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隨著40Gbit/s技術(shù)的逐漸成熟和高層業(yè)務(wù)傳送帶寬需求的持續(xù)劇增，N×40Gbit/s WDM技術(shù)已成為光傳送網(wǎng)帶寬近期擴(kuò)容的主要候選技術(shù)。相對(duì)于已成熟商用的N×10（2.5）Gbit/s WDM技術(shù)，采用多種調(diào)制編碼的傳輸碼型成為N×40Gbit/s WDM系統(tǒng)的最顯著特點(diǎn)，而在具體應(yīng)用中如何在不同傳輸碼型間進(jìn)行權(quán)衡、選擇，則是目前業(yè)界關(guān)注40Gbit/s技術(shù)及其應(yīng)用的焦點(diǎn)話題之一。
傳輸碼型分類
根據(jù)目前可商用調(diào)制碼型技術(shù)的實(shí)現(xiàn)機(jī)理，N×40Gbit/s WDM系統(tǒng)的傳輸碼型基本可分為強(qiáng)度調(diào)制型和相位調(diào)制型兩大類。另外，不同的傳輸碼型可結(jié)合其它復(fù)用/調(diào)制方式以提高系統(tǒng)傳輸容量，如偏振復(fù)用（PM）等。
強(qiáng)度調(diào)制型的傳輸碼型主要采用光波強(qiáng)度的變化來(lái)表示被調(diào)制源信號(hào)的變化，接收端一般直接采用光強(qiáng)檢測(cè)即可解調(diào)出原始信號(hào)。強(qiáng)度調(diào)制型又可根據(jù)調(diào)制進(jìn)制、占空比等進(jìn)一步細(xì)分，如根據(jù)調(diào)制進(jìn)制可分為二進(jìn)制和（偽）多進(jìn)制，根據(jù)占空比不同可分為NRZ型和RZ型等。其中，目前WDM設(shè)備的彩光接口支持的強(qiáng)度調(diào)制型傳輸碼型主要基于NRZ和RZ的偽多進(jìn)制，包括光雙二進(jìn)制（ODB）/相位整形二進(jìn)制傳輸（PSBT）、歸零型交替?zhèn)魈?hào)翻轉(zhuǎn)（RZ-AMI）等，而白光接口一般采用常規(guī)的NRZ碼型。
相位調(diào)制型的傳輸碼型主要采用光波相位的（絕對(duì)或相對(duì)）變化來(lái)表示被調(diào)制源信號(hào)的變化，接收端一般采用相位差分檢測(cè)或者直接相干接收檢測(cè)結(jié)合數(shù)字信號(hào)處理即可解調(diào)出原始信號(hào)。相位調(diào)制型又可根據(jù)調(diào)制進(jìn)制、占空比等進(jìn)一步細(xì)分，如根據(jù)調(diào)制進(jìn)制可分為（差分）相移鍵控〔（D）PSK〕和（差分）四相相移鍵控〔（D）QPSK〕，根據(jù)占空比不同可分為NRZ型和RZ型等。其中目前WDM設(shè)備的彩光接口支持的相位調(diào)制型傳輸碼型主要為DPSK、RZ-DQPSK（非相干接收）、DP-QPSK（相干接收，結(jié)合PM和數(shù)字信號(hào)處理）等。
傳輸碼型比較
N×40Gbit/s WDM系統(tǒng)中除了常規(guī)的NRZ之外還出現(xiàn)了多種傳輸碼型，主要源于40Gbit/s光信號(hào)進(jìn)行長(zhǎng)距離大容量傳輸時(shí)需要克服與傳輸速率密切關(guān)聯(lián)的多種傳輸限制因素所致，也即色度色散（CD）、偏振模色散（PMD）、非線性效應(yīng)、光信噪比（OSNR）等。新型傳輸碼型相對(duì)于NRZ的主要優(yōu)勢(shì)，就是通過(guò)新的調(diào)制編碼技術(shù)，提高N×40Gbit/s WDM系統(tǒng)對(duì)于（大）部分傳輸限制因素的克服能力，顯著擴(kuò)大系統(tǒng)的傳輸距離。因此，對(duì)于N×40Gbit/s WDM系統(tǒng)傳輸碼型分析與比較也應(yīng)從這幾個(gè)方面進(jìn)行�？紤]到目前設(shè)備傳輸碼型的典型實(shí)現(xiàn)，在此選擇NRZ、ODB/PSBT（ODB和PSBT實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)有所差異，但整體特性差異不大，可表示為相同類型）、DPSK、RZ-DQPSK（非相干接收）、RZ-AMI和DP-QPSK等碼型進(jìn)行比較，并以NRZ為比較基準(zhǔn)。
首先來(lái)看CD的限制。常規(guī)NRZ的CD容限在±60ps/nm量級(jí)（2dB OSNR代價(jià)），這對(duì)于40Gbit/s長(zhǎng)距離傳輸?shù)腃D補(bǔ)償精度提出了苛刻的要求。目前的解決辦法除了采取單/多路可調(diào)的色散補(bǔ)償方式之外，還可采用色散容限較高的新型傳輸碼型，如光譜寬度較窄的ODB/PSBT和RZ-DQPSK等，或者直接采用相干接收進(jìn)行電域信號(hào)損傷均衡的DP-QPSK等，其中DP-QPSK一般不再需要常規(guī)的DCM進(jìn)行補(bǔ)償。而對(duì)于DPSK碼型，CD容限相對(duì)于NRZ并沒(méi)有明顯提升，而RZ-AMI則略有下降。
其次來(lái)看PMD的限制。常規(guī)NRZ的PMD最大值容限在7.5ps量級(jí)(1dBOSNR代價(jià)，DGD大于該值的概率為4.2E-5）。若按照目前PMD參數(shù)較低的光纖考慮，40Gbit/s系統(tǒng)受限于PMD的傳輸距離大于600千米，而對(duì)于PMD參數(shù)較高的光纖而言，40Gbit/s系統(tǒng)受限于PMD的傳輸距離則小于30千米。對(duì)于PMD的限制，除了選擇PMD值較低的光纖鏈路之外，其他解決途徑就是選擇PMD容限提高的新型碼型（如基于多進(jìn)制相位調(diào)制的RZ-DQPSK，以及基于多進(jìn)制相位調(diào)制和相干接收的DP-QPSK等）或者采用PMD補(bǔ)償器件。相對(duì)于NRZ的PMD容限，RZ-DQPSK可提高2至3倍，而DP-QPSK可提高10倍左右，DPSK和RZ-AMI有一定程度提高，但ODB/PS－BT變化不大且略有下降。
光纖的非線性效應(yīng)也是影響40Gbit/s高速信號(hào)傳輸距離的重要因素之一。在信號(hào)速率較低（如10Gbit/s以及以下）時(shí)，非線性效應(yīng)主要體現(xiàn)為通道內(nèi)的自相位調(diào)制（SPM）和通道間的交叉相位調(diào)制（XPM）及四波混頻（FWM）等，隨著比特速率（如40Gbit/s以及以上）的提高，通道內(nèi)的非線性效應(yīng)則主要體現(xiàn)為通道內(nèi)交叉相位調(diào)制（IXPM）和通道內(nèi)四波混頻（IFWM）等效應(yīng)。除了光纖類型與非線性效應(yīng)密切相關(guān)之外，不同的調(diào)制碼型對(duì)于非線性效應(yīng)的容限也不盡一致。相對(duì)于NRZ的非線性容限，ODB/PSBT、RZ-DQPSK和QPSK的非線性容限變化不大，甚至QPSK的非線性容限還有一定程度的降低，而DPSK和RZ-AMI的非線性容限則一般有2dB左右量級(jí)的增加。
另外一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)就是背靠背OSNR容限，因?yàn)樵谙到y(tǒng)代價(jià)一定的前提下，OSNR容限很大程度上決定了N×40Gbit/sWDM系統(tǒng)的實(shí)際傳輸距離。相對(duì)于NRZ的背靠背OSNR容限，ODB有所降低，這主要由于ODB實(shí)現(xiàn)機(jī)理所致，信號(hào)頻域壓縮，時(shí)域展寬，眼圖張開(kāi)度降低。DPSK由于采用了平衡接收機(jī)制，OSNR容限可以提高3dB左右；RZ-DQPSK在采用四相調(diào)制、平衡接收機(jī)制的同時(shí)又采用RZ脈沖編碼，綜合而言比DPSK略有降低，RZ-AMI和RZ-DQPSK處于類似的量級(jí)。QPSK由于采用了相干接收，背靠背OSNR容限比DPSK碼型還有一定程度的增加。
傳輸碼型選擇
面對(duì)N×40Gbit/s WDM系統(tǒng)眾多的調(diào)制編碼格式，在實(shí)際商用中如何選擇合適的傳輸碼型成為目前業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題。實(shí)際上，N×40Gbit/s WDM系統(tǒng)調(diào)制編碼格式具體選擇比較復(fù)雜，其與整個(gè)40Gbit/s系統(tǒng)設(shè)計(jì)的其他參數(shù)密切相關(guān)，如FEC增益、系統(tǒng)功率自動(dòng)控制功能、可調(diào)精細(xì)色散補(bǔ)償、接收機(jī)動(dòng)態(tài)判決技術(shù)、光纖類型等。因此，以下僅在其他設(shè)計(jì)參數(shù)假設(shè)一致的前提下討論N×40Gbit/s WDM系統(tǒng)調(diào)制編碼選擇時(shí)應(yīng)著重考慮的方面。
第一，傳輸距離是決定碼型選擇的關(guān)鍵因素之一。在上述的幾種典型碼型中，根據(jù)碼型具體特征，若不考慮50GHz通路間隔的應(yīng)用需求，NRZ可用于局內(nèi)、短距和600千米左右的長(zhǎng)距，而ODB/PSBT可用于600千米左右的長(zhǎng)距，其他幾種可用于600千米以上長(zhǎng)距。
第二，通路間隔也是碼型選擇的主要條件。目前商用的N×10Gbit/s系統(tǒng)通路間隔最小為50GHz，若考慮40Gbit/s系統(tǒng)也支持50GHz通路間隔，根據(jù)碼型具體特征，那么實(shí)際應(yīng)用時(shí)可選擇ODB/PSBT、RZ-DQPSK和DP-QPSK等，其他碼型在50GHz通路間隔應(yīng)用時(shí)系統(tǒng)代價(jià)較大，一般很難滿足系統(tǒng)性能要求。
第三，與10Gbit/s系統(tǒng)的混傳也是目前40Gbit/s系統(tǒng)碼型選擇時(shí)需要考慮的問(wèn)題。實(shí)際商用網(wǎng)絡(luò)中目前已經(jīng)鋪設(shè)了大量的N×10Gbit/s網(wǎng)絡(luò)，40Gbit/s技術(shù)具體應(yīng)用時(shí)有可能在原有的10Gbit/s系統(tǒng)上開(kāi)通，或者是新設(shè)計(jì)40Gbit/s系統(tǒng)中考慮了10Gbit/s的兼容性。另外，40Gbit/s與10Gbit/s混傳時(shí)，除了考慮傳輸距離和通路間隔等共性問(wèn)題之外，還須考慮兩種速率間不同調(diào)制格式之間的通道間干擾問(wèn)題，如目前公開(kāi)的一些試驗(yàn)和仿真研究表明，在某些特定條件下強(qiáng)度調(diào)制對(duì)于四相相位調(diào)制的信號(hào)影響較大。
第四，綜合考慮調(diào)制編碼格式的成本與性能的平衡。與NRZ相比，ODB/PSBT、RZ-AMI、DPSK、RZ-DQPSK、DP-QPSK等傳輸碼型在實(shí)現(xiàn)了某些高性能的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜性（成本）亦在不斷增加。這就需要在實(shí)際選擇傳輸碼型時(shí)兼顧成本與性能的平衡問(wèn)題。另外，考慮到未來(lái)的N×100Gbit/s技術(shù)，基于偏振復(fù)用、多相位調(diào)制和相干解調(diào)的傳輸碼型具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。
因此，在N×40Gbit/sWDM系統(tǒng)應(yīng)用時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)傳輸需求、系統(tǒng)其他參數(shù)的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)成本等方面綜合考慮，以選擇合適的調(diào)制編碼格式。實(shí)際應(yīng)用時(shí)不存在適合任何傳輸系統(tǒng)的最優(yōu)傳輸碼型，只存在根據(jù)系統(tǒng)傳輸需求和應(yīng)用環(huán)境合理選擇的傳輸碼型。
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結(jié)論：目前國(guó)外40Gbit/s系統(tǒng)已經(jīng)得到局部商用，國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)商也出現(xiàn)了40Gbit/s的路由器接口傳送需求�；诮鉀QN×40Gbit/s系統(tǒng)的色度色散、偏振模色散、非線性效應(yīng)、背靠背OSNR等容限值問(wèn)題以提高整體傳輸性能，業(yè)界涌現(xiàn)出多種新型的調(diào)制編碼格式。面對(duì)眾多特征各異的傳輸碼型，在綜合考慮其他系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)的基礎(chǔ)上，應(yīng)主要從傳輸距離、通路間隔、與10Gbit/s系統(tǒng)的混傳、成本與性能的平衡等方面進(jìn)行綜合選擇。
