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烽火100G技術帶來傳輸系統(tǒng)重大變革
來源:人民郵電報
摘要: 不同于以往的2.5G/10G/40G波分傳輸系統(tǒng),100G光傳輸在實現(xiàn)上伴隨著一系列重大變革,,包括偏振復用相位調制技術,、基于數(shù)字信號處理的數(shù)字相干接收技術和基于軟判決的第三代超強糾錯編碼技術等,。
關鍵詞: 烽火 100G 光信噪比
Abstract:
Key words :

          不同于以往的2.5G/10G/40G波分傳輸系統(tǒng),,100G光傳輸在實現(xiàn)上伴隨著一系列重大變革,,包括偏振復用相位調制技術,、基于數(shù)字信號處理的數(shù)字相干接收技術和基于軟判決的第三代超強糾錯編碼技術等。

基于數(shù)字相干接收PM-QPSK調制的100G光傳輸技術在長距離光傳輸技術史上具有里程碑意義,,這不僅僅體現(xiàn)在100G光傳輸性能的巨大提升和建網(wǎng)運維的顯著優(yōu)勢上,更是由于其為后續(xù)更高速率傳輸技術的發(fā)展奠定了基礎,。今后的超100G光傳輸將繼承100G光傳輸系統(tǒng)的設計思想,,采用偏振復用、多級調制提高頻譜效率,,采用OFDM技術規(guī)避目前光電子器件帶寬和開關速度的限制,,采用數(shù)字相干接收提高接收機靈敏度和信道均衡能力。然而,,超100G光傳輸由于非線性效應的限制,,傳輸距離和頻譜效率之間的矛盾非常突出,選擇更高級別的QAM調制提高頻譜效率和傳輸速率,,其傳輸距離可能遠低于目前的100G系統(tǒng),。這決定了100G速率在長距離光傳輸應用上會占據(jù)一個比較長的時間窗口,保守估計其大規(guī)模在網(wǎng)應用時間在10年以上。

100G光傳輸采用的數(shù)字相干接收機通過相位分集和偏振態(tài)分集將光信號的所有光學屬性映射到電域,,利用成熟的數(shù)字信號處理技術在電域實現(xiàn)了偏振解復用,、信道損傷(CD、PMD,、非線性效應)均衡補償,、時序恢復、載波相位估計,、符號估計和線性解碼,。數(shù)字相干接收技術使光傳輸系統(tǒng)具有足夠的色散容限和偏振模容限,無需考慮線路傳輸上的色度色散和偏振模色散的影響,,這給網(wǎng)絡建設和運維帶來一系列好處,,主要包括:

簡化了傳輸線路上的光學色散補償和偏振解復用設計,線路設計更簡單,。

消除了對低PMD光纖的依賴,,適用于各種規(guī)格的傳輸光纖,方便光纖線路速率升級,。

消除了傳輸線路DCF光纖非線性效應的影響,,減少了線路放大器的數(shù)量和ASE噪聲的影響,降低了線路成本,,提升了系統(tǒng)長距離傳輸?shù)哪芰Α?/span>

減小了線路傳輸時延,,按照1km光纖5us的時延計算,消除DCF光纖所帶來的時延減少非??捎^,,這對時延敏感的應用環(huán)境意義重大。

保護恢復時間小于50ms,,不同于40G系統(tǒng),,100G數(shù)字信號處理自適應色散補償算法收斂迅速,完全滿足電信級恢復時延的要求,。

100G發(fā)射機和接收機是一個互補的整體,,對其性能的評估不宜分開來分析。10G/40G光傳輸系統(tǒng)中線路損傷的補償和均衡大都在線路上通過光域補償器件來完成,,發(fā)射機和接收機的信道均衡能力比較弱,,在發(fā)射端和接收端分別定義相關的模板參數(shù)就足以評估發(fā)射機與接收機的性能。與以往10G/40G速率不同,,基于數(shù)字相干接收的100G光傳輸,,其包括色散補償在內(nèi)的信道均衡通過數(shù)字信號處理的方式實現(xiàn),信道均衡補償算法可以置于發(fā)射機或接收機,。由于各廠家信道均衡算法不同,,發(fā)射機和接收機分配信道均衡能力的方案不一致,,無法用一個參數(shù)模板對100G的發(fā)射機和接收機的性能進行優(yōu)劣評估。

對于100G系統(tǒng)的性能評估,,業(yè)界尚未有成熟統(tǒng)一的評估方法,,目前業(yè)界提出的性能監(jiān)測評估方法有Q值(糾前誤碼率通過誤差函數(shù)與Q值相對應)、光信噪比(OSNR),、光功率以及誤差矢量幅度(EVM: Error Vector Magnitude)等,。

在中國通信標準化協(xié)會(CCSA)委托中國電信牽頭起草的《N×100Gbit/s光波分復用(WDM)系統(tǒng)技術要求》中采用“Rn參考點糾錯前誤碼率(Pre-FEC)”作為評估指標?!禢×100Gbit/s光波分復用(WDM)系統(tǒng)技術要求》中也介紹了采用該指標的原因,,即“基于50GHz 的N×100Gbit/s WDM 系統(tǒng)目前采用常規(guī)OSNR測試方法無法實現(xiàn)在線測試,新的測試方法尚不成熟,,這樣,,在N×100Gbit/s WDM系統(tǒng)中采用OSNR指標進行在線運行維護時將帶來不便。因此有必要引入一種便于在線評估N×100Gbit/s WDM系統(tǒng)性能的輔助指標,,以進一步增強N×100Gbit/s WDM系統(tǒng)的運行維護能力,。Rn參考點糾錯前誤碼率(Pre-FEC BER)則是滿足上述要求有效的輔助手段之一”。Rn參考點在數(shù)字信號處理之后糾錯解碼之前,,采用Rn參考點糾錯前誤碼率(Pre-FEC BER)而不是R點OSNR作為100G傳輸性能的評價指標,,實際上就是考慮到各廠家信道均衡能力存在差異。

實際上,,考慮到非線性效應的影響,,OSNR作為一個傳輸光信號性能指標已經(jīng)不適用于相位調制的光信號,但業(yè)界已經(jīng)習慣于沿襲該適合于10G強度調制的指標,。但對于基于PM-QPSK調制的100G系統(tǒng)而言,,非線性效應的影響非常突出,無法像40G相位調制(DPSK,、DQPSK)那樣繼續(xù)采取忽視的態(tài)度,。總之,,基于非線性效應影響的考慮,,OSNR已經(jīng)不適合作為100G 光傳輸性能的評價指標,但考慮到用戶的運維習慣,,可以作為一個參考。這在CCSA《N×100Gb/s光波分復用(WDM)系統(tǒng)技術要求》中采用糾前誤碼和Q值而不是OSNR來評價系統(tǒng)性能就已經(jīng)得到很好的詮釋,。

此外,,基于PM-QPSK調制的100G光信號,其頻譜較寬,,不適合采用類似10G在線OSNR監(jiān)測的帶內(nèi)法,,又由于采用了偏振復用技術,,不適合采用類似40G在線OSNR監(jiān)測的內(nèi)插法。目前設備廠商都積極設法采用模擬仿真的方式估算OSNR值,,運營商也表示100G OSNR在線監(jiān)測對100G的運維有一定的參考價值,,但目前技術尚不成熟,技術細節(jié)不透明,,測量精度有待提高,,其運維價值有待進一步驗證。

Q值(糾前誤碼率)可以比較全面地反映收發(fā)機之間的光傳輸性能,,但由于其為系統(tǒng)整體傳輸指標,,無法具體描述鏈路運行狀況,對網(wǎng)絡運維價值有限,??紤]到光功率和Q值均可在線監(jiān)測,兩者配合使用可以滿足運維要求,。一旦線路調試完畢,,各監(jiān)測點光功率的變化即可完全反映系統(tǒng)運行狀況。當監(jiān)測到各傳輸通道Q值劣化后,,追蹤各監(jiān)測點光功率變化即可定位線路問題,。烽火網(wǎng)管系統(tǒng)可實時反映各通道Q值和監(jiān)測點光功率變化,并提供實時預警分析以提高運維效率,。

誤差矢量幅度(EVM)可在監(jiān)測點用DSP恢復為星座圖后評估發(fā)射機和傳輸性能,,可以同時反映強度和相位噪聲的影響且不受調制格式限制,是100G乃至超100G傳輸理想的性能監(jiān)測方式,,但由于相關標準化工作進展緩慢,,其成熟商用還需要一段時間。

作為中國優(yōu)秀的信息通信領域設備與網(wǎng)絡解決方案提供商——烽火通信在國家973項目《超高速超大容量超長距離光傳輸基礎研究》和國家863項目《100GE光以太網(wǎng)關鍵技術與傳輸實驗系統(tǒng) 》的支撐下一直致力于100G及超100G光傳輸技術的研究和開發(fā),,并于2011年全球首次在實驗室實現(xiàn)了單光源1.92Tb/s和C波段30.7Tb/s的光傳輸,。

烽火通信100GOTN產(chǎn)品同時提供支線路合一和支線路分離兩種解決方案,單盤采用第二代40nm工藝ASIC芯片,,具有功耗低(OTU典型功耗150W)和集成度高的優(yōu)點,。

烽火100G系統(tǒng)于2011年12月率先通過中國電信組織的全球最大規(guī)模100G測試,較其他廠家提前了1~2個月,,測試各項性能指標領先,。在2012年3月馬來西亞電信組織的100G系統(tǒng)測試中各項指標第一。隨后通過了中國移動和中國聯(lián)通組織的100G系統(tǒng)測試,,并于2012年8月率先通過中國移動組織的“杭州-福州100G OTN現(xiàn)網(wǎng)測試”,。經(jīng)過測試和驗證,烽火通信100G具有如下特點:

采用數(shù)字相干檢測偏振復用正交相移鍵控(PM-QPSK)調制技術,,支持50GHz通道間隔,。

單根光纖C波段滿配9.6Tb/s無電中繼傳輸距離經(jīng)現(xiàn)網(wǎng)測試超過2600km,,可成倍提高光纜的利用效率,減少布纖施工,,降低網(wǎng)絡成本,。

憑借優(yōu)異的電域補償算法消除了100G光信號在傳輸過程中的CD/PMD限制(CD容限大于60000ps/nm,DGD容限大于105ps),,使其對光纖CD/PMD參數(shù)不敏感, 線路上無須CD,、PMD補償模塊,精簡鏈路設計,,降低了線路傳輸?shù)墓收下?,簡化了網(wǎng)絡維護。

采用13%開銷的SD-LDPC和7%開銷EFEC相結合的前向糾錯編碼算法以較小地實現(xiàn)復雜度與處理時延獲得12dB的編碼增益,,糾錯極限達到2e-2,,確保了網(wǎng)絡傳輸?shù)目煽啃浴⒎€(wěn)定性和健壯性,。

具有很強的ROADM級聯(lián)穿透能力(23級ROADM級聯(lián)OSNR代價小于0.5dB),,支持全光交叉靈活調度。

OMSP/OLP保護倒換時間<50ms,,滿足電信級保護倒換時間要求,。

與現(xiàn)有WDM傳輸系統(tǒng)兼容,可實現(xiàn)現(xiàn)網(wǎng)10G/40G系統(tǒng)的平滑升級, 系統(tǒng)擴容簡單方便,。

烽火憑借在100G技術領域的長期積累,,不但在國際國內(nèi)多次測試中以優(yōu)異的成績獲得了廣泛的肯定,而且成功建設了多個100G商用工程,。烽火100G系統(tǒng)在武漢電信,、馬來西亞電信(TM)取得了規(guī)模商用,在廣東電信,、黑龍江移動,、泰國CAT也已投入應用。此外,,還有多個100G項目正在洽談之中,。放眼不太遙遠的未來,100G WDM/OTN將迎來在國際國內(nèi)干線承載網(wǎng)及大型本地/城域網(wǎng)的全面應用,,烽火有信心依靠技術,、設備以及服務,在100G商用浪潮中取得令人矚目的成績,。

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