愿，这种调制方式频谱宽度介于NRZ和RZ之间，比普通RZ码频谱效率高，可以改进色散容限、非线性容限和PMD容限，传播距离比普通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等关于尚待解决问题。对于40 Gbit/s系统，为了要达到与10 Gbit/s系统相近传播误码率，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平方关系增长，因而40G色散和PMD容限比10G减少了16倍，实现起来非常困难。由于不大于100ps/nm色散容差很小，对于40Gbit/s系统来说有也许会导致极其严重限制，因此，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传播系统另一种很严重制约因素是偏振模色散（PMD），它是由纤心不对称以及内、外压力（如光纤弯曲）所致。由于引入了双折射，光纤中两个传播偏振模经历了群时延微分（DGD），这导致了脉冲加宽，即产生码间干扰（ISI）并体现为比特误差率上升。
    （5）超级FEC技术[2]
    这是一种相对比较古老技术，从1984年面世，至今才开始形成大规模应用。随着光速率达到40G，提高光信噪比难度越来越大，成本和代价也越来越高，FEC就成为一种非常核心实用技术。特别是对于40Gbit/s速率，采用带外FEC已经成为核心使能技术之一，不但可以使传播距离达到实用化规定，并且在某些短距离传播系统上，可以避免实行昂贵复杂有源