100GDWDM系统关键技术及实现原理.doc

100GDWDM系统关键技术及实现原理
刘志宁张华锋
重庆市电信规划设计院，400041
[e-mail]；[e-mail]
摘要：通信网络中高速率业务的不断发展，对现有的网络的传输带宽提出了更高、更迫切的需求。从目前主流的10/40Gbps光传输技术向100Gb/s演进成为光传输技术的发展趋势。本文简述了100GDWDM系统关键技术的基本原理，分析了100G系统的技术特点及优点并详细介绍了100Gb/s线路侧光模块基本实现原理。
关键字：100GDWDMPM-QPSK相干接收DSP算法

1背景介绍
通信网络中高速率业务的不断发展，对现有的城域网络及省际、国际骨干通信网络的传输带宽提出了更高、更迫切的要求。从目前主流的10/40Gbps光传输技术向100Gb/s演进成为光传输技术的发展趋势。近年来大量研究表明，相位调制及相干接收时最具前景的100G光传输方式，其中，采用相干接收技术的PM-QPSK传输系统最被业界认可，信道中的各种损伤，如色散，PMD，载波的频率和相位偏移等，都可以通过PM-QPSK系统接收机利用数字信号处理（DSP）技术在电域中进行灵活的补偿并进行信号重构。因此，PM-QPSK结合相干检测提供了最优化的解决方案,这被大多数的系统供应商选择为100G传输方案。

2100G系统关键技术
2.1偏振复用正交相移键控（PM-QPSK）
正交相移键控（QPSK）是一种多元（4元）数字频带调制方式，其信号的正弦载波有4个可能的离散相位状态，每个载波相位携带2个二进制符号。PM-QPSK将单个100G信号分成2个具有不同偏振状态的50G载波信号，然后对每个载波做QPSK调制。因此，该方式能将通道波特速率降到一半，同时，由于每个偏振态可以使用4个相位来表示bit信息，有可以实现通道波特速率降到一半，因此，经过PM-QPSK编码后，波特率可以降至bit率的四分之一。
下图为PM-QPSK编码方式示意图：

图1PM-QPSK编码示意图

2.2SD-FEC
FEC技术被广泛的应用于光通信系统，不同的FEC能获得不同的系统性能，根据接收信号处理方式的不同，FEC可分为硬判决码和软判决码。
硬判决码是基于传统纠错码观点的译码方式，解调器首先对信道输出值进行最佳硬判决，硬判决的FEC冗余度约为7%，已在光通信领域得到广泛应用。
软判决译码则充分利用了信道输出的波形信息，解调器将匹配滤波器输出的一个实数值送入译码器，即软判决译码器需要的不仅仅是“0/1”码流，还需要“软信息”来说明这些“0/1”的可靠程度，即离判决门限越远，判决的可靠性就越高，反之可靠性就越低。要体现远近程度就要把判决空间划分得更细。除了划分“0/1”的门限，还要用“置信门限”将“0”和“1”空间进行划分以说明判决点在判决空间的相对位置。与硬判决相比，软判决包含了更多的信道信息，译码器能够通过概率译码充分利用这些信息，从而获得比硬判译码更大的编码增益。
OIF建议100G选择冗余度小于20%的软判决纠错编码（SD-FEC），净编码增益可达10.5dB左右，采用SD-FEC的100G技术，能基本达到与10G同量级的传输距离。
2.3相干技术
相干是指波的振动量相同，振动方向、频率相同，而且相位关系固定信号的解调机制。利用调制信号的载波和接收到的已调信号相乘，然后通过低通滤波得到调制信号的检测方式。相干检测可检测强度，相位以及频率调制的光载无线信号。光信号在进入光接收机之前与接收端的本振激光器(LO)进行混频，产生一个等于本振激光器的频率和原光源频率之差的中频分量。
与直接检测相比，相干检测更容易获得大的信噪比，可恢复的信号种类较多，并且频率选择性较好，更适合密集波分复用系统。数字相干接收机通过相位分集和偏振态分集将光信号的所有光学属性映射到电域，利用成熟的数字信号处理技术在电域实现偏振解复用和通道线性损伤(CD、PMD)补偿，简化传输通道光学色散补偿和偏振解复用设计，减少和消除对光色散补偿器和低PMD光纤的依赖。但数字相干接收机将传输通道设计的复杂度转移到了接收机，相干检测获得较好的检测性质代价就是大大提高了系统的复杂性，而且缺乏灵活性。

3100G实现基本原理
3.1100G线路侧模块发送端基本原理
100Gb/s线路侧光模块的设计目标是应用于长距离光传输，支持OTU4的DWDM设备线路侧传输。下图为100Gb/s线路侧光模块发送端的原理框图。

图2100Gb/s线路测试光模块发射机原理框图

如图所示，可调谐激光器（ITLA）输出的连续光送入QPSK调制器（Modulator），在调制器中通过一个偏振分离器件产生PBS后成为两路偏振太相互正交的光波，没个偏振太分别由一个QPSK调制器对该光波进行调制，调制信号时有