40G十年磨一剑

　　40G经过十余年的发展，其技术、标准、测试等各个方面的已逐步成熟，与此同时，40G接口的出现提出了高速传输需求。随着应用场景日渐清晰，基于40Gb/s的DWDM系统已经从试验向商用发展。

　　当40Gbit/s技术初次被提出时，人们惊异于它的高速，符合SDH体系4倍增长的线路速率。10Gbit/s技术已经在20世纪90年代成功商用，对于40Gbit/s速率本身怀疑不多，但是在发展初期对于40Gbit/s的应用场景，主要设备类型，需要解决的关键技术等多方面存在着很多争论。

十年磨砺

　　40Gb/s技术的研究与开发已经有十年左右的时间了。在电信业高速发展期间，为了更早地抢占市场和技术先机，芯片和设备制造商就开始了40Gb/s技术的研究。作为设备研发的基础，为了克服40Gbit/s技术在光电方面的限制，器件制造商在初期进行了多方面联合，如2002年9月，Inphi和u2t合作开发40Gb/s接收机;在2002年初，AlcatelOptronics、CyOptics和Oki合作开发基于40Gb/s的电吸收调制器;2002年3月，包括Corning、JDSUniphase、LaserComm、PhotonEx和MicrowaveConcepts等在内的10家公司成立了40G协作组织，正是伴随着这些协作和联合，40Gbit/s的器件技术逐步成熟，为设备研发奠定了基础。

　　从设备和系统研发的角度来看，从1998年开始，40Gb/s系统就逐步进入实验室实验与现场试验阶段，而从1998年到2002年之间，虽然电信业经历了从繁荣到萧条的发展阶段，但对于40Gb/s技术的研究与开发，绝大多数设备商、芯片制造商和电信运营商都没有放弃，例如2000年6月，Qwest与北电网络宣布了全球第一个承载商用业务的40Gb/s现场网络开通，该网络全长700公里;另外Lucent、Siemens、Alcatel也分别在北美、欧洲进行了40Gb/s的现场实验。发展到今天，国内外主要传输设备制造商都相继推出了基于40Gb/s的DWDM系统，并在国内进行了多种类型的试验。

　　由于40Gbit/sSDH设备的应用需求和场景不是很明确，早期有些厂家提供了SDH设备，如Lucent的LambdaUnite和Marconi的MSH256(分插复用器ADM)和MSH-E(数字交叉连接设备DXC)等，烽火通信也在国家高科技计划的支持下研发了40Gb/sSDH设备，这些研发和经验的积累对于后期基于40Gb/s的DWDM系统的相继出现和成功研发奠定了很好的基础。

　　随着网络业务带宽的快速增长，大容量的传输需求日渐明显，尤其是路由器40G接口的出现和长距离传输需求凸现之后，传送网提供40Gb/s的传输能力成为必须，40Gb/sWDM系统的传送需求日趋明显，在干线和城域等层面呈现出多样化的需求。回顾40Gb/s技术的发展，经过十年的磨砺，技术已经成熟，应用场景日渐清晰，将迎来进一步的发展

一次技术革命

　　虽然40Gbit/s技术具备众多优势，但在光域和电域具体实现时均面临着诸多障碍。电域最显著的便是要突破材料的电子速率处理瓶颈，这就促使研究人员采用新型材料或者改进集成技术来研制基于40Gbit/s速率的核心处理芯片，如采用InP或者SiGe材料的成帧器、复用/解复用器等。而在光域，限制40Gbit/s技术应用的因素更多，最主要的方面包括CD、PMD、非线性效应、OSNR等。若与10Gbit/s系统的传输限制因素作简单量级比较，那么40Gbit/s系统的CD容限和PMD容限便分别为10Gbit/s系统的1/16和为1/4，OSNR容限值要提高6dB，这在一定程度上增加了40Gbit/s技术商用的难度。

　　为了克服40Gbit/s的传输限制，目前已经具备多种技术可以选择，如采用新型的调制码型(CS-RZ/PSBT/DPSK/DQPSK等)、超强FEC、单/多通路色散精确补偿、电域色散补偿和采用喇曼放大器等。选择这些技术中的一种或几种组合，就可以大大增强40Gbit/s信号的传输距离。

　　鉴于实际应用需求程度和设备成本等因素，现有10Gbit/sWDM系统主要采用强度调制的NRZ编码格式。初期的40Gbit/s系统也基本上采用NRZ/RZ的编码格式，随着40Gbit/s关键技术的逐渐解决，WDM系统采用多种传输码型的传输试验和商用系统不断涌现，如除了强度调制两电平的NRZ、归零(RZ)(如50%占空比RZ，载波抑制归零(CS-RZ)等)、三电平的光双二进制(ODB)/相位整形二进制传输(PSBT)(ODB和PSBT特性类似)之外，还包括基于相位调制的差分相移键控(DPSK)和差分四相相移键控(DQPSK)、结合偏振复用(PM)的调制技术(如双极性-四相相移键控(DP-DPSK))等。

　　基于调制码型与系统传输能力的关键度量参数，如表，主要从背靠背OSNR灵敏度、色散容限、PMD容限、非等方面分析和比较NRZ、ODB/PSBT、RZ-DSPK、RZ-DQPSK和DP-DPSK等五种码型的差异，其中部分参数与具体测试条件、参考误码率、噪声分辨率等密切相关，表中仅从各种码型的相对容限和能力来进行比较，并以NRZ的能力作为基准参考。

　　根据码型具体特征，若不考虑50GHz通路间隔的应用需求，NRZ可用于局内、短距和600Km左右的长距，而ODB/PSBT可用于600Km左右的长距，其他几种可用于600Km以上长距。若考虑40Gbit/s系统也支持50GHz通路间隔，根据码型具体特征，那么实际应用时可选择ODB/PSBT、RZ-DQPSK和DP-QPSK等，其他码型在50GHz通路间隔应用时系统代价较大，一般很难满足系统性能要求。

　　40Gbit/s的FEC芯片在2005年左右才逐步成熟，之前研发的系统由于没有解决FEC芯片，要么采用替代方式，在10G速率上加FEC然后复用实现，要么是仅采用带内FEC，系统的传输距离和性能受到很大的影响，目前芯片和设备都已经能够支持超强FEC，不仅可以延长传输距离，而且在一定距离传输系统上，可以避免实施昂贵复杂的有源PMD补偿。

技术标准和测试仪表的发展

　　从标准规范方面来看。40Gbit/s的国际标准目前主要由ITU-T和OIF来完成。ITU-T已经制定了多项与40Gbit/s有关的标准，如G.707、G.783、G.709、G.798、G.959.1、G.693、G.696.1和G.8251等等，涉及40Gbit/s技术的网络接口、设备功能特性、物理层接口和抖动特性等多个方面。目前规范中一些参数指标如多通路物理层参数、STM-256抖动等尚未完善，正在进一步的研究之中。OIF主要规范与40Gbit/s有关的电层处理标准，目前已经完成了SFI-4/5、SPI-3/4/5、SxI-5、TFI-5、VSR-4-01/02/03/04/05和VSR-5-01等规范的制定，同时也完成了与MSA相关的规范。国内的CCSA也已经启动了40Gbit/s设备与器件相关标准和技术报告的研究工作。

　　从测试仪表方面来看，初期的40G仪表提供的厂家少，体积大，组成复杂，需要多个仪表搭建环境，功能少，目前功能已经逐步完善，也逐步实现小型化。

　　40Gbit/s技术经过十余年的发展，从技术、标准、测试等各个方面的逐步成熟，采用先进的技术克服了40Gb/s的传输限制，具有相关的标准和一定的测试手段，为40Gbit/s技术的大规模应用奠定了基础，从应用的角度，40G接口出现也逐步提出了高速传输需求，因此，基于40Gb/s的DWDM系统也逐步从试验向进一步商用发展。