随着具有更高带宽和容量的新型相干光纤传输系统的推出,我们经常会听到了很多有关每秒千兆比特(Gbps)、千兆波特(Gbaud)以及Giga-Hertz(GHz)等信息。这些术语是通过光纤发送多少信息的关键参数的简写,在这里,“波特”率(也称为“符号”率)代表信号的基本“开-关”频率。在相干通信出现之前,波特率等于数据速率。
在高级相干调制格式(例如正交幅度调制QAM)在每个符号中包含更多位。例如,16QAM调制在每个符号中都有四个比特。因此,在波特率为32Gbaud下,16QAM将传输128Gbps的原始数据容量。当然,实际容量会由于“前向纠错”(FEC)的开销而减少,因此通常32Gbaud的16QAM可以支持100Gbps的数据传输。但是,光纤可以使用两个单独的偏振来传输两个独立的数据流,偏振可以被DSP分开,因此,实际上,32Gbaud的16QAM用于在单个波长上传输200Gbps。
如果在保持16 QAM的情况下将波特率翻倍至64Gbaud,则可以在单个波长上实现400Gbps,这已经在紧凑型400ZR可插拔模块(例如QSFP-DD)中使用,用于大约80的数据中心互连公里 (实际使用的波特率是59.84 Gbaud,其中的差异在于减少了开销)。
但是现在我们遇到了一个问题。在密集波分复用(DWDM)中,使不同的波长在同一根光纤中传输,并通过非常精确的合分波器将每个激光波长耦合到其“通道”上或从其“通道”中分离出来,从而允许多个独立的光信号通过一条光纤传输。这些通道在光谱上可以相隔50GHz或100GHz。光纤中可以使用的通道数量有限。例如,如果使用EDFA光学放大器,则可用频谱将受到放大器通带的限制。即使不使用任何放大,但是其他光学组件均已设计为仅在这些频带上使用。在48个通道的DWDM系统中,每个通道宽100GHz,因此可使用的总频谱宽度为4.8THz。当然,合分波等滤光器并不是完美的,它和激光波长都随老化和温度的变化而变化。
在相干通信出现之前,大多数信号都是使用10Gbps的NRZ编码发送的。波特率和数据率均为10G,这些信号通常在50 GHz间隔的信道上发送。随着相干传输的出现,波特率达到了32G。随着波特率的增加,信号的频谱宽度会变宽并可能超过通道的宽度,从而导致信息丢失和失真。宽多少取决于数据本身、信息的编码方式以及过滤器的性能参数。我们通常在编码和整形信号上花费了大量精力,以减少所需的频谱量。
这里涉及到奈奎斯特整形技术。虽然32Gbaud可以在50GHz通道中使用,但64Gbaud不能。然而,对于400ZR信号,进入100GHz间隔的通道意味着光纤容量的显着降低。在某些DCI体系中,这种情况会更加严重,因为DCI要求通道数量按比例增加两倍。因此,如果他们不能使用100GHz间隔的64个通道,则必须降低到32个通道。
但是,如果可以在间隔为75GHz的信道中传输64Gbaud信号,则可以在标准4.8THz宽C频段内容纳64个信道,也就是说从100GHz间距的32通道DWDM增加到75GHz间距的64通道,整个DCI系统的传输容量从3.2Tbps升级到25.6Tbps。这就需要经过特殊设计的滤波器,使它们具有平坦的通带和良好的相邻通道隔离度。另外,400ZR发射器的光信号频谱不应太宽以避免能量溢出到其相邻信道,同时也不能太窄以避免在奈奎斯特频率下丢失时钟能量。

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