100G光模块的技术与应用

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1、100G光模块的技术与应用0 引言　　随着40Gb/s密集波分光传输系统在运营商核心光网络的广泛应用，相应的100Gb/s产品在未来两年内将有可能来临，基于标准化的密集波分光通信模块也赢得了光通信业界的高度兴趣和市场的广泛接受。因此发展100G技术在所难免，本文主要研究了100G线路端模块的传输技术，应用DP-QPSK（双极化四相相移键控）调制和相干接收技术。100G客户端模块为CFP（外形封装可插拔）模块，是一种可以支持热插拔的模块。1 100G系统面临着的问题　　100G系统与10G系统和40G系统相比，100G系统面临着以下一些问题

2、需要对其解决：　　信道间隔：50GHz间隔DWDM系统已成为主流，100G必须要支持50GHz波长间隔，因此系统必须采用高频谱效率的码型，可以采用DP-QPSK，8QAM（正交幅度调制），16QAM，64QAM等调制方式。　　CD容限：相同条件下，100G系统色散容限为10G系统的1/100，100G系统色散容限为40G系统的16/100，必须要采用色散补偿技术，对每波长的色散补偿，可以在电域上或者光域上补偿来实现。　　PMD容限：相同条件下，100G系统的PMD容限为10G系统的1/10，100G系统的PMD容限为40G系统的4/10，

3、可以采用相干接收加上数字信号处理[4]。　　OSNR（光信噪比）：相同码型下，100G要求比10G增加高10dB，100G要求比40G增加高4dB，需要采用低OSNR容限的码型，高编码增益的FEC算法。　　非线性效应：100G比10G/40G的非线性效应更为复杂。2 100G线路端模块技术　　100Gbit/sDP-QPSK(DualPolarizationQuadraturePhaseShiftKeying)――双极化四相相移键控光传输技术，解决100Gbit/sDP-QPSK传输技术的调制方案是采用25GbaudQPSK编码方式。该解

4、决方案是在每一波长采用两个QPSK信号来传递100Gbit/s业务，这两个QPSK信号分别调制光载波两个正交极化（偏振）中的一个。由于QPSK和正交极化复用分别将频谱利用率提高一倍，与Duobinary或DPSK等调制方式相比，DP-QPSK只需1/4频谱带宽。　　100GDP-QPSK发射机原理[1]图如图1所示，发射机由两个平行的50GQPSK调制器组成，实现把两个50G信号分别调制到两个偏振正交的光载波上，然后再通过偏振复用器把X轴和Y轴光信号按正交极化（偏振）复用合并在一起通过光纤发送出去。　　这样每个正交偏振光载波上的信号实际为

5、25GbaudQPSK信号，因此100GDP-QPSK信号带宽只有25G，可以利用25G光电子器件，理论上具有25G的性能。采用相干接收和后继的DSP处理，可以自动补偿色散和PMD。由于相干检测结合DP-QPSK的调制格式可以比传统的直接检测获得更好的高光谱效率[2,3]，相干接收在理论上可以比差分接收提高3dB的OSNR灵敏度(改善幅度大约1.5～2dB)，DP-QPSK调制加上相干接收已经成为业界公认的100GDWDM长途传输系统的主流技术方案[4]。　　相干接收的DP-QPSK传输系统是通过电域完成偏振分离、相位补偿和均衡等工作，实

6、现一体化处理[5]。　　100GDP-QPSK相干接收技术是在电域上实现的，其核心功能部件是一个高速模数转换电路(ADC)和一个高速数字信号处理(DSP)电路。光信号通过光电转换单元变成模拟电信号，模拟电信号通过ADC转换为数字电信号，数字电信号通过DSP芯片数字均衡[6]的方式完成相干接收并可消除相位畸变，从而实现对色散、PMD和部分非线性效应的补偿。 　　图1 DP-QPSK发射端框图　　100GDP-QPSK的相干检测[7]如图2所示。该解决方案所使用的接收器是相干接收器，接受信号通过一个PBS(PolarizationBeamSp

7、litter)――极化束分离器分解成两个正交信号，每个正交信号都与一个本地光源LO混频，该本地光源的载波频率控制精度为数百KHz[8]。　　混频后得到4个极化和相位正交的光信号，分别用PIN检测，经电放大和滤波后由A/D电路转化为4路数字电信号。一个相干接收器能够保持成功解码QPSK信号所需的信号特性。在完成高速、高分辨率的模数转化后，接收器使用基于CMOS的数字信号处理芯片(DSP)来区分和跟踪这些信号。数字电信号通过DSP芯片数字均衡的方式实现：定时恢复、信号恢复、极化和PMD跟踪，以及色散补偿[9]。其间实现的3dB带宽大约为6GH

8、z，从而消除了带外噪声。 　　图2相干接收功能框图　　ADC的功能是通用的，主要技术难点是采样速率，如果要完整保留相位信息，ADC的采样速率至少达到信号波特率的两倍[10](DoubleSam