光網(wǎng)絡(luò)迎來(lái)超100G曙光

關(guān)鍵技術(shù)正在突破 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證穩(wěn)步推進(jìn)

隨著全球?qū)拵I(yè)務(wù)的增長(zhǎng)，大帶寬已成為通信網(wǎng)絡(luò)最基本要求，100G系統(tǒng)已開(kāi)始規(guī)模商用，超100G WDM系統(tǒng)成為全球運(yùn)營(yíng)商、設(shè)備商新的研究熱點(diǎn)。我國(guó)運(yùn)營(yíng)商的光傳輸網(wǎng)絡(luò)帶寬的增長(zhǎng)勢(shì)頭在全球范圍內(nèi)保持領(lǐng)先地位。目前具備商用能力的C波段80×100Gbit/s 光WDM傳輸系統(tǒng)的總帶寬接近10Tbit/s，有效頻譜效率也已超過(guò)2bit/s/Hz。下一步發(fā)展目標(biāo)一方面是繼續(xù)提高傳輸容量，例如400Gbit/s、1Tbit/s，并實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)距離傳輸，滿足互聯(lián)網(wǎng)容量增長(zhǎng)對(duì)傳輸、路由等設(shè)備的大管道需求;另一方面是提高頻譜效率，增加單光纖傳輸帶寬，降低每比特成本。

多載波和超級(jí)波道技術(shù)

成為超100G關(guān)鍵

單波傳輸系統(tǒng)從10G的OOK調(diào)制方式加直接檢測(cè)發(fā)展到當(dāng)今100G系統(tǒng)的偏振復(fù)用QPSK調(diào)制加相干檢測(cè)。今后的發(fā)展趨勢(shì)則將是單波道100G系統(tǒng)向400G和1T的演進(jìn)，并且由于相干檢測(cè)的引入，對(duì)數(shù)字信號(hào)處理(DSP)和超高速數(shù)模轉(zhuǎn)換(ADC/DAC)的要求變得越來(lái)越高。目前單波道400G系統(tǒng)的主流方案為在100G的基礎(chǔ)上，將調(diào)制階數(shù)升高為16-QAM，將頻譜效率提升一倍，并且采用雙載波，將兩個(gè)光域的子載波并列排放，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)400G的傳輸。但是當(dāng)單波道速率提高到1Tb/s乃至更高時(shí)，由于電子器件的速率繼續(xù)提高會(huì)帶來(lái)實(shí)現(xiàn)難度和成本巨大的代價(jià)，很難再通過(guò)1～2個(gè)載波來(lái)承載這么高速的信號(hào)，這時(shí)新的多載波和超級(jí)波道技術(shù)成為實(shí)現(xiàn)單波道1T傳輸?shù)年P(guān)鍵。

業(yè)界主流的多載波技術(shù)有光正交頻分復(fù)用(O-OFDM)技術(shù)以及Nyquist WDM技術(shù)。OFDM技術(shù)在無(wú)線通信領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，將數(shù)據(jù)通過(guò)大量彼此正交的子載波來(lái)承載，因此頻譜上各個(gè)子載波可以互相重疊而不互相影響。大量的子載波一般通過(guò)電域的傅里葉變換/反變換來(lái)產(chǎn)生，光域產(chǎn)生子載波受到當(dāng)前光集成水平的限制，較少被采用。由于O-OFDM技術(shù)具有頻譜效率高、需要的DSP復(fù)雜度低、信道資源靈活分配等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)在光傳輸領(lǐng)域得到了越來(lái)越多的關(guān)注。O-OFDM技術(shù)的主要缺點(diǎn)是由于信號(hào)的峰均比較高，受到更多非線性的制約;由于相位噪聲的補(bǔ)償問(wèn)題，對(duì)激光器線寬的要求較高，需要采用ECL類型的激光器;另外對(duì)于ADC/DAC的精度要求較高。

Nyquist WDM是一種信號(hào)整形技術(shù)，發(fā)送端將單個(gè)子載波通過(guò)數(shù)字濾波或者光學(xué)濾波方式將信號(hào)在頻率內(nèi)整形為近似矩形，因此在頻域內(nèi)的多個(gè)子載波可以以無(wú)間隔的方式并行傳輸，進(jìn)而提高頻譜效率，具有實(shí)現(xiàn)相對(duì)簡(jiǎn)單、性能相對(duì)較高的優(yōu)點(diǎn)，也成為未來(lái)單波道1T技術(shù)的熱門候選。Nyquist WDM的核心技術(shù)是光域的濾波和合波，由于光域的直接整形對(duì)于信號(hào)有一定的損傷，需要通過(guò)電域的DSP進(jìn)行補(bǔ)償，因此在接收端的信號(hào)處理比較復(fù)雜。

O-OFDM和Nyquist WDM技術(shù)均需要在發(fā)送端和接收端進(jìn)行大量的信號(hào)處理，一方面為了使發(fā)送的信號(hào)滿足相關(guān)的需求，另一方面需要在接收端進(jìn)行信號(hào)的恢復(fù)和補(bǔ)償，因此兩者的關(guān)鍵都是DSP和ADC/DAC技術(shù)，DSP和ADC/DAC技術(shù)的發(fā)展決定了單波道1T系統(tǒng)的前景。超級(jí)波道技術(shù)可以通過(guò)少量的激光器產(chǎn)生大量的光源，將低速電信號(hào)調(diào)制到大量的光源上，可以降低對(duì)光源數(shù)量和電信號(hào)速率的要求。超級(jí)波道技術(shù)和O-OFDM/Nyquist WDM結(jié)合使用，能夠以較低的成本產(chǎn)生1T以及更高速率的信號(hào)。

在大容量高頻譜效率傳輸技術(shù)發(fā)展的同時(shí)，新一代的光纖也得到了越來(lái)越多的關(guān)注。由于當(dāng)前DSP技術(shù)的飛速發(fā)展和相干接收的引入，色散和偏振都可以很好地在接收端進(jìn)行電域的補(bǔ)償，因此為了使超100G信號(hào)傳輸距離達(dá)到實(shí)際系統(tǒng)需要的長(zhǎng)度，光纖的損耗和非線性成為影響傳輸距離的新瓶頸。低損耗光纖可以有效地增加跨段的長(zhǎng)度減少放大的次數(shù)以增加傳輸距離，大有效面積光纖可以有效減少傳輸過(guò)程中帶來(lái)的非線性效應(yīng)，這些光纖的使用會(huì)對(duì)整體的傳輸性能帶來(lái)巨大的改進(jìn)。當(dāng)前中國(guó)電信骨干網(wǎng)光纖面臨著更新?lián)Q代，光纖的選擇是一個(gè)至關(guān)重要的問(wèn)題。因此超100G信號(hào)在各種光纖上(尤其是低損耗光纖和大有效面積光纖)的性能如何成為一個(gè)必須解決的問(wèn)題。

實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證頻譜效率

達(dá)到4bit/Hz/s

中國(guó)電信聯(lián)手中興通訊、長(zhǎng)飛光纖光纜、北京郵電大學(xué)等單位于2013年10月在北京聯(lián)合完成了單波道T比特WDM系統(tǒng)3200公里實(shí)時(shí)在線傳輸實(shí)驗(yàn)，同時(shí)T比特系統(tǒng)性能在4種不同的通信光纖上進(jìn)行了比較，實(shí)驗(yàn)由中國(guó)電信北京研究院組織實(shí)施。

整個(gè)1.2Tb/s的信號(hào)由10個(gè)120G的子載波信號(hào)組成超級(jí)波道。合波和濾波采用Nyquist WDM技術(shù)，通過(guò)波長(zhǎng)選擇開(kāi)關(guān)器件來(lái)完成，每個(gè)子載波占用30GHz頻譜。每個(gè)子載波采用PM-QPSK光調(diào)制和光相干接收技術(shù)，使用100G標(biāo)準(zhǔn)光模塊，并集成了先進(jìn)的超高速數(shù)據(jù)信號(hào)處理和軟判決糾錯(cuò)編解碼技術(shù)。總數(shù)據(jù)占用頻譜300GHz，頻譜效率達(dá)到了4bit/Hz/s，是近年來(lái)采用QPSK調(diào)制方式的超100G超長(zhǎng)距離傳輸實(shí)驗(yàn)中達(dá)到的最高值。實(shí)驗(yàn)中使用的4種光纖分別是G.652D、G.652D低損耗、大有效面積G.654D以及G.652B超低損耗光纖。與以往的實(shí)驗(yàn)采用光循環(huán)模擬超長(zhǎng)距離傳輸不同，本次實(shí)驗(yàn)搭建了完整的光纖鏈路，使用商用的EDFA設(shè)備，完全模擬真實(shí)的傳輸環(huán)境，并且和完全實(shí)時(shí)的發(fā)送接收配合，對(duì)現(xiàn)網(wǎng)具有非常高的參考價(jià)值。整個(gè)傳輸過(guò)程沒(méi)有經(jīng)過(guò)拉曼放大。

本次實(shí)驗(yàn)是業(yè)內(nèi)首次單波道T比特級(jí)超長(zhǎng)距離WDM系統(tǒng)實(shí)時(shí)傳輸實(shí)驗(yàn)，且創(chuàng)造了在G.652光纖上無(wú)拉曼放大器且具備工程余量的條件下單波道T比特長(zhǎng)距離實(shí)時(shí)傳輸?shù)氖澜缂o(jì)錄，為中國(guó)電信下一代新型光纖的選擇提供了重要依據(jù)。