□电信研究院通信标准研究所 赵文玉 张海懿
随着40Gbit/s技术的逐渐成熟和高层业务传送带宽需求的持续剧增，N×40Gbit/s WDM技术已成为光传送网带宽近期扩容的主要候选技术。相对于已成熟商用的N×10（2.5）Gbit/s WDM技术，采用多种调制编码的传输码型成为N×40Gbit/s WDM系统的最显著特点，而在具体应用中如何在不同传输码型间进行权衡、选择，则是目前业界关注40Gbit/s技术及其应用的焦点话题之一。
传输码型分类
根据目前可商用调制码型技术的实现机理，N×40Gbit/s WDM系统的传输码型基本可分为强度调制型和相位调制型两大类。另外，不同的传输码型可结合其它复用/调制方式以提高系统传输容量，如偏振复用（PM）等。
强度调制型的传输码型主要采用光波强度的变化来表示被调制源信号的变化，接收端一般直接采用光强检测即可解调出原始信号。强度调制型又可根据调制进制、占空比等进一步细分，如根据调制进制可分为二进制和（伪）多进制，根据占空比不同可分为NRZ型和RZ型等。其中，目前WDM设备的彩光接口支持的强度调制型传输码型主要基于NRZ和RZ的伪多进制，包括光双二进制（ODB）/相位整形二进制传输（PSBT）、归零型交替传号翻转（RZ-AMI）等，而白光接口一般采用常规的NRZ码型。
相位调制型的传输码型主要采用光波相位的（绝对或相对）变化来表示被调制源信号的变化，接收端一般采用相位差分检测或者直接相干接收检测结合数字信号处理即可解调出原始信号。相位调制型又可根据调制进制、占空比等进一步细分，如根据调制进制可分为（差分）相移键控〔（D）PSK〕和（差分）四相相移键控〔（D）QPSK〕，根据占空比不同可分为NRZ型和RZ型等。其中目前WDM设备的彩光接口支持的相位调制型传输码型主要为DPSK、RZ-DQPSK（非相干接收）、DP-QPSK（相干接收，结合PM和数字信号处理）等。
传输码型比较
N×40Gbit/s WDM系统中除了常规的NRZ之外还出现了多种传输码型，主要源于40Gbit/s光信号进行长距离大容量传输时需要克服与传输速率密切关联的多种传输限制因素所致，也即色度色散（CD）、偏振模色散（PMD）、非线性效应、光信噪比（OSNR）等。新型传输码型相对于NRZ的主要优势，就是通过新的调制编码技术，提高N×40Gbit/s WDM系统对于（大）部分传输限制因素的克服能力，显著扩大系统的传输距离。因此，对于N×40Gbit/s WDM系统传输码型分析与比较也应从这几个方面进行。考虑到目前设备传输码型的典型实现，在此选择NRZ、ODB/PSBT（ODB和PSBT实现细节有所差异，但整体特性差异不大，可表示为相同类型）、DPSK、RZ-DQPSK（非相干接收）、RZ-AMI和DP-QPSK等码型进行比较，并以NRZ为比较基准。
首先来看CD的限制。常规NRZ的CD容限在±60ps/nm量级（2dB OSNR代价），这对于40Gbit/s长距离传输的CD补偿精度提出了苛刻的要求。目前的解决办法除了采取单/多路可调的色散补偿方式之外，还可采用色散容限较高的新型传输码型，如光谱宽度较窄的ODB/PSBT和RZ-DQPSK等，或者直接采用相干接收进行电域信号损伤均衡的DP-QPSK等，其中DP-QPSK一般不再需要常规的DCM进行补偿。而对于DPSK码型，CD容限相对于NRZ并没有明显提升，而RZ-AMI则略有下降。
其次来看PMD的限制。常规NRZ的PMD最大值容限在7.5ps量级(1dBOSNR代价，DGD大于该值的概率为4.2E-5）。若按照目前PMD参数较低的光纤考虑，40Gbit/s系统受限于PMD的传输距离大于600千米，而对于PMD参数较高的光纤而言，40Gbit/s系统受限于PMD的传输距离则小于30千米。对于PMD的限制，除了选择PMD值较低的光纤链路之外，其他解决途径就是选择PMD容限提高的新型码型（如基于多进制相位调制的RZ-DQPSK，以及基于多进制相位调制和相干接收的DP-QPSK等）或者采用PMD补偿器件。相对于NRZ的PMD容限，RZ-DQPSK可提高2至3倍，而DP-QPSK可提高10倍左右，DPSK和RZ-AMI有一定程度提高，但ODB/PS－BT变化不大且略有下降。
光纤的非线性效应也是影响40Gbit/s高速信号传输距离的重要因素之一。在信号速率较低（如10Gbit/s以及以下）时，非线性效应主要体现为通道内的自相位调制（SPM）和通道间的交叉相位调制（XPM）及四波混频（FWM）等，随着比特速率（如40Gbit/s以及以上）的提高，通道内的非线性效应则主要体现为通道内交叉相位调制（IXPM）和通道内四波混频（IFWM）等效应。除了光纤类型与非线性效应密切相关之外，不同的调制码型对于非线性效应的容限也不尽一致。相对于NRZ的非线性容限，ODB/PSBT、RZ-DQPSK和QPSK的非线性容限变化不大，甚至QPSK的非线性容限还有一定程度的降低，而DPSK和RZ-AMI的非线性容限则一般有2dB左右量级的增加。
另外一个关键参数就是背靠背OSNR容限，因为在系统代价一定的前提下，OSNR容限很大程度上决定了N×40Gbit/sWDM系统的实际传输距离。相对于NRZ的背靠背OSNR容限，ODB有所降低，这主要由于ODB实现机理所致，信号频域压缩，时域展宽，眼图张开度降低。DPSK由于采用了平衡接收机制，OSNR容限可以提高3dB左右；RZ-DQPSK在采用四相调制、平衡接收机制的同时又采用RZ脉冲编码，综合而言比DPSK略有降低，RZ-AMI和RZ-DQPSK处于类似的量级。QPSK由于采用了相干接收，背靠背OSNR容限比DPSK码型还有一定程度的增加。
