世界上首次在一条10Gbps混合光纤ULH链路上的40Gbps测试

David Z. Chen, Glenn Wellbrock      MCI公司
Steve J. Penticost, Dilip Patel, Christian Rasmussen      Mintera公司
Mark C. Childers, X. Yang, M.Y. Frankel      CIENA 公司

 摘要：MCI，Ciena以及Mintera公司已经成功地演示了利用Ciena设计的1200公里长超长途（ULH）系统在MCI多跨度、混合光纤路由线路（萨克拉曼多到盐湖城）上实现了高质量的40Gps CS-RZ光信号传输。
关键词：ULH 10Gbps 40Gbps

1.前言

在2004年5月，MCI，Ciena以及Mintera公司联合宣布完成一项重大现场测试，本次测试采用了最新开发的光传输技术，伴随那些采用成熟40Gbps技术的相关产品，最终在没有OEO再生的情况下成功完成1200公里的ULH现场光纤网络的信号传输[1]。在2004年2月，MCI开始在北美铺设Ciena的世界级10 Gbps ULH系统，从加州的萨克拉曼多到犹他州的盐湖城，之所以选择这条路由线路来进行40 Gbps的overbuild测试是看中这里的混合光纤网络环境。MCI一直在研究40Gbps的应用，这其中主要的原因是MCI看到了这种技术所具备的潜在ULH经济效益。本次测试的主要目标是验证其性能，尤其是想了解40Gbps信号在现有10Gbps ULH传输网络上运行的可行性，以及40Gbps光脉冲对色散、非线性以及偏振模色散（PMD）的敏感度。MCI采用了一种异于传统归零码（RZ）和非归零码（NRZ）的新兴光调制技术，尤其是在40Gbps应用时。这种新兴调制技术已经被发表或提交到最近的几个光纤会议和主要光子杂志上[2]。而我们上述提到的现场测试就证明：40 Gbps载波抑制归零码（CS-RZ）技术将成为ULH应用中的最有潜力的光调制技术之一[3]。

2.现场测试配置

本次测试的另外一个目的是想验证一下Ciena的10 Gbps ULH Corestream与Mintera的MI- 40000 40 Gbps ULH设备之间的互用互通性。萨克拉曼多到盐湖城路由线路在2004年1月24日启动，这条路由线路采用了10 Gbps超高密度（UHD）TXCVR和特有数据压缩复用器（DCM）的布置，从而在一条混合光纤、跨度为1200公里（19 x ~65 km）的网络环境里获得10 Gbps UHD信号。从萨克拉曼多到雷诺（Reno）这段距离主要采用的是LS光纤，其他还包含了5公里的SMF光纤和20公里的DS光纤。从雷诺到盐湖城主要采用了True Wave光纤，其他包括了5公里的SMF光纤。现有的10Gbps残留色散图并没有改变，只不过为40Gbps通道增加了前置和后置色散补偿。另外在串联（in-line）色散补偿部分，Ciena的10 Gbps ULH CoreStream系统由于采用多项设计技术使之既适合10Gbps信号传输又适合40Gbps信号传输。in-line光器件也是按照40Gbps传输的严格要求而设计的[4]。一种弹性、多级mux/demux基础网络设施一般允许比特速率和通道间隔能独立于子带基，同时在光性能监测仪之间又能实现智能光功率和动态光谱管理控制回路。在信号横向穿过放大器链路的时候，就需要动态增益均衡器来稳定功率，使增益的倾斜和波纹最小化。当前，多重10Gbps通道一般用在192.3 THz 到192.675 THz以及193.90 THz 到194.275 THz的频率范围内，通道间隔为50GHz。一个频率范围在193.90 THz到194.275 THz之间的光分插复用器（OADM）放置在雷诺，用来对通道间隔为50GHz的10Gbps通道进行上下话路。

本轮测试有三个主要目的：
一是要对Mintera ULH 40 Gbps信号进行充足的长时间的运行处理。
二是要验证一下事前所预测的所有主要设备都会互通的观点是否属实，包括DCM的布置以及系统裕量margin。
三是研究40Gbps信号对不同损伤的性能裕量（margin）。

一个10Gbps测试装置与40Gbps TDM mux上的一个端口相连。而40Gbps发射信号如图1所示连接到路由器Mux端口上，而两边的接收信号则连接到路由器的demux端口上。Mintera的40 Gbps设备集成了一个EDFA来调整那些输入到接收器中的功率。

数个前置和后置补偿组合被放在了40 Gbps TXCVR和路由器端口之间，以求获得优异的Q/BER参数。

3.主要现场测试结果

经过48小时的稳定测试后，图2a显示了在1200公里链路终端的10Gbps和40Gbps光谱。Mintera 40 Gbps CS-RZ信号处在中间，左边和右边光谱是10Gbps信号。这些混合光谱通过了所有的光滤波器、放大器和色散补偿光纤（DCF）。图2b显示了Mintera 40 Gbps CS-RZ发射眼图。图2c显示经过1200公里传输后的40Gbps信号接收眼图（OSNR受限）。

图1 Ciena, Mintera ULH 系统在MCI网络上的设置和测试结构

图2a 经过1200公里后的接收OSA图  图2b 发射眼图  图2c 经过1200公里传输后的接收眼图

图3a 萨克拉曼多节点上的设备   图3b 入纤功率与BER关系图

图3a显示了在MCI萨克拉曼多运营节点上Ciena 与 Mintera的设备图，Mintera 40 Gbps转发器处在最显眼的位置上。图3b显示了Mintera 40 Gbps入纤功率与BER关系图，结果显示当入纤功率为4.5 dBm才是最适合进行CS-RZ信号传输的时候。Mintera同时也在接收器端采用了一个可调色散补偿模块（TDCM），色散容限为450 ps。图4则显示了经过30小时测试后的BER性能。

图4：经过长时间pre-FEC BER测试图谱

图4中经过长时间pre-FEC BER测试后发现有一些BER波纹，这主要是光纤PMD所引起的，这些波纹在实验室并不存在。在输出端（post-FEC），不存在误码，系统最终的BER为10^(-15)。

4.结论和未来的工作

10 Gbps与40 Gbps信号混合测试已经获得圆满成功，我们相信，通过本次测试，40Gbps网络的铺设速度将会加快（伴随合理的BER裕量），测试的结果也说明，在现有的10Gbps ULH线路上构建40Gbps网络的思路是可行的。Ciena的系统由于设计独特，使之可以与任何第三方的40Gbps设备混合使用。从最终结果上看，Mintera的CS-RZ 40 Gbps转发器可以成为未来ULH应用的不错选择。通过本次测试，我们已经发现一些互用互通性问题已经被设备商和运营商解决，而系统裕量也可被改善，因此40Gbps信号在实际传输中的传输距离超过了1200公里，证明了40Gbps和10Gbps混合传输技术正一步步走向成熟。

5.参考文献
[1] B. Mikkelsen, C. Rasmussen , "Deployment of 40 Gbps system: technical and cost", OFC 2004, ThE6.
[2] Loic Becouarn, Ghislaine Varei lle et al, "42x42.7Gb/s RZ-DPSK transmission over a 4820-km long NZDSF deployed line using C-bandonly EDFAs", OFC 2004 post deadline paper, PDP37
[3] Christian Rasmussen, Fenghai Liu et al., DWDM 40G transmission over trans-Pacific distance (10,000 km) using CSRZ-DPSK, enhanced
FEC and all-Raman amplifier 100 km UltraWave fiber spans, OFC 2003 post deadline paper, PD18-1.
[4] H. P. Sardesai, S. Song, S. Upadhyay, A. Khot, S. Sluz, E. Kintzer, "800 Gb/s (20 x 40 Gbps) C-band transmission over 900km of dispersion shifted fiber", OFC 2003, FN5.