隨著互聯(lián)網(wǎng)和智能手機的普及，數(shù)據(jù)流量呈爆炸式成長，為了滿足不斷飆升的通信需求,100Gbit/s相干光纖系統(tǒng)順勢產(chǎn)生。
100Gbit/s超高速光纖傳輸系統(tǒng)全面商用
日本NTT、日本電氣、富士通、三菱電機株式會社公司等受日本總務省委托，研發(fā)出了100Gbit/s光纖傳輸系統(tǒng)。它可以用到WDM的骨干光纖網(wǎng)及海底光纜網(wǎng)絡中，同時也可用在超高速數(shù)據(jù)專線網(wǎng)中，為客戶提供超高速數(shù)據(jù)專線服務。
因100Gbit/s光通信系統(tǒng)必須使用數(shù)字相干光通信技術(shù)才能實現(xiàn)，這就要求對超高速信號進行處理，因此超高速數(shù)字信號處理電路就成為必須的選擇。日本產(chǎn)官學聯(lián)合開發(fā)出的超高速光通信信號處理芯片,對光通信大容量化及日本光通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展做出了貢獻。
日本的大規(guī)模集成電路研發(fā)是通過聯(lián)合方式進行的。首先，將100Gbit/s光通信系統(tǒng)的功能模塊劃分成“信號編碼糾錯處理單元”、“多路復用單元”、“100Gbit/s光端機單元”、“色散補償單元”和”傳輸路徑評估單元”等，各個單元分別由參研單位獨立負責，分工進行；其次，功能塊之間主要信號耦合由NTT負責，在開發(fā)過程中如果功能模塊之間需要協(xié)作時,NTT負責協(xié)調(diào)；最后，在功能模塊間設置內(nèi)存(RAM),用檢測信號進行檢查,哪個模塊出現(xiàn)故障,就視為不合格。
大規(guī)模集成電路在國際電聯(lián)也是個大課題。如由ITU-T制訂的OTN標準與辦公室或家庭等計算機網(wǎng)絡使用的以太網(wǎng)不能很好匹配。但到2008年前后,100G OTN的標準化工作開始，最后決定采用創(chuàng)新的數(shù)字相干系統(tǒng)技術(shù)，OTN的下行接口配備了10G以太網(wǎng)接口，使10G以太網(wǎng)與10G OTN得以匹配。
現(xiàn)在應用程序服務提供商和內(nèi)容提供商在東京、大阪、名古屋、橫濱、札幌、仙臺、京都、神戶、廣島、福岡等主要城市中都在使用視頻、在線游戲、云計算等技術(shù)，數(shù)據(jù)流激增。100Gbit/s的以太網(wǎng)出現(xiàn)適應了數(shù)據(jù)流激增的形勢。據(jù)日本媒體報道，2013年1月23日,亞洲互聯(lián)網(wǎng)服務提供商NTT Com公司，在骨干光纖網(wǎng)上推出100Gbit/s以太網(wǎng)用戶界面，用于公司的互聯(lián)網(wǎng)超高速接入服務。當最大速率不超過10Gbit/s時，為固定費率；超過10Gbit/s時,超過部分按信息量計費。與傳統(tǒng)使用的多條10Gbit/s以太網(wǎng)電路服務相比，成本可節(jié)省約20%。現(xiàn)在日本的100Gbit/s光纖系統(tǒng)商用已經(jīng)相當成熟。
400Gbit/s光纖實驗系統(tǒng)推出
目前，日本市場上100Gbit/s光傳輸系統(tǒng)已經(jīng)開始商用，然而，隨著大數(shù)據(jù)和M2M的普及，客戶對數(shù)據(jù)的多樣性需求增強，對網(wǎng)絡速度要求不斷提高，對服務期待值不斷膨脹，將來要處理的數(shù)據(jù)量會遠遠超出預期，并且網(wǎng)絡上的業(yè)務量波動變化巨大。為了應對這些難題，就需讓光骨干網(wǎng)絡進一步超高速率化。然而，現(xiàn)在的光傳輸技術(shù)既需要超高速率化，又要確保光傳輸性能必然是困難的，并且隨著網(wǎng)絡中信息量增長，電信設備的功率消耗也會顯著增加。為了實現(xiàn)高容量且低功耗的光纖傳輸，構(gòu)建靈活的網(wǎng)絡，探尋新的光傳輸系統(tǒng)解決方案勢在必行。超高速率、低能耗、兼?zhèn)潇`活性的400Gbit/s光纖網(wǎng)絡，就成了人們追求的目標。
NTT、NEC、富士通三家公司受日本總務省委托，分別從2009年開始研發(fā)“超高速光網(wǎng)絡邊緣節(jié)點”，于2010年～2011年又研發(fā)“100Gbit/s數(shù)字相干光通信系統(tǒng)”，至2012年已將其商用。三家公司于2012年再次接受日本總務省委托，共同研發(fā)“超高速、低功耗的光網(wǎng)絡技術(shù)”，最終在2014年10月推出了單信道400Gbit/s的數(shù)字相干傳輸技術(shù)的實驗系統(tǒng)。
單信道400Gbit/s的數(shù)字相干傳輸技術(shù)的實驗系統(tǒng)分為3種情況，單信道速率200Gbit/s～400Gbit/s，WDM采用60個信道，用4值的正交相移鍵控調(diào)制(QPSK)方式，在10000Km長的光纖實驗線路上，傳輸速率達到了12.4Tbit/s；采用8值的正交振幅調(diào)制(QAM)方式，在5600Km長的光纖實驗線路上，傳輸速率達到了18.5Tbit/s；采用16值的正交振幅調(diào)制(QAM)方式，在2000Km長的光纖實驗線路上，傳輸速率達到了24.8Tbit/s。
除了在100Gbit/s系統(tǒng)上采用4值正交相移鍵控調(diào)制(QPSK)外，為了擴大容量還采用了8值正交振幅調(diào)制(QAM)和16值的正交振幅調(diào)制(QAM)，并由稱為副載波多路復用的奈奎斯特濾波的頻帶壓縮技術(shù)進行組合應用。特別是，根據(jù)光傳輸路徑的性能、線路質(zhì)量,選擇適當?shù)恼{(diào)制方式，并采用了包含8值正交振幅調(diào)制(QAM)等在內(nèi)的電子電路算法。
400Gbit/s的數(shù)字相干傳輸技術(shù)的實驗系統(tǒng)通過使用非線性光學效應的補償功能，實現(xiàn)了信號數(shù)字反向處理。此外，根據(jù)光纖中每個波長傳播延遲不同，可以估算出在10000km時光纖的波長色散，并采取了高性能的MSSC-LDPC糾錯碼技術(shù)延長傳輸距離。綜合這些元素，在海底光傳輸模式下實驗距離最大達到了10000km，陸地光傳輸模式下實驗距離最大達到了3000km。實驗中一個波道傳輸速率最大可達400Gbit/s,如果在一根光纖中采用60高密度波分復用，則這根光纖就可實現(xiàn)24Tbit/s(400Gbit/s×60)的傳輸能力。
依據(jù)本次實驗成果，結(jié)合色度色散、偏振模色散高性能的補償技術(shù)，可讓傳輸距離傳輸提高1倍以上、功耗削減一半，并通過自適應調(diào)制技術(shù)，構(gòu)筑成靈活的網(wǎng)絡。如圖1。
