100G WDM关键参数对网络应用的影响

1概述

自2010年以来，IEEE、OIF、ITU-T先后发布了100G相关技术规范，包括100G以太网技术、100G OTN接口技术、100G WDM调制技术、FEC技术、OTU4帧结构及映射复用方式等；国内CCSA于2012年完成行标《N×100 Gbit/s光波分复用（WDM）系统技术要求》，推动100G WDM技术快速发展。主流的设备供应商分别自2011起相继发布商用100G WDM产品。

2012年国内三大运营商分别对100G WDM产品进行研究测试，得出100G WDM技术和产品基本成熟的结论，并开始在骨干网上部署100G WDM系统。

目前的100G WDM产品还属于第一代产品，其主要具有以下特点。

a）线路侧彩光发送端统一采用偏振复用和QPSK调制技术（PM-（D）QPSK）、增强型的FEC编码技术（包括软判决和硬判决2种主要方式）；接收端采用差分相干检测和DSP处理等方式；光纤色度色散和偏振模色散（PMD）通过高速信号处理（DSP）技术在电域进行补偿，不再采用传统色散补偿模块。

b）能够实现1 000 km以上的长距离传输，长距离传输能力还需要进一步提升。

c）光模块和芯片技术还需要进一步优化。设备的集成度和单位功耗还没有达到明显优于40G产品的预期。

d）普遍采用OTN平台，兼容传统点到点WDM和OTN应用。

e）软判决FEC技术的能力在不断稳定和提高。

随着光放大器技术的改进、超长传输技术的应用、光/电子集成技术的发展，下一代100G WDM系统码型调制技术不会改变，但将在长距离传输能力、集成度和功耗等方面有较大的改进。

2 100G WDM关键参数对网络应用的影响

2.1色散/PMD补偿技术的变化对系统设计的影响

100G WDM技术采用高速信号处理技术对光纤的色散和偏振模色散进行补偿，色度色散补偿能力达到30 000 ps/nm以上、PMD补偿能力达到25 ps以上。根据近4年对国内大量运营5~15年的干线光缆测试数据分析，光纤色度色散系数基本不会随应用时间而变化，光纤PMD随应用时间会有一定的增加，但1 500 km光纤的PMD还是远小于25 ps.这一技术对系统设计的好处是非常显著的。

a）与10G和传统40G WDM系统相比，100G WDM系统在应用中完全不需要考虑线路色度色散和PMD的影响和补偿，将100G WDM系统的传输线路受限因素从光纤的衰减、色度色散、PMD简化为仅考虑衰减受限，不需要再考虑在系统中每个光放站该如何合理选择色散补偿模块（DCM），以保证色散补偿效果和系统性能最佳，大大简化了系统设计的复杂性。

b）采用DSP进行色散补偿，对线路色散变化不敏感，实验室测试结果表明，在配置光复用段保护（OMSP）的系统中，主备用路由光纤色散相差17 000 ps/nm以上，业务保护倒换时间不超过100 ms，这样的结果表明，在WDM系统中采用OLP、OMSP等光层保护技术的情况下，基本可以不考虑主备用路由色散差异对保护倒换时间的影响。相比传统40G WDM系统，除配置DCM模块外，还需要在每个OTU上配置单波电可调色散补偿模块（ADC）针对DCM补偿后的各波道残余色散差异进行微调补偿，这种电可调色散补偿模块的响应速度比较慢，为保证在采用OLP、OMSP等光层保护技术的系统中的保护倒换时间尽量短，一般要求主备用路由残余色散差异不超过100 ps/nm.

2.2光放大器结构优化对系统设计的影响

光放大器的噪声系数（NF）是限制WDM系统长距离传输能力的主要参数之一，通过降低光放大器的NF可以有效提高WDM系统的长距离传输能力。在100G WDM系统中，由于不需要进行色散补偿，光放大器的结构可以进行优化，降低NF.10G和40G WDM系统中典型EDFA结构如图1（a）所示，采用两级放大器结构，在两级放大器之间，预留连接DCM的接头，如果不需要配置DCM，则需要在配置DCM的位置配置衰耗器，两级放大器的主要目的是补偿DCM带来的插入损耗（4~10 dB）。这种光放大器的NF比较大，一般在6 dB以上。在100G WDM系统中，由于不需要DCM，放大器的结构可以简化为单级结构，如图1（b）所示。随着结构的简化，同时对EDFA的泵浦源进行波长上的优化，可将NF降低到5 dB以下。NF从6 dB以上，降低到5 dB以下，大于1 dB的NF优化，在相同系统配置条件下，可以使系统的传输距离增长4个光放段，约300 km以上。

2.3 PM-（D）QPSK调制技术对长跨段应用的影响

PM-（D）QPSK调制技术对非线性效应非常敏感，尤其是由于入纤功率过高造成的非线性效应的影响。入纤功率是网络设计中关注的主要参数之一，也是唯一在现网应用中可以通过系统设计优化改善非线性效应的参数。非线性效应对系统性能的影响通常通过系统光通道代价来反映，通过实验室对16个N×25 dB模型系统，分别在入纤功率为0、1、2和3 dBm的情况下进行OSNR光通道代价测试，结果如图2所示。