目前100G线路传输方案非常成熟并且大量商用,但随着5G时代的到来以及4K、VR、云计算、大数据等新业务迅速兴起,光网络蓬勃发展,100G光网络将越来越不能满足带宽的传输需求。
而超100G特别是400G方案,将是超高速大容量光传输网的重要演进方向,能够进一步提升网络带宽并降低每比特传输成本。
下面我们一起聊聊400G线路传输方案。
400G线路方案分类
我们用如下简化的传输结构图来表示端到端的波分系统:
可以看得出,线路传输方案主要包括三个部分:
一是发端调制,比如说你是用PM-16QAM,PM-64QAM还是PM-QPSK;
二是线路传输,是否使用WSS Flex grid、低损耗光缆以及EDFA还是Raman放大器;
三是收端相干,使用第几代SD-FEC,DSP或者光电集成等。
目前,各厂家的400G方案主要有如下三种。
(一)2×200G传输方案(1个400G波道里包含2个200G子波)
2×200G传输方案是基于200G PM-16QAM双载波调制,这个方案是平衡了传输容量和传输距离,传输容量在C band传输容量达 25Tbit/s,是目前商用较多的400G方案。
(二)4×100G传输方案(1个400G波道里包含4个100G子波)
4×100G传输方案基于100G PM-QPSK多载波调制,此方案为距离优先,在无电中继的情况下,远比方案一的双子载波传输距离大。此方案在C band传输容量达 15Tbit/s,传输容量最小。
(三)1×400G传输方案(1个400G波道就1个子波)
1×400G传输方案,基于400G PM-64QAM调制,传输距离较上述两个方案小,但传输容量在C band传输容量达 25Tbit/s。
具体是怎么实现的?
针对目前主流商用的PM-16QAM双载波调制方案, 我们来看看400G传输是怎么实现的?
第一步:通过分束器将将每个子载波(200G)分成X、Y两个垂直的偏振方向
(此时200G信号的224Gbit/s一分为二,降速为112Gbit/s)
说明:PM的作用是通过偏振分束器,将激光分离成x、y两个垂直方向上的光信号降低了信号速率,同时其它振动方向上的光信号被滤除,减少信号噪声。
第二步:对X、Y两个垂直的偏振方向的光进行16QAM调制
(100G信号速率112Gbit/s通过串行并行处理,变成2路56Gbit/s信号,112Gbps/2=56Gbps,再通过相位幅度变换,最终变成28G baud)
说明:16QAM调制简单来说就是通过降速,将光信号与电信号一一映射起来。
光信号的公式:
s(t)=I*Cosωt-Q*Sinωt=√I2+Q2Cos(ωt+θ)
主要参数I/Q也就是0101这些码流。
电场的公式:
通过星座图,可以将光信号的I/Q与振幅A,相位φ对应,
因为对接收端来说,恢复相位调制信号比恢复I/Q的0101码流要精确容易的多。信号再怎么传,即使信号经过长距离传输后,叠加一些干扰、噪声等因素,振幅和相位信息一般是改变不了的。
第三步:又将调制好的X、Y两个垂直偏振方向的光合二为一
第四步:接收端再将线路上来的光偏振到2个垂直方向,分离XY偏振信号
第五步:通过相干接收识别光的相位等信息,再将信号转换为电信号
说明:通过本振光源产生相干条件后,线路光与本振光产生相干,从而较容易的还原出经过“相位调制”的信号。
第六步:通过ADC模数处理,将电信号转换为01010数字码流
第七步:DSP高速数字处理,完成整个400G的传输,这一步影响系统的最终性能
在DSP这一块,各厂家采用了不同的(专利)算法,而算法的优劣很难用语言或者形象来形容。因此需要通过实验、测试从而得知各厂家最终实现结果。
总的来说,在400G线路传输技术中引入双载波、PM、16QAM,最终的目的还是为了降低电层处理的速率(波特率),以满足目前电子瓶颈下的数据处理。
同时,在接收端引入相干、ADC和DSP高速数字处理,从电层大大提高了系统的色散容限以及抗非线性等。
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