基于面向下一代灵活光网络的数字相干光传输技术分析

郑海波

基于面向下一代灵活光网络的数字相干光传输技术分析

郑海波

广东达安项目管理股份有限公司，广东 广州 510510

结合灵活光网络的传输技术应用情况，对面向下一代灵活光网络的数字相干光传输技术展开了分析，从而为关注这一话题的人们提供参考。

灵活光网络；数字相干光传输；调制技术

引言

随着互联网技术的发展，越来越多的高带宽网络业务得以产生，对光纤传输系统提出了更高的要求。为满足这些需求，要尽快完成下一代灵活光网络建设，以确保网络传输速率和容量得到不断提升。加强数字相干光传输技术的应用，能满足下一代光网络建设要求。因此，应加强对基于面向下一代灵活光网络的数字相干光传输技术分析，更好地推动光纤通信技术发展。

1 下一代灵活光网络中数字相干光传输技术的应用

受大数据、云计算等互联网业务的影响，下一代灵活光网络的研究重点在于实现超100 Gbps数字相干光传输。随着我国互联网业务流量的不断提升，通信行业对下一代灵活光网络建设提出了高速大容量传输需求。运用数字相干光传输技术，可以通过相干检测实现对灵活光网络中相位、偏振等光信号各种物理维度的充分利用，为光网络传输容量和频谱效率的提升提供较大空间[1]。表1为光纤通信OFC和ECOC会议提出的Tbit/s以上数字相干光传输实验结果。从实验结果来看，采用高阶调制技术可以提升光传输系统单载波调制速率，提高系统相位噪声和色散等容忍度，确保光网络传输质量。

表1 Tbit/s 以上数字相干光传输实验结果

2 基于面向下一代灵活光网络的数字相干光传输技术

2.1 灵活光网络数字相干光传输

在灵活光网络实现数字相干光传输时，需要利用发射端进行数字相干光信号发送，然后利用光纤链路实现信号传输，最后利用接收端实现信号接收。发射端由数字信号处理器、数模转换器等结构构成，其中数字信号处理器可实现编码映射、脉冲整形等功能，可以将离线产生的两个偏振方向上的同向和正交分量加载至数模转换器，以完成数字域到电域转换。采用该种发射端，能够提升网络传输灵活度和性能。在接收端完成链路中信号接收后，需先利用模数转换器完成光电转换，然后利用数字信号处理器完成前端校正、频偏纠正、色散补偿、恢复解码等处理，从而实现相干光传输[2]。在整个传输过程中，信号编码调制和解码识别是至关重要的两个环节，关系网络信号传输质量。

2.2 编码调制技术

在编码调制阶段，改变编码速率、调制码型等参数，可对光网络传输速率进行调节。在该方面，M-QAM技术最早得到了应用，比如采用DP-QPSK调制码型，能完成100 Gbps传输，采用DP-16 QAM可完成200 Gbps传输。但采用该技术，调制码型间颗粒度间隔过大，造成光网络传输灵活性降低。针对这一问题，引入了多维编码调制格式，通过将信号空间信号点分解为多个子集，然后通过引入冗余度完成传输速率自适应调节。但采用该种编码调制格式，将导致网络传输复杂度增加。采用时域混合QAM调制码型，可在数据结构中进行不同M-QAM调制格式的周期性插入，使调制码型各符号根据QAM1和QAM2调制码型比特数及排列结构确定携带的比特数，完成传输速率的自适应调节。采用该种调制编码方式，可以更加直接地完成调制码型部署。但与此同时，也需要解决调制码型功率比的优化问题，确保高阶调制码型受到的非线性效应影响得到减少。在实现时域混合QAM调制码型解映射时，则要完成相应码型的实时追踪。

2.3 解码识别技术

灵活光网络接收端在进行信号接收时，将根据信号调制码型实现判决解码、载波相位恢复等功能。但由于光网络采用的调制编码方式变得多样化，所以接收端还需完成有效解码识别。针对时域混合QAM调制码型，目前主要采用基于斯托克斯空间和基于接收信号功率分布的调制码型识别技术。采用基于斯托克斯空间的调制码型识别技术，可根据调制码型信号映射到斯托克斯空间点簇个数完成码型识别，需利用归类聚集算法完成空间点簇分类，如k-mesns算法、最大似然算法等，拥有不同识别度。采用高阶统计量，可实现M-QAM细分，并利用四阶统计量区分QPSK/BPSK。但采用该技术，在信号传输距离超出2 240 km时，将无法完成100%的正确识别。采用基于接收信号功率分布的解码识别技术，可在传输距离达4 000 km时获得100%正确识别率。采用该技术，需在载波相位恢复的BRSK导频符号上进行调制码型信息加载，然后通过解调BPSK符号获得调制码型[3]。通过周期性插入相同码型解调BPSK符号，并对重复符号数进行假定编码，可消除高斯白噪声的影响。在相干光通信中，也可以将调制码型信息加载至发射端RF-Pilot幅度上，从而结合接收到的相位和幅度信息完成解调识别。

图1为采用该方法获得的RF-Pilot相位和幅度信息。

图1 RF-Pilot相位和幅度信息

3 结论

通过分析可以发现，在面向下一代灵活光网络建设中，还应加强对数字相干光传输技术的应用，提高网络容量和传输速率。就目前来看，实际应用数字相干光传输技术进行光网络信号传输时，还要加强高阶调制技术的应用，解决信号传输过程中的调制编码和解调识别问题，继而更好地保证网络信号传输质量。

[1]王朔，张凯伦.数字信号处理算法在相干光通信系统中的应用研究[J].电子世界，2014（16）：220-221.

[2]冷丹，郝耀鸿，徐智勇.基于偏分复用技术的CO-OFDM系统模型分析[J].光通信研究，2015（3）：5-8.

[3]李波，郝耀鸿.相干光OFDM在高速光传输中的应用[J].通信技术，2013，46（1）：3-6.

Analysis of Digital Coherent Optical Transmission Technology Based on Next Generation Flexible Optical Network

Zheng Haibo

Guangdong Daan Project Management Co., Ltd., Guangdong Guangzhou 510610

Combined with the application of transmission technology in flexible optical network, the paper analyzes the digital coherent optical transmission technology for the next generation of flexible optical network, so as to provide reference for those who are interested in this topic.

flexible optical network; digital coherent optical transmission; modulation technology

TN929.1

A

1009-6434（2017）11-0095-02