100G OTN特性交流 华为

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OSN 8800 通用的100G OTU板卡
100G线路板：NS4，单路100G OTN线卡； 支持，ODU0、ODU1、 ODU2/ODU2e、ODUflex、ODU3
100G支路板：TSC 单路100G OTN支路板 支持1路100GE/OTU4的接入
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FAQ5: 为什么相干通信可大幅提高PMD和CD容限？
相干通信本身无法提高色散容限，但是在华为的相干方案中采用了高速ADC和DSP。经 ADC采样后，通过高速DSP算法处理将PMD、CD做补偿处理可大幅提升PMD、CD容限。
光模块
Mapper & Framing
MUX
DSP
相干接收
偏振复用+相位调制、高增益FEC、相干接收、DSP技术，是决定100G传输性能四个关键要素
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100G传输四个关键技术
PDM -QPSK
28G/32 波特率
正比。当光信号的波特率提升4倍，其光谱宽度会提升到4倍，脉冲宽度会降低到原有的1/4，因此色散容 限会降低到波特率提升前的1/16（和波特率是平方反比关系）。对于40G数据速率的非相干信号，其色散 容限约为60ps/nm，对于100G，CD色散问题更严重。
（2）PMD容限小 当光信号的波特率提升4倍，比特周期会降低到1/4，因此PMD容限会降低到波特
信号码流经过 3. 100G 相干接收 4. QPSK I、解调 Q解调 x 偏振方向 2 接收到的 2 4 5 光子的偏振方向 “串行 -并行”转换， 100G 相干采用高性能的 ADC 模块，采样精度高达 56G Sample/s，所以支持 x偏振方向的光信号 5. 华为 高速 ADC 采样 6. DSP高速数字处理 分离出 3 已经经过 单波 100G （采样带宽要≥2倍信号带宽。而做 PDM-QPSK ，需要调制信号速率在 = I 00 01 变成 4 路28Gbit/s 信号 0 0 1 积分 分离出 1… s(t)=√2 Cos(ω t+θ ) x轴偏振信号 QPSK 调制 相位 x轴偏振信号 28G）。业界有一个DC-DP-QPSK 方案采用双子载波方案，主要是这里的ADC模 112Gbps/4=28Gbps 光信号 0 1 1 0 … 的信号 sinωtdt = - Q 积分 π/4 3π/4 5π/4 7π/4 块精度不高，只能达到 28G Sample/s 所致； 1 前面的几个环节，如 PDM-QPSK 调制、相干接收等，都是采用商用器件，就传 Sin ω t Cosω t 11 10 π/2 y偏振方向已经 00 01 6 11 10 DSP 传播方向 输性能而言各厂家的都是差不多的。影响最终性能的就在第 个环节 ，各厂 3 本地激光器 加90o相 分离出 分离出 0011010011011001 5 由ADC、 y轴偏振信号 位偏移， 4 不同的码流对应不同的相位。 经过QPSK调制 … x偏振方向的光信号 常用“星座图” 家采用了不同的（专利）算法。 y轴偏振信号 DSP处理 形成正交
• 发送侧：偏振复用+QPSK调制，降低传输波
特率，减小100G传输器件复杂度
大色散容限，PMD容限
High Gain FEC
Y-Pol
• 发送侧：高性能FEC纠错技术，分为软判和 硬判两种方式，适配骨干网络不同的传输距 离场景
Coherent Rx
X-Pol
• 接收侧：相干接收，OSNR容限提升3dB，提 升100G传输能力20%以上
即选4个等距的 相位点π/4、 3π/4、5π/4、 7π/4来承载信号, 当然也可以选其 他的点但是要求 等距。
01
θ 11
00
I 10
把信号矢量端点的分布图称为星座图。 星座图完整、清晰的表达了数字调制 的映射关系，因此很多书中提到数字 调制时经常只是画一个星座图完事， 不作过多描述。数字调制也因此常被 称为“星座调制”。
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100G传输架构图
100G 客户 侧光模块 100G封装 映射芯片 100G线路侧 光模块
调制器
10:4 100G 100G CFP MUX 高增益 FEC OTU-4 4:10 ADC
100GE
100G 合一板卡：LTX 实现10×10G MUX 板卡
100G 合一板卡：LSC 单路100G WDM板卡
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目
1. 概述
录
2. 相干技术理论 3. FEC纠错技术 4. 单板和100G接口技术
5. 100G设计&调测&维护关注点
表示QPSK π = 180o
相干接收，解除调制
3 分离Байду номын сангаас的x、y信号
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FAQ1: 什么是 PDM调制
1. 光是横波，光信号光子有很多振动方向，光子的振动方向垂直于传播方向。
光子 振动 方向
Q
QPSK调制的优点：QPSK的本质是通过在光场
相位上选取4个可能的取值，使得在不降低线路速率的基 础上，将光信号的波特率降低一半。这种复用方式可以 将光信号的光谱带宽降低一半，使得 50GHz间隔， 40G Q 线路速率的多波长ULH传输成为可能。光谱带宽的降低 还会带来其他重要的优势，如降低OSNR要求和光纤非 QPSK 线性危害，提高色散容限、PMD容限等
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相干技术引入背景
业务需求：40GE/100GE端口即将广泛部署，需要更大传输带宽与之匹配 色散限制：常规的40G通信有 直接调制-强度检测IM-DD（如ODB）和 差分相移键控调
制(如DPSK、DQPSK) 受到如下限制： （1）CD色散容限小 传输光信号的色散容限与光信号的光谱宽度成反比，同时和光信号的脉冲宽度成
接收到的 x偏振方向的光信号 s(t)=I*Cosω t-Q*Sinω t Cosω t 本地激光器 x偏振方向的光信号 I、Q解调 积分 积分
π/2 Sinω t
=I
sinω tdt = Q
由ADC、 DSP处理
I、Q 是1或0 的bit序列。 从上面可以看出，信号解调与接收到的信号 的幅度（强度）没有什么关系。也就是说， 即使信号经过长距离传输后，叠加一些干扰、 噪声等因素，只要在接收端还能识别出相位 关系，那么就可以恢复出数据。 这也是为什么相干技术拥有更好的 色散、 PMD、非线性、OSNR 的原因。
28Gb/s Data Precoder
s(t) =I*Cosω t-Q*Sinω t=√2 Cos(ω t+θ )
Σ Sinω t
0
1 1
1
1 0
码流
Q 第一路光称为“ inphase”分量，或I channel；第二路光称为“quadrature” 分量，或Q channel
映射关系转为图形(星座图)
率提升前的1/4。常规40G DQPSK PMD只有6~8ps，速率升级到100G以后PMD容限下降一半以上，无 法支持长距离无中继传输（一段总长1200km的新铺设光纤，其PMD的工程预算一般是2.4ps；老光纤的 PMD会劣化更严重），因此在100G传输系统中，PMD容限是一个非常严重的问题。
技术发展：相干最大技术难度在于高速ADC芯片，2011年高速ADC具备可获得性。
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FAQ2: 什么是 QPSK调制
28Gb/s Data
Precoder
第一束光的相位只有0和π两种取值，第 二束光的相位只有 π/2和3π/2两种取值 I Cosω t +
π/2
输入信号 I Q 0 0
输出信号相位 θ
π/4 3π/4 5π/4 7π/4
x偏振方向 的光信号
Tx
Rx
相干检测接收
长距离传输（光纤） 3 1 2 4
6 6 5
3. 4. ADC 偏振合波器将 接收端将接收到的信号分离到 两个偏振方向上已经调制好的光信号合路到一根光纤上 x、y 2. 两个偏振方向上 5. 相干接收，将 x、 两个偏振方向上的光信号转变为电流 /电压信号 2. 分别对 x 、y偏振方向上的光信号进行 QPSK 调制 1. 用偏振分束器，将激光分成 X、 Y两个垂直的偏振方向 6. 高精度模拟 -y 数字转换，将电流 /电压信号变成0101…数字码流 1. PDM 偏振模复用 QPSK 四相位键控调制
基于上述原因，需要引入相干通信。
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100G相干传输原理
ehanced Polarization division multiplexing-Quadrature Phase Shift Keying 增强型偏振模复用四相移键控 PDM-QPSK调制发送
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FAQ3: PDM、QPSK的价值是什么
• 目的是为了降低波特率。从现阶段电路技术来说，40Gbit/s已接近“电子瓶颈”的极限
PDM，把1个光信号分离成2个偏振方向，再把信号调制到这两个偏振方向上。相 当于对数据做了“1分为2”的处理，速率降低一半； QPSK，一个偏振方向每个波特周期就表示2个数字bit，也相当于对数据做了“1 分为2”的处理，速率降低一半； 以上，100G（112Gbit/s）的信号，实际上，处理时的数据波特率仅为 112÷2÷2=28G Baud。
t 信号传播方向
2. 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两个方向就是光的偏振方向。
理论上，可以分 离N多个偏振方向， 实现超高速通信， 但是调制、解调 太困难
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接收端本振激光器,通过锁相等技术，跟 发送端激光器输出的信号同频同相 (相干)。 1 激光信号(电磁波) 同样也分离出 x、y偏振方向的信号
1
（112Gbit/s ） 的信号
1110… 1 1 0 1 … y方向
调制
2 经过偏振分束器
例如00时，选择0相位的信号； 01的时候，选择π/2相位的信号 一共有4个相位，所以叫做QPSK
2013/4/1
Security Level:
100G OTN特性交流

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目
1. 概述
录
2. 相干技术理论 3. FEC纠错技术 4. 单板和100G接口技术
5. 100G设计&调测&维护关注点
原始的 I、Q信号能否被正确恢复的关键。 要提取出 28GBaud 的信号，对高速的模拟-数 字转换ADC（去除干扰、噪声）、数字信号实 时处理DSP的算法技术提出了更高的要求。 在实际的现网测试中，华为的100G相干技术 ePDM-QPSK创造了西欧2110km、中国 3000km的记录。从侧面反映了在ADC、DSP 领域的领先的技术实力。
ADC
100G相干
Polarization division multiplexing - Quadrature phase shift keying
• 接收侧：ADC+DSP处理，在电域实现CD和
• 高性能 56G/64GSa/s ADC
DSP
PMD补偿，极大提升色散容限和PMD容限， 加强光纤适配性，减少业务规划实施难度
。速率再高，引起的信号损耗、功率耗散、电磁辐射（干扰）和阻抗匹配等问题难以解决；即使解 决，则要花费非常大的代价。
右图就是PDM-QPSK调 制的实现方式
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FAQ4: 如何恢复QPSK调制数据