100G传输技术及应用探讨

　　0 前言

　　国内三大运营商分别完成100G系统测试后，也相继或正在启动100G系统现网（试）商用。100G技术逐渐从规模验证阶段开始走向商用阶段。与40G系统以纷繁复杂的调制码型区分应用场景不同，100G系统的码型和调制方式归于统一，偏振复用正交相移键控（PM-QPSK）传输码型结合相干接收成为主流方案，同时数字信号处理（DSP）算法以及前向纠错（FEC）编解码成为决定100 Gbit/s性能的关键因素组成。本文对100G系统的技术特性和传输性能进行了分析，同时还较深入讨论了100G系统规模应用时面临的混传、OTN调度、跨段规范等问题。

　　1 100G 系统主要传输技术

　　1.1 100G 系统OSNR 与FEC

　　光信噪比（OSNR）是WDM 系统最关键的指标之一。相对10G系统或40G系统，100G系统由于速率明显增加，对OSNR的要求更为严格。基于PM-QPSK结合相干接收的100G传输技术方案，一方面通过多级调制降低信号波特率，降低系统OSNR要求，另一方面，基于相干接收原理并结合高速DSP处理也可同样在明显改善OSNR要求的基础上，还可在电域补偿数万ps/nm的色度色散（CD）和数十ps的偏振模色散（PMD）。

　　FEC技术以编码冗余度（7%~20%）以及相应的芯片处理复杂度来换取更大的净增益，同时也是改善100G系统OSNR要求的关键技术之一。光互联论坛（OIF）建议软判决FEC开销比小于20%，纠错极限可以达到1E-2量级。根据研究结果，低于20%开销比时净增益随着冗余度增加而增大，而超过后受错误平层（Error Floor）影响增益反而下降［1］。另外，信号速率提高导致数模转换（ADC）和DSP处理能力要求也急剧增加（见表1）。7%开销的硬判决（HD）方式（有些厂商也采用FEC开销比大于7%的HD方式），ADC的采样率一般需要56 GSa/s左右，软判（SD）的开销比达到20%时，线路速率达到128 Gbit/s，ADC采样速率一般需要64 Gsa/s左右，功耗基本要比硬判决高出20%左右，同时也要采用40 nm 甚至28 nm 工艺的专用集成电路（ASIC）技术才能实现高运算量和低功耗目标［2］。从目前设备厂商的设备具体实现来看，大部分厂商倾向于软硬结合的判决方式，以平衡算法复杂度、功耗等关键参数。

　　1.2 100G 系统非线性效应

　　光纤非线性效应的强弱与入纤光功率、光信号速率、调制码型特性、光纤色散系数以及跨段数目等均有关系。在相同传输码型的前提下，光信号的调制速率越高，一般对光纤非线性效应的忍耐程度越低［3］。从100G系统实验室测试验证结果看，非线性效应明显限制了100G系统的入纤功率大小（见图1）。若按照基于2 dB 系统OSNR 代价衡量标准，当系统采用G.655光纤时，实验室测试结果显示在长距传输时100G系统入纤功率不建议超过3 dBm，G.652因光纤芯径差异导致非线性效应略弱，入纤功率可适当提高一些。