光網絡迎來超100G曙光
來源：中國信息產業網
作者：馬亦然、李俊杰、張成良（中國電信北京研究院）
摘要： 我國運營商的光傳輸網絡帶寬的增長勢頭在全球范圍內保持領先地位。目前具備商用能力的C波段80×100Gbit/s 光WDM傳輸系統的總帶寬接近10Tbit/s，有效頻譜效率也已超過2bit/s/Hz。下一步發展目標一方面是繼續提高傳輸容量，例如400Gbit/s、1Tbit/s，并實現超長距離傳輸。
Abstract：
Key words :
隨著全球寬帶業務的增長，大帶寬已成為通信網絡最基本要求，100G系統已開始規模商用，超100G WDM系統成為全球運營商、設備商新的研究熱點。我國運營商的光傳輸網絡" title="光傳輸網絡" target="_blank">光傳輸網絡帶寬的增長勢頭在全球范圍內保持領先地位。目前具備商用能力的C波段80×100Gbit/s 光WDM傳輸系統的總帶寬接近10Tbit/s，有效頻譜效率也已超過2bit/s/Hz。下一步發展目標一方面是繼續提高傳輸容量，例如400Gbit/s、1Tbit/s，并實現超長距離傳輸，滿足互聯網容量增長對傳輸、路由等設備的大管道需求；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。
多載波和超級波道技術成為超100G關鍵
單波傳輸系統從10G的OOK調制方式加直接檢測發展到當今100G系統的偏振復用QPSK調制加相干檢測。今后的發展趨勢則將是單波道100G系統向400G和1T的演進，并且由于相干檢測的引入，對數字信號處理（DSP）和超高速數模轉換（ADC/DAC）的要求變得越來越高。目前單波道400G系統的主流方案為在100G的基礎上，將調制階數升高為16-QAM，將頻譜效率提升一倍，并且采用雙載波，將兩個光域的子載波并列排放，以此來實現400G的傳輸。但是當單波道速率提高到1Tb/s乃至更高時，由于電子器件的速率繼續提高會帶來實現難度和成本巨大的代價，很難再通過1～2個載波來承載這么高速的信號，這時新的多載波和超級波道技術成為實現單波道1T傳輸的關鍵。
業界主流的多載波技術有光正交頻分復用（O-OFDM）技術以及Nyquist WDM技術。OFDM技術在無線通信領域已經得到廣泛的應用，將數據通過大量彼此正交的子載波來承載，因此頻譜上各個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電域的傅里葉變換/反變換來產生，光域產生子載波受到當前光集成水平的限制，較少被采用。由于O-OFDM技術具有頻譜效率高、需要的DSP復雜度低、信道資源靈活分配等優點，近年來在光傳輸領域得到了越來越多的關注。O-OFDM技術的主要缺點是由于信號的峰均比較高，受到更多非線性的制約；由于相位噪聲的補償問題，對激光器線寬的要求較高，需要采用ECL類型的激光器；另外對于ADC/DAC的精度要求較高。
Nyquist WDM是一種信號整形技術，發送端將單個子載波通過數字濾波或者光學濾波方式將信號在頻率內整形為近似矩形，因此在頻域內的多個子載波可以以無間隔的方式并行傳輸，進而提高頻譜效率，具有實現相對簡單、性能相對較高的優點，也成為未來單波道1T技術的熱門候選。Nyquist WDM的核心技術是光域的濾波和合波，由于光域的直接整形對于信號有一定的損傷，需要通過電域的DSP進行補償，因此在接收端的信號處理比較復雜。
O-OFDM和Nyquist WDM技術均需要在發送端和接收端進行大量的信號處理，一方面為了使發送的信號滿足相關的需求，另一方面需要在接收端進行信號的恢復和補償，因此兩者的關鍵都是DSP和ADC/DAC技術，DSP和ADC/DAC技術的發展決定了單波道1T系統的前景。超級波道技術可以通過少量的激光器產生大量的光源，將低速電信號調制到大量的光源上，可以降低對光源數量和電信號速率的要求。超級波道技術和O-OFDM/Nyquist WDM結合使用，能夠以較低的成本產生1T以及更高速率的信號。
在大容量高頻譜效率傳輸技術發展的同時，新一代的光纖也得到了越來越多的關注。由于當前DSP技術的飛速發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行電域的補償，因此為了使超100G信號傳輸距離達到實際系統需要的長度，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度減少放大的次數以增加傳輸距離，大有效面積光纖可以有效減少傳輸過程中帶來的非線性效應，這些光纖的使用會對整體的傳輸性能帶來巨大的改進。當前中國電信骨干網光纖面臨著更新換代，光纖的選擇是一個至關重要的問題。因此超100G信號在各種光纖上（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必須解決的問題。
實驗驗證頻譜效率達到4bit/Hz/s
中國電信聯手中興通訊、長飛光纖光纜、北京郵電大學等單位于2013年10月在北京聯合完成了單波道T比特WDM系統3200公里實時在線傳輸實驗，同時T比特系統性能在4種不同的通信光纖上進行了比較，實驗由中國電信北京研究院組織實施。
整個1.2Tb/s的信號由10個120G的子載波信號組成超級波道。合波和濾波采用Nyquist WDM技術，通過波長選擇開關器件來完成，每個子載波占用30GHz頻譜。每個子載波采用PM-QPSK光調制和光相干接收技術，使用100G標準光模塊，并集成了先進的超高速數據信號處理和軟判決糾錯編解碼技術。總數據占用頻譜300GHz，頻譜效率達到了4bit/Hz/s，是近年來采用QPSK調制方式的超100G超長距離傳輸實驗中達到的最高值。實驗中使用的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。與以往的實驗采用光循環模擬超長距離傳輸不同，本次實驗搭建了完整的光纖鏈路，使用商用的EDFA設備，完全模擬真實的傳輸環境，并且和完全實時的發送接收配合，對現網具有非常高的參考價值。整個傳輸過程沒有經過拉曼放大。
本次實驗是業內首次單波道T比特級超長距離WDM系統實時傳輸實驗，且創造了在G.652光纖上無拉曼放大器且具備工程余量的條件下單波道T比特長距離實時傳輸的世界紀錄，為中國電信下一代新型光纖的選擇提供了重要依據。
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