40Gbit/s高速光傳輸技術(shù)的應(yīng)用與挑戰(zhàn)

2.1 適應(yīng)于大PMD光纖的40Gbit/s傳輸技術(shù)

　　 對于OSNR，色散等40Gbit/s傳輸限制因素的相繼解決，PMD成為目前影響40Gbit/s WDM系統(tǒng)無電中繼傳輸距離的主要限制因素。普通40Gbit/s信號(hào)的PMD容限只有大約2～2.5ps，即使不考慮系統(tǒng)其它光學(xué)元器件帶來的PMD，也只能在PMD系數(shù)優(yōu)于0.1ps/sqrt(km)的光纖中才具有實(shí)用價(jià)值，在PMD系數(shù)優(yōu)于0.05ps/sqrt(km)的條件下才能發(fā)揮長距離傳輸?shù)膬?yōu)勢。這對現(xiàn)網(wǎng)40Gbit/s WDM系統(tǒng)建設(shè)的光纖選型要求是非?？量痰模磥?0Gbit/s WDM傳輸系統(tǒng)面臨的最大技術(shù)挑戰(zhàn)就是如何適用于大PMD光纖。

　　 在提高40Gbit/s WDM系統(tǒng)PMD首限傳輸距離方面，業(yè)界已經(jīng)進(jìn)行了很多努力，提出了各種各樣的解決方案，這些方案可以歸納為以下3種：

　　 (1)PMD補(bǔ)償方式：其思路是沿用色散補(bǔ)償?shù)乃悸?，通過一定技術(shù)手段跟蹤線路PMD的變化并通過引入相反的偏振時(shí)延的方式實(shí)現(xiàn)PMD補(bǔ)償;這種方式的思路簡單明了，但是由于PMD的動(dòng)態(tài)特性，PMD補(bǔ)償技術(shù)的實(shí)現(xiàn)難度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于色散補(bǔ)償技術(shù)，目前僅僅在一階PMD補(bǔ)償方案取得了一定進(jìn)展，一些廠商號(hào)稱推出了商用模塊，但是尚無規(guī)模商用部署的報(bào)道，而且由于原理性缺陷，目前高階PMD的補(bǔ)償機(jī)理尚無突破;因此，PMD補(bǔ)償方式目前看來并不成功。

　 　(2)先進(jìn)調(diào)制碼型提高信號(hào)PMD容限：其思路是通過復(fù)雜的調(diào)制碼型，在保證40Gbit/s信號(hào)比特率不變的情況下降低信號(hào)波特率，從而提高信號(hào)自身的PMD容限，目前最常見的具備提高PMD容限功能的調(diào)制碼型主要有RZ-DQPSK和DP-QPSK兩種，其中前者僅僅依靠調(diào)制碼型，而后者還涉及到第3種方式(電域均衡方式);目前，通過RZ-DQPSK碼型來提高40Gbit/s信號(hào)PMD容限是最廣為應(yīng)用的方式，可以將PMD容限從其它碼型的2~2.5ps提升到6～8ps，效果非常明顯。

　　 (3)基于相干接收的電域均衡技術(shù)：其原理是利用相干接收后電信號(hào)保留的光域相位信息，分離PMD導(dǎo)致的信號(hào)畸變，采用特殊電域均衡算法(硬件上通過高速ADC和DSP實(shí)現(xiàn))糾正信號(hào)畸變，從而實(shí)現(xiàn)消除PMD影響的目的;北電在業(yè)界最早推出了商用的解決方案，其DP-QPSK碼型40Gbit/s信號(hào)的平均PMD容限可以達(dá)到25ps，甚至超過了10Gbit/s信號(hào)的水平。

　　 上述3種方式的技術(shù)復(fù)雜度和使用范圍都有一定的區(qū)別，筆者認(rèn)為：

　　 ●PMD補(bǔ)償技術(shù)由于存在原理性限制，不太可能成為一種規(guī)模商用方案。

　　 ●DQPSK是近期需要重點(diǎn)關(guān)注的一種高PMD容限調(diào)制碼型，它以適中的復(fù)雜度實(shí)現(xiàn)了6～8ps的平均PMD容限，將40Gbit/s WDM系統(tǒng)對光纖PMD系數(shù)要求降低到優(yōu)于0.2ps/sqrt(km)，國內(nèi)運(yùn)營商的光纜網(wǎng)絡(luò)建設(shè)時(shí)間較晚，大多數(shù)地區(qū)都能找到滿足該要求的光纖光纜。

　　 ●基于相干接收的電域均衡方案具有更好的性能，可以說是PMD限制的終極解決方案，筆者認(rèn)為該方案是100Gbit/s WDM傳輸?shù)慕鉀Q方案，但是對于40Gbit/s WDM系統(tǒng)來說，還需要根據(jù)今后其發(fā)展情況和與現(xiàn)行方案的性價(jià)比關(guān)系來判斷。

　　 2.2 持續(xù)降低成本的需求

　　 目前，40Gbit/s WDM傳輸系統(tǒng)單位比特×公里的傳輸成本依舊高于10Gbit/s WDM系統(tǒng)，主要有3個(gè)原因：第一，40Gbit/s WDM傳輸技術(shù)自身復(fù)雜度較高，研發(fā)成本的分?jǐn)傒^多，元器件的成本也較高;第二，40Gbit/s WDM系統(tǒng)的設(shè)備出貨量還遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于10Gbit/s WDM系統(tǒng)，無法形成較大的規(guī)模效應(yīng)來有效降低成本;第三，40Gbit/s WDM系統(tǒng)的無電中繼傳輸距離不如10Gbit/s WDM系統(tǒng)，尤其在一些骨干網(wǎng)超長距離應(yīng)用場景中，更多的OEO再生勢必提高40Gbit/s WDM傳輸系統(tǒng)的建設(shè)成本。

　 　因此，持續(xù)降低40Gbit/s WDM系統(tǒng)的成本也應(yīng)該從上述幾個(gè)方面入手。首先，運(yùn)營商需要根據(jù)業(yè)務(wù)需求適度超前建設(shè)40Gbit/s WDM系統(tǒng)，只有較大的設(shè)備采購量才能形成規(guī)模效應(yīng)，降低單位比特×公里建設(shè)成本。其次，40Gbit/s WDM傳輸系統(tǒng)的技術(shù)和性能還需要進(jìn)一步提高，特別是在無電中繼再生距離方面，需要達(dá)到甚至超過10Gbit/s WDM系統(tǒng)的水平;上節(jié)分析的PMD受限問題也是部分場景40Gbit/s WDM系統(tǒng)成本高的重要原因，PMD問題的有效解決也有助于降低40Gbit/s WDM系統(tǒng)的成本。

　　 總之，40Gbit/s傳輸系統(tǒng)在成本方面的挑戰(zhàn)是實(shí)現(xiàn)低于10Gbit/s WDM系統(tǒng)。隨著技術(shù)進(jìn)步節(jié)約的OEO再生成本和設(shè)備出貨量增大帶來的規(guī)模效應(yīng)，樂觀估計(jì)，未來兩年左右，40Gbit/s WDM系統(tǒng)的單位比特×公里傳輸成本接近甚至低于10Gbit/s WDM系統(tǒng)。

　 　2.3 100Gbit/s傳輸技術(shù)發(fā)展的挑戰(zhàn)

　　 雖然40Gbit/s相對于10Gbit/s已經(jīng)是一個(gè)飛躍，但是40Gbit/s遠(yuǎn)不是高速傳輸速率的終點(diǎn)。事實(shí)上，由100GE(100Gbit/s以太網(wǎng))技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和接口帶動(dòng)的100Gbit/s高速傳輸技術(shù)已經(jīng)得到了業(yè)界的廣泛關(guān)注，成為高速光傳輸領(lǐng)域新的熱點(diǎn)。

　　 在標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)域，ITU-T，IEEE和OIF分別在100G OTU3，100GE和100G DWDM 3個(gè)領(lǐng)域積極推進(jìn)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定工作，預(yù)計(jì)在2010年底，3個(gè)組織的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)都將完成制定。在設(shè)備研發(fā)及應(yīng)用領(lǐng)域，領(lǐng)先的設(shè)備廠商都啟動(dòng)了100Gbit/s WDM傳輸技術(shù)的研究工作，部分廠商發(fā)布了樣機(jī)并與一些運(yùn)營商合作(集中在歐洲和北美)進(jìn)行了多次100Gbit/s傳輸?shù)难菔尽Ｒ虼耍?00Gbit/s傳輸技術(shù)的發(fā)展是迅猛的，業(yè)界也出現(xiàn)了一種論點(diǎn)，即40Gbit/s只是過渡技術(shù)，100Gbit/s才是下一代高速網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)速率，網(wǎng)絡(luò)速率的提高可以跨越40Gbit/s，從10Gbit/s直接達(dá)到100Gbit/s。

　　 支持上述觀點(diǎn)的一個(gè)佐證就是Ethernet的發(fā)展路線，毫無疑問未來WDM傳輸系統(tǒng)的主要業(yè)務(wù)就是各種速率Ethernet接口的互聯(lián)互通。從10M Ethernet到100GE，IEEE一直以10倍為單位提高這Ethernet的速率，10倍整數(shù)才是Ethernet的主流，40Gbit/s只是作為10Gbit/s與100Gbit/s之間過渡技術(shù)存在。

　　 根據(jù)對路由器40Gbit/s接口應(yīng)用需求，WDM傳輸?shù)募夹g(shù)特點(diǎn)，目前100Gbit/s設(shè)備發(fā)展現(xiàn)狀以及成本因素的分析，筆者的觀點(diǎn)是：由于100Gbit/s的迅猛發(fā)展，40Gbit/s WDM傳輸?shù)氖袌龃翱趯?huì)受到一定影響，但是無法跨越，未來4~5年內(nèi)高速網(wǎng)絡(luò)建設(shè)依舊以40Gbit/s為主，以后才會(huì)逐漸向100Gbit/s演進(jìn)。理由如下：

　　 (1)從技術(shù)角度：目前100Gbit/s傳輸技術(shù)尚處于實(shí)驗(yàn)室階段，其成熟程度僅僅相當(dāng)于2005年前后的40Gbit/s傳輸技術(shù);如果沒有100Gbit/s傳輸?shù)闹С郑?00GE接口即使出現(xiàn)，也只能用于同機(jī)房設(shè)備的互通，無法應(yīng)用于骨干網(wǎng)絡(luò)。

　　 (2)從產(chǎn)業(yè)鏈角度：100Gbit/s傳輸上下游產(chǎn)業(yè)鏈尚未形成，存在諸如核心芯片、測試儀表等諸多短板，沒有產(chǎn)業(yè)鏈的支撐很難形成成熟的100Gbit/s傳輸市場。

　　 (3)從預(yù)計(jì)市場規(guī)模角度：越高速率的傳輸技術(shù)，可預(yù)期的應(yīng)用場景越有限，100GE業(yè)務(wù)的傳輸手段相對豐富，特別是未來WDM傳輸技術(shù)與OTN調(diào)度技術(shù)相結(jié)合，40Gbit/s甚至10Gbit/s線路速率都可以有效支持100GE業(yè)務(wù)接口，因此100Gbit/s傳輸?shù)恼w市場規(guī)模存在不確定因素。

　　 (4)從性價(jià)比角度：40Gbit/s傳輸已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了一定的規(guī)模應(yīng)用，將為其帶來明顯的成本優(yōu)勢，在未來若干年內(nèi)，100Gbit/s傳輸?shù)男詢r(jià)比尚難以超越40Gbit/s傳輸。

　　 3 高速光傳輸技術(shù)展望

　　 就在筆者撰寫本文的時(shí)候，聽聞喜訊：被稱為“光纖之父”的英籍華人科學(xué)家高錕(Charles C. Kao)博士被宣布授予2009年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，高錕成為三位獲獎(jiǎng)?wù)咧徊@得二分之一的獎(jiǎng)金。這對于光通信行業(yè)內(nèi)的每個(gè)人來說，都是一個(gè)振奮人心的好消息，光纖通信在信息化過程中的貢獻(xiàn)是有目共睹的，這種成就完全有資格寫入人類發(fā)展史。諾貝爾獎(jiǎng)只是對歷史的回顧和肯定，作者也希望高博士的獲獎(jiǎng)能夠成為一個(gè)象征，光通信技術(shù)和產(chǎn)業(yè)都能在未來得到更廣大的發(fā)展。

　　 無論在哪個(gè)階段，高速大容量WDM傳輸都是光通信技術(shù)中最具代表性的一種，從2.5Gbit/s到10Gbit/s再到現(xiàn)在的40Gbit/s，單波速率已經(jīng)提高了16倍;從最初的8×2.5Gbit/s到現(xiàn)在的80×40Gbit/s，系統(tǒng)容量提高了160倍;100Gbit/s WDM傳輸技術(shù)也已經(jīng)走向前臺(tái)，成為下一代高速光傳輸技術(shù)的代表。

　　 隨著業(yè)務(wù)需求和相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，我們有足夠的理由相信，高速光傳輸技術(shù)還有廣闊的發(fā)展空間：一方面要繼續(xù)提高單波速率和系統(tǒng)容量;另一方面需要進(jìn)一步降低成本，提高性價(jià)比，擴(kuò)展適用范圍?？傊咚俟鈧鬏敿夹g(shù)存在和發(fā)展的惟一價(jià)值就是更好地滿足人們的信息通信需求。