WDM技術難點解決 北電40G傳輸解決方案
1 引言
在寬帶數據業務的大力驅動下，路由器40G接口已經開始商用，40G波分復用（WDM）技術的難點逐步解決，近期人們討論的技術焦點已經不再是40G WDM是否可商用，而是在考慮實際網絡中應該選擇什么樣的技術來部署40G WDM系統。
2 40G WDM技術
目前，全球各個電信設備制造商為實現40GWDM采用了各種各樣的創新技術。其中，最復雜的是編碼/調制技術，包括：
（1）編碼技術：NRZ（不歸零碼），RZ（歸零碼），CRZ（啁啾RZ），FSRZ（全譜RZ），ODB（光二進制碼），PSBT（相位整形二進制傳輸），DRZ（差分歸零碼），CS-NRZ（載波抑制不歸零碼）等。
（2）調制技術：IM（強度調制），DPSK（二相位調制），QPSK（四相位調制），DQPSK（差分四相位調制），DP-QPSK（雙極化四相位調制）以及一些編碼和調制技術的組合。
（3）色散補償技術：DCM＋ADC（Adaptive Dispersion Compensation），基于光纖布拉格光柵技術的可調色散補償器，采用最大可能性序列估計（MLSE）的電域補償（eDCO，eDC40G）。
（4）PMD補償（管理）技術：PMDC（PMD補償器），eDC（電域PMD補償），采用特殊的調制編碼技術。
（5）FEC編碼技術：為實現更高編碼的增益，很多廠商采用了自有的FEC編碼技術。
各個廠商在實現40G WDM時采用了很多新技術，并且大都聲稱自己的技術是更適合40G WDM系統。關于如何評價這些新技術對系統帶來的影響也眾說紛紜。
但實際上，我們不能僅根據系統采用的某一項新技術來評價一個40G系統的優劣，因為一項新技術的引入在改善系統某些方面性能的同時可能使另外一些性能變差，而變差的那部分性能又可以采用另一種新技術來彌補。比較客觀準確的方法應該是將廠商提供的40G WDM系統作為一個整體進行評價。而對40G WDM系統的評價標準最可靠的是使用10G WDM系統做為標桿。因為基于NRZ編碼和IM-DD的10G WDM系統已經是非常成熟的商用系統，大家對它的系統性能和鏈路預算能力比較熟悉且意見比較統一。幾乎所有能提供40G WDM系統的廠商都表示，無論采用何種技術方案，能夠和現有10G WDM系統兼容的才是最重要的。
3 10G WDM與40G WDM的比較
（1）支持50GHz間隔
現有商用的10G Long Haul DWDM系統的波道間隔為100GHz或50GHz，新建的系統幾乎都是50GHz的，如果采用100GHz間隔，一個40G和10G混合的WDM系統所提升的系統容量非常有限，因此100GHz間隔的40G系統不可能成為主流。
（2）和10G相同的色散容限
10G系統絕大部分采用在光線路中插入色散補償光纖（DCF）進行色散校正，由于不能精確補償，隨著光復用段的長度增加，殘余色散會逐漸增大。10G系統的色散容限一般都大于±400ps/nm.。40G系統的色散容限應該達到或優于這個水平。
（3）和10G相同PMD容限
10G WDM對PMD并不敏感，一般在犧牲不大于1dB的OSNR代價就可以容忍15ps以上的平均DGD。但是，40G系統無論采用什么編碼/調制方式都很難達到這個水平，目前絕大多數廠商的解決辦法是挑選PMD性能好的光纖。從長遠看，PMD補償器和電域PMD補償才是突破PMD容限的有效方法。
（4）和10G相似的OSNR靈敏度
隨著各種帶外FEC算法的出現，一般10G系統的背靠背OSNR的靈敏度(原始BER=10E-3時)都小于11dB，如果40G的OSNR靈敏度不能達到類似的水平，則和10G混傳時的鏈路預算能力就會大打折扣。
4 北電40G解決方案
以北電的40G解決方案為例，分析一下40G系統為達到以上4個方面的要求而采用的技術和特點。
（1）能否支持50GHz間隔主要取決于40G已調光信號的譜寬是否滿足50GHz間隔要求，而已調信號的譜寬和采用的調制方式密切有關。北電40G系統采用DP-QPSK調制技術，其中DP是Dual Polarization(雙極化，或雙偏振)，也即偏振復用（PM）。QPSK是四相位調制。其原理是將一束線偏振光通過PBS（Polarization Beam Splitter）分成兩個正交偏振的光束，然后在兩束光上分別采用QPSK調制，各攜帶20Gbit/s的數字信號，然后用PBC(Polarization Beam Combiner)將這兩束已調光合并成一束光。這束光信號就攜帶了40Gbit/s的數字信號信息。信號的波特率是10Gbaud/s，和10G NRZ相同，只需現有10G系統用的激光器就可以使其信號譜寬和10G信號很接近，可以支持50GHz間隔。
（2）北電的40G WDM在突破色度色散（CD）和PMD容限方面采用了獨特電子色散和PMD補償（eDC）技術。CD和PMD的電子補償技術是今后高速（40G，100G）WDM系統突破CD和PMD容限的必然方向。所謂電子色散補償是區別于傳統光學補償方法，在信號發射端或接收端直接采用數字信號處理技術對電信號進行處理，以便直接對光信號在光纖傳輸過程中產生的扭曲變形做出補償。目前，商用的絕大多數CD電子補償技術的補償能力有限只適合三四百公里的傳輸距離，而PMD的電子補償技術還罕見商用。但是北電的40G系統采用了獨特的補償算法和專用的DSP芯片，它的CD補償能力可達5×105ps/nm，PMD的補償能力達到了25ps的平均DGD。這就使得40G系統在無任何光層色散和PMD補償的情況下的色散和PMD的受限距離突破了2500km。因為不需要在線路上布放DCM模塊，避免了DCM帶來的插損和非線性失真，彌補了相位調制技術抗非線性能力的不足。
（3）當系統的OSNR劣化到一定程度時，接收端的業務信號就會出現誤碼，OSNR靈敏度一般是指由于WDM系統的OSNR劣化導致Rn點業務信號的BER達到特定值（如BER＝10E-15）時系統的OSNR值。系統穩定工作時的OSNR和OSNR靈敏度之間的差異稱為系統的OSNR裕度。OSNR裕度是評價一個WDM系統健壯性的重要指標。因為由于EDFA和光纜參數變化（如光纜割接）而導致的光信號的線性和非線性失真都會導致系統OSNR靈敏度變差，如果系統原來的OSNR裕度就小，則系統健壯性就會大大下降。
5 北電的40G系統在提高系統OSNR方面采取的措施
（1）采用相干光接收機。自20世紀80年代以來，相干光接收機的優點幾乎在所有的《光纖通信原理》教科書都可以找到靈敏度高，選擇性好，適用于多種調制方式的特點。但是一直以來由于受到各種技術條件的限制，相干光接收遲遲沒有商用。
（2）超強的FEC算法。無論是10G還是40G WDM系統，通過帶外FEC都可以提高系統的OSNR靈敏度，但是不同的FEC算法所能提高的OSNR靈敏度不同，我們把一種FEC編碼所能提高的OSNR靈敏度稱為這種FEC編碼的編碼增益（Coding Gain）。北電專有的FEC算法PFEC的編碼增益為9.2dB。
單憑某一項新技術很難解決40G WDM系統所面臨的所有技術挑戰，需要綜合利用各項創新技術的優勢才能實現。通過采用各項新技術的組合，40G WDM系統的光信號抗線性和非線性失真的能力已經達到或接近10G WDM系統，其鏈路預算能力也基本和10G系統一致。
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