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100G DWDM 優化OSNR的技術[3]

交換技術與網絡管控責任編輯：playchao 2012-04-09

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摘要：在軟判決具體的碼型方案中，無論是LDPC碼還是TPC方案，均需要OTU上完成大量的硬件計算來支撐性能。為捕捉信號遠離介于0和1之外的信號而做出正確的判決，譯碼器的比特吞吐量也是硬判決的好幾倍。其在復雜度上也要考慮由于信道劣化特征，即0和1信號的隨機裂化而造成的噪聲概率分布的變化。所以，對應系統的算法復雜性大為增加。更重

在軟判決具體的碼型方案中，無論是LDPC 碼還是TPC方案，均需要OTU上完成大量的硬件計算來支撐性能。為捕捉信號遠離介于0和1之外的信號而做出正確的判決，譯碼器的比特吞吐量也是硬判決的好幾倍。其在復雜度上也要考慮由于信道劣化特征，即0和1信號的隨機裂化而造成的噪聲概率分布的變化。所以，對應系統的算法復雜性大為增加。更重要的是，由于啟用軟判決后線路速度從7%開銷的 112Gbit/s 速度上升到基于20%開銷冗余的128Gbit/s后，對后級ADC器件的采樣率要求從56GHZ提升到65GHZ, DSP的計算能力也要從千萬門電路往數千萬門級大躍進，系統關鍵芯片的搭建也將從基于100G轉變為超100G甚至400G而設計。最后，由于速率的提高必然帶來譜寬的變化，這必然也會在非線性、濾波效應以及ROADM直通方面帶來連鎖影響，這些均在研究中。

結合上文第一部分的分析，基于20% 開銷的128Gbit/s 相干接收系統中，實驗室仿真結果比較樂觀， B2B OSNR在同樣誤碼率門限情況下為14.5 db。雖然沒有達到第二代100G系統不采用軟判決技術的背靠背門限指標，但還是比第一代系統的仿真值提升了1.5-2 db。OFC 2010報道的國外某首個128Gbit/s速率PM-QPSK相干接收在線處理原型機的真實測試結果卻讓20%冗余度的SD-FEC技術蒙上陰影。其在 2E-3誤碼率下的B2B OSNR門限居然裂化到17db,與離線仿真結果出現2.5-3 db的差距。究其原因，除了仿真系統和在線系統復雜度的差異之外，另一個重要的因素是在線實時芯片處理能力。這個首個 128Gbit/s 在線處理原型機的DSP功能采用了大量的FPGA拼接而成，與不是基于112GBit/s系統常用的單ASCI芯片。業界認為，即使采用ASCI技術也需要65nm甚至40nm工藝的ASIC才能實現其高運算量和低功耗目標。所以，芯片技術成為軟件判決從紙上談兵走向商用系統與否的關鍵。

2012年Q1,AT&T實驗室發布了其業界首個40 nm的技術的MSA 收發器的系統測試結果，也是業界首個運營商測試的SD-FEC系統。PM-QPSK收發器示意圖如下圖二，其有4個8位、每秒65G采樣率ADC轉換通道的DSP引擎，在OTU接收端處理色度色散補償以及PMD補償和對應的載波信號恢復。同時，ASIC套片還包含SD-FEC發端編碼和接受端SD-FEC解碼。在具體的碼型算法上，試驗系統的SD-FEC采用的是基于 Turbo乘積碼（TPC），相應的凈編碼增益11.1分貝。

報告說明了該實驗基于G.652光纖，按照10×100KM跨段來進行系統搭建，每個跨度平均衰耗為20.5 db .系統采用40個符合PM-QPSK碼型的標準OUT來產生40個波長，其中39個為線路速率112G 基于硬判決的56G的采樣速率波長；1個波長為采用128 Gbps速率的基于軟判決的65G 的波特率采樣通道的波長，這個波長工作在1552.52nm中央頻段，開通基于TPC編碼的軟判決SD-FEC.測試通道和其他39個鄰居波長使用相同的WSS系統，在每一個跨段輸出功率為+3 dbm.在傳送10個跨段后，在測試通道加載噪聲，并使用光譜分析儀（OSA）測量ONSR, OSA和誤碼儀顯示測試結果表明系統達到目標。雖然AT&T這個實驗室測試系統受成40nm ASCI熟套片數量的限制，只開通了SD-FEC的波，遠低于國內40個波長的測試要求；系統的發射光功率也大于國內標準的1-2db（這會改善ONSR性能），但他畢竟為高性能芯片將SD- FEC帶入實踐商用做出了積極的嘗試。

為進一步解決高速率通道所帶來的系列問題，不僅僅是僅僅解決SD-FEC的錯誤平層和算法復雜度帶來的128G速率的提升，而是面向更具有挑戰性的400G甚至 1T應用，阿爾卡特朗訊在2012年3月發布了業界首個基于400G速率技術的解決的ASIC芯片。如同下表二對比，這個芯片超越現有芯片技術200%以上，預計可在2012年Q4帶來整個業界SD-FEC解決方案的全面更新，行業內的軟判決成熟套片的解決方案也將全面成熟。

四：結論

2012年國內100G 的研討已從“Why 為什么”建設深入到“ How 怎么”建設100G上來。在既有碼型和固定發射功率的下，有兩種方法提升Rm點的系統OSNR門限。經過本振技術優化后的系統在不增加額外線路開銷的情況下，B2B OSNR已與復雜算法的SD-FEC性能接近。由于100G相對40G技術，基于偏振復用相干檢測天生對DGD和色度色散不敏感，因此可將Q 裕量從40G的3-3.5db 下降到2-2.5db,優化后的 100G的系統ONSR門限完全與40G相同，甚至優于某些碼型的40G系統。SD-FEC 是第三代FEC技術發展的方向，在犧牲有效帶寬到20%冗余的情況下，可以提升OSNR預算1.3 db.由于SD-FEC本身的復雜對硬件實時處理的要求很高，軟判決和硬判決不是取代關系而是配合關系。目前，AT&T首次測試了針對128G 速率千萬門電路的40nm的芯片成熟性，阿爾卡特朗訊也在2012年Q1發布了基于400G技術的全新處理芯片。成熟套片技術的快速發展，必將大幅提升DWDM的網絡傳送容量以及網絡OSNR性能。

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