40Gbits SDH 光纖傳輸設備的發展

    SDH傳輸系統經過近十年的商用，線路速率從最初的155Mbit/s系統已經發展到了現在10Gbit/s，每一次傳輸網速度躍變間隔的時間越來越短。10Gbit/s光傳輸系統已經被大多數運營商應用到骨干網絡，那么離40Gbit/s系統大面積商用還有多遠呢？

    一、40Gbit/s光纖傳輸系統需求分析

    目前各網絡運營商對網絡建設的考慮更加理性化，除了考慮網絡的容量安全等問題外，對網絡建設和維護成本的敏感程度在逐漸提高。因此在網絡建設時，運營商希望每比特信息量的傳輸成本得到降低，從光纖通信的發展歷程來看，提高單信道的傳輸速率是一個不錯的選擇，根據已往的經驗，單信道傳輸速率提高4倍，每比特的傳輸成本能降低30％到40％。另一方面，從網絡維護的成本考慮，對于長距離傳輸的密集波分系統而言，傳輸同樣的信息流量，采用40Gbit/s速率的單信道比10Gbit/s速率的單信道占用的波道數量會有一定程度的減少，波道數量的減少能夠有效降低網絡運維產生的成本。

    從業務需求的角度來看，各種新型電信業務的出現對傳輸網帶寬提出了更高的要求，比如寬帶上網、視頻應用以及無線3G業務等大帶寬應用的迅速普及，使運營商對通信網絡的帶寬需求在迅猛增長，以P2P 為代表新的互聯網應用的普及導致IP 流量持續快速增加，高達75%到125%的數據增長率，已經使全球因特網的骨干網帶寬已達到了6～9個月就翻一番的地步。提高光通信的傳輸容量有兩個方面的途徑：一是在一對光纖上傳送多個光信道，即波分復用（WDM）方式；二是提高單個光信道的傳輸速率，單通道的傳輸速率已經從最初的8 Mbit/s提高到目前的10 Gbit/s（STM-64），下一步將向40 Gbit/s（STM-256）發展。

    二、40Gbit/s光纖傳輸系統技術發展

    40Gbit/s光通信系統能否實現商用，一個關鍵因素是看能否實現長距離傳輸，實現長距離傳輸會遇到諸多光學和電子學領域的問題。當信號速率達到40Gbit/s時，光信號會受到色度色散、偏振模色散、非線性效應、光信噪比等光學特性方面的限制。在40Gbit/s SDH系統設備上，需要考慮40Gbit/s信號的成幀技術，光傳輸碼型和調制方式的選擇，以及大容量交叉芯片技術等。下文主要對40Gbit/s SDH光纖傳輸系統涉及的關鍵技術進行一下介紹：

    (1) STM-256 成幀處理技術

    國際電信聯盟ITU-T 2000 年發布了新的G.707 標準，建議中規定了STM－256 的幀結構、復用路徑和復用結構。由于STM-256 幀結構很長，且由4 路STM-64 信號按長度為64 字節塊間插復接而成，電路規模十分龐大，至少相當于4 路STM-64 成幀器芯片。一路STM-64 成幀器芯片電路規模已十分龐大，實現已不容易，STM-256 成幀的難度更大。

    (2) 40 Gbit/s 超高速信號的調制解調技術

    40 Gbit/s 系統中選用的光調制器以及光信號的碼型對40 Gbit/s 信號的傳輸距離和傳輸效率有著重大的影響。在10 Gbit/s 及其以下速率的系統中，一般采用的是非歸零（NRZ）編碼格式。因為NRZ 碼實現比較簡單，技術比較成熟。在超長距離10 Gbit/s 及40 Gbit/s 系統中，歸零（RZ）編碼技術也開始采用。RZ 碼是一種更為有效的編碼格式，它具有有利于時鐘恢復，比NRZ 編碼具有更高的峰值功率，不易受到非線性失真和偏振模色散的影響等優點，但RZ碼調制一般要有兩個調制器，成本高，復雜性大。目前也在研究一些新的調制碼型，主要有CS-RZ（載波抑制的歸零碼）、RZ-DPSK(差分相移鍵控歸零碼)等。由于40 Gbit/s 系統對調制器的要求更高，要求這些調制器具有高調制帶寬、高消光比、低回損、高飽和功率和低驅動電壓。對于40Gbit/s 傳輸系統，尚無直接調制的光源可用，必須采用外調制器。

    (3) 大容量交叉連接

    實現顆粒為VC-4 的大容量交叉連接技術難度很大，主要表現在交叉規模太大，芯片的規模和功耗很大，實現不太容易。目前最大容量的交叉芯片有160 Gbit/s 、180 Gbit/s，實現320 Gbit/s 交叉容量需要采用多片級聯的方法構造。采用3 級CLOS 方式構建大容量交叉連接矩陣，高速連線數量非常多，交叉算法非常復雜。當前的交叉芯片的實現技術主要有兩種:一種是采用時分-空分-時分（TST）結構的交叉技術來實現，采用該技術芯片電路規模小一點，但在交叉連接的實現算法比較復雜，交叉連接的實現速度、重構性等方面有些不足；另一種結構是一種基于比特切割的實現方法，可以實現任意端口任意時隙之間的交叉，實現算法簡單，容易級聯與擴展，交叉連接的速度快，重構性強。

    (4) 前向糾錯技術

    FEC（前向糾錯）技術是通過在光信號外增加額外的編碼信號，用來探測、隔離和糾正傳輸過程中產生的任何錯誤信息。采用FEC 技術，可以改善系統傳輸誤碼率，補償鏈路的性能下降，延長光鏈路的傳輸距離。另一方面，可緩解對光器件技術指標的嚴格要求和放松光器件的制造條件，從而可提高產量和降低生產成本。在40 Gbit/s 系統中采用FEC 技術，FEC 編碼對ASIC 設計要求更高，實施起來更復雜，這種采用電子電路的復雜性來換取光功率預算的增加，是延長光電再生距離一個有效手段。

    三、烽火通信40Gbit/s技術進展情況

   烽火通信作為國內組要通信設備供應商之一，在40G的研發方面一直處于業界領先水平，在“十五”計劃期間，烽火通信就承擔了國家“十五”攻關項目－40Gb/s (STM-256) SDH設備與系統，以及國家“863”項目－基于T比特的80X40b/s 波分復用系統的研制兩個40G重大課題，開始了對40G技術的全面攻關。經過多年的努力，已經研制出國際上第一套具有標準的STM-256幀結構的40Gb/s SDH設備，現實了40Gb/s單通道信號在常用的G.652和G.655光纖上無電再生560公里無誤碼傳輸，并且40Gb/s SDH設備在泰爾實驗室進行了現網穩定運行試驗和測試，為40G系統的測試和商用積累了一定的經驗。為滿足通信網智能化的發展趨勢，烽火通信在前面兩項重大科技成果的基礎上，開發開出具有40 Gb/s STM-256接口的智能光網絡設備——FonsWeaver780A，目前FonsWeaver780A已獲在國內外得了規模商用。