100G关键技术之调制、接收和FEC

7/8/2013，伴随着40G网络的规模部署，以互联网为代表的数据业务的爆炸式增长，以及宽带业务和带宽饥渴型应用的增加，使得骨干网数据量以每5年接近8倍的速度增长，骨干传输网要求支持100G传输的呼声越来越强烈。

    和40Gb/s技术类似，除了支持现有通路间隔(如100GHz、50GHz)和尽量提高频谱利用率之外，100Gb/s的关键技术主要体现在调制编码与复用、接收技术、FEC、等多个方面。本文将将从这三个方面，介绍近期100G线路传输解决方案的最新进展与技术。

100G调制技术[/b\

    调制技术一直是WDM的研究热点。随着比特率的增加和传输距离的延长，WDM的长距传输受4项物理条件限制： OSNR(光信噪比)、色散、非线性效应、PMD(偏振模色散)。这些物理因素受调制速率影响，调制速率越高，影响越明显。

    目前，QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)是100G调制方式的最佳选择，比特率是112Gbps或者更高。如果直接采用QPSK调制，会对系统的光/电器件质量提出非常高的要求，所以业界提出了偏振复用(Polarization Multiplexed)方案。偏振复用采用两路独立的光偏振态来承载56GHz业务。每路偏振态都采用QPSK调制方式，可以将100G信号速率降低到28Gbps。降低光/电器件的带宽需求，在网络建设的初期阶段就可以降低功耗和成本。OIF(光互联论坛)也建议采用PM-QPSK作为100G的长距传输调制方式。

    在发射端，原始的100G信号被分为4路低速信号，由于FEC和OTN开销，每路信号为28Gbps。激光器发出的信号分为垂直和水平两个偏振态。用两个频率相同的偏振态来承载信号，可以使速率降低一半，降低带宽，适应更紧凑的通道间隔。QPSK采用4个传输相位调制每个偏振态的光信号(见图2)。在发射端，两个偏振态的QPSK调制信号会被合在一起在线路侧传送。偏振复用和QPSK的使用，可以将调制速率降为1/4，使100G系统能使用成本更低的技术。同时更低的调制速率可以降低光信号传输参数的灵敏度，相比10G系统，100G在CD(色度色散)和PMD上拥有更好的容限。

                    [b]PM-QPSK光发射机模块框图

相干接收和DSP技术

PM-QPSK调试方式可以满足100G传输OSNR的要求，但是，这种调制方式下的色散和PMD容限还是太低。相同光调制方式下100G跟10G相比，OSNR容限要差10dB，PMD容限会降低10倍，CD容限降低100倍，因此必须采用先进的技术手段保证100G的实用性。选择相干光、平衡光接收技术，相比NRZ(不归零码)直接接收提升OSNR容限近6dB。其接收原理框图如图3所示。

相干接收不但可以提高接收信号的信噪比，而且可以补偿一些信号在传输中产生的损伤。相干接收可以保存光信号的相位信息，这样可以用电处理的方式来还原出两路偏振态并且补偿信号由于长距传输造成的一些损伤。业界现在普遍看好采用高速电信号处理(DSP)技术来去掉由于CD和PMD所带来眼图上的失真和码间干扰。基于电处理DSP技术的100G传输系统，色散容限可以达到40000~60000ps/nm，PMD容限可以达到25~30ps。线路中将不再需要色散补偿模块，PMD也不再是传输距离的限制因素，网络的部署和灵活性会大大提高。


                相干接收DSP原理框图

SD-FEC

    除了调制和接收技术，前向纠错技术(Forward Error Correction)在确保信号的长距可靠传输方面也起着非常重要的作用。相比于10G系统，100G的OSNR需要提高10倍，这需要多种技术的组合应用才能实现，其中就包括FEC。

    在硬判决FEC中，解码器判断信号的标准是在二进制的0和1之间选择，这种编码模式丢弃了信号的一些统计特性。软判决可以最大限度使用信号中包含的信息，精细化分信号的判断标准，然后应用这些丰富的信息来判断接收到的信号是“1”还是“0”。使用这种采样信息，解码器可以提供更高的解码准确率从而提高系统性能。在相同的速率下，软判决FEC比硬判决FEC的净编码增益高2dB。

    软判决可以有效提高系统的传输性能，但是必须要有高速ADC做硬件支持来采样和对信号处理。而且65nm工艺的ASIC技术不能够支持SD-FEC，需要基于40nmASIC来支持大量运算并保持较低的功耗。

来源：51CTO