作者：烽火科技 刘正丹 张宾
摘要：40Gbps DWDM系统即将进入大规模商用阶段，面对众多40Gbps编码和不同光纤类型的选择，本文试从系统的编码和光纤应用两方面详细分析了当前主流40Gbps编码和光纤的特性。通过编码和光纤各自之间的比对，最大发挥各自优势的的前担下，提出了一些应用场景建议，以便在40Gbps DWDM系统建设中作为参考。
关键词：DPSK;DQPSK;G.652;G.655;混缆
1 引 言
近年来由PON技术推动了Broadband、IPTV、Triple Play、P2P等IP业务蓬勃发展，3G业务也逐步兴起，业务爆炸式的增长对核心传送网提出了更高的要求。虽然40Gbps端口路由器早在2006年就达到了商用水平，但40Gbps光传输技术，尤其是40Gbps DWDM技术进展缓慢，一直落后于40Gbps路由器的开发进度，一度成为制约网络发展的瓶颈。
时至今日，40Gbps DWDM技术也已突破了各道难关，并开始进入商用领域。40Gbps DWDM难题的关键技术在于更先进的编码方式，以及更精确的色散补偿和控制。目前40Gbps DWDM编码种类繁多，不同编码在各项物理指标上均有差异，此外光纤经过数十年的发展也形成了复杂的体系，在以G.652和G.655为代表的主流光纤中也可细分出数个小类，其对40Gbps DWDM系统的影响也各不相同。如何选择适宜的编码技术和光纤类型，对于40Gbps DWDM系统（注：若无详细说明，则均表示50GHz间隔系统，下同）建设有着重要的参考价值。
2 主流40Gbps DWDM编码浅析
2.1 40Gbps DWDM系统受限因素
以普通NRZ编码光信号为例，40Gbps信号较10Gbps信号速率提升4倍，光谱展宽4倍，因此其色散容限只有10Gbps信号的1/16，PMD容限只有1/4；4倍速率的提升将导致6dB OSNR容限的提高。除此之外，40Gbps信号受带间和带内非线性影响更为严重。
对于40Gbps波分系统而言，光纤的色度色散可以通过DCF进行粗补偿，然后通过TDCM进行每波道的精确补偿，从而达到系统的色散容限制之内，并且目前自动的单波道色散补偿技术已经进行了实用化，因此已经不是影响40Gbps DWDM系统的关键点。同时，由于光纤制造工艺的进步，光纤的PMD系数均可小于等于0.1ps/，大大提高了40Gbps DWDM系统的传输距离，并且PMD色散目前可通过PMDC进行补偿，进一步提高系统的PMD容限。综合来看，制约40Gbps DWDM系统最关键的因素是OSNR容限和光纤非线性效应。依靠增加单波入纤光功率可以有效提高MPI-SM点OSNR值，但过高的入纤光功率会带来明显的非线性效应，当系统所有波道开满时，这种非线性效应也将越来越突出，造成系统崩溃。光纤非线性效应难以补偿和控制，只有尽量规避，而规避的手段主要为降低入纤光功率和避开零值色散波段。
NRZ码谱结构紧凑，调制和解调结构简单，在10Gbps系统中获得了广泛应用，而在40Gbps系统中，又需要进一步增加光信号发射功率以满足系统OSNR的要求。所以当传输信道数目较多并且传输距离较远时，光纤非线性效应将导致NRZ码光信号严重失真。正因为40Gbps NRZ编码有诸多缺陷，尤其是不能应用于干线传输，使其难以投入大规模商用，故而于近几年内出现了许多更为优秀的40Gbps编码技术。
2.2 40Gbps调制码型技术
为有效解决40Gbps光信号在传输中遇到的OSNR、色散、PMD等受限因素，针对接收机不同的调制方式，出现了OOK、PSK、PM三大类编码技术，详细分类表如下：
其中OOK类编码以改善光信号强度为主，PSK类编码采用相位移动或复用方式，PM类编码既采用相位复用也采用偏振复用方式[1]。虽然编码种类繁多，但有相当一部分编码已经逐渐退出主流地位，特别是在中国，40Gbps DWDM 要实现50GHZ波长间隔和长距离传输，NRZ、ODB、RZ-AMI等已经渐入淘汰的边缘。目前主流编码类型或商用化程度较高的编码主要集中在P-DPSK、RZ-DQPSK和DP-QPSK三种。
从实现方式来看，P-DPSK编码技术复杂度较低，RZ-DQPSK、DP-QPSK编码技术复杂度较高，因而成本相对高昂。从线路速率来看，P-DPSK为40Gbps，RZ-DQPSK为20Gbps，DP-QPSK为10Gbps，因此RZ-DQPSK和QPSK的色散和PMD容限指标优于DPSK。从OSNR容限来看，在MPI-RM点每通路最小OSNR：P-DPSK要求19dB（含系统富裕度，后同），RZ-DQPSK要求18.5dB，DP-QPSK要求15.5dB。
2.3 40Gbps DWDM系统编码选择
考虑到DP-QPSK技术复杂度极高，成本也非常高昂，在当前阶段不建议采用基于DP-QPSK编码的40Gbps DWDM系统，但从长远来看，DP-QPSK代表了未来高速DWDM系统发展的方向，同时也是100Gbps DWDM系统的主流码型。
P-DPSK编码是目前最具性价比的40Gbps编码技术，商用化程度高，与NRZ编码相比，可支持50GHz间隔DWDM系统，能有效支持中长距和长距DWDM系统的要求。此外P-DPSK编码非常适宜40Gbps波道和10Gbps波道在同一系统中混传，在OSNR和光纤线路PMD达标的情况下，可以在10Gbps DWDM系统上直接加载40Gbps OTU，即可平滑升级至40Gbps DWDM系统。
RZ-DQPSK编码的PMD色散容限进一步提高，光信号频谱带宽较小，频谱效率高，但与DP-QPSK类似，该编码技术也较为复杂，成本偏高，且系统非线性效应和不同速率的波道混传能力需要进一步验证。
3 不同光纤类型在40Gbps DWDM系统情况的研究
40Gbps DWDM系统的性能不仅取决于编码技术，光纤类型的选取也十分重要，不适宜的光纤选择甚至有可能影响系统的开通。此外，在日常运营和维护中，不乏出现光纤中断和改造等情况，时常需要进行调纤、乃至混缆应用。研究不同类型光纤对于40Gbps系统的影响，也是在40Gbps DWDM系统建设中的一个重要课题。
3.1 光纤类型分析
目前国内主要使用的光纤类型为G.652和G.655，G.652光纤分为A\B\C\D四个子类，但色散值比较稳定，1550nm波长的色散基本上都不超过18ps/（nm·km）；G.655虽然经标准定义有A\B\C三个子类，但相对G.652光纤而言技术标准不十分成熟，具体表现在它的模场直径和色散的标准订得比较宽松，因此按不同生产厂家而区可分为数种不同的类型。比较有代表性的G.655光纤厂家有： laleent Tw (True Wave真波)和Fw{Fall Wave)光纤、康宁LEAF (大有效面积光纤)、韩国三星公司和我国长飞光纤公司的G．655普通和大有效面积光纤等[2]。国内较常见的G.655光纤为Tw和LEAF这两种， G.652光纤不同厂商之间的替代性较好，因此本文重点分析分别采用G.652D、G.655 Tw、G.655 LEAF光纤以及混缆对40Gbps DWDM系统的影响。三种类型光纤的光学指标如下（均只考虑1550nm窗口指标，均为单模）：
主流光纤类型光学指标
40Gbps DWDM系统依然会面临OSNR、色散、PMD色散、非线性效应受限的问题，并且受PMD和非线性效应影响更为明显，但无论采用何种光纤，40Gbps DWDM系统的OSNR、色散、PMD容限指标不会有变化，因此在比较不同光纤类型对40Gbps DWDM系统的影响时，可从色散、色散斜率、PMD系数、衰耗系数等方面考虑。
