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□電信研究院通信標(biāo)準(zhǔn)研究所 趙文玉 張海懿
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)帶寬近期擴容的主要候選技術(shù)。相對于已成熟商用的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，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)的實現(xiàn)機理，N×40Gbit/s WDM系統(tǒng)的傳輸碼型基本可分為強度調(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。
強度調(diào)制型的傳輸碼型主要采用光波強度的變化來表示被調(diào)制源信號的變化，接收端一般直接采用光強檢測即可解調(diào)出原始信號。強度調(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)魈柗D(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（絕對或相對）變化來表示被調(diào)制源信號的變化，接收端一般采用相位差分檢測或者直接相干接收檢測結(jié)合數(shù)字信號處理即可解調(diào)出原始信號。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光信號進(jìn)行長距離大容量傳輸時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。新型傳輸碼型相對于NRZ的主要優(yōu)勢，就是通過新的調(diào)制編碼技術(shù)，提高N×40Gbit/s WDM系統(tǒng)對于（大）部分傳輸限制因素的克服能力，顯著擴大系統(tǒng)的傳輸距離。因此，對于N×40Gbit/s WDM系統(tǒng)傳輸碼型分析與比較也應(yīng)從這幾個方面進(jìn)行�？紤]到目前設(shè)備傳輸碼型的典型實現(xiàn)，在此選擇NRZ、ODB/PSBT（ODB和PSBT實現(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)。
首先來看CD的限制。常規(guī)NRZ的CD容限在±60ps/nm量級（2dB OSNR代價），這對于40Gbit/s長距離傳輸?shù)腃D補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)行補償。而對于DPSK碼型，CD容限相對于NRZ并沒有明顯提升，而RZ-AMI則略有下降。
其次來看PMD的限制。常規(guī)NRZ的PMD最大值容限在7.5ps量級(1dBOSNR代價，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補償器件。相對于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高速信號傳輸距離的重要因素之一。在信號速率較低（如10Gbit/s以及以下）時，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)制碼型對于非線性效應(yīng)的容限也不盡一致。相對于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左右量級的增加。
另外一個關(guān)鍵參數(shù)就是背靠背OSNR容限，因為在系統(tǒng)代價一定的前提下，OSNR容限很大程度上決定了N×40Gbit/sWDM系統(tǒng)的實際傳輸距離。相對于NRZ的背靠背OSNR容限，ODB有所降低，這主要由于ODB實現(xiàn)機理所致，信號頻域壓縮，時域展寬，眼圖張開度降低。DPSK由于采用了平衡接收機制，OSNR容限可以提高3dB左右；RZ-DQPSK在采用四相調(diào)制、平衡接收機制的同時又采用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。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。
