40Gbit/s SDH光纖傳輸設備的發(fā)展

SDH傳輸系統(tǒng)經(jīng)過近十年的商用，線路速率從最初的155Mbit/s系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展到了現(xiàn)在10Gbit/s，每一次傳輸網(wǎng)速度躍變間隔的時間越來越短。10Gbit/s光傳輸系統(tǒng)已經(jīng)被大多數(shù)運營商應用到骨干網(wǎng)絡，那么離40Gbit/s系統(tǒng)大面積商用還有多遠呢？

一、40Gbit/s光纖傳輸系統(tǒng)需求分析

目前各網(wǎng)絡運營商對網(wǎng)絡建設的考慮更加理性化，除了考慮網(wǎng)絡的容量安全等問題外，對網(wǎng)絡建設和維護成本的敏感程度在逐漸提高。因此在網(wǎng)絡建設時，運營商希望每比特信息量的傳輸成本得到降低，從光纖通信的發(fā)展歷程來看，提高單信道的傳輸速率是一個不錯的選擇，根據(jù)已往的經(jīng)驗，單信道傳輸速率提高4倍，每比特的傳輸成本能降低30％到40％。另一方面，從網(wǎng)絡維護的成本考慮，對于長距離傳輸?shù)拿芗�波分系統(tǒng)而言，傳輸同樣的信息流量，采用40Gbit/s速率的單信道比10Gbit/s速率的單信道占用的波道數(shù)量會有一定程度的減少，波道數(shù)量的減少能夠有效降低網(wǎng)絡運維產(chǎn)生的成本。

從業(yè)務需求的角度來看，各種新型電信業(yè)務的出現(xiàn)對傳輸網(wǎng)帶寬提出了更高的要求，比如寬帶上網(wǎng)、視頻應用以及無線3G業(yè)務等大帶寬應用的迅速普及，使運營商對通信網(wǎng)絡的帶寬需求在迅猛增長，以P2P 為代表新的互聯(lián)網(wǎng)應用的普及導致IP 流量持續(xù)快速增加，高達75%到125%的數(shù)據(jù)增長率，已經(jīng)使全球因特網(wǎng)的骨干網(wǎng)帶寬已達到了6～9個月就翻一番的地步。提高光通信的傳輸容量有兩個方面的途徑：一是在一對光纖上傳送多個光信道，即波分復用（WDM）方式；二是提高單個光信道的傳輸速率，單通道的傳輸速率已經(jīng)從最初的8 Mbit/s提高到目前的10 Gbit/s（STM-64），下一步將向40 Gbit/s（STM-256）發(fā)展。

二、40Gbit/s光纖傳輸系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展

40Gbit/s光通信系統(tǒng)能否實現(xiàn)商用，一個關(guān)鍵因素是看能否實現(xiàn)長距離傳輸，實現(xiàn)長距離傳輸會遇到諸多光學和電子學領域的問題。當信號速率達到40Gbit/s時，光信號會受到色度色散、偏振模色散、非線性效應、光信噪比等光學特性方面的限制。在40Gbit/s SDH系統(tǒng)設備上，需要考慮40Gbit/s信號的成幀技術(shù)，光傳輸碼型和調(diào)制方式的選擇，以及大容量交叉芯片技術(shù)等。下文主要對40Gbit/s SDH光纖傳輸系統(tǒng)涉及的關(guān)鍵技術(shù)進行一下介紹：

(1) STM-256 成幀處理技術(shù)

國際電信聯(lián)盟ITU-T 2000 年發(fā)布了新的G.707 標準，建議中規(guī)定了STM－256 的幀結(jié)構(gòu)、復用路徑和復用結(jié)構(gòu)。由于STM-256 幀結(jié)構(gòu)很長，且由4 路STM-64 信號按長度為64 字節(jié)塊間插復接而成，電路規(guī)模十分龐大，至少相當于4 路STM-64 成幀器芯片。一路STM-64 成幀器芯片電路規(guī)模已十分龐大，實現(xiàn)已不容易，STM-256 成幀的難度更大。

(2) 40 Gbit/s 超高速信號的調(diào)制解調(diào)技術(shù)

40 Gbit/s 系統(tǒng)中選用的光調(diào)制器以及光信號的碼型對40 Gbit/s 信號的傳輸距離和傳輸效率有著重大的影響。在10 Gbit/s 及其以下速率的系統(tǒng)中，一般采用的是非歸零（NRZ）編碼格式。因為NRZ 碼實現(xiàn)比較簡單，技術(shù)比較成熟。在超長距離10 Gbit/s 及40 Gbit/s 系統(tǒng)中，歸零（RZ）編碼技術(shù)也開始采用。RZ 碼是一種更為有效的編碼格式，它具有有利于時鐘恢復，比NRZ 編碼具有更高的峰值功率，不易受到非線性失真和偏振模色散的影響等優(yōu)點，但RZ碼調(diào)制一般要有兩個調(diào)制器，成本高，復雜性大。目前也在研究一些新的調(diào)制碼型，主要有CS-RZ（載波抑制的歸零碼）、RZ-DPSK(差分相移鍵控歸零碼)等。由于40 Gbit/s 系統(tǒng)對調(diào)制器的要求更高，要求這些調(diào)制器具有高調(diào)制帶寬、高消光比、低回損、高飽和功率和低驅(qū)動電壓。對于40Gbit/s 傳輸系統(tǒng)，尚無直接調(diào)制的光源可用，必須采用外調(diào)制器。

(3) 大容量交叉連接

實現(xiàn)顆粒為VC-4 的大容量交叉連接技術(shù)難度很大，主要表現(xiàn)在交叉規(guī)模太大，芯片的規(guī)模和功耗很大，實現(xiàn)不太容易。目前最大容量的交叉芯片有160 Gbit/s 、180 Gbit/s，實現(xiàn)320 Gbit/s 交叉容量需要采用多片級聯(lián)的方法構(gòu)造。采用3 級CLOS 方式構(gòu)建大容量交叉連接矩陣，高速連線數(shù)量非常多，交叉算法非常復雜。當前的交叉芯片的實現(xiàn)技術(shù)主要有兩種:一種是采用時分-空分-時分（TST）結(jié)構(gòu)的交叉技術(shù)來實現(xiàn)，采用該技術(shù)芯片電路規(guī)模小一點，但在交叉連接的實現(xiàn)算法比較復雜，交叉連接的實現(xiàn)速度、重構(gòu)性等方面有些不足；另一種結(jié)構(gòu)是一種基于比特切割的實現(xiàn)方法，可以實現(xiàn)任意端口任意時隙之間的交叉，實現(xiàn)算法簡單，容易級聯(lián)與擴展，交叉連接的速度快，重構(gòu)性強。

(4) 前向糾錯技術(shù)

FEC（前向糾錯）技術(shù)是通過在光信號外增加額外的編碼信號，用來探測、隔離和糾正傳輸過程中產(chǎn)生的任何錯誤信息。采用FEC 技術(shù)，可以改善系統(tǒng)傳輸誤碼率，補償鏈路的性能下降，延長光鏈路的傳輸距離。另一方面，可緩解對光器件技術(shù)指標的嚴格要求和放松光器件的制造條件，從而可提高產(chǎn)量和降低生產(chǎn)成本。在40 Gbit/s 系統(tǒng)中采用FEC 技術(shù)，F(xiàn)EC 編碼對ASIC 設計要求更高，實施起來更復雜，這種采用電子電路的復雜性來換取光功率預算的增加，是延長光電再生距離一個有效手段。

三、烽火通信40Gbit/s技術(shù)進展情況

烽火通信作為國內(nèi)組要通信設備供應商之一，在40G的研發(fā)方面一直處于業(yè)界領先水平，在“十五”計劃期間，烽火通信就承擔了國家“十五”攻關(guān)項目－40Gb/s (STM-256) SDH設備與系統(tǒng)，以及國家“863”項目－基于T比特的80X40b/s 波分復用系統(tǒng)的研制兩個40G重大課題，開始了對40G技術(shù)的全面攻關(guān)。經(jīng)過多年的努力，已經(jīng)研制出國際上第一套具有標準的STM-256幀結(jié)構(gòu)的40Gb/s SDH設備，現(xiàn)實了40Gb/s單通道信號在常用的G.652和G.655光纖上無電再生560公里無誤碼傳輸，并且40Gb/s SDH設備在泰爾實驗室進行了現(xiàn)網(wǎng)穩(wěn)定運行試驗和測試，為40G系統(tǒng)的測試和商用積累了一定的經(jīng)驗。為滿足通信網(wǎng)智能化的發(fā)展趨勢，烽火通信在前面兩項重大科技成果的基礎上，開發(fā)開出具有40 Gb/s STM-256接口的智能光網(wǎng)絡設備——FonsWeaver780A，目前FonsWeaver780A已獲在國內(nèi)外得了規(guī)模商用。