40G光传输系统关键技术

40G光传输系统关键技术

摘要：随着互联网业务的迅猛发展，对骨干传输网提出了更高的传输速率需求，在此背景下40Gbit/s传输系统逐步进入了历史舞台。一方面对40Gbit/s系统的应用背景、采用的关键技术和所具有的优势进行论述；然后给出40G系统的商用方案，并对方案进行对比分析。

1、背景

自90年代中期以来，网络容量一直以每5～6年翻4倍的速度稳步增长。从622M到2.5G，从2.5G到10G，光纤传输速率的每次奔腾过程用“道路曲折，前程光明”来形容最为贴切。近期，40G也将面临类似向10G演进时的微妙阶段。目前普遍认为，向40G迈进的步伐明显落后于容量增长的正常规律[1]，其中的因素有多方面，涉及市场需求迫切限度、大容量10G波分复用技术的广泛应用、高速传输带来的技术或成本难题以及电信泡沫的破裂等。同时，运营商对新技术的应用更趋谨慎，对网络优化和网络容量的提高采用了亦步亦趋的做法，网络建设更加理性。

光通信市场在经历低谷之后，如今元气已基本得以恢复，并呈现良好的上升势头。互联网业务（特别宽带业务）的迅猛发展极大地拉动了市场对带宽的需求，加上3重播放业务的出现，使得运营商有必要采用更高速率。因此，时隔几年，沉寂了一段时间的40G系统再次进入大家的视线，让人们又一次充满期待。

2、40Gbit/s传输系统的关键技术

40Gbit/s系统的实现要广泛应用电子学和光学领域的技术。一方面，需要将网络业务低速颗粒复用为40Gbit/s信号，将其成帧；另一方面，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。完毕这些工作需要解决许多关键技术问题，重要涉及：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

40Gbit/s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整形和再定期。此外，IC功能的改良和功耗的减少是缩减成本的必要途径。

在40Gbit/s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

目前重要有3种传统光调制器：直接调制分布反馈半导体激光器（DFB-LD）、电吸取外部调制（EAM）、涉及集成在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，并且特性与波长没有关系，被认为是40Gbit/sWDM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，可以改善色散容限、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，40Gbit/sWDM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40Gbit/s系统，为了要达成与10Gbit/s系统相近的传输误码率，系统OSNR需提高6～8dB。

（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减少了16倍，实现起来非常困难。由于小于100ps/nm色散容差很小，对于40Gbit/s的系统来说有也许会导致极其严重的限制，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。40Gbit/s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[2]

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。随着光速率达成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40Gbit/s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成实用化规定，并且在一些短距离传输系统上，可以避免实行昂贵复杂的有源PMD补偿。

3、40Gbit/s传输系统的重要优势

基于所采用的关键技术以及自身的特性，40Gbit/s系统具有以下优势：

（1）可以比较有效地使用传输频带，频谱效率比较高。

（2）减少了OAM的成本、复杂性以及备件的数量。特别在城域骨干网络上，调度性、集成度要远远好于4个10G系统，可以节省机房面积，减少设备堆叠，提高单节点设备的带宽管理能力和调度能力。

（3）每比特的成本比其它的城域网的方案更加经济。

（4）通常单波长可以解决多个数据连接，核心网的功能将会大大地增强，40G将使业务得到更加高效和有保护的承载。

鉴于以上优势，40G将具有广泛的应用范围。在商用模式具有后，40Gbit/s接口将会出现在DWDM系统、ADM设备、大容量带宽管理设备及路由器上[3]，将为数据中心或网络POP节点提供高速互联的功能。因此，40G系统将会在城域骨干网以及长途干线网络中得到广泛应用。

4、40Gbit/s传输系统的应用方案

近年来随着互联网的普及和各类业务的不断兴起，对路由器（特别是核心路由器）的容量需求不断提高，单机640Gbit/s容量的产品开始出现。而在实际运营网络中，个别核心节点的容量需求已达Tbit/s量级。可以预见，核心路由器将会迎来40G端口时代。根据实验情况，40G系统重要有3种应用模式。

（1）新建N×40Gbit/sWDM传输网络

支持40Gbit/s路由器的最佳传输方案是40Gbit/sWDM传输技术。目前在40Gbit/sWDM技术方面领先的是两个新兴公司：Mintera和StrataLight，一些传统设备商也声称自己的产品支持40Gbit/s速率。从研究的结论来看，只要选用合适的光纤（PMD系数在0.1ps/km1/2以内），目前信道间隔100GHz、传输距离1000km以内的40Gbit/sWDM传输技术已经成熟，假如光纤损耗和跨距合适，可以不使用拉曼放大器。

（2）10/40Gbit/s混传

为了支持40Gbit/s信号在现网中的传输，最可行的方案是在现有10Gbit/sWDM系统中开通若干个40Gbit/s速率波长通道，即10/40G混传技术[4]。

10/40G混传技术面临的挑战是50GHz间隔的40Gbit/s信号传输。由于近几年新建了大量50GHz间隔（C波段80波）的10Gbit/sWDM系统，混传模式的应用必然规定在这些系统上开通40Gbit/s波长信道。由于50GHz间隔的40Gbit/sWDM系统频谱运用率高达80%，滤波效应、非线性效应等不利因素的影响将极大限制系统传输性能。研究表白，采用CSRZ码型，50GHz间隔系统中40Gbit/s信号的ONSR容限比100GHz间隔系统中要高约2dB；并且对OTU和滤波器件的波长稳定性提出了更严格的规定，中心波长偏移超过0.02nm就会带来约1dB的滤波代价。（3）4×10Gbit/s反向复用技术

40Gbit/sWDM传输系统在技术实现还是成本因素都存在较多的限制，而反向复用（IMUX）技术另辟捷径，可以在10Gbit/sWDM系统上实现40Gbit/s信号的传输。

反向复用指的是在发送端将一路高速率信号解复用成为若干路低速率信号，通过低速率的传输系统的传输后，在接受端将多路低速率信号复用成一路高速率信号。这与常用的复用技术正好相反，所以称为反向复用。低速IMUX技术的实现并不复杂，但是不能因此低估了高速IMUX技术的实现难度，事实上目前40Gbit/sIMUX技术的实现难度甚至大于40Gbit/sWDM技术。

40Gbit/sIMUX技术的最大优点是不需要对现有10Gbit/sWDM系统进行任何改造，即可实现对40Gbit/s业务传输的支持。现网中核心路由器之间一般直接通过WDM系统的波长信道相连接，在这种网络架构下，40Gbit/sIMUX可以如图1所示在两个位置实现：第一个位置是路由器接口，即路由器接口板对内（核心路由模块）提供40Gbit/s接口，对外提供4个10Gbit/s接口，IMUX功能在路由器接口板上实现；第二个位置是WDM设备业务侧接口，即OTU业务侧提供一个40Gbit/s接口完毕与路由器40Gbit/s接口的对接，波分侧用4个10Gbit/s接口进行传输，IMUX功能在WDM设备OTU板上实现。

图1两种IMUX方式示意图

4.1方案比较

综上所述，彻底解决40Gbit/s信号的传输问题尚有待时日，也许的解决方案发展路线如下所述：10/40Gbit/s混传技术可以在一些满足使用条件的线路上一方面得到应用，但是没有规模效应。40Gbit/sIMUX技术一旦成熟，可以基于现有10Gbit/sWDM系统，提供限制条件更为宽松的40Gbit/s信号传输解决方案。但是40Gbit/sIMUX只是一种过渡技术，形成规模效应的40Gbit/sWDM系统将是解决40Gbit/s信号传输问题的最终解决方案。

5、总结

下一代网络的显著特性之一就是网络的业务性，下一代光传输设备必须充足考虑到对未来网络业务的支持；虽然2.5G和10G是目前网络中最常用的接口，但随着带宽需求的进一步增长，40Gbit/s技术将是下一代通信网最关键的技术，传输网向着40Gbit/s迈进是网络发展的必然趋势[4]。尽管40Gbit/s暂时面临一系列技术上的困难，但目前这些困难都已有了或即将有相应的解决方案，在不远的将来，40Gbit/s系统必将登上传输领域的舞台，成为此后几年骨干网和城域核心网中最重要的传输接口之一。

参考文献

1YMeghanFuller.是什么在阻碍40G传输系统的发展.LightwaveChina，2023-3-28.

2袁建国，叶文伟，毛幼菊.光通信系统中一种新奇的级联码型[J].光电工程，2023（4）.

3李俊杰支持40Gbit/s路由器的传输技术研究.电信科学，2023Vol.23No.1P25-28.

4ChenDZ，WellbrockG，PenticostSJ，etal.World‘Sfirst40Gbpsoverlayonafield-deployed，10Gbps，mixed-fiber，1200km，ultralong-haulsystem.In：OFC2023，OTuH4，Anaheim，CA，March2023.40G和100G光通信模块的发展和应用

2023年9月7日16:13

光纤在线

作者：洪进IEEE高级会员Opnext子系统事业部产品管理副总裁

随着40Gb/s密集波分光传输系统在运营商核心光网络里的广泛应用，和相应的100Gb/s产品在未来两年内有也许的即将来临，基于标准化的密集波分光通讯模块也赢得了光通讯业界的高度爱好和市场的广泛接受.本文旨在讨论和比较几种不同类型的40Gb/s和100Gb/s密集波分光通讯模块的发展状态及市场应用。

1.导言

为了缓解由于具有丰富的图像内容的以太网信息的快速增长对网络容量的压力，在过去的几年里，部分一级运营商已经在他们的骨干网络中部署了大量的40G密集波分光传输系统。

40G光系统之所以能得到广泛应用的重要因素有两个：一是40G路由器之间的互连充足地提高了路由效率，另一个是经济有效的10G到40G波长的汇聚大大提高了光传输系统的频谱效率，有效地将现有的密集波分光传输系统基础设施的容量直接翻了四倍。由于这两点，更多的运营商最近也已经开始在他们的骨干网络中部署40G光传输系统。此外，运营商也开始对在城域和区域网络内部署40G表达了越来越多的爱好。因此，基于标准化的40G和100G密集波分光通讯模块也赢得了光通讯系统供应商们的广泛爱好和高度重视。所以,最近以来，光器件供应商们一直在努力发展各种多源化通用模块以满足系统集成商针对不同的网络应用而有的需求。多源化通用模块对系统集成商缩减开发周期提供了方便；同时也为减少40G，100G核心光电器件成本提供了平台。

2．40G和100G通用光模块

40G密集波分通用光模块的市场迄今为止重要限于1000公里以上的核心长途光网。因其较好的光信噪比和光非线性特性，差分相移键控(DPSK)调制编码格式比较合适于这种应用并成为供应商们的重要选择。为了满足核心网络的不同需求，几种不同的差分相移键控模块已投放市场,例如部分差分相移键控(P-DPSK)和自由光谱范围(FSR)可切换式差分相移键控模块(SwitchableFSRDPSK)。不同模块设计的重要的目的是对其在通路间隔为50GHz和100GHz的带有不同类型和数目的的可重构型光分插复用器(ROADM)的密集波分光传输系统中传输性能的优化。最近，又有一种最新型的连续优化差分相移键控模块(CO-DPSK)投放市场，迅速受到了系统集成商的高度重视。和其他的差分相移键控模块相比，它能在各种各样的光网络级联滤波的条件下提供实时和连续的传输性能的优化。因此它不仅能保持优越的传输性能，并且还大大的简化了带有可重构型光分插复用器的光传输系统的网络管理。连续优化差分相移键控模块在运营中的实时优化过程不需要对光网络的等效的滤波器形状，级联的滤波器的数量和光传输通道的有效带宽有预先的了解。不仅如此，它还能对光传输通道上的残余色散，群时延纹波和非线性效应等所引起的信号失真进行部分补偿。下图显示了CO-DPSK同几个不同光谱范围(FSR)的其它类型DPSK模块性能的模拟和实验结果的比较(Bw表达基于二阶高斯分布型(SG2)滤波器的光信道的有效带宽;Exp表达对于不同的FSR的实验结果;纵轴表达在设定误码率的情况下所需的光信噪比)。由图可见,当正常的光传输通道的有效带宽落在从25GHz到65GHz的范围内,CO-DPSK的整体传输性能都比其他几种不同的差分相移键控模块有着显著的优越性。正由于如此，连续优化差分相移键控模块(CO-DPSK)被认为是一种非常合用于长途和区域网络的通用模块。一般来说,在这些网络中,传输光纤的质量一般也比较好,不大容易存在光纤偏振模式色散(PMD)数值过大的问题。

当传输光路中的偏振模式色散(PMD）超过DPSK模块的PMD容限阀值时，,光偏振模式色散补偿器模块（PMDC）可以和连续优化差分相移键控模块共同使用,解决(PMD)的问题。这种方式的最大好处是光偏振模式色散补偿器模块(PMDC)只需选择性地部署在一小部分需要的光路上。对于长途骨干网络和一些大区域网络来说,传输光纤的偏振模式色散(PMD)过高的光路较少。因此,相对于其它较为复杂的调制模式,这种方式可以有效地节省网络终端的成本。最近，光偏振模式色散补偿器已经作为独立可插拔子卡模块进入市场，从而为系统供应商把它集成到线路卡上提供了很大的方便。这使得系统厂商能更广泛和更快速在实际网络中加以部署。事实上，北美的重要的一级运营商已开始着手在长途骨干网中部署光偏振模式色散补偿器。

最近，归零型差分四相相移键控（RZ-DQPSK）模块也引起了业界的高度关注。其因素是它具有比DPSK更高的内在的偏振模式色散的容限.它的平均差分群时延（DGD）一般可达7到8皮秒(7~8ps)的范围。这样RZ-DQPSK便可以在一些城域型和部分区域型网络中甚至在小部分长途网络中用于那些需要较高的PMD容限的40G光纤线路。由于这些网络中更有也许会有一些具有较高的偏振模式色散的光纤。但是RZ-DQPSK模块现在的关键问题之一是它的结构，控制复杂,制导致本因此相对地高。模快供应商们正在从多方面进行努力,试图引入更多的光学和电子集成，从而迅速减少模块的成本。但是,这也许需要一段时间业界的共同努力。预计RZ-DQPSK模块将也许开始在2023年终左右在运营商网络中得到一定数量的部署。

然而，当在网络中光纤偏振模色散系数很大或光纤传输距离相称长的的情况下,RZ-DQPSK自身仍局限性以解决偏振模色散的问题。在这种情况下，40G相干偏振复用四相相移键控相干模块(CoherentPM-QPSK)便可以填补这方面的差距从而发挥非常重要的作用。40GPM-QPSK模块不仅可以提供高达30皮秒的平均差分群时延容限,并且可以提供大范围的光纤色散补偿,同时还具有2到3dB的背靠背光信噪比性能(OSNR)的提高。因此它可以涵盖运营商在大多数的城域，区域和长途网络中的需求和应用。PM-QPSK可以支持无色散补偿的长途传输，简化光放大器的结构，减少噪声,进一步减少网络的成本。当然，运营商最终选用哪一种模块,要由运营商的网络需求,部署的时间规定,以及它的成本,性能和供应商的稳定性,等诸多因素决定。预计低成本的40G相干偏振复用四相相移键控通用模块也将也许开始在2023年终左右在运营商网络中得到小数量的部署。

随着40Gb/s的大规模部署的开始，业界又涌现出多种新型的100G/s调制编码格式。面对众多特性各异的传输码型，在综合考虑其他系统设计参数的基础上，业界重要要从传输距离、通路间隔、与40Gb/s和10Gb/s系统的兼容性、模块成本与传输性能的平衡等方面进行综合选择。通过业界一两年来对于100Gb/s模块的紧锣密鼓的研究和开发,100G/s的偏振复用四相相移键控相干模块(CoherentPM-QPSK)正在变成业界的重要选择。下图显示100GPM-QPSK和其他几种100G调制格式对光学滤波效应的容忍度.如图所示,相比于其他各种形式的调制格式，100GPM-QPSK相干调制(带有空心圆点的曲线)有着其特别和显著的优越性(50RZ表达50%归零码型;DPSK表达非相干差分相移键控;Bo表达光信道有效带宽)。像40GPM-QPSK同样,100GPM-QPSK模块不仅可以提供高达30皮秒的平均差分群时延容限,并且可以提供大范围的光纤色散补偿,和直接的非相干检测模块相比,它同时还具有源于相干检测的2dB到3dB的背靠背光信噪比性能(OSNR)的提高。因此它可以涵盖运营商在绝大多数的城域，区域,长途和超长途网络中的需求和应用。100GPM-QPSK还可以支持无色散补偿的超长途传输,进一步大幅度地减少网络的成本。在加上业界近来涌现出来的软判决型前向纠错技术(SD-FEC)和其实现方法的日趋成熟,又有也许进一步大幅度地提高100GPM-QPSK相干模块的传输性能,使得它能在实际的超长途传输范围内尽量减少中继,甚至可以直接用于跨洋海底光缆的光信道的传输,从而使得100GPM-QPSK模块具有非常优越的整体性能,十分40G光模块技术是什么在阻碍40G传输技术的发展？MeghanFuller

2023-03-2802:27:40

《光波通信》2023年2/3月

业内人士认为，尽管随着比特率的增长，器件的物理性能呈指数下降，但由于先进的模块方案和其它一些技术进步，40G传输目前在技术上已经可行了。目前大规模推广的障碍仍是经济上的，但也有人认为现在也许已有了转机。

到1990年代中期，网络容量一直以每5到6年翻4倍的速度稳步增长。大家普遍认为，向40G迈进的步伐显然落后于这一正常规律，其中的部分因素也许是高速传输带来的技术难题，以及电信泡沫的破裂，ADVA光网络公司（）的业务发展总监PerHansen说。同时他也指出，波分复用技术被广泛应用，是“减缓40G发展”的一个因素。

然而，据部分运营商报道的每年高达75%到125%的数据业务增长率，加上三重业务的出现，使得运营商有必要采用更高速率。在一个由EXFO公司（）赞助的、题为《40G：高速度，新挑战》的网上研讨会中，资深产品经理FrancisAudet指出，高带宽应用的出现对核心网带宽的需求比任何一个来自于边沿网络的单个信号引发的需求都大。他说，由于存在这一关键的驱动力，目前那些一级运营商正在关注40G，只是还没有解决商业模式问题，导致了一些踌躇。

“我不认为只由于耍酷就有人乐意投资在40G上，”Mintera公司（）的产品营销副总裁NiallRobinson说，“他们乐意把钱花在40G上，是由于能节省他们的网络投资。”

“40G光发射机的价格是10G光发射机的2到2.5倍，而运营商们正在试图以减半的成本得到加倍的比特率”，VerizonBusiness公司的网络技术开发总监GlennWellbrock表达批准。“但人们为此还需通过艰苦的努力。”

从2.5G到10G的跳跃比向40G跳越要容易，Wellbrock解释说。“刚开始时，我们所做的只但是是把光开通和关断，但从2.5G到10G则通过了大量的改善工作——我们第一次需要考虑PMD（偏振模色散）一类的问题——但我们并没有改变发送和接受器的结构，”他说。“我们一直采用直接调制的方法，但是对于40G，直接调制无法满足工作规定。”

在40G系统中，激光器要以4倍于10G的速率进行调制，Audet指出，这带来了最重要的挑战。加快调制速率提高了激光器的光谱响应速度，这导致网络中所有复用器、解复用器以及滤波器都必须扩大4倍。“扩大4倍意味着对你的系统引入4倍的噪声，”Audet说。“对于同样的功率，光OSNR（光信噪比）将下降大约6dB，这是限制40G系统发展的重大问题之一。”

接受机灵敏度与比特率成指数关系。采用传统的非归零码（NRZ）调制，40G时的色散（CD）比10G时恶化16倍，PMD恶化4倍，因此将大幅减少传输距离。“为了得到好的40G传输系统”，Audet说，“我们还需要找寻比NRZ更好的编码方式以解决OSNR、CD和PMD等问题。”

此外，北电（）的光产品和解决方案营销总监KevinDrury补充说，新出现的色散问题规定增长色散补偿模块（DCM）和放大器，这在增长链路预算的同时增长了40G系统的成本，而40G系统的成本要被控制在10G系统的2至2.5倍以内。转机

据Hansen说，目前40G系统已经开始用于骨干网，这样的技术更加经济高效。“由于大量信号被汇聚进入骨干网，因此成本可以更多地分摊，”他解释说。“在网络的骨干部分，一般情况下花更多的钱可以得到更多的带宽。而向边沿网络推动的速度则要取决于经济效益提高的速度。”

那就是说，Hansen解释道，也许存在某些场合使运营商会由于某种特定的应用需要在10G系统更便宜的情况下宁乐意选择40G系统。比如，运营商已有一台配置了40G接口的路由器，更换接口会增长额外的成本，这样，就要采用40G而不是10G系统。或者，他说，也许在有些地方挖掘街道铺设光纤“是很困难的事，（运营商）宁愿一次付出更高的成本来获得更多的带宽。”

Mintera的人们则从不同的角度来看待这一问题。他们说，与其比较40G和10G系统的经济差别，还不如比较4波长10G系统与40G系统的成本。4波长10G系统已经被一些运营商所使用。

“当被问到这个问题时，人们总像比较桔子和苹果同样，拿出最便宜的、只能传输几十公里的10G模块来作为与40G比较的价格基准。”Mintera的CEOTerryUnter解释说。他的观点是，目前用于长距离和超长距离传输的技术将产生规模经济效益，40G器件的价格下降速度将比现在的10G器件的还要快。“我们现在正在制造未来12到18个月内投入使用的产品，它们在成熟的城域网或城域核心网中更具有价格优势，”他补充说。

近来开发的先进的调制方案也有助于加速40G系统的应用。在为减轻高比特率导致的色散问题而开发的调制方案中，差分相移键控（DPSK）显得最有希望，Audet说。在这种方案中，幅度和相位同时被调制，得到的平均功率比其它方案高3dB。“由于40G系统有6dB的代价，一种调制方案能提供免费的3dB是非常令人感爱好的”。DPSK在CD和PMD方面的性能也很优越。并且，它的光谱效率比传统的NRZ调制要宽2.5倍，使得DPSK调制信号可以采用50-GHz波分复用信道间隔。“我们可以在同一根光纤上同时传输50-GHz间隔的10G和40G信号”Audet说。

对这种新调制技术的能力不能过高估计，Unter补充道，那些公司在模块里同时使用了新的调制方法和“智能的色散补偿”来实现50GHz信道间隔。“这是40G领域的独特的领先技术。”他说。“从经济学的角度看，公司只有让40G设备可以在原本为10G系统建设的基础设施上运营，服务提供商们才干接受，”他报告说。“目前我们面临的挑战是提供经济可行的解决方案，该方案要遵守10G系统的设计规则并且可以在10G基础设施上运营，这样服务提供商在已有的为10G系统部署的基础设施上不必再投资升级放大器、光纤和色散补偿等设备就可以增长40G服务。”

Level3公司首席设计师JoeLawrence表达，目前的价格还是太高了，但是他怀疑其中有多少是由上述技术障碍带来的。他断言，“10G以太网的吸引力不是来自于技术而来自于量大。一种芯片一旦投产了，它的发货量就不是数以千计而是数以百万计。”

Infinera（）负责技术营销和业务发展的副总裁SergeMelle批准上述说法。他说，路由器端口到40G波分复用系统的连接费用还是太高。“目前，40G光器件的价格还没有降到能被普遍接受，从而在经济上具有吸引力来替换已有的器件，”他说，40G的光器件依旧比10G的贵6到7倍。

为了解决问题，Infinera已经联合了其它8家供应商建立一个X40多源协议组织（MSA），开发一种多速率的40G光收发器，预计只比相应的10G模块贵2.5倍。根据Infinera的VijayVusirikala的说法，MSA的重要目的是引入可插拔功能和减少功耗。“我们希望这能成为40G接口被更广泛采用的转折点，”他声称。

即使产量能驱动40G器件的价格下降，对于一些运营商，涉及Level3，仍然是个有争论的问题。Lawrence报告说，Level3已经在城市间的骨干传输线路采用8（波长）x10G”以上的速率。运营商们还会保持对最近成立的IEEE802.3高速研究组（HSSG）的关注，该研究组的任务是评估对更高比特率的需求，涉及目前领先的100G以太网。

“我们认为，对于我们的现有基础设施，100G以太网是更合适的解决方案，但是那并不表达我们认为40G就不再有用，”他解释说。“我们也有一些客户也许需要40G，所以我不会说40G是我们不支持的东西。我们只是不认为那是最经济的方案。”40G：海量之美——北电展出40G全光网2023年11月2日16:12

CCTIME飞象网

CCTIME讯针对通信行业的转型和网络融合的发展趋势，对下一代传输网而言，在干线网及城域核心网部署40GDWDM系统成为必然的选择，是大势所趋。可以预见，在未来几年，40GDWDM系统的规模部署和商用将会在全球范围内启动。

那么对于电信运营商，40G系统的价值到底在什么地方呢？

我们知道，在原有光传输系统上增长10G信道的数量或者新增一套新的10GDWDM系统，不仅实行时间长，并且会影响到既有网络的正常运营。更为关键的是，这种量的积累并不会给网络性能带来什么质的变化，却会徒然增长运营维护成本。此外，扩展信道带宽背后有一个很简朴的逻辑：假如可以在每个波长中包含多个数据连接，核心网络的性能将大大提高。因此，随着10G路由互换接口的普及，核心传输接口向40G转移就变得非常重要。尚有，40G系统设备体积只有同等传输容量的10G设备的一半，功耗最高可减少一半。这两点看似平常，但对于电信运营商来说可是“庇护体贴”之处。

目前，互联网视频应用和IPTV业务的风起云涌给电信运营商的长途骨干传输能力带来前所未有的挑战。此外，40G的路由互换端口已经得到广泛应用，而广域网端却缺少相应的40G传输端口与之匹配，资源浪费严重。因此，市场对40G光传输系统的需求凸显。

关注并致力于满足客户需求的北电在2023年北京国际通信展上初次揭开了其40G系统产品的神秘面纱。

我们知道，相比10G系统，40G系统对电子学和光学领域技术的规定都接近极限。比如，脉冲间隔减少为1/4、色度色散容限减少为1/16、极化模色散容限减少为1/4以及信噪比余量减少6dB。在这一极限的挑战下拿出可供电信运营商规模商用的产品方案是对业界能力的一个大考验。

光传输领域领导者北电凭借自己的智慧和经验，通过数年的刻苦研发，终于实现了革命性的技术突破：突破色度色散对传输距离的限制，色度色散容限高达2500公里；突破极化摸色散对40G传输的制约，极化摸容限远高于10G波分系统。需要特别指出的是北电新一代调制技术(NGM)。该技术的带来的价值是：不需色散补偿模块，减少由此产生的信号噪声，非线性代价；减少运维复杂性，减少运维成本；实现网络在线扩容，提高传输速率和容量，实现超长距传输；奠定了全光网基础。

基于NGM技术的北电的40G系统可以基于电信运营原有10G系统，在不需要色度色散补偿模块、不需要极化摸色散补偿模块以及不需要更换光纤的条件下为运营商提供大容量、长距离、低成本、易维护的下一代海量传输系统。此外，北电的40G系统与10G波分系统具有完全相同的传输距离（无中继传输距离高达2023多公里），这便意味着它们具有同样的光放站设立和同样的中继站设立。所有这些目的只有一个，那就是最大限度减少运营商的建网和维护成本，保证电信运营商DWDM系统的平滑演进，减少风险，保护投资。

在10G系统时代，北电曾经笑傲群雄。我们也有理由相信，凭借浓缩北电人百年创新经验的40GDWDM系统，北电也将会制胜40G时代。40GDWDM技术及应用(2023-12-0116:51:36)宽带业务的快速发展，催生了核心路由器40G业务端口的出现，迫切需要解决40G的传输问题。在我国经济发达的珠三角、长三角、环渤海经济带城域网核心节点之间已经采用了并行多个10G端口的捆绑方式，但这种方式给运维、管理带来了难度，开销庞大、端口效率不高，电信运营商的数据部门有较强的配置40G数据端口的意愿，40G应用已迫在眉睫。而40G传输面临一系列关键技术的突破以及工程应用问题的解决。本文点评了40G的核心技术，简要分析了40G工程应用中需要关注的问题。一、40GDWDM关键技术在10G超长传输技术基础上，40G要走向实用还需新的技术突破，重要有新型光调制技术、动态色散补偿技术以及偏振模式色散补偿等。1.码型调制技术40G要走向实用化，新型光调制格式是关键。笔者认为目前以及未来几年可以预见并可望实用的光调制码型有：NRZ、ODB、DPSK、DQPSK/RZ-DQPSK以及PM-QPSK。非归零（NRZ）码型用高光功率表达“1”码，接近于零的低光功率表达“0”码，相连的“1”码之间光功率保持高水平。NRZ可以采用EA或MZ做光调制器，光发送和接受单元都比较简朴。但在40Gbps系统中，NRZ的OSNR容限以及传输的非线性限制了系统的波长间隔和无电中继传输距离，其仅合用于作为40G客户侧接口或100GHz波长间隔的城域传输接口。光双二进制（ODB）码型是三电平光调制格式，用接近于零的低光功率表达“0”码，用高光功率表达“1”码，但相邻“1”码相位也许相差π，从而有效压缩了光谱宽度。ODB有多种实现方案，业界关注较多的有2种：相位整形光双二进制（PSBT）码型，采用5阶Bessel低通滤波器实现2电平到3电平变换，这样奇数个“0”两边的“1”相位相差π，偶数个“0”两边的“1”相位相同。其优势为频谱带宽窄，色散容限高，能合用于50G波长间隔的DWDM系统。劣势是眼图不好，OSNR容限接近NRZ码型。传号交替反转（AMI）码型，“0”码用零电平表达，相邻“1”码交替用“＋1”和“－1”，即相邻“1”码相位相差为π，并且对“1”进行了归零。优势是用于100GHz间隔系统可以显示归零码对OSNR明显的改善效果，较PSBT会有2dB左右改善。其劣势是光通道带宽不能太窄，只能用于100GHz间隔以上DWDM系统。差分相移键控（DPSK）码型是将数据承载于临近光脉冲的差分相位上，即前后两个信号脉冲的光载波相位相同则表达是数字码“1”，相反则表达是数字码“0”。DPSK的频谱能量集中，频谱效率高，可以改善色散容限、非线性容限。DPSK光接受端需要光解调器，采用平衡检测OSNR容限可以比NRZ改善约3dB。特别是光解调器的两臂设立合适的延时量，可以以较小的光通道滤波损伤达成支持50GHz波长间隔DWDM系统的能力，因此DPSK是目前技术成熟、性价比最佳的支持50GHz波长间隔的骨干网DWDM系统解决方案，用于100GHz波长间隔系统更有优势。差分正交相移键控DQPSK码型事实上是两路DPSK调制信号相差半个时钟周期叠加。DQPSK的频谱带宽只有DPSK的一半，可以很好地支持50GHz间隔的40GbpsDWDM传输，拥有良好的PMD和色散容限。目前研究较多的是RZ-DQPSK，它结合了RZ和DQPSK的优点，具有良好的非线性克制能力和高的色散与PMD容限。但实现方案比较复杂，目前集成度低是其商用的重要障碍，性能上与10GNRZ混传也许会受到严重损伤。偏振复用正交相移键控PM-QPSK码型事实上是两路偏振态正交的QPSK调制信号叠加，这样其单个调制信号的速率就变成了10Gbps。因此在性能上是与目前10GDWDM系统最接近的一种40G调制格式，但其实现方案在现有技术水平下过于复杂，集成度低，特别是工程中的可用性需要验证。2.动态色散补偿（TDC）技术TDC技术是目前40G较成熟的光调制格式，色散容限都在±200ps/nm之内，考虑到色散补偿模块补偿精度及色散斜率补偿与光纤的失配、环境温度变化对色散的影响以及线路维护也许导致色散变化等，40G长距离传输系统动态色散补偿是必配的。动态色散补偿技术长远来说，我们看好电色散补偿（EDC）方法。但目前光的色散补偿技术较成熟，重要有光纤啁啾Bragg光栅（FBG）技术、GTEtlon标准具技术、虚成像相移阵列技术等实现方式，光纤光栅（FBG）相比较而言最成熟。动态色散补偿应自动优化色散补偿量，而整个链路的残余色散量无法在线监测，目前基本依据接受点纠错前的误码率来闭环调整，而误码引起的因素很多，所以必须采用有效的优化控制算法。3.偏振模色散补偿（PMD）技术光纤链路PMD重要影响因素是光纤、色散补偿模块和光放大器，其他器件数量少，对链路PMD影响较小。较成熟的40G光调制格式，如按器件/模块厂商提供的典型参数设计，无PMD补偿时传输距离500km也许就是一个坎。目前关于PMD补偿系统的研究在光域、电域和光电域结合等多个方面同时展开。重要依赖测得的偏振度（DOP）、电域特定信号谱功率、电域所有信号谱功率、误码率（BER）、眼图监控信号以及电域中的横向滤波器和阈值电流技术等来调节PMD补偿量。但目前能应用于实际工程的PMD补偿器很少，并且效果需要工程检查。二、工程应用应关注的问题40GDWDM系统与10GDWDM系统相比，在工程应用中应重点关注以下问题：1.系统的PMD问题40G系统的PMD不仅要关注光缆，还要考虑站点内大量的掺铒光纤放大器（EDFA）和色散补偿光纤（DCF）。而光缆的PMD与光纤质量、成缆工艺水平、施工维护水平等密切相关，必须依赖实测数据，理论假设或按标准给的参数对工程设计没有太多实用意义。PMD具有记录特性，最大群时延（DGD）超过容限并不意味着系统就会瘫痪，只是表达短期（如每年2分钟）PMD引起的代价也许会大于1dB，会占有系统的裕量。2.40G与10G混传问题10GNRZ与40GDPSK/DQPSK混传时，邻近10GNRZ比特序列导致的幅度随机起伏会引起DPSK、DQPSK的相位随机变化，从而对40Gbps的DPSK、DQPSK带来比纯40Gbps系统更大的传输损伤。由于DPSK是两相位，DQPSK是四相位，这种XPM导致的相位扰动对DQPSK也许是致命的。所以在工程设计中，建议10G与40G波长最佳不要间插配置，建议分别配置在相邻的波带。3.40G客户侧接口问题目前40G客户侧接口通常配置1550nm波长的40GNRZ接口，对G.652光纤客户侧色散容限只有2km，对G.655光纤客户侧色散容限接近10km，因此数据中心与传输机房之间的40G接口必须考虑其色散限制。有以下解决思绪：（1）配置1310nm波长的客户侧接口，ITU-T最新已建议将波长限制在G.652光纤零色散波长附近的1307~1317nm，色散受限距离可望达40km；（2）配置1550nm波长的40GPSBT接口，G.652可达10km，G.655光纤接近40km。4.40G业务保护问题40GDWDM系统相比10G系统每个波长通道上增长了多个动态调整的部件，如动态色散补偿、DPSK解调器的相位锁定、也许需配置的PMD补偿模块等，这些参数的调整需要纠错前的误码率，并且会互相影响，需要多重循环才干完毕一次优化，与50ms保护倒换时间相差很远。目前40G只支持客户侧的1+1保护。

40G光模块新协议问世九大厂商已加盟九家网络、系统、光模块、半导体和连接器公司日前宣布成立X40多源协议（MSA）集团，该组织成立的目的是研制一种支持40G链路的新型、集成化、数字诊断式、多速率光收发器，可应用到电信（SONET/SDH和G.709）和数据通信（分组互换）市场。X40MSA集团成员涉及了Aeluros公司、Broadcom公司、Emcore公司、Finisar、Infinera、JuniperNetworks、MergeOpticsGmbH、Tyco电工以及Vitesse半导体公司。X40MSA希望可以帮助设备制造商增长端口密度和系统数据吞吐量，延长链路距离，减少功耗，减少每Gbps成本（相比现有的40G系统）。这些热插拔模块采用了跟XENPAK类似的模式，集成了4个发射和4个接受通道，然后再将这些通道复用到一个单光纤对上。该模块每通道支持速率范围从9.953Gbits/sec到11.1Gbits/sec，最终总的数据输出速率达成了39.8Gbits/sec到44.4Gbits/sec。这些X40模块与主板之间的电接口采用了SFF-INF-8077i.定义的XFI接口。X40MSA集团主席兼Infinera首席技术官DrewPerkins表达，X40模块将10G器件的成本点和成熟经验带进了40G的世界，从而使40G网络变得更加经济。最初的X40物理层接口将被定义来满足短距离城域接入网络（如10公里）的需求。目前市场上的40-G模块采用的300-pinMSA协议，通常传输距离限制在2公里以内，这需要进行色度色散补偿。X40采用了40个非制冷的CWDM波长（在1310nm附近），每个通道可承载10Gbps的数据，每个通道传输距离可达成跟10GBASE-LR接口相同的10公里，此外X40模块也采用数字诊断技术来监测链路性能。责任编辑:炊烟(TEL:（010）68476636-8006)Finisar（纳斯达克：FNSR）、Opnext（纳斯达克：OPXT）和住友电工旗下Excelight通信公司在OFC上宣布达成了一项光收发模块多源协议（MSA）。该项CFP多源协议（MSA）是为了定义一种热插拔光收发模块的封装规格，以推动40Gb/s和100Gb/s应用，涉及下一代高速以太网应用（40GbE和100GbE）。可插拔CFP收发模块可支持组成骨干网的数据通信和电信网络的超高带宽需求。业内分析师表达，由于高质量视频业务（如视频点播、IPTV等）和高速高容量接入网（FTTx和WiFi）建设的推动，到2023年，IP流量以每两年增长一倍的速度增长，从而将导致核心网带宽局限性。为满足带宽需求，运营商已经计划部署下一代高速网络。IEEEP802.3ba专门小组目前也正积极制订40Gb/s和100Gb/s以太网标准。此外，除了现有的40Gb/s电信标准，OIF和ITU-T也正致力于标准化100Gb以太网长途传输中的SDH/OTN电信接口。遵循CFP多源协议（MSA）的可插拔收发模块将被应用于40Gb/s和100Gb/s接口。CFA多源协议（MSA）重要是定义以相同封装支持多种应用的模块规格。这些应用涉及多种协议（如40GbE、100GbE、OC-768/STM-256和OTU3等）、不同媒体类型（如多模和单模）以及不同连接距离。CFA多源协议运用许多创新特色设计，如高级温度管理（advancedthermalmanagement）、电磁干扰管理（EMImanagement）和10Gb/s信号完整性（10Gb/ssignalintegrity）等来定义光收发模块的机械封装、光连接器、带插针10x10Gb/s电连接器、基于MDIO的模块管理接口和系统板上的硬件等。（美国）俄勒冈HILLSBORO和得克萨斯RICHARDSON—2023年4月9日，全球射频产品的领导厂商和晶圆代工服务的重要供应商TriQuint半导体公司（纳斯达克：TQNT），今天宣布推出两款驱动放大器---TGA4943-SL（40Gb/s）和TGA4956-SM（10Gb/s）。TGA4943-SL是用于下一代40Gb/s光通信网络的首款表面贴装技术（SMT）器件，这款高性能器件将可简化装配，并大幅减少功耗，使工程师可以设计出市场合需的更快、更经济的网络；TGA4956-SM是应用于10Gb/s光通信市场，尺寸更小、性能更高的驱动放大器。这两款新型器件在美国加州SanDiego市举办的光纤通信（OFC）研讨和展示会上进行发布和展示。

TriQuint的TGA4943-SL是首款在表面贴装封装内集成多个放大器和滤波器的产品，该产品使设计师可以很方便地组装40Gb/s光网络。TriQuint的新型驱动放大器针对重要制造商的光模块进行了优化，在提供方便性的同时，性能上的优势涉及高输出驱动能力、高边沿速率、和对干净信号杰出的信噪比。TriQuint光网络产品市场经理MikeTessaro表达：“新的TGA4943-SL在许多方面都取得了重大进步。其功耗相称低，只有2.1W，大约是其他光网络解决方案的50%。这是个更绿色环保的产品，可以真真切切地为网络运营商节约成本。”Tessaro补充说：“TriQuint的新驱动放大器是与重要收发器和模块制造商协作研发出来的。器件借鉴了市场上现有驱动放大器的成功经验，涉及TriQuint公司用于10Gb/s光网络的TGA4953和TGA4954。特别是，新模块可满足DQPSK（差分正交相移键控）调制标准对性能的规定，从而实现高速40Gb/s光网络。更大带宽的高速网络使运营商可以用更经济有效的方式满足全球市场对带宽不断增长的需求。”市场研究与征询机构StrategyAnalytics公司注意到，尽管全球经济尚不明朗，但社区网络和其他数据密集型应用使消费者对带宽的需求在不断扩大，促使通信公司去建立更快、更有效率的高带宽网络。StrategyAnalytics公司GaAs和复合半导体技术服务总监AsifAnwar表达：“电信公司必须不断对10Gb/s和40Gb/s网络进行投资。长途通信市场需要使用特殊的LiNbO3调制器，而基于GaAs的驱动器可以提供最佳的性能。通过改善这些驱动器的性能，同时减小功耗和改善核心器件的热操作，这对于保持电信公司在网络上的投资势头是十分重要的因素。”Anwar先生补充到：“StrategyAnalytics预计到2023年，GaAs驱动器的整体增长将达成7%，而40Gb/s市场的增长会更高一些，这是由于为了在现有光纤网络上提供更多带宽，需要采用DQPSK这样效率更高的脉冲传输方案。根据对市场的评估，我们认为TriQuint在开发光驱动放大器技术上居于领先地位。”TriQuint同期发布的用于10Gb/s光网络的表面贴装驱动放大器TGA4956-SM，其封装尺寸为8mmx8mm。这款新的驱动放大器比前一代产品的尺寸更小，在性能上的增强涉及更低的功率耗散，可以减少系统内浪费的热量，并减少整体功耗。放大器可以采用低驱动电压（3Vpp）和高驱动电压（6Vpp），可扩展的电源电压以及更容易和更经济的表面贴装，使其很适合于10Gb/s网络的升级。TGA4943-SL（40Gb/s）和TGA4956-SM（10Gb/s）现可提供样片和评估板。TGA4956-SM的数据表和参数，可至网址下载。欲寻求技术支持或TGA4943-SL的数据表，请写邮件至，联络TriQuint的产品营销部门。请在e-mail的标题行标明产品型号。关于TriQuintTriQuint公司成立于1985年，通过向全球重要通信公司提供高性能的射频模块、元件和晶圆代工服务，达成“连接数码世界，贯通全球网络”的理念。TriQuint的产品被全球最大的5家手机制造商中的4家公司所广泛采用。TriQuint公司运用先进流程，采用砷化镓、SAW声表面波、BAW声体波技术等，制造标准和定制产品，为涉及无线电话、基站、宽频通信和国防等应用领域提供解决方案。TriQuint公司是美国国防高级研究计划署3年计划的重要参与者，主导开发高级氮化镓（GaN）放大器，并为美国重要国防及航天承包商提供砷化镓产品。据StrategyAnalytics的2023年8月报告，TriQuint公司是全球第三大砷化镓设备供应商和全球最大的商用砷化镓晶圆代工供应商。TriQuint在俄勒冈、得克萨斯和佛罗里达州均设有经ISO9001认证的工厂，并在哥斯达黎加设有工厂。设计中心则设于北美和德国。

WTD40G光收发模块通过鉴定验收

频道：光电子

发布时间：2023-11-01

近日，由武汉市科技局组织有关专家对武汉电信器件有限公司（wtd）承担的武汉市重大科技创新专项子课题“40gb/s光发射/光接受模块”进行了科技成果鉴定。

40gb/s光发射/光接受模块是一个双向传输模块，用于为sdh光物理层和电段层之间提供sdh兼容的电/光接口。该模块集成了一个40gb/s的光发射单元和一个40gb/s的光接受单元，并带有16：1mux/demux功能。在接受部分，它将高速（40gb/s）光信号转换成40gb/s的电信号，再通过放大整形后解复用成16路并行2.5gb/s电信号输出。在发射部分，模块将16路并行输入的2.5gb/s电信号复用成40gb/s的电信号，调制ea激光器，最终转换成40gb/s的光信号输出。它将高速（40gb/s）电信号所有在模块内部解决，外部电接口为2.5gb/s的数据信号。此外，模块中还包含时钟综合电路和时钟恢复电路，是一个具有3r功能的模块。

40gb/s光发射/光接受模块是目前光模块领域最先进、技术规定最高的产品，具有相称的技术难度。

另一方面是资金投入的问题，由于昂贵的设备等投入，使国内外很多野心勃勃、试图开发40gb/s光收发模块的公司望而却步。

在中国，由于采用了比较谨慎和务实的研发策略和技术路线，在国外一哄而上开发40gb/s项目的时候，采用了预研分析、稳健跟随的方法，等待和捕获最佳研发时机和市场切入点。

项目组在研发过程中发动全体研发人员的智慧,凭借wtd雄厚的技术底蕴，运用公司内外各种可以运用的资源,克服了种种困难，解决了各种难题，积极推动项目的进行，准时顺利完毕了项目任务书的各项指标规定。

鉴定委员会认真听取了课题负责人所作的研制报告、技术报告等文献，审查了项目组提供的各类技术文献，并对鉴定的成果进行了现场的检查。通过认真讨论，鉴定委员会一致认为：

40gb/s光发射/光接受模块是40gb/s光纤传输系统的关键技术之一，研究开发我国自主知识产权的40gb/s光发射/光接受模块具有重大而深远的意义。目前各项技术指标达成或优于协议的规定，属于国内首创，并达成国际同类产品先进水平。产品达成了实用化水平，通过了并通过了用户试用。建议根据市场的需要，建立规模生产线，进一步减少成本，以良好的性价比参与国内外市场竞争。

随着我国加入wto,通信运营业和通信设备制造业所面临的竞争局势更加严峻。40gb/ssdh(stm_256)光纤通信设备和系统是光传输网的发展方向,是光纤通信的制高点,也是光通信技术实力的标志之一。40gb/ssdh(stm_256)在国际上可以掌握的国家不多，40gb/s光发射/光接受模块技术的突破，将使我国在光通信领域与国际水平的差距进一步缩小，对我国民族光通信产业的发展有重要意义。这其中关键的一点就是要研究开发40gb/s光模块，它是40gb/s光纤传输系统的关键技术之一。进行40gb/s光模块的开发不仅是适应光通信的发展，产生明显的经济效益和社会效益，并且能在平抑国外产品价格的同时，更加有力推动国产高速传输系统的发展。1/8/2023,

Mintera

今天宣布初次商业发售40Gps

DWDM

DPSK光模块。Mintera

的MI

4000XM

自适应-DPSK

产品与JDSU共同开发，采用标准300针封装。这次商业发售的用户为欧洲一家客户。除了他们其他几家厂商也选择了Mintera的这一产品。Mintera总裁Terry

Unter表达这一发售是光通信工业界一个重要转折点。互联网视频内容的大量增长正在驱动电信运营商部署性价比更高的40Gbps产品。A-DPSK技术已经被几乎所有设备制造商验证过。未来将会看到MI-4000XM产品更多的发售。

6/30/2023,宽带业务的快速发展，催生了核心路由器40G业务端口的出现，迫切需要解决40G的传输问题。在我国经济发达的珠三角、长三角、环渤海经济带城域网核心节点之间已经采用了并行多个10G端口的捆绑方式，但这种方式给运维、管理带来了难度，开销庞大、端口效率不高，电信运营商的数据部门有较强的配置40G数据端口的意愿，40G应用已迫在眉睫。而40G传输面临一系列关键技术的突破以及工程应用问题的解决。本文点评了40G的核心技术，简要分析了40G工程应用中需要关注的问题。

一、40G

DWDM关键技术

在10G超长传输技术基础上，40G要走向实用还需新的技术突破，重要有新型光调制技术、动态色散补偿技术以及偏振模式色散补偿等。

1.

码型调制技术

40G要走向实用化，新型光调制格式是关键。笔者认为目前以及未来几年可以预见并可望实用的光调制码型有：NRZ、ODB、DPSK、DQPSK/RZ-DQPSK以及PM-QPSK。

非归零（NRZ）码型用高光功率表达“1”码，接近于零的低光功率表达“0”码，相连的“1”码之间光功率保持高水平。NRZ可以采用EA或MZ做光调制器，光发送和接受单元都比较简朴。但在40Gbps系统中，NRZ的OSNR容限以及传输的非线性限制了系统的波长间隔和无电中继传输距离，其仅合用于作为40G客户侧接口或100GHz波长间隔的城域传输接口。

光双二进制（ODB）码型是三电平光调制格式，用接近于零的低光功率表达“0”码，用高光功率表达“1”码，但相邻“1”码相位也许相差π，从而有效压缩了光谱宽度。ODB有多种实现方案，业界关注较多的有2种：

相位整形光双二进制（PSBT）码型，采用5阶Bessel低通滤波器实现2电平到3电平变换，这样奇数个“0”两边的“1”相位相差π，偶数个“0”

两边的“1”相位相同。其优势为频谱带宽窄，色散容限高，能合用于50G波长间隔的DWDM系统。劣势是眼图不好，OSNR容限接近NRZ码型。

传号交替反转（AMI）码型，“0”码用零电平表达，相邻“1”码交替用“＋1”和“－1”，即相邻“1”码相位相差为π，并且对“1”进行了归零。优势是用于100GHz间隔系统可以显示归零码对OSNR明显的改善效果，较PSBT会有2dB左右改善。其劣势是光通道带宽不能太窄，只能用于100GHz间隔以上DWDM系统。

差分相移键控（DPSK）码型是将数据承载于临近光脉冲的差分相位上，即前后两个信号脉冲的光载波相位相同则表达是数字码“1”，相反则表达是数字码“0”。DPSK的频谱能量集中，频谱效率高，可以改善色散容限、非线性容限。DPSK光接受端需要光解调器，采用平衡检测OSNR容限可以比NRZ改善约3dB。特别是光解调器的两臂设立合适的延时量，可以以较小的光通道滤波损伤达成支持50GHz波长间隔DWDM系统的能力，因此DPSK是目前技术成熟、性价比最佳的支持50GHz波长间隔的骨干网DWDM系统解决方案，用于100GHz波长间隔系统更有优势。

差分正交相移键控DQPSK码型事实上是两路DPSK调制信号相差半个时钟周期叠加。DQPSK的频谱带宽只有DPSK的一半，可以很好地支持50GHz间隔的40Gbps

DWDM传输，拥有良好的PMD和色散容限。目前研究较多的是RZ-DQPSK，它结合了RZ和DQPSK的优点，具有良好的非线性克制能力和高的色散与PMD容限。但实现方案比较复杂，目前集成度低是其商用的重要障碍，性能上与10G

NRZ混传也许会受到严重损伤。

偏振复用正交相移键控PM-QPSK码型事实上是两路偏振态正交的QPSK调制信号叠加，这样其单个调制信号的速率就变成了10G

bps。因此在性能上是与目前10G

DWDM系统最接近的一种40G调制格式，但其实现方案在现有技术水平下过于复杂，集成度低，特别是工程中的可用性需要验证。

2.

动态色散补偿（TDC）技术

TDC技术是目前40G较成熟的光调制格式，色散容限都在±200ps/nm之内，考虑到色散补偿模块补偿精度及色散斜率补偿与光纤的失配、环境温度变化对色散的影响以及线路维护也许导致色散变化等，40G长距离传输系统动态色散补偿是必配的。

动态色散补偿技术长远来说，我们看好电色散补偿（EDC）方法。但目前光的色散补偿技术较成熟，重要有光纤啁啾Bragg光栅（FBG）技术、GT

Etlon标准具技术、虚成像相移阵列技术等实现方式，光纤光栅（FBG）相比较而言最成熟。

动态色散补偿应自动优化色散补偿量，而整个链路的残余色散量无法在线监测，目前基本依据接受点纠错前的误码率来闭环调整，而误码引起的因素很多，所以必须采用有效的优化控制算法。

3.

偏振模色散补偿（PMD）技术

光纤链路PMD重要影响因素是光纤、色散补偿模块和光放大器，其他器件数量少，对链路PMD影响较小。较成熟的40G光调制格式，如按器件/模块厂商提供的典型参数设计，无PMD补偿时传输距离500km也许就是一个坎。

目前关于PMD补偿系统的研究在光域、电域和光电域结合等多个方面同时展开。重要依赖测得的偏振度（DOP）、电域特定信号谱功率、电域所有信号谱功率、误码率（BER）、眼图监控信号以及电域中的横向滤波器和阈值电流技术等来调节PMD补偿量。但目前能应用于实际工程的PMD补偿器很少，并且效果需要工程检查。

二、工程应用应关注的问题

40G

DWDM系统与10G

DWDM系统相比，在工程应用中应重点关注以下问题：

1.

系统的PMD问题

40G系统的PMD不仅要关注光缆，还要考虑站点内大量的掺铒光纤放大器（EDFA）和色散补偿光纤（DCF）。而光缆的PMD与光纤质量、成缆工艺水平、施工维护水平等密切相关，必须依赖实测数据，理论假设或按标准给的参数对工程设计没有太多实用意义。

PMD具有记录特性，最大群时延（DGD）超过容限并不意味着系统就会瘫痪，只是表达短期（如每年2分钟）PMD引起的代价也许会大于1dB，会占有系统的裕量。

2.

40G与10G混传问题

10G

NRZ与40

GDPSK/DQPSK混传时，邻近10G

NRZ比特序列导致的幅度随机起伏会引起DPSK、DQPSK的相位随机变化，从而对40Gbps的DPSK、DQPSK带来比纯40Gbps系统更大的传输损伤。由于DPSK是两相位，DQPSK是四相位，这种XPM导致的相位扰动对DQPSK也许是致命的。所以在工程设计中，建议10G与40G波长最佳不要间插配置，建议分别配置在相邻的波带。

3.

40G客户侧接口问题

目前40G客户侧接口通常配置1550nm波长的40G

NRZ接口，对G.652光纤客户侧色散容限只有2km，对G.655光纤客户侧色散容限接近10km，因此数据中心与传输机房之间的40G接口必须考虑其色散限制。有以下解决思绪：

（1）配置1310nm波长的客户侧接口，ITU-T最新已建议将波长限制在G.652光纤零色散波长附近的1307~1317nm，色散受限距离可望达40km；

（2）配置1550nm波长的40G

PSBT接口，G.652可达10km，G.655光纤接近40km。

4.

40G业务保护问题

40G

DWDM系统相比10G系统每个波长通道上增长了多个动态调整的部件，如动态色散补偿、DPSK解调器的相位锁定、也许需配置的PMD补偿模块等，这些参数的调整需要纠错前的误码率，并且会互相影响，需要多重循环才干完毕一次优化，与50ms保护倒换时间相差很远。目前40G只支持客户侧的1+1保护。(来源：中国联通网)武汉电信推出40Gb/s

300

pin

Transponder模块

产品特性

40Gb/s

短程光收发器l

l支持OC-768

SONET与STM-256

SDH信号

l16路2.488Gb/s信号复用/解复用器

光接口符合ITU-TG.693标准l

标准电接口：OIF

SFI-5

,

SXI-5l

l连接器与外型符合300

pin

MSA协议

发射关断与信号丢失告警功能l

l标准供电电压

工作环境温度：0℃

~

+70℃l

应用领域

局间长途通信与高速数据通信应用l

l局内SONET/SDH系统

推荐理由：WTD执著于40G器件好数年了，这一款产品是他们在40G领域数年工作的一个结晶，并且做成Transponder的样子更方便用户使用。

40G绝对是光通信的前沿，尽管这两年饱受打击，但是AT&T最近采用西门子的40G设备成功建设了旧金山到San

Jose的传输线路，对于40G应用是个鼓舞。光纤通信：40Gb/s光模块的研究与开发随着光通信产业的全面回升，光器件市场需求也不断回升。武汉电信器件有限公司（WTD）与日本兼松株式会社成功了签署出口日本FTTH项目的光器件的协议，价值2900万美元的“光谷”最大的海外定单将进一步促进公司实力的壮大；加上国内最大的光电器件供应商的重要地位，WTD走进了万象更新、阳光明媚的2023年春天。

10Gb/s光收发模块的研发成功、产品的多样化、生产的批量化等一系列成果以及迅速占领的国内高端模块市场份额，促使WTD一路高歌猛进，果断、坚决地追击40Gb/s模块市场，义无反顾地继续领跑国内模块高端产品的研发。