市场需求驱动
互联网数据业务的爆炸式增长是高速波分传输发展的主要推动力，根据调研和预测，骨干网传输带宽以每年50%以上的速度增长，目前骨干传输网要求支持100G 传输的呼声越来越强烈。100G 波分传输的工程应用需求总结如下。
● 传输距离：长途骨干网要求传输距离至少达1000~1500 km，包含6 个ROADM(可重构型光分插复用设备)；城域网要求包含20 个ROADM;
● 传输容量：通道间隔为50GHz，与现有10G 波分系统相同;
● 应用场景：可在现有光纤通信系统上进行升级，无需更换新型光纤或光放大器;
● 成本：100G 波分系统相比10G 在成本/速率/距离上应有优势;
● 功耗：100G 波分系统相比10G 在功耗/速率以及设备集成度上应有优势。
要完全实现以上需求，必须采用相干通信技术，加强系统消除传输损伤的能力。100G 信号速率对目前电芯片来说仍然太高，可通过多电平调制、偏振复用、多波并行传输等技术组合将100Gbps 信号速率降为25G 波特率或更低。
标准及产业链现状
为推动 100G 光通信产业链的发展，多个光通信国际标准组织积极制定100G 相关标准，涵盖100G器件、光模块、OTN开销处理、系统设备等领域。IEEE 于2010 年6 月发布了40G/100G以太网接口标准802.3ba，由多个光模块厂商组成的CFP 多源协议联盟也发布了客户侧可热插拔光模块硬件和软件接口协议，为100G 客户侧接口制定了接口规范;ITU-T 于2009 年12 月更新了OTN 接口建议G.709，定义了支持100GE 接入的OTU4 帧结构及映射协议，规范了100G 单板中成帧处理要求;OIF 负责制定100G 波分侧光模块电气机械接口、软件管理接口、集成式发射机和接收机组件、前向纠错技术的协议规范，有力地推动了波分侧接口设计标准化。
100G 波分传输已从实验室研究进入工程测试和初期应用阶段。各大系统设备厂家客户侧100GE 接口严格符合标准802.3ba 规范的4 路并行传输，波分侧采用各具特色的传输技术。
截至2010 年7 月，大部分光器件达到可商用程度，但相干接收技术中关键芯片ADC 和DSP的量产商用还需一段时间。ADC 和DSP 是近年来阻碍100G 波分传输商用的最大拦路石，目前有多个芯片厂家正在积极研发集成ADC 和DSP 功能的ASIC 芯片。
中兴通讯解决方案
中兴通讯提供两种解决方案，一种是实现简单的“PDM-DQPSK+直接接收”解决方案，另一种是高性能的“PDM-DQPSK+相干接收”解决方案。
PDM-DQPSK+直接接收
发射单元采用 PDM-DQPSK 调制，接收单元采用直接接收技术。PDM-DQPSK 即偏振复用-差分正交相移键控调制，激光通过偏振分束器分成2 路正交偏振态光，每路进行DQPSK 调制(DQPSK 调制技术在40G 波分传输系统中已成熟应用)，然后再用偏振合束器合成一束光，传输速率为111.8Gbps。相位调制信号的直接接收即采用延迟干涉和平衡接收实现信号检测，因输入信号为2 路偏振态信号，还需采用光学偏振跟踪技术分离出2 路偏振正交的DQPSK 信号。
该方案中光学偏振跟踪速度快，可满足工程现场应用需求，通道间隔最小为50GHz。系统中仍需配置色散补偿，PMD 容限有限，OSNR(光信噪比)性能较差，属于100G 波分传输初期解决方案。
PDM-DQPSK+相干接收
发射单元采用 PDM-DQPSK 调制，接收单元采用相干接收技术，该方案符合OIF(光互联论坛)100G 接口规范，其功能框图如图1所示。
发射单元为 PDM-DQPSK 调制，差分编码解决相位模糊问题。
接收单元由本振激光、光电解调、ASIC 芯片组成。本振激光采用大功率窄线宽可调谐激光器，双路混频器、4 路光电转换完成光电解调，实现任意偏振态、任意相位信号的相干接收，其中4 路光电转换采用双PIN 平衡接收，相比单PIN 接收有更大的输入光功率动态范围。
ASIC 芯片集成ADC 和DSP 功能，消除传输损伤和恢复信号。采用CMOS 技术的低功耗ASIC 芯片，DSP 算法类似软件无线电技术，包括如下功能模块：重采样、色散补偿、自适应滤波、频率补偿、相位恢复、SD-FEC 解码。
相干接收 PDM-DQPSK 可实现50GHz 间隔波分复用，滤波特性好;OSNR 性能好，目标传输距离达1500 km 以上;DSP 算法跟踪速度快，可实现光层快速保护倒换;色散补偿和偏振模块色散补偿均在接收机中完成，可降低系统整体配置成本，但如果配置光学色散补偿，会加重系统非线性损伤。考虑到发射端可能重新定义帧格式以兼容SD-FEC，接收端DSP算法各有差异，因此很难实现波分侧互联互通。
其他解决方案
虽然“PDM-DQPSK+相干接收”是被业界认可的100G 标准化解决方案，但有些设备制造商采用了其他解决方案。
(1)发射端采用双波或3 波DQPSK 信号进行合波，子载波频率间隔为50GHz，接收端采用光滤波器分离出2 路或3 路DQPSK 信号，然后再采用延迟干涉和平衡接收实现信号检测。该方案又叫反向复用技术，通道间隔最小为100GHz 或150GHz，传输容量小，OSNR 性能较差，属于100G 波分传输早期解决方案。
(2)发射端采用双波相干接收PDM-DQPSK，其中子载波频率间隔为20GHz，接收端间隔20GHz 的两个本振激光分别对输入信号进行相干检测，之后分别用低通电滤波器抑制另一子载波信号串扰，ADC 采样后再利用DSP 算法消除传输损伤和恢复数据。该方案通道间隔最小为50GHz，OSNR 性能好，虽然克服了当前ADC 器件采样速率瓶颈，但是器件较多，功耗较大，方案集成度较差，系统非线性性能相对较差。该方案最早实现100G 波分传输工程应用。
(3)采用更多电平的高级调制码型。例如PDM-64QAM，波特率为信号速率的1/12，此外OFDM 研究也比较热门，这类调制码型均采用相干接收技术，但发射和接收实现相对较复杂，在现有器件技术水平下还不适合100G 工程应用，目前仍处于实验室研究阶段，有可能应用于未来的400G 波分传输。
以数字信号处理技术为核心的100G 相干接收技术是光通信发展史上具有里程碑意义的革命性突破，其重要性不亚于推动波分复用系统大规模应用的掺铒光纤放大器。随着带宽需求的持续增长和100G 相干接收相关器件的成熟，尤其是100G 所用光器件及芯片的小型化和低功耗趋势，100G 波分传输必将完全取代现有10G 波分传输，并会挤压40G 波分传输的应用空间。
