40Gb/s波分系统设备技术

3、传输限制因素及技术解决方案

3.1、系统噪声

系统中光放大器产生的放大自发辐射(ASE)噪声是限制传输性能的主要因素。系统中ASE用OSNR来衡量，即通道内的信号功率与0.1nm内的噪声功率的比值。40Gb/s的波分系统传输性能的评估优先考虑OSNR代价，而不是以往的通道功率代价。系统的OSNR设计从两方面进行考虑：提高系统接收端的OSNR和提高系统的OSNR容限。系统接收端的OSNR与系统的OSNR容限之差就是系统的OSNR裕量。

波分系统的接收端的OSNR与传输距离、每跨段距离、单波入纤光功率、光放大器个数密切相关。提高单波入纤光功率可有效提高系统接收端的OSNR，但必须权衡考虑非线性效应引起的OSNR代价。传输距离越长，系统的OSNR代价越大。

40Gb/s系统的OSNR容限比10Gb/s系统差6dB，OSNR容限成为40Gb/s系统工程实用化首当其冲的技术难题。提高系统OSNR容限的途径包括多种：采用更高OSNR容限的调制码型、提高消光比、优化接收机、采用前向误码纠错(FEC)技术。FEC是提高系统OSNR容限的最有效的手段，目前40Gb/s FEC芯片已成熟商用。FEC提高系统OSNR容限的能力用编码增益来衡量。ITU-T G.709[4]中提供的标准FEC的编码增益大约5.8dB，ITU-T G.975.1[5]列出了多种增强型FEC，编码增益为8.5 dB左右，不同FEC之间不能互联互通。

3.2、非线性效应

波分系统中常见的非线性效应包括自相位调制(SPM)、交叉相位调制(XPM)、四波混频(FWM)、受激喇曼散射(SRS)、受激布里渊散射(SBS)。对40 Gb/s系统传输而言，影响最严重的是通道内四波混频(IFWM)和通道内交叉相位调制(IXPM)[6-7]。

在10 Gb/s系统长途传输中，SPM效应一定程度上相当于色散补偿，推荐色散欠补偿20 km左右；但40 Gb/s系统的SPM效应并不明显，推荐完全补偿。40 Gb/s波分系统属于伪线性系统，光纤色散导致信号脉冲迅速相互交叠。G.652光纤40Gb/s波分系统，IFWM起主导作用；G.655光纤40Gb/s波分系统，IXPM起主导作用。40Gb/s的线路侧调制码型均有载波抑制，例如ODB、NRZ-DPSK、RZ-AMI，这样在40Gb/s单跳超长系统中，SBS不再是最大入纤光功率的限制因素。FWM限制了G.653光纤的波分复用，可以优化波长配置方案、采用RZ-AMI码传输来降低FWM的影响、采用光纤色散系数较大的L波段进行波分传输[8]。

3.3、色散补偿

色散补偿分光域色散补偿和电域色散补偿。40Gb/s系统的色散容限小，NRZ40G色散容限只有NRZ10G的1/16。40Gb/s的电域色散补偿由于受芯片处理速率限制，暂时还不成熟。40Gb/s波分系统的光域色散补偿分固定色散补偿和可调色散补偿，即：复用段配置固定色散补偿，通道层的接收机之前配置TDC。DCM完成复用段色散粗略补偿，TDC大多采用技术相对较成熟的光纤光栅，完成通道层色散精细补偿。

TDC的色散并不是宽带分布，色散带宽与色散调整量存在相互制约的关系，系统设计需考虑色散带宽满足调制码型的带宽需求。TDC采取自适应色散补偿策略，反馈信号为FEC芯片提供的纠错信息，根据纠错前误码率的变化规律指导色散调整。目前TDC只能调整总色散，不能调整通道色散。未来有可能出现通道级TDC，从而可以在复用段完成可调色散补偿，大幅度降低通道层接收端的配置复杂性。

3.4、偏振模色散

偏振模色散(PMD)源于光纤的双折射，使得信号的不同偏振态分量产生了离散效应。PMD效应用差分群时延(DGD)来衡量。DGD容限与信号传输速率相关，40Gb/s的DGD容限很小，例如40Gb/s的NRZ-DPSK只有8ps，从而不得不考虑PMD设计。

系统的PMD设计可从两方面着手，降低系统PMD和提高系统DGD容限。降低系统的PMD可通过采用PMD较低的光纤及器件，也可以通过PMDC实现。目前已铺设的光纤的PMD系数很小，大部分都是小于

0.05ps/km1/2。PMDC分光域补偿和电域补偿，电域补偿受限于芯片处理速率，光域补偿也尚未达到工程实用化的水平。分布式快速扰偏结合FEC技术最有可能成为PMDC的实用方案，通过快速扰偏降低突发误码，平均化后的突发误码利用FEC机制完成纠错。系统的DGD容限主要与调制码型以及信号速率有关，超长距离传输时可以采用DGD容限较高的调制码型。

3.5、频谱效率

频谱效率定义为信号速率除以信号所占的带宽，以C波段80/96×40G波分系统为例，频谱效率为每赫兹0.8b/s。目前广泛应用的50GHz间隔传输的10Gb/s波分系统设备的频谱效率为每赫兹0.2b/s，25GHz间隔的10Gb/s系统的工程应用相对较少。40Gb/s波分系统将以50GHz间隔波分复用为主，少数超长距离系统为100GHz间隔波分复用。40Gb/s波分系统应用于50GHz间隔波分复用时，尤其在可重构的光分插复用器(ROADM)系统中，需考虑多个滤波器级联的OSNR代价。

40Gb/s系统通过减小信号谱宽来实现更密集的波分复用。例如ODB码，由于压缩了谱宽，从而可以适用于50 GHz间隔波分系统；传统的NRZ-DPSK适用于100GHz间隔波分复用，如果减小解调器的延时，在略微牺牲OSNR容限、非线性性能、DGD容限的前提下，也可以应用于50GHz间隔波分复用；多电平调制和偏振复用降低信号码速率可获得窄信号谱宽；残留边带调制(VSB)技术也可以减少信号谱宽，实现更密集的波分复用；相干检测也可容忍更密集的波分复用。

作者：沈百林   来源：通信世界网