40G和100G光通信模块的发展和应用

随着40Gb/s密集波分光传输系统在运营商核心光网络的广泛应用，相应的100Gb/s产品在未来两年内将有可能来临，基于标准化的密集波分光通信模块也赢得了光通信业界的高度兴趣和市场的广泛接受。

最近以来，光器件供应商一直在努力发展各种多源化通用模块，以满足系统集成商针对不同的网络应用需求。多源化通用模块对系统集成商缩减开发周期提供了方便，同时也为降低40G、100G核心光电器件成本提供了平台。

40G通用光模块

40G密集波分通用光模块的市场迄今为止主要限于1000公里以上的核心长途光网。因其较好的光信噪比和光非线性特性，差分相移键控(DPSK)调制编码格式比较适合于这种应用并成为供应商的主要选择。为了满足核心网络的不同需求，几种不同的差分相移键控模块已投放市场，例如部分差分相移键控(P- DPSK)和自由光谱范围(FSR)可切换式差分相移键控模块(SwitchableFSRDPSK)。不同模块设计的主要目的，是对其在通路间隔为 50GHz和100GHz的、带有不同类型和数目的、可重构型光分插复用器(ROADM)的、密集波分光传输系统中传输性能的优化。最近，又有一种最新型的连续优化差分相移键控模块(CO-DPSK)投放市场，迅速受到了系统集成商的高度重视。和其他的差分相移键控模块相比，它能在各种各样的光网络级联滤波的条件下提供实时和连续的传输性能优化。因此它不但能保持优越的传输性能，而且还大大简化了带有可重构型光分插复用器的光传输系统的网络管理。不仅如此，它还能对光传输通道上的残余色散、群时延纹波和非线性效应等所引起的信号失真进行部分补偿。正因为如此，连续优化差分相移键控模块被认为是一种非常适用于长途和区域网络的通用模块。一般来说，在这些网络中，传输光纤的质量一般也比较好，不大容易存在光纤偏振模式色散(PMD)数值过大的问题。

最近，归零型差分四相相移键控（RZ-DQPSK）模块也引起了业界的高度关注。其原因是它具有比DPSK更高的内在偏振模式色散容限。它的平均差分群时延（DGD）一般可达7到8皮秒。这样RZ-DQPSK便可以在一些城域型和部分区域型网络中甚至在小部分长途网络中用于那些需要较高的PMD容限的 40G光纤线路。因为这些网络中更可能有一些具有较高的偏振模式色散的光纤。但是RZ-DQPSK模块现在的关键问题之一是它的结构，控制复杂，制造成本因此相对较高。模块供应商正在从多方面进行努力，试图引入更多的光学和电子集成，从而迅速降低模块的成本。但是，这可能需要业界的共同努力。预计RZ- DQPSK模块可能在2010年底左右开始在运营商网络中得到一定数量的部署。

100G通用光模块

随着40Gb/s开始大规模部署，业界又涌现出多种新型的100Gb/s调制编码格式。面对众多特征各异的传输码型，在综合考虑其他系统设计参数的基础上，业界主要从传输距离、通路间隔、与40Gb/s和10Gb/s系统的兼容性、模块成本与传输性能的平衡等方面进行综合选择。通过业界一两年来对于 100Gb/s模块的研究和开发，100Gb/s的偏振复用四相相移键控相干模块正在变成业界的主要选择。像40GPM-QPSK一样，100GPM- QPSK模块不仅可以提供高达30皮秒的平均差分群时延容限，而且可以提供大范围的光纤色散补偿。和直接的非相干检测模块相比，它同时还具有源于相干检测的2dB到3dB的背靠背光信噪比性能(OSNR)的提高。因此它可以涵盖运营商在绝大多数的城域、区域、长途和超长途网络中的需求与应用。 100GPM-QPSK还可以支持无色散补偿的超长途传输，进一步大幅降低网络的成本。加上业界近来涌现出来的软判决型前向纠错技术(SD-FEC)和其实现方法的日趋成熟，又有可能进一步大幅提高100GPM-QPSK相干模块的传输性能，使得它能在实际的超长途传输范围内尽量减少中继，甚至可以直接用于跨洋海底光缆的光信道传输，从而使得100GPM-QPSK模块具有非常优越的整体性能、十分广泛的应用市场和长期的市场竞争力。

在100GPM-QPSK模块的开发过程中，业界同时吸取了过去在40G开发上缺乏整体投资和产品过于分散在多种调制格式上的教训，并已经通过OIF国际组织和其他产业论坛，主动开始了对于100G调制格式所需的光电元器件整体集成和通用模块本身所进行的标准化和多源化过程，从而使业界各方专注于公认的调制格式和共同发展基于多源协议的集成型标准化光电模块。

由于具有丰富的视频内容的互联网应用爆炸性增长和40GbE低成本光端口可能会在两三年之内到来，40G在未来几年内预计将会继续得到广泛部署。同时，在未来两三年内，100G也会在部分一级运营商的长途骨干网络中得到一些小批量的试用和部署。预计在未来三至五年中，甚至会在未来更长一段时间内，40G和 100G将在运营商网络中得到同时发展并得以共同存在。正因如此，40G和100G的多源化标准式模块现在已被认为是下一代高速率和大容量的光网络核心技术与关键部件，因而受到了业界的高度重视。