光网络迎来超100G曙光 关键技术正在突破

光网络迎来超100G曙光

关键技术正在突破 实验验证稳步推进

随着全球宽带业务的增长，大带宽已成为通信网络最基本要求，100G系统已开始规模商用，超100G WDM系统成为全球运营商、设备商新的研究热点。我国运营商的光传输网络带宽的增长势头在全球范围内保持领先地位。目前具备商用能力的C波段80×100Gbit/s 光WDM传输系统的总带宽接近10Tbit/s，有效频谱效率也已超过2bit/s/Hz。下一步发展目标一方面是继续提高传输容量，例如400Gbit/s、1Tbit/s，并实现超长距离传输，满足互联网容量增长对传输、路由等设备的大管道需求；另一方面是提高频谱效率，增加单光纤传输带宽，降低每比特成本。

多载波和超级波道技术

成为超100G关键

单波传输系统从10G的OOK调制方式加直接检测发展到当今100G系统的偏振复用QPSK调制加相干检测。今后的发展趋势则将是单波道100G系统向400G和1T的演进，并且由于相干检测的引入，对数字信号处理（DSP）和超高速数模转换（ADC/DAC）的要求变得越来越高。目前单波道400G系统的主流方案为在100G的基础上，将调制阶数升高为16-QAM，将频谱效率提升一倍，并且采用双载波，将两个光域的子载波并列排放，以此来实现400G的传输。但是当单波道速率提高到1Tb/s乃至更高时，由于电子器件的速率继续提高会带来实现难度和成本巨大的代价，很难再通过1～2个载波来承载这么高速的信号，这时新的多载波和超级波道技术成为实现单波道1T传输的关键。

业界主流的多载波技术有光正交频分复用（O-OFDM）技术以及Nyquist WDM技术。OFDM技术在无线通信领域已经得到广泛的应用，将数据通过大量彼此正交的子载波来承载，因此频谱上各个子载波可以互相重叠而不互相影响。大量的子载波一般通过电域的傅里叶变换/反变换来产生，光域产生子载波受到当前光集成水平的限制，较少被采用。由于O-OFDM技术具有频谱效率高、需要的DSP复杂度低、信道资源灵活分配等优点，近年来在光传输领域得到了越来越多的关注。O-OFDM技术的主要缺点是由于信号的峰均比较高，受到更多非线性的制约；由于相位噪声的补偿问题，对激光器线宽的要求较高，需要采用ECL类型的激光器；另外对于ADC/DAC的精度要求较高。

Nyquist WDM是一种信号整形技术，发送端将单个子载波通过数字滤波或者光学滤波方式将信号在频率内整形为近似矩形，因此在频域内的多个子载波可以以无间隔的方式并行传输，进而提高频谱效率，具有实现相对简单、性能相对较高的优点，也成为未来单波道1T技术的热门候选。Nyquist WDM的核心技术是光域的滤波和合波，由于光域的直接整形对于信号有一定的损伤，需要通过电域的DSP进行补偿，因此在接收端的信号处理比较复杂。

O-OFDM和Nyquist WDM技术均需要在发送端和接收端进行大量的信号处理，一方面为了使发送的信号满足相关的需求，另一方面需要在接收端进行信号的恢复和补偿，因此两者的关键都是DSP和ADC/DAC技术，DSP和ADC/DAC技术的发展决定了单波道1T系统的前景。超级波道技术可以通过少量的激光器产生大量的光源，将低速电信号调制到大量的光源上，可以降低对光源数量和电信号速率的要求。超级波道技术和O-OFDM/Nyquist WDM结合使用，能够以较低的成本产生1T以及更高速率的信号。

在大容量高频谱效率传输技术发展的同时，新一代的光纤也得到了越来越多的关注。由于当前DSP技术的飞速发展和相干接收的引入，色散和偏振都可以很好地在接收端进行电域的补偿，因此为了使超100G信号传输距离达到实际系统需要的长度，光纤的损耗和非线性成为影响传输距离的新瓶颈。低损耗光纤可以有效地增加跨段的长度减少放大的次数以增加传输距离，大有效面积光纤可以有效减少传输过程中带来的非线性效应，这些光纤的使用会对整体的传输性能带来巨大的改进。当前中国电信骨干网光纤面临着更新换代，光纤的选择是一个至关重要的问题。因此超100G信号在各种光纤上（尤其是低损耗光纤和大有效面积光纤）的性能如何成为一个必须解决的问题。

实验验证频谱效率

达到4bit/Hz/s

中国电信联手中兴通讯、长飞光纤光缆、北京邮电大学等单位于2013年10月在北京联合完成了单波道T比特WDM系统3200公里实时在线传输实验，同时T比特系统性能在4种不同的通信光纤上进行了比较，实验由中国电信北京研究院组织实施。

整个1.2Tb/s的信号由10个120G的子载波信号组成超级波道。合波和滤波采用Nyquist WDM技术，通过波长选择开关器件来完成，每个子载波占用30GHz频谱。每个子载波采用PM-QPSK光调制和光相干接收技术，使用100G标准光模块，并集成了先进的超高速数据信号处理和软判决纠错编解码技术。总数据占用频谱300GHz，频谱效率达到了4bit/Hz/s，是近年来采用QPSK调制方式的超100G超长距离传输实验中达到的最高值。实验中使用的4种光纤分别是G.652D、G.652D低损耗、大有效面积G.654D以及G.652B超低损耗光纤。与以往的实验采用光循环模拟超长距离传输不同，本次实验搭建了完整的光纤链路，使用商用的EDFA设备，完全模拟真实的传输环境，并且和完全实时的发送接收配合，对现网具有非常高的参考价值。整个传输过程没有经过拉曼放大。

本次实验是业内首次单波道T比特级超长距离WDM系统实时传输实验，且创造了在G.652光纤上无拉曼放大器且具备工程余量的条件下单波道T比特长距离实时传输的世界纪录，为中国电信下一代新型光纤的选择提供了重要依据。