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100G DWDM 優(yōu)化OSNR的技術(shù)[2]

交換技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)管控責(zé)任編輯：lamjiarong 2012-04-09

摘要：實(shí)際上PDM-DPSK和相干接受的基本原理在誕生之初就提供了優(yōu)化方案，即本地偏振光源性能“凈化度”的提升。如圖一右側(cè)示意圖所示，相干接收側(cè)使用一個高穩(wěn)定度的本地振蕩激光器，經(jīng)過偏振分束后與遠(yuǎn)端輸入光信號進(jìn)行90度混頻，90度混頻器輸出一個偏振態(tài)的兩路信號?；祛l器輸出光信號經(jīng)平衡接收光電二極管轉(zhuǎn)換為模擬電信號，經(jīng)高速模數(shù)

實(shí)際上PDM-DPSK和相干接受的基本原理在誕生之初就提供了優(yōu)化方案，即本地偏振光源性能“凈化度”的提升。如圖一右側(cè)示意圖所示，相干接收側(cè)使用一個高穩(wěn)定度的本地振蕩激光器，經(jīng)過偏振分束后與遠(yuǎn)端輸入光信號進(jìn)行90度混頻，90度混頻器輸出一個偏振態(tài)的兩路信號?；祛l器輸出光信號經(jīng)平衡接收光電二極管轉(zhuǎn)換為模擬電信號，經(jīng)高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）采樣量化后轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號?；谝陨显?，源自本振光源的信噪比要遠(yuǎn)優(yōu)于輸入光信號的信噪比，我們能夠改變本地光源的“純度”,就可提升接收端光信噪比約2db的改善。同理，通過這樣的方法，就可以將B2B的OSNR從15-16 db降低到13-13.5 db.這個優(yōu)化的數(shù)據(jù)基本上可達(dá)到犧牲20%帶寬效率的SD-FEC的方案指標(biāo)。

實(shí)際上，業(yè)界已有成熟的類似解決方案。阿爾卡特朗訊在2011年Q4發(fā)布了基于商用系統(tǒng)的增強(qiáng)OTU 解決方案。并不開啟SD-FEC的情況下，在2012年Q1某級測試中已優(yōu)于以上關(guān)鍵指標(biāo)。

二：Q余量與Rm側(cè)系統(tǒng)OSNR的優(yōu)化：

40G DWDM國標(biāo)中定義的MPI-Rm 參知識點(diǎn)接收OSNR 與背靠背OSNR 容限（EOL）值之間的差值要求為4.5~5db.關(guān)于背靠背OSNR容限的分析詳見第一部分，因此，這個OSNR裕度的多少將直接決定系統(tǒng)的OSNR 門限。為便于分析，本節(jié)將系統(tǒng)富裕度分解為兩部分：1）通道OSNR 代價2db;2）系統(tǒng)OSNR 裕量2.5~3db?？紤]到接收機(jī)的0.5db 的老化裕量，也即EOL和BOL的差值，因此第2部分實(shí)際系統(tǒng)OSNR 裕量（ BOL）一般取值為3~3.5db,同樣的，對應(yīng)的通道Q 裕量也對應(yīng)的取值3~3.5db。

實(shí)際上目前第二代100G商用系統(tǒng)中，光通道OSNR代價已遠(yuǎn)小于2 db,例如阿爾卡特朗訊的平均通道代價只有1 db,性能提升了100%.相對40G標(biāo)準(zhǔn)，基于偏振復(fù)用相干檢測的100G技術(shù)天生對DGD和色度色散不敏感，因此可將Q 裕量從40G系統(tǒng)中的3-3.5db 下降到2-2.5db.因此，出于系統(tǒng)長期穩(wěn)定性的保守設(shè)計，將通道代價節(jié)約的1db和Q裕量節(jié)約的1db, 二者之利只取其一；Q裕量的變化實(shí)際上就是系統(tǒng) 側(cè)的OSNR裕量，就可以降低1 db, 達(dá)到4-4.5 db.目前這個裕量的優(yōu)化已廣泛的被歐洲和北美運(yùn)營商所接受。

通過這個方案優(yōu)化和適度的裕量放松，在不采用額外增加帶寬開銷的情況下（例如SD-FEC）下，100G系統(tǒng)的ONSR門限就可達(dá)到18.5db, 完全可現(xiàn)有的40G系統(tǒng)在跨站設(shè)置上相同，甚至優(yōu)于某些特殊碼型的40G 系統(tǒng)。下表一給出了按照這個方案優(yōu)化后的不同糾錯范圍下對應(yīng)的Q值和Q裕量建議值。

三：FEC和SD-FEC的優(yōu)化技術(shù)

前向糾錯FEC技術(shù)是提高系統(tǒng)傳輸性能的傳統(tǒng)技術(shù)，也是通過優(yōu)化線路信號來優(yōu)化OSNR性能的一種有效途徑。其本質(zhì)是通過犧牲有效帶寬，以編碼冗余度（例如20%）以及對應(yīng)的信號處理芯片的復(fù)雜度來換取更大的凈增益。一般認(rèn)為FEC技術(shù)經(jīng)歷了三代的快速發(fā)展。

第一代的為滿足ITUT G.975規(guī)定的帶外FEC,采用 RS（255, 239）方式使用7%的開銷，凈編碼增益為6-7DB.這個方案廣泛適用于2004年前的2.5G 和10G DWDM.第二代FEC采用G.975.1標(biāo)準(zhǔn)，自2004年開始啟動正式商用，采用級聯(lián)編碼技術(shù)，增益可達(dá)到8-9db.當(dāng)然編碼增益的提高同時也帶來了FEC算法復(fù)雜度增加。第二代 FEC技術(shù)也跟隨芯片技術(shù)發(fā)展經(jīng)歷了兩個階段，一個為30萬門以上電路FPGA搭建時代，一個為百萬門規(guī)模的ASIC單一芯片時代。普遍認(rèn)為，基于100G系統(tǒng)會迎來第三代FEC技術(shù)。具體實(shí)現(xiàn)方案既可以延續(xù)ITU-T G .975.1標(biāo)準(zhǔn)，但將原先的7%開銷比提升到20%開銷的實(shí)現(xiàn)高性能硬判決FEC ,也即超強(qiáng)AFEC方案，這樣也可將編碼增益提升到10-11 db.這個利舊方案基于10G和40G WDM系統(tǒng)中規(guī)模應(yīng)用的硬判決（HD-FEC）算法，十分成熟，易于工程大規(guī)模實(shí)施。方案之二就是有廠商提出的希望使用軟判決SD-FEC技術(shù)，例如Turbo 碼、LDPC 碼和TPC碼，通過20%甚至20%以上的開銷比，以獲得10-11db的編碼增益。

作為新實(shí)現(xiàn)方案，軟判決和對應(yīng)的碼型毫無疑問成為業(yè)界當(dāng)之無愧的重點(diǎn)。下表二引用了來標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)給出的軟判決和普通硬判決的凈增益對比?？梢钥吹介_銷（冗余度）不一樣，同樣是軟判決達(dá)到的效果也差距較大，編碼冗余度越大則能獲得更多的凈增益。OIF建議軟判決FEC開銷比小于20%,低于20%開銷比時凈增益隨著冗余度增加而增大，而超過后受錯誤平層影響而增益反而下降。在7%開銷時，軟判決復(fù)雜度遠(yuǎn)超過硬判決，但復(fù)雜度換取的的增益卻十分有限，所以并不建議使用軟判決。因此，從這個對比表，可以直觀的看出并不是軟判決出現(xiàn)之后，硬判決將退出歷史舞臺，軟硬結(jié)合才是可行的方案。

[1] [2] [3]