速成!30分鐘了解100G傳輸

30分鐘了解100G傳輸鄧興昌/58345WDM市場支持，傳送網(wǎng)MOdengxingchang@這是一個基礎(chǔ)內(nèi)培材料，神馬講解詞、有聲都是浮云;看完你就懂了100G；不懂得話就再花30分鐘再看一遍。完整的100G傳輸方案包括3個關(guān)鍵技術(shù)客戶側(cè)100GbE接口技術(shù)132100GbE封裝映射技術(shù)100G線路傳輸技術(shù)MUXDEMUXREG3個標(biāo)準(zhǔn)組織聯(lián)合定義接口封裝傳輸客戶側(cè)IEEE802.3ba的100GE標(biāo)準(zhǔn)OTN映射提案和100G光接口100G電接口，標(biāo)準(zhǔn)長途傳送標(biāo)準(zhǔn)1接口2封裝3傳輸4競爭有3種100GbE接口100G

Base-CR10

10GbE×10(10m)銅纜接口100G

Base-LR4/ER4

25GbE×4λ

中短距離(3km、10km、40km)互聯(lián)的SMFLAN接口SMF=SingleModeFiber100GBase-SR1010GbE×10λ

短距離(100m)互聯(lián)的MMFLAN接口MMF=Multi-ModeFiber123144.75mm75mm14mmMoredetailsaboutCFPmoduleon

CFP光模塊CentumForm-factorPluggableIEEE主要制定客戶側(cè)的網(wǎng)絡(luò)接口和以太網(wǎng)相關(guān)映射標(biāo)準(zhǔn)。物理接口SC、LC、MPO或其它連接器148-Pin的電接口FAQ:怎么沒有單個100GbE接口?主要是價格的原因。單模光纖和多模光纖上的一條40G以太網(wǎng)鏈路的費(fèi)用大約是10G鏈路價格的6~7倍。一條100g以太網(wǎng)鏈路的費(fèi)用是10G以太網(wǎng)接口的20倍左右。考慮到經(jīng)濟(jì)性因素，現(xiàn)階段沒有定義單個100GbE的接口。后續(xù)發(fā)展仍有可能會定義單通道100GbE以太網(wǎng)接口。據(jù)估計，100G的價格到2015年左右會被市場廣泛接受。隨著成本的降低，應(yīng)用的障礙被消除，屆時各標(biāo)準(zhǔn)組織可能會定義單通道100GbE接口。1接口2封裝3傳輸4競爭100GbE封裝映射技術(shù)100GE適配到OTN時，可映射到OTU4中，也可反向復(fù)用到OTU2/3之中。根據(jù)100GE接口的具體實(shí)現(xiàn)形式，存在多條封裝映射路徑。第一，100GE串行信號映射到ODU4。ODU4/OTU4的速率為112Gbps。第二，100GE串行信號反向復(fù)用到ODU2e、ODU2、ODU3。主要有ODU2e-10v反向復(fù)用和ODU2-11v或ODU3-3v反向復(fù)用兩種方案。ITU-TQ11已經(jīng)明確將對這兩種封裝映射路徑進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。采用GMP（GeneralMappingProtocol）映射方法在技術(shù)上可以實(shí)現(xiàn)。第三，100GE信號反向復(fù)用到10×10G或4×25G。這種方案將高速串行的100GE信號反向復(fù)用為10G或25G低速并行的信號。目前，ITU正在討論承載Multi-lane100GE的問題，主要有Multi-lanePCS層匯聚再映射到OTN，以及比特透明獨(dú)立映射兩種解決方案。1接口2封裝3傳輸4競爭100G線路傳輸有2種方案單波傳輸方案多波傳輸方案12100GbE100GbE100G2×50G(56Gbit/s)方案:如華為已商用的sDQPSK50G50G1.用偏振分束器，將激光分成X、Y兩個垂直的偏振方向分離出y軸偏振信號2經(jīng)過偏振分束器1激光信號(電磁波)分離出x軸偏振信號光信號傳播方向光子的偏振方向3分離后的x、y信號主流技術(shù):100G相干ePDM-QPSK原理1627長距離傳輸（光纖）43TxRx相干檢測接收PDM-QPSK調(diào)制發(fā)送52.分別對x、y偏振方向上的光信號進(jìn)行QPSK調(diào)制0011…0110…1110…1101…y方向100G信號碼流經(jīng)過“串行-并行”轉(zhuǎn)換，變成4路28Gbit/s信號112Gbps/4=28Gbps0011010011011001…（112Gbit/s）π/43π/45π/47π/400011110不同的碼流對應(yīng)不同的相位。例如00時，選擇0相位的信號；01的時候，選擇π/2相位的信號一共有4個相位，所以叫做QPSK00常用“星座圖”表示QPSKπ

=180o相位011011加90o相位偏移，形成正交調(diào)制3.偏振合波器將

x、y兩個偏振方向上已經(jīng)調(diào)制好的光信號合路到一根光纖上x偏振方向已經(jīng)經(jīng)過QPSK調(diào)制的信號y偏振方向已經(jīng)經(jīng)過QPSK調(diào)制的信號4.接收端將接收到的信號分離到

x、y兩個偏振方向上分離出x軸偏振信號分離出y軸偏振信號5.相干接收，將

x、y兩個偏振方向上的光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏?電壓信號12345451接收端本振激光器,通過鎖相等技術(shù)，跟發(fā)送端激光器輸出的信號同頻同相(相干)。同樣也分離出x、y偏振方向的信號相干接收，解除調(diào)制積分2

接收到的x偏振方向的光信號SinωtCosωts(t)=√2Cos(ωt+θ)π/23本地激光器x偏振方向的光信號積分=

Isinωtdt

=

-

QI、Q解調(diào)由ADC、DSP處理6.ADC

高精度模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換，將電流/電壓信號變成0101…數(shù)字碼流

華為100G相干采用高性能的ADC模塊，采樣精度高達(dá)56GSample/s，所以支持單波100G（采樣帶寬要≥2倍信號帶寬。而做PDM-QPSK，需要調(diào)制信號速率在28G）。業(yè)界有一個DC-DP-QPSK方案采用雙子載波方案，主要是這里的ADC模塊精度不高，只能達(dá)到28GSample/s所致；7.DSP

高速數(shù)字處理，去除色散、噪聲、非線性等干擾因素，還原從發(fā)端的發(fā)出的100G信號

前面的1～6個環(huán)節(jié)，如PDM-QPSK調(diào)制、相干接收等，都是采用商用器件。如果不是采購特別差的器件，各廠家的性能都是差不多的。影響最終性能的就在第7個環(huán)節(jié)DSP，各廠家采用了不同的（專利）算法。

算法的優(yōu)劣很難用語言或者形象來形容。

通過實(shí)驗(yàn)、測試結(jié)果比拼，可以直接對比得知各廠家最終實(shí)現(xiàn)結(jié)果的好壞。ehanced

Polarizationdivisionmultiplexing-QuadraturePhaseShiftKeying增強(qiáng)型偏振模復(fù)用四相移鍵控FAQ-1:什么是PDM調(diào)制1.光信號光子有很多振動方向，光子的振動方向垂直于傳播方向。t信號傳播方向光子振動方向2.通過偏振分束器，將激光分離成x、y兩個垂直方向上的光信號。其它振動方向上的光信號被濾除。X、Y兩個方向就是光的偏振方向。輸入信號

I

Q輸出信號相位θ0

00

11

11

0π/43π/45π/47π/428Gb/sDataPre-coderPre-coder28Gb/sDataΣFAQ-2:什么是QPSK調(diào)制π/2x偏振方向的光信號SinωtCosωtIQ+-s(t)=I*Cosωt-Q*Sinωt=√2Cos(ωt+θ)IQ00011110映射關(guān)系轉(zhuǎn)為圖形(星座圖)把信號矢量端點(diǎn)的分布圖稱為星座圖。星座圖完整、清晰的表達(dá)了數(shù)字調(diào)制的映射關(guān)系，因此很多書中提到數(shù)字調(diào)制時經(jīng)常只是畫一個星座圖完事，不作過多描述。數(shù)字調(diào)制也因此常被稱為“星座調(diào)制”。碼流IQQPSKθFAQ-3:為神馬要弄PDM、QPSK?目的是為了降低電層處理的速率。從現(xiàn)階段電路技術(shù)來說，40Gbit/s已接近“電子瓶頸”的極限。速率再高，引起的信號損耗、功率耗散、電磁輻射（干擾）和阻抗匹配等問題難以解決；即使解決，則要花費(fèi)非常大的代價。PDM，把1個光信號分離成2個偏振方向，再把信號調(diào)制到這兩個偏振方向上。相當(dāng)于對數(shù)據(jù)做了“1分為2”的處理，速率降低一半；QPSK，一個相位就表示2個數(shù)字bit，也相當(dāng)于對數(shù)據(jù)做了“1分為2”的處理，速率降低一半；以上，100G（112Gbit/s）的信號，實(shí)際上，處理時的數(shù)據(jù)波特率僅為

112÷2÷2=28G

Baud。Baud（波特率，發(fā)音/?b??d/,縮寫“Bd”)是數(shù)據(jù)通信速度的表示單位，表示設(shè)備（如調(diào)制解調(diào)器）每秒中發(fā)生信號變化的次數(shù)。在低速的Modem(調(diào)制解調(diào)器)中，此速度與傳輸速度(bps)是一致的，故常被混淆。事實(shí)上，可以應(yīng)用編碼技術(shù)使1

Baud（即信號變化）表示2bit或更多bit。在現(xiàn)今的高速調(diào)制技術(shù)中，由于載波的每次變化可以傳送多個比特數(shù)據(jù)，使得波特與傳輸速度不同F(xiàn)AQ-4:什么是相干？相干光兩束滿足相干條件的光稱為相干光。相干條件(CoherentCondition)：這兩束光在相遇區(qū)域：①振動方向相同；②振動頻率相同；③相位相同或相位差保持恒定。兩束相干的光在相遇的區(qū)域內(nèi)會產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。40G/100G相干傳輸技術(shù)如何實(shí)現(xiàn)相干？在40G、100G相干方案中，在接收端選用與發(fā)送端激光器相同中心波長的的激光器（同頻）。再通過同步電路處理，使接收端的相位保持與發(fā)送端相同（同相），從而形成相干條件。為什么要相干？產(chǎn)生相干條件后，可以比較方便的還原出經(jīng)過“相位調(diào)制”的信號?？梢圆豢梢圆灰喔?？可以。例如華為已經(jīng)商用的sDQPSK技術(shù)就是在接收端采用“直接接收”的機(jī)制。只是采用相干接收，性能會更好。FAQ-5:恢復(fù)QPSK調(diào)制數(shù)據(jù)I、Q是1或0的bit序列。從上面可以看出，信號解調(diào)與接收到的信號的幅度（強(qiáng)度）沒有什么關(guān)系。也就是說，即使信號經(jīng)過長距離傳輸后，疊加一些干擾、噪聲等因素，只要在接收端還能識別出相位關(guān)系，那么就可以恢復(fù)出數(shù)據(jù)。這也是為什么相干技術(shù)擁有更好的色散、PMD、非線性、OSNR的原因。積分接收到的x偏振方向的光信號SinωtCosωtπ/2本地激光器x偏振方向的光信號積分=

Isinωtdt

=

-

QI、Q解調(diào)由ADC、DSP處理原始的I、Q信號能否被正確恢復(fù)的關(guān)鍵。要提取出28GBaud的信號，對高速的