摘要：隨著互聯網業務的迅猛發展，對骨干傳輸網提出了更高的傳輸速率需求，在此背景下40Gbit/s傳輸系統逐步進入了歷史舞臺。首先對40Gbit/s系統的應用背景、采用的關鍵技術和所具備的優勢進行論述；然后給出40G系統的商用方案，并對方案進行對比分析。

　　1、背景

　　自90年代中期以來，網絡容量一直以每5～6年翻4倍的速度穩步增長。從622M到2.5G，從2.5G到10G，光纖傳輸速率的每次飛躍過程用“道路曲折，前途光明”來形容最為貼切。近期，40G也將面臨類似向10G演進時的微妙階段。目前普遍認為，向40G邁進的步伐明顯落后于容量增加的正常規律[1]，其中的原因有多方面，包括市場需求迫切程度、大容量10G波分復用技術的廣泛應用、高速傳輸帶來的技術或成本難題以及電信泡沫的破裂等。同時，運營商對新技術的應用更趨謹慎，對網絡優化和網絡容量的提升采取了亦步亦趨的做法，網絡建設更加理性。

　　光通信市場在經歷低谷之后，如今元氣已基本得以恢復，并呈現良好的上升勢頭。互聯網業務（尤其寬帶業務）的迅猛發展極大地拉動了市場對帶寬的需求，加上3重播放業務的出現，使得運營商有必要采用更高速率。因此，時隔幾年，沉寂了一段時間的40G系統再次進入大家的視線，讓人們又一次充滿期待。

　　 2、40Gbit/s傳輸系統的關鍵技術

　　40Gbit/s系統的實現要廣泛應用電子學和光學領域的技術。首先，需要將網絡業務低速顆粒復用為40Gbit/s信號，將其成幀；其次，選擇適合傳輸的格式進行編碼，然后進行驅動和調制；最后，將其發送到光纖上傳輸到最近的光放大站點。完成這些工作需要解決許多關鍵技術問題，主要包括：IC材料技術、調制技術、提高光信噪比（OSNR）技術、色散補償技術、超級FEC等。

　　（1）IC材料技術
　　
　　40Gbit/s網絡隨著脈寬或脈沖間隔的變窄，信號抖動和碼間干擾（ISI）對信號的影響也變得更差。為了保證高質量的波形傳輸，就必須改善數字和模擬IC技術，以便高速、寬帶、低噪聲地對光波形進行整形和再定時。另外，IC功能的改良和功耗的減少是縮減成本的必要途徑。

    在40Gbit/s系統中很多芯片需要采用InP（銦磷）材料，但是InP材料制作比較困難，同時由于芯片尺寸太小，使得與光纖的耦合變得非常困難，插損大。

　　（2）調制技術

　　目前主要有3種傳統光調制器：直接調制分布反饋半導體激光器（DFB-LD）、電吸收外部調制（EAM）、包括集成在DFB-LD芯片上的EAM和LiNbO3馬赫-曾德爾（MachZehnder）外部調制。這些調制器的應用領域是由他們各自的帶寬、啁啾脈沖和波長相關性所決定的。前兩種方式不適合高速系統，LiNbO3調制可以生成高速、低啁啾的傳輸信號，而且特性與波長沒有關系，被認為是40Gbit/sWDM傳輸系統的最佳選擇。

　　40G調制格式的選擇是一個難題。目前有多種方式，例如NRZ碼、差分相移鍵控RZ碼、光孤子、偽線性RZ、啁啾的RZ、全譜RZ、雙二進制等等。從最新的研究成果分析，差分相移鍵控RZ碼（DPSK）顯得最有希望，這種調制方式的頻譜寬度介于NRZ和RZ之間，比普通RZ碼的頻譜效率高，可以改進色散容限、非線性容限和PMD容限，傳輸距離比普通RZ碼長。

　　（3）提高光信噪比技術

　　同10Gbit/sWDM系統相比較，40Gbit/s WDM系統有更多與光信噪比（OSNR）、色散、非線性作用、PMD等有關的尚待解決的問題。對于40 Gbit/s系統，為了要達到與10 Gbit/s系統相近的傳輸誤碼率，系統OSNR需提高6～8 dB。

　　（4）色散補償技術

　　從理論上看，色度色散代價和極化模色散代價都隨比特率的平方關系增長，因此40G的色散和PMD容限比10G降低了16倍，實現起來非常困難。由于小于100ps/nm色散容差很小，對于40Gbit/s的系統來說有可能會造成極其嚴重的限制，所以，從系統靈活設計和經濟角度考慮，應采用可變色散補償器（VDC）進行自動補償。40Gbit/s傳輸系統的另一個很嚴重的制約因素是偏振模色散（PMD），它是由纖心的不對稱以及內、外壓力（如光纖的彎曲）所致。由于引入了雙折射，光纖中的兩個傳播偏振模經歷了群時延的微分（DGD），這導致了脈沖的加寬，即產生碼間干擾（ISI）并表現為比特誤差率的上升。

　　（5）超級FEC技術[2]

　　這是一個相對比較古老的技術，從1984年面世，至今才開始形成大規模的應用。隨著光速率達到40G，提高光信噪比的難度越來越大，成本和代價也越來越高，FEC就成為一個非常關鍵的實用技術。特別是對于40Gbit/s速率，采用帶外FEC已經成為關鍵的使能技術之一，不僅可以使傳輸距離達到實用化要求，而且在一些短距離傳輸系統上，可以避免實施昂貴復雜的有源PMD補償。

　　3、40Gbit/s傳輸系統的主要優勢

　　 基于所采用的關鍵技術以及本身的特性，40Gbit/s系統具有以下優勢：

　　（1）可以比較有效地使用傳輸頻帶，頻譜效率比較高。

　　（2）減少了OAM的成本、復雜性以及備件的數量。尤其在城域骨干網絡上，調度性、集成度要遠遠好于4個10G系統，可以節省機房面積，減少設備堆疊，提高單節點設備的帶寬管理能力和調度能力。

　　（3）每比特的成本比其它的城域網的方案更加經濟。

　　（4）通常單波長可以處理多個數據連接，核心網的功能將會大大地增強，40G將使業務得到更加高效和有保護的承載。

　　鑒于以上優勢，40G將具有廣泛的應用范圍。在商用模式具備后，40Gbit/s接口將會出現在DWDM系統、ADM設備、大容量帶寬管理設備及路由器上[3]，將為數據中心或網絡POP節點提供高速互聯的功能。因此，40G系統將會在城域骨干網以及長途干線網絡中得到廣泛應用。