烽火100G技术带来传输系统重大变革

4/7/2013，不同于以往的2.5G/10G/40G波分传输系统，100G光传输在实现上伴随着一系列重大变革，包括偏振复用相位调制技术、基于数字信号处理的数字相干接收技术和基于软判决的第三代超强纠错编码技术等。

    基于数字相干接收PM-QPSK调制的100G光传输技术在长距离光传输技术史上具有里程碑意义，这不仅仅体现在100G光传输性能的巨大提升和建网运维的显著优势上，更是由于其为后续更高速率传输技术的发展奠定了基础。今后的超100G光传输将继承100G光传输系统的设计思想，采用偏振复用、多级调制提高频谱效率，采用OFDM技术规避目前光电子器件带宽和开关速度的限制，采用数字相干接收提高接收机灵敏度和信道均衡能力。然而，超100G光传输由于非线性效应的限制，传输距离和频谱效率之间的矛盾非常突出，选择更高级别的QAM调制提高频谱效率和传输速率，其传输距离可能远低于目前的100G系统。这决定了100G速率在长距离光传输应用上会占据一个比较长的时间窗口，保守估计其大规模在网应用时间在10年以上。

    100G光传输采用的数字相干接收机通过相位分集和偏振态分集将光信号的所有光学属性映射到电域，利用成熟的数字信号处理技术在电域实现了偏振解复用、信道损伤（CD、PMD、非线性效应）均衡补偿、时序恢复、载波相位估计、符号估计和线性解码。数字相干接收技术使光传输系统具有足够的色散容限和偏振模容限，无需考虑线路传输上的色度色散和偏振模色散的影响，这给网络建设和运维带来一系列好处，主要包括：

    简化了传输线路上的光学色散补偿和偏振解复用设计，线路设计更简单。

    消除了对低PMD光纤的依赖，适用于各种规格的传输光纤，方便光纤线路速率升级。

    消除了传输线路DCF光纤非线性效应的影响，减少了线路放大器的数量和ASE噪声的影响，降低了线路成本，提升了系统长距离传输的能力。

    减小了线路传输时延，按照1km光纤5us的时延计算，消除DCF光纤所带来的时延减少非常可观，这对时延敏感的应用环境意义重大。

    保护恢复时间小于50ms，不同于40G系统，100G数字信号处理自适应色散补偿算法收敛迅速，完全满足电信级恢复时延的要求。

    100G发射机和接收机是一个互补的整体，对其性能的评估不宜分开来分析。10G/40G光传输系统中线路损伤的补偿和均衡大都在线路上通过光域补偿器件来完成，发射机和接收机的信道均衡能力比较弱，在发射端和接收端分别定义相关的模板参数就足以评估发射机与接收机的性能。与以往10G/40G速率不同，基于数字相干接收的100G光传输，其包括色散补偿在内的信道均衡通过数字信号处理的方式实现，信道均衡补偿算法可以置于发射机或接收机。由于各厂家信道均衡算法不同，发射机和接收机分配信道均衡能力的方案不一致，无法用一个参数模板对100G的发射机和接收机的性能进行优劣评估。

    对于100G系统的性能评估，业界尚未有成熟统一的评估方法，目前业界提出的性能监测评估方法有Q值（纠前误码率通过误差函数与Q值相对应）、光信噪比（OSNR）、光功率以及误差矢量幅度（EVM: Error Vector Magnitude）等。

    在中国通信标准化协会（CCSA）委托中国电信牵头起草的《N×100Gbit/s光波分复用（WDM）系统技术要求》中采用“Rn参考点纠错前误码率（Pre-FEC）”作为评估指标。《N×100Gbit/s光波分复用（WDM）系统技术要求》中也介绍了采用该指标的原因，即“基于50GHz 的N×100Gbit/s WDM 系统目前采用常规OSNR 测试方法无法实现在线测试，新的测试方法尚不成熟，这样，在N×100Gbit/s WDM系统中采用OSNR指标进行在线运行维护时将带来不便。因此有必要引入一种便于在线评估N×100Gbit/s WDM系统性能的辅助指标，以进一步增强N×100Gbit/s WDM系统的运行维护能力。Rn参考点纠错前误码率（Pre-FEC BER）则是满足上述要求有效的辅助手段之一”。Rn参考点在数字信号处理之后纠错解码之前，采用Rn参考点纠错前误码率（Pre-FEC BER）而不是R点OSNR作为100G传输性能的评价指标，实际上就是考虑到各厂家信道均衡能力存在差异。

    实际上，考虑到非线性效应的影响，OSNR作为一个传输光信号性能指标已经不适用于相位调制的光信号，但业界已经习惯于沿袭该适合于10G强度调制的指标。但对于基于PM-QPSK调制的100G系统而言，非线性效应的影响非常突出，无法像40G相位调制（DPSK、DQPSK）那样继续采取忽视的态度。总之，基于非线性效应影响的考虑，OSNR已经不适合作为100G 光传输性能的评价指标，但考虑到用户的运维习惯，可以作为一个参考。这在CCSA《N×100Gb/s光波分复用（WDM）系统技术要求》中采用纠前误码和Q值而不是OSNR来评价系统性能就已经得到很好的诠释。

    此外，基于PM-QPSK调制的100G光信号，其频谱较宽，不适合采用类似10G在线OSNR监测的带内法，又由于采用了偏振复用技术，不适合采用类似40G在线OSNR监测的内插法。目前设备厂商都积极设法采用模拟仿真的方式估算OSNR值，运营商也表示100G OSNR在线监测对100G的运维有一定的参考价值，但目前技术尚不成熟，技术细节不透明，测量精度有待提高，其运维价值有待进一步验证。

    Q值（纠前误码率）可以比较全面地反映收发机之间的光传输性能，但由于其为系统整体传输指标，无法具体描述链路运行状况，对网络运维价值有限。考虑到光功率和Q值均可在线监测，两者配合使用可以满足运维要求。一旦线路调试完毕，各监测点光功率的变化即可完全反映系统运行状况。当监测到各传输通道Q值劣化后，追踪各监测点光功率变化即可定位线路问题。烽火网管系统可实时反映各通道Q值和监测点光功率变化，并提供实时预警分析以提高运维效率。

    误差矢量幅度（EVM）可在监测点用DSP恢复为星座图后评估发射机和传输性能，可以同时反映强度和相位噪声的影响且不受调制格式限制，是100G乃至超100G传输理想的性能监测方式，但由于相关标准化工作进展缓慢，其成熟商用还需要一段时间。

    作为中国优秀的信息通信领域设备与网络解决方案提供商——烽火通信在国家973项目《超高速超大容量超长距离光传输基础研究》和国家863项目《100GE光以太网关键技术与传输实验系统 》的支撑下一直致力于100G及超100G光传输技术的研究和开发，并于2011年全球首次在实验室实现了单光源1.92Tb/s和C波段30.7Tb/s的光传输。

    烽火通信100G OTN产品同时提供支线路合一和支线路分离两种解决方案，单盘采用第二代40nm工艺ASIC芯片，具有功耗低（OTU典型功耗150W）和集成度高的优点。

    烽火100G系统于2011年12月率先通过中国电信组织的全球最大规模100G测试，较其他厂家提前了1~2个月，测试各项性能指标领先。在2012年3月马来西亚电信组织的100G系统测试中各项指标第一。随后通过了中国移动和中国联通组织的100G系统测试，并于2012年8月率先通过中国移动组织的“杭州－福州100G OTN现网测试”。经过测试和验证，烽火通信100G具有如下特点：

    采用数字相干检测偏振复用正交相移键控（PM-QPSK）调制技术，支持50GHz通道间隔。

    单根光纤C波段满配9.6Tb/s无电中继传输距离经现网测试超过2600km，可成倍提高光缆的利用效率，减少布纤施工，降低网络成本。

    凭借优异的电域补偿算法消除了100G光信号在传输过程中的CD/PMD限制（CD容限大于60000ps/nm，DGD容限大于105ps），使其对光纤CD/PMD参数不敏感, 线路上无须CD、PMD补偿模块，精简链路设计，降低了线路传输的故障率，简化了网络维护。

    采用13%开销的SD-LDPC和7%开销EFEC相结合的前向纠错编码算法以较小地实现复杂度与处理时延获得12dB的编码增益，纠错极限达到2e-2，确保了网络传输的可靠性、稳定性和健壮性。

    具有很强的ROADM级联穿透能力（23级ROADM级联OSNR代价小于0.5dB），支持全光交叉灵活调度。

    OMSP/OLP保护倒换时间<50ms，满足电信级保护倒换时间要求。

    与现有WDM传输系统兼容，可实现现网10G/40G系统的平滑升级, 系统扩容简单方便。

    烽火凭借在100G技术领域的长期积累，不但在国际国内多次测试中以优异的成绩获得了广泛的肯定，而且成功建设了多个100G商用工程。烽火100G系统在武汉电信、马来西亚电信（TM）取得了规模商用，在广东电信、黑龙江移动、泰国CAT也已投入应用。此外，还有多个100G项目正在洽谈之中。放眼不太遥远的未来，100G WDM/OTN将迎来在国际国内干线承载网及大型本地/城域网的全面应用，烽火有信心依靠技术、设备以及服务，在100G商用浪潮中取得令人瞩目的成绩。 
   来源：人民邮电报