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作者：烽火科技 劉正丹 張賓
摘要：40Gbps DWDM系統(tǒng)即將進入大規(guī)模商用階段，面對眾多40Gbps編碼和不同光纖類型的選擇，本文試從系統(tǒng)的編碼和光纖應(yīng)用兩方面詳細分析了當(dāng)前主流40Gbps編碼和光纖的特性。通過編碼和光纖各自之間的比對，最大發(fā)揮各自優(yōu)勢的的前擔(dān)下，提出了一些應(yīng)用場景建議，以便在40Gbps DWDM系統(tǒng)建設(shè)中作為參考。
關(guān)鍵詞：DPSK;DQPSK;G.652;G.655;混纜
1 引 言
近年來由PON技術(shù)推動了Broadband、IPTV、Triple Play、P2P等IP業(yè)務(wù)蓬勃發(fā)展，3G業(yè)務(wù)也逐步興起，業(yè)務(wù)爆炸式的增長對核心傳送網(wǎng)提出了更高的要求。雖然40Gbps端口路由器早在2006年就達到了商用水平，但40Gbps光傳輸技術(shù)，尤其是40Gbps DWDM技術(shù)進展緩慢，一直落后于40Gbps路由器的開發(fā)進度，一度成為制約網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的瓶頸。
時至今日，40Gbps DWDM技術(shù)也已突破了各道難關(guān)，并開始進入商用領(lǐng)域。40Gbps DWDM難題的關(guān)鍵技術(shù)在于更先進的編碼方式，以及更精確的色散補償和控制。目前40Gbps DWDM編碼種類繁多，不同編碼在各項物理指標(biāo)上均有差異，此外光纖經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展也形成了復(fù)雜的體系，在以G.652和G.655為代表的主流光纖中也可細分出數(shù)個小類，其對40Gbps DWDM系統(tǒng)的影響也各不相同。如何選擇適宜的編碼技術(shù)和光纖類型，對于40Gbps DWDM系統(tǒng)（注：若無詳細說明，則均表示50GHz間隔系統(tǒng)，下同）建設(shè)有著重要的參考價值。
2 主流40Gbps DWDM編碼淺析
2.1 40Gbps DWDM系統(tǒng)受限因素
以普通NRZ編碼光信號為例，40Gbps信號較10Gbps信號速率提升4倍，光譜展寬4倍，因此其色散容限只有10Gbps信號的1/16，PMD容限只有1/4；4倍速率的提升將導(dǎo)致6dB OSNR容限的提高。除此之外，40Gbps信號受帶間和帶內(nèi)非線性影響更為嚴重。
對于40Gbps波分系統(tǒng)而言，光纖的色度色散可以通過DCF進行粗補償，然后通過TDCM進行每波道的精確補償，從而達到系統(tǒng)的色散容限制之內(nèi)，并且目前自動的單波道色散補償技術(shù)已經(jīng)進行了實用化，因此已經(jīng)不是影響40Gbps DWDM系統(tǒng)的關(guān)鍵點。同時，由于光纖制造工藝的進步，光纖的PMD系數(shù)均可小于等于0.1ps/，大大提高了40Gbps DWDM系統(tǒng)的傳輸距離，并且PMD色散目前可通過PMDC進行補償，進一步提高系統(tǒng)的PMD容限。綜合來看，制約40Gbps DWDM系統(tǒng)最關(guān)鍵的因素是OSNR容限和光纖非線性效應(yīng)。依靠增加單波入纖光功率可以有效提高MPI-SM點OSNR值，但過高的入纖光功率會帶來明顯的非線性效應(yīng)，當(dāng)系統(tǒng)所有波道開滿時，這種非線性效應(yīng)也將越來越突出，造成系統(tǒng)崩潰。光纖非線性效應(yīng)難以補償和控制，只有盡量規(guī)避，而規(guī)避的手段主要為降低入纖光功率和避開零值色散波段。
NRZ碼譜結(jié)構(gòu)緊湊，調(diào)制和解調(diào)結(jié)構(gòu)簡單，在10Gbps系統(tǒng)中獲得了廣泛應(yīng)用，而在40Gbps系統(tǒng)中，又需要進一步增加光信號發(fā)射功率以滿足系統(tǒng)OSNR的要求。所以當(dāng)傳輸信道數(shù)目較多并且傳輸距離較遠時，光纖非線性效應(yīng)將導(dǎo)致NRZ碼光信號嚴重失真。正因為40Gbps NRZ編碼有諸多缺陷，尤其是不能應(yīng)用于干線傳輸，使其難以投入大規(guī)模商用，故而于近幾年內(nèi)出現(xiàn)了許多更為優(yōu)秀的40Gbps編碼技術(shù)。
2.2 40Gbps調(diào)制碼型技術(shù)
為有效解決40Gbps光信號在傳輸中遇到的OSNR、色散、PMD等受限因素，針對接收機不同的調(diào)制方式，出現(xiàn)了OOK、PSK、PM三大類編碼技術(shù)，詳細分類表如下：
其中OOK類編碼以改善光信號強度為主，PSK類編碼采用相位移動或復(fù)用方式，PM類編碼既采用相位復(fù)用也采用偏振復(fù)用方式[1]。雖然編碼種類繁多，但有相當(dāng)一部分編碼已經(jīng)逐漸退出主流地位，特別是在中國，40Gbps DWDM 要實現(xiàn)50GHZ波長間隔和長距離傳輸，NRZ、ODB、RZ-AMI等已經(jīng)漸入淘汰的邊緣。目前主流編碼類型或商用化程度較高的編碼主要集中在P-DPSK、RZ-DQPSK和DP-QPSK三種。
從實現(xiàn)方式來看，P-DPSK編碼技術(shù)復(fù)雜度較低，RZ-DQPSK、DP-QPSK編碼技術(shù)復(fù)雜度較高，因而成本相對高昂。從線路速率來看，P-DPSK為40Gbps，RZ-DQPSK為20Gbps，DP-QPSK為10Gbps，因此RZ-DQPSK和QPSK的色散和PMD容限指標(biāo)優(yōu)于DPSK。從OSNR容限來看，在MPI-RM點每通路最小OSNR：P-DPSK要求19dB（含系統(tǒng)富裕度，后同），RZ-DQPSK要求18.5dB，DP-QPSK要求15.5dB。
2.3 40Gbps DWDM系統(tǒng)編碼選擇
考慮到DP-QPSK技術(shù)復(fù)雜度極高，成本也非常高昂，在當(dāng)前階段不建議采用基于DP-QPSK編碼的40Gbps DWDM系統(tǒng)，但從長遠來看，DP-QPSK代表了未來高速DWDM系統(tǒng)發(fā)展的方向，同時也是100Gbps DWDM系統(tǒng)的主流碼型。
P-DPSK編碼是目前最具性價比的40Gbps編碼技術(shù)，商用化程度高，與NRZ編碼相比，可支持50GHz間隔DWDM系統(tǒng)，能有效支持中長距和長距DWDM系統(tǒng)的要求。此外P-DPSK編碼非常適宜40Gbps波道和10Gbps波道在同一系統(tǒng)中混傳，在OSNR和光纖線路PMD達標(biāo)的情況下，可以在10Gbps DWDM系統(tǒng)上直接加載40Gbps OTU，即可平滑升級至40Gbps DWDM系統(tǒng)。
RZ-DQPSK編碼的PMD色散容限進一步提高，光信號頻譜帶寬較小，頻譜效率高，但與DP-QPSK類似，該編碼技術(shù)也較為復(fù)雜，成本偏高，且系統(tǒng)非線性效應(yīng)和不同速率的波道混傳能力需要進一步驗證。
3 不同光纖類型在40Gbps DWDM系統(tǒng)情況的研究
40Gbps DWDM系統(tǒng)的性能不僅取決于編碼技術(shù)，光纖類型的選取也十分重要，不適宜的光纖選擇甚至有可能影響系統(tǒng)的開通。此外，在日常運營和維護中，不乏出現(xiàn)光纖中斷和改造等情況，時常需要進行調(diào)纖、乃至混纜應(yīng)用。研究不同類型光纖對于40Gbps系統(tǒng)的影響，也是在40Gbps DWDM系統(tǒng)建設(shè)中的一個重要課題。
3.1 光纖類型分析
目前國內(nèi)主要使用的光纖類型為G.652和G.655，G.652光纖分為A\B\C\D四個子類，但色散值比較穩(wěn)定，1550nm波長的色散基本上都不超過18ps/（nm·km）；G.655雖然經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)定義有A\B\C三個子類，但相對G.652光纖而言技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不十分成熟，具體表現(xiàn)在它的模場直徑和色散的標(biāo)準(zhǔn)訂得比較寬松，因此按不同生產(chǎn)廠家而區(qū)可分為數(shù)種不同的類型。比較有代表性的G.655光纖廠家有： laleent Tw (True Wave真波)和Fw{Fall Wave)光纖、康寧LEAF (大有效面積光纖)、韓國三星公司和我國長飛光纖公司的G．655普通和大有效面積光纖等[2]。國內(nèi)較常見的G.655光纖為Tw和LEAF這兩種， G.652光纖不同廠商之間的替代性較好，因此本文重點分析分別采用G.652D、G.655 Tw、G.655 LEAF光纖以及混纜對40Gbps DWDM系統(tǒng)的影響。三種類型光纖的光學(xué)指標(biāo)如下（均只考慮1550nm窗口指標(biāo)，均為單模）：
主流光纖類型光學(xué)指標(biāo)
40Gbps DWDM系統(tǒng)依然會面臨OSNR、色散、PMD色散、非線性效應(yīng)受限的問題，并且受PMD和非線性效應(yīng)影響更為明顯，但無論采用何種光纖，40Gbps DWDM系統(tǒng)的OSNR、色散、PMD容限指標(biāo)不會有變化，因此在比較不同光纖類型對40Gbps DWDM系統(tǒng)的影響時，可從色散、色散斜率、PMD系數(shù)、衰耗系數(shù)等方面考慮。
