WDM技术难点解决 北电40G传输解决方案

1 引言在宽带数据业务的大力驱动下，路由器40G接口已经开始商用，40G波分复用（WDM）技术的难点逐步解决，近期人们讨论的技术焦点已经不再是40G WDM是否可商用，
而是在考虑实际网络中应该选择
什么样的技术来部署40G WDM系统。2 40G WDM技术目前，全球各个电信设备制造商为实现40GWDM采用了各种各样的创新技术。其中，最
复杂的是编码/调制技术，包括：（1）编码技术：NRZ（不归零码），RZ（归零码），CRZ（啁啾RZ），FSRZ（全谱RZ），ODB（光二进制码），PSBT（相位整形二进制传输），DRZ（差分归零码），CS-NRZ（载波抑制不归零码）等。（2）调制技术：IM（强度调制），DPSK（二相位调制），QPSK（四相位调制），DQPSK（差分四相位调制），DP-QPSK（双极化四相位调制）以及一些编码和调制技术的组合。（3）色散补偿技术：DCM＋ADC（Adaptive Dispersion Compensation），基于光纤布拉格光栅技术的可调色散补偿器，采用最大可能性序列
估计（MLSE）的电域补偿（eDCO，eDC40G）。（4）PMD补偿（管理）技术：PMDC（PMD补偿器），eDC（电域PMD补偿），采用特殊的调制编码技术。（5）FEC编码技术：为实现更高编码的增益，很多厂商采用了自
有的FEC编码技术。各个厂商在实现40G WDM时采用了很多新技术，并且大都声称自己的技术是更适合40G WDM系统。关于如何评价这些新技术对系统带来的影响也众说纷纭。但实际上，我们不能仅根据系统采用的某一项新技术来评价一个40G系统的优劣，因为一项新技术的引入在改善系统某些方面性能的同时可能使另外一些性能变差，而变差的那部分性能又可以采用另一种新技术来弥补。比较客观准确的方法应该是将厂商提供的40G WDM系统作为一个整体进行评价。而对40G WDM系统的评价标准最可靠的是使用10G WDM系统做为标杆。因为基于NRZ编码和IM-DD的10G WDM系统已经是非常成熟的商用系统，大家对它的系统性能和链路预算能力比较熟悉且意见比较统一。几乎所有能提供40G WDM系统的厂商都表示，无论采用何种技术方案，能够和现有10G WDM系统兼容的才是最重要的。3 10G WDM与40G WDM的比较（1）支持50GHz间隔现有商用的10G Long Haul DWDM系统的波道间隔为100GHz或50GHz，新建的系统几乎都是50GHz的，如果采用100GHz间隔，一个40G和10G混合的WDM系统所提升的系统容量非常有限，因此100GHz间隔的40G系统不可能成为主流。（2）和10G相同的色散容限10G系统绝大部分采用在光线路中
插入色散补偿光纤（DCF）进行色散校正，由于不能精确补偿，随着光复用段的长度增加，残余色散会逐渐增大。10G系统的色散容限一般都大于±400ps/nm.。40G系统的色散容限应该达到或优于这个水平。（3）和10G相同PMD容限10G WDM对PMD并不敏感，一般在牺牲不大于1dB的OSNR代价就可以容忍15ps以上的平均DGD。
但是，40G系统无论采用什么编码/调制方式都很难达到这个水平，目前绝大多数厂商的解决办法是挑选PMD性能好的光纤。从长远看，PMD补偿器和电域PMD补偿才是突破PMD容限的有效方法。（4）和10G相似的OSNR灵敏度随着各种带外FEC算法的出现，一般10G系统的背靠背OSNR的灵敏度(原始BER=10E-3时)都小于11dB，如果40G的OSNR灵敏度不能达到类似的水平，则和10G混传时的链路预算能力就会大打折扣。4 北电40G解决方案以北电的40G解决方案为例，分析一下40G系统为达到以上4个方面的要求而采用的技术和特点。（1）能否支持50GHz间隔主要取决于40G已调光信号的谱宽是否满足50GHz间隔要求，而已调信号的谱宽和采用的调制方式密切有关。北电40G系统采用DP-QPSK调制技术，其中DP是Dual Polarization(双极化，或双偏振)，也即偏振复用（PM）。QPSK是四相位调制。其原理是将一束线偏振光通过PBS（Polarization Beam Splitter）分成两个正交偏振的光束，
然后在两束光上分别采用QPSK调制，各携带20Gbit/s的数字信号，然后用PBC(Polarization Beam Combiner)将这两束已调光合并成一束光。这束光信号就携带了40Gbit/s的数字信号信息。信号的波特率是10Gbaud/s，和10G NRZ相同，只需现有10G系统用的激光器就可以使其信号谱宽和10G信号很接近，可以支持50GHz间隔。（2）北电的40G WDM在突破色度色散（CD）和PMD容限方面采用了独特电子色散和PMD补偿（eDC）技术。CD和PMD的电子补偿技术是今后高速（40G，100G）WDM系统突破CD和PMD容限的必然方向。
所谓电子色散补偿是区别于传统光学补偿方法，在信号发射端或接收端直接采用数字信号处理技术对电信号进行处理，以便直接对光信号在光纤传输过程中产生的扭曲变形做出补偿。目前，商用的绝大多数CD电子补偿技术的补偿能力有限只适合三四百公里的传输距离，而PMD的电子补偿技术还罕见商用。但是北电的40G系统采用了独特的补偿算法和专用的DSP芯片，它的CD补偿能力可达5×105ps/nm，PMD的补偿能力达到了25ps的平均DGD。这就使得40G系统在无任何光层色散和PMD补偿的情况下的色散和PMD的受限距离突破了
2500km。因为不需要在线路上布放DCM模块，避免了DCM带来的插损和非线性失真，弥补了相位调制技术抗非线性能力的不足。（3）当系统的OSNR劣化到一定程度时，接收端的业务信号就会出现误码，OSNR灵敏度一般是指由于WDM系统的OSNR劣化导致Rn点业务信号的BER达到特定值（如BER＝10E-15）时系统的OSNR值。系统稳定工作时的OSNR和OSNR灵敏度之间的差异称为系统的OSNR裕度。OSNR裕度是评价一个WDM系统健壮性的重要指标。因为由于EDFA和光缆参数变化（如光缆割接）而导致的光信号的线性和非线性失真都会导致系统OSNR灵敏度变差，如果系统原来的OSNR裕度就小，则系统健壮性就会大大下降。5 北电的40G系统在提高系统OSNR方面采取的措施（1）采用相干光接收机。自20世纪80年代以来，相干光接收机的优点几乎在所有的《光纤通信原理》教科书都可以找到灵敏度高，选择性好，适用于多种调制方式的特点。但是一直以来由于受到各种技术条件的限制，相干光接收迟迟没有商用。（2）超强的FEC算法。无论是10G还是40G WDM系统，通过带外FEC都可以提高系统的OSNR灵敏度，但是不同的FEC算法所能提高的OSNR灵敏度不同，我们把一种FEC编码所能提高的OSNR灵敏度称为这种FEC编码的编码增益（Coding Gain）。北电专有的FEC算法PFEC的编码增益为9.2dB。单凭某一项新技术很难解决40G WDM系统所面临的所有技术挑战，需要综合利用各项创新技术的优势才能实现。通过采用各项新技术的组合，40G WDM系统的光信号抗线性和非线性失真的能力已经达到或接近10G WDM系统，其链路预算能力也基本和10G系统一致。