100G关键技术原理

100G100G关键技术原理关键技术原理客服培训2012年10月27日网络产出线网络产出线提纲提纲1.光传输损伤2光调制格式2.光调制格式3.100G关键技术4相干解调4.相干解调5.超强前向纠错6烽火通信100G架构6.烽火通信100G架构7.100G运维优势2提纲提纲1.光传输损伤2光调制格式2.光调制格式3.100G关键技术4相干解调4.相干解调5.超强前向纠错6烽火通信100G架构6.烽火通信100G架构7.100G运维优势3光传输受限因素色度色散PMDOSNRPMDOSNR光传输损伤非线性效应滤波器效应4影响1：光信噪比-OSNR光信噪比定义：光信噪比定义光信噪比等于，绝对带宽范围内信号功率与相对带宽噪声功率的比值绝对带宽=0.4nm，50GHz光滤波器带宽相对带宽=0.1nm，基准值()dBPOSNRsignal⎟⎟⎞⎜⎜⎛=lg10()dBPOSNRnoise⎟⎟⎠⎜⎜⎝=lg10OSNRitiitOSNRitiit10GBs=0.4nm()nmBsPPPnoisetotalsignal@−=OSNRsensitivityOSNRsensitivity40G6dBnmPPnoisenoise1.0@=540G影响2：色度色散™本质：调制光信号不能实现零谱宽，从而具有多种频率分量™原因不同频率分量在光纤中的传输速率不同™原因：不同频率分量在光纤中的传输速率不同™影响：时域光脉冲的波形展宽σ输出脉冲均方根宽度初始脉冲均方根宽度σ高斯脉冲色散展宽公式色散长度02222221σββσ⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛+⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛+=TZTCZ0σ初始脉冲均方根宽度2β0T色散系数信号周期高斯脉冲色散展宽公式20βTLD=色散长度602020⎟⎠⎜⎝⎟⎠⎜⎝TTC0T啁啾系数信号周期2β影响3：偏振模色散™本质：光纤折射率各向异性™原因X轴向与Y轴向在光纤中的传输速率不同™原因：X轴向与Y轴向在光纤中的传输速率不同™影响：时域光脉冲的波形展宽高斯脉冲PMD展宽公式⎟⎟⎟⎞⎜⎜⎜⎛−Δ+−Δ+=1122202202τστσσ高斯脉冲PMD展宽公式⎟⎟⎠⎜⎜⎝324200σ输出脉冲均方根宽度σ0σ初始脉冲均方根宽度τΔ平均DGD=1/3最大DGD7影响4：非线性效应™线性与非线性的区别：是否产生新的频率分量克尔效应-折射率效应SPMXPMFWM受激散射SBSSRS8影响5：滤波效应9提纲提纲1.光传输损伤2光调制格式2.光调制格式3.100G关键技术4相干解调4.相干解调5.超强前向纠错6烽火通信100G架构6.烽火通信100G架构7.100G运维优势10调制技术及频谱效率11光调制格式分类光波方程()()iftAetEλω]cos[0+=∧－偏振态信号加载于偏振态上，偏振态调制∧eAω－幅度信号加载于幅度上，强度调制/OOK频率信号加载于频率上频率调制/FSKf0ω－频率信号加载于频率上，频率调制/FSK－相位信号加载于相位上，相位调制/PSKiλ－载波个数12马赫-曾德调制器13OOK调制14ODB调制15DPSK调制16DQPSK调制17偏振态复用18提纲提纲1.光传输损伤2光调制格式2.光调制格式3.100G关键技术4相干解调4.相干解调5.超强前向纠错6烽火通信100G架构6.烽火通信100G架构7.100G运维优势19100GWDM关键技术„要求100G在目前的10G线路上具有与10G相当的传输性能需要综合运用多维度调制解调、多维度复用解复用技术，并最大限度地利用目前成熟的微电子技术，使其在性能、复杂度、成本以及功耗上获得平衡；„目前业界认可的关键技术包括相位调制、相干接收、偏振复用、数字信号处理(FEC,EDC)以及多载波技术目前界认可关键偏复用数信号(,)及多载波，认同的调制方式主要有相干接收偏振复用正交相移键控(PMC-QPSK)、非相干接收偏振复用差分正交相移键控(PM-DQPSK)以及相干光正交频分复用(CO-OFDM)；„相对于OOK而言，100GPM-QPSK调制相干接收可提供约6dB增益，高增益的SDFEC可提供2-3dB增益，EDC对CD和PMD的补偿可提供1-2dB增益，藉此可获得9-10dB增益以使得100GPM-QPSK调制相干接20，EDC对CD和PMD的补偿可提供12dB增益，藉此可获得910dB增益以使得100GPMQPSK调制相干接收传输系统具有目前10GOOK系统相当的性能。并行100GN=44x25G100GBASE-LR4/4I1-9D1F21N=1010x10G100GBASE-LR10/OTU4-LR10串行100G-PM-(D)QPSK/DP-(D)QPSK22串行100G-光调制格式比较23提纲提纲1.光传输损伤2光调制格式2.光调制格式3.100G关键技术4相干解调4.相干解调5.超强前向纠错6烽火通信100G架构6.烽火通信100G架构7.100G运维优势24DPSK延时线自相干解调25相干解调26零差检测„当信号频率与本振激光器频率一致时，称为零差检测，若本振激光器能追踪信号传输过程中所叠加的相位噪声，则可以实现相位的正确检测0,()2cos{()()}IFSLOSLOsnItRPPttωωωθθ=−==+的正确检测；„该解调方式仅能提取信号复数包络的同相分量(cos)，若能同时提取信号复数包络的正交分量(sin)，则可以通过数字信号处理的方式估计信号的相位，消除相位噪声的影响；此即相位分集零差检测又称内差检测；27位分集零差检测，又称内差检测；相位分集内差检测„内差检测利用90°光混频器与本征混频同时提取信号的同相分量和正交分量，通过电信号处理消除相位噪声从而实现信号调制相位的检测和解调；处理消除相位噪声，从而实现信号调制相位的检测和解调；„内差检测允许信号频率与本振频率存在一定偏移，„内差检测可以缓解对本振激光器线宽和频移的要求；/2IFbωω28数字相干接收机处理过程„数字相干接收信号处理包括：各偏振态上光脉冲相位信息提取光电转换，模拟信号在时间和强度上的量化编码，信号初步校正、静态及缓变色度色散补偿、动态色度色散和偏振态色散补偿、插值和时序恢复、频率相位估计、符号估计和解码；29色散补偿、插值和时序恢复、频率相位估计、符号估计和解码；时域与频域缓变色散补偿30恒模算法(CMA)„基于PM-QPSK调制的恒幅传输系统，信号在传输过程中保持模恒定；„系数迭代更新以确保均衡后输出信号的归化强度单位收敛可实现偏振模色散的补偿31„系数迭代更新以确保均衡后输出信号的归一化强度单位收敛，可实现偏振模色散的补偿；正馈式载波相位估计„收发端激光器线宽在100kHz～10MHz之间，载波相位的变化较相位调制慢几个数量级，对多个连续符号的载波相位取均值可获得较准确载波相位估计；将所估计的载波相位从所接收信号中减去即可得到符号的调制相位32„将所估计的载波相位从所接收信号中减去即可得到符号的调制相位；提纲提纲1.光传输损伤2光调制格式2.光调制格式3.100G关键技术4相干解调4.相干解调5.超强前向纠错6烽火通信100G架构6.烽火通信100G架构7.100G运维优势33前向纠错编码技术34软判决纠错„FEC可有效提高系统传输性能，提高信号对通道损伤的容忍能力，要达到10GOOK的传输性能，100G收发机至少需要提高10dBOSNR，而相干接收PM-QPSK调制电域均衡最多能提供6dB，额外4dB增益35需通过FEC提供；„级联各种基本FEC编码(BCH、RS、卷积码)可获得更大的编码增益，基于软判决加乘算法的迭代LDPC解码可获得逼近香农极限的性能，可望用于100G光传输系统；LDPC-低密度奇偶校验码36二级链接编码„外部采用基于硬判决的链接块编码，内部采用基于软判决的LDPC编码；37„内部编码可提供至少2dB额外编码增益，使得总的编码增益接近11dB@BER＝10-15；提纲提纲1.光传输损伤2光调制格式2.光调制格式3.100G关键技术4相干解调4.相干解调5.超强前向纠错6烽火通信100G架构6.烽火通信100G架构7.100G运维优势38光传输受限因素39提纲提纲1.光传输损伤2光调制格式2.光调制格式3.100G关键技术4相干解调4.相干解调5.超强前向纠错6烽火通信100G架构6.烽火通信100G架构7.100G运维优势40烽火100G运维优势„大容量超长距光传输，单根光纤容量达9.6Tb/s，可成倍提高光缆的利用效率，减少布纤施工，降低网络成本；提高光缆的利用效率，减少布纤施工，降低网络成本；„与现有传输网络结构兼容，可实现10G/40G的平滑升级，系统扩容简单方便；系统扩容简单方便；„线路上无需CD、PMD补偿模块，精简链路设计，降低线路传输的故障率，简化了网络维护；„具有超强的FEC纠错能力，网络传输可靠性、稳定性、健壮性更高；„频谱宽度35GHz，具有极强的ROADM穿透能力；„保护倒换时间50ms，比40G系统保护倒换迅速；4110G、40G、100G系统对光纤的要求光纤类型10G系统40G系统100G系统维护差异光纤类系统系统系统维护异652支持，传输性能较好支持，传输性能较好支持，传输性能好无无655支持，传输性能较好支持，传输性能一般支持，传输性能较好光纤参数10G系统40G系统100G系统维护差异40GDQ码型支持PMD100GPM-QPSK码型支PMD系数支持PMD系数0.2的光纤传输2500km40GDQ码型支持PMD系数0.2的光纤传输900km100GPMQPSK码型支持PMD系数0.2的光纤传输22500km100G与10G方法一致，且更为简单方便;40G相对于10G和100G则要求更10G光模块固有800于10G和100G，则要求更苛刻繁琐色散补偿10G光模块固有800ps的色散容限，对系统色散补偿精度要求较高对系统色散补偿精度要求非常高，尤其是OLP保护倒换配置100系统色散容限高达40000ps,无需考虑色散影响42Page10G、40G、100G系统对OLP系统的考虑OLP线路保护10G系统40G系统100G系统OLP线路保护10G系统40G系统100G系统保护单板OLPOLPOLP保护单板OLPOLPOLP保护触发条件主备通道功率差主备通道功率差主备通道功率差保护触发条件主备通道功率差主备通道功率差主备通道功率差OTU单盘色散容限为40G光模块色散窗口只有约100ps/nm如果残余色散大采用电域DSP处理色主备线路色散补偿配置要求800ps/nm，主备线路残余色散控制在此范围内即可满足50ms倒换要求，对线路色散补偿精度要100ps/nm，如果残余色散大于100ps/nm，TDCM会启动TDC调节，调节速度为秒级，无法确保毫秒级别的倒换时间，采用电域DSP处理，色散容限高达40000ps，轻松满足50ms倒换要求，对线路色散补偿对线路色散补偿精度要求较高对线路色散补偿精度要求非常高，几乎无法实现。精度要求非常宽松；43100G客户侧光口拉远的考虑„40GE对于超过10KM没有成熟的解决方案„100GE对于10KM和40KM都有相应标准，最大程度与10G兼容44网络运维：40Gvs100G40G100G调制码型码型不统维护繁杂码型统维护简单调制码型码型不统一，维护繁杂码型统一，维护简单CD补偿线路补偿，维护繁杂接收机补偿，线路精简，故障率低维护简化低，维护简化PMD影响对光缆PMD系数有要求无需考虑光缆PMD系数传输距离1200kG652/G655相当1500kG652优于G655传输距离1200km，G.652/G.655相当1500km，G.652优于G.655ROADM级频谱较宽，穿透能力较差谱宽较窄，穿透能力较强联频谱宽穿能谱宽穿能保护倒换时间关于补偿CD，调整时间较长，通常为秒级电域DSP算法补偿CD，满足50ms电信要求时间常为秒级50ms电信要求FEC性能误码极限为E-3误码极限为E-2，健壮性更强光纤容量40G×96100G×96容量更大光纤资45光纤容量40G×96