40Gbit/s高速光传输技术的应用与挑战

2010-06-04 15:33:42来源: 电信网技术

     1 、40Gbit/s高速光传输的技术发展与应用现状

    1.1 40Gbit/s传输的业务背景

    40Gbit/s传输技术的出现和发展与以Internet为代表的电信网络业务与技术的蓬勃发展是分不开的,特别是最近几年Internet流量的爆炸性增长直接推动了40Gbit/s传输需求的出现和网络应用。

    从运营商角度出发,建设40Gbit/s高速光传输系统的业务驱动力主要有两个:一是骨干IP网络核心路由器的高速互联需求;二是某些大型金融机构、科研机构和政府部门用于其超级计算机或数据中心互联的40Gbit/s高速电路租用需求。对于国内运营商来说,目前的需求均属于第一种类型,第二种类型需求集中在北美、欧洲等发达国家和地区。

    中国电信的ChinaNet的规模和容量在全球骨干IP网络中已达到数一数二的位置,中国联通(原中国网通)的骨干IP网络也位列全球超大型IP网络之列,因此这两家运营商在国内最早出现对40Gbit/s高速光传输技术的需求,也最早建设商用40Gbit/s WDM传输系统。目前,40Gbit/s网络建设集中在骨干网,未来还将向城域网延伸。

    1.2 40Gbit/s传输的技术路线

    虽然早期业界曾提出采用4个10Gbit/s波道传输40Gbit/s信号的反向复用(IMUX,Inverse Multiplexing)解决方案,华为、爱立信(前马可尼)等厂商还推出了成熟的商用设备。但是随着需求和技术的发展,最终人们还是选择了单波道提速的路线,正如当年2.5Gbit/s WDM系统提速到10Gbit/s WDM系统一样,40Gbit/s WDM传输技术成为40Gbit/s传输的主流解决方案。

    从10Gbit/s到40Gbit/s,信号速率提高了4倍,但是技术难度的增长却远远不止4倍。40Gbit/s信号苛刻的传输性能要求使得沿用10Gbit/s传输技术完成40Gbit/s信号的长距离传输成为一项不可能完成的任务。我们假设都采用传统的NRZ码型:40Gbit/s信号的ONSR(光信噪比)要求比10Gbit/s信号高6dB,但是由于非线性效应的影响,入纤功率又要低1~2dB,因此40Gbit/s信号的OSNR受限距离大约只有10Gbit/s信号的1/6;更严重的,40Gbit/s信号的色度色散和偏振模色散(PMD)受限距离只有10Gbit/s信号的1/16。因此,40Gbit/s WDM传输需要一系列新技术来实现与10Gbit/s WDM传输大致相当的无电中继传输距离。其中先进调制码型是40Gbit/s WDM传输使能技术中最突出的代表,下面进行重点介绍。

    调制码型是40Gbit/s WDM传输技术中最精彩的部分,也是最丰富的部分,目前已商用的码型达到近10种。根据其技术特点,可以简单归成3类:

    (1)相位辅助的强度调制码型:其特点是信号通过强度调制方式传递,使用普通的直接检测技术,但是引入特定的相位调整手段来改善传输性能;代表性码型包括CSRZ(载波抑制归零码)、DRZ(差分归零码)和ODB/PSBT(光双二进制码/相位整型二进制传输码)。

    (2)强度辅助的相位调制码型:其特点是信号通过相位调制方式传递,使用差分或者相干等接收技术,具有较好的传输性能,同时引入NRZ,RZ等强度调制手段来达到改善传输性能、使用50GHz间隔等目的;代表性码型包括RZ-DPSK(归零-差分相移键控码),NRZ-DPSK(非归零-差分相移键控码)和RZ-DQPSK(归零-差分四相相移键控码),目前在现网应用较多的P-DPSK(部分差分相移键控码)也是一种特殊的NRZ-DPSK码,其特点是通过控制差分的幅度,抵消滤波效应带来的影响,从而以较小的代价实现50GHz间隔传输。

    (3)偏振复用调制码型:其特点是利用相互正交的两个偏振态来传递不同的信息,提高系统频谱使用率,降低单信道的信号速率,每个偏振信道的调制方式可以是上述调制码型的任意一种;目前在40Gbit/s WDM传输系统中实现商用的偏振复用调制码型只有北电的DP-QPSK(双极性四相相移键控码)。

    先进调制码型在40Gbit/s WDM传输系统中发挥的作用是全方位的,例如:延长传输距离,目前40Gbit/s WDM系统无电中继传输距离已经超过了1000km甚至1500km;满足50GHz间隔传输,提高频谱利用率;提高PMD容限,降低对光缆PMD性能的要求,扩大现网适用范围。表1列举了目前在国内传输设备市场较活跃的厂商40Gbit/s WDM传输设备采用的码型技术特点和应用场景。

    表1 40Gbit/s WDM系统常用码型比较表

    除了调制码型以外,可调色散补偿技术(用于弥补40Gbit/s信号色散容限过低的限制)、高速芯片技术(40Gbit/s FEC,Framer,SerDes等核心芯片)、高速调制/解调技术等也是40Gbit/s WDM传输系统的重要使能技术。

    1.3 40Gbit/s传输设备的发展与应用

    在40Gbit/s应用方面,传输设备的滞后实际上成为前些年40Gbit/s无法广泛应用的瓶颈因素。Cisco,Juniper等主流路由器厂商早在2006年就推出了商用40Gbit/s POS板卡,但是40Gbit/s WDM传输设备的普及是在2007年以后。特别是到了2008年,主流传输设备厂商都已发布了40Gbit/s WDM传输设备,在国内较活跃的厂商有华为、烽火、中兴、北电、上海贝尔、爱立信等。

    目前,主流厂商40Gbit/s WDM传输设备已经系列化,既有支持中短距离传输的ODB/PSBT等码型,也有支持中长距离传输的DPSK码型,甚至更复杂的DQPSK,DP-QPSK等码型,设备的适用性得到了极大提高。主流电信运营商也已广泛认可40Gbit/s WDM传输技术和设备的成熟性,按照业内知名咨询公司Ovum在2008年11月下旬最新出版的行业报告中的统计,截至2008年,全球已经有超过30个运营商部署了40Gbit/s传输网络,其中就包括中国电信和中国联通(原中国网通)。在该报告中,Ovum公司认为40Gbit/s传输技术已经进入“普及应用阶段(Generalized Deployment Phase)”,将迎来健康持续的发展期。

    中国电信是国内最早关注40Gbit/s传输的电信运营商。早在2004年,中国电信就开始了40Gbit/s传输技术研究工作,与国家科技部“八六三”计划合作,于2005年建成“上海—杭州40Gbit/s WDM实验传输系统”并运行至今,这是国内第一个,在国际上也属于较早的40Gbit/s现网实验传输系统。此后在多年持续跟踪研究40Gbit/s传输技术与设备的基础上,2008年中国电信建设了国内第一个商用40Gbit/s WDM传输系统,即“上海—无锡80×40Gbit/s WDM系统”,同时于2008年下半年进行了多厂商参加的40Gbit/s WDM传输设备及系统验证性测试,有力地推动了国内40Gbit/s传输产业的发展。从2009年开始,中国电信将根据其业务发展情况,按步骤推进骨干40Gbit/s传输网络的规模部署,首批建设的40Gbit/s WDM传输网络覆盖了长三角、珠三角等业务发展良好、40Gbit/s应用需求迫切的地区。中国联通(含原中国网通)也于2008年开始建设第一个商用40Gbit/s WDM传输网络,覆盖了华北地区的主要城市。

    随着产业链日渐成熟,40Gbit/s传输相关技术标准工作也日趋完善。ITU-T,OIF和国内的CCSA都制定并发布了一系列技术标准,有效促进了40Gbit/s传输设备的现网应用。

    2 40Gbit/s高速光传输技术面临的挑战

    虽然40Gbit/s高速光传输技术已经步入了规模商用阶段,但是为了应对复杂的现网应用环境和未来业务发展的进一步需求,40Gbit/s传输技术还面临着一些挑战。这些挑战有技术领域的,例如现网光纤PMD对40Gbit/s传输的限制;也有成本方面的,例如持续降低40Gbit/s WDM传输系统的成本,实现单比特×公里传输成本低于10Gbit/s WDM系统;还有下一代100Gbit/s传输技术的发展带来的挑战等。本章将对这些挑战进行详细分析,从中形成对40Gbit/s高速传输技术的未来发展方向和前景。

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关键字:光传输

编辑:金继舒 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/wltx/2010/0604/article_882.html
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