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40G系统:提高传输容量的必由之路

发表时间:2008-8-5 9:25:53 作者:小陈

      下一代光通信的发展趋势离不开容量,因为光通信的老本就在容量。10G从1996年第一次问世以来至今已经进行了大规模的铺设,在中国铺设的量也相当大,中国电信三个大环网已经开通,随后联通、铁通的大环也都开通。下一步符合逻辑的想法是发展40G。根据中国电信的预测,在未来5年内,带宽将以每年50%以上的速度增长,到2010年,干线带宽流量将达到50Tbit/s以上,其中97%以上为数据带宽。因此,提高现有和新建光传输线路的容量是今后光网络发展的首要任务。提高容量的途径有两条:提高单通道的传输速率和增加通道数。目前应用的DWDM技术,单通道速率以10Gbit/s为主流,波长数最多可支持160波。进一步提高所支持的波长数不是没有可能,但是难度较大。所以,将10Gbit/s升级为40Gbit/s成为非常迫切的任务,或者说40Gbit/s的应用日益急迫。

40G网络传输的优势

      第一,可以比较有效地使用传输频带,频谱效率比较高。第二,降低了设备的成本,如果40G的成本能降到10G实际成本的三分之一以下时,就达到了合理应用的程度;如果能够降到这一点的话,就可能实现大规模的应用;如果降不到这点,就很难应用。第三,减少了OAM的成本、复杂性以及备件的数量。这是很明显的,因为它只用一个网元代替了四个网元,自然简单了很多。第四,每比特的成本比其他的城域网的方案更加经济。第五,通常单波长可以处理多个数据连接,核心网的功能将会大大增强。因此,随着路由器有了10G的端口,核心传送网理应转向40G。也就是说,传送网应该比路由器接口速率高4倍,这样组网效率较高。可能用不了几年,大多数骨干路由器的端口都是10G了,在这样的前提下就会迫使传输设备走向40G。

40G传输系统的技术难点

      第一,色度色散补偿和极化模PMD补偿技术。从理论上看,色度色散代价和极化模色散代价都随比特率的平方关系增长,因此40G的色散和PMD容限只是10G的十六分之一,做起来很困难。第二,光信噪比的要求较难满足。因为整体上说,它比10G要求提高了6dB,差不多要求32dB的光信噪比。这么高的光信噪比如果没有喇曼放大器,则是很难做到的。第三,调制格式的选择。40G调制是一个很大的难题,有那么多选择,如NRZ码、差分相移键控RZ码(RZ-DPSK)调制方式、光孤子(Soliton)调制方式、伪线性RZ调制方式、啁啾的RZ(CRZ)、全谱RZ(FSRZ)、双二进制,究竟哪一种好,目前还没有结论。第四,超级FEC。其实这是一个非常古老的技术。但是随着光速率达到40G,提高光信噪比的难度越来越大,成本和代价也越来越高,FEC就成为一个非常关键的实用技术。特别是对于40Gb/s速率,采用带外FEC已经成为关键的技术之一,不仅可以使传输距离达到实用化要求,而且在一些短距离传输系统上,可以避免实施昂贵复杂的有源PMD补偿。第五,封装技术。在40G速率下封装技术也成为一个难点。光纤耦合容差仅0.2mm,所以在范围很宽的温度下能够继续维持稳定工作并不是一件简单的事。第六,交换机和路由器的接口难度更大,需要非常复杂的处理能力,包括在40Gb/s速率下实现包基础的业务量整形、过滤和优先。它涉及很多元件,包括成帧器、网络处理器、流量工程实现芯片和高速I/O芯片等。

40G传输系统的材料

      40G的材料也是一个问题。过去习惯用硅锗和镓砷,到了40G时代可能这两种材料的性能已经不能满足要求了,在很多场合下可能需要采用InP(铟磷)材料了。InP属于半导体Ⅲ-Ⅴ族成员,这种材料比硅锗的电压低,比镓砷的功耗低,尺寸非常小,可以小于1mm2,电光效应比其他材料都强,而且可以用来构成各种有源和无源的集成器件,还可以作为半导体应用在超高速电子电路上,包括40Gb/s速率的驱动电路等上。在这样的超高速度下其性能优于硅锗和镓砷材料。因此InP材料将是40G的首选材料。但是它的缺点是制作比较困难,不像硅锗和镓砷材料那样成熟,特别是由于芯片尺寸太小,使得与光纤的耦合变得困难,而且插损大。为了克服这一困难,可以采用锥形结构作耦合来实现InP芯片模斑尺寸与光纤端面的匹配。

      总之,由于上述种种技术难点以及全球电信市场的低迷,40G系统的规模商用化还需要一定的时间,但其终将到来却是不以人的意志为转移的趋势。



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