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100G传输技术及应用探讨

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来源: 作者: 2018-10-28 12:08:34

100G传输技术及应用探讨

导读:

在总结100G 传输系统关键技术的基础上,对100G 技术长距传输性能进行了探讨,同时针对100G 技术传输工程应用进行了分析,并提出了大规模应用时需进一步研究的应用问题。

0 前言  国内三大运营商分别完成100G系统测试后,也相继或正在启动100G系统现(试)商用。100G技术逐渐从规模验证阶段开始走向商用阶段。与40G系统以纷繁复杂的调制码型区分应用场景不同,100G系统的码型和调制方式归于统一,偏振复用正交相移键控(PM-QPSK)传输码型结合相干接收成为主流方案,同时数字信号处理(DSP)算法以及前向纠错(FEC)编解码成为决定100 Gbit/s性能的关键因素组成。本文对100G系统的技术特性和传输性能进行了分析,同时还较深入讨论了100G系统规模应用时面临的混传、OTN调度、跨段规范等问题。  1 100G 系统主要传输技术  1.1 100G 系统OSNR 与FEC  光信噪比(OSNR)是WDM 系统最关键的指标之一。相对10G系统或40G系统,100G系统由于速率明显增加,对OSNR的要求更为严格。基于PM-QPSK结合相干接收的100G传输技术方案,一方面通过多级调制降低信号波特率,降低系统OSNR要求,另一方面,基于相干接收原理并结合高速DSP处理也可同样在明显改善OSNR要求的基础上,还可在电域补偿数万ps/nm的色度色散(CD)和数十ps的偏振模色散(PMD)。  FEC技术以编码冗余度(7%~20%)以及相应的芯片处理复杂度来换取更大的净增益,同时也是改善100G系统OSNR要求的关键技术之一。光互联论坛(OIF)建议软判决FEC开销比小于20%,纠错极限可以达到1E-2量级。根据研究结果,低于20%开销比时净增益随着冗余度增加而增大,而超过后受错误平层(Error Floor)影响增益反而下降[1]。另外,信号速率提高导致数模转换(ADC)和DSP处理能力要求也急剧增加(见表1)。7%开销的硬判决(HD)方式(有些厂商也采用FEC开销比大于7%的HD方式),ADC的采样率一般需要56 GSa/s左右,软判(SD)的开销比达到20%时,线路速率达到128 Gbit/s,ADC采样速率一般需要64 Gsa/s左右,功耗基本要比硬判决高出20%左右,同时也要采用40 nm 甚至28 nm 工艺的专用集成电路(ASIC)技术才能实现高运算量和低功耗目标[2]。从目前设备厂商的设备具体实现来看,大部分厂商倾向于软硬结合的判决方式,以平衡算法复杂度、功耗等关键参数。  1.2 100G 系统非线性效应  光纤非线性效应的强弱与入纤光功率、光信号速率、调制码型特性、光纤色散系数以及跨段数目等均有关系。在相同传输码型的前提下,光信号的调制速率越高,一般对光纤非线性效应的忍耐程度越低[3]。从100G系统实验室测试验证结果看,非线性效应明显限制了100G系统的入纤功率大小(见图1)。若按照基于2 dB 系统OSNR 代价衡量标准,当系统采用G.655光纤时,实验室测试结果显示在长距传输时100G系统入纤功率不建议超过3 dBm,G.652因光纤芯径差异导致非线性效应略弱,入纤功率可适当提高一些。

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