光传输系统关键技术

光传输系统的实现需要广泛应用电子学和光学领域的技术。首先，需要将网络业务低速颗粒复用为光传输信号，将其成帧；其次，选择适合传输的格式进行编码，然后进行驱动和调制；最后，将其发送到光纤上传输到最近的光放大站点。完成这些工作需要解决许多关键技术问题，主要包括：IC材料技术、调制技术、提高光信噪比（OSNR）技术、色散补偿技术、超级FEC等。

    （1）IC材料技术

    光传输网络随着脉宽或脉冲间隔的变窄，信号抖动和码间干扰（ISI）对信号的影响也变得更差。为了保证高质量的波形传输，就必须改善数字和模拟IC技术，以便高速、宽带、低噪声地对光波形进行回复整形和再定时(即CDR, Clock and Data Recover)。另外，IC功能的改良和功耗的减少是缩减成本的必要途径。

    在系统中很多芯片需要采用InP（铟磷）材料，但是InP材料制作比较困难，同时由于芯片尺寸太小，使得与光纤的耦合变得非常困难，插损大。

    （2）调制技术

    目前主要有3种传统光调制器：直接调制分布反馈半导体激光器（DFB-LD）、电吸收外部调制（EAM）、包括集成在DFB-LD芯片上的EAM和LiNbO3马赫-曾德尔（MachZehnder）外部调制。这些调制器的应用领域是由他们各自的带宽、啁啾脉冲和波长相关性所决定的。前两种方式不适合高速系统，LiNbO3调制可以生成高速、低啁啾的传输信号，而且特性与波长没有关系，被认为是40GbpsWDM传输系统的最佳选择。

    40G调制格式的选择是一个难题。目前有多种方式，例如NRZ码、差分相移键控RZ码、光孤子、伪线性RZ、啁啾的RZ、全谱RZ、双二进制等等。从最新的研究成果分析，差分相移键控RZ码（DPSK）显得最有希望，这种调制方式的频谱宽度介于NRZ和RZ之间，比普通RZ码的频谱效率高，可以改进色散容限、非线性容限和PMD容限，传输距离比普通RZ码长。

    （3）提高光信噪比技术

    同10Gbit/sWDM系统相比较，40Gbps WDM系统有更多与光信噪比（OSNR）、色散、非线性作用、PMD等有关的尚待解决的问题。对于40 Gbit/s系统，为了要达到与10 Gbit/s系统相近的传输误码率，系统OSNR需提高6～8 dB。

    （4）色散补偿技术

从理论上看，色度色散代价和极化模色散代价都随比特率的平方关系增长，因此40G的色散和PMD容限比10G降低了16倍，实现起来非常困难。由于小于100ps/nm色散容差很小，对于40Gbps的系统来说有可能会造成极其严重的限制，所以，从系统灵活设计和经济角度考虑，应采用可变色散补偿器（VDC）进行自动补偿。40Gbps传输系统的另一个很严重的制约因素是偏振模色散（PMD），它是由纤心的不对称以及内、外压力（如光纤的弯曲）所致。由于引入了双折射，光纤中的两个传播偏振模经历了群时延的微分（DGD），这导致了脉冲的加宽，即产生码间干扰（ISI）并表现为比特误差率的上升。

    （5）超级FEC技术

    这是一个相对比较古老的技术，从1984年面世，至今才开始形成大规模的应用。随着光速率达到40G，提高光信噪比的难度越来越大，成本和代价也越来越高，FEC就成为一个非常关键的实用技术。特别是对于40Gbps速率，采用带外FEC已经成为关键的使能技术之一，不仅可以使传输距离达到实用化要求，而且在一些短距离传输系统上，可以避免实施昂贵复杂的有源PMD补偿。