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100G DWDM 優(yōu)化OSNR的技術(shù)[3]

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

摘要：在軟判決具體的碼型方案中，無論是LDPC碼還是TPC方案，均需要OTU上完成大量的硬件計算來支撐性能。為捕捉信號遠(yuǎn)離介于0和1之外的信號而做出正確的判決，譯碼器的比特吞吐量也是硬判決的好幾倍。其在復(fù)雜度上也要考慮由于信道劣化特征，即0和1信號的隨機(jī)裂化而造成的噪聲概率分布的變化。所以，對應(yīng)系統(tǒng)的算法復(fù)雜性大為增加。更重

在軟判決具體的碼型方案中，無論是LDPC 碼還是TPC方案，均需要OTU上完成大量的硬件計算來支撐性能。為捕捉信號遠(yuǎn)離介于0和1之外的信號而做出正確的判決，譯碼器的比特吞吐量也是硬判決的好幾倍。其在復(fù)雜度上也要考慮由于信道劣化特征，即0和1信號的隨機(jī)裂化而造成的噪聲概率分布的變化。所以，對應(yīng)系統(tǒng)的算法復(fù)雜性大為增加。更重要的是，由于啟用軟判決后線路速度從7%開銷的 112Gbit/s 速度上升到基于20%開銷冗余的128Gbit/s后，對后級ADC器件的采樣率要求從56GHZ提升到65GHZ, DSP的計算能力也要從千萬門電路往數(shù)千萬門級大躍進(jìn)，系統(tǒng)關(guān)鍵芯片的搭建也將從基于100G轉(zhuǎn)變?yōu)槌?00G甚至400G而設(shè)計。最后，由于速率的提高必然帶來譜寬的變化，這必然也會在非線性、濾波效應(yīng)以及ROADM直通方面帶來連鎖影響，這些均在研究中。

結(jié)合上文第一部分的分析，基于20% 開銷的128Gbit/s 相干接收系統(tǒng)中，實(shí)驗(yàn)室仿真結(jié)果比較樂觀， B2B OSNR在同樣誤碼率門限情況下為14.5 db。雖然沒有達(dá)到第二代100G系統(tǒng)不采用軟判決技術(shù)的背靠背門限指標(biāo)，但還是比第一代系統(tǒng)的仿真值提升了1.5-2 db。OFC 2010報道的國外某首個128Gbit/s速率PM-QPSK相干接收在線處理原型機(jī)的真實(shí)測試結(jié)果卻讓20%冗余度的SD-FEC技術(shù)蒙上陰影。其在 2E-3誤碼率下的B2B OSNR門限居然裂化到17db,與離線仿真結(jié)果出現(xiàn)2.5-3 db的差距。究其原因，除了仿真系統(tǒng)和在線系統(tǒng)復(fù)雜度的差異之外，另一個重要的因素是在線實(shí)時芯片處理能力。這個首個 128Gbit/s 在線處理原型機(jī)的DSP功能采用了大量的FPGA拼接而成，與不是基于112GBit/s系統(tǒng)常用的單ASCI芯片。業(yè)界認(rèn)為，即使采用ASCI技術(shù)也需要65nm甚至40nm工藝的ASIC才能實(shí)現(xiàn)其高運(yùn)算量和低功耗目標(biāo)。所以，芯片技術(shù)成為軟件判決從紙上談兵走向商用系統(tǒng)與否的關(guān)鍵。

2012年Q1,AT&T實(shí)驗(yàn)室發(fā)布了其業(yè)界首個40 nm的技術(shù)的MSA 收發(fā)器的系統(tǒng)測試結(jié)果，也是業(yè)界首個運(yùn)營商測試的SD-FEC系統(tǒng)。PM-QPSK收發(fā)器示意圖如下圖二，其有4個8位、每秒65G采樣率ADC轉(zhuǎn)換通道的DSP引擎，在OTU接收端處理色度色散補(bǔ)償以及PMD補(bǔ)償和對應(yīng)的載波信號恢復(fù)。同時，ASIC套片還包含SD-FEC發(fā)端編碼和接受端SD-FEC解碼。在具體的碼型算法上，試驗(yàn)系統(tǒng)的SD-FEC采用的是基于 Turbo乘積碼（TPC），相應(yīng)的凈編碼增益11.1分貝。

報告說明了該實(shí)驗(yàn)基于G.652光纖，按照10×100KM跨段來進(jìn)行系統(tǒng)搭建，每個跨度平均衰耗為20.5 db .系統(tǒng)采用40個符合PM-QPSK碼型的標(biāo)準(zhǔn)OUT來產(chǎn)生40個波長，其中39個為線路速率112G 基于硬判決的56G的采樣速率波長；1個波長為采用128 Gbps速率的基于軟判決的65G 的波特率采樣通道的波長，這個波長工作在1552.52nm中央頻段，開通基于TPC編碼的軟判決SD-FEC.測試通道和其他39個鄰居波長使用相同的WSS系統(tǒng)，在每一個跨段輸出功率為+3 dbm.在傳送10個跨段后，在測試通道加載噪聲，并使用光譜分析儀（OSA）測量ONSR, OSA和誤碼儀顯示測試結(jié)果表明系統(tǒng)達(dá)到目標(biāo)。雖然AT&T這個實(shí) 驗(yàn)室測試系統(tǒng)受成40nm ASCI熟套片數(shù)量的限制，只開通了SD-FEC的波，遠(yuǎn)低于國內(nèi)40個波長的測試要求；系統(tǒng)的發(fā)射光功率也大于國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的1-2db（這會改善ONSR性能），但他畢竟為高性能芯片將SD- FEC帶入實(shí)踐商用做出了積極的嘗試。

為進(jìn)一步解決高速率通道所帶來的系列問題，不僅僅是僅僅解決SD-FEC的錯誤平層和算法復(fù)雜度帶來的128G速率的提升，而是面向更具有挑戰(zhàn)性的400G甚至 1T應(yīng)用，阿爾卡特朗訊在2012年3月發(fā)布了業(yè) 界首個基于400G速率技術(shù)的解決的ASIC芯片。如同下表二對比，這個芯片超越現(xiàn)有芯片技術(shù)200%以上，預(yù)計可在2012年Q4帶來整個業(yè)界SD-FEC解決方案的全面更新，行業(yè)內(nèi)的軟判決成熟套片的解決方案也將全面成熟。

四：結(jié)論

2012年國內(nèi)100G 的研討已從“Why 為什么”建設(shè)深入到“ How 怎么”建設(shè)100G上來。在既有碼型和固定發(fā)射功率的下，有兩種方法提升Rm點(diǎn)的系統(tǒng)OSNR門限。經(jīng)過本振技術(shù)優(yōu)化后的系統(tǒng)在不增加額外線路開銷的情況下，B2B OSNR已與復(fù)雜算法的SD-FEC性能接近。由于100G相對40G技術(shù)，基于偏振復(fù)用相干檢測天生對DGD和色度色散不敏感，因此可將Q 裕量從40G的3-3.5db 下降到2-2.5db,優(yōu)化后的 100G的系統(tǒng)ONSR門限完全與40G相同，甚至優(yōu)于某些碼型的40G系統(tǒng)。SD-FEC 是第三代FEC技術(shù)發(fā)展的方向，在犧牲有效帶寬到20%冗余的情況下，可以提升OSNR預(yù)算1.3 db.由于SD-FEC本身的復(fù)雜對硬件實(shí)時處理的要求很高，軟判決和硬判決不是取代關(guān)系而是配合關(guān)系。目前，AT&T首次測試了針對128G 速率千萬門電路的40nm的芯片成熟性，阿爾卡特朗訊也在2012年Q1發(fā)布了基于400G技術(shù)的全新處理芯片。成熟套片技術(shù)的快速發(fā)展，必將大幅提升DWDM的網(wǎng)絡(luò)傳送容量以及網(wǎng)絡(luò)OSNR性能。

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