40G-100G相干光通信原理与关键技术

XAUI XLAUI CAUI 40GE 100GE

在以太网标准中，MAC层与PHY层之间的10Gbps/40Gbps/100Gbps速率等级所对应的接口分别为XGMII/XLGMII/CGMII，由于XGMII/XLGMII是并行总线，而且采用的是单端信号，HSTL电平，最大传输距离只有7cm。

所以在实际应用中，X GMII/XLGMII基本上被XAUI/XLAUI替代。

XAUI/XLAUI是四通道串行总线，采用的差分信号，CML逻辑传输，并且进行了扰码，大大增强了信号的抗扰性能，使得信号的有效传输距离增加到50cm。

XAUI/XLAUI总线的的物理结构如下图所示。

XAUI/XLAUI在物理结构上是一样的，收发通道独立，各四对差分信号线。

对于XAUI总线，每对差分线上的数据速率为3.125Gbps，总数据带宽为12.5Gbp s，有效带宽为12.5Gbps*0.8=10Gbps （因为XAUI总线数据在传输前进行了8B/10 B变换，编码效率为80%）。

对于XLAUI总线，每对差分线上的数据速率为10.3 125Gbps，总数据带宽为41.25Gbps，有效带宽为41.25Gbps*(64/66)=40Gbps（因为XLAUI总线数据在传输前进行了64B/66B变换，编码效率为96.97%）。

超高速光通信的新技术及应用(上)吕建新2012-4-11 9:08:37 来源：《现代电信科技》 2011年第10期摘要：文章介绍了40 Gbit/s、100Gbit/s及以上速率超高速光通信中将会用到的新技术，包括相位调制、正交幅度调制、多电平调制等新型调制技术；偏振复用和正交频分复用这两种新型复用技术；相干接收技术原理、优点和应用必要性；光子集成技术的应用和技术发展。

最后介绍了这些新技术在400 Gbit/和1Tbit/s 等超高速光通信上的应用。

关键词：相位调制，正交幅度调制，多电平调制，偏振复用，正交频分复用，相干接收，光子集成无线3G、高清视频、高速宽带上网和云计算等业务的需求推动了网络IP流量的快速增长，人们对通信带宽的需求也在不断增长，提高传输速率是提高传输带宽的一项重要技术。

40Gbits 光通信系统关键技术及其应用研究

前言本研究报告从40Gb/s光通信系统的发展背景和发展趋势入手，详细介绍了40Gb/s 光系统标准制订、设备研发及测试的基本情况，对其关键技术及其实现方式进行了深入的研究，提出了40Gb/s SDH系统技术方案建议，并对40Gb/s技术发展进行了分析和比较。

本研究报告的编写单位：信息产业部电信研究院通信标准研究所本研究报告的主要编写人：张佰成、赵文玉1目录1、概述 (1)1.1 40Gb/s技术发展背景 (1)1.2 本报告内容安排 (3)2、40Gb/s SDH系统研发的相关基本情况 (4)2.1 40Gb/s的标准制定情况 (4)2.2 40Gb/s光电器件产品 (6)2.2.1 40Gb/s SDH系统功能结构 (7)2.2.2 40Gb/s SDH系统主要光电器件产品 (7)2.2.3 40Gb/s光电器件简要分析 (9)2.3 40Gb/s SDH 设备商研发情况 (9)2.4 40Gb/s SDH测试设备研发情况 (13)3、40Gb/s SDH关键技术及其实现 (13)3.1 电子特性限制及其克服 (13)3.2 光学特性限制及其克服 (14)3.2.1 色散效应及其克服 (14)3.2.2 非线性效应及其克服 (15)3.2.3 光信噪比及其解决方法 (15)3.2.4 光器件封装技术限制及其克服 (16)3.3脉冲的调制格式 (16)4、40Gb/s SDH系统技术方案建议 (17)4.1 系统结构与方案 (17)4.2 复用结构与方案 (19)4.3 调制格式及方案 (20)4.3.1 调制格式种类 (20)4.3.2 调制格式比较 (21)4.3.3 调制器及调制格式的选择 (25)4.4色散补偿方案 (26)4.4.1色度色散及其补偿方案 (26)4.4.1.1色度色散基本补偿方法及其比较 (26)4.4.1.1.1 线性补偿 (26)4.4.1.1.2 非线性补偿 (27)4.4.1.2色度色散补偿方案的选择 (27)24.4.1.2.1 40Gbit/s色度色散补偿简要分析 (27)4.4.1.2.2补偿方案选择 (28)4.4.2偏振模色散及其补偿方案 (29)4.4.2.1偏振模色散基本补偿方法及其比较 (29)4.4.2.2偏振模色散补偿方案的选择 (30)4.4.2.2.1 40Gbit/s偏振模色散补偿简要分析 (30)4.4.2.2.2补偿方案选择 (31)4.5同步与定时要求 (32)4.5.1 SDH传输设备时钟的性能要求 (32)4.5.2 SDH传输系统传送定时的功能要求 (32)4.5.3 SDH传输设备的SSM功能要求 (34)5、40Gb/s SDH发展分析 (36)5.1 SDH与以太网的比较 (36)5.2 40Gb/s技术发展分析 (38)340Gbit/s光通信系统关键技术及其应用研究1、概述1.1 40Gb/s技术发展背景从2000年开始，整个通信与信息行业超高速发展的泡沫经济破产后，作为通信行业主体之一的光纤通信，面临着有史以来最严峻的考验。

用于40G／100G光传输的色散补偿技术.

用于40G／100G光传输的色散补偿技术作者：FredrikSjostromProximionFiberSystemsAB公司对电信行业的光系统供应商和网络运营商来说，对更快更高性价比的光传输网络的追求是没有止境的。

就像20世纪90年代末期从2.5G(千兆位)到10G的转变一样，电信行业目前正在面临从10G到40G容量转变的技术挑战。

这种转变的步伐大小很大程度上取决于具有合理成本的合适技术。

本文介绍了基于光纤布拉格光栅(FBG)的色散补偿技术如何能节省成本，并满足更高位速率光传输网络所需的技术要求作者：Fredrik SjostromProximion Fiber Systems AB公司对电信行业的光系统供应商和网络运营商来说，对更快更高性价比的光传输网络的追求是没有止境的。

就像20世纪90年代末期从2.5G(千兆位)到10G的转变一样，电信行业目前正在面临从10G到40G容量转变的技术挑战。

这种转变的步伐大小很大程度上取决于具有合理成本的合适技术。

本文介绍了基于光纤布拉格光栅(FBG)的色散补偿技术如何能节省成本，并满足更高位速率光传输网络所需的技术要求。

在过去几年中，基于FBG的色散补偿器已经成为色散补偿光纤(DCF)的实用替代技术。

随着DCF技术的不断成熟，对DCF技术只能进行量变而非质变的改进，因此这一领域如今已充分开放给具有突破性和高性价比的FBG技术。

就像任何突破性技术一样，FBG技术最初也受到种种怀疑，但利用FBG进行色散管理的优点最终变得非常突出而无法让人释怀，这从过去几年全球众多系统所部署的成千个FBG-DCM可以明显地看出来。

基于FBG的色散补偿色散，即短的光脉冲在沿光纤传输时产生的即时失真(扩展或拖尾)，是光传输系统中的一个基本问题。

这种信号的失真如果没有得到正确的补偿将导致码间干扰，最终引起数据丢失和/或业务中断。

克服色散问题的传统方法是在整个光网络中采用多束DCF。

基于DCF的补偿技术是一种非常简捷的技术，它基于的原理是：与实际传输中使用的标准单模光纤相比，这种光纤的色散系数具有相反的符号。

光缆的技术方案

光缆的技术方案光缆作为一种传输光信号的重要设备，将光纤作为传输介质，广泛应用于通信、互联网、电视等领域。

光缆的技术方案是保证光纤传输性能和稳定性的关键，下面将介绍光缆的常用技术方案。

一、单模光缆与多模光缆单模光缆和多模光缆是光缆技术方案的两种基本类型。

单模光缆适用于长距离传输，具有较小的传输损耗和较高的带宽，适合于长距离的光纤通信。

多模光缆适用于短距离传输，具有较大的传输损耗和较低的带宽，适合于局域网和短距离通信。

二、光缆的保护层光缆的保护层是保护光纤不受外界物理损害的重要技术方案。

常见的保护层包括 PVC （聚氯乙烯）、LSZH（低烟无卤）和Armored（钢丝增强）。

PVC保护层具有良好的防水和耐化学物质侵蚀性能，适用于室内环境。

LSZH保护层在着火时能减少有害烟雾的产生，适用于各类公共场所。

而Armored保护层通过钢丝增强光缆的机械强度，提高了光缆的抗拉性能，适用于户外或恶劣环境中的安装。

三、光缆的接口类型光缆的接口类型是光缆技术方案的重要组成部分。

常见的接口类型有SC、LC、FC和ST等。

SC接口具有插拔方便、稳定性好等特点，广泛应用于光纤通信和数据中心。

LC 接口是一种小型化的光纤连接器，适用于高密度的光缆连接。

FC接口采用金属插芯和螺纹锁定机构，具有较好的耐用性和可靠性，适用于特殊环境。

ST接口采用扭转式的锁定机构，适用于长距离传输和多模光纤连接。

四、光缆的传输速率光缆的传输速率是衡量光缆性能的重要指标。

常见的传输速率有10G、40G、100G 和400G等。

10G传输速率适用于长距离的单模光纤传输，广泛用于光纤通信和数据中心。

40G传输速率适用于高带宽需求的通信领域，如数据中心和云计算。

100G传输速率适用于高密度的长距离传输，如智慧城市和物联网。

400G传输速率适用于超高速率的数据传输，如高清视频和虚拟现实。

五、光缆的故障定位技术光缆的故障定位技术是保证光缆可靠性的关键。

常见的故障定位技术有OTDR（光时域反射仪）、光纤局部放电定位技术和光纤光缆测量技术等。

100G相干接收技术3.0

7
欢迎指导!
前面的几个环节，如PM-QPSK调制、相干接收等，都是采用商用器件。如果丌是采购特别差的器件，各厂家的性能都是差丌多的。影响最终性能的就在第7个环节 DSP，各厂家采用了丌同的（与利）算法。算法的优劣很难用语言或者形象来形容。通过实验、测试结果比拼，可以直接对比得知各厂家最终实现结果的好坏。
100G相干接收与DSP技术
地址:武汉市关东科技园东信路6号 / 邮编:430073 /
100G相干PM-QPSK偏振接收原理
光子振动方向
通过偏振分束器，将激光分离成x、 y两个垂直方向上的光信号。
• 其它振动方向上的光信号被滤除。 • X、Y两个方向就是所要接收的两个偏振方向的光信号。
6
非线性抑制

限制传输光功率以及破坏相位匹配条件是抑制非线性效应的常用策略，其具体实现方法包括：采用相位调制、相干接收等技术减小传输单位比特数据所需的光子数（即单波功率）；在保证接收机可进行有效色散补偿的前提下，放开线路光域的色散控制和色散补偿，使光脉冲能量在时间上展开以降低光脉冲功率强度并破坏非线性效应的相位匹配条件；（即通过色散来抑制非线性效应）合理规划线路上放大器的布局减小放大器间距和放大增益，或采用分布式拉曼放大器；反向传播法(Back Propagation)：根据克尔效应在获得光功率强度偏移的情况下，通过数字信号处理逆向估计自相位调制所引起的非线性相位偏移，从而实现对自相位调制引起的非线性效应进行补偿。电域均衡算法如最大似然估计(MLSE)、多符号相位估计(MSPE)以及FEC编码均可抑制光纤非线性的影响，提高光纤传输的非线性容忍能力。
t
信号传播方向
2
100G相干PM-QPSK相干解调原理

光纤通信2011_第4章 ULH

光放大器类型光纤放大器掺稀土元素放大器非线性效应放大器特性。

泵浦和增益系数光放大器的能源是由外界泵浦提供的。

根据掺杂物能级结构的不同，泵浦可以分为三能级系统和四能级系统。

在两种系统中，掺杂物都是通过吸收泵浦光子而被激发到较高能态，再快速驰豫到能量较低的激发态，使储存的能量通过受激辐射被释放出来放大光信号。

两种泵浦原理示意图泵浦激光发射放大器增益随输出功率的变化放大器噪声所有光放大器在放大过程中都会把自发辐射（或散射）叠加到信号光上，导致被放大信号的信噪比（低，其降低程度通常用噪声指数式中的SNR 是由光接收机测得的，因此所得n F =铒的吸收和辐射特性EDFA 增益特性增益特性表示了放大器的放大能力，其定义为输出功率与输入功率之比。

EDFA的增益大小与多种因素有关，通常为15～EDFA 噪声特性EDFA的输出光中，除了有信号光外，还有自发辐射光，它们一起被放大，形成了影响信号光的噪声源，的噪声主要有以下四种：①信号光的散粒噪声；②被放大的自发辐射光的散粒噪声；③自发辐射光谱与信号光之间的差拍噪声；④自发辐射光谱间的差拍噪声。

以上四种噪声中，后两种影响最大，尤其是第三种噪EDFA基本结构EDFA的内部按泵浦方式分，有三种基本的结构：即同向泵浦、反向泵浦和双向泵浦。

同向泵浦信号光与泵浦光以同一方向从掺铒光纤的输入端注入的结构，也称为前向泵浦。

反向泵浦泵浦光WDM系统中的增益带宽增益平坦增益特性优化噪声系数和饱和输出功率EDFA对光纤传输系统的影响非线性问题光浪涌问题色散问题光纤线路的长期可靠性问题受激拉曼散射原理FRA工作原理在许多非线性介质中，受激拉曼散射将一小部分入射功率由一光束转移到另一频率下移的光束，频率下移量由介质的振动模式决定，此过程称为受激拉曼效应。

量子力学描述为入射光波的一个光子被一个分子散射成为另一个低频光子，同时分子完成振动态之间的跃迁，入射光作为泵29混合拉曼/掺铒光纤放大器拉曼放大器和掺铒光纤放大器各有其独特的特点，将FRA 和EDFA 结合起来构成混合拉曼大器（HFA ），也是提高拉曼放大器性能的一种重要方法。

OFDM原理和DOCSIS3.1的OFDM信号产生和分析

OFDM原理和DOCSIS3.1的OFDM信号产生和分析看到越来越多的通信标准运用OFDM技术，比如：40G/100G的光传输，802.11AC，DOCSIS3.1，UWB，WirelessHD，LTE等，有必要对OFDM的原理要点有一个比较清晰的了解，所以整理了这个材料，供需要时参考。

最后以DOCSIS3.1为例，介绍最新的DOCSIS3.1的OFDM信号的产生和分析的架构和方法。

一、概述正交频分复用技术(OFDM)被设计为一种无线环境下高速传输技术。

信道的频率响应大多是非平坦的，OFDM技术的主要思想就是在频域内将所给信道分成许多正交子信道，在每个子信道上使用一个子载波进行调制，各个子载波并形传输。

这样，尽管总的信道是非平坦的，但每个子信道是相对平坦的，并且每个子信道上市窄带传输，信号带宽小于信道的相应带宽，可以大消除信号波形间的干扰。

又由于各子信道的载波间相互正交，于是它们的频谱是相互重叠，这样既减小了子载波间干扰同时又提高了频谱利用率。

OFDM技术具有较强的抗信道频率选择性衰落的性能，是抗信道多径的有效方法。

OFDM技术的主要优点：1）带宽利用率高。

在传统的并行传输系统中，整个带宽经分割后被送到子信道中，各子信道频带间严格分离，接收端通过带通滤波器虑除带外的信号来接收每个子信道上的数据，频谱利用率低。

OFDM系统中由于各个子载波之间存在正交性，允许子信道的频谱相互混叠，因此与常规的频分复用系统相比，可以最大限度的利用频谱资源。

当子载波个数很大时，系统的频谱利用率趋于2Band/Hz（baud 即波特；1 Baud = log2M (bit/s) ，其中M是信号的编码级数）。

图1 OFDM的带宽利用2)把高速数据流通过串并转换，调制到每个子载波上进行并发传输，使得每个子载波上的数据符号持续长度相对增加，有效地减小由于无线信道的时间弥散所带来的ISI。

此外，OFDM采用了循环前缀技术，即将OFDM符号的后几个样值复制到OFDM符号的前面，有效的抵抗多径衰落的影响。

浅述信噪比(OSNR)在WDM 40G中的重要性

浅述信噪比（OSNR）在WDM 40G中的重要性梁永庆李东升摘要：随着通信技术的发展，人们对增加带宽的要求越来越强烈，在庞大的业务流量面前，以10G传输技术为基础的承载网带宽将耗尽，这使得通信运营商将网络平滑升级到40G/100G成为承载网的必然选择。

本文主要阐述了OSNR在40G系统中的性特性以及其测试方法。

关键词：OSNR 信噪比40G DWDM一、40G波分复用系统的应用现状及前景目前，大规模商用光传输系统速率已达到了10Gb/s。

短短20年,它的增长速度甚至超过了由摩尔定律定义的微电子技术集成增长速度。

尽管如此,10Gb/s的光传输带宽仍然有限,只要对因特网信息传输速率增长的需求存在,扩大带宽需求就依然是光传输技术需要解决的主要任务之一。

IP业务迅猛发展、路由器40G POS接口的出现、干线网络容量需求极速增长、40G技术日趋成熟，使得40G波分复用顺应技术发展的潮流，在我国通信一级干线、二级干线逐渐投入建设和运行。

二、40G波分的关键技术，OSNR性能指标为重中之重。

在同等物理条件下与DWDM 10G传输系统相比，DWDM 40G 应用的主要技术限制因素有：偏振模色散（PMD）劣化4倍、信噪比（OSNR）劣化4倍（6dB）、色度色散容限降低16倍；非线性效应变得更加明显等，因此，要在同等物理条件下，40G要达到现有DWDM 10同等性能，有如下关键技术：1、新型的调制编码技术，用于提升传输性能，降低OSNR 、PMD 、非线性、色散等各方面的限制。

2、动态色散补偿技术（如：TDC ），用于提高色散容限，消除色散窗口代价。

3、PMD 管理技术，用于提高系统PMD 容限。

码型技术是解决40G DWDM 长距传输的关键技术！4、Raman 放大技术，用于降低非线性效应、提高OSNR 。

5、EFEC 技术，用于提高克服白噪声的纠错能力，降低系统OSNR 要求。

有此可看出，OSNR 是DWDM 40G 网络一个非常重要的技术指标，下面将详细介绍OSNR 以及其再DWDM40G 系统中的测试。

100g WDM与OTN关键技术与实验方案

第10页
内容提要
• 100G关键技术概述 • 100G客户侧接口技术
• 100G封装映射技术-OTN
• 100G光调制码型 • 100G光调制技术与原理 • 相干光接收技术 • 前向纠错技术-FEC • 色散管理技术 • 100G传输技术实现方案
第11页
100G封装映射-客户信号映射到ODU4
第12页
• 100G客户侧接口技术
• 100G封装映射技术-OTN • 100G光调制码型 • 100G光调制技术与原理 • 相干光接收技术 • 前向纠错技术-FEC • 色散管理技术 • 100G传输技术实现方案
第6页
有三种100GbE接口
IEEE主要制定客户侧的网络接口和以太网相关映射标准。
1 2 3
采用新的调制技术
• 相干：PM-QPSK *28dB • 非相干：RZ-DQPSK,4 RZ-DQPSK,4* ODB反向复用 • 双载波：2SC-DP-QPSK • OPFDM-DQPSK（正交偏振 FDM）
对每波长的色散补偿
• 可在电域或光域实现
相干接收 + 数字信号处理采用新的调制技术 + 相干接收（DSP） + SD-FEC
• 100G光调制码型
• 100G光调制技术与原理 • 相干光接收技术 • 前向纠错技术-FEC • 色散管理技术 • 100G传输技术实现方案
第17页
100G主流光调制码型:PM-QPSK
光发送端
Polarization Multiplexed- QPSK Modulation
偏振复用-正交相移键控+相干接收
Re
-3π/4 -π/4
Re QAM16
3π/4 π/4

相干光通信技术ppt

40
1
100
1.55
1500
40
140
243
350
40
4
160
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1
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260
45
20
1.55
1000
10
相干光通信的特点
• （1）灵敏度提高10～20dB，线路功率损耗可增加到50dB。 • （2）若在系统中周期性加入EDFA，即可实现长距离传输，适合于干线网
使用。 • （3）具有出色的信道选择性和灵敏度，和光频分复用相结合，可以实现
比特误码率（BER）每比特光子数 Np
1 erfc( 2
NP / 4)
Hale Waihona Puke 721 erfc( 2NP / 2)
36
1 erfc( 2
NP )
18
1 erfc( 2
2NP )
9
1 erfc( 2
NP / 2)
36
1 erfc(NP)
20
2
长比特流时每比特光子数 Np
36
18
18
9
36
10
外差异步解调系统实验结果与量子效率比较
路漫漫其修远兮，吾将上下而求索！
豫章故郡，洪都新府。星分翼轸，地接衡庐。襟三江而带五湖，控蛮荆而引瓯越。物华天宝，龙光射牛斗之墟；人杰地灵，徐孺下陈蕃之榻。雄州雾列，俊采星驰。台隍枕夷夏之交，宾主尽东南之美。都督阎公之雅望，棨戟遥临；宇文新州之懿范，襜帷暂驻。十旬休假，胜友如云；千里逢迎，高朋满座。腾蛟起凤，孟学士之词宗；紫电青霜，王将军之武库。家君作宰，路出名区；童子何知，躬逢胜饯。时维九月，序属三秋。潦水尽而寒潭清，烟光凝而暮山紫。俨骖騑于上路，访风景于崇阿；临帝子之长洲，得天人之旧馆。层峦耸翠，上出重霄；飞阁流丹，下临无地。鹤汀凫渚，穷岛屿之萦回；桂殿兰宫，即冈峦之体势。披绣闼，俯雕甍，山原旷其盈视，川泽纡其骇瞩。闾阎扑地，钟鸣鼎食之家；舸舰迷津，青雀黄龙之舳。云销雨霁，彩彻区明。落霞与孤鹜齐飞，秋水共长天一色。渔舟唱晚，响穷彭蠡之滨；雁阵惊寒，声断衡阳之浦。遥襟甫畅，逸兴遄飞。爽籁发而清风生，纤歌凝而白云遏。睢园绿竹，气凌彭泽之樽；邺水朱华，光照临川之笔。四美具，二难并。穷睇眄于中天，极娱游于暇日。天高地迥，觉宇宙之无穷；兴尽悲来，识盈虚之有数。望长安于日下，目吴会于云间。地势极而南溟深，天柱高而北辰远。关山难越，谁悲失路之人？萍水相逢，尽是他乡之客。怀帝阍而不见，奉宣室以何年？嗟乎！时运不齐，命途多舛。冯唐易老，李广难封。屈贾谊于长沙，非无圣主；窜梁鸿于海曲，岂乏明时？所赖君子见机，达人知命。老当益壮，宁移白首之心？穷且益坚，不坠青云之志。酌贪泉而觉爽，处涸辙以犹欢。北海虽赊，扶摇可接；东隅已逝，桑榆非晚。孟尝高洁，空余报国之情；阮籍猖狂，岂效穷途之哭！勃，三尺微命，一介书生。无路请缨，等终军之弱冠；有怀投笔，慕宗悫之长风。舍簪笏于百龄，奉晨昏于万里。非谢家之宝树，接孟氏之芳邻。他日趋庭，叨陪鲤对；今兹捧袂，喜托龙门。杨意不逢，抚凌云而自惜；钟期既遇，奏流水以何惭？呜乎！胜地不常，盛筵难再；兰亭已矣，梓泽丘墟。临别赠言，幸承恩于伟饯；登高作赋，是所望于群公。敢竭鄙怀，恭疏短引；一言均赋，四韵俱成。请洒潘江，各倾陆海云尔：滕王高阁临江渚，佩玉鸣鸾罢歌舞。画栋朝飞南浦云，珠帘暮卷西山雨。闲云潭影日悠悠，物换星移几度秋。阁中帝子今何在？槛外长江空自流。

相干光通信

3. 3 相移键控(PSK)调制：
信号电场为
Es t As cosIF t s t
（3-3）
只调制相位，频率、幅度保持不变。
实现PSK调制的方式：
LiNbO3电光外调制器：通过改变电光晶体的折射率改变光的相位
检测后的信号SNR，BER都是几种调制方式中最好的
4. 相干光通信解调方案
1 P0 1 1 2 P1 0 1 I ID I I1 2 1 - exp 2 12 dI 2 erfc 2 1
ID
(2-14a) （2-14b）
0
I D I0 I I 0 2 1 I D exp 2 02 dI 2 erfc 2 0 2
相干光通信
1. 2. 3. 4. 5. 为什么要相干光通信？相干检测原理与特性相干光通信调制方式相干光通信解调方案相干接收系统的关键技术
1. 为什么要相干光通信
1. 1 核心在于相干光检测----技术优势
与传统的强度调制----直接检测(IM/DD)相比，因为通过检测
本振和信号光的差来提高接收的灵敏度。 IM/DD----尺子；相干光检测----游标卡尺；
2. 1 零差相干光检测
IF s L 0 ，光电流为 I RPs PL 2R Ps PL coss L
可得出信号（2-4）
PL Ps ，而信息处于 Ps 中，滤掉几乎是直流成分的第一项
I s t 2R P PL s
4 4PL Ps 倍，电功率（电流的平方）提高了 PL Ps
滤掉直流成分的第一项可得出信号
I s t 2R Ps PL cosIF t s L

基于LDPC的软判决前向纠错(SD-FEC)技术

基于LDPC的软判决前向纠错(SD-FEC)技术泰尔网 2014-06-09 14:06:24 来源 [电信网技术] 作者华为技术有限公司摘要1 FEC实现光通信系统的可靠传输波分复用技术作为现在通信系统的基础承载技术，伴随着网络流量的快速增长，也经历了容量从小到大的发展过程。

在这一发展过程中，每一次单波长速率的提升都伴随着技术的重大变化。

从单波长2.5G时代的直接调制方式到10G时代的外调制方式及DCM色散补偿。

10G时代到40G时代则是OOK调制技术向PSK调制技术的转变。

40G 时代到100G时代的关键技术特征则是高速DSP（ADC采用速率达到56Gbit/s以上）使能的相干技术。

在波分复用技术的发展过程中，前向纠错（FEC，Forward Error Correction）技术作为实现信息可靠传输的关键，逐渐成为必不可少的主流技术。

光纤通信中的FEC 也经历了几代技术的演变，从经典硬判决，到级联码，100G相干技术的出现使得软判决成为演进的方向。

FEC技术是一种广泛应用于通信系统中的编码技术。

以典型的分组码为例，其基本原理是：在发送端，通过将kbit信息作为一个分组进行编码，加入（n-k）bit的冗余校验信息，组成长度为n bit的码字；码字经过信道到达接收端之后，如果错误在可纠范围之内，通过译码即可检查并纠正错误bit，从而抵抗信道带来的干扰，提高通信系统的可靠性。

在光通信系统中，通过FEC的处理，可以以很小的冗余开销代价，有效降低系统的误码率，延长传输距离，实现降低系统成本的目的（见图1）。

图1 FEC在光通信中的位置FEC的使用可以有效提高系统的性能，根据香农定理可以得到噪声信道无误码传输的极限性能（香农限）。

从图2可以看出，FEC方案性能主要由编码开销、判决方式、码字方案这3个主要因素决定。

图2 硬判决FEC和软判决FEC的香农限（1）编码开销校验位长度（n-k）与信息位长度k的比值，称为编码开销。

100G光模块的技术与应用

100G光模块的技术与应用0 引言随着40Gb/s密集波分光传输系统在运营商核心光网络的广泛应用，相应的100Gb/s 产品在未来两年内将有可能来临，基于标准化的密集波分光通信模块也赢得了光通信业界的高度兴趣和市场的广泛接受。

因此发展100G技术在所难免，本文主要研究了100G 线路端模块的传输技术，应用DP-QPSK（双极化四相相移键控）调制和相干接收技术。

100G客户端模块为CFP（外形封装可插拔）模块，是一种可以支持热插拔的模块。

1 100G系统面临着的问题100G系统与10G系统和40G系统相比，100G系统面临着以下一些问题需要对其解决：信道间隔：50GHz间隔DWDM系统已成为主流，100G必须要支持50GHz波长间隔，因此系统必须采用高频谱效率的码型，可以采用DP-QPSK，8QAM（正交幅度调制），16QAM，64QAM等调制方式。

CD容限：相同条件下，100G系统色散容限为10G系统的1/100，100G系统色散容限为40G系统的16/100，必须要采用色散补偿技术，对每波长的色散补偿，可以在电域上或者光域上补偿来实现。

PMD容限：相同条件下，100G系统的PMD容限为10G系统的1/10，100G系统的PMD容限为40G系统的4/10，可以采用相干接收加上数字信号处理[4]。

OSNR（光信噪比）：相同码型下，100G要求比10G增加高10dB，100G要求比40G增加高4dB，需要采用低OSNR容限的码型，高编码增益的FEC算法。

非线性效应：100G比10G/40G的非线性效应更为复杂。

2 100G线路端模块技术100Gbit/s DP-QPSK(Dual Polarization Quadrature Phase Shift Keying)――双极化四相相移键控光传输技术，解决100Gbit/s DP-QPSK传输技术的调制方案是采用25G baud QPSK编码方式。

该解决方案是在每一波长采用两个QPSK信号来传递100Gbit/s 业务，这两个QPSK信号分别调制光载波两个正交极化（偏振）中的一个。

超越100G速率的相干光传输技术探讨

超越100G速率的相干光传输技术探讨由于FTTH（光纤到户）的普及、智能手机日益增长的使用、第5代移动通信系统的高速发展促使光通信网络的进一步升级。

当前国内100G DWDM系统波长资源即将耗尽，400G迫在眉睫，人们期待着频谱效率更高的DWDM系统。

图1、当前国内骨干网示意图（来自张成良《光网络&光器件新技术发展与应用》）近年来数字相干光传输系统被广泛关注，易飞扬（Gigalight）于去年深圳光博会上首次展出了100G CFP DCO相干光模块，象征着公司在该领域的领先地位。

当前400G以太网传输的标准化正在进行中——这为每通道超过100G的光传输技术提供了商业开发潜力。

用于数字相干光传输的数字信号处理技术发展趋势主要如图2所示。

图2（来自国外网站）相干光模块使用相干检测技术提高了接收灵敏度和频谱效率，另外使用DSP（数字信号处理）的技术实现了由长距离光纤传输过程中累积的波长失真的补偿。

改进现有的100G传输技术有两种可能的方向：增强性能和降低功耗。

高性能数字信号处理器（DSP）增加了传输容量和距离，但是却在传输设备中消耗了大量功率——为了开发超过100G的相干光传输系统，除却高质量的激光器、光电探测器等，还需要实现高的频谱利用率以及低功耗、高性能的数字信号处理功能。

1、数字相干光传输调制技术数字相干光传输技术的原理如图3所示。

传统光传输系统中最常用的调制方法是OOK，其中所用光信号中的0、1由开关状态（强度调制）表示，并且光强度的变化需要用光电探测器来探测。

当OOK以100Gbit/s的速率应用于传输的时候，在光纤传输过程中的各种波形失真导致了信号传输质量下降十分显著，结果就是传输距离仅限于几公里。

图3（来自国外网站）当前应用于100Gbit/s相干的主要调制方案是双极化正交相移键控（DP-QPSK）。

DP-QPSK 调制具有四个不同相位的光信号，并且还使用X偏振波和Y偏振波来承载不同的信号。

IP-RAN介绍及关键技术原理学习笔记

IPRAN技术原理介绍1.技术起源RAN的传统传输方式：RAN传输新需求:1.1IP RAN概述IP RAN网络架构：2.I P RAN协议栈2.1Iu—cs接口IP传输协议栈Iu—ps接口IP传输协议栈Iu-r接口IP传输协议栈Iub接口IP传输协议栈3.I P RAN组网不同的Iub接口组网：4.I P RAN与PTN的区别IP RAN是用的L3+L2的技术,在核心汇聚层用L3VPN 在接入层用的是L2VPN。

这个技术偏向路由器属于2/3层的设备.在核心层主流用ISIS协议，接入层用OSPF协议。

业务采用多段伪线的方式.其倒换机制比PTN丰富安全，但存在路由重优化的时间缺陷。

PTN用的L2VPN技术，属于2层设备。

配置采用点到点业务配置方法，保护是基于隧道的保护方式。

传统IP RAN/PTN设备定义：长期以来，PTN阵营和IP RAN阵营互相诋毁，相互攻击对方的弱点。

如果从应用的角度来说,技术的优劣是次要的，关键是要找到最适合自己业务特征的技术，方便业务开展和维护.传统IP RAN/PTN设备定义IP RAN/PTN原理比较PTN IP RAN 交换原理包交换,统计复用，带宽共享包交换，统计复用，带宽共享OAM机制802.1ag、802。

3ah基于G.707帧结构实现OAM 802.1ag、802.3ah BFD、BFD扩展技术类型二层技术，支持点到点业务模型面向连接的技术静态组网,需人工配置，无法自动调整三层技术，支持点到多点业务模型非面向连接的技术动态组网，无需人工配置，网络可以自动调整接口类型低速接口：E1TDM接口：STM-1/4/16以太接口:FE、GE、10GE低速接口：E1TDM接口:STM—1/4/-16以太接口：FE/GE/10GE、40G、ATM接口:STM—1、STM-4、STM—16 100GATM接口：STM-1、STM—4、STM—16长期以来，PTN阵营和IP RAN阵营互相诋毁,相互攻击对方的弱点。

40G-100G相干光通信原理与关键技术

40G/100G相干光通信原理与关键技术引言随着40Gb/s的大规模部署的开始，业界又涌现出多种新型的100G/s调制编码格式。

面对众多特征各异的传输码型，在综合考虑其他系统设计参数的基础上，业界主要从传输距离、通路间隔、与40Gb/s和10Gb/s系统的兼容性、模块成本与传输性能的平衡等方面进行综合选择。

随着高速数字信号处理技术（DSP）和模数转换技术（ADC）的进步，相干光通信成为研究的热点。

相干检测与DSP技术相结合，可以在电域进行载波相位同步和偏振跟踪，清除了传统相干接收的两大障碍。

基于DSP的相干接收机结构简单，具有硬件透明性；可在电域补偿各种传输损伤，简化传输链路，降低传输成本；支持多进制调制格式和偏振复用，实现高频谱效率的传输。

通过业界一两年来对于100Gb/s模块的研究和开发，100G/s 的偏振复用四相相移键控相干模块（Coherent PM-QPSK）正在变成业界的主要选择。

相干光通信的基本原理相干光通信系统可以把光频段划分为许多频道，从而使光频段得到充分利用，即多信道光纤通信。

相干光通信技术具有接收灵敏度高的优点，采用相干检测技术的接收灵敏度可比直接检测技术高18dB。

图1为发射机采用偏振复用，作为载体的激光信号通过PBS（偏振分光器）分为X/Y两路，每路信号在通过2个MZ调制器组成的I/Q调制器（I路和Q路相位差90）分别将10.7/27.5Gb/s的信号调制到载波，然后再通过偏振复用器把X轴和Y轴光信号按偏振复用合并在一起通过光纤发送出去，从而实现了40/100Gb/s 在单光纤上的传输。

在接收端，与强度调制一一直接检测系统不同，相干光纤通信系统在光接收机中增加了外差或零差接收所需的本地振荡光源（LO），该光源输出的光波与接收到的已调光波在满足波前匹配和偏振匹配的条件下，进行光电混频。

稍微改变本振激光器的光频，就可改变所选择的信道，因此对本振激光器的线宽要求很高。

混频后输出的信号光波场强和本振光波场强之和的平方成正比，从中可选出本振光波与信号光波的差频信号。

40G 技术指南

图1 FBG动态色散补偿原理
9.2PMD色散补偿技术（PMDc）
光纤链路PMD主要影响因素是光纤、色散补偿模块和光放大器，其它器件数量少，对链路PMD影响较小。
PMD是一个随机变化量，常用平均DGD值表征。但如用DGD进行静态补偿，效果并不好，需要自适应的补偿。目前关于PMD补偿系统的研究在光域、电域和光电域结合等多个方面同时展开。由于补偿系统的原理不同，作为反馈控制的信号参数也不尽相同，主要有偏振度（DOP）、电域特定信号谱功率、电域全部信号谱功率、误码率（BER）、眼图监控信号以及电域中的横向滤波器和阈值电流技术等。但目前能应用于实际工程的PMD补偿器极少，而且效果需要工程检验。
由此为解决长距离传输的问题，各种新型的光调制格式应运而生，这些新的调制码型能够有效地减小信道间隔，增强光信号在传输过程中抵抗各类干扰的能力，使得整个光通信系统的传输距离和容量得到有效的提高，这些新型的调制格式主要包括基于强度调制的ODB、PSBT，基于相位调制的DPSK和DQPSK以及结合偏振复用的调制技术DP-QPSK等；
PM-QPSK
Polarization Multiplexing-Quadrature Phase Shift Keying
C
ElectricalDispersionCompensations
FBG
FibberBraggGrating
PMD
Polarization Mode Dispersion
5光双二进制（ODB）
为了改善NRZ码型频谱宽、色散容限低的缺点，ODB在NRZ码型调制的基础上引入了光场相位的变化，发送的光信号中，奇数个“0”两边的“1”相位相差π，偶数个“0”两边的“1”相位相同，但相位的变化并不携带传输数字信息；因此由于ODB调制码型引入了相位的变化，大大减小了频谱带宽度，同时也有效地提高了色散容限，能够适用于50G波长间隔的DWDM系统，但由于其OSNR容限跟NRZ相当，同样不适合长距离的传输，一般可应用于城域网DWDM系统中；

100G SR4光模块 VS 40G SR4光模块-易飞扬

100G SR4光模块VS 40G SR4光模块-易飞扬Gigalight光模块在光纤通信中是重要的元器件，它由由光电子器件、功能电路和光接口等组成，起到光电转换的作用。

而现在市场上充斥这大量的光模块，不管是封装还是速率都有着极大的发展，而在本文中，易飞扬通信将给大家详细介绍100G SR4光模块和40G SR4光模块。

100G QSFP28 SR4光模块工作原理100G QSFP28 SR4光模块主要由第一时钟数据恢复模块、阵列驱动模块、激光发射模块、光电转换模块及电信号处理模块这几部分组成，下面我们来简单分析一下其工作原理。

1、首先，数据恢复模块会将输入的100G电信号进行数据恢复处理，然后再将处理后的电信号输入到阵列驱动模块；2、阵列驱动模块接着将接收的电信号进行调制解调处理，再传送给激光发射模块；3、在激光发射模块这部分，电信号会被转换为光信号，然后被耦合到光纤中；4、被耦合的光信号会传输给光电转换模块，然后再一次转换为电信号，输出给所述电信号处理模块；5、最后电信号处理模块用于将电信号依次进行电流转换电压、放大处理后输出到主控制端。

40G QSFP+ SR4光模块的工作原理40GBASE-SR4光模块的工作原理：在发送端传输信号时，电信号首先经激光器阵列转换为光信号，在发射端传输信号时，在接收端接收信号时，光电检测器阵列将并行光信号转换成并行电信号。

100G QSFP28 SR4光模块产品亮点低功耗 QSFP28 100G SR4光模块具有4通道全双工收发模块，低功耗<2.5W，QSFP热插拔封装，OM3多模光纤(MMF)的最大传输距离为70m,OM4 MMF时为100m，光纤接口可接受单MPO。

低功耗<2.5W，通过QSFP28 MSA指定的I2C接口可以获得数字诊断功能。

此光模块满足RoHS。

40G QSFP+ SR4 150m光模块产品特性4通道全双工收发器模块.每通道传输数据率为10.5 gbps.4通道850nm VCSEL数组.4通道PIN光探测器阵列.低功耗<1.5 w.热插拔QSFP封装.OM3多模光纤(MMF)@100米和OM4 MMF@150m .单一MPO连接器插座.内置数字诊断功能.工作温度0°C + 70°C.3.3 v电源电压.满足RoHS6(无铅)100G QSFP28 SR4光模块应用领域易飞扬100G QSFP28 SR4光模块，主要应用数据中心高速光模块。

单波10G、40G、100G混合组网研究

成果上报申请书一、简化组网二、提高容量三、响应需求客户测信号10G 波长100G 波长客户侧信号单波100G标准化进展10G, 40G & 100G 波分线卡($billions)$0.0$0.5$1.0$1.5$2.0$2.5$3.0$3.5$4.020062007200820092010201120122013201420152016100GRevenue40G Revenue10G Revenue40G/100G 连接数增长预测Datacom 40GE & 100GE volume 0500,0001,000,0001,500,0002,000,0002,500,0003,000,0002009201020112012201320142015U n i t s40 GE100 GE端口Source: Ovum-RHK数通100GE 端口增长预测（3）100G 部署的可能方案分析100G CFP 光模块100GMapper&Framing10:4MUXDSP调制器高增益FECADC相干接收4:10MUX、技术发展趋势及标准化情况10G系统混合传输：个跨段，有明显的）如何实现100G与现有40G系统混合传输：40G与100G混合传输时，OSNR传输代价不大，通常可以混合进行传输。

）100G调制技术较为统一（PDM-QPSK）PDM-QPSK码型（相干接收）技术被国际标准化组织OIF确定为型，目前已被主流设备供应商所采用。

tRZ调制ePDM-QPSK Transmitter Coherent Receiver传输规格比纯相干少2跨2dBCD 代价曲线•纯相干建网••<0.2dB10G/40G 升级100G 方案：现网光层不动现网10G 电层现网10G 电层…新增100G 电层新增100G 电层…现网光层不动现网40G DQPSK电层现网40G DQPSK电层…新增100G 电层新增100G 电层…将10G 波长的业务逐步迁移到100G ，实现10G 网络升级到100G 。