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40Gbit/s SDH 光纤传输设备的发展

2009-01-04 09:06
棒棒书香
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作者:石开
 

  SDH传输系统经过近十年的商用,线路速率从最初的155Mbit/s系统已经发展到了现在10Gbit/s,每一次传输网速度跃变间隔的时间越来越短。10Gbit/s光传输系统已经被大多数运营商应用到骨干网络,那么离40Gbit/s系统大面积商用还有多远呢?

  一、40Gbit/s光纤传输系统需求分析

  目前各网络运营商对网络建设的考虑更加理性化,除了考虑网络的容量安全等问题外,对网络建设和维护成本的敏感程度在逐渐提高。因此在网络建设时,运营商希望每比特信息量的传输成本得到降低,从光纤通信的发展历程来看,提高单信道的传输速率是一个不错的选择,根据已往的经验,单信道传输速率提高4倍,每比特的传输成本能降低30%到40%。另一方面,从网络维护的成本考虑,对于长距离传输的密集波分系统而言,传输同样的信息流量,采用40Gbit/s速率的单信道比10Gbit/s速率的单信道占用的波道数量会有一定程度的减少,波道数量的减少能够有效降低网络运维产生的成本。

  从业务需求的角度来看,各种新型电信业务的出现对传输网带宽提出了更高的要求,比如宽带上网、视频应用以及无线3G业务等大带宽应用的迅速普及,使运营商对通信网络的带宽需求在迅猛增长,以P2P 为代表新的互联网应用的普及导致IP 流量持续快速增加,高达75%到125%的数据增长率,已经使全球因特网的骨干网带宽已达到了6~9个月就翻一番的地步。提高光通信的传输容量有两个方面的途径:一是在一对光纤上传送多个光信道,即波分复用(WDM)方式;二是提高单个光信道的传输速率,单通道的传输速率已经从最初的8 Mbit/s提高到目前的10 Gbit/s(STM-64),下一步将向40 Gbit/s(STM-256)发展。

  二、40Gbit/s光纤传输系统技术发展

  40Gbit/s光通信系统能否实现商用,一个关键因素是看能否实现长距离传输,实现长距离传输会遇到诸多光学和电子学领域的问题。当信号速率达到40Gbit/s时,光信号会受到色度色散、偏振模色散、非线性效应、光信噪比等光学特性方面的限制。在40Gbit/s SDH系统设备上,需要考虑40Gbit/s信号的成帧技术,光传输码型和调制方式的选择,以及大容量交叉芯片技术等。下文主要对40Gbit/s SDH光纤传输系统涉及的关键技术进行一下介绍:

  (1) STM-256 成帧处理技术

  国际电信联盟ITU-T 2000 年发布了新的G.707 标准,建议中规定了STM-256 的帧结构、复用路径和复用结构。由于STM-256 帧结构很长,且由4 路STM-64 信号按长度为64 字节块间插复接而成,电路规模十分庞大,至少相当于4 路STM-64 成帧器芯片。一路STM-64 成帧器芯片电路规模已十分庞大,实现已不容易,STM-256 成帧的难度更大。

(2) 40 Gbit/s 超高速信号的调制解调技术

  40 Gbit/s 系统中选用的光调制器以及光信号的码型对40 Gbit/s 信号的传输距离和传输效率有着重大的影响。在10 Gbit/s 及其以下速率的系统中,一般采用的是非归零(NRZ)编码格式。因为NRZ 码实现比较简单,技术比较成熟。在超长距离10 Gbit/s 及40 Gbit/s 系统中,归零(RZ)编码技术也开始采用。RZ 码是一种更为有效的编码格式,它具有有利于时钟恢复,比NRZ 编码具有更高的峰值功率,不易受到非线性失真和偏振模色散的影响等优点,但RZ码调制一般要有两个调制器,成本高,复杂性大。目前也在研究一些新的调制码型,主要有CS-RZ(载波抑制的归零码)、RZ-DPSK(差分相移键控归零码)等。由于40 Gbit/s 系统对调制器的要求更高,要求这些调制器具有高调制带宽、高消光比、低回损、高饱和功率和低驱动电压。对于40Gbit/s 传输系统,尚无直接调制的光源可用,必须采用外调制器。

  (3) 大容量交叉连接

  实现颗粒为VC-4 的大容量交叉连接技术难度很大,主要表现在交叉规模太大,芯片的规模和功耗很大,实现不太容易。目前最大容量的交叉芯片有160 Gbit/s 、180 Gbit/s,实现320 Gbit/s 交叉容量需要采用多片级联的方法构造。采用3 级CLOS 方式构建大容量交叉连接矩阵,高速连线数量非常多,交叉算法非常复杂。当前的交叉芯片的实现技术主要有两种:一种是采用时分-空分-时分(TST)结构的交叉技术来实现,采用该技术芯片电路规模小一点,但在交叉连接的实现算法比较复杂,交叉连接的实现速度、重构性等方面有些不足;另一种结构是一种基于比特切割的实现方法,可以实现任意端口任意时隙之间的交叉,实现算法简单,容易级联与扩展,交叉连接的速度快,重构性强。

  (4) 前向纠错技术

  FEC(前向纠错)技术是通过在光信号外增加额外的编码信号,用来探测、隔离和纠正传输过程中产生的任何错误信息。采用FEC 技术,可以改善系统传输误码率,补偿链路的性能下降,延长光链路的传输距离。另一方面,可缓解对光器件技术指标的严格要求和放松光器件的制造条件,从而可提高产量和降低生产成本。在40 Gbit/s 系统中采用FEC 技术,FEC 编码对ASIC 设计要求更高,实施起来更复杂,这种采用电子电路的复杂性来换取光功率预算的增加,是延长光电再生距离一个有效手段。

  三、烽火通信40Gbit/s技术进展情况

  烽火通信作为国内组要通信设备供应商之一,在40G的研发方面一直处于业界领先水平,在“十五”计划期间,烽火通信就承担了国家“十五”攻关项目-40Gb/s (STM-256) SDH设备与系统,以及国家“863”项目-基于T比特的80X40b/s 波分复用系统的研制两个40G重大课题,开始了对40G技术的全面攻关。经过多年的努力,已经研制出国际上第一套具有标准的STM-256帧结构的40Gb/s SDH设备,现实了40Gb/s单通道信号在常用的G.652和G.655光纤上无电再生560公里无误码传输,并且40Gb/s SDH设备在泰尔实验室进行了现网稳定运行试验和测试,为40G系统的测试和商用积累了一定的经验。为满足通信网智能化的发展趋势,烽火通信在前面两项重大科技成果的基础上,开发开出具有40 Gb/s STM-256接口的智能光网络设备——FonsWeaver780A,目前FonsWeaver780A已获在国内外得了规模商用。

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