400G/2T高速光传输技术发展解析

　　400G/2T光传输技术面对的挑战

　　WDM(Wavelength Division Multiplexing)光传输系统的核心价值是以尽量低的成本提供尽量大的带宽。频谱效率(spectral efficiency)是衡量光纤传输容量的参数，其定义为传输的有效比特率和占据光谱带宽的比值. 10G和40G WDM的SE分别是0.2和0.8，单光纤总容量分别是800G和3.2T； 100G WDM系统提供了8T (C band SE=2)的传输容量，目前已有商用部署；400G WDM系统能提供16T到20T(C band SE=4~5)的传输容量，预期在2015年开始有商用部署；对2T WDM系统，需要提供约30T~40T(C band SE=8)的传输容量，并尽可能实现1000km的无电中继传输距离，以最大程度降低系统传输成本。但是当前光纤网络的传输容量已经逼近信道的香农极限，如图3所示：

　　图3  光传输系统的香农极限（OSNR： optical signal noise radio）

　　香农理论决定系统的频谱效率越高(容量越大)，信号无误码传输的需要的光信噪比OSNR就越高，过高的OSNR需求会导致光传输距离的急剧减少。而且在WDM系统中，还有光纤信道特有的非线性效应，非线性效应通过对信号功率的限制进而限制了OSNR，进一步压缩了提升频谱效率的技术空间。针对400G/2T速率，如何实现高频谱效率(大容量)和长距离兼得的传输系统，并维持低成本的趋势，是未来光传输系统面临的最大挑战。

　　400G技术方案

　　综合考虑系统容量、传输距离、系统成本和平滑演进等关键因素，400G线路传输可行的候选技术方案有：

　　四光子载波方案，基于PDM-QPSK 或 PDM-eOFDM(QPSK)方式；

　　双光子载波方案，基于PDM-QPSK/16QAM 或 PDM- eOFDM (QPSK/16QAM)方式；

　　单光载波方案，基于PDM-16/32/64QAM 或 PDM-eOFDM(16/32/64QAM)方式；

　　无论是单光载波方案还是电域多子载波的eOFDM (electronical Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 方案，从光电模块硬件实现方式上两者没有区别，都是使用偏振复用PDM (Polarization Division Multiplexing)和IQ调制，调制格式都采用QPSK (Quadrature Phase Shift Keying)和QAM (Quadrature Amplitude Modulation)。下面介绍一下三个技术方案：

　　四光子载波的PDM-QPSK或PDM-eOFDM(QPSK)方式：

　　图4  4SC-PDM-QPSK 或 4sc-PDM-eOFDM(QPSK)方案