市場需求驅動

　　互聯網數據業務的爆炸式增長是高速波分傳輸發展的主要推動力，根據調研和預測，骨干網傳輸帶寬以每年50%以上的速度增長，目前骨干傳輸網要求支持100G 傳輸的呼聲越來越強烈。100G 波分傳輸的工程應用需求總結如下。

　　● 傳輸距離：長途骨干網要求傳輸距離至少達1000~1500 km，包含6 個ROADM(可重構型光分插復用設備);城域網要求包含20 個ROADM;

　　● 傳輸容量：通道間隔為50GHz，與現有10G 波分系統相同;

　　● 應用場景：可在現有光纖通信系統上進行升級，無需更換新型光纖或光放大器;

　　● 成本：100G 波分系統相比10G 在成本/速率/距離上應有優勢;

　　● 功耗：100G 波分系統相比10G 在功耗/速率以及設備集成度上應有優勢。

　　要完全實現以上需求，必須采用相干通信技術，加強系統消除傳輸損傷的能力。100G 信號速率對目前電芯片來說仍然太高，可通過多電平調制、偏振復用、多波并行傳輸等技術組合將100Gbps 信號速率降為25G 波特率或更低。

　　標準及產業鏈現狀

　　為推動 100G 光通信產業鏈的發展，多個光通信國際標準組織積極制定100G 相關標準，涵蓋100G器件、光模塊、OTN開銷處理、系統設備等領域。IEEE 于2010 年6 月發布了40G/100G以太網接口標準802.3ba，由多個光模塊廠商組成的CFP 多源協議聯盟也發布了客戶側可熱插拔光模塊硬件和軟件接口協議，為100G 客戶側接口制定了接口規范;ITU-T 于2009 年12 月更新了OTN 接口建議G.709，定義了支持100GE 接入的OTU4 幀結構及映射協議，規范了100G 單板中成幀處理要求;OIF 負責制定100G 波分側光模塊電氣機械接口、軟件管理接口、集成式發射機和接收機組件、前向糾錯技術的協議規范，有力地推動了波分側接口設計標準化。

　　100G 波分傳輸已從實驗室研究進入工程測試和初期應用階段。各大系統設備廠家客戶側100GE 接口嚴格符合標準802.3ba 規范的4 路并行傳輸，波分側采用各具特色的傳輸技術。

　　截至2010 年7 月，大部分光器件達到可商用程度，但相干接收技術中關鍵芯片ADC 和DSP的量產商用還需一段時間。ADC 和DSP 是近年來阻礙100G 波分傳輸商用的最大攔路石，目前有多個芯片廠家正在積極研發集成ADC 和DSP 功能的ASIC 芯片。

　　中興通訊解決方案

　　中興通訊提供兩種解決方案，一種是實現簡單的“PDM-DQPSK+直接接收”解決方案，另一種是高性能的“PDM-DQPSK+相干接收”解決方案。

　　PDM-DQPSK+直接接收

　　發射單元采用 PDM-DQPSK 調制，接收單元采用直接接收技術。PDM-DQPSK 即偏振復用-差分正交相移鍵控調制，激光通過偏振分束器分成2 路正交偏振態光，每路進行DQPSK 調制(DQPSK 調制技術在40G 波分傳輸系統中已成熟應用)，然后再用偏振合束器合成一束光，傳輸速率為111.8Gbps。相位調制信號的直接接收即采用延遲干涉和平衡接收實現信號檢測，因輸入信號為2 路偏振態信號，還需采用光學偏振跟蹤技術分離出2 路偏振正交的DQPSK 信號。

　　該方案中光學偏振跟蹤速度快，可滿足工程現場應用需求，通道間隔最小為50GHz。系統中仍需配置色散補償，PMD 容限有限，OSNR(光信噪比)性能較差，屬于100G 波分傳輸初期解決方案。

　　PDM-DQPSK+相干接收

　　發射單元采用 PDM-DQPSK 調制，接收單元采用相干接收技術，該方案符合OIF(光互聯論壇)100G 接口規范，其功能框圖如圖1所示。

　　圖 1 相干接收PDM-DQPSK 原理框圖

　　發射單元為 PDM-DQPSK 調制，差分編碼解決相位模糊問題。

　　接收單元由本振激光、光電解調、ASIC 芯片組成。本振激光采用大功率窄線寬可調諧激光器，雙路混頻器、4 路光電轉換完成光電解調，實現任意偏振態、任意相位信號的相干接收，其中4 路光電轉換采用雙PIN 平衡接收，相比單PIN 接收有更大的輸入光功率動態范圍。

　　ASIC 芯片集成ADC 和DSP 功能，消除傳輸損傷和恢復信號。采用CMOS 技術的低功耗ASIC 芯片，DSP 算法類似軟件無線電技術，包括如下功能模塊：重采樣、色散補償、自適應濾波、頻率補償、相位恢復、SD-FEC 解碼。

　　相干接收 PDM-DQPSK 可實現50GHz 間隔波分復用，濾波特性好;OSNR 性能好，目標傳輸距離達1500 km 以上;DSP 算法跟蹤速度快，可實現光層快速保護倒換;色散補償和偏振模塊色散補償均在接收機中完成，可降低系統整體配置成本，但如果配置光學色散補償，會加重系統非線性損傷。考慮到發射端可能重新定義幀格式以兼容SD-FEC，接收端DSP算法各有差異，因此很難實現波分側互聯互通。

　　其他解決方案

　　雖然“PDM-DQPSK+相干接收”是被業界認可的100G 標準化解決方案，但有些設備制造商采用了其他解決方案。

　　(1)發射端采用雙波或3 波DQPSK 信號進行合波，子載波頻率間隔為50GHz，接收端采

　　用光濾波器分離出2 路或3 路DQPSK 信號，然后再采用延遲干涉和平衡接收實現信號檢測。該方案又叫反向復用技術，通道間隔最小為100GHz 或150GHz，傳輸容量小，OSNR 性能較差，屬于100G 波分傳輸早期解決方案。

　　(2)發射端采用雙波相干接收PDM-DQPSK，其中子載波頻率間隔為20GHz，接收端間隔20GHz 的兩個本振激光分別對輸入信號進行相干檢測，之后分別用低通電濾波器抑制另一子載波信號串擾，ADC 采樣后再利用DSP 算法消除傳輸損傷和恢復數據。該方案通道間隔最小為50GHz，OSNR 性能好，雖然克服了當前ADC 器件采樣速率瓶頸，但是器件較多，功耗較大，方案集成度較差，系統非線性性能相對較差。該方案最早實現100G 波分傳輸工程應用。

　　(3)采用更多電平的高級調制碼型。例如PDM-64QAM，波特率為信號速率的1/12，此外OFDM 研究也比較熱門，這類調制碼型均采用相干接收技術，但發射和接收實現相對較復雜，在現有器件技術水平下還不適合100G 工程應用，目前仍處于實驗室研究階段，有可能應用于未來的400G 波分傳輸。

　　以數字信號處理技術為核心的100G 相干接收技術是光通信發展史上具有里程碑意義的革命性突破，其重要性不亞于推動波分復用系統大規模應用的摻鉺光纖放大器。隨著帶寬需求的持續增長和100G 相干接收相關器件的成熟，尤其是100G 所用光器件及芯片的小型化和低功耗趨勢，100G 波分傳輸必將完全取代現有10G 波分傳輸，并會擠壓40G 波分傳輸的應用空間。