40Gbit/s SDH 光纤传输设备的发展

作者：石开
 

　　SDH传输系统经过近十年的商用，线路速率从最初的155Mbit/s系统已经发展到了现在10Gbit/s，每一次传输网速度跃变间隔的时间越来越短。10Gbit/s光传输系统已经被大多数运营商应用到骨干网络，那么离40Gbit/s系统大面积商用还有多远呢？

　　一、40Gbit/s光纤传输系统需求分析

　　目前各网络运营商对网络建设的考虑更加理性化，除了考虑网络的容量安全等问题外，对网络建设和维护成本的敏感程度在逐渐提高。因此在网络建设时，运营商希望每比特信息量的传输成本得到降低，从光纤通信的发展历程来看，提高单信道的传输速率是一个不错的选择，根据已往的经验，单信道传输速率提高4倍，每比特的传输成本能降低30％到40％。另一方面，从网络维护的成本考虑，对于长距离传输的密集波分系统而言，传输同样的信息流量，采用40Gbit/s速率的单信道比10Gbit/s速率的单信道占用的波道数量会有一定程度的减少，波道数量的减少能够有效降低网络运维产生的成本。

　　从业务需求的角度来看，各种新型电信业务的出现对传输网带宽提出了更高的要求，比如宽带上网、视频应用以及无线3G业务等大带宽应用的迅速普及，使运营商对通信网络的带宽需求在迅猛增长，以P2P 为代表新的互联网应用的普及导致IP 流量持续快速增加，高达75%到125%的数据增长率，已经使全球因特网的骨干网带宽已达到了6～9个月就翻一番的地步。提高光通信的传输容量有两个方面的途径：一是在一对光纤上传送多个光信道，即波分复用（WDM）方式；二是提高单个光信道的传输速率，单通道的传输速率已经从最初的8 Mbit/s提高到目前的10 Gbit/s（STM-64），下一步将向40 Gbit/s（STM-256）发展。

　　二、40Gbit/s光纤传输系统技术发展

　　40Gbit/s光通信系统能否实现商用，一个关键因素是看能否实现长距离传输，实现长距离传输会遇到诸多光学和电子学领域的问题。当信号速率达到40Gbit/s时，光信号会受到色度色散、偏振模色散、非线性效应、光信噪比等光学特性方面的限制。在40Gbit/s SDH系统设备上，需要考虑40Gbit/s信号的成帧技术，光传输码型和调制方式的选择，以及大容量交叉芯片技术等。下文主要对40Gbit/s SDH光纤传输系统涉及的关键技术进行一下介绍：

　　(1) STM-256 成帧处理技术

　　国际电信联盟ITU-T 2000 年发布了新的G.707 标准，建议中规定了STM－256 的帧结构、复用路径和复用结构。由于STM-256 帧结构很长，且由4 路STM-64 信号按长度为64 字节块间插复接而成，电路规模十分庞大，至少相当于4 路STM-64 成帧器芯片。一路STM-64 成帧器芯片电路规模已十分庞大，实现已不容易，STM-256 成帧的难度更大。

(2) 40 Gbit/s 超高速信号的调制解调技术

　　40 Gbit/s 系统中选用的光调制器以及光信号的码型对40 Gbit/s 信号的传输距离和传输效率有着重大的影响。在10 Gbit/s 及其以下速率的系统中，一般采用的是非归零（NRZ）编码格式。因为NRZ 码实现比较简单，技术比较成熟。在超长距离10 Gbit/s 及40 Gbit/s 系统中，归零（RZ）编码技术也开始采用。RZ 码是一种更为有效的编码格式，它具有有利于时钟恢复，比NRZ 编码具有更高的峰值功率，不易受到非线性失真和偏振模色散的影响等优点，但RZ码调制一般要有两个调制器，成本高，复杂性大。目前也在研究一些新的调制码型，主要有CS-RZ（载波抑制的归零码）、RZ-DPSK(差分相移键控归零码)等。由于40 Gbit/s 系统对调制器的要求更高，要求这些调制器具有高调制带宽、高消光比、低回损、高饱和功率和低驱动电压。对于40Gbit/s 传输系统，尚无直接调制的光源可用，必须采用外调制器。

　　(3) 大容量交叉连接

　　实现颗粒为VC-4 的大容量交叉连接技术难度很大，主要表现在交叉规模太大，芯片的规模和功耗很大，实现不太容易。目前最大容量的交叉芯片有160 Gbit/s 、180 Gbit/s，实现320 Gbit/s 交叉容量需要采用多片级联的方法构造。采用3 级CLOS 方式构建大容量交叉连接矩阵，高速连线数量非常多，交叉算法非常复杂。当前的交叉芯片的实现技术主要有两种:一种是采用时分-空分-时分（TST）结构的交叉技术来实现，采用该技术芯片电路规模小一点，但在交叉连接的实现算法比较复杂，交叉连接的实现速度、重构性等方面有些不足；另一种结构是一种基于比特切割的实现方法，可以实现任意端口任意时隙之间的交叉，实现算法简单，容易级联与扩展，交叉连接的速度快，重构性强。

　　(4) 前向纠错技术

　　FEC（前向纠错）技术是通过在光信号外增加额外的编码信号，用来探测、隔离和纠正传输过程中产生的任何错误信息。采用FEC 技术，可以改善系统传输误码率，补偿链路的性能下降，延长光链路的传输距离。另一方面，可缓解对光器件技术指标的严格要求和放松光器件的制造条件，从而可提高产量和降低生产成本。在40 Gbit/s 系统中采用FEC 技术，FEC 编码对ASIC 设计要求更高，实施起来更复杂，这种采用电子电路的复杂性来换取光功率预算的增加，是延长光电再生距离一个有效手段。

　　三、烽火通信40Gbit/s技术进展情况

　　烽火通信作为国内组要通信设备供应商之一，在40G的研发方面一直处于业界领先水平，在“十五”计划期间，烽火通信就承担了国家“十五”攻关项目－40Gb/s (STM-256) SDH设备与系统，以及国家“863”项目－基于T比特的80X40b/s 波分复用系统的研制两个40G重大课题，开始了对40G技术的全面攻关。经过多年的努力，已经研制出国际上第一套具有标准的STM-256帧结构的40Gb/s SDH设备，现实了40Gb/s单通道信号在常用的G.652和G.655光纤上无电再生560公里无误码传输，并且40Gb/s SDH设备在泰尔实验室进行了现网稳定运行试验和测试，为40G系统的测试和商用积累了一定的经验。为满足通信网智能化的发展趋势，烽火通信在前面两项重大科技成果的基础上，开发开出具有40 Gb/s STM-256接口的智能光网络设备——FonsWeaver780A，目前FonsWeaver780A已获在国内外得了规模商用。