作者:Akira Hirano Yutaka Miyamoto
NTT網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室
摘要:我們已經(jīng)提交了包括CS-RZ,DCS-RZ和CSRZ-DPSK在內(nèi)的各種新興傳輸方式。在本文我們討論了每種調(diào)制方式在DWDM應(yīng)用時(shí)的性能表現(xiàn),并進(jìn)行了40 ch x 43-Gbit/s/ch傳輸演示。
1、40G調(diào)制方式發(fā)展趨勢
一種成熟的調(diào)制方式不僅可以壓縮傳輸頻帶,使頻帶利用率提高,同時(shí)也能幫助系統(tǒng)獲得更高的性能——能更好地抵御GVD和PMD的影響。我們已經(jīng)提交了CS-RZ [1]和DCS-RZ [2]兩種調(diào)制方式,這兩種調(diào)制方式所輸出的壓縮光譜不僅具有更高的GVD和PMD容限,也能很好地抑制光纖非線性效應(yīng)所帶來的影響。最近,我們又提交了CSRZ-DPSK [3]和RZ-DPSK方式[4, 5],這兩種方式對光纖非線性效應(yīng)有更好的抑制作用,特別是在DWDM傳輸時(shí)的交叉相位調(diào)制XPM方面。
歸零差分相移鍵控RZ-DPSK信號將數(shù)據(jù)承載于鄰近光脈沖的差分相位上,即前后2個信號的載波相位相同是信號“1”;前后2個信號的載波相位相反是信號“0”,光脈沖作為載波。從光學(xué)振幅的角度來看,光脈沖都是all-mark圖形(pattern)。在振幅鍵控(Amplitude Shift Keying)傳輸應(yīng)用時(shí),鄰近通道可能是Mark也可能是Space,這依賴于數(shù)據(jù),從而導(dǎo)致交叉相位調(diào)制XPM的數(shù)量明顯趨于多樣化。然而,XPM在RZ-DPSK傳輸時(shí)被有效遏制,這是因?yàn)猷徑ǖ蓝际莂ll-mark。在DWDM應(yīng)用方面,CSRZ-DPSK(載波抑制差分相位調(diào)制)方式相比RZ-DPSK方式能得到更窄的壓縮頻帶。因此,這種調(diào)制方式擁有更多的優(yōu)勢,如更高的濾波串聯(lián)(filter cascading)容限,更寬的GVD容限,更低的通道間串?dāng)_以及更高的非線性抵制能力[6]。
因此,近期的長途和大容量40Gbps傳輸試驗(yàn)[7,8]大多采用CSRZ-DPSK調(diào)制方式。圖1總結(jié)了近年來OFC報(bào)告上有關(guān)40Gbps最新趨勢。圖中顯示,新穎的調(diào)制方式結(jié)合先進(jìn)的濾波技術(shù)將成為高容量長距離高光譜效率傳輸系統(tǒng)發(fā)展演化道路上的強(qiáng)大推動力量。在2004年OFC上CS-RZ是最受歡迎碼型。而在所有的信號調(diào)制方式當(dāng)中,如果要綜合考慮容量×距離和光譜效率等因素的話,CSRZ-DPSK無疑是最具優(yōu)勢的調(diào)制方式。
2. CS-RZ DPSK的優(yōu)勢
我們來比較一下CSRZ-DPSK和RZ-DPSK兩種調(diào)制方式的差別,這兩種信號都可以通過圖2所顯示的發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)來獲得。如圖3所示,CSRZ碼由兩個馬赫-曾德(Mach-Zehnder)調(diào)制器級聯(lián)調(diào)制而產(chǎn)生,首先由分布反饋式激光二極管(DFB-LD)發(fā)射光波,然后進(jìn)入第一個推拉式的馬赫-曾德(Mach-Zehnder)調(diào)制器,經(jīng)過MZ調(diào)制器的編碼生成一個43-Gbit/s DPSK信號。該調(diào)制器偏離發(fā)射零點(diǎn)(null point)以調(diào)制相位。接著DPSK信號被傳送到時(shí)鐘部分,那里放置了第二個MZ調(diào)制器,該調(diào)制器的作用是將DPSK信號轉(zhuǎn)換為一個RZ形式的脈沖流。該脈沖流視第二個調(diào)制器的偏壓點(diǎn)(bias point)的不同,而具有兩種不同的信號模式,當(dāng)偏壓點(diǎn)被設(shè)置在發(fā)射最大量的位置(transmission maximum),驅(qū)動正弦振幅為2 Vπ的時(shí)候,產(chǎn)生的是RZ-DPSK信號,所產(chǎn)生脈沖的占空因子(duty cycle)為33%;如果將偏壓點(diǎn)設(shè)定在發(fā)射空位(transmission null)上,則產(chǎn)生CSRZ-DPSK信號,其duty cycle為66%。如果是采用CSRZ-DPSK信號模式,那光譜應(yīng)該得到更有效的壓縮。受此影響,CSRZ-DPSK在處理更窄的通道間隔時(shí)顯得更為嫻熟(或者說robustness)。圖3顯示了在三通道機(jī)構(gòu)里中心通道的串?dāng)_代價(jià)(crosstalk penalty)與通道間隔之間的關(guān)系。
通道間隔減少時(shí),線性串?dāng)_代價(jià)就會逐漸增加。光通帶(pass-band)也隨著通道間隔的縮小而減少,這是因?yàn)橥◣峭ǖ篱g隔的0.75倍。因此,圖中顯示的串?dāng)_代價(jià)是在通道間隔變小的時(shí)候受到狹窄光濾波引起的。RZ-DPSK信號由此就比CSRZ-DPSK信號獲得更多的串?dāng)_代價(jià),如通道間隔是100-GHz的時(shí)候,RZ-DPSK信號相比CSRZ-DPSK信號的1.45dB總串?dāng)_代價(jià),就多了0.74-dB的額外代價(jià)。這樣看來,無論是從串?dāng)_的角度還是光濾波代價(jià)的角度看,CSRZ-DPSK信號都顯得更加適合用于DWDM領(lǐng)域。
為了評估每一種信號調(diào)制方式的總傳輸性能,我們引入了一個8通道43-Gbit/s/ch DWDM數(shù)字傳輸模擬系統(tǒng)。該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可參看圖4,8個發(fā)射機(jī)可產(chǎn)生一個43-Gbit/s CSRZ-DPSK 或者RZ-DPSK信號。通道間隔為100GHz的光載波頻率范圍從192.1 到192.8 THz,正好處于G.652光纖的C波段內(nèi)。這些信號被100-GHz平坦型AWG復(fù)用。鄰近光通道的27-1偽隨機(jī)二進(jìn)制序列(PRBS)圖案(patterns)相對地被25%的總圖案長度抵消。傳輸線包含了兩個光纖跨度,一種是G.652光纖,一種是屬于負(fù)色散光纖(RDF),這種光纖被用來補(bǔ)償色度色散及其斜率的。兩種跨度的長度都是120公里。
接著發(fā)射的WDM信號又被100-GHz平坦型AWG解復(fù)用。這些解復(fù)用的43-Gbit/s CSRZ-DPSK或RZ-DPSK信號再通過一個馬赫-曾德干涉儀(MZI)濾波器來轉(zhuǎn)變成一個幅度調(diào)制 (AM)信號。MZI濾波器具有1比特的延遲(23ps)和零光差分相位。因而,它擁有一個43GHz的自由光譜范圍(FSR),可以從CSRZ-DPSK或RZ-DPSK信號里提取出中心光譜成分。
圖4顯示的是兩種信號經(jīng)過240公里的傳輸后1-dB 眼開度代價(jià)(eye-opening penalty)的等高線圖,這個圖被看作是入纖功率和總色度色散(包括了在接收終端的色散補(bǔ)償光纖DCF)之間的關(guān)系圖。所有8個通道的結(jié)果都顯示在這個圖中。RDF主要用來補(bǔ)償G.652光纖的色散及其斜率的,所有8個通道都得到了0-ps/nm的總色散優(yōu)化。如果采用RZ-DPSK方式,那最大的入纖功率就被限制在7 dBm以內(nèi),如果采用CSRZ-DPSK信號,那允許的最大注入功率就可以達(dá)到10 dBm/ch。另外,傳輸后的每一個通道色散容限也都是RZ-DPSK信號的2倍。因而240公里的G.652光纖傳輸模擬結(jié)果就顯示出CSRZ-DPSK信號相比RZ-DPSK.增加了3-dB的額外入纖功率,色散容限也是后者的兩倍。
3. 采用分布式拉曼放大器的40 ch x 43-Gbit/s傳輸試驗(yàn)
演示過程中我們采用CSRZ-DPSK 方式來進(jìn)行40 ch x 43-Gbit/s DWDM傳輸。圖5顯示了本次演示的結(jié)構(gòu)圖。載波波長按照100-GHz的間隔從1480.46 到1509.53 nm依序排列。每一個跨度都包含了100公里的DSF(帶有前置和后置拉曼泵浦源),增益帶寬位移摻Tm光纖放大器(GS-TDFA)串聯(lián)再生器[9](內(nèi)嵌色散補(bǔ)償光纖和增益均衡器)。每一個再生器的輸出功率都設(shè)定在+17 dBm。圖6顯示了經(jīng)過400公里傳輸后的1.6 Tbit/s Q參數(shù)情況。清晰的眼開雙二進(jìn)制(duobinary)RZ碼也被獲得。所有的43-Gbit/s通道都可以在Q參數(shù)高于12 dB的情況下被成功傳輸。
4. 結(jié)論
在最近的報(bào)道中,使用CSRZ-DPSK方式獲得的最高性能是容量x距離超過20-Pbit km/s,光譜效率達(dá)到0.8 bit/s/Hz。通過與RZ-DPSK調(diào)制方式的對比我們大致了解了CSRZ-DPSK的優(yōu)異基本線性串?dāng)_和容限性能。其中這些超級性能中一個關(guān)鍵參數(shù)就是其占空比(duty ratio)達(dá)到66%。CSRZ-DPSK本質(zhì)上可以獲得比RZ-DPSK更窄的壓縮頻帶,在100GHz DWDM應(yīng)用時(shí)的代價(jià)也更小,只有0.7 dB。壓縮的頻帶也可以產(chǎn)生兩倍于RZ-DPSK的色度色散容限。我們也發(fā)現(xiàn)CSRZ-DPSK在標(biāo)準(zhǔn)單模光纖上傳輸時(shí)能更好地抑制光纖非線性效應(yīng)。CSRZ-DPSK在僅僅兩個跨度的傳輸中就增加了3-dB的入纖功率。在40 ch x 43-Gbit/s DWDM傳輸時(shí),我們也演示了集成切邊放大器技術(shù)CSRZ-DPSK的優(yōu)異性能。
5. 參考文獻(xiàn)
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