100GDWDM系统关键技术及实现原理

100GDWDM系统关键技术及实现原理

作者：黄旭

来源：《中华建设科技》2017年第07期

【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100G DWDM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。

【关键词】100G DWDM；PM-QPSK；相干接收；DSP算法

【Abstract】The continuous development of high-speed services in the communication network puts forward higher and more urgent demand for the existing network transmission bandwidth. From the current mainstream 10 / 40Gbps optical transmission technology to 100Gb / s evolution as the development trend of optical transmission technology. This paper briefly introduces the basic principle of 100G DWDM system key technology， analyzes the technical characteristics and advantages of 100G system and introduces the basic realization principle of 100Gb / s line side optical module in detail.

【Key words】100G DWDM；PM-QPSK；Coherent reception；DSP algorithm

1. 100G系统简介

（1）根据定义，由光传送设备承载的100G传送数据包能够迅速完成任何类型100G数据的传输，其封装格式是OTN或者以太网。总流量分布在城域、局域以及长途密集波分复用（DWDM）网络上。目前ITU组织研究的重点是利用现有100G以太网规范，IEEE802.3ba，在现有40G和10G基础设备上实现100G OTN。

（2）这能够满足越来越高的带宽需求，降低系统复杂度，减少了用于管理的波长，提高了频谱总效率，最终降低了成本。根据定义，目前实现的100G以太网覆盖距离比100G传送网要短一些，一般为40Km。100G以太网和100G传送网有相似的目标，即，寻找以低成本实现高性能快速链接的方法。

（3）OTN含有的网络功能和协议要求能够满足这些需求，以系统方式在光介质上传输信息。本文重点介绍通过光纤承载传送网和以太网载荷。建立同步数字体系（SDH）等OTN机制也在这一定义范围之内，但是我们主要关注LAN到WAN的应用，特别是40GbE和

100GbE应用（802.3ba）。出于这一标准化以及工作规划的目的，所有OTN新功能以及相关技术都被认为是电信标准局（ITU-T标准）的工作范畴。

2. 100G系统的关键技术

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1为PM-QPSK编码方式示意图：

2.2 SD-FEC。

（1）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。

（2）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。

（3）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。

（1）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。

（2）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