40Gbit/sSDH光纖傳輸設(shè)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(shí)間越來越短。10Gbit/s光傳輸系統(tǒng)已經(jīng)被大多數(shù)運(yùn)營(yíng)商應(yīng)用到骨干網(wǎng)絡(luò)，那么離40Gbit/s系統(tǒng)大面積商用還有多遠(yuǎn)呢？

一、40Gbit/s光纖傳輸系統(tǒng)需求分析

目前各網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商對(duì)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的考慮更加理性化，除了考慮網(wǎng)絡(luò)的容量安全等問題外，對(duì)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和維護(hù)成本的敏感程度在逐漸提高。因此在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)時(shí)，運(yùn)營(yíng)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(gè)不錯(cuò)的選擇，根據(jù)已往的經(jīng)驗(yàn)，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(luò)維護(hù)的成本考慮，對(duì)于長(zhǎng)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(huì)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(luò)運(yùn)維產(chǎn)生的成本。

從業(yè)務(wù)需求的角度來看，各種新型電信業(yè)務(wù)的出現(xiàn)對(duì)傳輸網(wǎng)帶寬提出了更高的要求，比如寬帶上網(wǎng)、視頻應(yīng)用以及無線3G業(yè)務(wù)等大帶寬應(yīng)用的迅速普及，使運(yùn)營(yíng)商對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)的帶寬需求在迅猛增長(zhǎng)，以P2P為代表新的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的普及導(dǎo)致IP流量持續(xù)快速增加，高達(dá)75%到125%的數(shù)據(jù)增長(zhǎng)率，已經(jīng)使全球因特網(wǎng)的骨干網(wǎng)帶寬已達(dá)到了6～9個(gè)月就翻一番的地步。提高光通信的傳輸容量有兩個(gè)方面的途徑：一是在一對(duì)光纖上傳送多個(gè)光信道，即波分復(fù)用（WDM）方式；二是提高單個(gè)光信道的傳輸速率，單通道的傳輸速率已經(jīng)從最初的8Mbit/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(shí)現(xiàn)商用，一個(gè)關(guān)鍵因素是看能否實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離傳輸，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離傳輸會(huì)遇到諸多光學(xué)和電子學(xué)領(lǐng)域的問題。當(dāng)信號(hào)速率達(dá)到40Gbit/s時(shí)，光信號(hào)會(huì)受到色度色散、偏振模色散、非線性效應(yīng)、光信噪比等光學(xué)特性方面的限制。在40Gbit/sSDH系統(tǒng)設(shè)備上，需要考慮40Gbit/s信號(hào)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(duì)40Gbit/sSDH光纖傳輸系統(tǒng)涉及的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行一下介紹：

(1)STM-256成幀處理技術(shù)

國(guó)際電信聯(lián)盟ITU-T2000年發(fā)布了新的G.707標(biāo)準(zhǔn)，建議中規(guī)定了STM－256 的幀結(jié)構(gòu)、復(fù)用路徑和復(fù)用結(jié)構(gòu)。由于STM-256 幀結(jié)構(gòu)很長(zhǎng)，且由4 路STM-64 信號(hào)按長(zhǎng)度為64 字節(jié)塊間插復(fù)接而成，電路規(guī)模十分龐大，至少相當(dāng)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(shí)現(xiàn)已不容易，STM-256 成幀的難度更大。

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

40Gbit/s系統(tǒng)中選用的光調(diào)制器以及光信號(hào)的碼型對(duì)40Gbit/s 信號(hào)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?yàn)镹RZ 碼實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單，技術(shù)比較成熟。在超長(zhǎng)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(shí)鐘恢復(fù)，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(diǎn)，但RZ碼調(diào)制一般要有兩個(gè)調(diào)制器，成本高，復(fù)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(duì)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?fù)p、高飽和功率和低驅(qū)動(dòng)電壓。對(duì)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(shí)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(shí)現(xiàn)不太容易。目前最大容量的交叉芯片有160Gbit/s、180 Gbit/s，實(shí)現(xiàn)320 Gbit/s 交叉容量需要采用多片級(jí)聯(lián)的方法構(gòu)造。采用3 級(jí)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(fù)雜。當(dāng)前的交叉芯片的實(shí)現(xiàn)技術(shù)主要有兩種:一種是采用時(shí)分-空分-時(shí)分（TST）結(jié)構(gòu)的交叉技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，采用該技術(shù)芯片電路規(guī)模小一點(diǎn)，但在交叉連接的實(shí)現(xiàn)算法比較復(fù)雜，交叉連接的實(shí)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(shí)現(xiàn)方法，可以實(shí)現(xiàn)任意端口任意時(shí)隙之間的交叉，實(shí)現(xiàn)算法簡(jiǎn)單，容易級(jí)聯(lián)與擴(kuò)展，交叉連接的速度快，重構(gòu)性強(qiáng)。

(4)前向糾錯(cuò)技術(shù)

FEC（前向糾錯(cuò)）技術(shù)是通過在光信號(hào)外增加額外的編碼信號(hào)，用來探測(cè)、隔離和糾正傳輸過程中產(chǎn)生的任何錯(cuò)誤信息。采用FEC技術(shù)，可以改善系統(tǒng)傳輸誤碼率，補(bǔ)償鏈路的性能下降，延長(zhǎng)光鏈路的傳輸距離。另一方面，可緩解對(duì)光器件技術(shù)指標(biāo)的嚴(yán)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40Gbit/s系統(tǒng)中采用FEC 技術(shù)，F(xiàn)EC 編碼對(duì)ASIC 設(shè)計(jì)要求更高，實(shí)施起來更復(fù)雜，這種采用電子電路的復(fù)雜性來換取光功率預(yù)算的增加，是延長(zhǎng)光電再生距離一個(gè)有效手段。

三、烽火通信40Gbit/s技術(shù)進(jìn)展情況

烽火通信作為國(guó)內(nèi)組要通信設(shè)備供應(yīng)商之一，在40G的研發(fā)方面一直處于業(yè)界領(lǐng)先水平，在“十五”計(jì)劃期間，烽火通信就承擔(dān)了國(guó)家“十五”攻關(guān)項(xiàng)目－40Gb/s(STM-256)SDH設(shè)備與系統(tǒng)，以及國(guó)家“863”項(xiàng)目－基于T比特的80X40b/s波分復(fù)用系統(tǒng)的研制兩個(gè)40G重大課題，開始了對(duì)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(guó)際上第一套具有標(biāo)準(zhǔn)的STM-256幀結(jié)構(gòu)的40Gb/s SDH設(shè)備，現(xiàn)實(shí)了40Gb/s單通道信號(hào)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(shè)備在泰爾實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了現(xiàn)網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行試驗(yàn)和測(cè)試，為40G系統(tǒng)的測(cè)試和商用積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。為滿足通信網(wǎng)智能化的發(fā)展趨勢(shì)，烽火通信在前面兩項(xiàng)重大科技成果的基礎(chǔ)上，開發(fā)開出具有40 Gb/s STM-256接口的智能光網(wǎng)絡(luò)設(shè)備——FonsWeaver780A，目前FonsWeaver780A已獲在國(guó)內(nèi)外得了規(guī)模商用。