解析100G传输技术与组网应用

　　1、采用偏振复用正交四进制相位调制（PDM QPSK），降低光信号的波特率

　　光信号的光谱带宽是由波特率决定的，波特率越大，光信号的光谱就越宽，两者之间呈现出线性关系。光信号的光谱不能大于WDM信道之间的频率间隔，否则各个WDM信道的光谱会相互交叠，导致各个WDM信道所承载的业务码流之间发生干扰，从而产生误码和系统代价。当波特率提高到100Gbaud/s时，普通调制码型的光谱宽度已经超过50GHz，更加无法实现50GHz间隔传输。

　　在100G系统中，为了能同样达到50GHZ间隔传输，就必须采用偏振复用技术，使得一个光信道内部存在多个二进制信道，在保持线路比特率不变的基础上降低传输的波特率。

　　100G PDM QPSK调制的本质是通过在光场相位上选取4个可能的取值，使得在不降低线路速率的基础上，将光信号的波特率降低一半。这种复用方式可以将光信号的光谱带宽降低一半，同时又提出了“偏振复用（PDM）”的方案，将100G数据首先通过复用到光波长的两个偏振态上，进一步将传输光信号的波特率再降低一半。

　　图1. PDM QPSK调制模型

　　与传统得二进制调制不同， PDM QPSK采用恒定幅度四级相位调制和正交偏振复用相结合的方式将传输符号的波特率降低为二进制调制的四分之一，即100G传输中，采用PDM QPSK技术之后，实际线路上的波特率仍然是25G速率。

　　偏振复用也有可能带来一些问题，由于在两个偏振上分别独立加载了业务信息，在光纤传输过程中，不同偏振上的光信号会互相耦合，并在光纤PMD效应作用下产生误码。因此采用偏振复用，一个首先要克服的障碍是要在接收端进行偏振分离，并解决PMD代价的问题。这就需要通过相干接收和数字信号处理来实现的。

　　2、相干接收技术

　　相干接收技术主要解决了对光信号的电场的检测问题。光信号对业务信息是以电场的形式承载的，在光信号的传输过程中，其电场特性会受到光纤色散、光纤PMD、光纤非线性效应以及滤波效应等因素的影响而趋于劣化。常规的直接检测方式只能探测光信号电场的模平方包络（即光强），因此无法分解出上述劣化效应的影响并给予消除。而相干接收技术可得到PDM-QPSK信号的所有信息，包括每个偏振方向上的电场的实部和虚部的强弱和相互的相位信息，为传输中各项劣化效应的分解和补偿提供了可能。而ADC则在不损失信息的前提下将检测出的模拟信号转化为数字信号，并由DSP芯片完成时钟恢复、载波恢复、色散补偿、PMD补偿等关键处理。

　　3、数字处理技术（DSP）

　　PDM QPSK的调制方式主要是降低100G传输中光信号的波特率，降低100G传输码型的谱宽，使之能实现50GHZ间隔传输，并部分解决了100G传输的OSNR要求过高问题，但100G系统的色散容限过小和PMD容限过小的问题依然存在，这对长距离100G传输尤其不利。

　　色散和PMD效应均是在光电场的相位或偏振上引入的线性调制或畸变，如果能探测出光信号的电场，则可以采用线性补偿的方法，在光场上抵消色度色散和PMD效应，这就是光学DSP处理的核心。

　　在100G PDM QPSK传输中，主要就是利用光数字信号处理技术（DSP）在电域实现偏振解复用和通道线性损伤（CD、PMD）补偿，即通过数字化算法，在电域进行色度色散补偿以及偏振态色散补偿，以此减少和消除对光色散补偿器和低PMD光纤的依赖。